智能制造专业新工科建设的西安交大实践
王永泉
一、对智能制造的内涵认识及专业筹建发展历程
（一）从学术概念到产业形态。智能制造从作为一个最初源自的学术领域的概念（美国学者在《Manufacturing Intelligence》一书中首次提出），已逐渐发展成为一种制造业的新模式与新业态涵盖技术与产业的系统性模式。其定义不断演进，从美国学者在《制造智能》中提出，到从上世纪80年代起，国内外众多学者和机构均从不同角度给出了智能制造的定义，周济院士基于技术维度也着眼智能制造的技术维度，提出了智能制造的三种范式。即数字化制造、数字化网络化制造，以及新一代数字化网络化智能化制造，展现了技术与产业融合的多层次特性。与之对应的是，人类制造模式也伴随着四次工业/科技革命经历了一个内涵深刻的演进过程。总体上讲，经历了从机械化到柔性化的演变，智能制造的本质就是以数字化、网络化、智能化技术全面以互联网技术、人工智能和数字化赋能制造业，使制造业变得更“柔”（推动大规模柔性定制）、更“软”（工业软件定义一切）、更“美”（绿色环保）和绿色化生产，重塑了生产效率、质量与柔性的平衡。无论是中国的智能制造还是德国的工业4.0，其核心内涵都是一致的，即通过数字化、网络化和智能化手段“人工智能+制造”的模式，重塑和优化制造业的价值链与组织模式。
（二）智能制造是制造强国建设的主攻方向。当下，智能制造是新一轮科技革命和产业变革，与我国经济转型升级形成的历史性交汇，是制造强国建设的主攻方向已被我国确立为新一轮科技革命与产业变革的核心。习近平总书记多次强调要大力发展智能制造，并将其纳入国家战略。特别是“中国制造2025”战略擘画，提出了制造业发展强国建设的三步走战略，其中智能制造被列为五大工程和十大重点领域之一之首，成为提升国家制造业竞争力的关键。
（三）新工科建设与交大实践智能制造专业建设的前期实践。在新一轮科技革命和产业变革背景下，教育部启动了新工科建设，强调“根据问产业需求建设专业”。智能制造作为跨学科领域，急需系统型人才。2017年，教育部首次将“智能制造工程”列为列入本科专业新工科专业目录，随后，国内迎来第一波智能制造专业建设高潮数量急剧增加，尤其在地方和职业院校。西安交通大学自2017年起，连续牵头两个教育部“新工科研究与实践”项目，分别聚焦智能制造人才培养需求和智能制造专业内涵与传统专业转型升级之路，开展了系统化的理论和实践研究。此外，还承担了教育部机械类专业教指委有关新工科课程与教材建设、人社部《智能制造工程技术人员职业能力标准》研制等专项任务，通过和众多社会力量“共研共建”，进一步明确了智能制造人才培养的目标内涵、专业定位、建设路径和实施重点，并以“3D打印”菁英班的建设为切入点，持续打造工程教育“新结构”，历经在钱学森学院和未来技术学院两个拔尖人才培养特区的探索实践，终于在2020年成功获批“智能制造工程”本科专业（备案），并在2022年正式启动招生。
二、智能制造学科建设的交大实践
（一）试点先行，牵引反哺——未来技术学院的探索与实践。西安交大未来技术学院是工程拔尖人才培养特区，致力于突破学科专业壁垒，推动智能制造专业学科交叉融合与产教融合。智能制造方向作为未来技术学院三个专业方向之一，学院聚焦航天发动机创新设计与智能运维，培养具有颠覆性技术视野的“不拘一格创造未来”的拔尖创新人才。课程体系以项目制为核心，涵盖基础到高级的七个项目、贯穿本科至研究生阶段的七级项目为核心，实施以学生为中心的“采集式”学习模式。特别是在大二学期，学生将通过项目驱动学习，掌握工业互联网、大数据与人工智能等学科基础，进行实践项目。通过跨学科教学与产教融合，学生将在理论与实践中逐步培养创新能力。以下案例可以反映出未来技术学院智能制造方向项目制育人的生动实践：
案例一：在3D打印高性能制造基础项目的研究中，学生通过应用物理、化学知识，进行3D打印精度控制的项目实践。每周三上午，在由多学科教师（校企双导师）讲解基础知识并对项目任务进行与项目解析的基础上授课；下午，学生通过自主实践巩固和扩展所学知识，提升项目应用能力。
案例二：在航空发动机叶片制造与大数据分析初级项目中，学生通过学习大数据技术、工业互联网和云计算，应用于航空叶片制造系统的数据建模与处理。示范中心的五轴机床控制系统为学生提供实践平台，推动理论与实践的结合。
案例三：为支撑人工智能基础课程，学生参与与西安吉利公司的产教融合项目，体验整机外观质量检测和轮胎自动安装等环节的实践。此项目为学生提供了在企业实际环境中的学习机会，强化了专业技能和实践能力的提升。
（二）机械为干，全面赋能。自2020年起，西安交通大学开始备案智能制造本科专业，2022年正式招生。建设前期，学校进行了充分的调研和条件论证。目前，全国已有300多个全国智能制造工程专业（备案）。西安交大智能制造专业建设的基本原则是，不搞“旧瓶新酒”“局部增城”和“课程拼盘”建设方案各异，常见的有以下几种：一是旧瓶装新酒，简单地更名为智能制造，未做实质性改变；二是局部增强式，增加CPS实训或大数据、人工智能课程，但核心课程依然为机械课程；三是课程拼盘式，涉及多个学科但缺乏整体规划。为此，西安交大是从新工科的建设目标出发，聚焦智能制造的特征与内涵，在需求调研基础上梳理知识图谱，形成系统的课程以机械工程知识体系为主干，框架。用数字化和智能化技术全面赋能设计、加工和运维控制等技术分支，在总体目标和框架下，使每一门传统课程都担负“智能化”改造与升级的任务。
西安交大智能制造专业建设并非局部的改革，而是全面赋能，以机械为基础，通过数字化和智能化技术赋能设计、加工和运维等传统领域。智能制造专业的培养方案严格控制在154个学分，核心课程注重智能特征的赋予。例如，《机械设计及其智能化》课程经过改革，相对于传统的《机械设计基础》“机械设计基础”课程经过改革，进行了内容体系的优化，加入了数字孪生和变胞机构等内容，开发了基于AI大模型的运动方案生成式设计案例，重点是人工智能辅助设计，替代了传统的传动原理等基础内容。此外，通过项目式实验，学生理解并掌握了智能制造相关的技术。通过创新案例，如挖掘机的AI辅助设计，学生可以通过ChatGPT和Matlab进行设计仿真，进一步提升其智能化设计能力。该课程还强调跨学科的应用，如将仿生拓扑设计与形状优化，融入教师的等具有智能化设计属性的科研成果融入课程项目，推动学术与实践的结合。虽然后续课程建设仍面临较大挑战，但也激励着我们推动智能制造教育体系的不断完善。
（三）平台支撑，助力转型——数智化实验平台及条件建设。西安交大依托两个实体化的国家级实验教学示范中心，持续推荐智能制造综合实践平台建设，其成果先后获得了中国高等教育学会“产教融合、“双百计划””的优秀案例，并荣获及陕西省教学成果二等奖。学校建设了两个国家级实验教学中心，重点构建智能制造的实践平台。平台采用数字化集成制造模式，具备网络层、感知层和应用层，可模拟对标实际生产的智能车间。此外，学校还自主开发了数字孪生实验室，利用自研技术实现物理系统信号与虚拟仿真结合，支持远程验证和现场建设，突出培养学生的二次开发能力。
（四）赛教融合，实战育人。未来技术学院西安交大机械工程学院注重创新文化建设，通过实施CDIO项目，构建了“课程—项目—竞赛”有机联动的工作机制，鼓励学生参与大创基金和各类竞赛。通过竞赛与项目相结合，形成了保障机制和激励机制，促进学生的实践能力提升。近年来，西安交大在中国国际大学生创新大赛、“挑战杯”和大学生“互联网+”和机械创新设计大赛等顶级大赛赛事中取得了成绩优异成绩，特别是在智能制造赛中。连续五年组织和参与“智能制造大赛”，并将竞赛项目竞赛成果转化为学生项目，融入课程教学（例如将工业互联网竞赛题目应用于航空发动机大数据项目），积极推动课程建设和实践教学资源的开发。
三、问题及未来面临的挑战
第一，要构建学科交叉融合的动力与保障机制。智能制造作为一门新兴专业，其发展核心在于学科交叉融合。然而，如何在交叉点上实现学术突破并构建高效的保障机制，仍是亟需解决的关键问题。
第二，建立人事与教育评价改革的制度支撑。师资队伍建设和有效支撑是新型专业发展的重要保障。然而，当前尽管已拥有50余位国家级高层次人才，并持续引入青年学者，但在支撑智能制造类新兴专业教学方面仍面临较大挑战。因此，培养符合新型专业需求的师资队伍，亟需通过人事制度和教育评价体系的深层次改革，建立适配的新型制度框架。
第三，具体来看，智能制造专业的教学内容与方法需紧密结合，以确保专业建设的前沿性与实效性。如果教学模式和手段仍停留于传统方式，无疑与专业特性背道而驰。因此，在专业建设中，应实现教学内容与方式的统一，尤其是在人工智能赋能的深度应用上取得突破，以进一步推动教学创新。在专业路径和课程内容体系建设方面，学院持续深化面向工程教育的新型结构，并将人工智能赋能作为核心方向之一。作为教育部指定的12所人工智能赋能试点高校之一，西安交大重点承担学科专业领域大模型的建设任务，旨在以技术创新驱动教学改革。
第四，如何实现坚持智能制造与机械工程专业的目标定位与差异化发展。智能制造与机械工程两个专业在当前高校教育体系中长期共存，但其各自的目标定位及发展路径亟需明确。是坚持差异化发展、各有侧重，还是最终融合为一体，需根据教育需求和学科发展规律进一步探索。