此次卓越工程師分享是在“新工科”理念的背景下，新工科可以被理解為“卓越工程師2.0”版本，對(duì)于教育的重視從國家的推動(dòng)力度可見一斑，新工科正是為了智能制造國家戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)而推出的，其旨在為智能時(shí)代提供高品質(zhì)的人才。

 

一、企業(yè)的痛點(diǎn)-求才若渴

企業(yè)對(duì)于人才的需求事實(shí)上在任何時(shí)候都是迫切的，但是，卻遇到非常大的困境

圖1-智能時(shí)代的企業(yè)人才痛點(diǎn)

 

（1）需要大量優(yōu)秀的自動(dòng)化專家

盡管大量的言論傾向于Internet+，但是，從產(chǎn)業(yè)的角度而言，無論裝備自動(dòng)化、生產(chǎn)制造其實(shí)首先是自動(dòng)化的問題，即使是人工智能但最終還是依賴于自動(dòng)化系統(tǒng)的分布式執(zhí)行，包括運(yùn)動(dòng)控制的高精度定位與同步、機(jī)器人與CNC的同步等來實(shí)現(xiàn)，另一方面，IT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)也是來自于自動(dòng)化系統(tǒng)的直接現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。

因此，自動(dòng)化專家的需求仍然對(duì)于產(chǎn)業(yè)而言是大量的，并非因?yàn)橹悄芑?jí)就會(huì)降低對(duì)自動(dòng)化的人才需求，而另一方面，自動(dòng)化也是正在向IT延伸的，這是明顯的趨勢(shì)。

（2）人才培養(yǎng)需要大量的財(cái)力與時(shí)間成本

盡管今天的大學(xué)生越來越多—但是，人才的壓力卻較之過去更大，這是企業(yè)的普遍感受，因?yàn)榇髮W(xué)與產(chǎn)業(yè)的脫節(jié)這一現(xiàn)實(shí)使得企業(yè)要花費(fèi)巨大的代價(jià)來培養(yǎng)人才，而對(duì)于那些賺快錢的產(chǎn)業(yè)而言又不愿意花費(fèi)時(shí)間精力來培養(yǎng)人才。

（3）不能立即為企業(yè)產(chǎn)生效益

通常一個(gè)畢業(yè)生到了企業(yè)也需要平均2年左右才能為企業(yè)帶來效益，而這之前的培訓(xùn)、指導(dǎo)都是成本，而如此巨大的成本由企業(yè)負(fù)擔(dān)，則無法有很好的經(jīng)濟(jì)性。

（4）人員流失造成損失

相較于金融、地產(chǎn)、IT、通信而言，其收入水平而言，制造業(yè)包括自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的確無法相比，這使得大學(xué)專業(yè)出身轉(zhuǎn)向了收入更高的產(chǎn)業(yè)，而自動(dòng)化行業(yè)里很多轉(zhuǎn)行也是到了更高收入的領(lǐng)域，這使得制造業(yè)人員流失非常大，對(duì)企業(yè)而言，也是成本極高。

二、未來智能時(shí)代的工程師能力發(fā)展需求

事實(shí)上，很多時(shí)候，我們注重了工程師的專業(yè)知識(shí)，而忽視了在企業(yè)里，工程師面對(duì)的更為復(fù)雜的環(huán)境，而且是具有非常大壓力下的運(yùn)營效率的需求，包括工作中的多部門協(xié)作需求、復(fù)雜的應(yīng)用場景都需要工程師掌握的技能遠(yuǎn)非技術(shù)知識(shí)本身所能涵蓋。

圖2-面向未來智能時(shí)代的工程師能力重要性分布

圖2是一份在很多教育類報(bào)告中出現(xiàn)未能發(fā)現(xiàn)來源的關(guān)于智能時(shí)代的工程師能力需求（本圖引用自維多利亞州政府教育與培訓(xùn)部2017年STEM andthe Future Workforce報(bào)告中），我們可以看到主動(dòng)學(xué)習(xí)、批判性思維、復(fù)雜問題解決能力、創(chuàng)造性問題解決能力、人際交往能力等未來會(huì)變得更為重要。

圖3-自動(dòng)化行業(yè)工程師能力需求調(diào)研

這個(gè)調(diào)研是在會(huì)議之前微信朋友圈里做的，但是，后來深入思考發(fā)現(xiàn)復(fù)雜問題解決能力與系統(tǒng)思維可以合并，而溝通表達(dá)與團(tuán)隊(duì)協(xié)作實(shí)際上有很大的關(guān)聯(lián)關(guān)系，因此，我們會(huì)有這樣一個(gè)結(jié)論：

（1）思維能力更甚于專業(yè)知識(shí)本身

（2）溝通協(xié)作更重要專業(yè)知識(shí)本身

這兩點(diǎn)認(rèn)知是從企業(yè)的角度看待工程師的能力，如果大學(xué)階段能夠有效的訓(xùn)練學(xué)生在系統(tǒng)思維與溝通表達(dá)方面的能力，自然對(duì)于企業(yè)而言是再好不過的事情了。

 

三、工程師的工作分析與能力需求

要分析工程師能力的需求發(fā)展，需要對(duì)其工作以及在智能制造時(shí)代的工作任務(wù)需求進(jìn)行分析。

3.1 工程師工作全景

圖4-自動(dòng)化工程師的工作全景分析

圖4為作者與公司技術(shù)支持與培訓(xùn)部經(jīng)理周靖進(jìn)行交流，對(duì)自動(dòng)化工程師工作的一個(gè)全景描述：

（1）基于工具的開發(fā)

很多人會(huì)有一個(gè)細(xì)節(jié)的混淆，常常把理工科，都稱為理科，其實(shí)理科是Science而工科是Engineering，兩者仍然是有不同的，工程師主要是借助于工具來實(shí)現(xiàn)任務(wù)，因此，各種開發(fā)平臺(tái)（如Automation Studio、Portal）、仿真軟件（MATLAB/Simulin,MapSim）、選型工具（ServoSoft），包括在IT級(jí)采用SQL數(shù)據(jù)庫、Hadoop學(xué)習(xí)軟件等，都是屬于工具。

但是，工具只是工具，最重要的是解決問題。

（2）工程化

工程就包括系統(tǒng)需求分析、選型配置、軟件模塊劃分、軟件封裝測(cè)試、軟硬件調(diào)試、系列化（應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化）的幾個(gè)過程，在不同階段可以使用不同的工具來完成任務(wù)。

（3）KPI

對(duì)于工程師而言，在整個(gè)過程中要確保項(xiàng)目主要的目標(biāo)管理任務(wù)：項(xiàng)目質(zhì)量、時(shí)間進(jìn)度控制，以及文檔的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化指標(biāo)。

（4）.任務(wù)目標(biāo)

為客戶提供更好控制精度代表產(chǎn)品質(zhì)量更高，快速換單代表生產(chǎn)效率的提升，而項(xiàng)目周期更短則意味著面市時(shí)間更快（讓客戶更快搶的市場先機(jī)），包括易用性的設(shè)計(jì)，在未來智能時(shí)代將會(huì)強(qiáng)化與生產(chǎn)運(yùn)營相關(guān)的任務(wù)包括預(yù)測(cè)性維護(hù)帶來的生產(chǎn)運(yùn)營成本的下降，而能源優(yōu)化降低單件產(chǎn)品成本，質(zhì)量預(yù)測(cè)與優(yōu)化提升產(chǎn)品質(zhì)量。

3.2 通信互聯(lián)

圖5-面向智能制造時(shí)代的工業(yè)互聯(lián)層級(jí)

大學(xué)里目前講的技術(shù)已然落后產(chǎn)業(yè)實(shí)際，例如：很多停留在現(xiàn)場總線階段，而產(chǎn)業(yè)已經(jīng)普遍采用實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)例如POWERLINK、Profinet、SERCOSIII、EtherCAT等。包括OPC UA已經(jīng)成為了產(chǎn)業(yè)的共識(shí)，各個(gè)自動(dòng)化企業(yè)都已經(jīng)開發(fā)并應(yīng)用OPC UA技術(shù)來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線的集成、與IT系統(tǒng)的互聯(lián)。包括TSN技術(shù)也即將投入運(yùn)營，新的技術(shù)已經(jīng)為IIoT、CPS構(gòu)建打下基礎(chǔ)，雖然，我們說未來要提高IT能力，但是，目前大學(xué)的課程仍然是基于RS485、CAN的技術(shù)—即使是理論基礎(chǔ)，其實(shí)已經(jīng)發(fā)生了較大的變化，尤其是在IT領(lǐng)域。

3.3機(jī)械領(lǐng)域的延伸

智能制造一定是與設(shè)備、產(chǎn)線相關(guān)的，而類似于SuperTrak、iTrak及XTS等線性輸送系統(tǒng)的推出，也標(biāo)志著運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)與機(jī)械更為密切的融合，SuperTrak是一種長定子直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)，它是一種典型的機(jī)械、電氣傳動(dòng)、測(cè)量技術(shù)于一體的系統(tǒng)，可以讓生產(chǎn)系統(tǒng)達(dá)到最大的靈活性，是未來智能時(shí)代最具發(fā)展的技術(shù)，而大學(xué)的很多運(yùn)動(dòng)控制課程只是在提供變頻器的控制—變頻器更多是傳動(dòng)作用，真正實(shí)現(xiàn)“智能”是以利于伺服控制、機(jī)器人、線性輸送系統(tǒng)這些技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

圖6-SuperTrak技術(shù)所代表的機(jī)電軟一體化

3.4 軟件工程需求

在之前的調(diào)研中，我們也發(fā)現(xiàn)自動(dòng)化工程師的未來知識(shí)結(jié)構(gòu)擴(kuò)張中“軟件工程”的需求最為迫切，這一點(diǎn)也不為過，自動(dòng)化已經(jīng)遠(yuǎn)非過去的“順序邏輯”控制時(shí)代。尤其是IT與OT融合的時(shí)代。

圖7-軟件成為自動(dòng)化未來競爭的焦點(diǎn)

圖7為作者2015年繪制的關(guān)于軟件價(jià)值的定義，來自于貝加萊在各個(gè)領(lǐng)域里的項(xiàng)目應(yīng)用集成總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)。包括以下幾個(gè)方面的說明：

（1）集成開發(fā)平臺(tái)

事實(shí)上要實(shí)現(xiàn)集成，必須建立在全集成的開發(fā)平臺(tái)，才能把分布的對(duì)象（PLC,HMI,Motion）通過軟件平臺(tái)的軟件實(shí)現(xiàn)“無縫集成”，中國目前本土尚無這樣高度集成的開發(fā)平臺(tái)軟件，這也是中國制造業(yè)2025所設(shè)定的目標(biāo)，包括基礎(chǔ)的RTOS、應(yīng)用平臺(tái)、行業(yè)庫。像Automation Studio、Portal、Logix、TwinCAT幾個(gè)就是屬于典型的集成開發(fā)平臺(tái)。

（2）軟件工程能力：這是自動(dòng)化行業(yè)解決方案提供給客戶價(jià)值的必由之路，通過軟件組件和復(fù)用技術(shù)，可以讓自身降低開發(fā)時(shí)間，也可以讓客戶降低研發(fā)周期與研發(fā)成本。

（3）軟件定義智能

自動(dòng)化所面對(duì)的行業(yè)都有其特殊屬性，因此，每個(gè)行業(yè)的工藝Know-How都是可以通過軟件進(jìn)行封裝，像貝加萊在印刷套色、機(jī)器人慣量前饋、防搖算法、張力庫等行業(yè)特性的開發(fā)上積累數(shù)十年經(jīng)驗(yàn)。

（4）開放的軟件集成

IT與OT在智能時(shí)代的融合需要PLC、工業(yè)PC、Panel PC都具有與IT互聯(lián)的能力，包括OPC UA接口、IE瀏覽器的訪問、MATLAB/Simulin接口、EPLAN等。

（5）標(biāo)準(zhǔn)軟件集成

PLCopen是實(shí)現(xiàn)軟件標(biāo)準(zhǔn)化的最佳通道，PLCopen的彭瑜老師、嚴(yán)義老師以及機(jī)電一體化協(xié)會(huì)一直致力于PLCopen在自動(dòng)化行業(yè)的應(yīng)用，包括ABB、SIEMENS等主流自動(dòng)化廠商都是PLCopen的支持者。

（6）軟件服務(wù)：軟件已經(jīng)成為了自動(dòng)化行業(yè)未來盈利的關(guān)鍵，這也是業(yè)界的共識(shí)，未來，隨著IT的介入，硬件成本將會(huì)大幅度下降，而軟件則更加具有價(jià)值，它所體現(xiàn)的Know-How封裝，生產(chǎn)柔性，智能都將使得其發(fā)揮更為重要的作用，而自動(dòng)化行業(yè)也逐漸成為一個(gè)軟件行業(yè)。

 

四、工程師能力模型分析

基于對(duì)產(chǎn)業(yè)的了解與工程師能力的需求，繪制了一個(gè)參考RAMI4.0三維架構(gòu)的工程師能力模型.

圖8-工程師能力模型（作者繪制）

圖8是與周靖關(guān)于工程師能力模型的探討，我們想按照業(yè)務(wù)流程、工廠層級(jí)、能力需求的三個(gè)層級(jí)來進(jìn)行全景建模—參考RAMI4.0的三維模型來設(shè)計(jì)。

（1）工作流程各個(gè)階段的能力

在系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)、開發(fā)（配置選型/編程/仿真）、測(cè)試（軟件/軟硬件/現(xiàn)場測(cè)試）、生產(chǎn)維護(hù)四個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)于工程師的能力需求都會(huì)有不同。

（2）業(yè)務(wù)層級(jí)的能力需求

智能時(shí)代，除了自動(dòng)化能力，也包括了信息化集成以及智能化的優(yōu)化決策，就全景而言，更大的系統(tǒng)學(xué)習(xí)模型也屬于控制范疇，即，動(dòng)態(tài)的環(huán)境下的策略優(yōu)化與路徑設(shè)計(jì)。

（3）能力需求層級(jí)

--工具：對(duì)于工程師而言，工具是最基礎(chǔ)的能力，包括對(duì)基礎(chǔ)的軟件工具、Office、Visio、AutoCAD等軟件工具的使用，也包括示波器、萬用表這些基礎(chǔ)工具的使用。

--方法：建模方法（如V-Mode開發(fā)）、工作方法如5W2H-如何能夠?qū)⒁患虑槊枋銮宄彩且环N能力，就像小學(xué)時(shí)教的記敘文三要素-人物、地點(diǎn)、事件。這也包括軟件變量命名、版本控制等系列方法來支撐工程師有效的管理項(xiàng)目。

--原則：設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原則，例如：手動(dòng)與自動(dòng)的兼容、用戶友好的原則都是屬于工程師所需掌握的原則。

--理念：理念層，例如模塊化設(shè)計(jì)理念“高內(nèi)聚、低耦合”，理念屬于思想級(jí)，屬于更高層面看待問題的概念性技能。

 

總結(jié)：未來自動(dòng)化領(lǐng)域的工程師，需要更為系統(tǒng)的思維、創(chuàng)造性的問題解決能力，以及良好的溝通與表達(dá)，知識(shí)也是工具之一，讓我們完成任務(wù)。

從知識(shí)結(jié)構(gòu)角度而言，對(duì)于工程師則需要增強(qiáng)軟件工程、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與智能算法方面的知識(shí)擴(kuò)展。