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作者：

北京化工大學(xué) 張貝克

西門子（中國(guó)）有限公司 元娜

清華大學(xué) 張昕

“西門子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽秘書(shū)處 彭惠

清華大學(xué) 蕭德云

摘要：本文先簡(jiǎn)單介紹“西門子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽的概況，再詳細(xì)論述挑戰(zhàn)賽倡導(dǎo)的理念——在競(jìng)賽中練就成為未來(lái)的新工程師，同時(shí)建議在工程教育過(guò)程中不斷灌輸工程師文化，加強(qiáng)工程實(shí)踐教學(xué)，為實(shí)現(xiàn)挑戰(zhàn)賽倡導(dǎo)的理念創(chuàng)造條件。

關(guān)鍵詞：智能制造挑戰(zhàn)賽；新工程師；工程教育；工程師文化

Abstract: This article briefly introduces the general situation of “Siemens Cup” China Intelligent Manufacturing Challenge, and then discusses in detail the idea advocated by the Challenge -- to become a new engineer of the future in the competition. At the same time, it is suggested that engineer culture should be instilled in the process of engineering education, and engineering practice teaching should be strengthened so as to create conditions for the realization of the idea advocated by the Challenge.

Key words: Intelligent manufacturing challenge; New engineer; Engineering education; Engineer culture

 1　引言

“西門子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽（原全國(guó)大學(xué)生“西門子杯”工業(yè)自動(dòng)化挑戰(zhàn)賽，下面簡(jiǎn)稱“挑戰(zhàn)賽”）是教育部與西門子公司簽訂的戰(zhàn)略合作框架下國(guó)家A類賽事，也是目前國(guó)內(nèi)自動(dòng)化領(lǐng)域規(guī)模最大的一項(xiàng)比賽。每年吸引約400所院校、3000多支參賽隊(duì)、近2萬(wàn)名大學(xué)生，在全國(guó)范圍分14個(gè)賽區(qū)進(jìn)行比賽，得到許多高校學(xué)生的強(qiáng)烈響應(yīng)和學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)與教師的積極支持。挑戰(zhàn)賽涉及與工業(yè)4.0智能制造相關(guān)的離散/連續(xù)過(guò)程智能自動(dòng)化、智能邏輯控制、智能機(jī)器人、智能硬件研制、智能軟件開(kāi)發(fā)、智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、智能創(chuàng)新研發(fā)及全生命周期數(shù)字化智能設(shè)計(jì)等技術(shù)與應(yīng)用，以培養(yǎng)自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化和智能化卓越工程應(yīng)用人才為目的，以搭建工業(yè)界與教育界交流平臺(tái)，促進(jìn)人才培養(yǎng)供需結(jié)合，給工程教育改革提供開(kāi)放式試驗(yàn)田為宗旨。截至今年，已連續(xù)舉辦12屆，屆屆口碑相傳。挑戰(zhàn)賽2010年起納入教育部質(zhì)量工程資助項(xiàng)目，2012年被中國(guó)--歐盟工程教育論壇列為唯一支持的大學(xué)生競(jìng)賽項(xiàng)目，2015年成為教育部《產(chǎn)學(xué)合作專業(yè)綜合改革項(xiàng)目和國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃聯(lián)合基金》主題項(xiàng)目，2017年選為“金磚國(guó)家技能發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新大賽”的核心賽事，2016至2018年遴選為教育部“中德青少年交流活動(dòng)”、“中德高層次人文交流”項(xiàng)目。

本文首先簡(jiǎn)要介紹“西門子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽概況，然后詳細(xì)論述挑戰(zhàn)賽倡導(dǎo)的理念，同時(shí)建議在工程教育過(guò)程中不斷灌輸工程師文化，加強(qiáng)工程實(shí)踐教學(xué)，為實(shí)現(xiàn)挑戰(zhàn)賽倡導(dǎo)的理念創(chuàng)造條件。

2　挑戰(zhàn)賽概況

在中國(guó)面臨從制造業(yè)大國(guó)向制造業(yè)強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)型的歷史時(shí)期，“中國(guó)制造2025”已成為新的國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，為了提升大學(xué)生的工程技能素養(yǎng)和實(shí)踐動(dòng)手能力，教育部高等學(xué)校自動(dòng)化類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、西門子（中國(guó)）有限公司和中國(guó)仿真學(xué)會(huì)于2006年共同創(chuàng)辦了“西門子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽。

2.1　挑戰(zhàn)賽的宗旨

挑戰(zhàn)賽立足智能制造技術(shù)，以培養(yǎng)優(yōu)秀的自動(dòng)化智能技術(shù)人才為宗旨，以推廣和應(yīng)用智能制造技術(shù)為任務(wù)。

就人才培養(yǎng)而言，以培養(yǎng)下面兩類人才為目標(biāo)，與之對(duì)應(yīng)設(shè)置了兩大類10個(gè)比賽項(xiàng)目。

（1）具有商業(yè)意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)、扎實(shí)技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)型人才。

（2）具備智能系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和優(yōu)化能力的工程應(yīng)用型人才。

第一類培養(yǎng)的是具有創(chuàng)造力與研發(fā)能力的人才，對(duì)應(yīng)的職位是產(chǎn)品經(jīng)理、系統(tǒng)架構(gòu)師、研發(fā)工程師；第二類培養(yǎng)的是具有綜合設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與優(yōu)化能力的人才，對(duì)應(yīng)的職位是系統(tǒng)設(shè)計(jì)、技術(shù)應(yīng)用工程師。

2.2　賽項(xiàng)設(shè)置

根據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)工程教育的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)賽的宗旨，設(shè)計(jì)了“創(chuàng)新研發(fā)”和“工程應(yīng)用”兩種類型的賽項(xiàng)，其中工程應(yīng)用類賽項(xiàng)分本科組與高職組。

（1）創(chuàng)新研發(fā)類

“創(chuàng)新研發(fā)”類賽項(xiàng)針對(duì)不確定的需求問(wèn)題，以產(chǎn)品與服務(wù)創(chuàng)新、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)為主，共設(shè)置包括“智能創(chuàng)新研發(fā)”、“協(xié)作機(jī)器人”、“PLM（Product Lifecycle Management）產(chǎn)線規(guī)劃”、“工業(yè)硬件研制”和“工業(yè)軟件開(kāi)發(fā)”等5個(gè)賽項(xiàng)，其中“智能創(chuàng)新研發(fā)”賽項(xiàng)為開(kāi)放型賽項(xiàng)，“協(xié)作機(jī)器人”、“PLM產(chǎn)線規(guī)劃”、“工業(yè)硬件研制”和“工業(yè)軟件開(kāi)發(fā)”賽項(xiàng)為征集型賽項(xiàng)^[1]。

“智能創(chuàng)新研發(fā)”賽項(xiàng)以智能產(chǎn)品、智能裝備、智能服務(wù)的研發(fā)過(guò)程為背景，參賽隊(duì)以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)的角色參與競(jìng)賽。主要考察參賽選手在產(chǎn)品創(chuàng)意、設(shè)計(jì)、研發(fā)過(guò)程中技術(shù)與商業(yè)的結(jié)合能力，綜合運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)與技術(shù)的能力。有趣的是，為了真實(shí)模擬商業(yè)環(huán)境，激發(fā)產(chǎn)品創(chuàng)新熱情，該賽項(xiàng)采用對(duì)抗的比賽形式，以優(yōu)秀產(chǎn)品經(jīng)理所需的能力為參照，考察參賽選手在多方激烈的攻擊與反擊氛圍中表現(xiàn)出對(duì)商業(yè)價(jià)值的敏銳判斷力、對(duì)核心問(wèn)題的辨別能力、對(duì)深層問(wèn)題的分析能力、對(duì)支撐產(chǎn)品核心競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)能力、對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的快速學(xué)習(xí)能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)漠a(chǎn)品研發(fā)管理能力。

“協(xié)作機(jī)器人”賽項(xiàng)以采用人機(jī)協(xié)作生產(chǎn)方式的企業(yè)為背景，針對(duì)某項(xiàng)復(fù)雜的工作任務(wù)，運(yùn)用工作流和人因工程方法，對(duì)任務(wù)動(dòng)作進(jìn)行分解，在滿足質(zhì)量管理的要求下，設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)需要的人機(jī)協(xié)作工位，并完成工程實(shí)施，主要考察參賽選手的任務(wù)分析、研發(fā)和實(shí)施能力。

“PLM產(chǎn)線規(guī)劃”賽項(xiàng)以制造業(yè)工廠升級(jí)改造為背景，針對(duì)某項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)，在有限的車間面積和資源投入條件下，設(shè)計(jì)一條投入產(chǎn)出比最優(yōu)的生產(chǎn)線，包括零件規(guī)劃與驗(yàn)證、裝配規(guī)劃與驗(yàn)證、機(jī)器人與自動(dòng)化規(guī)劃、工廠設(shè)計(jì)與優(yōu)化、質(zhì)量生產(chǎn)管理及制造流程管理等。參賽選手以乙方的角色參與企業(yè)的升級(jí)改造過(guò)程，以仿真手段對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行模擬，以產(chǎn)能、投入、靈活性和品質(zhì)控制為綜合指標(biāo)，考察參賽選手對(duì)PLM軟件的使用能力和創(chuàng)新能力。

“工業(yè)硬件研制”賽項(xiàng)以智能制造領(lǐng)域的智能產(chǎn)品，或智能生產(chǎn)線智能設(shè)備的研發(fā)過(guò)程為背景，以賽項(xiàng)專家組指定的相關(guān)智能硬件研制為題目，參賽選手根據(jù)題目要求，自由選擇所需的器件、軟件，完成指定的硬件開(kāi)發(fā)，主要考察參賽選手硬件研制過(guò)程中的技術(shù)水平、工作方法和工程能力等。

“工業(yè)軟件開(kāi)發(fā)”賽項(xiàng)以智能制造領(lǐng)域的智能產(chǎn)品、智能裝備、智能服務(wù)，或智能生產(chǎn)線應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程為背景，以企業(yè)專家指定的相關(guān)軟件開(kāi)發(fā)為題目，參賽選手根據(jù)題目要求，自由選擇所需的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言、編程平臺(tái)，完成軟件開(kāi)發(fā)，主要考察參賽選手軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的設(shè)計(jì)能力、開(kāi)發(fā)能力和良好的規(guī)范習(xí)慣。

（2）工程應(yīng)用類

“工程應(yīng)用”類賽項(xiàng)針對(duì)比較具體的項(xiàng)目需求，要求完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、實(shí)施和優(yōu)化等任務(wù)，共設(shè)“連續(xù)過(guò)程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)”、“邏輯控制設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)”、“運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)”、“工業(yè)信息設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)”和“企業(yè)命題”等5個(gè)賽項(xiàng)。主要考察參賽選手對(duì)不同行業(yè)復(fù)雜系統(tǒng)在多目標(biāo)優(yōu)化環(huán)境下的綜合分析、設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、實(shí)施與調(diào)試能力；強(qiáng)調(diào)控制方案的創(chuàng)新性，鼓勵(lì)參賽選手采用智能控制算法解決復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)化問(wèn)題^[1]。

“連續(xù)過(guò)程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)”賽項(xiàng)以流程行業(yè)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的智能升級(jí)改造為背景，參賽隊(duì)以乙方角色承接項(xiàng)目任務(wù)，內(nèi)容包括生產(chǎn)工藝與對(duì)象特性分析、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)施調(diào)試及優(yōu)化等。同時(shí)，從流程行業(yè)的安全生產(chǎn)角度考慮，完成系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、評(píng)估，監(jiān)控、報(bào)警及安全連鎖等的設(shè)計(jì)與實(shí)施，項(xiàng)目完成后移交甲方驗(yàn)收。

“邏輯控制設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)”賽項(xiàng)以智能工廠、智能車間、智能生產(chǎn)線離散過(guò)程為應(yīng)用背景，參賽隊(duì)以乙方角色承接項(xiàng)目任務(wù)。重點(diǎn)考察參賽選手對(duì)離散系統(tǒng)的綜合分析、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、智能調(diào)度優(yōu)化、HMI界面組態(tài)、工業(yè)云開(kāi)發(fā)、工程實(shí)施及異常事故處理能力，強(qiáng)調(diào)工程方法的嚴(yán)謹(jǐn)性和控制系統(tǒng)應(yīng)用的完整性，在控制優(yōu)化、調(diào)度方面鼓勵(lì)創(chuàng)新。

“運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)”賽項(xiàng)以智能工廠、智能車間、智能生產(chǎn)線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)為應(yīng)用背景，以印刷、包裝、纏繞、剪切、抓取、機(jī)床、機(jī)器人等工業(yè)場(chǎng)景中的精準(zhǔn)定位、同步、跟蹤為應(yīng)用主題，參賽隊(duì)以項(xiàng)目乙方角色參與競(jìng)賽。重點(diǎn)考察參賽選手對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（如張力控制、多軸同步、速度控制等）的綜合分析、智能算法開(kāi)發(fā)、控制方案設(shè)計(jì)、實(shí)施、模塊開(kāi)發(fā)及異常事故處理能力，鼓勵(lì)控制方案及算法的創(chuàng)新。

“工業(yè)信息設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)”賽項(xiàng)以工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)為應(yīng)用背景，主要考察參賽選手面向?qū)嶋H工業(yè)生產(chǎn)所需的實(shí)時(shí)冗余通信網(wǎng)絡(luò)的需求分析、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化、實(shí)施及故障處理能力，鼓勵(lì)在滿足通信需求的條件下在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)功能和網(wǎng)絡(luò)信息安全方面的創(chuàng)新。

“企業(yè)命題”賽項(xiàng)從企業(yè)真實(shí)需求出發(fā)，以“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略下企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)為背景，由合作企業(yè)提供生產(chǎn)過(guò)程中存在的有關(guān)質(zhì)量、效率、靈活性及安全等課題，參賽選手根據(jù)需求進(jìn)行問(wèn)題解析、方案設(shè)計(jì)及專用設(shè)備原型機(jī)研制，在設(shè)計(jì)方案論證的基礎(chǔ)上，要求在仿真環(huán)境下對(duì)原型機(jī)進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。該賽項(xiàng)涉及管理、機(jī)械、電子、材料、物料及工藝等綜合知識(shí)，除了由企業(yè)專家進(jìn)行評(píng)審和第三方測(cè)試外，還要經(jīng)歷參賽隊(duì)之間的對(duì)抗競(jìng)爭(zhēng)。該賽項(xiàng)一方面可以幫助企業(yè)解決實(shí)際問(wèn)題，另一方面也能考察參賽選手解決實(shí)際問(wèn)題的能力和水平。

2.3　挑戰(zhàn)賽的執(zhí)行效果

挑戰(zhàn)賽從2006年第一屆10個(gè)賽隊(duì)發(fā)展到2018年的3100多個(gè)賽隊(duì)，比賽項(xiàng)目也從單一的仿真控制拓展到過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制、邏輯控制、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、算法研發(fā)、硬件研制、軟件開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品生命周期管理、工程創(chuàng)新和企業(yè)命題等多個(gè)賽項(xiàng)。十幾年過(guò)去了，挑戰(zhàn)賽得到學(xué)校和企業(yè)的充分認(rèn)可，影響逐漸深入人心，參賽選手逐年增加，學(xué)校的關(guān)注度不斷提升，企業(yè)也開(kāi)始爭(zhēng)搶獲獎(jiǎng)人才。

2018年的挑戰(zhàn)賽歷時(shí)6個(gè)月，在全國(guó)分14個(gè)賽區(qū)進(jìn)行，通過(guò)層層選拔，最終從399所學(xué)校的3100多個(gè)參賽隊(duì)中選出140所學(xué)校300多個(gè)賽隊(duì)進(jìn)入總決賽。挑戰(zhàn)賽為企業(yè)、高校和學(xué)生三方搭建了互動(dòng)平臺(tái)，構(gòu)成一種“鮮活型”的育人模式，推動(dòng)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，促進(jìn)大學(xué)生綜合工程能力的提高。近年挑戰(zhàn)賽涉及面逐步擴(kuò)大，難度不斷增加，賽項(xiàng)更加接近工程化要求，覆蓋的知識(shí)面更廣。連續(xù)過(guò)程控制賽項(xiàng)要求選手從系統(tǒng)特性分析入手，自行設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，包括檢測(cè)點(diǎn)的確定，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇和控制回路的構(gòu)成，真正像一名工程師完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)的全過(guò)程。邏輯控制賽項(xiàng)的對(duì)象不僅限于仿真環(huán)境下的資源調(diào)度問(wèn)題，增加了實(shí)物生產(chǎn)線的調(diào)試，并要求將控制系統(tǒng)的信息通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建云端的信息化系統(tǒng)，無(wú)疑給參賽選手增加許多復(fù)雜難度。運(yùn)動(dòng)控制賽項(xiàng)對(duì)參賽選手提出更有壓力的精準(zhǔn)控制要求，參賽選手倍感比賽不再那么輕松。工程創(chuàng)新賽項(xiàng)采取限定主題，但不限硬件品牌的比拼方式，使得參賽選手的創(chuàng)造力更具針對(duì)性，才智的發(fā)揮具有更大的空間。硬件研制賽項(xiàng)和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)賽項(xiàng)涉及的知識(shí)內(nèi)容非常廣泛，對(duì)參賽選手是一種嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

每屆參賽選手的參賽熱情都極為高漲，在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中，碰撞出思想火花，個(gè)人的能力得到發(fā)揮、意志得到歷練。許多參賽選手在賽題難度加大的情況下依然能獲得高分，在激烈的挑戰(zhàn)賽面前表現(xiàn)談定。從參賽選手身上，看到了自動(dòng)化、智能化事業(yè)的未來(lái)。參賽選手的指導(dǎo)教師不再是參賽選手的依靠，而更像一株木棉，作為樹(shù)的形象，默默地和參賽選手站在一起，鼓勵(lì)支持他們獨(dú)立完成任務(wù)。

從參賽過(guò)程看，參賽選手最大的收獲是獲得一次跨專業(yè)、跨學(xué)科的綜合鍛煉，在逼近工業(yè)實(shí)際的多元環(huán)境下，鍛煉其系統(tǒng)化思維、結(jié)構(gòu)化解決問(wèn)題的工程能力。通過(guò)比賽讓參賽選手了解到企業(yè)的實(shí)際需求，并思考如何運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去解決問(wèn)題，幫助其實(shí)現(xiàn)工程與職業(yè)思維的轉(zhuǎn)換，從中也不斷體驗(yàn)到未來(lái)職業(yè)生涯所需的服務(wù)意識(shí)、安全理念、追求卓越精神，在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)抗中激發(fā)潛能，培養(yǎng)熱愛(ài)專業(yè)的精神。

挑戰(zhàn)賽的評(píng)審專家陣容強(qiáng)大，有領(lǐng)銜的權(quán)威教授、有實(shí)力派專家、還有企業(yè)一線行家，他們認(rèn)真盡職的精神、成熟智慧的表現(xiàn)、嚴(yán)格公正的評(píng)審、擊中要害的點(diǎn)評(píng)，使參賽選手心服口服，倍感專業(yè)知識(shí)的力量和工程經(jīng)驗(yàn)的光芒，評(píng)出來(lái)的獎(jiǎng)項(xiàng)很有權(quán)威性。

然而,從挑戰(zhàn)賽的情況看，參賽選手在工程思維方式、系統(tǒng)分析能力方面還存在較大的不足。系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)以及調(diào)試、排除故障的能力還比較差。有些參賽選手的思維方式還停留在課堂作業(yè)的解題上，以追求高分為目的采用反復(fù)試錯(cuò)的方法，對(duì)工程能力的培養(yǎng)來(lái)說(shuō)是不可取的。挑戰(zhàn)賽有意識(shí)地引導(dǎo)參賽選手依靠扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和技能，通過(guò)分析和設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)站在甲方角度來(lái)思考，以解決工程實(shí)際問(wèn)題。對(duì)工科學(xué)生而言，編寫(xiě)的設(shè)計(jì)文檔、答辯報(bào)告的水平及答辯的表達(dá)能力也有待提高。由于日常缺乏思維訓(xùn)練，在對(duì)抗賽中攻擊或反擊能力往往還不能有力地?fù)糁嘘P(guān)鍵點(diǎn)。

3　挑戰(zhàn)賽倡導(dǎo)的理念

挑戰(zhàn)賽涉及智能制造領(lǐng)域的科技創(chuàng)新、產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、技術(shù)應(yīng)用及品牌管理等知識(shí)，面向全國(guó)控制科學(xué)與工程、電氣工程、機(jī)械工程、儀表科學(xué)與工程、信息與通訊工程、計(jì)算機(jī)科技與技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的研究生、本科生和全國(guó)自動(dòng)化類、機(jī)電設(shè)備類、機(jī)械設(shè)計(jì)制造類、電子信息類、計(jì)算機(jī)類及網(wǎng)絡(luò)通信類等相關(guān)專業(yè)的高職高專學(xué)生。

挑戰(zhàn)賽以“立足培養(yǎng)，重在參與，面向工程，追求卓越”為指導(dǎo)思想，旨在促進(jìn)高等學(xué)校的工程實(shí)踐能力教育，提高學(xué)生的工程興趣、工程素養(yǎng)、工程設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、工程創(chuàng)新和工程研發(fā)能力，即培養(yǎng)提高如下11個(gè)方面的基本能力^[2,5]。

（1）具有能夠應(yīng)用自然科學(xué)和工程科學(xué)基本原理，借助文獻(xiàn)資料和他人經(jīng)驗(yàn)，探究復(fù)雜工程問(wèn)題的研究能力。

（2）具有能夠應(yīng)用自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)與技能，解決實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題的實(shí)踐能力。

（3）具有能夠針對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、單元部件或工藝流程，在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮與社會(huì)、健康、安全、法律、文化及環(huán)境保護(hù)等相關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)能力。

（4）具有能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行剖析，包括實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、現(xiàn)象解釋、數(shù)據(jù)整合，并通過(guò)信息綜合得到合理結(jié)果的分析能力。

（5）具有能夠針對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題，選擇與使用恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)、現(xiàn)代工程和信息技術(shù)工具，進(jìn)行富有預(yù)測(cè)性的開(kāi)發(fā)能力。

（6）具有能夠基于工程相關(guān)背景知識(shí)進(jìn)行合理綜合，對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題的解決方案，及其對(duì)社會(huì)、安全、法律、文化和可持續(xù)發(fā)展的影響和應(yīng)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任的評(píng)估能力。

（7）具有人文科學(xué)素養(yǎng)、社會(huì)責(zé)任感，能夠在工程實(shí)踐中理解并遵守工程職業(yè)道德，履行責(zé)任的職業(yè)規(guī)范。
（8）具有能夠在多學(xué)科背景下承擔(dān)個(gè)體責(zé)任、協(xié)同合作的團(tuán)隊(duì)精神。

（9）具有能夠就復(fù)雜工程問(wèn)題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行溝通與交流，包括撰寫(xiě)報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿，并具備一定的國(guó)際視野，能夠在跨文化背景下進(jìn)行交流的溝通能力。

（10）具有能夠應(yīng)用工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法，在多學(xué)科環(huán)境中組織項(xiàng)目的管理能力。

（11）具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，不斷進(jìn)取和適應(yīng)發(fā)展的學(xué)習(xí)能力。

以上基本能力是智能互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代未來(lái)新工程師的素養(yǎng)，其實(shí)質(zhì)也就是強(qiáng)調(diào)同時(shí)具備技術(shù)創(chuàng)新、經(jīng)營(yíng)意識(shí)和人文情懷的能力。近年來(lái)，挑戰(zhàn)賽有意識(shí)地倡導(dǎo)一種理念——“在競(jìng)爭(zhēng)中練就成為未來(lái)的新工程師”，也即向參賽選手呼吁，要將自身練就成兼?zhèn)湟陨匣灸芰Φ娜瞬拧＿@種理念逐漸為參賽選手所接受，慢慢成為挑戰(zhàn)賽的靈魂，成為參賽選手的一種信仰，主宰參賽選手的行為。

新工程師，包括從事產(chǎn)品（或裝備）創(chuàng)新和創(chuàng)造的技術(shù)工程師，從事產(chǎn)品（或裝備）設(shè)計(jì)和研制的開(kāi)發(fā)工程師，從事生產(chǎn)管理、制造和運(yùn)營(yíng)的管理工程師，從事規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建造的項(xiàng)目工程師，從事產(chǎn)品推廣、營(yíng)銷和服務(wù)的營(yíng)運(yùn)工程師，從事調(diào)研、設(shè)計(jì)和培訓(xùn)的咨詢工程師等。在智能化和互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代下，對(duì)這些新工程師而言，在從事技術(shù)研發(fā)、經(jīng)營(yíng)管理、商業(yè)咨詢和技術(shù)服務(wù)時(shí)，要求具備系統(tǒng)的思維方式，跨專業(yè)、跨學(xué)科完成復(fù)雜任務(wù)的能力，包括掌握和運(yùn)用新技術(shù)解決問(wèn)題的能力，以及自我管理和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)所需的技術(shù)與商業(yè)結(jié)合的能力和人文智商能力。簡(jiǎn)單地說(shuō)，即做事的能力和管理的能力，也即新時(shí)代下創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)所需的商業(yè)與技術(shù)結(jié)合的能力。這些能力要求是挑戰(zhàn)賽倡導(dǎo)的理念所涵蓋的實(shí)質(zhì)性內(nèi)涵。

挑戰(zhàn)賽倡導(dǎo)的這種理念在組織行為學(xué)里叫“勝任力”，既要?jiǎng)偃螌I(yè)技術(shù)要求，又要?jiǎng)偃螎徫粚?duì)于溝通能力、系統(tǒng)思考能力的要求。綜合而言，就是專業(yè)知識(shí)、技能與素養(yǎng)的綜合，構(gòu)成新工程師能力。

下面從四個(gè)維度對(duì)新工程師“勝任力”做進(jìn)一步的描述^[3]。

第一維度：技術(shù)能力，包括專業(yè)技術(shù)和公共技術(shù)能力。專業(yè)技術(shù)能力表現(xiàn)為運(yùn)用科學(xué)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)、專業(yè)工具、專業(yè)方法解決問(wèn)題的能力；公共技術(shù)能力表現(xiàn)為運(yùn)用信息化技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、智能化技術(shù)和安全與綠色制造技術(shù)解決問(wèn)題的能力。

第二維度：管理能力，指能適當(dāng)運(yùn)用所學(xué)和可用的資源，獲得最優(yōu)化的工作輸出，也即通常所說(shuō)的包括自我管理能力、人際管理能力、團(tuán)隊(duì)管理能力、業(yè)務(wù)管理能力等，能以系統(tǒng)的思維方式梳理工作流程、處理好人際關(guān)系、搞好團(tuán)隊(duì)合作。

第三維度：商業(yè)能力，表現(xiàn)在技術(shù)與商業(yè)結(jié)合的價(jià)值創(chuàng)造過(guò)程中，包括戰(zhàn)略思維、品牌思維、商業(yè)概念、財(cái)務(wù)觀念和銷策略等。

第四維度：人文能力，指的是人文藝術(shù)、價(jià)值觀以及跨文化的能力，體現(xiàn)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、品牌營(yíng)銷等方面的人文藝術(shù)修養(yǎng)。

上述從四個(gè)維度論述未來(lái)新工程師的“勝任力”，它代表新工程師的核心競(jìng)爭(zhēng)力。若用公式描述可以寫(xiě)成^[3]：

技術(shù)能力（Technical competence）×管理能力（Management capacity）+商業(yè)能力(Business capacity）+人文能力（Art ability）

該公式表明，未來(lái)新工程師的技術(shù)能力與管理能力是不可或缺的兩個(gè)方面，商業(yè)能力和人文能力也是很重要的，四方面的綜合能力才是未來(lái)新工程師的“勝任力”。

挑戰(zhàn)賽倡導(dǎo)成為未來(lái)新工程師的理念得到企業(yè)和學(xué)校的認(rèn)同，同時(shí)也得到有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、專家的肯定和支持，他們給未來(lái)新工程師語(yǔ)重心長(zhǎng)的寄語(yǔ)，對(duì)挑戰(zhàn)賽是極大的鼓勵(lì)和鞭策。

寄語(yǔ)未來(lái)的新工程師^[1]

教育部原副部長(zhǎng)，全國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證專家委員會(huì)主任委員 吳啟迪

工程師作為一個(gè)持續(xù)六千年的職業(yè)，創(chuàng)造了人類的文明史，推動(dòng)著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，不斷改善人們的生活質(zhì)量。中國(guó)的工程師也構(gòu)筑了萬(wàn)里長(zhǎng)城、都江堰、京杭大運(yùn)河等偉大工程，載入了人類文明發(fā)展的史冊(cè)，更有現(xiàn)代三峽工程、高鐵、港珠澳大橋、航天載人飛船、深海工程、超級(jí)計(jì)算機(jī)、量子通信、智能手機(jī)等，無(wú)不體現(xiàn)了中國(guó)工程師的貢獻(xiàn)。在當(dāng)今的新時(shí)代，我們要建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家，要從制造大國(guó)發(fā)展為制造強(qiáng)國(guó)，我們又提出了“一帶一路”的倡議，讓全世界共享中國(guó)發(fā)展的成果，我們呼喚數(shù)以百萬(wàn)千萬(wàn)計(jì)的卓越工程師和各類工程技術(shù)人員。讓更多年輕人參加到我們工程師的隊(duì)伍中來(lái)吧！感謝西門子，在中國(guó)制造到中國(guó)創(chuàng)造的進(jìn)程中一直相伴！

西門子（中國(guó)）有限公司執(zhí)行副總裁，數(shù)字化工廠集團(tuán)總經(jīng)理 王海濱

數(shù)字化時(shí)代需要數(shù)字化的人才。西門子愿意將自身在電氣化、自動(dòng)化和數(shù)字化領(lǐng)域的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和人才培養(yǎng)理念引入中國(guó)，通過(guò)競(jìng)賽來(lái)助力中國(guó)工程人才培養(yǎng)，希望更多學(xué)生通過(guò)競(jìng)賽學(xué)習(xí)和了解西門子的技術(shù)和理念，成長(zhǎng)為優(yōu)秀的新工程師。

“西門子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽專家組組長(zhǎng)，清華大學(xué)自動(dòng)化系教授，博士生導(dǎo)師 蕭德云

“西門子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽秉承培養(yǎng)技術(shù)創(chuàng)新、經(jīng)營(yíng)意識(shí)和人文情懷兼?zhèn)涞男鹿こ處熇砟睿瑯?gòu)建“問(wèn)題空間”，以運(yùn)動(dòng)的方式，為培育未來(lái)新工程師營(yíng)造一種競(jìng)爭(zhēng)的第二課堂。期望參賽選手充分利用這個(gè)舞臺(tái)，在爭(zhēng)先恐后的氛圍中，在激烈碰撞的思潮下，樹(shù)立正確的價(jià)值觀和使命感，以興趣為動(dòng)力，馳騁在時(shí)間軸的未來(lái)點(diǎn)上，陶醉在“超自然”的樂(lè)趣中，不要過(guò)分拘泥專業(yè)細(xì)節(jié)，用工程的思維方式和科學(xué)的系統(tǒng)觀，養(yǎng)育多學(xué)科交叉觀察現(xiàn)象、多方位思考問(wèn)題的習(xí)慣，增強(qiáng)與他人交往的關(guān)聯(lián)力，提升獨(dú)立判斷、綜合解決問(wèn)題的能力。

相信，技術(shù)是一種力量，“西門子杯”將助你塑造個(gè)人魅力。

4　實(shí)現(xiàn)挑戰(zhàn)賽理念的幾點(diǎn)建議

就作者多年參與挑戰(zhàn)賽的真實(shí)體驗(yàn)及當(dāng)前高等工程教育的狀況，為實(shí)現(xiàn)挑戰(zhàn)賽倡導(dǎo)的理念，建議在工程教育過(guò)程中要不斷灌輸工程師文化，而且需要大力度地加強(qiáng)工程實(shí)踐教學(xué)，為努力鍛造成長(zhǎng)為未來(lái)的新工程師創(chuàng)造條件。下面是具體的幾點(diǎn)建議^[4,5]：

（1）見(jiàn)縫插針地灌輸工程師文化

工程師是一種職業(yè)，文化是這個(gè)職業(yè)群體特有的一種風(fēng)格，潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲。簡(jiǎn)單地說(shuō)，工程師文化就是對(duì)創(chuàng)造的欲望，對(duì)專業(yè)的好奇，永遠(yuǎn)不滿足現(xiàn)狀，相信有能力改造世界，做事總覺(jué)得有可以改進(jìn)的地方，有可以優(yōu)化的地方，有可以完善的地方，也就是所謂的工匠精神。在工程教育過(guò)程中，為了潛移默化地把學(xué)生培養(yǎng)成未來(lái)的新工程師，應(yīng)該有意識(shí)、見(jiàn)縫插針地灌輸工程師文化，為學(xué)生成長(zhǎng)為未來(lái)新工程師提供營(yíng)養(yǎng)和土壤，也就是學(xué)會(huì)利用知識(shí)，解構(gòu)問(wèn)題，保持好奇，動(dòng)手做事。通過(guò)耳濡目染，滲透到細(xì)胞中，才有可能練就成未來(lái)的新工程師。

（2）鼓勵(lì)學(xué)生參與全國(guó)性技術(shù)類競(jìng)賽

經(jīng)歷了12屆“西門子杯”挑戰(zhàn)賽，事實(shí)證明，這種反傳統(tǒng)的方式為培育專業(yè)人才另辟一條蹊徑，是高等院校業(yè)工程教育的一種有益補(bǔ)充。這種方式體現(xiàn)一種運(yùn)動(dòng)的學(xué)習(xí)模式，在競(jìng)爭(zhēng)的氛圍下、在碰撞的思潮中，通過(guò)合作穿插著新奇有趣的環(huán)節(jié)，依靠個(gè)人的魅力，獲取專業(yè)知識(shí)和技能，與課堂教學(xué)相比，無(wú)不顯現(xiàn)出令人嘆為觀止的效果。因此，應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生積極參與像“西門子杯”挑戰(zhàn)賽這樣的全國(guó)性賽事，它能點(diǎn)燃學(xué)習(xí)的激情，發(fā)揮個(gè)性的潛能。

（3）提倡案例教學(xué)，增強(qiáng)工程認(rèn)知感

提倡案例教學(xué)，以豐富專業(yè)教育的內(nèi)容，提高工程教育水平。對(duì)企業(yè)而言，工程應(yīng)用案例非常豐富，如果能將如何考慮項(xiàng)目的著眼點(diǎn)、如何分析項(xiàng)目的難度、如何評(píng)估項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)、如何進(jìn)行項(xiàng)目的全局架構(gòu)設(shè)計(jì)、如何應(yīng)用軟件平臺(tái)功能與方法實(shí)現(xiàn)工藝封裝、如何為提高易用性設(shè)計(jì)HMI界面，那么專業(yè)教學(xué)就可以與工程需求結(jié)合起來(lái)，能有效地提高專業(yè)教學(xué)水平。

案例教學(xué)雖然只能是專業(yè)教育的一種輔助手段，但是可以起到事半功倍的效果。受過(guò)案例教學(xué)的學(xué)生會(huì)具備工程師的基本素養(yǎng)，將來(lái)能夠更好地與企業(yè)實(shí)際結(jié)合，快速融入企業(yè)的實(shí)際，更有利于人才的成長(zhǎng)。

（4）注重培養(yǎng)創(chuàng)新、開(kāi)放思維的能力

創(chuàng)新是基于一種可規(guī)劃的邏輯，開(kāi)放思維是在不受約束和限制的氛圍中接受新知識(shí)，這些在教學(xué)環(huán)節(jié)中是可以組織的，可以培養(yǎng)的。在培養(yǎng)創(chuàng)新和開(kāi)放思維的過(guò)程中，應(yīng)該大處著眼、小處著手，重視規(guī)劃與設(shè)計(jì)，才能育成具有多維度思考、腳踏實(shí)地的人才。

（5）提倡主動(dòng)式學(xué)習(xí)，提升適應(yīng)性

用人單位都希望企業(yè)員工具有快速適應(yīng)的能力，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，具備較強(qiáng)適應(yīng)能力的人才往往會(huì)得到企業(yè)更多的重視。快速適應(yīng)能力的培養(yǎng)不能靠傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，必須在積極的環(huán)境下，以主動(dòng)參與的方式，提升自身的適應(yīng)能力。這種主動(dòng)性與體驗(yàn)式的學(xué)習(xí)（Active and Experiential Learning）稱作主動(dòng)式學(xué)習(xí)法，是德國(guó)工程教育普遍采用的一種學(xué)習(xí)方法，也是美國(guó)CDIO工程教育方法的核心內(nèi)容之一。通過(guò)體驗(yàn)來(lái)主動(dòng)學(xué)習(xí)的方法源于構(gòu)建主義理論和認(rèn)知發(fā)展論[6]，其基本觀點(diǎn)是將新的知識(shí)不斷整合并入已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，形成新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。挑戰(zhàn)賽的實(shí)踐證明，倡導(dǎo)主動(dòng)式學(xué)習(xí)，更有利于提升適應(yīng)性，更有利于把理論應(yīng)用于實(shí)際。

（6）教學(xué)要適應(yīng)人才需求的變化

到工業(yè)4.0時(shí)代，對(duì)系統(tǒng)工程師來(lái)說(shuō)，不僅需要具備一個(gè)環(huán)節(jié)的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行的知識(shí)，還需要具備與其他單元協(xié)同工作的知識(shí)。比如數(shù)據(jù)采集工程師，不僅要有液位、壓力、流量這些工程參數(shù)的知識(shí)，還要有設(shè)備類型、維護(hù)、診斷、配置、累積量統(tǒng)計(jì)等知識(shí)，而且可能需要與其他數(shù)據(jù)協(xié)同封裝。因此，未來(lái)工程師的知識(shí)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生很大的變化，可能是一種基于商業(yè)價(jià)值鏈的知識(shí)結(jié)構(gòu)，包括全生命周期服務(wù)、不同層級(jí)垂直集成和全局建模的知識(shí)。高等學(xué)校的教學(xué)必須適應(yīng)這種變化，否則培養(yǎng)的人才會(huì)與社會(huì)需求脫節(jié)。

以上幾點(diǎn)建議對(duì)實(shí)現(xiàn)挑戰(zhàn)賽的理念是重要的，對(duì)造就未來(lái)新工程師是有益的。

5　結(jié)束語(yǔ)

“西門子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽是為深化中德合作關(guān)系，教育部與西門子公司簽訂教育合作備忘錄，雙方共同舉辦的一項(xiàng)國(guó)家級(jí)賽事。通過(guò)與西門子等跨國(guó)公司的合作，引入德國(guó)工程教育思想和工業(yè)技術(shù)，將德國(guó)的工程師文化與國(guó)內(nèi)實(shí)際相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立精益求精的匠心精神，以競(jìng)賽的方式，培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)，具有國(guó)際視野、能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的工程技術(shù)人才。挑戰(zhàn)賽積極踐行教育部的“雙元制教育”戰(zhàn)略，結(jié)合德國(guó)雙元制職業(yè)教育方法，以促進(jìn)企業(yè)與院校的深入交流和廣泛合作。這些做法和目標(biāo)促使形成了挑戰(zhàn)賽倡導(dǎo)的理念——在競(jìng)爭(zhēng)中練就成為未來(lái)的新工程師。也即在智能制造與互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代背景下，根據(jù)企業(yè)對(duì)工程技術(shù)人才的要求，把工程教育的培養(yǎng)方法從過(guò)去單一的專業(yè)培養(yǎng)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榭鐚I(yè)、跨學(xué)科的綜合培養(yǎng)，使之兼?zhèn)涔こ碳夹g(shù)、商業(yè)管理和人文能力。這種理念在挑戰(zhàn)賽中始終得以堅(jiān)持，增強(qiáng)了參賽選手競(jìng)爭(zhēng)成為未來(lái)新工程師的意識(shí)和渴望。

作者簡(jiǎn)介：

張貝克（1976-），男，浙江湖州人，教授，工學(xué)博士，現(xiàn)任職于北京化工大學(xué)，研究方向是智能制造工程人才培養(yǎng)、系統(tǒng)工程、數(shù)字建模與仿真。

元　娜（1981-），女，北京人，工程師，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)任職于西門子（中國(guó)）有限公司，研究方向是自動(dòng)化與數(shù)字化技術(shù)、智能制造工程人才培養(yǎng)與管理。

張　昕（1971-），女，北京人，教務(wù)員，本科，現(xiàn)任職于清華大學(xué)，研究方向是自動(dòng)化技術(shù)、自動(dòng)化本科培養(yǎng)與教學(xué)管理。

彭　惠（1988-），女，湖北武漢人，PM（Project Management），雙學(xué)位本科，現(xiàn)就職于“西門子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽秘書(shū)處，研究方向是智能制造工程人才培養(yǎng)與管理。

蕭德云（1945-），男，福建人，教授，博士生導(dǎo)師，本科，現(xiàn)就職于清華大學(xué)，研究方向是控制理論與控制工程、系統(tǒng)辨識(shí)、故障診斷。

參考文獻(xiàn)：

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摘自《自動(dòng)化博覽》2018年8月刊