“中國制造2025”背景下的智能制造教學創新研究

郝飛

摘要：為適應經濟體制改革和傳統制造向智能制造轉型升級的需求，本文以國家對智能制造人才需求為導向，從“中國制造2025”背景下的智能制造人才培養模式、教學平臺建設、教學實施及評價三個方面具體闡述了智能制造教學創新研究。

關鍵詞：中國制造2025 智能制造 教學創新研究

課題：本文系2018年產學合作協同育人項目“基于vR技術的《機電一體化技術應用》職業技能培訓共享課程教學改革創新研究”（教高司函[2018]47號）研究成果。

制造業是國民經濟的基礎。當前我國傳統制造正向智能制造轉向升級。《中國制造2025》提出“創新驅動、質量為先、綠色發展、結構優化、人才為本”的基本方針。開展中國制造業發展質量和水平的重大戰略部署，對高等教育、職業教育提出了新的要求。在智能制造的未來發展趨勢和傳統制造業轉型升級的大背景下，我國面臨的最大挑戰是高端人才的匱乏和低端人才的過剩。傳統的教育體系中的學科設置和教學理念是基于20世紀80年代工業需求制定的。過去的30年學科專業不斷細分的教育模式難以培養能夠駕馭日益復雜綜合的制造業體系。“中國制造2025”的實踐不僅僅對企業自身提出了挑戰，而且對傳統的教育體制提出了新挑戰，智能制造大勢所趨。天津職業技術師范大學在“中國制造2025”背景下，以智能制造人才發展要求為契機，堅持“雙證書”高技能應用型職教師資人才培養模式，從智能制造教學平臺建設、人才培養模式和教學方案實施及評價三個方面進行了智能制造教學創新研究，并得以實施。

一、智能制造教學平臺建設

智能制造教學平臺是完全符合對“中國制造2025”智能制造人才的培養條件，也融合了職業教育人才需求理念，并且結合學校特色而研發的以高技能、高水平人才質量培養為目標的綜合性教學平臺。

智能制造教學平臺根據機電一體化、機械制造、計算機通信、電子信息、自動化、人工智能領域的工程生產設備設計而建成，其涵蓋機器人、工業網絡、運行控制、可編程序控制、傳感檢測與測量、液壓與氣動、計算機控制、軟件工程、控制工程及數控加工等課程。這些專業技術課程深度融合，再根據國際技術標準開發了新型綜合教學平臺。以下從單元組成和功能特點兩個方面進行詳細闡述。

1.智能制造教學平臺的單元組成

智能制造教學平臺主要由監控與調度、物流倉庫、產品生產線、產品加工與制作、機器人裝配、機器人搬運、產品視覺檢測、AGV（AutomatedGuided Vehicle）導航群等模塊組成。

2.智能制造教學平臺的功能特點

智能制造教學平臺具有使用靈活、高效節能、安全防護、全智能網絡化等功能特點。

（1）全方位數據調度功能。實現從數字化立體倉庫對加工物料出庫、生產線運輸、數控加工、機器人搬運、產品裝配、產品視覺檢測和AVG運載協同合作運行等智能化處理。

（2）個性化實訓教學功能。建設的智能制造平臺各個組成單元可獨立分布運行，可以根據專業領域單獨進行實訓教學，也可以分層次分模塊進行教學，如機器人智能裝配單元可作為機器人領域學員單獨實訓教學，實現了實訓平臺靈活、實用、節能環保及共享等特點。

（3）信息網絡化監管功能。智能制造的全過程數據信息進行可視化管理，如物流管理信息、網絡下單信息、電子看板監視功能等，支持客戶網絡下單進行個性化定制產品，全自動完成客戶需求。

（4）全自動柔性制造功能。平臺整合數控車床、數控銑床、物流倉庫、裝配機器人、搬運機器人、視覺質量檢測、產品生產線等單元，實現工廠全自動加工產品，體現智能制造的智慧性。

（5）體感化虛擬現實功能。VR（Virtual Reality）虛擬現實功能，動態畫面和真實體感融合在三維環境中;AR（Augmented Reality）增強現實功能，實時地將視覺拍攝全景及位置跟蹤進行數據圖像處理，實現智能制造教學平臺虛擬和現實全景互動。

二、智能制造人才培養模式

“中國制造2025”大背景下，智能制造改變了制造業的生產方式、人機關系和商業模式，進而改變了人在產品全生命周期中各環節的角色。職業教育作為人才培養基地對人才的培養也提出了新的條件、新的要求。以下從課程體系建設、訓練方案、產教融合協同育人機制三個方面進行分析“新工科”智能制造人才培養模式。

1.交叉學科深度融合的課程體系

智能制造融合多門專業學科，所培養的人才不僅要掌握跨學科專業理論知識，還要掌握智能制造工程技術能力。學校以“雙師型”職教師資和高技能應用型人才為培養目標，開發研究智能制造教學需要的專業知識深度融合的一體化課程體系。如自動化專業領域學生重點開設自動控制技術、工業網絡技術、機電一體化技術、機器人技術，而其他的課程可以適當減小難度或者作為素質拓展課程進行授課。

2.職業技能層次遞進的訓練方案

天津職業技術師范大學堅持以“本科+技師”“雙師型”碩士研究生為人才質量培養為目標的辦學特色，響應國家對智能制造人才的培養要求。根據智能制造課程體系和國家職業技能專業建設標準制定了符合新時代智能制造教學的職業技能訓練培養方案。設計的訓練方案是根據學科領域的知識掌握水平在原有學科領域層次遞進式培養智能制造人才，圍繞專業核心應用能力的培養，推行逐級遞進式教學法。

（1）融合協同育人的培養機制。在智能制造課程體系和遞進式訓練方案的基礎上，學校堅持“動手動腦，全面發展的”辦學理念，深入研究適應新時代的智能制造產學融合協同育人的培養機制，主要從工程案例和“雙師型”導師兩個方面進行闡述。

（2）產教融合的工程案例。為了適合智能制造市場需求，學校進行產教融合協同育人，支持師生創新創業，生產與教學、產業與教育全過程密切結合的人才培養模式。特別在“中國制造2025”智能制造人才需求側做了深入研究與探析，實現以解決生產實踐問題為導向、企業深度參與人才的全方位培養。在教學中，以智能制造工程案例為依托，實現人才培養，整個過程都是以企業的工程案例為標準進行全方位教學。

（3）產教融合的“雙師型”導師。智能制造教學實現企業生產與學校人才培養的良好對接，重在“雙師型”導師隊伍建設。學校在基于職業技能等級制的理論實踐一體化“雙師型”師資隊伍基礎上，探索新時代“中國制造2025”背景下的智能制造方面專業知識深度融合的復合型高技能應用型“雙師型”導師隊伍建設。目前響應教育部、人社部對產教融合的戰略部署，和企業協同開發國家智能制造人才培養方案，其中最重要的是培養一批具有匠心的新時代“雙師型”導師。學校國家級實驗示范中心“突出產學結合，深化綜合改革，推進模式創新，培養高層次技能人才”的基本理念，對推進學校人才培養與企業緊密合作、不斷提高人才培養質量具有重要意義。

三、智能制造的教學實施及評價

學校搭建智能制造教學工廠，旨在根據教學平臺和人才培養模式培養新時代智能制造高質量人才，本著學校特色培養應用型、雙證書、高技能人才。學校根據專業領域分層次培養智能制造人才，堅持以學生為中心的一體化任務驅動教學和全過程精細化科學評價進行教學實施及評價。為提高人才質量培養，學校進行深入研究和優化智能制造教學實施及評價方法。

1.智能制造一體化教學實施及評價

智能制造一體化教學實施過程以學員對系統的認知、操作、裝調、編程及維護為主線，進行職業性一技術性一知識性一技能性知行合一的一體化教學。堅定學校辦學理念;培養應用型高級專門人才，創新研究職業技能遞進層次的一體化教學模式。例如，機電一體化類技能類高級等級機電一體化裝調技術是滿足對智能制造生產線的基礎操作，整機調試和維護應用，達到企業對智能制造中機電一體化高技能應用型人才需求的職業技能實訓要求。采用考勤、情感行為表現、知識技能掌握、實訓考核、實訓報告、職業素養與能力的全過程任務驅動一體化考核，全方位激發學生的學習興趣，達到學校育人目標，取得職業技能資格證書，滿足智能制造人才需求。

2.智能制造體感式教學實施及評價

為了讓其他領域學生及老師了解智能制造專業技術，作者又進行教學改革開展素質擴展課程和研究實踐體感式教學方法，讓學習者身臨其境體驗智能制造教學工廠。體感式教學堅持以學生為中心，發揮場景感受優勢，讓學習者全方位感受智能制造教學平臺，了解無人網絡化數字制造工廠的發展空間和優勢地位，逐步培養學生學習專業的興趣，逐步將智能制造技術內化于心。基于體感式教學的素質擴展課程同時讓不同領域學習者發揮個人專業優勢和創新能力，組建學習研究團隊，將多領域知識相融合培養智能制造高技能人才，符合智能制造技術及人才培養的內在體現。

四、小結

智能制造深度融合多領域專業知識。職業教育學校肩負培養新時代智能制造人才的歷史使命，要不斷進行教學創新改革研究，解決“中國制造2025”智能制造人才需求問題，解決智能制造多領域專業技術深度融合問題。本次智能制造教學改革得以實施，效果很好，可為諸多院校智能制造課程改革與實施提供參考。