校企互動式PLC課程教學研究

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摘要：針對當前高校中plc課程普遍圍繞外國品牌PLC開展教學的現狀，建議應積極引入國產替代化產品及技術進入課堂，并探索研究高校與國內相關企業(yè)開展PLC課程互動教學的模式，推動人才培養(yǎng)與國產技術的雙向發(fā)展。

關鍵詞：PLC；國產替代；校企互動

1引言

可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController,PLC）是一種集邏輯計算、自動控制和網絡通訊的關鍵技術設備，經過50余年的發(fā)展，在工業(yè)自動化領域得到廣泛應用。由于起步較晚，我國PLC市場長期被三菱、西門子、施耐德等少數外國品牌所占據，但近年來國內PLC企業(yè)在外企壓迫的巖石狹縫中逐漸壯大起來，并依靠性價比優(yōu)勢站穩(wěn)了市場，涌現出來了如北京和利時、無錫信捷、深圳匯川以及黃石科威等一批優(yōu)秀企業(yè)。隨著“十四五”期間工業(yè)互聯網創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略深入實施，裝備制造業(yè)數字化轉型步伐不斷加快，我國工業(yè)自動化領域人才需求呈現井噴態(tài)勢。與此同時，近幾年來，以美國為首的西方國家對中國降下“技術鐵幕”，動輒以實體清單、出口管制等方式遏制打壓我國高新技術發(fā)展，PLC作為工控行業(yè)的關鍵核心設備，更是必爭的“主戰(zhàn)場”。當前，各高校開設的電氣自動化及PLC課程基本都是圍繞外國品牌產品進行展開，因此探索如何讓PLC課程教學積極響應國家發(fā)展大局、順應國產替代化發(fā)展趨勢，對承擔培養(yǎng)新時代應用型人才的高校以及尋求更高層次發(fā)展的企業(yè)都有著重要意義。

2教學現狀分析

2.1PLC課程的開展情況

PLC相關課程是面向高等學校及高職高專機電一體化、自動控制類及相關專業(yè)學生的一門專業(yè)基礎課、主干課，旨在讓學生通過系統性學習PLC的基本原理、功能、應用、程序設計方法和編程技巧，掌握1至2種基本機型，從而了解PLC控制技術的基本原理和應用，為今后從事機電、自動控制等領域的工作打下基礎。本文選取了在中國大學MOOC慕課網（www.icourse163.org）上開設了PLC線上課程的40所學校（其中普通高等學校11所，高職高專29所）作為樣本進行分析。（1）不同學校之間課程內容各有側重。在普通高等學校中，通常與電氣控制或工業(yè)控制相關內容一同講授，如我院的《電氣控制與PLC技術》以及南京工業(yè)大學開設的《工業(yè)控制裝備》課程。在高職高專學校里，則作為一門應用型非常強的課程進行單獨授課，如蘇州工業(yè)職業(yè)技術學院的《PLC應用與實踐》以及河北科技工程職業(yè)技術大學的《PLC控制系統編程與實現》課程。以我院的《電氣控制與PLC技術》課程為例，該課程是電氣專業(yè)的必修課程，總共32學時，其中4學時介紹低壓電器、繼電器電路等電氣控制基礎知識，4學時介紹PLC基礎知識，其余24學時均是圍繞三菱FX系列PLC開展編程及應用設計學習。（2）遍使用成熟外國品牌PLC產品開展教學。我們對抽樣的40所院校PLC課程使用的PLC產品品牌型號進行了統計分析，見表1。除武漢理工大學開設的《電器控制與可編程序控制器》使用的是中國臺灣品牌的臺達DVP系列外，其余39所學校的課程均使用的是歐美日知名品牌的成熟型號，特別是西門子的S7系列和三菱的FX系列使用率分別為72.5%和20%，合計占比達到92.5%。

2.2存在的不足

（1）與高速發(fā)展的應用場景不相適應。根據實際教學經驗發(fā)現，當前PLC課程很容易讓學生誤認為是一個設備實操課，特別是對很多PLC功能應用只要求死記硬背，雖然有一些簡單的設計案例，但并不能很好幫助學生理解PLC作為一個重要工業(yè)控制設備所發(fā)揮的作用。此外，大多數學校沒有開設如集散控制系統（DCS）、現場總線等與PLC相關的后續(xù)銜接課程，且任課老師通常與產業(yè)界聯系較少，無法幫助機電專業(yè)學生更好地了解現代工業(yè)控制知識體系及真實應用場景。（2）過度依賴外國廠商提供的產品技術。長期以來，西門子、三菱等外國廠商憑借完善的產品體系和優(yōu)質的客戶服務占據著國內PLC市場，更通過免費、詳盡的仿真教學軟件和線上教程極大降低了PLC學習的門檻。但是作為新時期的高等院校，不應該一味追求簡單方便，要為實現核心關鍵技術自主可控而不斷改進，否則如操作系統、半導體芯片等領域的裹足不前將一次又一次地發(fā)生，一旦國家面臨危急時刻，這些外國產品和技術的斷供、禁運、封鎖也一定會發(fā)生。此外，長期使用外國品牌PLC也會造成國產PLC設備的專業(yè)技術人才無法得到有效培養(yǎng)，進一步壓制了國產PLC的發(fā)展進步。

3課程改革探索

3.1國產替代的優(yōu)勢

近年來，如同其他國產產品，國產PLC設備廠商很好發(fā)揮了后發(fā)優(yōu)勢，從外國廠商不起眼的小型PLC起步，逐步依靠確切了解國內用戶需求，可靈活定制個性化產品，并提供日益完善的全過程服務等優(yōu)勢，取得了一定市場份額，為PLC課程引入國產設備創(chuàng)造力有利條件。（1）編程語言學習上的可替代性。目前PLC課程中大量使用的基本都是小型PLC產品，而對PLC學習最重要的部分就是對編程語言的學習。1993年，國際電工委員會（InternationalElectrotechnicalCommission，簡稱IEC）發(fā)布了PLC相關的國際標準，命名為：IEC61131。其中IEC61131-3標準明確了了PLC的編程語言、語法、程序結構、數據類型、指令、函數等關于編程的方方面面，為PLC編程提出了明確的、可操作的指導，這給國內企業(yè)保持與國際先進水平同步提供了捷徑。因此國產PLC產品在使用的梯形圖、STL等編程語言上與外國品牌沒有任何差別，學習上完全可以實現替代。（2）開展系統性學習的便利性。國產PLC廠商在國內擁有完整且完全本地化的研發(fā)、生產、銷售和技術支持中心，特別是在高校聚集較多的城市，很多國內大型PLC廠商均設有研發(fā)中心或生產基地，如表2所示。對國產PLC開展學習，不僅能學習PLC如何應用，更能了解每一型PLC產品從設計到應用再到優(yōu)化成熟的全過程，這是從外國品牌PLC那里無法學習到的。（3）對教育和人才投入的積極性。絕大多數的國內PLC廠商當前都處在一個向上爬坡的發(fā)展階段，對人才特別是技術人才的需求十分強烈，這也是他們熱衷在高校云集的城市如武漢、南京、西安等地設有研發(fā)中心的原因之一。如無錫信捷公司就已經與江南大學、南京工業(yè)職業(yè)技術學院等學校共建聯合實驗室或校外實訓基地，既能幫助企業(yè)實現技術升級，也能廣納人才。

3.2學生的接受程度

針對本院上一學年度已經完成PLC課程的112名學生，開展了一次線上問卷調查，以了解學生對PLC課程引入國產設備以及與國內PLC廠商開展校企合作的態(tài)度和想法。（1）學生普遍對國產PLC認識較少。在回答“對國產PLC了解程度如何”的問題時，40.2%的學生選擇“沒有聽說過國產PLC”，47.3%的學生選擇“聽說過國產PLC，但無法說出具體的品牌”，10.7%的學生選擇“知道1至2個國產PLC廠商品牌”，只有1.8%的學生選擇“知道3個以上國產PLC廠商品牌”。（2）學生對國產PLC接受程度較高。在回答“對使用國產PLC意愿如何”的問題時，70.5%的學生選擇“愿意學習并使用國產PLC”，29.5%的學生選擇“愿意綜合比較國產PLC與外國品牌PLC性能，然后擇優(yōu)使用”，沒有人選擇“認為國產PLC比不過外國品牌PLC，不愿意使用”。（3）學生期待校企合作能幫助求職就業(yè)。在回答“如果國產PLC廠商與學校開展校企合作時，你有什么期待”的問題時，有81.3%的學生選擇“希望能提供實習或者就業(yè)機會”，有11.6%的學生選擇“希望開闊視野，更深入了解PLC產業(yè)”，有7.1%的學生選擇“無期待”。

3.3學校與企業(yè)互動模式的設想

目前，我院實驗室共有6臺三菱FX2N系列PLC，均為自行購買，無相關廠家配套支持，日常由實驗室老師組織學生開展相關實訓課程。在此種模式下，PLC課程作為一種實操性與應用性都非常強的課程，很容易造成教學內容與企業(yè)實際需求脫節(jié)，學校教學水平和實訓質量難以提高。另一方面，外國企業(yè)則同樣高度重視與各高校開展產學交流合作，如西門子公司早在2016年就教育部簽署了合作備忘錄，涉及基地建設、專業(yè)共建、教師能力提升、教學資源共享、學生工程能力認證等方面，更多次舉辦“西門子杯”中國智能制造挑戰(zhàn)賽，為校企合作提供了一個很好的樣板。但是投入資源有限的外資巨頭不可能惠及中國每一所院校，特別是作為培養(yǎng)專業(yè)技能型人才的普通應用型大學和高職高專數量多、學生多，更需要開展有效的校企合作來提升其教學水平。隨著國內PLC公司的業(yè)務發(fā)展和技術升級，越來越多的企業(yè)認識到專業(yè)技能人才的重要性。通過向外企的相關經驗進行學習和實踐總結，探索出一種“學校、學生、企業(yè)”三方共贏的互動合作模式顯得尤為重要。（1）建設開放性課堂。課堂是教學的第一場所，培養(yǎng)好的應用型技能人才最關鍵的就是要建設一個與企業(yè)保持開放互動的PLC課堂，改變傳統的“老師授課+簡單實訓”形式，堅持開門辦學，充分發(fā)揮國內優(yōu)質PLC企業(yè)在技術研發(fā)和大量工程實踐中積累的寶貴經驗，通過“工程師進課堂”、“師生進企業(yè)”、“項目進教材”等方式方法，不斷豐富教學內容，讓知識不再僅僅停留在課本試卷上，而是體現在一個個生動直觀的案例里。另一方面，一個開放性的課堂也能充分調動學生的學習熱情，從課堂的接受者到參與者，變“被動聽”為“主動學”，有效提升教學質量。（2）共建實訓基地。實訓基地是鍛煉學生動手能力的場所，也是實踐理論知識的最佳平臺。通過鼓勵企業(yè)與學校共建或升級現有PLC實訓基地，引入國產同類型PLC產品，既能加深學生對不同PLC共有特性的理解掌握，又能與現有的外國品牌PLC進行性能比較。企業(yè)在這一過程中如果只是對現有PLC實訓場所升級改造，相對投入也有限，但收益相對較多，包括能夠向學生推廣國產PLC產品并獲得潛在用戶、可以優(yōu)化完善本公司產品的培訓內容、得到師生在使用過程中對產品的改進意見等。（3）加強人才培養(yǎng)。校企互動中最重要的參與者就是學生，一個好的合作模式能夠實現學生到專業(yè)技術人才的轉變。學校作為教學活動的組織者，要統籌企業(yè)用人需求與學生現實情況，合理分配教學資源，科學制定教學大綱。企業(yè)在明確需求的同時，也需要尊重人才培養(yǎng)不可能一蹴而就的客觀規(guī)律，把人才培養(yǎng)作為公司長期戰(zhàn)略來投入和經營，深度參與教學計劃和教學內容的優(yōu)化完善，并以聯合舉辦PLC設計競賽、招納暑期實習生等形式，培養(yǎng)選拔優(yōu)秀人才。和C語言等很多工科課程一樣，PLC課程是一門實踐性很強的課程，學生自己也要充分利用好學校和企業(yè)提供的資源，加強自主學習，幫助自己在日趨激烈的就業(yè)市場中取得理想的職場機會。

3.4可能遇到的困難

（1）針對國產PLC產品的課程配套體系尚未建立。廣泛應用的外國品牌PLC在研發(fā)產品的同時，同步開發(fā)了相應的仿真軟件和實訓軟件，極大降低了學習的門檻。以三菱PLC為例，其新一代編程開發(fā)軟件GXWorks就具備了仿真功能，方便學生直觀理解電氣器件是如何按照指令運行的；三菱公司還開發(fā)了專門的入門教學軟件FX-TRN-BEG-C，供初學者從零開始學習PLC相關知識。因此在如此便利的條件下，目前國內PLC課程體系均是按照這些外國廠商早先設計的學習路線來建立的，激進而盲目地使用國產PLC來進行替換，反而會起到反作用。（2）國產PLC產品本身技術狀態(tài)尚未成熟。國產品牌PLC廠商在國內擁有完整的研發(fā)、技術支持以及售后運維體系，能夠靈活快速的響應客戶需要，開發(fā)定制化產品，這也是他們逐漸占領市場的主要優(yōu)勢。但是，這種優(yōu)勢帶來的弊端就是產品技術狀態(tài)不夠穩(wěn)定，造成型號多而雜，應用面相對狹窄，缺乏一種像西門子S7系列和三菱FX系列這樣廣泛應用的成熟型號，供教學使用。

3.5下步發(fā)展方向

推廣國產自主產品替代外國品牌產品在PLC課程的使用，需要學校和企業(yè)共同的努力，從多方向、多層次全面加強合作。（1）共同規(guī)劃課程體系。學校應根據PLC產業(yè)“交叉融合、高度集成、實時多變”的特點，以提升學生“工程實踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、可持續(xù)發(fā)展能力、綜合協調能力”為目標，與企業(yè)共同制定人才培養(yǎng)方案，優(yōu)化課程大綱，重構課程內容，開發(fā)配套課程軟件，編寫教材講義和產品教程手冊，分階段建立一套完整、可實施、可推廣的國產PLC課程教學體系。（2）共同推進產品研發(fā)。要堅持“走出去”與“請進來”相結合，學校和企業(yè)可以成立“教師+工程師”聯合團隊，企業(yè)提供教師掛職鍛煉平臺，讓有意愿的教師參與實際工程項目和產品研發(fā)，幫助企業(yè)解決實際技術難題，增加教師工程實踐經驗；學校邀請企業(yè)技術專家、資深工程師和高管走進PLC課堂和實訓基地，指導學生的同時，了解教學中使用PLC的需求，研發(fā)或挑選出合適的PLC產品逐步取代外國品牌產品。

4結語

綜上所述，面對當前復雜的國際形勢，作為工業(yè)自動控制核心設備之一的PLC，在眾多優(yōu)秀的國內廠商推動下一定會實現完全自主可控。在這一國產替代趨勢下，高等院校開設的PLC課程可以依托良性有機的校企互動，通過引入成熟國產PLC產品，建立科學規(guī)范的課程體系，開展創(chuàng)新式的教學探索，為我國PLC專業(yè)人才培養(yǎng)和企業(yè)產品技術升級貢獻力量。

參考文獻：

[1]廖常初.國產PLC的現狀[J].電氣時代，2011（1）：3.

[2]王喆.基于校企合作培養(yǎng)PLC專業(yè)人才[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2013（20）：2.

[3]袁勇.深化校企合作工學結合共建聯合示范實訓中心——以武職PLC實訓室建設為例[J].機械工程師，2014（12）：2.

[4]牛宏偉.電氣控制與PLC課程教學改革的探索與實踐[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2013（32）：1.

[5]王玉萍，高柏臣，王歡，等.培養(yǎng)卓越電氣工程師為目標的PLC課程教學改革[J].高師理科學刊，2015，35（7）：3.

作者：聶菁 劉婷婷 魯艷旻 毛玲 單位：文華學院 機械與電氣工程學部電氣系