時(shí)間：2023-08-10 17:24:39
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇智能科學(xué)與技術(shù)學(xué)科評(píng)估，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；智能科學(xué)；精品課程群；人才培養(yǎng)
智能科學(xué)精品課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期堅(jiān)持“嚴(yán)肅對(duì)待教育工作、嚴(yán)格要求學(xué)生、嚴(yán)密組織教學(xué)過程”的先進(jìn)教育理念，履行“嚴(yán)謹(jǐn)教學(xué)改革是教育發(fā)展的動(dòng)力”的指導(dǎo)思想[1]。本教學(xué)團(tuán)隊(duì)圍繞“人工智能”和“智能控制”國家精品課程、“人工智能”國家級(jí)雙語教學(xué)示范課程、“人工智能PK人類智能”國家級(jí)精品視頻公開課、“智能控制”國家級(jí)精品資源共享課程、“智能科學(xué)基礎(chǔ)系列課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)”（國家級(jí)）、“人工智能網(wǎng)絡(luò)課程”教育部國家新世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)工程以及“智能控制”、“人工智能”、“機(jī)器人學(xué)基礎(chǔ)”和“智能系統(tǒng)原理與應(yīng)用”等省級(jí)和校級(jí)智能科學(xué)系列課程群建設(shè)，潛心教學(xué)改革，建立了以師生互動(dòng)、多維交叉、強(qiáng)化實(shí)踐為特點(diǎn)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，取得一些獲得同行首肯的教學(xué)改革成果[2-7]。
本文著重介紹教學(xué)團(tuán)隊(duì)在智能科學(xué)精品課程群建設(shè)方面的基本情況。
一、智能科學(xué)精品課程群的建立
該團(tuán)隊(duì)逐步推進(jìn)智能科學(xué)精品課程群建設(shè)，不斷積累教學(xué)改革成果。首先，利用頗具特色的優(yōu)秀教材群，建立起國內(nèi)首個(gè)立體交叉的智能科學(xué)教材體系。其次，把多元智能理論和本體論的知識(shí)組織方法用于課程群建設(shè)，并建立了智能科學(xué)課程群之間的內(nèi)在聯(lián)系，建成國家級(jí)智能科學(xué)精品課程群。再次，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，整合多元資源，創(chuàng)建開放式軟硬件訓(xùn)練環(huán)境，促進(jìn)智能科學(xué)精品課程群的進(jìn)一步建設(shè)與發(fā)展。
（1）率先建設(shè)立體交叉的智能科學(xué)教材體系
智能科學(xué)具有高度交叉、多學(xué)科融合的特點(diǎn)，結(jié)合這些特點(diǎn)研究了不同課程、不同學(xué)歷層次、不同學(xué)科門類之間的交叉鏈接關(guān)系。建設(shè)以信息學(xué)科類本科生教育為主，兼顧碩士和博士研究生的教材體系，并輻射到管理類、機(jī)械類等專業(yè)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)與時(shí)俱進(jìn)，對(duì)教材不斷更新，自1987年以來共出版人工智能、機(jī)器人學(xué)、智能控制等教材共20個(gè)版本[8-13]。例如，《人工智能及其應(yīng)用》、《機(jī)器人原理及其應(yīng)用》和《智能控制》均為我國相關(guān)課程的第一部具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的著作，被譽(yù)為“智能三部曲”，為國內(nèi)高等院校廣泛使用。
（2）建立多層次智能科學(xué)精品課程群
團(tuán)隊(duì)把多元智能理論和本體論的知識(shí)組織方法運(yùn)用于課程群建設(shè)，并依據(jù)個(gè)性化元素特征和個(gè)體差異構(gòu)建模塊化課程體系及系列化課程設(shè)置，并據(jù)此設(shè)計(jì)課程群及課程相關(guān)的實(shí)踐環(huán)節(jié)。
設(shè)計(jì)出各課程間的橫向關(guān)系和專業(yè)間的縱向關(guān)系，即建立智能科學(xué)課程群之間在知識(shí)、技能、素質(zhì)三個(gè)維度上的橫向聯(lián)系，以及在本科生、碩士研究生、博士研究生三個(gè)學(xué)歷層次與專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課專業(yè)層次上的縱向關(guān)系。
經(jīng)過長(zhǎng)期建設(shè)，10年來共獲準(zhǔn)12項(xiàng)各級(jí)質(zhì)量工程等立項(xiàng)，建立與形成了國家級(jí)智能科學(xué)精品課程群。其中包括國家級(jí)精品課程、全國雙語教學(xué)示范課程、國家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)、全國優(yōu)秀網(wǎng)絡(luò)課程、國家級(jí)規(guī)劃教材、國家級(jí)精品視頻公開課和國家級(jí)精品資源共享課程以及省級(jí)和校級(jí)精品課程等。
（3）整合資源，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)建開放式訓(xùn)練軟硬件教學(xué)環(huán)境
教學(xué)改革沒有最好，只有更好。教學(xué)團(tuán)隊(duì)不斷增加與逐步完善智能科學(xué)精品課程群的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，開設(shè)智能科學(xué)相關(guān)培訓(xùn)課程和專題講座。注重整合各種資源，增強(qiáng)智能學(xué)科與其他學(xué)科的交叉，創(chuàng)建開放式訓(xùn)練環(huán)境和訓(xùn)練中心，建設(shè)智能科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)生程序設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練中心、大學(xué)生智能移動(dòng)機(jī)器人科技創(chuàng)新平臺(tái)等。此外，還積極參與智能類學(xué)科競(jìng)賽，如“飛思卡爾”大學(xué)生智能車競(jìng)賽、全國大學(xué)生智能設(shè)計(jì)大賽、ACM/ICPC程序設(shè)計(jì)大賽，以及多種智能機(jī)器人和智能小車大賽等。
經(jīng)過多年精品課程建設(shè)與積累，目前，教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、教案或演示文稿、重點(diǎn)難點(diǎn)指導(dǎo)、作業(yè)、參考資料目錄和課程全程教學(xué)錄像等教學(xué)必需資源均進(jìn)行了持續(xù)建設(shè)與更新補(bǔ)充。其中一些特色資源得到建設(shè)與共享。首先，共享國家級(jí)教學(xué)名師積累的豐富教學(xué)資源。通過建立名師工作室、名師示范項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室和名師圖書室，形成多元化的帶教制度，使老教師的教學(xué)理念和經(jīng)驗(yàn)得以傳承。這樣就能夠加快年輕教師的培養(yǎng)與成長(zhǎng)。其次，共享網(wǎng)絡(luò)課程資源。各門網(wǎng)絡(luò)課程均采用智能技術(shù)中的知識(shí)推理和智能算法來實(shí)現(xiàn)編程、答疑和虛擬實(shí)驗(yàn)，具有智能化、個(gè)性化、情境化和形象化等特色，以及導(dǎo)航系統(tǒng)多樣化、向?qū)W(xué)習(xí)個(gè)性化和情景化學(xué)習(xí)等功能。促進(jìn)了各課程教學(xué)改革，提高學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量，深受學(xué)生歡迎。再次，共享實(shí)驗(yàn)資源。教學(xué)實(shí)驗(yàn)從無到有，從弱到強(qiáng)，逐步建立教學(xué)實(shí)驗(yàn)室和科研實(shí)驗(yàn)室，全面向?qū)W生開放，使廣大學(xué)生共享實(shí)驗(yàn)資源。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生發(fā)揮了主動(dòng)性，提出并積極驗(yàn)證和探索自己的思路，從而更好地掌握知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際能力和創(chuàng)新能力。
二、改革課程教學(xué)，建設(shè)精品課程群
著力課程教學(xué)改革，建立以精品課程群為核心、以課堂教學(xué)為基礎(chǔ)、以實(shí)踐訓(xùn)練深化教學(xué)效果的課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新體系。為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，保證課程群的教學(xué)和教改的順利進(jìn)行，加強(qiáng)了教師隊(duì)伍建設(shè)和教學(xué)管理，建立教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)，保證課程群的教學(xué)質(zhì)量。
（1）建立以精品課程群為核心，以課堂教學(xué)為基礎(chǔ)，以實(shí)訓(xùn)深化教學(xué)效果的課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)創(chuàng)新體系。
提出“以趣導(dǎo)課、以疑啟思、以法解惑、以律求知”的“四以”教學(xué)方法。建立“課堂講授+啟發(fā)互動(dòng)+創(chuàng)新實(shí)踐”三位一體的教學(xué)模式，探索出“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)”（Project-orientedlearning）和“做中學(xué)、趣導(dǎo)思”的主動(dòng)教學(xué)方法和學(xué)生培養(yǎng)途徑。開發(fā)雙語教學(xué)平臺(tái)，改進(jìn)與強(qiáng)化雙語教學(xué)模式，完善雙語教學(xué)的方法和手段，提高教學(xué)質(zhì)量。
（2）加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)，改進(jìn)管理，改革考試，促進(jìn)課程群的教學(xué)和教改的順利進(jìn)行。
總結(jié)并推行“嚴(yán)肅對(duì)待教學(xué)工作，嚴(yán)格要求學(xué)生，嚴(yán)密組織教學(xué)過程，嚴(yán)謹(jǐn)施行教學(xué)改革”的“四嚴(yán)”教育思想，指導(dǎo)教師隊(duì)伍思想建設(shè)[1]。注重對(duì)青年教師的業(yè)務(wù)培養(yǎng)，提高他們的授課水平。改革考試制度和方法，培養(yǎng)學(xué)生思維、分析能力和創(chuàng)造創(chuàng)新能力。
（3）建立教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)，監(jiān)控課程教學(xué)全過程，保證課程群的教學(xué)質(zhì)量。
將控制論（Cybernetics）中的閉環(huán)控制信息反饋和故障診斷理念引入教學(xué)質(zhì)量評(píng)估過程，建立教學(xué)質(zhì)量的診斷、分析與校正評(píng)價(jià)系統(tǒng)DIACES （Diagnosis，Analysis and Correction Evaluation System）。
（4）利用教師試講、督導(dǎo)聽課、網(wǎng)上評(píng)教、同行評(píng)議、講課競(jìng)賽、質(zhì)量評(píng)優(yōu)、師生座談、公開示范課等一系列措施，反映教學(xué)中的存在問題和成功范例。然后通過集體討論分析，提出對(duì)存在問題的糾正措施或?qū)Τ晒Ψ独耐茝V意見，實(shí)現(xiàn)評(píng)估監(jiān)控過程的自動(dòng)化、智能化與常態(tài)化，保證教師授課技能、教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高。
三、經(jīng)驗(yàn)與結(jié)論
在智能科學(xué)精品課程群建設(shè)過程中，取得了豐碩成果，探索與積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。主要體會(huì)如下：
（1）在該精品課程群建設(shè)中，始終貫徹“以人為本”的育人理念，把多元教學(xué)理論和本體論的知識(shí)組織方法用于課程群建設(shè)，創(chuàng)建因材施教和探索性的學(xué)習(xí)環(huán)境。以“教書育人”為根本任務(wù)，堅(jiān)持“嚴(yán)肅對(duì)待教學(xué)工作，嚴(yán)格要求學(xué)生，嚴(yán)密組織教學(xué)過程題，嚴(yán)謹(jǐn)施行教學(xué)改革”（“四嚴(yán)”）教育指導(dǎo)思想，奠定創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的理論基礎(chǔ)。
（2）注重“課程核心”教育定位，總結(jié)出“以趣導(dǎo)學(xué)、以疑啟思、以法解惑、以律求知”（“四以”）的教學(xué)方法和“做中學(xué)、趣導(dǎo)思”的綜合素質(zhì)培養(yǎng)方法。做到師生互動(dòng)，理論聯(lián)系實(shí)際，深化教學(xué)，摸索出創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的有效途徑。
（3）建立覆蓋多層次、多專業(yè)、多語種、立體配套的智能科學(xué)精品課程群系列教材體系，實(shí)現(xiàn)課程群系列教材的“精品化”。建立網(wǎng)絡(luò)化、個(gè)性化、智能化的多維教育網(wǎng)絡(luò)課程體系。建立一種教學(xué)質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)，即質(zhì)量診斷、分析與校正閉環(huán)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。這些措施為課程教學(xué)和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供了有力保障。
參考文獻(xiàn)：
1數(shù)據(jù)智能分析師培養(yǎng)
就業(yè)前景分析方面，谷歌首席經(jīng)濟(jì)學(xué)家哈爾•瓦里安預(yù)計(jì)，未來即將出現(xiàn)一類新型的專業(yè)人才和職業(yè)崗位——數(shù)據(jù)科學(xué)家，當(dāng)然數(shù)據(jù)智能分析師也會(huì)應(yīng)運(yùn)而生。現(xiàn)下時(shí)代是數(shù)據(jù)時(shí)代，甚至稱之為大數(shù)據(jù)時(shí)代，企事業(yè)單位面臨大量數(shù)據(jù)如互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、醫(yī)療數(shù)據(jù)、能源數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)等，實(shí)際應(yīng)用中普遍遇到分析能力弱、噪聲數(shù)據(jù)多、缺少分析方法、分析軟件能力差、模型可信度低等問題，其主要原因在于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析方法不能滿足需要，而數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、知識(shí)發(fā)現(xiàn)等智能技術(shù)可以為數(shù)據(jù)智能分析方法與工具提供技術(shù)支撐。2014年4月24日，百度高級(jí)副總裁王勁在第4屆“技術(shù)開放日”上正式宣布推出“大數(shù)據(jù)引擎”，數(shù)據(jù)智能概念由此產(chǎn)生。數(shù)據(jù)智能分析是指通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、模式識(shí)別與分析、知識(shí)發(fā)現(xiàn)等技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和挖掘，提取隱藏在數(shù)據(jù)中有價(jià)值的信息和知識(shí)，從而尋求有效解決方案及決策支持預(yù)測(cè)。目前社會(huì)急需懂得智能技術(shù)的各層次數(shù)據(jù)智能分析人才，可以預(yù)計(jì)，熟練掌握智能技術(shù)的數(shù)據(jù)科學(xué)家、數(shù)據(jù)分析師、數(shù)據(jù)挖掘人員將有廣闊的用武之地。培養(yǎng)手段探索方面：①以“點(diǎn)—線—面”結(jié)合的方式橫向縱向設(shè)置課程群，面向數(shù)據(jù)智能分析，以案例為導(dǎo)向貫穿“線”上的各關(guān)節(jié)點(diǎn)課程，比如以數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課（線性代數(shù)、概率統(tǒng)計(jì)、數(shù)學(xué)分析）大類專業(yè)課（程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)）數(shù)據(jù)智能分析專業(yè)課（數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、多維數(shù)據(jù)分析）為主線，理論與實(shí)踐齊頭并進(jìn)；②立足培養(yǎng)“計(jì)算技術(shù)+智能信息+知識(shí)技術(shù)”的高級(jí)數(shù)據(jù)分析師，理論學(xué)習(xí)—隨課實(shí)驗(yàn)—集中實(shí)踐—科技活動(dòng)—企業(yè)實(shí)習(xí)—畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)配合，“資格認(rèn)證—競(jìng)賽獲獎(jiǎng)—獎(jiǎng)學(xué)資助”激勵(lì)培養(yǎng)；③以大數(shù)據(jù)智能分析為契機(jī)，積極培養(yǎng)本科生的大數(shù)據(jù)計(jì)算思維和認(rèn)知能力，使其掌握大數(shù)據(jù)智能分析方法、機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘工具和開發(fā)環(huán)境。政策導(dǎo)向分析方面：建議中國計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)與中國商業(yè)聯(lián)合會(huì)數(shù)據(jù)分析專業(yè)委員會(huì)等機(jī)構(gòu)緊密協(xié)調(diào)合作，設(shè)立適應(yīng)新時(shí)代社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“數(shù)據(jù)智能分析師”認(rèn)證[6]，當(dāng)然將大數(shù)據(jù)智能分析納入計(jì)算機(jī)水平考試的可選項(xiàng)也是當(dāng)前的一種解決方案，提高智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)社會(huì)認(rèn)可度，增強(qiáng)本專業(yè)學(xué)生的歸屬感，更好地培養(yǎng)各層次的數(shù)據(jù)智能分析人才。
2創(chuàng)新型智能技術(shù)人才培養(yǎng)
智能科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)幾乎同時(shí)起步，但其進(jìn)展比計(jì)算機(jī)技術(shù)要慢許多，根本問題在于高級(jí)智能的載體——“人腦”是世界上最復(fù)雜的系統(tǒng)，人類對(duì)它的認(rèn)識(shí)和了解仍然處于初級(jí)階段。近年來通過智能技術(shù)解決實(shí)際應(yīng)用問題有了長(zhǎng)足進(jìn)步，國內(nèi)已相繼有20多所高校面向市場(chǎng)變化和未來需求，自2004年以來陸續(xù)開辦了智能科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)。盡管大多數(shù)智能技術(shù)的理論基礎(chǔ)還不完備，但實(shí)際應(yīng)用的強(qiáng)勁需求與問題解決能力超越了薄弱理論基礎(chǔ)的約束。本專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容與課程實(shí)踐都適合教師與學(xué)生以研究者的身份參與到“教”與“學(xué)”的活動(dòng)之中。1）研究型教學(xué)。蓬勃發(fā)展中的智能技術(shù)需要教師啟發(fā)式、創(chuàng)造式、批判式地“教”，學(xué)生也要?jiǎng)?chuàng)造式、批判式地“學(xué)”。教與學(xué)要能夠從研究思維、問題探索、模型改進(jìn)、算法優(yōu)化、腦認(rèn)知和自然智能指導(dǎo)的角度推進(jìn)教學(xué)活動(dòng)，進(jìn)行創(chuàng)新性教學(xué)和研究型學(xué)習(xí)。教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中應(yīng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生半監(jiān)督式學(xué)習(xí)與自監(jiān)督學(xué)習(xí)為主導(dǎo)，鼓勵(lì)引導(dǎo)深度學(xué)習(xí)，經(jīng)典案例、前沿講座、討論探索貫穿課堂教學(xué)，課程考核注重創(chuàng)新科技實(shí)踐、問題探索、課程內(nèi)容探索、課程研究性專題報(bào)告、以課程為基礎(chǔ)的作品開發(fā)等創(chuàng)新效果和教學(xué)效果。2）“研究型分組”培養(yǎng)。智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)開辦時(shí)間不長(zhǎng)，成熟教材不多，課程體系需要不斷適應(yīng)學(xué)生和社會(huì)的需求做出調(diào)整，又加上智能科學(xué)專業(yè)課程本身的發(fā)展探索與實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)在處于同步發(fā)展階段，決定了專業(yè)老師大力推進(jìn)“研究型班級(jí)教學(xué)”，在教學(xué)過程中實(shí)施“大班基礎(chǔ)講授”+“小班研究型討論”+“小組探索型課題實(shí)施與報(bào)告”的教學(xué)體系，同時(shí)來自相關(guān)研究方向的研究生也作為助教協(xié)助專業(yè)老師對(duì)小班（組）課題討論進(jìn)行引導(dǎo)。3）科研訓(xùn)練提高學(xué)習(xí)積極性。大類培養(yǎng)模式下實(shí)施科研訓(xùn)練引導(dǎo)學(xué)習(xí)，大一、大二年級(jí)主要學(xué)習(xí)公共基礎(chǔ)課程和大類專業(yè)基礎(chǔ)課程，其中的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課，如線性代數(shù)、高等數(shù)學(xué)、概率統(tǒng)計(jì)、離散數(shù)學(xué)等，由于缺乏實(shí)際應(yīng)用案例支撐，很多學(xué)生會(huì)懷疑這些知識(shí)在將來本專業(yè)學(xué)習(xí)中的用處，課堂課后處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，個(gè)別學(xué)生還會(huì)由于認(rèn)識(shí)滯后，產(chǎn)生厭學(xué)情緒甚至放棄基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)，以致于專業(yè)分流后表現(xiàn)為學(xué)習(xí)能力嚴(yán)重不足。通過吸收本科生參加科學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐和科技活動(dòng)，使他們發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)知識(shí)能夠用來解決實(shí)際問題，有利于提高本科生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)的積極性，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。同時(shí)，教師也能從中發(fā)現(xiàn)部分優(yōu)秀本科生的創(chuàng)新潛力和研究能力，激發(fā)他們科學(xué)研究的興趣，引導(dǎo)他們把智能科學(xué)技術(shù)作為研究方向并致力于攻讀相關(guān)方向碩士研究生、博士研究生，進(jìn)一步強(qiáng)化其科學(xué)創(chuàng)新能力，勢(shì)必會(huì)使其獲得高水平創(chuàng)新性成果。大類培養(yǎng)模式下強(qiáng)化專業(yè)教育與實(shí)踐，專業(yè)老師要積極主動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生，變被動(dòng)地等待學(xué)生選專業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)槲齼?yōu)質(zhì)學(xué)生，以大二上學(xué)期為主要時(shí)間點(diǎn)，引導(dǎo)大類專業(yè)學(xué)生對(duì)特色專業(yè)的興趣，通過科學(xué)研究和學(xué)生科技活動(dòng)吸引選拔學(xué)生進(jìn)科研團(tuán)隊(duì)，同時(shí)實(shí)施科研成果進(jìn)課堂、進(jìn)教材、進(jìn)學(xué)生活動(dòng)。專業(yè)教師、班導(dǎo)師可宣講專業(yè)特色和就業(yè)前景，指導(dǎo)本科生申請(qǐng)大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃、參加科技競(jìng)賽、開發(fā)智能技術(shù)特色作品。大類培養(yǎng)模式下實(shí)施科研訓(xùn)練計(jì)劃，需要本科生積極主動(dòng)地理解大類下各子專業(yè)的特點(diǎn)和特色，結(jié)合自己的興趣愛好和實(shí)際情況，在大類培養(yǎng)結(jié)束時(shí)分流到各特色專業(yè)。因此，本科生參加科研實(shí)踐和專業(yè)科技活動(dòng)的時(shí)間點(diǎn)很重要，從大一結(jié)束后的暑假開始，一直延續(xù)到本科畢業(yè)，同時(shí)實(shí)施“泛畢業(yè)設(shè)計(jì)”（即大二選方向并實(shí)施課題基礎(chǔ)儲(chǔ)備，大三實(shí)施課題，大四結(jié)合專業(yè)實(shí)習(xí)完善畢業(yè)設(shè)計(jì)）[3]，這樣既充分利用了本科生大二大三充裕的課后時(shí)間，也緩解了大四本科生面臨就業(yè)、考研、出國等問題的突出矛盾。
3智能系統(tǒng)開發(fā)人才培養(yǎng)
智能技術(shù)已成為當(dāng)前技術(shù)革命創(chuàng)新的源泉，智能系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)等各領(lǐng)域，比如2014年11月2日開始處女航的皇家加勒比郵輪公司“海洋量子號(hào)”郵輪也因?yàn)榇笠?guī)模運(yùn)用了高科技智能系統(tǒng)而號(hào)稱“世界上第一艘智能郵輪”。智能系統(tǒng)是建立在“智能技術(shù)+計(jì)算技術(shù)”基礎(chǔ)上，結(jié)合了控制技術(shù)、信息技術(shù)的軟硬件系統(tǒng)。智能系統(tǒng)開發(fā)人才培養(yǎng)目標(biāo)是社會(huì)急需的智能系統(tǒng)開發(fā)工程師，其從事的工作主要包括智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、維護(hù)、運(yùn)營、服務(wù)及相關(guān)的技術(shù)指導(dǎo)。為了適應(yīng)智能系統(tǒng)開發(fā)人才的培養(yǎng)，應(yīng)該建設(shè)智能終端實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、計(jì)算智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、腦認(rèn)知實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、高性能計(jì)算平臺(tái)等人才培養(yǎng)基地與實(shí)訓(xùn)基地，推進(jìn)實(shí)施智能終端軟件開發(fā)技術(shù)、智能系統(tǒng)應(yīng)用課程設(shè)計(jì)、智能系統(tǒng)與工程課程設(shè)計(jì)、智能游戲開發(fā)與設(shè)計(jì)、人機(jī)交互系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計(jì)等教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。
4復(fù)合型智能技術(shù)人才培養(yǎng)
智能科學(xué)與技術(shù)是一門綜合學(xué)科，智能技術(shù)也廣泛應(yīng)用到智能交通、智慧城市建設(shè)、電子信息、信息安全、電子政務(wù)、電子商務(wù)、工業(yè)制造、教育、醫(yī)療、管理、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、國防現(xiàn)代化等眾多領(lǐng)域，需要大量復(fù)合型智能技術(shù)人才。筆者認(rèn)為，以下4條措施是智能科學(xué)與技術(shù)新興專業(yè)培養(yǎng)復(fù)合型人才切實(shí)可行的培養(yǎng)方案：①充分發(fā)揮大類培養(yǎng)特色明顯的人才培養(yǎng)優(yōu)勢(shì)，開放“全校特色專業(yè)選修課”，跨專業(yè)、跨學(xué)院科教團(tuán)隊(duì)，與大學(xué)生科技創(chuàng)新計(jì)劃融合，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的綜合性、復(fù)合性、應(yīng)用性；②引導(dǎo)并嚴(yán)格要求B學(xué)分課程學(xué)習(xí)，特別是設(shè)計(jì)規(guī)劃實(shí)施好“科技創(chuàng)新”、“文體活動(dòng)”、“技能認(rèn)證”、“企業(yè)實(shí)習(xí)”、“暑期社會(huì)實(shí)踐”等綜合能力提高計(jì)劃；③交叉融合辦好本科生二專業(yè)，鼓勵(lì)學(xué)有余力的本科生對(duì)知識(shí)的渴求，允許學(xué)生在本專業(yè)的基礎(chǔ)上再輔修另一個(gè)專業(yè)，并提供配套措施，保證二專業(yè)學(xué)生能獲得優(yōu)質(zhì)教育，發(fā)揮學(xué)科交叉融合優(yōu)勢(shì)，使本科生形成寬廣深厚的知識(shí)結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)有特色的智能科學(xué)技術(shù)專業(yè)復(fù)合人才；④通過與企業(yè)橫向合作，建立校企實(shí)訓(xùn)基地，緊跟企業(yè)和市場(chǎng)需求，與企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)復(fù)合應(yīng)用人才。
5結(jié)語
關(guān)鍵詞：人工智能；教學(xué)改革；教學(xué)方法
引言
人工智能(ArtificialIntelligence)是一門研究和模擬人類智能的跨領(lǐng)域?qū)W科，是模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的一門新技術(shù)。由于信息環(huán)境巨變與社會(huì)新需求的爆發(fā)，人工智能技術(shù)的日趨成熟。隨著AI3.0時(shí)代的到來，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)的應(yīng)用也愈發(fā)廣泛，對(duì)于管理類人才來說，加強(qiáng)對(duì)人工智能知識(shí)的深入學(xué)習(xí)，不斷將人工智能技術(shù)與管理知識(shí)結(jié)合起來，對(duì)其未來職業(yè)生涯的發(fā)展有著重要作用。人工智能是一門前沿學(xué)科，管理學(xué)院開設(shè)人工智能課程的目的是為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)創(chuàng)新思維與能力，基于其覆蓋面廣、包容性強(qiáng)、應(yīng)用需求空間巨大的學(xué)科特點(diǎn)，通過概率統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)編程語言、數(shù)據(jù)庫原理等基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，為就業(yè)打下基礎(chǔ)。本文基于社會(huì)對(duì)于人工智能領(lǐng)域的人才需求，結(jié)合諸多長(zhǎng)期從事經(jīng)管類專業(yè)課程教學(xué)的老師意見，針對(duì)管理類人才的人工智能課程教學(xué)內(nèi)容與方法進(jìn)行探討，以期對(duì)中國高校人工智能課程教學(xué)改革研究提供幫助與借鑒。
1、教學(xué)現(xiàn)狀與問題
作為一門綜合性、實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的理論技術(shù)學(xué)科，人工智能課程內(nèi)容及內(nèi)涵及其豐富，外延極其廣泛。學(xué)習(xí)這門課程，需要較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和較強(qiáng)的邏輯思維能力。針對(duì)管理類人才，該課程在課程教學(xué)過程中存在幾個(gè)較為突出的問題。(1)課堂教學(xué)氛圍枯燥目前，中國大多數(shù)大學(xué)仍采用傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，在教學(xué)過程中照本宣科，忽略與學(xué)生的互動(dòng)，并且缺乏能夠有效引起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與加深知識(shí)理解的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置，如此一來大大降低了學(xué)生自主思考的能力。在進(jìn)行人工智能相關(guān)課程知識(shí)講解時(shí)，隨著章節(jié)的知識(shí)難度不斷增加，單向介紹式的枯燥教學(xué)方式無法反映人工智能學(xué)科的全貌，課堂講解難以同時(shí)給以學(xué)生感性和理性的認(rèn)知，部分學(xué)生因乏味的課堂氛圍漸漸無法跟上教學(xué)進(jìn)度，導(dǎo)致學(xué)習(xí)動(dòng)力不足。(2)基礎(chǔ)課程掌握不牢管理類專業(yè)的學(xué)生大部分都會(huì)走向更加具體化的管理崗位，具有多學(xué)科的素養(yǎng)，但這也導(dǎo)致很多學(xué)生所學(xué)知識(shí)雜而不精。學(xué)生在基礎(chǔ)不夯實(shí)的情況下去學(xué)習(xí)更高層面的知識(shí)，給學(xué)生學(xué)習(xí)與老師教學(xué)都造成了很大困擾。人工智能課程知識(shí)點(diǎn)較多，涵蓋模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等眾多內(nèi)容，概念抽象，不易學(xué)習(xí)。一些管理類專業(yè)的學(xué)生未能熟練掌握高等數(shù)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等先修課程，缺乏一定的關(guān)聯(lián)思考和研究意識(shí)，導(dǎo)致課程學(xué)習(xí)難度增加，產(chǎn)生學(xué)時(shí)不足和教學(xué)內(nèi)容難點(diǎn)過多的問題。(3)教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)當(dāng)下，人工智能廣泛應(yīng)用于機(jī)器視覺、智能制造等各個(gè)領(lǐng)域，給學(xué)生提供了大量的現(xiàn)實(shí)案例，使得人工智能不再是高深莫測(cè)的理論，而是現(xiàn)實(shí)中可以觸及的內(nèi)容。例如，在機(jī)械學(xué)科領(lǐng)域，人工智能技術(shù)是電氣工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造、車輛工程等方向的重要技術(shù)來源；在醫(yī)療領(lǐng)域，是醫(yī)療器械的創(chuàng)新生產(chǎn)源動(dòng)力；在能動(dòng)領(lǐng)域，是高端能源裝備與新能源發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)；在光電信息與計(jì)算機(jī)工程領(lǐng)域，技術(shù)的發(fā)展時(shí)刻推動(dòng)著智能科學(xué)與技術(shù)核心價(jià)值的提升。然而，對(duì)于管理類專業(yè)的學(xué)生來說，現(xiàn)階段的人工智能教材涵蓋許多智能算法及相關(guān)理論，在教學(xué)過程中常常涉及到很多從未接觸過的抽象理論和復(fù)雜算法，書本中的應(yīng)用實(shí)例大多紙上談兵，缺乏專門適用于管理類專業(yè)知識(shí)與人工智能技術(shù)相結(jié)合的教學(xué)實(shí)踐，加上一些教師授課方法單一，不利于引導(dǎo)學(xué)生將人工智能算法應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活。另外，大學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解能力差異很大，教師采用統(tǒng)一的方式教給他們，這使一些學(xué)生無法跟上和理解，教師也無法控制學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，導(dǎo)致學(xué)生缺乏動(dòng)力。因此，如何結(jié)合學(xué)生的現(xiàn)實(shí)情況，提高他們的動(dòng)手能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也是人工智能課程教學(xué)要考慮的問題。
2、管理類人才的人工智能課程教學(xué)改進(jìn)策略
課程教學(xué)改革是一項(xiàng)提高大學(xué)教學(xué)效果和人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要手段。如何在時(shí)代背景下應(yīng)用新技術(shù)和新思想進(jìn)行實(shí)施課程教學(xué)改革是高校亟待解決的問題。對(duì)于高校的教學(xué)工作而言，教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的變化不再是課程資源的簡(jiǎn)單數(shù)字化和信息化，而是充分利用時(shí)代信息資源優(yōu)勢(shì)的新型教學(xué)模式。針對(duì)管理類專業(yè)人工智能課程教學(xué)過程中存在的問題，可以從教學(xué)方法改進(jìn)和教學(xué)內(nèi)容設(shè)置兩個(gè)方面進(jìn)行課程教學(xué)改進(jìn)。
2.1教學(xué)方法改進(jìn)
教師對(duì)學(xué)生具有引領(lǐng)作用，其教學(xué)方法的改進(jìn)能夠帶動(dòng)學(xué)生改進(jìn)自身學(xué)習(xí)方法。(1)啟發(fā)式案例教學(xué)案例教學(xué)法就是教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)要求，通過安排一些具體的教學(xué)案例，引導(dǎo)學(xué)生積極參與案例思考、分析、討論和表達(dá)等多項(xiàng)活動(dòng)，是一種培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)知問題、分析和解決問題等綜合能力的行之有效的教學(xué)方法。啟發(fā)式案例教學(xué)以自主、合作、探究為主要特征，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并緊密結(jié)合人工智能領(lǐng)域的相關(guān)理論與方法，有效理解知識(shí)要點(diǎn)及其關(guān)聯(lián)性，適用于管理類專業(yè)學(xué)生的教學(xué)。具體而言，高校基于其問題啟發(fā)性、教學(xué)互動(dòng)性以及實(shí)踐有用性等特點(diǎn)，可以建立基于人工智能知識(shí)體系的教學(xué)案例庫，雖然這項(xiàng)建設(shè)將極具挑戰(zhàn)性與耗時(shí)性，但具有很強(qiáng)的積極效果：培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的批判性思維能力，更多地保留課程材料，更積極地參與課堂活動(dòng)，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)具有人工智能背景的管理類人才具有重要意義。例如，通過單一案例教學(xué)，讓學(xué)生掌握相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)原理及應(yīng)用；通過一題多解的案例使學(xué)生思考如何獲取最有效的解題方法；通過綜合案例的設(shè)計(jì)，啟發(fā)學(xué)生全方位地探索問題的解決方案。(2)研討互動(dòng)式教學(xué)研討互動(dòng)式的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)是逐漸遞進(jìn)、有機(jī)結(jié)合的。研討是基于學(xué)生個(gè)體的差異性，在課堂討論的過程中對(duì)學(xué)生做出評(píng)判，從而對(duì)不同類型的學(xué)生開展針對(duì)性的教學(xué)。互動(dòng)則是在研討的基礎(chǔ)上，通過老師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生的互動(dòng)，讓學(xué)生主動(dòng)參與到課堂教學(xué)的過程中來。在人工智能課程教學(xué)過程中，教師通過課堂討論了解學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，可以有針對(duì)性地設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，例如，對(duì)于學(xué)校積極性不強(qiáng)的學(xué)生，將人工智能理論內(nèi)容與學(xué)生個(gè)人興趣范疇、社會(huì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展及研究現(xiàn)狀聯(lián)系起來，能夠極大程度地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主能力；對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)較為薄弱的學(xué)生，可以在教師的指導(dǎo)下查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，根據(jù)自己的理解撰寫心得報(bào)告，并在課堂或課外進(jìn)行師生互動(dòng)。像這樣研討與互動(dòng)相結(jié)合的模式。有助于增強(qiáng)學(xué)生的探索和求知欲望，建立起濃厚的學(xué)習(xí)氛圍。(3)有效激勵(lì)式教學(xué)人工智能是引領(lǐng)未來的戰(zhàn)略性技術(shù)，人才需求量極大，對(duì)教師的教學(xué)水平也提出了更高要求，因此，進(jìn)行有效激勵(lì)極為重要。在學(xué)生激勵(lì)方面，可以舉辦各類人工智能競(jìng)賽項(xiàng)目，設(shè)置相應(yīng)項(xiàng)目獎(jiǎng)學(xué)金，吸引學(xué)生參與實(shí)踐，調(diào)動(dòng)學(xué)生做研究、發(fā)論文的積極性。例如，教育部主辦的中國研究生人工智能創(chuàng)新大賽，圍繞新一代人工智能創(chuàng)新主題，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，為人工智能領(lǐng)域健康發(fā)展提供人才支撐。高校也可以借鑒這種模式，在各學(xué)院乃至全校開展此類競(jìng)賽項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力與團(tuán)隊(duì)合作能力，鼓舞更多學(xué)生加入到人工智能課程的學(xué)習(xí)中來，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。在教師激勵(lì)方面，在教師聘任和提升過程中把參加學(xué)生課程制定、課堂與課外作業(yè)、課程項(xiàng)目和論文指導(dǎo)等看作教學(xué)任務(wù)的一部分，鼓勵(lì)教師積極參與這些活動(dòng)。(4)學(xué)科滲透式教學(xué)人工智能學(xué)科知識(shí)融合程度較高，學(xué)科交叉性強(qiáng)。基于人工智能的學(xué)科交叉性特點(diǎn)，增強(qiáng)管理類人才對(duì)學(xué)科應(yīng)用的領(lǐng)悟，可以采取開展學(xué)科滲透式教學(xué)的方法。從2015年起，國務(wù)院和教育部先后印發(fā)了《國務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見教育》、《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》等文件，“互聯(lián)網(wǎng)+”、“智能+”已經(jīng)滲透到各個(gè)領(lǐng)域，人類進(jìn)入數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，社會(huì)需求“技術(shù)+管理”的高端復(fù)合人才。例如，基于工業(yè)4.0和強(qiáng)國戰(zhàn)略，人工智能技術(shù)在智能制造的應(yīng)用極為廣泛。上海理工大學(xué)非常重視少數(shù)民族預(yù)科班的教育質(zhì)量。為增強(qiáng)少數(shù)民族管理類人才對(duì)該領(lǐng)域應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，我們請(qǐng)機(jī)械工程、能源動(dòng)力領(lǐng)域的相關(guān)專家以授課或講座的形式，進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域知識(shí)和發(fā)展趨勢(shì)的講解，使學(xué)生理解更為透徹。此外，在教學(xué)實(shí)踐過程中，還可以用舉辦人工智能知識(shí)交流會(huì)、線上人工智能論壇等形式，促進(jìn)不同專業(yè)間老師、學(xué)生對(duì)于人工智能知識(shí)模塊的見解，相互交流、滲透和學(xué)習(xí)，從而推動(dòng)人工智能課程教學(xué)的改進(jìn)。
2.2教學(xué)內(nèi)容設(shè)置
世界一流大學(xué)在人工智能課程內(nèi)容設(shè)置根據(jù)不同國家的教育體系設(shè)置，肯定會(huì)有不同，但頗有共通之處。本文借鑒世界頂尖大學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)管理類專業(yè)人工智能課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行研究，結(jié)合中國教育體系設(shè)置，認(rèn)為應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行改進(jìn)。(1)核心內(nèi)容設(shè)置為避免學(xué)生因?yàn)橹R(shí)點(diǎn)過多而出現(xiàn)雜而不精的問題，勢(shì)必要精化教學(xué)內(nèi)容。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，我們可以使用云計(jì)算和其他方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸、存儲(chǔ)和處理，通過在線收集和整合網(wǎng)絡(luò)課程相關(guān)數(shù)據(jù)，挖掘和豐富教學(xué)資源，并在整合課程資源的基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究方法和前沿知識(shí)的擴(kuò)展。在核心內(nèi)容設(shè)置方面，可以通過收集到的數(shù)據(jù)資料，選擇人工智能領(lǐng)域具有代表性且難易程度適中的知識(shí)作為重點(diǎn)，使學(xué)生能夠在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)掌握人工智能的知識(shí)脈絡(luò)。例如，編寫針對(duì)管理類人才的人工智能教材，內(nèi)容涉及緒論、知識(shí)表示與推理、常用算法、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方面的同時(shí)，重點(diǎn)增加相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)在管理上的應(yīng)用案例，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。同時(shí)，根據(jù)管理類專業(yè)偏向領(lǐng)域，開設(shè)關(guān)聯(lián)程度較大、應(yīng)用較廣泛的人工智能選修課程，以便學(xué)生根據(jù)自己的興趣與需求選修具體方向的課程。(2)注重學(xué)生的數(shù)理及編程基礎(chǔ)良好的數(shù)理及編程基礎(chǔ)是學(xué)習(xí)人工智能的前提。只有具備了這些基礎(chǔ)，才能搞清楚人工智能模型的數(shù)量關(guān)系、空間形式和優(yōu)化過程等，才能將數(shù)學(xué)語言轉(zhuǎn)化為程序語言，并應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)。管理學(xué)院人才的數(shù)理及編程基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，因此，在安排學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能課程之前，建議開設(shè)面向全體管理類專業(yè)學(xué)生的微積分、線性代數(shù)、概率論等專業(yè)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)課程以及C語言、python等編程基礎(chǔ)課程，使學(xué)生具備數(shù)學(xué)分析的基礎(chǔ)與一定編程基礎(chǔ)，為學(xué)習(xí)人工智能課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外，可以推進(jìn)MOOC平臺(tái)建設(shè)，在平臺(tái)上開設(shè)人工智能網(wǎng)絡(luò)課程，幫助學(xué)生掌握人工智能知識(shí)基礎(chǔ)及專業(yè)技能。(3)實(shí)驗(yàn)建設(shè)為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于人工智能知識(shí)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)性理解，可以基于不同的應(yīng)用模塊，設(shè)計(jì)具有前后鋪墊、上下關(guān)聯(lián)的綜合性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)不同層次的項(xiàng)目要求，同時(shí)基于相同的實(shí)驗(yàn)課題，讓學(xué)生分組對(duì)實(shí)驗(yàn)課題進(jìn)行攻克，并設(shè)置多元化的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中反映出的不同進(jìn)度，讓教師能對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平做出準(zhǔn)確評(píng)判，及時(shí)進(jìn)行教學(xué)反思，以便更好地開展下一步工作。例如，針對(duì)人工智能課程應(yīng)用中很廣的遺傳算法，在某一管理規(guī)劃的具體應(yīng)用上設(shè)置理解－實(shí)現(xiàn)－參數(shù)分析－具體應(yīng)用－嘗試改進(jìn)－深度拓展的不同層次的項(xiàng)目要求，在這些項(xiàng)目層次中規(guī)定必做項(xiàng)與可選項(xiàng)，讓學(xué)生基于同一實(shí)驗(yàn)課題進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，然后通過個(gè)人自我評(píng)價(jià)、小組成員互相評(píng)價(jià)以及教師評(píng)價(jià)的方式進(jìn)行打分，對(duì)小組整體能力以及個(gè)人能力進(jìn)行綜合評(píng)估，以期培養(yǎng)學(xué)生的自主思考能力。
關(guān)鍵詞：CDIO工程教育模式；自動(dòng)化專業(yè)；建設(shè)方案；建設(shè)成果
作者簡(jiǎn)介：李曉理（1971-），男，遼寧沈陽人，北京科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，教授；孫衢（1971-），男，陜西西安人，北京科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，教授。（北京100083）
基金項(xiàng)目：本文系教育部第五批高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目――“自動(dòng)化CDIO特色專業(yè)建設(shè)”（項(xiàng)目編號(hào)：TS2422）經(jīng)費(fèi)支持的研究成果。
中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2012）14-0050-02
高校特色專業(yè)建設(shè)工作是教育部、財(cái)政部實(shí)施“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”的重要組成部分，建設(shè)高等學(xué)校特色專業(yè)是優(yōu)化專業(yè)結(jié)構(gòu)、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、辦出專業(yè)特色的重要措施。CDIO工程教育項(xiàng)目起源于2000年10月，旨在為學(xué)生提供一種強(qiáng)調(diào)工程基礎(chǔ)的、建立在真實(shí)世界的產(chǎn)品和系統(tǒng)的構(gòu)思－設(shè)計(jì)－實(shí)現(xiàn)－運(yùn)行（CDIO）過程的環(huán)境基礎(chǔ)上的工程教育。[1]
北京科技大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我校”）自動(dòng)化專業(yè)是CDIO教育部特色專業(yè)建設(shè)單位，擁有控制科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科博士學(xué)位授予權(quán)、博士后流動(dòng)站、工程碩士學(xué)位授予權(quán)（控制工程）、學(xué)士學(xué)位授予權(quán)（自動(dòng)化）。其中控制理論與控制工程二級(jí)學(xué)科是國家重點(diǎn)（培育）學(xué)科、北京市重點(diǎn)學(xué)科；擁有鋼鐵流程先進(jìn)控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京市高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。2009年11月，本專業(yè)被教育部批準(zhǔn)為“以CDIO人才培養(yǎng)模式為特色的試點(diǎn)專業(yè)建設(shè)”。這表明了我校辦學(xué)實(shí)力的不斷提升，對(duì)我校落實(shí)教育部“質(zhì)量工程”、不斷加強(qiáng)專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量產(chǎn)生了積極作用和重要影響。學(xué)校和自動(dòng)化學(xué)院按照有關(guān)要求，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)CDIO工程教育模式的支持力度，大力推進(jìn)其課程體系、教材及實(shí)習(xí)基地建設(shè)，改革人才培養(yǎng)方案，優(yōu)化教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu)；構(gòu)建基于鋼鐵流程工業(yè)的自動(dòng)化專業(yè)CDIO工程教育模式（Iron & Steel automation CDIO，簡(jiǎn)稱ISA-CDIO）。
一、特色專業(yè)建設(shè)目標(biāo)和方案
北京科技大學(xué)CDIO教育部特色專業(yè)建設(shè)的建設(shè)目標(biāo)是針對(duì)鋼鐵流程工業(yè)，以自動(dòng)化專業(yè)的基礎(chǔ)理論和技術(shù)為依托，以流程工業(yè)中過程和系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行為教育背景，培養(yǎng)具有工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力的復(fù)合型高級(jí)工程技術(shù)人才。學(xué)生應(yīng)具備扎實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)、電工電子技術(shù)基礎(chǔ)和自動(dòng)化的基礎(chǔ)理論，具有較強(qiáng)的外語和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，能在運(yùn)動(dòng)控制、工業(yè)過程控制、電力電子技術(shù)、檢測(cè)與自動(dòng)化儀表、電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理、管理與決策、智能科學(xué)與技術(shù)等領(lǐng)域從事系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)以及科學(xué)研究和開發(fā)等方面工作。在學(xué)科建設(shè)、師資隊(duì)伍建設(shè)、人才培養(yǎng)、科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等方面取得長(zhǎng)足進(jìn)步。其建設(shè)成果可為高校自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)和改革起到參考和示范作用。其建設(shè)方案為：根據(jù)學(xué)科基礎(chǔ)和科研特色，研究改革人才培養(yǎng)方案，構(gòu)建新型課程體系；改革課程教學(xué)內(nèi)容、加強(qiáng)新教材的建設(shè)；改革教師培養(yǎng)和使用機(jī)制，加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)；改革實(shí)踐教學(xué)，推進(jìn)人才培養(yǎng)與實(shí)踐相結(jié)合；建立有效的評(píng)估和考核機(jī)制。CDIO人才培養(yǎng)模式下的自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)方案如圖1所示，包括以下七個(gè)方面（見圖1）：
1.知識(shí)體系的提煉
針對(duì)鋼鐵工業(yè)流程中自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的需求及特點(diǎn)，從對(duì)產(chǎn)品、過程或系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作出發(fā)，分析工程技術(shù)人員應(yīng)具備的基礎(chǔ)知識(shí)，建立以鋼鐵工業(yè)流程為行業(yè)背景的自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)體系，為ISA-CDIO培養(yǎng)模式的建立和教學(xué)方式的改革提供指導(dǎo)。
2.ISA-CDIO培養(yǎng)模式的建立
在知識(shí)體系提煉的基礎(chǔ)上，結(jié)合CDIO能力大綱要求，考慮學(xué)生知識(shí)體系的建構(gòu)、能力培養(yǎng)過程和不同學(xué)科之間的交叉、互補(bǔ)和融合，改革課程體系的設(shè)置，完善課程的教學(xué)方式和內(nèi)容，完成完整的專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃和齊備的教學(xué)文件。
3.工程實(shí)踐環(huán)節(jié)系列的設(shè)計(jì)
進(jìn)一步強(qiáng)化教學(xué)體系當(dāng)中工程項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高學(xué)生對(duì)實(shí)際項(xiàng)目的構(gòu)思（規(guī)劃）、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作能力。為此，理順每個(gè)課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，構(gòu)成三級(jí)的實(shí)踐項(xiàng)目環(huán)節(jié)。在相關(guān)課程三級(jí)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)綜合實(shí)踐項(xiàng)目，構(gòu)成二級(jí)環(huán)節(jié)。進(jìn)而在二級(jí)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，由畢業(yè)設(shè)計(jì)、科技創(chuàng)新、產(chǎn)品研發(fā)以及鋼鐵工業(yè)中典型自動(dòng)化系統(tǒng)的集成項(xiàng)目構(gòu)成一級(jí)環(huán)節(jié)。
4.相關(guān)教材的建設(shè)
配合教學(xué)改革，在實(shí)際教學(xué)過程中，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，建立與教學(xué)體系改革相配套的系列教材、相應(yīng)課件及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)材料，形成立體化教學(xué)環(huán)境。
5.工程實(shí)踐場(chǎng)所的建立和整合
形成校內(nèi)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、科技創(chuàng)新與校外大型鋼鐵企業(yè)和自動(dòng)化公司實(shí)習(xí)相結(jié)合的、理論與實(shí)踐統(tǒng)一的一體化教學(xué)體系，為學(xué)生提供良好的生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)境。在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中，強(qiáng)化學(xué)生在學(xué)校所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)。配合教學(xué)改革內(nèi)容，針對(duì)鋼鐵流程工業(yè)重要環(huán)節(jié)的特點(diǎn)，結(jié)合目前典型的控制設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及先進(jìn)的仿真軟件，搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，構(gòu)建半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，形成工程教育基地。
6.教師隊(duì)伍的建設(shè)
通過工程項(xiàng)目和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)的方式，提高教師（尤其是青年教師）的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。聘請(qǐng)企業(yè)或?qū)I(yè)技術(shù)公司當(dāng)中有經(jīng)驗(yàn)的專家和工程技術(shù)人員為我校的特聘教師，使其參與教學(xué)環(huán)節(jié)，提高教師隊(duì)伍工程能力。
7.教學(xué)效果的評(píng)估與學(xué)生學(xué)習(xí)情況考核機(jī)制的建立
針對(duì)教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容的改革，設(shè)置具體的考核機(jī)制，形成一整套有效的考核辦法，檢驗(yàn)改革的效果，并通過借鑒ASEA工程師認(rèn)證的考核辦法、聽取畢業(yè)生工作單位反饋意見等方式，定期對(duì)考核辦法進(jìn)行修改、完善。
教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)環(huán)境建設(shè)、教材建設(shè)、教師隊(duì)伍建設(shè)、評(píng)估與考核機(jī)制等多個(gè)環(huán)節(jié)相互補(bǔ)充、相互促進(jìn)，形成完善的ISA-CDIO一體化的教學(xué)模式。
二、已取得的建設(shè)成果
1.研究制訂人才培養(yǎng)新方案
根據(jù)既定學(xué)科定位和培養(yǎng)模式，結(jié)合學(xué)科發(fā)展基礎(chǔ)和人才培養(yǎng)需求，從加強(qiáng)理論基礎(chǔ)和工程實(shí)踐創(chuàng)新能力著手，結(jié)合CDIO工程教育模式，在廣泛調(diào)研并征詢相關(guān)高校、科研院所和生產(chǎn)單位意見后，組織資深教師修訂完善培養(yǎng)計(jì)劃和課程體系。已制定了2010版自動(dòng)化專業(yè)培養(yǎng)方案和課程體系，制定了相應(yīng)的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)大綱，以及相應(yīng)教學(xué)日歷等。
2.加強(qiáng)新教材的建設(shè)和課程建設(shè)
本專業(yè)教學(xué)所使用教材，大多為國家十五、十一五規(guī)劃教材，出版時(shí)間一般不超過五年。在科學(xué)研究和工程實(shí)踐積累的基礎(chǔ)上，本專業(yè)教師積極主編教材，已出版及待出版的教材為16部，均為國家十一五規(guī)劃教材和北京市精品立項(xiàng)教材。本專業(yè)必修課程全部達(dá)到校級(jí)及以上精品課程標(biāo)準(zhǔn)；2010年我校“數(shù)字電子技術(shù)（雙語）”獲國家雙語教學(xué)示范課程稱號(hào)，“電機(jī)及運(yùn)動(dòng)控制”獲校級(jí)精品課程，“自動(dòng)控制原理”、“微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用”獲校級(jí)優(yōu)秀課程稱號(hào)，“嵌入式控制系統(tǒng)”、“電力電子技術(shù)”獲校級(jí)優(yōu)秀課程建設(shè)，自動(dòng)化專業(yè)“CDIO人才培養(yǎng)模式”等課題得到學(xué)校教改項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支持。
3.加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)
建立了自動(dòng)化專業(yè)教師培訓(xùn)交流和深造的常規(guī)機(jī)制，鼓勵(lì)中青年教師出國交流和在職攻讀博士學(xué)位。2010年有兩名教師分別去澳大利亞、美國訪問交流，2011年有一名教師到日本進(jìn)行訪問交流。本學(xué)科現(xiàn)在專職教師33人（35 周歲以下青年教師12人），其中具有博士學(xué)位教師人員24人，在讀博士2人，副高及以上專業(yè)技術(shù)職務(wù)人員21人。本專業(yè)正積極引進(jìn)專職教師，且已從國內(nèi)、國外科研院所聘請(qǐng)兼職教授、兼職博導(dǎo)、講座教授和項(xiàng)目合作專家30余人。
4.完善教學(xué)管理和質(zhì)量評(píng)估體系
完善了教學(xué)文件、教學(xué)管理規(guī)章制度的建設(shè)與執(zhí)行，包括院、系自查和校、院教學(xué)督導(dǎo)組核查。要求定期做好課堂教學(xué)質(zhì)量效果檢查、建立了課程建設(shè)和專業(yè)建設(shè)教學(xué)檔案、認(rèn)真執(zhí)行教授為本科生授課制度等，并從多種渠道收集學(xué)生對(duì)教學(xué)效果的評(píng)價(jià)意見。通過專家聽課、院級(jí)領(lǐng)導(dǎo)聽課、學(xué)生評(píng)價(jià)、教師自我評(píng)價(jià)等多種途徑完善課程教學(xué)評(píng)價(jià)體系。依據(jù)學(xué)校教學(xué)質(zhì)量管理的規(guī)定，正逐步實(shí)施考教分離和以嚴(yán)正考風(fēng)為重點(diǎn)的學(xué)風(fēng)建設(shè)，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。
5.改革實(shí)踐教學(xué)體系
從本學(xué)科發(fā)展方向出發(fā)，廣泛征詢相關(guān)院校和用人單位意見，探索學(xué)生工程應(yīng)用和科研創(chuàng)新能力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，完善課程體系和教學(xué)模式。改革自動(dòng)化專業(yè)實(shí)踐教學(xué)，使實(shí)踐教學(xué)體系具有多樣化、綜合性、分層次、重創(chuàng)新等特點(diǎn)，如圖2所示。
通過課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)加強(qiáng)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)，鍛煉學(xué)生科研創(chuàng)新能力。絕大多數(shù)設(shè)計(jì)選題結(jié)合科研項(xiàng)目和生產(chǎn)實(shí)際，符合學(xué)科專業(yè)要求。在本科畢業(yè)生畢業(yè)實(shí)習(xí)方面，與國內(nèi)十多個(gè)企業(yè)一直保持著長(zhǎng)期合作關(guān)系，在鞏固濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步拓展學(xué)生的實(shí)訓(xùn)基地，如北京佰能公司、北京時(shí)代凌宇公司、北京信融友聯(lián)股份有限公司、中冶京城瑞達(dá)股份有限公司、安陽鋼鐵公司、首都鋼鐵公司、鞍山鋼鐵公司、宣化鋼鐵公司等建立合作關(guān)系。
6.繼續(xù)加強(qiáng)學(xué)科平臺(tái)建設(shè)
學(xué)校在“211”三期建設(shè)中投入1300萬元建設(shè)本學(xué)科平臺(tái)；2010年，自動(dòng)化學(xué)科獲批重點(diǎn)學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心被評(píng)為國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。
7.大力推進(jìn)雙語教學(xué)
2010年我專業(yè)“數(shù)字電子技術(shù)（雙語）”獲國家雙語教學(xué)示范課程稱號(hào)，該課程雙語教學(xué)采用原版教材。其他多門課程正在積極探索雙語教學(xué)的可行性及前期準(zhǔn)備工作。
8.繼續(xù)加強(qiáng)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新
在機(jī)器人大賽、飛思卡爾智能車大賽、西門子仿真大賽、Scilab程序設(shè)計(jì)大賽、電子設(shè)計(jì)大賽、嵌入式系統(tǒng)大賽當(dāng)中，由學(xué)生和有經(jīng)驗(yàn)的老師組成的團(tuán)隊(duì)，不斷取得好成績(jī)。科技創(chuàng)新活動(dòng)提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和團(tuán)隊(duì)合作、交流能力，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和責(zé)任感。
9.CDIO工程教育改革實(shí)施狀態(tài)自評(píng)
根據(jù)CDIO實(shí)施評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，分別從以CDIO為本專業(yè)教育的背景環(huán)境、本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的制訂、一體化教學(xué)計(jì)劃的設(shè)計(jì)與制訂、工程導(dǎo)論、學(xué)生設(shè)計(jì)―建造（實(shí)現(xiàn)）活動(dòng)、工程實(shí)踐場(chǎng)所、一體化的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、主動(dòng)學(xué)習(xí)方法、教師工程實(shí)踐能力的提高、教師教學(xué)能力的提高、學(xué)生成績(jī)考核方法、CDIO工程教育改革在本專業(yè)的實(shí)施等12個(gè)方面對(duì)北京科技大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)2010年CDIO實(shí)施狀態(tài)進(jìn)行了自評(píng)，自評(píng)結(jié)果如圖3所示。
三、特色專業(yè)建設(shè)中存在的問題和改進(jìn)
對(duì)本專業(yè)在CDIO改革的理念、計(jì)劃、方法、實(shí)施效果、存在的問題等各個(gè)方面進(jìn)行分析討論。針對(duì)本專業(yè)當(dāng)前所面臨主要問題，下一階段的改進(jìn)工作包括：進(jìn)一步深化對(duì)CDIO教學(xué)理念的理解和認(rèn)識(shí)，營造良好的背景環(huán)境；精練學(xué)習(xí)目標(biāo)、結(jié)合學(xué)校定位及國家需求，培養(yǎng)有競(jìng)爭(zhēng)力的工程技術(shù)人員；結(jié)合CDIO教學(xué)大綱，完成細(xì)化新版教學(xué)大綱；探索工程導(dǎo)論教學(xué)模式，通過相關(guān)核心課程的應(yīng)用激發(fā)學(xué)生的興趣，明確學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)；在學(xué)生的一體化學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)試點(diǎn)基礎(chǔ)上，探索學(xué)生參加課外科技創(chuàng)新活動(dòng)的有效機(jī)制，逐步擴(kuò)大覆蓋面，力爭(zhēng)做到全部學(xué)生參與該活動(dòng)；在現(xiàn)有條件下，完善拓展學(xué)生的實(shí)訓(xùn)基地和實(shí)踐場(chǎng)所；結(jié)合教學(xué)大綱的制訂，逐步將人際交往能力、產(chǎn)品、過程建造能力融入教學(xué)過程中；通過教學(xué)改革和教學(xué)方法嘗試，探索激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造能力；根據(jù)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，通過參加實(shí)際工程項(xiàng)目或參加師資培訓(xùn)等手段有計(jì)劃地提高教師的工程能力和教學(xué)水平；變革現(xiàn)有的考核方式，除注重課程內(nèi)容考核外，還將個(gè)人、人際交往能力，產(chǎn)品、過程和系統(tǒng)建造等能力納入考核范圍，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)、能力的提高；將現(xiàn)有的評(píng)價(jià)機(jī)制有機(jī)整合，形成具有系統(tǒng)性和延續(xù)性、多樣化的考核體制。
四、結(jié)束語
實(shí)施“質(zhì)量工程”是促進(jìn)我國高等教育規(guī)模、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量和效益全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的重大舉措。[2]特色專業(yè)建設(shè)要求教師必須從思想上重視“質(zhì)量工程”建設(shè)，積極研究本專業(yè)的特色，制訂建設(shè)目標(biāo)和建設(shè)方案，并以此來促進(jìn)教學(xué)內(nèi)涵的建設(shè)，確保正確合理地設(shè)置課程。在師資隊(duì)伍建設(shè)中抓住適應(yīng)專業(yè)培養(yǎng)人才的需求，辦出能發(fā)揮學(xué)校自身優(yōu)勢(shì)和符合社會(huì)需求的特色專業(yè)。
北京科技大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)立足鋼鐵流程工業(yè)，結(jié)合CDIO工程教育模式，設(shè)計(jì)了CDIO人才培養(yǎng)模式下的特色專業(yè)建設(shè)方案，構(gòu)建了基于鋼鐵流程工業(yè)的自動(dòng)化專業(yè)CDIO工程教育模式，為特色專業(yè)建設(shè)做出了積極探索和貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：先進(jìn)制造技術(shù)；新工業(yè)革命；制造模式；新一代信息技術(shù)；
作者簡(jiǎn)介：周佳軍(1989-)，男，湖北黃岡人，博士研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等
0引言
制造業(yè)是中國經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主體和支柱，是綜合國力的重要體現(xiàn)。當(dāng)前我國制造業(yè)的總體情況依然落后，從資源與環(huán)境的角度看，我國制造業(yè)對(duì)能源和資源消耗巨大，環(huán)境污染嚴(yán)重；從技術(shù)與創(chuàng)新水平的角度看，我國制造產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱，科技含量低，技術(shù)水平落后，有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品少，產(chǎn)品的附加值較低[1]；從產(chǎn)業(yè)內(nèi)部?jī)r(jià)值鏈的角度看，我國傳統(tǒng)制造業(yè)處在價(jià)值鏈上(研發(fā)、制造、營銷)價(jià)值創(chuàng)造能力最低的環(huán)節(jié)，在研發(fā)和營銷領(lǐng)域，科技創(chuàng)新能力弱、品牌建設(shè)不足；從市場(chǎng)環(huán)境的角度看，知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，消費(fèi)更加個(gè)性化，傳統(tǒng)的以追求生產(chǎn)效率為目的而進(jìn)行的品種單一、大批量以及標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品制造模式，很難適應(yīng)現(xiàn)代市場(chǎng)中客戶的個(gè)性化和多樣化需求。
先進(jìn)制造技術(shù)(AdvancedManufacturingTechnology，AMT)注重經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)的融合性，通過柔性生產(chǎn)、靈活生產(chǎn)、產(chǎn)品差異化、注重效率和質(zhì)量等方式增強(qiáng)企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的反應(yīng)能力、提高自主創(chuàng)新能力，為客戶提供更加人性化的服務(wù)，具有產(chǎn)品質(zhì)量精良、技術(shù)含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少、經(jīng)濟(jì)效益好等特性，通過發(fā)展AMT和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)改造提升傳統(tǒng)的資源密集型和勞動(dòng)密集型工業(yè)，以開辟一條科技含量高、資源消耗低和環(huán)境污染少的新型工業(yè)化道路，已成為提高我國高新技術(shù)發(fā)展、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和滿足人民日益增長(zhǎng)需求的主要技術(shù)支撐。
2012年以來，新工業(yè)革命成為各國討論的熱點(diǎn)，以物聯(lián)網(wǎng)(Internetofthings)和大數(shù)據(jù)(bigdata)為代表的信息技術(shù)、以綠色能源為代表的新能源技術(shù)、以3D打印技術(shù)為代表的數(shù)字化智能制造等技術(shù)系統(tǒng)協(xié)同創(chuàng)新，將柔性化、智能化、敏捷化、精益化、全球化和人性化融為一體，將改變制造業(yè)的生產(chǎn)模式和全球經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，引領(lǐng)人們的生活走向智能化時(shí)代。工業(yè)西方發(fā)達(dá)國家紛紛提出“再工業(yè)化戰(zhàn)略”，試圖實(shí)現(xiàn)從“產(chǎn)業(yè)空心化”到“再工業(yè)化”的回歸，提出的再工業(yè)化戰(zhàn)略并不是恢復(fù)傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)能力，而是通過加快突破和應(yīng)用AMT搶占新一輪科技和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，占領(lǐng)產(chǎn)業(yè)鏈的高端。為了保證我國制造業(yè)的持續(xù)發(fā)展，必須盡快完成制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)由制造大國向制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。
1先進(jìn)制造技術(shù)
AMT自20世紀(jì)80年代提出以來，世界各國都十分重視其理論和應(yīng)用實(shí)踐研究。AMT既包括先進(jìn)加工技術(shù)(AdvancedProcessingTechnology，APT)(主要指材料加工工藝及方法)，又包括對(duì)先進(jìn)裝備、人的智慧等有機(jī)構(gòu)成的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的智能控制和組織管理的先進(jìn)制造模式(AdvancedManufacturingMode，AMM)，主要指制造模式及系統(tǒng)。美國聯(lián)邦科學(xué)、工程和技術(shù)協(xié)調(diào)委員會(huì)(FederalCoordinatingCouncilorScienceEngineeringandTechnology，F(xiàn)CCSET)下屬的工業(yè)和技術(shù)委員會(huì)AMT工作組提出其主要包括三個(gè)技術(shù)群[2]：主體技術(shù)群(AMT的關(guān)鍵支撐，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、加工工藝規(guī)劃、增材制造技術(shù)、并行工程，以及材料生產(chǎn)工藝、加工工藝、加工和測(cè)試技術(shù)等)、支撐技術(shù)群(如計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和框架等)和管理技術(shù)群(如質(zhì)量管理、基礎(chǔ)設(shè)施、人員培訓(xùn)、全局監(jiān)督等)。雖然先進(jìn)制造模式和AMT密不可分，實(shí)踐中也常將二者混為一談，但是它們是兩個(gè)不同的概念。AMT注重制造單元功能效用的發(fā)揮(偏重技術(shù))，AMM注重組織方式，強(qiáng)調(diào)的是人、組織結(jié)構(gòu)和技術(shù)三者的協(xié)同。兩者的關(guān)系如圖1所示。
從社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，任何制造系統(tǒng)都有兩個(gè)尺度，即技術(shù)系統(tǒng)和伴隨技術(shù)系統(tǒng)的社會(huì)系統(tǒng)，社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)中技術(shù)系統(tǒng)與社會(huì)系統(tǒng)兩類因素的相互作用，技術(shù)影響社會(huì)系統(tǒng)投入的種類、轉(zhuǎn)換過程的性質(zhì)和系統(tǒng)的產(chǎn)出。然而，社會(huì)系統(tǒng)決定著技術(shù)利用的有效性和效率，如果孤立地試圖使其中一個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化，則可能使系統(tǒng)的總效能降低。AMT是各個(gè)單項(xiàng)技術(shù)在先進(jìn)制造哲理下的有機(jī)集成，從最初關(guān)注技術(shù)和工程科學(xué)等自然科學(xué)的集成，慢慢過渡為重視在AMT應(yīng)用過程中科學(xué)技術(shù)、組織結(jié)構(gòu)以及人的智慧等的深度融合，尤其注重自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)的集成、系統(tǒng)體系觀念和整體全局優(yōu)化，最終目的是使整個(gè)制造系統(tǒng)能對(duì)外部市場(chǎng)環(huán)境的變化產(chǎn)生及時(shí)、高效、敏捷的反應(yīng)。
1.1先進(jìn)制造技術(shù)的概念、內(nèi)涵及主要內(nèi)容
制造指對(duì)原材料進(jìn)行加工或再加工，以及對(duì)零部件裝配過程的總稱。AMT的概念起源于美國[3]，早期其定義是以計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)的制造技術(shù)群，主要包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)輔助工程、機(jī)器人及柔性制造技術(shù)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、數(shù)控技術(shù)及裝備等[4-5]，從研究的角度看，先進(jìn)制造技術(shù)在不同時(shí)代具有不同的含義，當(dāng)前各種新出現(xiàn)的、先進(jìn)的機(jī)械加工技術(shù)(納米加工、激光切割、增材制造等)、精益生產(chǎn)、并行工程、柔性制造、虛擬制造、敏捷制造和現(xiàn)代集成制造模式等，都屬于AMT的研究之列。
我國學(xué)者在對(duì)國外學(xué)者有關(guān)AMT定義的歸納和研究中，更為系統(tǒng)地對(duì)AMT進(jìn)行了定義，認(rèn)為AMT是一個(gè)多學(xué)科體系，包括從市場(chǎng)需求、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃到制造過程與市場(chǎng)反饋的人—機(jī)—物系統(tǒng)工程[6-7]。AMT本質(zhì)上是自然科學(xué)(自動(dòng)控制技術(shù)、工藝規(guī)劃技術(shù)等)和社會(huì)科學(xué)(組織管理和經(jīng)濟(jì)學(xué)等)的有機(jī)融合體，是通過生產(chǎn)方式的智能化和柔性化來提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力和對(duì)市場(chǎng)環(huán)境的反應(yīng)能力。
從制造系統(tǒng)的觀點(diǎn)看，AMT是一個(gè)三層次的技術(shù)群，如圖2所示：第一個(gè)層次(內(nèi)層)為基礎(chǔ)制造技術(shù)，主要指優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔的通用共性技術(shù)，對(duì)應(yīng)AMT中的支撐技術(shù)(如圖1)；第二層(中層)是新型制造單元技術(shù)，由制造技術(shù)與信息技術(shù)、新型材料加工技術(shù)、清潔能源、環(huán)境科學(xué)等結(jié)合而成，涉及多學(xué)科交叉、集成與融合，對(duì)應(yīng)于先進(jìn)制造技術(shù)中的主體技術(shù)和管理技術(shù)；第三層(外層)為先進(jìn)制造模式/系統(tǒng)(集成技術(shù))，是由先進(jìn)制造單元技術(shù)和組織管理等融合而成的現(xiàn)代集成制造模式，強(qiáng)調(diào)技術(shù)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)的協(xié)同與融合，對(duì)應(yīng)于圖1的先進(jìn)制造模式，是人、技術(shù)、組織和管理等要素的集成，也是人機(jī)物協(xié)同制造系統(tǒng)。
1.1.1基礎(chǔ)制造技術(shù)
優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔的基礎(chǔ)制造技術(shù)，主要指?jìng)鹘y(tǒng)的制造工藝技術(shù)(如毛坯測(cè)量下料、鑄造/塑性成形、鍛壓、焊接、熱處理、材料強(qiáng)韌化、表面保護(hù)、機(jī)械加工、優(yōu)質(zhì)高效連接技術(shù)、功能性防護(hù)涂層及各種與設(shè)計(jì)制造等)經(jīng)過優(yōu)化和改進(jìn)后形成的基礎(chǔ)制造工藝，是先進(jìn)制造技術(shù)的核心組成部分。
1.1.2新型制造單元技術(shù)
新型制造單元技術(shù)由制造技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、人工智能、新型材料加工技術(shù)、清潔能源、環(huán)境科學(xué)等結(jié)合而成，涉及多學(xué)科交叉、集成與融合，主要包括以下內(nèi)容：
(1)新型材料、納米技術(shù)和激光加工傳統(tǒng)材料的研制過程通過基本材料的組合反復(fù)試驗(yàn)配制獲得，整個(gè)過程非常緩慢。2011年6月，美國先進(jìn)制造業(yè)伙伴關(guān)系(AdvancedManufacturingPartnership，AMP)計(jì)劃之一的“材料基因組計(jì)劃”[8]，從分子結(jié)構(gòu)的角度分析材料，通過原子排列找出相—顯微組織—性能—環(huán)境參數(shù)—使用壽命的關(guān)系，建立了原子、分子的結(jié)構(gòu)與材料性能的關(guān)系，極大地提高了研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用先進(jìn)材料的速度。納米技術(shù)和激光加工引發(fā)了機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)在毫微米水平上的融合。
(2)增材制造與精密成型技術(shù)增材制造(如3D打印[9])是材料技術(shù)、粘結(jié)技術(shù)和打印技術(shù)的融合創(chuàng)新，由原材料直接制造成精密工件的材料近凈成型技術(shù)(Near-netShapeForming，NSF)制作的零件不需要加工或少量加工即可投入使用，極大地改造了傳統(tǒng)的毛坯成型技術(shù)[10]。
(3)機(jī)器人、自動(dòng)化及智能化技術(shù)工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)加工中可以完成某些過程復(fù)雜、費(fèi)時(shí)耗力的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)流程[11]；自動(dòng)化促使機(jī)器或生產(chǎn)過程從自動(dòng)控制發(fā)展到自學(xué)習(xí)、自組織、自維護(hù)和自修復(fù)等；智能化技術(shù)綜合了信息技術(shù)、模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能優(yōu)化算法，使機(jī)器在沒有人工干預(yù)的情況下進(jìn)行生產(chǎn)，具有人機(jī)一體化、自律能力強(qiáng)、自組織與超柔性、自學(xué)習(xí)與自我維護(hù)等特點(diǎn)。
(4)先進(jìn)電子技術(shù)裝備先進(jìn)電子裝備，如平板電腦、智能手機(jī)、穿戴設(shè)備等普適人機(jī)交互設(shè)備和移動(dòng)終端會(huì)越來越普及，使人與物理世界的交互方式更加普適化、虛擬化、智能化和個(gè)性化，實(shí)現(xiàn)任何地點(diǎn)、任何時(shí)間、任何人都能訪問任何信息的交互，傳感器和嵌入式設(shè)備將會(huì)感知和采集各種環(huán)境和監(jiān)測(cè)對(duì)象信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行處理，用戶能夠利用自然普適智能的方式無縫地實(shí)現(xiàn)資源共享和服務(wù)的獲取。
(5)分子生物學(xué)和生物制造通過學(xué)習(xí)生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及其控制機(jī)制，解決制造過程中的一系列難題。強(qiáng)調(diào)生命科學(xué)的應(yīng)用，方法包括基因算法、進(jìn)化算法、強(qiáng)化學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。
(6)供應(yīng)鏈管理制造過程是物質(zhì)流、信息流在控制流的協(xié)調(diào)下實(shí)現(xiàn)從原料到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換，供應(yīng)鏈管理以整體效益最優(yōu)化為目標(biāo)，以系統(tǒng)化的觀點(diǎn)綜合考慮對(duì)人、技術(shù)、管理、設(shè)備、物料、信息等系統(tǒng)構(gòu)成要素的優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命全周期經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
(7)清潔生產(chǎn)技術(shù)、綠色可持續(xù)制造清潔生產(chǎn)和綠色制造主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1綠色設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)階段就充分考慮對(duì)資源和環(huán)境的影響；2綠色選材，將環(huán)境因素融入材料的選擇過程中；3綠色制造，采用物料和能源消耗少、廢棄物少、對(duì)環(huán)境污染小的制造方法；4回收和循環(huán)再制造，實(shí)現(xiàn)資源―產(chǎn)品―廢棄物―再生資源或再生產(chǎn)品的反饋式循環(huán)模式[12]。
(8)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算(cloudcomputing)等新一代信息技術(shù)IBM公司基于新一代信息技術(shù)提出的智慧地球(smartplanet)掀起了物聯(lián)網(wǎng)研究的，引起了國內(nèi)外學(xué)者和政府的廣泛關(guān)注[13]。物聯(lián)網(wǎng)是利用無線射頻識(shí)別(RadioFrequencyIDentification，RFID)、嵌入式系統(tǒng)、傳感器等技術(shù)獲取現(xiàn)實(shí)世界信息，使物體與物體之間通過網(wǎng)絡(luò)相互連接并進(jìn)行信息交互，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[14]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入產(chǎn)品的全生命周期及制造過程的各個(gè)階段，將形成新的制造模式———制造物聯(lián)。隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，社交網(wǎng)絡(luò)、電子商務(wù)、信息物理系統(tǒng)、移動(dòng)終端等迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)量尤其是半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，據(jù)著名咨詢公司IDC的研究報(bào)告，2011年網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)總量為1.8ZB，預(yù)計(jì)到2020年，總量將達(dá)到35ZB，大數(shù)據(jù)時(shí)代正在來臨[15]。一般意義上，大數(shù)據(jù)指無法在一定時(shí)間內(nèi)用常規(guī)機(jī)器和軟硬件工具對(duì)其進(jìn)行感知、獲取、管理、處理和服務(wù)的數(shù)據(jù)集合[16]，具有大量、高速、多樣、價(jià)值密度低的特點(diǎn)。對(duì)于制造業(yè)而言，數(shù)據(jù)積累和數(shù)據(jù)的廣度還不夠，數(shù)據(jù)應(yīng)用大多針對(duì)傳統(tǒng)企業(yè)內(nèi)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，有效整合大數(shù)據(jù)，包括微博、論壇、網(wǎng)站等數(shù)據(jù)源，分析發(fā)掘這些數(shù)據(jù)蘊(yùn)藏的潛在價(jià)值，有助于快速預(yù)測(cè)市場(chǎng)趨勢(shì)和客戶的個(gè)性化需求，細(xì)分客戶并提供量身定制的合適服務(wù)，及時(shí)了解整個(gè)供應(yīng)鏈的供需變化等。此外，制造系統(tǒng)中包括大量的物料、人員、生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)及加工過程等數(shù)據(jù)，研究制造系統(tǒng)中產(chǎn)生的大量不同來源的數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)演變過程，搜索、比較、聚類、分析、處理與融合制造過程的數(shù)據(jù)，可以支持制造過程的優(yōu)化決策，優(yōu)化生產(chǎn)流程和改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，有效提升制造企業(yè)的經(jīng)營管理效率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。大數(shù)據(jù)分析需要高效的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，目前制造業(yè)已經(jīng)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，而大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)體量巨大、數(shù)據(jù)類型繁多、查詢分析復(fù)雜等特點(diǎn)，超越了現(xiàn)有企業(yè)的IT架構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施的承載能力，因此需要高性能的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，必須依托云計(jì)算的分布式架構(gòu)、分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫和云存儲(chǔ)、虛擬化技術(shù)等。云計(jì)算[17]是能夠提供動(dòng)態(tài)資源池、虛擬化和高可用性的下一代計(jì)算平臺(tái)，通過按需使用的方式為用戶提供可配置的資源(包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)、IT基礎(chǔ)設(shè)施、軟件、服務(wù)等)。云計(jì)算融合物聯(lián)網(wǎng)、面向服務(wù)、高性能計(jì)算和智能科學(xué)等技術(shù)形成云制造[18]，將各類制造資源或能力虛擬化、服務(wù)化，通過網(wǎng)絡(luò)和云平臺(tái)為用戶提供可高效便捷、按需使用、優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的制造全生命周期服務(wù)。
1.1.3先進(jìn)制造模式/系統(tǒng)
制造模式是制造業(yè)為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)速度，以完成特定的生產(chǎn)任務(wù)而采取的一種有效的生產(chǎn)方式和一定的生產(chǎn)組織形式。先進(jìn)制造模式是以計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和智能技術(shù)為代表的高新技術(shù)為支撐技術(shù)，在先進(jìn)制造思想的指導(dǎo)下，用扁平化、網(wǎng)絡(luò)化組織結(jié)構(gòu)方式組織制造活動(dòng)，追求社會(huì)整體效益、顧客體驗(yàn)和企業(yè)盈利，是最優(yōu)化的柔性、智能化生產(chǎn)系統(tǒng)。按照歷史唯物主義的觀點(diǎn)，社會(huì)存在決定社會(huì)意識(shí)，從制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程來看，不同社會(huì)發(fā)展時(shí)期決定了不同的制造思想、生產(chǎn)組織方式和管理理念，它們相互作用、共同決定了特定時(shí)期的制造模式。如圖3所示，按照制造技術(shù)的發(fā)展水平、生產(chǎn)組織方式和管理理念，將制造模式的發(fā)展歷程歸納為手工作坊式生產(chǎn)、機(jī)器生產(chǎn)、批量生產(chǎn)、低成本大批量生產(chǎn)、高質(zhì)量生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化制造、面向服務(wù)的制造、智能制造8個(gè)階段。
工業(yè)革命以前，產(chǎn)品主要以手工作坊式和單件小批量模式生產(chǎn)為主，產(chǎn)品質(zhì)量主要依賴手工匠的技藝，其成本較高、生產(chǎn)批量小，零部件的質(zhì)量可控性和兼容性比較差，供不應(yīng)求成為制造業(yè)進(jìn)一步發(fā)展必須解決的問題。產(chǎn)業(yè)革命后，新的生產(chǎn)技術(shù)和管理思想大量涌現(xiàn)，這一階段的早期，制造技術(shù)的改進(jìn)重點(diǎn)是規(guī)模化大批量生產(chǎn)和提高生產(chǎn)效率，流水線式生產(chǎn)方式使得專業(yè)分工和標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)模生產(chǎn)從技術(shù)方法上成為可能，科學(xué)組織管理理念等又從組織、結(jié)構(gòu)和方式上保障了流水線式生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)，使得大規(guī)模制造成為可能。然而，大規(guī)模、批量化生產(chǎn)方式的精細(xì)化分工和高度標(biāo)準(zhǔn)化形成了一種剛性的資源配置系統(tǒng)，在買方市場(chǎng)下，市場(chǎng)環(huán)境瞬息萬變，這種生產(chǎn)模式會(huì)給企業(yè)帶來巨大損失，20世紀(jì)90年代，隨著先進(jìn)制造理念、先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)以及先進(jìn)管理方式的不斷成熟與發(fā)展，各種新的制造理念、先進(jìn)制造新模式得到了迅猛發(fā)展，理論界相繼出現(xiàn)了高質(zhì)量生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化制造、面向服務(wù)的制造、智能制造等一系列新概念，各種先進(jìn)制造模式之間的關(guān)系如圖4所示。
(1)高質(zhì)量生產(chǎn)
并行工程、柔性制造、精益生產(chǎn)[19-20]這三類制造模式是基礎(chǔ)的生產(chǎn)管理方法，是虛擬制造、敏捷制造、現(xiàn)代集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)；虛擬制造[21]是實(shí)現(xiàn)敏捷制造[22-23]的重要手段；生物制造[24]和綠色制造[25-26]是考慮環(huán)境影響和資源利用率的制造模式，相關(guān)文獻(xiàn)已有介紹，不再贅述。
(2)網(wǎng)絡(luò)化制造
網(wǎng)絡(luò)化制造是指在產(chǎn)品全生命周期制造活動(dòng)中，以信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)市場(chǎng)需求和提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的制造技術(shù)/系統(tǒng)的總稱。比較典型的應(yīng)用模式有制造網(wǎng)格(MGrid)[27]、應(yīng)用服務(wù)提供商(ApplicationServiceProvider，ASP)[28]。制造網(wǎng)格是運(yùn)用網(wǎng)格技術(shù)對(duì)制造資源進(jìn)行服務(wù)化封裝和集成，屏蔽資源的異構(gòu)性和地理上的分布性，以透明的方式為用戶提供服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)面向產(chǎn)品全生命周期的資源共享、集成和協(xié)同工作；ASP是企業(yè)將其部分或全部流程業(yè)務(wù)委托給服務(wù)提供商進(jìn)行管理的一種外包式服務(wù)，以優(yōu)化資源配置、提高生產(chǎn)和管理效率。企業(yè)用戶可以直接租用ASP平臺(tái)提供的各類軟件進(jìn)行自己的業(yè)務(wù)管理，如產(chǎn)品生命周期管理(ProductLifecycleManagement，PLM)、企業(yè)資源規(guī)劃(EnterpriseResourcePlanning，ERP)等，不必購買整個(gè)軟件和在本地機(jī)器上安裝該軟件，從而節(jié)省了IT產(chǎn)品技術(shù)的購買和運(yùn)行費(fèi)用，降低了客戶企業(yè)的應(yīng)用成本，特別適用于中小型企業(yè)。
(3)面向服務(wù)的制造
制造的價(jià)值鏈正不斷延伸和拓展，制造和服務(wù)逐漸融合，制造企業(yè)更加傾向于為顧客提品服務(wù)及其應(yīng)用解決方案。面向服務(wù)的制造是為實(shí)現(xiàn)制造價(jià)值鏈的增值，通過產(chǎn)品和服務(wù)融合、客戶全程參與、提供生產(chǎn)型服務(wù)或服務(wù)型生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)分散的制造資源整合和各自核心競(jìng)爭(zhēng)力的高效協(xié)同，達(dá)到高效創(chuàng)新的一種制造模式[29]。面向服務(wù)的制造的典型應(yīng)用有眾包生產(chǎn)(CrowdSourcing，C-Sourcing)、工業(yè)產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)(IndustrialProductServiceSystem，IPSS)等。眾包生產(chǎn)源于眾包，眾包一詞最早出現(xiàn)在2006年，由美國《連線》雜志一位名叫杰夫·豪的記者首次提出[30]。眾包是一種分布式的問題解決和生產(chǎn)模式，它將工作任務(wù)通過互聯(lián)網(wǎng)以公開、自由自愿的方式分發(fā)給非特定的大眾。眾包生產(chǎn)就是網(wǎng)絡(luò)化社會(huì)生產(chǎn)，讓更多產(chǎn)品和服務(wù)用戶參與到產(chǎn)品的創(chuàng)新活動(dòng)中來，打破企業(yè)創(chuàng)新來源的界限，聚集大眾智慧，增加公眾的參與度，并通過“用戶創(chuàng)造內(nèi)容”的形式生產(chǎn)出符合消費(fèi)者需求的個(gè)性化產(chǎn)品[31]。眾包生產(chǎn)對(duì)構(gòu)建創(chuàng)新型制造企業(yè)非常重要，它具有開放式生產(chǎn)、組織構(gòu)成的動(dòng)態(tài)性、物理范圍的分布性、參與者的主動(dòng)性等特點(diǎn)，能夠突破傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，通過外部資源的整合實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)任務(wù)；另外，它還可以通過激勵(lì)機(jī)制代替合約機(jī)制，以極低的成本聚集外部的零散個(gè)體用戶和群體資源，為客戶提品及其應(yīng)用解決方案。面對(duì)多樣化的個(gè)性需求和不斷變化的市場(chǎng)環(huán)境，眾包生產(chǎn)能夠靈活、高效、低成本地進(jìn)行資源的重新分配和整合，有效降低產(chǎn)品制造成本，減少企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，提高適應(yīng)個(gè)性化需求的靈活性，它的出現(xiàn)給企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、管理和售后服務(wù)帶來了巨大影響。產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng)(ProductServiceSystem，PSS)通過系統(tǒng)地集成產(chǎn)品和服務(wù)，為用戶提品功能而不是產(chǎn)品本身來滿足用戶需求，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的價(jià)值增值和生產(chǎn)與消費(fèi)的可持續(xù)性[32]。IPSS[33]是在PSS的基礎(chǔ)上提出的。IPSS是工業(yè)產(chǎn)品及其相關(guān)服務(wù)的集成，它將產(chǎn)品與服務(wù)作為一個(gè)集成化的整體提供給用戶，這里的產(chǎn)品既可以是用戶所有，也可以是IPSS的提供者所有，不但關(guān)注產(chǎn)品本身質(zhì)量而且考慮顧客體驗(yàn)，通過用戶的參與來提高產(chǎn)品服務(wù)創(chuàng)新能力；服務(wù)則是覆蓋整個(gè)產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的所有活動(dòng)(設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、銷售、使用、維護(hù)、售后服務(wù)等)，通過專業(yè)的服務(wù)共享降低用戶的成本投入，從而集中更多的精力關(guān)注其核心競(jìng)爭(zhēng)力。IPSS的核心是提供工業(yè)產(chǎn)品的工作能力，這依賴于提供者的知識(shí)水平和經(jīng)驗(yàn)豐富程度，因此它具有知識(shí)服務(wù)和生產(chǎn)型服務(wù)的特點(diǎn)。
(4)智能制造
基于新一代信息技術(shù)和IBM智慧地球的研究框架，制造系統(tǒng)的集成協(xié)同越來越關(guān)注人的發(fā)展和周圍環(huán)境的融合，研究的關(guān)注點(diǎn)從之前側(cè)重信息技術(shù)和工程科學(xué)的集成，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)體系、組織結(jié)構(gòu)、人及環(huán)境的深度融合與無縫集成，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)與可持續(xù)制造。此類制造包括云制造、制造物聯(lián)、基于信息物理系統(tǒng)(Cyber-PhysicalSystem，CPS)的智能制造乃至智慧制造。德國政府于2013年4月舉辦的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式推出了工業(yè)4.0戰(zhàn)略，在該戰(zhàn)略下提出的智能制造是面向產(chǎn)品全生命周期，實(shí)現(xiàn)泛在感知條件下的信息化制造。智能制造技術(shù)是在新一代信息技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、納米技術(shù)、傳感技術(shù)和人工智能等基礎(chǔ)上，通過感知、人機(jī)交互、決策、執(zhí)行和反饋，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、物流、管理、維護(hù)和服務(wù)的智能化，是信息技術(shù)與制造技術(shù)的集成協(xié)同與深度融合。在產(chǎn)品加工過程中，智能制造將傳感器及智能診斷和決策軟件集成到裝備，由程序控制的裝備上升到智能控制，能自適應(yīng)反饋被加工工件在過程中的狀況[34]。例如，基于CPS的智能制造生產(chǎn)過程與傳統(tǒng)的數(shù)控加工技術(shù)相比，能感知溫度、環(huán)境、加工材料的屬性變化，并作出相應(yīng)調(diào)整，不會(huì)死板地執(zhí)行預(yù)定程序，能夠保證加工出的產(chǎn)品精度。基于云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、面向服務(wù)和智能科學(xué)等技術(shù)的云制造也是一種智能化的制造模式[35]，它利用網(wǎng)絡(luò)和云制造服務(wù)平臺(tái)，按需組織網(wǎng)上制造資源(制造云)，為用戶提供可隨時(shí)獲取的、動(dòng)態(tài)的、敏捷的制造全生命周期服務(wù)[36-38]。云制造能促進(jìn)制造資源/能力的物聯(lián)化、虛擬化、服務(wù)化、協(xié)同化和智能化。與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化制造相比，云制造具有更好的資源動(dòng)態(tài)性、敏捷性以及產(chǎn)品和服務(wù)解決方案的靈活性，同時(shí)能更好地解決ASP模式的客戶端智能性和數(shù)據(jù)安全性的不足問題，以實(shí)現(xiàn)更大范圍的推廣和應(yīng)用；與制造網(wǎng)格相比，云制造在“分散資源集中使用”思想的基礎(chǔ)上，還體現(xiàn)了“集中資源分散服務(wù)”的思想。制造物聯(lián)[39]是基于互聯(lián)網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)、RFID、傳感網(wǎng)、智能技術(shù)等構(gòu)建的現(xiàn)代制造物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，是以中間件、海量信息融合和系統(tǒng)集成技術(shù)為基礎(chǔ)，基于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)服務(wù)平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)，解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)、管理、服務(wù)等過程中的信息感知、可靠傳輸與智能處理，增加制造的服務(wù)化與智能化水平的制造新模式。制造物聯(lián)在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠有效地管理制造資源、監(jiān)控制造過程、匹配制造需求等，將傳統(tǒng)的產(chǎn)品制造從市場(chǎng)調(diào)研、研發(fā)設(shè)計(jì)、供應(yīng)鏈、生產(chǎn)過程、銷售、物流運(yùn)輸與售后服務(wù)融為一體，協(xié)同制造過程中物料流、能量流、信息流、價(jià)值流的優(yōu)化運(yùn)行，以支持產(chǎn)品智能化、生產(chǎn)過程自動(dòng)化、供應(yīng)鏈與物流的準(zhǔn)時(shí)化和精益化、企業(yè)經(jīng)營管理輔助決策等應(yīng)用，極大地提高了制造企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
基于語義Web、務(wù)聯(lián)網(wǎng)(InternetofService，IoS)、社會(huì)性網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(SocialNetworkService，SNS)等，智能制造/云制造的進(jìn)一步發(fā)展將會(huì)誕生智慧制造(WisdomManufacturing，WM)[40-41]。WM將機(jī)器智能、普適智能和人的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)與智慧結(jié)合在一起，形成以客戶需求為中心、以人為本、面向服務(wù)、基于知識(shí)運(yùn)用、人機(jī)物協(xié)同的制造模式。
綜上所述，先進(jìn)制造模式是以所追求的目標(biāo)和生產(chǎn)開展方式的轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)而產(chǎn)生及發(fā)展的，體現(xiàn)的是消費(fèi)者的個(gè)性化需求、科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)，是由先進(jìn)制造哲理、先進(jìn)組織管理方式、先進(jìn)制造技術(shù)及人的相互融合發(fā)展、相互協(xié)同作用的產(chǎn)物。這是一個(gè)系統(tǒng)靈活性不斷增大、組織結(jié)構(gòu)和過程不斷優(yōu)化的進(jìn)程，將形成人機(jī)物協(xié)同制造系統(tǒng)，使制造資源得到最佳利用、生產(chǎn)效率得到極大提高，能夠?qū)κ袌?chǎng)變化和內(nèi)部變化作出迅速響應(yīng)。
1.2先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)活動(dòng)的影響
從生產(chǎn)流程來看，AMT與傳統(tǒng)制造技術(shù)對(duì)制造過程的影響如圖5所示。傳統(tǒng)制造是利用制造資源將原材料轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的過程，僅為生產(chǎn)過程的一部分，一般包括產(chǎn)品的加工和裝配兩大內(nèi)容，制造商自行生產(chǎn)或者從供應(yīng)商購買零件，將其組裝成產(chǎn)品并檢驗(yàn)以符合要求。制造過程中輸入的是原材料、能量、信息、人力資源等，輸出的是符合要求的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造與銷售各部分之間信息的傳遞與反饋不暢，各部門按功能分解任務(wù)，容易只考慮本部門的利益，對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化考慮較少，造成設(shè)計(jì)與制造部門間難以協(xié)調(diào)、矛盾突出。
AMT主要從材料設(shè)計(jì)、制造流程改造、產(chǎn)品服務(wù)融合的集成解決方案和循環(huán)利用四個(gè)方面拓展傳統(tǒng)制造技術(shù)的內(nèi)容：
(1)材料設(shè)計(jì)新型材料的成型和加工技術(shù)愈發(fā)重要，對(duì)材料分子層或原子層的定向改造極大地提高了產(chǎn)品性能，超硬材料、功能梯度復(fù)合材料的某些新的成形、加工技術(shù)將不斷涌現(xiàn)，如超導(dǎo)材料成形加工等。
(2)制造流程改造傳統(tǒng)制造是面向批處理、時(shí)間上和空間上分離的分布式加工，先進(jìn)制造超效能加工和自動(dòng)化技術(shù)能夠促使連續(xù)流制造，減少零件庫存。
(3)產(chǎn)品服務(wù)融合先進(jìn)制造強(qiáng)調(diào)涵蓋從產(chǎn)品研發(fā)直至客戶應(yīng)用的全過程，提品、軟件和服務(wù)于一體的產(chǎn)品解決方案和端對(duì)端的服務(wù)。知識(shí)資本、人力資本和技術(shù)資本的高度聚合，使制造活動(dòng)擺脫了傳統(tǒng)制造低技術(shù)含量、低附加值的模式，通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)、管理咨詢等活動(dòng)，技術(shù)和知識(shí)在生產(chǎn)過程中被實(shí)際運(yùn)用，將技術(shù)進(jìn)步轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)能力和競(jìng)爭(zhēng)力，為企業(yè)產(chǎn)生更高的附加價(jià)值。
(4)循環(huán)利用[42]先進(jìn)制造注重材料的回收利用，不但對(duì)環(huán)境友好而且節(jié)約原材料成本。傳統(tǒng)的產(chǎn)品制造模式是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，即原料工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品使用報(bào)廢棄入環(huán)境，是以大量消耗資源和破壞環(huán)境為代價(jià)的制造方式；而循環(huán)生產(chǎn)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，整個(gè)生命周期考慮生態(tài)環(huán)境和資源效率，從單純的產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)擴(kuò)展到生命周期設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)所有資源應(yīng)該實(shí)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)體系內(nèi)的循環(huán)利用。
基礎(chǔ)制造技術(shù)、新型制造單元技術(shù)和現(xiàn)代先進(jìn)集成制造技術(shù)對(duì)制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。基礎(chǔ)制造技術(shù)通過改進(jìn)、整合形成新型制造單元技術(shù)，進(jìn)而影響整個(gè)制造過程。諸如網(wǎng)絡(luò)化制造、面向服務(wù)制造和智能制造等先進(jìn)集成制造技術(shù)已在前文說明，這里著重探討新型制造單元技術(shù)對(duì)制造過程的影響。具體來講，新型制造單元技術(shù)(圖2中第二層)對(duì)傳統(tǒng)制造流程的改造如圖6所示，增材/精準(zhǔn)制造用于對(duì)加工階段的改造；機(jī)器人/自動(dòng)化技術(shù)用于組裝和生產(chǎn)流程的自動(dòng)化；先進(jìn)電子技術(shù)用于產(chǎn)品和服務(wù)的融合以及加工過程的控制；供應(yīng)鏈設(shè)計(jì)以整體效益最優(yōu)化為目標(biāo)，以系統(tǒng)化的觀點(diǎn)綜合考慮人、技術(shù)、管理、設(shè)備、物料、信息等系統(tǒng)構(gòu)成要素的優(yōu)化組合，在滿足產(chǎn)品或服務(wù)供給要求的同時(shí)，達(dá)到成本最低；清潔生產(chǎn)技術(shù)主要用于材料的循環(huán)利用、回收等環(huán)節(jié)；分子生物學(xué)和生物制造用于材料設(shè)計(jì)及制造流程的改進(jìn)；納米材料技術(shù)用于合成與加工功能梯度材料、復(fù)合材料等；物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)用于對(duì)產(chǎn)品全生命周期制造過程進(jìn)行全方位跟蹤、分析、優(yōu)化和控制，實(shí)現(xiàn)多維度、透明化的泛在感知，確保制造過程的高效、敏捷、可持續(xù)和智能化。
需要指出的是，AMT對(duì)傳統(tǒng)制造流程的改造，不但使原有制造和裝配工藝等制造中期階段產(chǎn)生了質(zhì)的變化，而且涵蓋了市場(chǎng)信息分析、產(chǎn)品決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備等生產(chǎn)前階段，以及質(zhì)量監(jiān)測(cè)、銷售使用、售前售后服務(wù)、產(chǎn)品報(bào)廢的處理和回收再生產(chǎn)等后階段，覆蓋了產(chǎn)品生命周期的制造全過程，可提供集產(chǎn)品、軟件和服務(wù)于一體的整體解決方案，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)。
1.3各國先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展情況和研究進(jìn)展
近年來，美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家先后針對(duì)AMT的研發(fā)提出了國家層面的發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃。美國在2009年12月頒布了《AFrameworkforRevitalizingAmericanManufacturing》(重振美國制造業(yè)框架)[43]；2011年6月宣布了《TheAdvancedManufacturingPartnership》(先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃)[44]；2012年2月了《ANationalStrategicPlanForAdvancedManufacturing》(先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略)[45]，提出通過加強(qiáng)研究和試驗(yàn)稅收減免、擴(kuò)大和優(yōu)化政府投資、建設(shè)智能制造技術(shù)平臺(tái)，以加快智能制造的技術(shù)創(chuàng)新。
日本在1989年就發(fā)起“智能制造系統(tǒng)”計(jì)劃，推動(dòng)本國AMT的研究和發(fā)展；2010年5月公布了《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)藍(lán)圖》，同年6月通過《新增長(zhǎng)戰(zhàn)略》法案，規(guī)劃了日本經(jīng)濟(jì)2011年~2020年的十年發(fā)展戰(zhàn)略，其中包括對(duì)先進(jìn)制造業(yè)的支持策略，通過大力調(diào)整制造業(yè)結(jié)構(gòu)，加快發(fā)展機(jī)器人、無人化工廠、3D打印技術(shù)等尖端領(lǐng)域，提升制造業(yè)的國際競(jìng)爭(zhēng)力[46]。
德國作為工業(yè)強(qiáng)國，為保持其制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，采取積極有效的行動(dòng)，將大量人力和物力投入到AMT中，推動(dòng)AMT的發(fā)展，并制訂了相關(guān)的計(jì)劃[47]，特別是2010年7月制訂了《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》，以支持制造領(lǐng)域新型革命性技術(shù)的研究與創(chuàng)新。其中“工業(yè)4.0”項(xiàng)目[48]是《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》確定的十大未來技術(shù)項(xiàng)目之一，用以支持工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域新一代關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新，該項(xiàng)目成為2013年漢諾威自動(dòng)化展最熱門的話題。工業(yè)4.0旨在通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、CPS、IoS等技術(shù)提升制造系統(tǒng)的智能化水平，它包括兩大主題：1智能工廠，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)和過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)；2智能生產(chǎn)，主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。歐盟于1998年~2007年相繼公布了第五框架計(jì)劃(1998~2002)、第六框架計(jì)劃(2002~2006)和第七框架計(jì)劃(2007~2013)，于2009年頒布了《歐盟共同關(guān)鍵使能技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略》，次年3月頒布了《歐洲2020戰(zhàn)略》[49]。發(fā)達(dá)國家希望以高新技術(shù)為依托大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品、清潔能源、新材料等新興產(chǎn)業(yè)，構(gòu)筑新的優(yōu)勢(shì)，消除不利因素，創(chuàng)造有利環(huán)境及符合自身優(yōu)勢(shì)的新興市場(chǎng)，規(guī)避在傳統(tǒng)制造領(lǐng)域與中國等發(fā)展中國家相比的競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)，以樹立其AMT的持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，提高其先進(jìn)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
我國也十分重視AMT的發(fā)展，國家863計(jì)劃在清華大學(xué)建立了CIMS工程研究中心。先進(jìn)制造技術(shù)作為一個(gè)主題在國家科技部領(lǐng)導(dǎo)下取得重大進(jìn)展，如數(shù)字化制造與工業(yè)工程[50]、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)[51]、網(wǎng)絡(luò)制造、仿生制造[52]、綠色制造與區(qū)域網(wǎng)絡(luò)制造[53]、供應(yīng)鏈、網(wǎng)絡(luò)化制造、大批量定制和仿生制造[54-55]等。特別是國家“十二五”制造業(yè)信息化科技工程規(guī)劃中，明確提出了大力發(fā)展新一代集成協(xié)同技術(shù)、制造服務(wù)技術(shù)和制造物聯(lián)技術(shù)，該規(guī)劃的實(shí)施將促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)相融合，為加速制造業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)、發(fā)展高端制造業(yè)等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)揮極其重要的作用。制造業(yè)信息化工程的實(shí)施使我國在AMT領(lǐng)域取得了大批具有先進(jìn)水平的研究成果，促進(jìn)了制造業(yè)向精益化、全球化、協(xié)同化、服務(wù)化、綠色化、智能化的方向發(fā)展，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)改造和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。
2新工業(yè)革命
工業(yè)革命是生產(chǎn)技術(shù)的變革，同時(shí)也是一場(chǎng)深刻的社會(huì)關(guān)系變革。新科技群的協(xié)同效應(yīng)和深度融合將導(dǎo)致生產(chǎn)組織方式和制造模式發(fā)生重大變化，從而引發(fā)新的工業(yè)革命。目前正在出現(xiàn)一種新工業(yè)革命，但仍是一個(gè)十分模糊的概念，不同研究者對(duì)新工業(yè)革命的概念有各自的理解，主要有5種不同的觀點(diǎn)：
(1)杰里米·里夫金[56]認(rèn)為，歷史上重要的工業(yè)革命都是在新通訊方式和新能源結(jié)合之際產(chǎn)生的，當(dāng)前正由互聯(lián)網(wǎng)和新能源結(jié)合引發(fā)新的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)變革，即包括五大支柱的新工業(yè)革命，如圖7所示，其中：1能源轉(zhuǎn)型，向可再生能源轉(zhuǎn)型，利用風(fēng)和陽光等，不再消耗石化產(chǎn)品；2分散式生產(chǎn)，互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)大大減小了時(shí)間、空間對(duì)人們的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)交流的制約，基于知識(shí)的共享、創(chuàng)新和發(fā)展的扁平式、分散化、合作性的生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)更加符合現(xiàn)代商業(yè)的需求；3存儲(chǔ)，充分利用社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施存儲(chǔ)間歇式可再生能源；4構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉垂蚕砭W(wǎng)，通過一種網(wǎng)格式的智能分布式電力系統(tǒng)和他人共享；5交通工具轉(zhuǎn)變，將汽車、卡車、火車等運(yùn)輸工具轉(zhuǎn)向插電式或者燃料電池等以可再生能源為動(dòng)力的交通工具，電動(dòng)車需要的電可在充電站購買。這五大支柱協(xié)同發(fā)展實(shí)現(xiàn)了1+1+1+1+1>5的整合效應(yīng)，樹立起一個(gè)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展范例，帶領(lǐng)世界進(jìn)入新紀(jì)元。
(2)克里斯·安德森[57]認(rèn)為，新型材料的應(yīng)用和增材制造技術(shù)等數(shù)字化制造方式將引發(fā)新工業(yè)革命，采用新型材料、3D打印技術(shù)和基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同制造服務(wù)等智能化與數(shù)字化制造方法，能夠迅速和精準(zhǔn)地將計(jì)算機(jī)中的虛擬設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)化為真實(shí)物體，甚至直接打印出零件或模具，基于網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字化設(shè)計(jì)及制造的創(chuàng)新提供給網(wǎng)絡(luò)用戶以創(chuàng)造真實(shí)物體的能力，將制造延伸至范圍更廣的生產(chǎn)人群中，這些制造過程蘊(yùn)藏著由普通人完成的無限可能，眾多個(gè)人制造聯(lián)合推動(dòng)全面創(chuàng)造，將直接加快向新型工業(yè)化趨勢(shì)發(fā)展的步伐，從而引領(lǐng)新工業(yè)革命。
(3)英國彼得·馬什[58]在《新工業(yè)革命：消費(fèi)者、全球化以及大規(guī)模生產(chǎn)的終結(jié)》一書中，將工業(yè)革命劃分為五次，如表1所示，而將始于2005年的第五次工業(yè)革命稱為新工業(yè)革命。
(4)保羅·麥基利的三次革命說[49，59]認(rèn)為，以制造業(yè)數(shù)字化為核心的第三次工業(yè)革命(新工業(yè)革命)即將到來，互聯(lián)網(wǎng)、智能軟件、新能源、新材料、機(jī)器人、新的制造方法和以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的商業(yè)服務(wù)模式將使技術(shù)要素和市場(chǎng)配置要素發(fā)生革命性變革，產(chǎn)生改變社會(huì)發(fā)展歷程的巨大能量。而制造業(yè)的數(shù)字化進(jìn)程正從智能計(jì)算機(jī)軟件、新材料、更靈巧的機(jī)器人、基于網(wǎng)絡(luò)的制造業(yè)服務(wù)化、新的制造方法5個(gè)方面向前推進(jìn)。
(5)德國政府于2013年4月舉辦的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，正式推出了工業(yè)4.0第四次工業(yè)革命[48]項(xiàng)目，目的是支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。工業(yè)4.0強(qiáng)調(diào)在工業(yè)生產(chǎn)過程中，以信息物理融合系統(tǒng)為核心，將眾多智能體聚集在信息平臺(tái)上，形成一種高度協(xié)同的互聯(lián)互通關(guān)系，從而構(gòu)建智能化的新型生產(chǎn)模式與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。工業(yè)4.0正引領(lǐng)新一輪的工業(yè)革命，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會(huì)產(chǎn)生各種新的活動(dòng)領(lǐng)域、商業(yè)模式和合作形式，將導(dǎo)致工業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和社會(huì)結(jié)構(gòu)從垂直向扁平轉(zhuǎn)變，從集中向分散轉(zhuǎn)變。
這些研究預(yù)言了新的工業(yè)革命即將來臨，勾勒出了先進(jìn)制造業(yè)的影響，描繪了未來制造業(yè)的走向。從上述觀點(diǎn)可以看出，工業(yè)革命的實(shí)質(zhì)是制造方式與模式的革命：保羅·麥基利認(rèn)為生產(chǎn)工具發(fā)生很大變化將導(dǎo)致新工業(yè)革命；杰里米·里夫金認(rèn)為生產(chǎn)動(dòng)力的變革將引發(fā)新工業(yè)革命；彼得·馬什認(rèn)為新工業(yè)革命主要集中在材料、動(dòng)力、加工工藝、制造模式等方面的變革；克里斯·安德森的新工業(yè)革命觀點(diǎn)主要體現(xiàn)在生產(chǎn)方式的革新；德國工業(yè)4.0體現(xiàn)在在工業(yè)生產(chǎn)過程中，基于CPS建立了一種高度協(xié)同的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。其實(shí)，任何一項(xiàng)單一的技術(shù)都不足以引發(fā)新一輪工業(yè)革命，判斷工業(yè)革命的依據(jù)關(guān)鍵為是否有新科技群協(xié)同效應(yīng)以及是否帶來人類生產(chǎn)、生活方式的重大變革。因此，新工業(yè)革命是基于新能源、智能制造、數(shù)字化制造、機(jī)器人技術(shù)、新一代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)綜合系統(tǒng)協(xié)同創(chuàng)新及突破性的發(fā)展，融合信息、計(jì)算機(jī)、數(shù)字化、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新變革，使工業(yè)生產(chǎn)方式與制造模式發(fā)生巨大變化，從而使交易方式與人們的生活方式發(fā)生重大變化。傳統(tǒng)的自上而下、集中規(guī)模化的生產(chǎn)模式將逐步被新工業(yè)革命的分散、扁平和協(xié)作的模式取代，定制化、個(gè)性化、智能化、分散化和合作化是新工業(yè)革命的主要特征。
3先進(jìn)制造技術(shù)與新工業(yè)革命之間關(guān)系
從主導(dǎo)技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)的角度來看，以生產(chǎn)方式變革為主線的AMT的群體涌現(xiàn)、協(xié)同融合將導(dǎo)致新的工業(yè)革命，各種技術(shù)之間產(chǎn)生的耦合效應(yīng)推動(dòng)了工業(yè)革命的進(jìn)程。新工業(yè)革命不是依賴單一學(xué)科或某幾類技術(shù)，而應(yīng)該是全方位的多學(xué)科、多技術(shù)層次、寬領(lǐng)域的協(xié)同效應(yīng)和深度融合。人類制造模式的演變從原始手工生產(chǎn)模式到現(xiàn)代先進(jìn)制造模式的演變過程中，經(jīng)歷了3次大的革命性變革。圖8所示為由市場(chǎng)變化與技術(shù)發(fā)展推動(dòng)的先進(jìn)制造模式的變革。
圖中：第一次工業(yè)革命中，由于蒸汽機(jī)、電氣技術(shù)、內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明與改進(jìn)，機(jī)器取代手工成為主導(dǎo)生產(chǎn)方式，制造業(yè)進(jìn)入機(jī)械化制造時(shí)代，成為近代工業(yè)化大生產(chǎn)時(shí)代的開端。第二次工業(yè)革命中，大規(guī)模制造成為主導(dǎo)生產(chǎn)方式，20世紀(jì)20年代，隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展，以流水線為典型代表的大規(guī)模制造模式在組織結(jié)構(gòu)上追求縱向一體化與大規(guī)模，內(nèi)部分工仔細(xì)，專業(yè)化程度高，簡(jiǎn)單熟練的操作提高了生產(chǎn)效率，使制造成本隨規(guī)模遞減，同時(shí)質(zhì)量的穩(wěn)定性也得到提高，制造模式進(jìn)入批量大規(guī)模制造階段。新工業(yè)革命是現(xiàn)代先進(jìn)制造模式集成協(xié)同創(chuàng)新的結(jié)果，進(jìn)入20世紀(jì)90年代后期，隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、智能控制技術(shù)研究的深入和以知識(shí)為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來，制造業(yè)的市場(chǎng)環(huán)境與技術(shù)變革發(fā)生了根本性的改變。大規(guī)模制造系統(tǒng)的剛性與市場(chǎng)的個(gè)性化需求以及環(huán)境快速變化所要求的響應(yīng)速度之間的矛盾日益尖銳，正是在此背景下，各種新制造模式研究探索與試驗(yàn)如雨后春筍般迅速興起，現(xiàn)代AMT融合自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的最新進(jìn)展，以綠色、低碳、可持續(xù)為發(fā)展理念，帶來了產(chǎn)業(yè)組織模式的轉(zhuǎn)變，對(duì)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式、政府管理模式和社會(huì)組織形態(tài)都有巨大的推動(dòng)作用，使全球技術(shù)要素和市場(chǎng)要素配置方式發(fā)生了革命性變化。
AMT的發(fā)展將在新工業(yè)革命中發(fā)揮重要作用。如前所述，工業(yè)革命的實(shí)質(zhì)是制造業(yè)生產(chǎn)方式與制造模式發(fā)生重大變化，它必然也是始于制造技術(shù)突破性的發(fā)展。AMT是制造業(yè)產(chǎn)生變革的根本力量，新一代信息技術(shù)(云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、務(wù)聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)等)、新能源(再生能源、清潔能源等)、新材料(復(fù)合材料、納米材料等)技術(shù)等將為新工業(yè)革命創(chuàng)造強(qiáng)大的新基礎(chǔ)設(shè)施；分散式制造(網(wǎng)絡(luò)化制造、制造物聯(lián)、云制造、智能制造)、眾包生產(chǎn)、集群效應(yīng)、利基思維等使生產(chǎn)方式產(chǎn)生變革，將整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)體系提升到一個(gè)新的水平，工業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)體系和社會(huì)結(jié)構(gòu)將從垂直轉(zhuǎn)向扁平、從集中轉(zhuǎn)向分散；以智能制造為代表的新一代先進(jìn)制造模式，必將使商業(yè)模式、管理模式、服務(wù)模式、企業(yè)組織結(jié)構(gòu)和人才資源需求發(fā)生巨大變化，給工業(yè)領(lǐng)域、生產(chǎn)價(jià)值鏈、業(yè)務(wù)模式乃至生活方式帶來根本性變革，進(jìn)而推進(jìn)和實(shí)現(xiàn)新的工業(yè)革命。
制造模式的演進(jìn)與新工業(yè)革命的出現(xiàn)由市場(chǎng)發(fā)展、社會(huì)變革、技術(shù)突破、管理創(chuàng)新多種動(dòng)因的綜合作用決定。對(duì)新工業(yè)革命的內(nèi)涵的理解必須通過與社會(huì)科學(xué)(如經(jīng)濟(jì)學(xué)和管理學(xué))等跨學(xué)科的對(duì)話和交流，適當(dāng)突破自然科學(xué)和工程技術(shù)學(xué)科的理論范疇。工業(yè)發(fā)展歷程表明，新的生產(chǎn)模式的出現(xiàn)均為與特定的社會(huì)制度、組織結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)因素等相互作用的產(chǎn)物，而新的制造模式又會(huì)對(duì)既有社會(huì)制度和管理方式提出新的要求，從而推進(jìn)企業(yè)管理模式、社會(huì)制度環(huán)境的變革[60]。綜上所述，在市場(chǎng)、技術(shù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境變化與全球一體化趨勢(shì)的推動(dòng)下，制造業(yè)正在經(jīng)歷著一場(chǎng)革命，一場(chǎng)以實(shí)施先進(jìn)制造技術(shù)和經(jīng)營方式徹底變革為主要內(nèi)容的先進(jìn)制造模式的革命，涉及制造理念、制造戰(zhàn)略、制造技術(shù)、制造組織與管理各個(gè)領(lǐng)域的全面變革。
4新一代先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用案例
產(chǎn)品制造的智能化變革絕不僅是優(yōu)化現(xiàn)有的制造業(yè)，而是將制造延伸至范圍更廣的生產(chǎn)人群中———既有現(xiàn)存的制造商又有正成為創(chuàng)業(yè)者的普通民眾。隨著社會(huì)化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，通過充分開發(fā)大眾的智慧、力量和資源，以用戶創(chuàng)造內(nèi)容(Usergeneratedcontent)為代表的社會(huì)化生產(chǎn)模式更能形成突破性創(chuàng)新，彰顯出巨大的能量和商業(yè)價(jià)值。以思科(Cisco)為例[31]，2007年秋，思科借助Brightidea公司的創(chuàng)意網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，為其一個(gè)十億美元的新業(yè)務(wù)尋找創(chuàng)意，通過征集創(chuàng)意—進(jìn)行篩選—提煉創(chuàng)意三個(gè)階段，最后從104個(gè)國家的2500多名參與者提交的約1200個(gè)創(chuàng)意中，成功篩選出最佳創(chuàng)意；再如美國越野賽車LocalMotors公司通過社會(huì)化生產(chǎn)方式，將越野賽車的個(gè)性化設(shè)計(jì)與制造分包給不同的社區(qū)，在社區(qū)內(nèi)的微型工廠實(shí)現(xiàn)了快速小批量設(shè)計(jì)與生產(chǎn)；波音公司聯(lián)合全球40多個(gè)國家和地區(qū)企業(yè)，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和制造服務(wù)外包的形式協(xié)同研發(fā)制造了波音787，將研發(fā)周期縮短至原來的30%，成本也減少了50%[18]。如此一來，創(chuàng)意新階層得以進(jìn)入生產(chǎn)領(lǐng)域，將自己的設(shè)計(jì)產(chǎn)品模型轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品，卻無需自行建立工廠或公司，制造變成了另外一種可由網(wǎng)絡(luò)瀏覽器獲取的云服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了低成本的高技術(shù)，保持了小型化與全球化并存的能力。借助物聯(lián)網(wǎng)、云服務(wù)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，用戶參與不再局限于創(chuàng)意征集階段，而向設(shè)計(jì)研發(fā)、制造、實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)、營銷等縱深發(fā)展，向產(chǎn)品全生命周期拓展，這些生產(chǎn)方式將為開發(fā)出成功的產(chǎn)品、降低生產(chǎn)成本、提高效率作出巨大貢獻(xiàn)。
以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)/CPS、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)的先進(jìn)制造技術(shù)將促進(jìn)制造系統(tǒng)向服務(wù)化、智慧化、個(gè)性化、社會(huì)化的方向發(fā)展，智慧制造應(yīng)運(yùn)而生[40-41]。智慧制造將制造系統(tǒng)分為社會(huì)系統(tǒng)、信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)，其中社會(huì)系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)群體智慧和人的主觀能動(dòng)性，尤其是人及其隱性知識(shí)的集成，是基于人際網(wǎng)(Internetofpeople)所形成的社會(huì)化網(wǎng)絡(luò)，注重客戶參與的互動(dòng)性、個(gè)性化和創(chuàng)新性；物理系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體的互聯(lián)互通，利用RFID、嵌入在資源或產(chǎn)品內(nèi)的感知器等獲得資源狀態(tài)和環(huán)境的數(shù)據(jù)信息；信息系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)業(yè)務(wù)對(duì)象的屬性、位置和狀態(tài)等信息進(jìn)行整合，從海量數(shù)據(jù)中抽取出所需的信息、知識(shí)和智慧，為需求分析、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、營銷和回收等制造全生命周期過程提供知識(shí)支持。物聯(lián)網(wǎng)獲取的數(shù)據(jù)與知識(shí)的價(jià)值是通過服務(wù)的形式來體現(xiàn)的，通過云計(jì)算和“一切皆為服務(wù)”的理念，為用戶提供按需即取的服務(wù)方式，將服務(wù)資源延伸到物理世界，最終得以在物理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)。
新工業(yè)革命將促進(jìn)社會(huì)制造/智慧制造理念的實(shí)現(xiàn)。社會(huì)制造將使傳統(tǒng)的企業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛑鲃?dòng)感知并響應(yīng)客戶大規(guī)模個(gè)性化定制需求的智慧型企業(yè)，其核心就是主動(dòng)、實(shí)時(shí)地將社會(huì)需求與社會(huì)制造能力有機(jī)地結(jié)合起來，從而高效、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地滿足客戶需求。Shapeways公司就是一個(gè)典型的例子[61]，該公司于2007年創(chuàng)立于荷蘭，后將總部移至美國曼哈頓，是一家利用3D打印技術(shù)為客戶定制各種產(chǎn)品和服務(wù)的公司，至今已獲數(shù)千萬美元的風(fēng)險(xiǎn)投資支持，截止2012年6月20日，其生產(chǎn)產(chǎn)品已經(jīng)超過100萬款，產(chǎn)量超過60億件。2012年10月19日，該公司位于紐約皇后區(qū)的“未來工廠”正式投入運(yùn)營。該工廠占地2.5×104m2，可以容納50臺(tái)工業(yè)打印機(jī)，每年可按照消費(fèi)者的需求生產(chǎn)上千萬件產(chǎn)品。Shapeways的市場(chǎng)運(yùn)營模式如下：通過Facebook和Twitter等社會(huì)媒體接受客戶關(guān)于各種產(chǎn)品的3D設(shè)計(jì)方案，將顧客的需求發(fā)送給Shapeways工廠，由工作人員確定是否可行，評(píng)估并制定方案，并在數(shù)天內(nèi)完成產(chǎn)品的打印生產(chǎn)，然后寄送給客戶。同時(shí)，該公司還為商家和設(shè)計(jì)者設(shè)立平臺(tái)，使他們可以利用公司的3D打印機(jī)生產(chǎn)并銷售自己設(shè)計(jì)或收集的產(chǎn)品，用戶提交他們的產(chǎn)品創(chuàng)意，如果有足夠多的人喜歡(如通過Twitter，F(xiàn)acebook等獨(dú)特社區(qū))，則產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)將制作產(chǎn)品原型，用戶可在線對(duì)其進(jìn)行投票、評(píng)分、提意見或建議，參與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)、改進(jìn)、預(yù)售和營銷等，即通過聚集大眾智慧的方式，讓社區(qū)參與產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過程。如果產(chǎn)品獲得預(yù)期成功，則發(fā)明者和其他協(xié)作者可分享一定的產(chǎn)品銷售收入。在過去的2014年，其月均訂單已超過18.1萬件，成為目前全球第一的在線3D打印社區(qū)。該案例成功地利用社會(huì)性網(wǎng)絡(luò)、群體智慧和3D打印等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化產(chǎn)品的生產(chǎn)，涉及社會(huì)系統(tǒng)、信息系統(tǒng)及物理系統(tǒng)的各個(gè)層次，大批3D打印機(jī)形成制造網(wǎng)絡(luò)，并與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、務(wù)聯(lián)網(wǎng)和人際網(wǎng)(社會(huì)性網(wǎng)絡(luò))無縫連接，形成復(fù)雜的社會(huì)制造網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而將社會(huì)需求、虛擬設(shè)計(jì)與實(shí)物制造有機(jī)地銜接起來，在一定程度上為智慧制造/社會(huì)制造提供了例證。
5我國制造業(yè)發(fā)展的思考
新工業(yè)革命將對(duì)全球產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)資料、勞動(dòng)者素質(zhì)等生產(chǎn)力要素和人類生產(chǎn)生活方式、思想觀念產(chǎn)生巨大影響，企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、管理方式、社會(huì)制度政策環(huán)境等因素決定了先進(jìn)制造技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的廣度和深度。我國應(yīng)基于國情把握好新工業(yè)革命的發(fā)展機(jī)遇，高度重視AMT的發(fā)展動(dòng)態(tài)，大力發(fā)展戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，為新工業(yè)革命創(chuàng)造良好的環(huán)境條件，從而促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展[62]。自2009年以來，我國密集部署未來新興產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向和主要任務(wù)，提出積極發(fā)展新能源、新一代信息技術(shù)、新材料等七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，努力抓住“新工業(yè)革命”這一難得的發(fā)展機(jī)遇，發(fā)展知識(shí)技術(shù)密集、資源消耗小、成長(zhǎng)潛力巨大、綜合效益好的產(chǎn)業(yè)，增強(qiáng)自主發(fā)展能力。我國先進(jìn)制造業(yè)目前主要由兩大部分構(gòu)成(如圖9)：1由融合先進(jìn)制造技術(shù)的傳統(tǒng)制造業(yè)改造而成的先進(jìn)制造業(yè)，如數(shù)控機(jī)床、海洋工程設(shè)備、航空航天裝備等；2科技重大突破創(chuàng)新的成果落地應(yīng)用后形成的新產(chǎn)業(yè)，如增量制造(3D打印)、生物制造、微納制造等。
(1)信息化和工業(yè)化深度融合
新工業(yè)革命的興起為我國探索資源消耗低、環(huán)境污染少的工業(yè)新類型和生產(chǎn)新方法帶來了契機(jī)，新一代智能化技術(shù)、新能源、新材料等新科技正快速形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模市場(chǎng)，該市場(chǎng)有利于發(fā)展循環(huán)生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益、社會(huì)效益的均衡發(fā)展。新工業(yè)革命以智能化微制造科技為關(guān)鍵科技支撐體系、以深層次循環(huán)式生產(chǎn)為主導(dǎo)，促使生產(chǎn)力和生產(chǎn)方式向更深層次和更廣范圍拓展。我國未來的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系應(yīng)該更多地建立在新的工業(yè)生產(chǎn)方式、新的生產(chǎn)組織方式和新的生產(chǎn)制造模式基礎(chǔ)上。
(2)發(fā)展戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)
戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)[63]以重大科學(xué)技術(shù)突破性發(fā)展為基礎(chǔ)，對(duì)社會(huì)發(fā)展具有重大引導(dǎo)帶動(dòng)作用，而且知識(shí)密集、資源消耗小、發(fā)展?jié)摿薮蟛⑶揖C合效益好，能增強(qiáng)我國的自主創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展能力，更深入地參與國際競(jìng)爭(zhēng)。發(fā)展戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)目前面臨知識(shí)科技創(chuàng)新、組織管理創(chuàng)新、體制政策創(chuàng)新三大重要?jiǎng)?chuàng)新任務(wù)。我國十分重視戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2010年10月18日頒布了《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，準(zhǔn)備用20年左右時(shí)間，使節(jié)能環(huán)保能源產(chǎn)業(yè)、新一代電子信息技術(shù)、高端裝備制造業(yè)等七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新能力和發(fā)展水平達(dá)到世界領(lǐng)先；在《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出了七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向和任務(wù)，以重大技術(shù)突破和重大發(fā)展需求為基礎(chǔ)，將知識(shí)技術(shù)密集型、引領(lǐng)作用強(qiáng)、發(fā)展?jié)摿煤途C合效益大的新興產(chǎn)業(yè)作為發(fā)展重點(diǎn)，建立戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，大力發(fā)展可再生新能源、生物技術(shù)、智慧物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、普適人機(jī)交互等新技術(shù)，并且注重智力資源的開發(fā)、新能源和互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，將創(chuàng)新放在關(guān)鍵的位置。
(3)為新工業(yè)革命創(chuàng)造環(huán)境條件
新工業(yè)革命創(chuàng)造環(huán)境條件包括至關(guān)重要的制度改革、政策環(huán)境和商業(yè)模式等，新工業(yè)革命帶來的不是個(gè)別政策的微量調(diào)整，而是系統(tǒng)化大規(guī)模變革問題。首先建立創(chuàng)新激勵(lì)機(jī)制和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，集聚大量的高端創(chuàng)新人才，將技術(shù)和管理、軟科學(xué)和硬科學(xué)結(jié)合在一起協(xié)同創(chuàng)新，增強(qiáng)市場(chǎng)化導(dǎo)向和創(chuàng)新激勵(lì)機(jī)制；其次加強(qiáng)政策引導(dǎo)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新及技術(shù)改造，鼓勵(lì)企業(yè)和科研院所建立各種模式的創(chuàng)新聯(lián)盟，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)集聚和資源整合；最后通過法律強(qiáng)制、財(cái)政資金支持、稅收優(yōu)惠等措施引導(dǎo)和支持企業(yè)突破核心關(guān)鍵技術(shù)，支持新技術(shù)新產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。與新的制造技術(shù)相適應(yīng)的企業(yè)管理方式和社會(huì)制度基礎(chǔ)決定了其在制造業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的廣度和深度，同時(shí)也在一定程度上決定了AMT能在多大程度上轉(zhuǎn)化為制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
(4)培育知識(shí)創(chuàng)新能力與人力資本
