基于工業4.0的創新創業實訓教學平臺的探索

周 晶 江 新

（1.東莞職業技術學院 機電工程系，東莞 523808；2.東莞安達自動化設備有限公司，東莞 523430）

工業4.0概念熱遍全球，標志著全球制造業格局正在發生重大調整，而中國仍處于工業化進程中，與先進國家相比還有較大差距，其中，信息化與工業化融合型人才的缺失更是不可忽視的問題，這使中國在新一輪發展中面臨巨大的挑戰。《中國制造2025》的提出，直面了中國制造業的困境，同時明確了制造強國的實施戰略，即：用三個十年將中國建設成為引領世界制造業發展的制造強國。如何落實《中國制造2025》強國戰略成為整個產業的共同使命[1]。

1 分析人才需求

社會的發展離不開制造業，需要大量的機械專業人才來支撐行業建設，只有人才興旺起來，才能帶動創新創業，因此人才供需形勢非常嚴峻。尤其是《中國制造2025》的提出，制造業將掀起兩化深度融合的建設高潮，行業也必將催生大量的信息化、自動化、企業生產管理等大量的就業崗位需求[2]。

以機械制造與自動化為例，工業機器人的引入，極大地改變了制造業的生產流程和管理方式。工業機器人將替代制造型企業中一大批技術含量低的重復性崗位，這部分的工作量減少，但是與此相對應的，研究開發、管理和維護工業機器人的技術含量高的崗位將會增加，提供更多的工作機會，極大地提高了制造型企業的生產力和競爭力[3]。

2 構建實訓室教學平臺

2.1 教學平臺架構

教學平臺是按照工業4.0的設計思想，通過建設實驗室還原和優化工廠的真實業務場景及生產過程，并結合高校生產與運作管理、工業自動化控制、企業信息系統分析與設計、工業工程等專業課程內容，幫助學生提高工業4.0相關專業的理論認知水平和實際動手能力的綜合性實驗室教學平臺[4]。

圖1 工業4.0教學平臺建設框圖

如圖1所示，工業4.0教學平臺是緊緊圍繞信息融合系統和智能化工廠、智能化生產、智能化物流三個主題來設計和建設的。平臺的最底層是實驗室工廠、實驗室倉庫以及機械手、測試設備等各種自動化設備，按照信息融合系統的設計理念，這些自動化設備是具備自組織、自學習、自調整能力的智能主體。構建在智能工廠、智能生產、智能物流之上的各類業務系統，包括計劃協同系統、生產制造執行系統、生產自動化系統、倉儲物流系統，這些設備和軟件通過互聯網、工業網、物聯網聯系在一起構成了教學實驗室的信息融合系統，也搭建成了工業4.0教學平臺的基礎設施[5]。

2.2 教學平臺業務流程

工業4.0在構建智能工廠的思路中有一個重要的方向，即橫向集成。所謂橫向集成，是指將消費者的需求和產品設計、供應商、制造以及物流服務的整條供應鏈環節進行數字化、智慧化集成。根據企業的實際業務場景，教學平臺設計了一套下單→計劃→備貨→生產→倉儲→出貨的完整業務流程，幫助學生更好地理解工業4.0背景下智能工廠的業務運營模式、工廠各部門各崗位的工作內容。

通過互聯網購物應用下達訂單是平臺業務流程的起點。在下達訂單之前，學生需要充當商家角色，預先在應用中維護商家售賣的商品信息，諸如價格、尺寸、顏色等參數數據。在維護商城數據的過程中，學生可以了解和掌握電商平臺的基本運營體系和方法，對諸如商品分類管理、商品上架下架、會員體系建設、銷售數據分析等內容有基本的理解和應用。

通過購物應用下達的訂單會被推送至企業計劃處，由生產計劃人員進行訂單分析整合，最終轉化為工廠的生產工單。計劃人員需要綜合考慮企業的物料庫存情況、供應商的供貨情況、工廠生產節拍以及訂單優先級來進行計劃排程，生產計劃一般可以分為月度計劃、周計劃、日計劃，在教學場景中，通常制定的均為日計劃。計劃人員在制定生產計劃后，需要跟進監督計劃的執行狀態。此外，計劃人員還承擔物料控制的職能，并需要協助采購部門進行原材料采購的工作。

生產計劃是工廠管理內部運作的核心，一個優秀的工廠，其內部管理是圍繞生產計劃來進行的。在學習計劃排程的過程中，學生需要理解毛需求與凈需求的區別，并掌握生產計劃的制定方法。在物控方面，要理解BOM的概念和作用，知道現有庫存量、現有庫存可用量、庫存可用量、在途庫存量的差別，以及如何利用這些庫存數據制定出好的生產計劃，從而達到節約庫存占用資金的成本，實現JIT準時生產、精益生產的目的。學生理解這些基本概念和方法后，就可以依靠平臺提供的計劃協同系統來制定購物應用所下訂單的生產計劃，指導生產。

計劃人員下達訂單后，車間會依照計劃系統下達的工單執行生產。車間作為工單的執行組織，承擔著工藝設計與調整、生產執行、品質監督、操作員管理、設備管理等多項職能。學生在教學平臺中通過扮演工藝部門、生產部門、品質部門等不同部門的崗位角色，配合完成計劃人員下達的生產任務。圍繞著車間的組織結構和工作內容，教學平臺研發了一款致力于車間信息化的管理軟件i-Factory，學生通過對該軟件的實際操作和學習，可以深入理解和思考如何高效率地管理車間、管理生產，達到教學的目標。

車間生產完成的產品需要進入成品倉庫進行再包裝后進行出貨。倉庫人員需要對出貨的產品進行棧板包裝，并安置在倉庫庫位上存放妥當和登記，出貨日當天完成出庫登記，進行派車發貨。在倉庫操作的過程中，學生需要在倉儲物流系統中完成入庫、出庫、庫存盤點、倉庫調撥等核心操作。在倉儲運輸環節，教學平臺特別引入了智能化物流的理念，即利用RFID無線射頻技術進行出入庫管理、庫位管理、庫存盤點以及仿真模擬利用GPS全球定位技術對運輸車輛進行在途監控和管理。

3 結語

基于工業4.0的創新創業實訓教學平臺實際是學校與社會接軌的橋梁，它是融合了信息化、自動化、智能化為一體的工業實驗室。它是振興中國制造業的動力源泉，也是中國制造業轉型的催化劑，更是中國教育創新的必經之路。實訓教學平臺讓學生受惠，讓學校受益，讓企業創利，因此是整個產業鏈的關鍵環節，是適合高職院校機械專業教育與創新創業教育融合發展的新模式。