《智能制造专业》教育现状和专业课程规划设计

一、科技环境

随着“工业4.0”概念在2011年在德国首次被提出，并成为德国工业强国的国家战略之后。2015年中国提出中国版的工业4.0：“中国制造2025”，并迅速的上升为国家战略，随后在国家的引导和扶植下，智能制造已经在各行各业百花齐放。百家争鸣！市场上急需大量的智能制造方面的人才，然而学校到目前为止仍然没有一个智能制造专业的毕业生。

二、智能制造专业教育现状

1、经相关媒体报道和相关教育部门确认，武汉某高校今天是全国第一家开设智能制造相关专业的本科院校，招生人数为80人，也就意味着我们国家4年后方有第一届该专业的本科生毕业。

2、那么高职高专院校，以及中职学校呢，经过了解要早涉及该专业的也就两年前，从传统的数控技术、机械设计自动化、电气设计自动化相关专业进行了专业转移过来，增设了一些相关智能制造的课程，目前全国已经这样做的也不超过30家。

3、因此利用毕业生来解决目前智能制造专业短缺问题，显然短时间内无法满足，目前只能是选择权宜之计：期望于智能制造专业专业培训机构：直接接受数控技术、机械设计及自动化、电气设计及自动化等相近专业的人员进行强化培训，让他们快速掌握知识，迅速的服务企业。

三、智能制造专业课程规划设计情况

1、由于大家都初步涉及专业，教育部门也还没有统一的规定，所有各个相关学校，大多数沿用了数控技术、机械设计及自动化、电气设计及自动化等专业的指定课程，再加上工业机器人厂家提供一些机器人培训资料。

2、个人认为智能制造专业课程设计应用包括以下这些课程：

（1）专业基础课程

《机械制图基础》

《机械设计基础》

《机器人基础》

《自动化生产线知识》

《技术设计及制图》

《互换性测量技术》

《公差与配合》

《电子电工技术》

《机械工程材料与成型技术》

《机械制造技术》

《三维软件应用》

《电气控制及PLC》

《铸造工艺设计及应用》

《液压与气压传动》

《自动生产线检测技术》

（2）专业强化课程

《工业4.0基础》

《智能识别设计及应用》

《智能检测设计及应用》

《智能物流分拣设计及应用》

《智能仓储设计及应用》

《智能包装设计及应用》

《智能装配设计及应用》

《智能管理软件应用》

智能制造功能系统之智能设计

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智能设计是指将智能优化方法应用到产品设计中，利用计算机模拟人的思维活动进行辅助决策，以建立支持产品设计的智能设计系统。从而使计算机能够更多、更好地承担设计过程中各种复杂任务，成为设计人员的重要辅助工具。制造领域常见的智能设计包括以下几种。

1）衍生式设计

衍生式设计（generative design）是指建立在数字化制造条件下的、基于协议与规则的、用户深度参与产品生成过程的设计方法。衍生式设计由设计师给出一个大致的设计空间（包含结构、体积、形态元素），计算机通过数据的计算可以高效地生成大量的设计方案，然后基于用户的限定筛选出符合设计要求且高质量的方案。衍生式设计不但能够在方案数量上有优势，而且还能产生出很多有创新的设计，构造设计师难以想象的复杂形态，激发设计师的灵感。衍生设计模型要满足以下两个条件：

（1）每个模型必须包含可以被设计评估的度量标准，由于计算机没有评判设计好坏的直觉，设计师要向计算机明确什么设计是好的，什么是不好的；

（2）计算机需要有能够改变控制变量的算法，并且能够从变量中得到反馈，发掘所有的设计可能性。

2）拓扑优化设计

拓扑优化设计（topology optimization design）以设计域内的孔洞有无、数量和位置等拓扑信息为研究对象，其基本思想是利用有限元技术、数值计算和优化算法，在给定的设计空间内，寻求满足各种约束条件（如应力、位移、频率和重量等），使目标函数（刚度、重量等）达到最优的孔洞连通形式或材料布局，即最优结构拓扑。

3）仿真设计

当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后果时，仿真是一种特别有效的研究手段。仿真设计（simulation design）是通过使用计算机仿真软件辅助设计的方法。仿真软件的种类很多，在工程领域，有机构动力学分析、控制力学分析、结构分析、热分析、加工仿真等仿真软件系统。

4）可靠性优化设计

可靠性优化设计（reliability-based design optimization，RBDO）是指保证产品安全性能的前提下，借助优化技术实现结构造价或产品某些性能如刚度、强度等的最优设计。RBDO将可靠性分析理论和确定性优化设计相结合，考虑载荷、材料特性、制造误差等不确定性因素的不确定性对确定性约束的影响，确保所有约束都处于安全区域。其中不确定性分析通常假设不确定性参数服从某种特定的概率分布。

5）多学科优化设计

多学科优化设计（multidisciplinary design optimization，MDO）旨在解决大规模复杂工程系统设计过程中多个学科耦合和权衡问题的一种新的设计方法。它充分探索和利用工程系统中相互作用的协同机制，考虑各个学科之间的相互作用，从整个系统的角度优化设计复杂的工程系统。美国航天局对MDO的定义是：MDO是一种通过充分探索和利用系统中相互作用的协同机制来设计复杂系统和子系统的方法论。

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