機械類應用型創新人才培養的探索和實踐

任明 姜銳 周晨 王曉倩

[摘 要] 隨著傳統制造業快速向智能制造轉型，企業對地方高校機械類人才的需求也從單純的應用型向復合應用型創新人才轉變。本文結合智能制造下企業對人才知識、能力和素質要求，聚焦人才復合創新能力的培養，優化了跨專業融合的課程教學體系，改善了實驗教學條件，建立了項目分層、能力遞進的實踐教學體系，探索了產業研究院為載體的校企合作模式。

[關鍵詞] 機械類專業;智能制造;人才培養;產教融合

[基金項目] 2018年浙江省高等教育“十三五”第一批教學改革研究項目“新經濟背景下地方高校機械類專業改造升級路徑探索和實踐”（jg20180301）;溫州大學2018年校級重點教學改革項目“機械類專業大學生創新創業教育實踐途徑研究與探索”（16jg06）

[作者簡介] 任 明（1972—），男，浙江寧波人，博士，溫州大學機電工程學院機械電子系主任，講師（通信作者），研究方向為機械工程;姜 銳（1975—），男，浙江瑞安人，學士，溫州大學機電工程學院機械電子系副院長，副教授，研究方向為機械工程。

[中圖分類號] G642? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）35-0125-04? ? ?[收稿日期] 2019-08-16

一、引言

以大數據、物聯網、人工智能、云計算、5G等新技術催生下的新經濟正改變著全球制造業的發展格局。為了扭轉我國傳統制造業始終處于全球產業鏈的中低端，大而不強、創新不足的局面，2015年國務院發布了以科技驅動發展，以工業化和信息化相融合的智能制造為主攻方向的計劃，明確了智能制造是未來制造業發展的重要方向和發展趨勢。在國家戰略的引領以及國際制造業形式的倒逼下，我國制造行業紛紛向智能制造模式轉型。

另一方面，智能制造是以構建“智慧工廠”為核心，集智能設計、智能管理、智能生產、智能物流和智能服務于一體的復雜系統。其核心技術涉及到數字化建模和制造、傳感器與信號處理、自動控制、工業機器人、物聯網、無線通信、生產規劃和管理等多學科專業技術知識[1]。目前，制造業在轉型過程中普遍面臨的問題是具備新一代信息技術的復合創新型人才的不足。特別對于中小型企業，由于受資金場地所限或者產品隨市場需求更迭頻繁，或者生產非標準件等原因，“人機協作”的模式比純粹的“機器換人”更適合型企業進行智能制造的改造升級的現狀。其中，“機”不是特指生產線上的工業機器人，而是制造系統中所有智能設備，因此“人機協作”模式更強調了人通過信息技術與各類智能設備的交互管理、融合創新以及人于人之間的溝通合作能力[2-4]。

本文根據智能制造產業鏈人才需求的特點，通過重構智能制造的專業課程體系、實踐教學體系，以及構建信息化實驗教學平臺，深化校企合作等手段，為地方企業培養能解決智能制造生產中復雜工程問題能力的應用型創新人才進行了探索和實踐。

二、智造背景下機械類專業教學體系建設

（一）智能制造機械類專業課程體系

地方高校傳統的機械類專業課程設置和教學內容已經滯后于地方企業智能制造的升級改造進程。根據圖1智能制造一般技術架構，可知企業產品從供應鏈訂單管理→數字化虛擬設計→加工制造→質量管理和物流管控的全生命周期都是基于網絡數據化下各系統、平臺、設備間的柔性智能控制來實現生產的最精益化。

因此，在復雜的信息化智造系統中，機械類工程師面對的不再是孤立的機械設備，必須具備除機械類以外的多學科交叉知識，才能應對智造生產中出現的各類復雜問題。為了構建適合地方應用型創新人才培養的課程體系，以我校機械類專業為例，通過走訪調研知名的科技公司和企業，并參考智能制造行業對技能人才需求信息的大數據挖掘分析結果[5]，可知PLC編程、四大家族機器人的控制和編程、工業機器人系統集成、MES等技術是國內企業對技能人才的主要要求，同樣也應列屬于應用型創新人才培養的專業核心課程。

另外，我校所處地域有較大的激光和光電產業集群、汽摩配產業集群以及完善的模具行業產業鏈，傳統課程體系雖然設立了模具方向的專業模塊，然而隨著企業智能制造的推進，學生熱心于自動化控制技術以及機器人技術的學習，模具專業模塊反而鮮有學生選擇而無法開課，但機械類專業服務地方產業的區域特性，決定著“模具設計”作為一門專業必修課程仍需保留。進一步結合省機電設計院、市技術監督局、市電子研究所、區經信局以及地方優勢企業等科技領域專家和往屆畢業生對智造人才培養的反饋意見，重構了智能制造機械類專業的課程體系，如圖2所示。

該專業課程體系是按照工程引導模塊→工程基礎知識模塊→機/電/測控基礎模塊→機電加工系統與裝備（專業方向模塊）→智能系統模塊的框架搭建，包含了智能制造的產品數字化設計、數字化制造、信息技術、生產規劃和生產執行等跨學科專業知識，為智能制造復合應用型創新人才的培養建立了必需的專業知識架構。該課程體系基于傳統課程體系基礎上重構的關鍵點如下：

1.增強數字化設計和制造能力

智能制造的關鍵是數字化設計和制造，強化CAD/CAE/CAM/CAPP的軟件運用能力。增加虛擬現實仿真和數據庫技術的學習。

2.增強數學和邏輯思維能力

智能制造離不開控制技術，而控制的核心是數學。以案例教學為特色，將工程案例融入到復變函數與積分變換、概率與數理統計、線性代數三門課程進行詳解，為后續的自動化測控技術打好基礎。

3.增強工業機器人應用能力

新增機器人專業模塊代替傳統的模具模塊，增加機器人動力學和運動學、機器視覺和圖像處理、工業機器人編程和系統集成技術課程。并將塑料注塑模設計和沖壓模設計合并為模具設計一門必修課程。

4.提高生產計劃和管理執行能力

機械類工程師懂技術卻不懂生產和質量管理是制約智能制造柔性、精益化生產的障礙。將質量和管理類課程改為必修課，增加PDM/ERP/MES系統的學習。

5.提高信息技術的應用能力

將大數據、物聯網、無線網絡、射頻技術、工業控制網絡等信息技術課程增設為任選課，培養學生的信息素養。

（二）智能制造機械類實踐教學體系

1.虛實結合的實驗教學模式

傳統實驗設備、實驗內容、實驗方法已經滯后于智能制造下機械類創新人才的培養。我校機械類專業結合企業生產實際在實驗教學方面進行了如下的改革：

首先，在硬件設備上，新增了小型離散型智能制造生產線綜合實訓平臺、工業機器人分揀和焊接系統、物流倉儲管理系統、激光3D金屬粉末打印平臺、機器視覺平臺、智能制造加工檢測裝配平臺等與智能制造密切相關的的教學儀器和生產設備，以此為基礎構建了智能制造實訓中心。

其次，在實驗內容上，減少驗證性試驗、增加創新實驗力度，擴大實驗資源建設渠道。例如液壓傳動課程實驗是基于實驗平臺的驗證性實驗，可改為學生自制木材類挖掘機、液壓機等模型，并用針管軟管、電機搭建液壓傳動系統;傳統的金工實習制作一些簡單孤立的零部件，可改為斯特林發動機的制作，各零件制作完裝配后，通過酒精燈加熱就可運轉，可極大提高學生創新思維和動手能力;利用科研成果轉換，擴大實驗資源：例如工業機器人高精度高效率減速器工程化研究的863項目結題后，構建的減速器精度測試平臺，可直接作為測試技術課程的實驗資源進行利用。

最后，在實驗方法上，將一些能夠緊密結合智能制造生產且操作耗時長、難度大，有一定危險性的實體實驗，利用VR虛擬現實技術創建為全景式、具有浸入感的綜合創新性的虛擬仿真實驗。

通過以上實驗設備和實驗項目的改進，將虛擬現實仿真實驗與智能制造實訓中心的實體實驗雙層聯動共同支撐實驗教學，為學生帶來了強烈視覺沖擊，激發了學生興趣，開辟了信息技術下學生綜合創新實踐能力培養的新途徑。

2.項目分層、能力遞進式創新實踐教學體系建設

針對智能制造產品全生命周期涉及機、電、管、控多學科交叉的特點，設置了“數字化設計、數字化制造、信息技術、生產規劃、生產執行”五個實踐模塊;根據知識應用的復雜程度，在每個模塊內部設置單元、綜合、系統集成三層項目;按照解決智能制造復雜工程問題的能力培養層級遞進的方式，分解為認知能力、基礎能力、綜合能力三個培養階段，系統融入到各級實踐項目的實施中，構建出如圖3所示的模塊化、層次化、能力進階的智能制造創新實踐教學體系。

其中，除“綜合創新”模塊外，其余模塊由課程內單元實驗項目、課程群綜合實驗項目兩級支撐。“綜合創新”模塊則涵蓋跨CDIO、學科競賽、學生科研和校企合作下的系統集成項目;平臺建設是依托校內的智能制造實訓中心、虛擬仿真中心、科技合作基地、產教融合基地、創客空間、國際化合作基地以及校外的實踐教育基地、地方產業研究院，構成了課內外實驗平臺、校內外實習實訓平臺、學生科技創新平臺、國際交流平臺四大平臺;各級實驗項目來源，除部分單元項目為課程內實驗項目和CDIO三級項目外，其余項目盡可能來源于生產實際，形成工程化的教學資源庫。基于以上“平臺+模塊+項目”的實踐教學體系，將工程化的實踐教學活動系統的融入到創新人才的培養過程中。

三、研究院為載體的校企協同育人模式

傳統校企合作關系中的地方高校始終沒有改變自身“求助”的身份，而地方企業往往也是“參與者”的身份[6]，特別當企業與地方高校協同培養智能制造人才時，企業往往要投入更多的設備和資金，并且人才培養的長期性以及企業投入后成效的隱形性，最終導致校企合作缺乏長期性和穩定性。因此，智能制造背景下如果要深化產教融合，必須要由地方政府主導，通過校企政三方努力才能獲得好的成效。

我校機械類專業以激光與光電智能研究院為紐帶，與地方中小企業建立了協同創新人才培養的緊密關系。研究院由政府主導下的浙南科技城管委會與我校共同投入資金建成獨立事業法人機構。研究成員主要由機械類專任教師以及研究院自主引進專家組成科技創新團隊，協同地方企業共同承擔區域關鍵產業的技術研發、創新人才培養和科技成果轉化。研究院通過學科的支撐來實現服務地方，不僅研究院科研經費和學院的學科經費可以互動，學科的重點科研設備也融入到研究院設備中面向地方企業共享，從人才、設備、科研成果等各方面吸引地方企業與研究院合作。

另一方面，通過研究院的牽線搭橋，利用學校和政府的優惠條件吸引優質的項目合作企業入駐校內的產教科技大樓，院企共同投資建設工廠化創新實踐基地。企業在滿足機械類專業創新創業實踐教學需要的基礎上，可使基地功能多樣化來滿足企業利益，而常駐基地的企業專家，也可隨時指導學院學生的創新實踐活動。通過產業研究院的紐帶，將企業與學院捆綁為經濟利益共同體，建立了長期牢固的校企合作關系。同時，產業研究院也為學院創新創業團隊的中小微企業的創業和發展提供了良好的孵化環境。

四、結語

傳統地方高校機械類專業應用型人才培養已經無法滿足企業對智能制造人才知識、能力和素質的要求，機械類專業升級改造關鍵是根據智能制造的特征，重構適合智能制造的專業課程體系，并在信息技術基礎上完善實驗/實踐教學環節，建立平臺—模塊—工程項目的實踐教學體系，同時探索以研究院為載體的新型校企合作模式，深化產教融合，從而實現智能制造下具有大工程觀，能解決復雜工程問題能力的復合應用型創新人才培的培養。

參考文獻

[1]楊若凡，劉軍，李曉軍.多方協同開展智能制造新工科人才培養的思考與實踐[J].高等工程教育研究，2018（5）：30-34

[2]耿玉香.中小企業智能改造升級初探[J].科技創新導報，2019（1）：157-158.

[3]梅華平，李玉梅，李濤.智能制造背景下地方本科院校機械工程應用型人才培養研究[J].裝備制造技術，2018（9）：196-198.

[4]談敏，沈燦鋼.人機協作背景下高職電子專業變革與反思[J].山東工業技術，2019（8）：234-235.

[5]董偉，張美，王世斌，等.智能制造行業技能人才需求與培養匹配分析研究[J].高等工程教育研究，2018（6）：131-138

[6]張干清，郭磊，向陽輝.新工科雙創人才培養的實踐教學范式[J].高教探索，2018（8）：55-60.