作者：

北京化工大學(xué) 張貝克

西門子（中國）有限公司 元娜

清華大學(xué) 張昕

“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽秘書處 彭惠

清華大學(xué) 蕭德云

摘要：本文先簡單介紹“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽的概況，再詳細(xì)論述挑戰(zhàn)賽倡導(dǎo)的理念——在競賽中練就成為未來的新工程師，同時建議在工程教育過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”中國智能制造挑戰(zhàn)賽（原全國大學(xué)生“西門子杯”工業(yè)自動化挑戰(zhàn)賽，下面簡稱“挑戰(zhàn)賽”）是教育部與西門子公司簽訂的戰(zhàn)略合作框架下國家A類賽事，也是目前國內(nèi)自動化領(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2萬名大學(xué)生，在全國范圍分14個賽區(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)過程智能自動化、智能邏輯控制、智能機(jī)器人、智能硬件研制、智能軟件開發(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，促進(jìn)人才培養(yǎng)供需結(jié)合，給工程教育改革提供開放式試驗(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--歐盟工程教育論壇列為唯一支持的大學(xué)生競賽項(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”、“中德高層次人文交流”項(xiàng)目。

本文首先簡要介紹“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽概況，然后詳細(xì)論述挑戰(zhàn)賽倡導(dǎo)的理念，同時建議在工程教育過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

在中國面臨從制造業(yè)大國向制造業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)型的歷史時期，“中國制造2025”已成為新的國家發(fā)展戰(zhàn)略，為了提升大學(xué)生的工程技能素養(yǎng)和實(shí)踐動手能力，教育部高等學(xué)校自動化類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會、西門子（中國）有限公司和中國仿真學(xué)會于2006年共同創(chuàng)辦了“西門子杯”中國智能制造挑戰(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)，與之對應(yīng)設(shè)置了兩大類10個比賽項(xiàng)目。

（1）具有商業(yè)意識、創(chuàng)新意識、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)開發(fā)與優(yōu)化能力的人才，對應(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)針對不確定的需求問題，以產(chǎn)品與服務(wù)創(chuàng)新、設(shè)計(jì)和開發(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)軟件開發(fā)”等5個賽項(xiàng)，其中“智能創(chuàng)新研發(fā)”賽項(xiàng)為開放型賽項(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)的角色參與競賽。主要考察參賽選手在產(chǎn)品創(chuàng)意、設(shè)計(jì)、研發(fā)過程中技術(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)出對商業(yè)價值的敏銳判斷力、對核心問題的辨別能力、對深層問題的分析能力、對支撐產(chǎn)品核心競爭力的技術(shù)能力、對競爭對手的快速學(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，對任務(wù)動作進(jìn)行分解，在滿足質(zhì)量管理的要求下，設(shè)計(jì)、開發(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)工廠升級改造為背景，針對某項(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)的升級改造過程，以仿真手段對生產(chǎn)過程進(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，完成指定的硬件開發(fā)，主要考察參賽選手硬件研制過程中的技術(shù)水平、工作方法和工程能力等。

“工業(yè)軟件開發(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)用軟件的開發(fā)過程為背景，以企業(yè)專家指定的相關(guān)軟件開發(fā)為題目，參賽選手根據(jù)題目要求，自由選擇所需的開發(fā)語言、編程平臺，完成軟件開發(fā)，主要考察參賽選手軟件開發(fā)過程中的設(shè)計(jì)能力、開發(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)針對比較具體的項(xiàng)目需求，要求完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)、開發(fā)、實(shí)施和優(yōu)化等任務(wù)，共設(shè)“連續(xù)過程設(shè)計(jì)開發(fā)”、“邏輯控制設(shè)計(jì)開發(fā)”、“運(yùn)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)”、“工業(yè)信息設(shè)計(jì)開發(fā)”和“企業(yè)命題”等5個賽項(xiàng)。主要考察參賽選手對不同行業(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)化問題^[1]。

“連續(xù)過程設(shè)計(jì)開發(fā)”賽項(xiàng)以流程行業(yè)連續(xù)生產(chǎn)過程的智能升級改造為背景，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，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、評估，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)開發(fā)”賽項(xiàng)以智能工廠、智能車間、智能生產(chǎn)線離散過程為應(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)度方面鼓勵創(chuàng)新。

“運(yùn)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)”賽項(xiàng)以智能工廠、智能車間、智能生產(chǎn)線運(yùn)動系統(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)目乙方角色參與競賽。重點(diǎn)考察參賽選手對運(yùn)動控制系統(tǒng)（如張力控制、多軸同步、速度控制等）的綜合分析、智能算法開發(fā)、控制方案設(shè)計(jì)、實(shí)施、模塊開發(fā)及異常事故處理能力，鼓勵控制方案及算法的創(chuàng)新。

“工業(yè)信息設(shè)計(jì)開發(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“中國制造2025”戰(zhàn)略下企業(yè)轉(zhuǎn)型升級為背景，由合作企業(yè)提供生產(chǎn)過程中存在的有關(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，除了由企業(yè)專家進(jìn)行評審和第三方測試外，還要經(jīng)歷參賽隊(duì)之間的對抗競爭。該賽項(xiàng)一方面可以幫助企業(yè)解決實(shí)際問題，另一方面也能考察參賽選手解決實(shí)際問題的能力和水平。

2.3　挑戰(zhàn)賽的執(zhí)行效果

挑戰(zhàn)賽從2006年第一屆10個賽隊(duì)發(fā)展到2018年的3100多個賽隊(duì)，比賽項(xiàng)目也從單一的仿真控制拓展到過程控制、運(yùn)動控制、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)命題等多個賽項(xiàng)。十幾年過去了，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)也開始爭搶獲獎人才。

2018年的挑戰(zhàn)賽歷時6個月，在全國分14個賽區(qū)進(jìn)行，通過層層選拔，最終從399所學(xué)校的3100多個參賽隊(duì)中選出140所學(xué)校300多個賽隊(duì)進(jìn)入總決賽。挑戰(zhàn)賽為企業(yè)、高校和學(xué)生三方搭建了互動平臺，構(gòu)成一種“鮮活型”的育人模式，推動理論與實(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，覆蓋的知識面更廣。連續(xù)過程控制賽項(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)的全過程。邏輯控制賽項(xiàng)的對象不僅限于仿真環(huán)境下的資源調(diào)度問題，增加了實(shí)物生產(chǎn)線的調(diào)試，并要求將控制系統(tǒng)的信息通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建云端的信息化系統(tǒng)，無疑給參賽選手增加許多復(fù)雜難度。運(yùn)動控制賽項(xiàng)對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)涉及的知識內(nèi)容非常廣泛，對參賽選手是一種嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

每屆參賽選手的參賽熱情都極為高漲，在激烈的競爭中，碰撞出思想火花，個人的能力得到發(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，看到了自動化、智能化事業(yè)的未來。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，作為樹的形象，默默地和參賽選手站在一起，鼓勵支持他們獨(dú)立完成任務(wù)。

從參賽過程看，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)化解決問題的工程能力。通過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)知識去解決問題，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)到未來職業(yè)生涯所需的服務(wù)意識、安全理念、追求卓越精神，在競爭對抗中激發(fā)潛能，培養(yǎng)熱愛專業(yè)的精神。

挑戰(zhàn)賽的評審專家陣容強(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)格公正的評審、擊中要害的點(diǎn)評，使參賽選手心服口服，倍感專業(yè)知識的力量和工程經(jīng)驗(yàn)的光芒，評出來的獎項(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)試錯的方法，對工程能力的培養(yǎng)來說是不可取的。挑戰(zhàn)賽有意識地引導(dǎo)參賽選手依靠扎實(shí)的專業(yè)知識和技能，通過分析和設(shè)計(jì)，學(xué)會站在甲方角度來思考，以解決工程實(shí)際問題。對工科學(xué)生而言，編寫的設(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，面向全國控制科學(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、本科生和全國自動化類、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)知識與技能，解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的實(shí)踐能力。

（3）具有能夠針對復(fù)雜工程問題，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，考慮與社會、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)方法對復(fù)雜工程問題進(jìn)行剖析，包括實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、現(xiàn)象解釋、數(shù)據(jù)整合，并通過信息綜合得到合理結(jié)果的分析能力。

（5）具有能夠針對復(fù)雜工程問題，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)測性的開發(fā)能力。

（6）具有能夠基于工程相關(guān)背景知識進(jìn)行合理綜合，對復(fù)雜工程問題的解決方案，及其對社會、安全、法律、文化和可持續(xù)發(fā)展的影響和應(yīng)承擔(dān)的社會責(zé)任的評估能力。

（7）具有人文科學(xué)素養(yǎng)、社會責(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)雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進(jìn)行溝通與交流，包括撰寫報(bào)告和設(shè)計(jì)文稿，并具備一定的國際視野，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，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)時代未來新工程師的素養(yǎng)，其實(shí)質(zhì)也就是強(qiáng)調(diào)同時具備技術(shù)創(chuàng)新、經(jīng)營意識和人文情懷的能力。近年來，挑戰(zhàn)賽有意識地倡導(dǎo)一種理念——“在競爭中練就成為未來的新工程師”，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)和研制的開發(fā)工程師，從事生產(chǎn)管理、制造和運(yùn)營的管理工程師，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、營銷和服務(wù)的營運(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)+時代下，對這些新工程師而言，在從事技術(shù)研發(fā)、經(jīng)營管理、商業(yè)咨詢和技術(shù)服務(wù)時，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。簡單地說，即做事的能力和管理的能力，也即新時代下創(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”，既要勝任專業(yè)技術(shù)要求，又要勝任崗位對于溝通能力、系統(tǒng)思考能力的要求。綜合而言，就是專業(yè)知識、技能與素養(yǎng)的綜合，構(gòu)成新工程師能力。

下面從四個維度對新工程師“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、專業(yè)知識、專業(yè)工具、專業(yè)方法解決問題的能力；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)合的價值創(chuàng)造過程中，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)、價值觀以及跨文化的能力，體現(xiàn)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、品牌營銷等方面的人文藝術(shù)修養(yǎng)。

上述從四個維度論述未來新工程師的“勝任力”，它代表新工程師的核心競爭力。若用公式描述可以寫成^[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，未來新工程師的技術(shù)能力與管理能力是不可或缺的兩個方面，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新工程師的“勝任力”。

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

寄語未來的新工程師^[1]

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

工程師作為一個持續(xù)六千年的職業(yè)，創(chuàng)造了人類的文明史，推動著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，不斷改善人們的生活質(zhì)量。中國的工程師也構(gòu)筑了萬里長城、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，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、超級計(jì)算機(jī)、量子通信、智能手機(jī)等，無不體現(xiàn)了中國工程師的貢獻(xiàn)。在當(dāng)今的新時代，我們要建設(shè)創(chuàng)新型國家，要從制造大國發(fā)展為制造強(qiáng)國，我們又提出了“一帶一路”的倡議，讓全世界共享中國發(fā)展的成果，我們呼喚數(shù)以百萬千萬計(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)伍中來吧！感謝西門子，在中國制造到中國創(chuàng)造的進(jìn)程中一直相伴！

西門子（中國）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)字化時代需要數(shù)字化的人才。西門子愿意將自身在電氣化、自動化和數(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，通過競賽來助力中國工程人才培養(yǎng)，希望更多學(xué)生通過競賽學(xué)習(xí)和了解西門子的技術(shù)和理念，成長為優(yōu)秀的新工程師。

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

“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽秉承培養(yǎng)技術(shù)創(chuàng)新、經(jīng)營意識和人文情懷兼?zhèn)涞男鹿こ處熇砟睿瑯?gòu)建“問題空間”，以運(yùn)動的方式，為培育未來新工程師營造一種競爭的第二課堂。期望參賽選手充分利用這個舞臺，在爭先恐后的氛圍中，在激烈碰撞的思潮下，樹立正確的價值觀和使命感，以興趣為動力，馳騁在時間軸的未來點(diǎn)上，陶醉在“超自然”的樂趣中，不要過分拘泥專業(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、綜合解決問題的能力。

相信，技術(shù)是一種力量，“西門子杯”將助你塑造個人魅力。

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)，為努力鍛造成長為未來的新工程師創(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)，文化是這個職業(yè)群體特有的一種風(fēng)格，潤物細(xì)無聲。簡單地說，工程師文化就是對創(chuàng)造的欲望，對專業(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。在工程教育過程中，為了潛移默化地把學(xué)生培養(yǎng)成未來的新工程師，應(yīng)該有意識、見縫插針地灌輸工程師文化，為學(xué)生成長為未來新工程師提供營養(yǎng)和土壤，也就是學(xué)會利用知識，解構(gòu)問題，保持好奇，動手做事。通過耳濡目染，滲透到細(xì)胞中，才有可能練就成未來的新工程師。

（2）鼓勵學(xué)生參與全國性技術(shù)類競賽

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)動的學(xué)習(xí)模式，在競爭的氛圍下、在碰撞的思潮中，通過合作穿插著新奇有趣的環(huán)節(jié)，依靠個人的魅力，獲取專業(yè)知識和技能，與課堂教學(xué)相比，無不顯現(xiàn)出令人嘆為觀止的效果。因此，應(yīng)該鼓勵學(xué)生積極參與像“西門子杯”挑戰(zhàn)賽這樣的全國性賽事，它能點(diǎn)燃學(xué)習(xí)的激情，發(fā)揮個性的潛能。

（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，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。受過案例教學(xué)的學(xué)生會具備工程師的基本素養(yǎng)，將來能夠更好地與企業(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。

（4）注重培養(yǎng)創(chuàng)新、開放思維的能力

創(chuàng)新是基于一種可規(guī)劃的邏輯，開放思維是在不受約束和限制的氛圍中接受新知識，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)新和開放思維的過程中，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)能力的人才往往會得到企業(yè)更多的重視?？焖龠m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，以主動參與的方式，提升自身的適應(yīng)能力。這種主動性與體驗(yàn)式的學(xué)習(xí)（Active and Experiential Learning）稱作主動式學(xué)習(xí)法，是德國工程教育普遍采用的一種學(xué)習(xí)方法，也是美國CDIO工程教育方法的核心內(nèi)容之一。通過體驗(yàn)來主動學(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時代，對系統(tǒng)工程師來說，不僅需要具備一個環(huán)節(jié)的開發(fā)和運(yùn)行的知識，還需要具備與其他單元協(xié)同工作的知識。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，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，而且可能需要與其他數(shù)據(jù)協(xié)同封裝。因此，未來工程師的知識結(jié)構(gòu)會發(fā)生很大的變化，可能是一種基于商業(yè)價值鏈的知識結(jié)構(gòu)，包括全生命周期服務(wù)、不同層級垂直集成和全局建模的知識。高等學(xué)校的教學(xué)必須適應(yīng)這種變化，否則培養(yǎng)的人才會與社會需求脫節(jié)。

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

5　結(jié)束語

“西門子杯”中國智能制造挑戰(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)國家級賽事。通過與西門子等跨國公司的合作，引入德國工程教育思想和工業(yè)技術(shù)，將德國的工程師文化與國內(nèi)實(shí)際相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生樹立精益求精的匠心精神，以競賽的方式，培養(yǎng)創(chuàng)新能力強(qiáng)，具有國際視野、能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(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——在競爭中練就成為未來的新工程師。也即在智能制造與互聯(lián)網(wǎng)時代背景下，根據(jù)企業(yè)對工程技術(shù)人才的要求，把工程教育的培養(yǎng)方法從過去單一的專業(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)了參賽選手競爭成為未來新工程師的意識和渴望。

作者簡介：

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）有限公司，研究方向是自動化與數(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)，研究方向是自動化技術(shù)、自動化本科培養(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”中國智能制造挑戰(zhàn)賽秘書處，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、故障診斷。

參考文獻(xiàn)：

[1] “西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽組委會. “西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽介紹 [Z]. http:// siemenscup.buct. edu.cn, 2016,2017, 2018.

[2] “西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽組委會. 工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn) [Z]. http://siemenscup. buct.edu.cn, 2017.

[3] 張貝克, 于立群, 柏雋. 新工程師：智能互聯(lián)時代的“新物種”[J]. 中國工業(yè)評論,2017,(11).

[4] 蕭德云, 張貝克, 王紅, 張昕, 彭惠. 從中國智能制造挑戰(zhàn)賽談自動化專業(yè)工程教育的缺失 [C]. 全國自動化教育學(xué)術(shù)年會, 南京, 2017.

[5] 張昕. 關(guān)于高等工程教育問題的思考 [J]. 當(dāng)代教研論叢, 2018, (5).

[6] Edward F. Crawley, Johan Malmqvist, S?ren ?stlund, Doris R. Brodeur, Kristina Edstr?m. Rethinking Engineering Education The CDIO Approach [M]. 2nd Edition, 2014.

摘自《自動化博覽》2018年8月刊