智能制造專業群產教融合實訓基地建設案例＊

聶 健，寧艷梅

（湖南三一工業職業技術學院，湖南 長沙 410129）

1 建設背景

貫徹落實國務院《國家職業教育改革實施方案》，進行深度產教融合，讓職業教育對接產業需求，更能體現現代化先進技術、產業區域特色、企業人才需求。學生培養對接職業標準，實現職業發展規劃及終身培訓，學習過程對接生產過程，達到真實生動、理實一體的要求。產業生產場景發生了巨大的變化，由人工-自動化發展到自動化+信息化，高端制造企業致力于打造數字化+智能化的生產場景。企業崗位結構也發生了變化，由早期的單件生產單一技能轉變到圍繞產線培養的綜合技能，智能化產線成為重要環境。崗位能力要求更具有復合性，綜合具備高端機床加工、機器人編程與維護以及通信網絡、倉儲物流、數據采集、傳感監控等方面技能。《中國制造2025》第一個五年就是推進制造業整體素質大幅提升[1]，創新能力顯著增強，全員勞動生產率明顯提高，工業化和信息化融合邁上新臺階。

基于以上背景，智能制造專業群產教融合實訓基地的建設是落實國家政策要求、助力產業高端發展、對接產業升級人才新需求、響應《中國制造2025》“三步走”戰略的重要措施。

2 建設目標

建設教學活動平臺。適應國家、三一集團智能制造發展的需要，承擔學生技術技能培養及專業知識學習，助力學生“353”人才能力指標體系的達成。

建設技術展示平臺。基地面向新興職業與崗位技能要求，具有前瞻性技能開發的能力，同時實現先進技術全要素的展現；以研發引領專業發展。

建設服務社會平臺。能夠承擔區域的社會培訓及認證服務，助力于區域產業服務，并能夠承載校企間人才服務，實現人才對接。

與三一集團發展規劃深度融合。致力于培養具有國際視野的優秀人才；擁有國內領先的一流特色專業群[2]、建立科技創新服務平臺、以開發適合未來工業制造的軟件為重點產出，讓技術驅動引領專業發展。

3 頂層設計

結合現代化無人工廠生產場景，打造智能制造創新實訓基地，實現基地的完全數字化運營，具備以下特色。

彰顯企業特色，將三一集團的工程機械、裝備制造企業特點與先進制造產業的通用機械、工程機械的特色相結合；通過柔性的自動化輸送系統，實現新型的先進制造技術朝著小型化（微型化）、集成化、成套化、電子化、數字化、多功能化、智能化、網絡化、計算機化、綜合自動化、光機電一體化方向發展；促進智能制造與湖南省各產業的對接，引領企業轉型升級。

集成先進制造多樣元素，包含智能加工、裝配、檢測、倉儲、智能物流生產監控等，復現智能工廠生態。

結合高端制造特色專業，融合智能制造專業群特色，符合工業機器人技術、機電一體化、智能控制技術、數控技術、焊接技術與自動化等專業；同時能對人工智能學院、建筑工業化學院、工程機械學院給予支撐。

實現理論學習與生產實踐的零距離建設，打造知行合一、工學結合、工學交替，對標企業崗位能力，進行模塊化教學，實施任務式培訓。

4 關鍵技術

4.1 管理層

管理分析指標化與可視化，實現工廠管控過程實時、透明、可溯、持續，關鍵要素有工廠展示、數字建模、管理指標、可視化等，關鍵技術包含ERP系統、B1系統等；智能工廠支撐研發過程與生產過程的無縫融合，在產品創意、設計階段引入數字化平臺技術，將設計人員的意圖、知識均以數字化模型的形式進行管理。

4.2 執行層

打造具有云算力生態型服務平臺，也是機加現場生產加工管理互聯平臺，具備PAAS級MES，關鍵要素有程序管理、柔性制造、刀具檢測、成本管理、設備監控、計劃排程、質量管理、備件管理、故障預警、OEE分析等，關鍵技術包含MES執行系統及WMS管理系統；全方位綜合了現代實際生產中較流行、較先進的各種實用技術知識點，其中包括PLC編程技術、網絡通訊技術、電氣控制技術、氣動應用技術、傳感器技術、步進驅動控制技術、虛擬調試、機器人應用技術等。

4.3 監控層

采集覆蓋場景覆蓋機加現場各種數字設備，并實現與分發實時、高速、多頻、雙向互動，關鍵要素有硬件采集、邊緣計算、軟件集成等，關鍵技術包含設備互聯、邊緣終端、物聯網、云計算、遠程診斷、傳感控制以及3D視覺等技術；利用PLC控制器和HMI人機界面，監控生產過程、設備狀態，實現透明化生產。主要由西門子控制系統和SCADA系統構成，執行MES發出的具體指令，對底層設備實施邏輯控制。

4.4 設備層

設備實現產能模組化、管理數字化、產線自動化，能夠基CNC本體開發的應用功能，面向復雜、專用設備的CNC功能外延，能夠開發基于CNC周邊，IoT的，APP類功能產品，產線工作過程數字化全覆蓋，自動化設備提供的各種數據流可與上層的MES數據流進行交換，并保證產線柔性國內領先。關鍵要素包含NC、機床、APP等，關鍵技術包含離線機床、協作機器人、智能倉儲、AGV物流、在線監測、網絡通信、工藝設計及人工智能等。生產線各方面的集成是比較完備的，針對產線的數據的縱向集成以及產品的橫向集成可以做研究，可以做虛擬調試的研究。

在數字化工廠的4層架構中，既包括硬件設備，也包括軟件系統。工業軟件模塊可以涵蓋企業層的ERP到產品開發的PLM再到制造執行系統的MES，甚至是底層的數據監控和控制。工業通信硬件模塊連接通信網絡，實現物理世界與虛擬世界連接的橋梁，實現人、工件和機器設備之間通信的橋梁。

4.5 智能制造產線柔性化設計理念

產線定位為智能制造的引領者（柔性智能制造系統集成），體現在高度柔性與集成不高的方式為特色。通過頂層設計，達到整體系統性最優，提升科研團隊價值鏈的整體收益最大，從而實現建設目的與經營目標。

產線的硬件部分就是機械設備，而滿足智能制造產線的關鍵就是設備之間的數字交換及優化，因此柔性智能制造就是最適合的特色設計。各柔性模塊功能如下。

倉儲物流運輸系統。倉儲物流運輸系統包括數字化立體倉庫、智慧物流輸送系統和RFID系統。數字化立體倉庫是智能工廠的物料存儲單元，融合了RFID系統，實現數字化立體料倉的智能化管理。該立體料倉分為毛坯件區、成型品區和廢品區，各區每個倉位均安裝有感應開關，能夠感應倉位是否有物料存在，同時總控相互交互信號，從而控制堆垛機取或者放工件至相應的倉位。智慧物流輸送系統是柔性輸送系統，讓制造實現獨立單元，從存儲到節拍都變成可調控，對數據提取；可視化控制變得簡潔而實用，其最大的特色就是工廠實景再現。RFID系統是無線射頻識別系統，它是一種通信技術，通常也稱為電子標簽。它是由電子標簽、高頻讀頭、高頻讀寫器、通訊電纜組成，采用無線協議ISO15693的通訊標準，可在不小于20 mm的距離進行讀寫操作，數據保存時間大于10年，可重復擦寫次數大于10萬次，存儲器容量有160字節EEPROM。

智能制造加工單元。智能制造單元結構包含行走工業機器人、機器人第七軸、機器人定制夾具、加工中心、數控車床、單元監視展示系統、數字化輸送系統、單元總控系統。

清洗模塊（高端產品配置功能）。清洗檢測模塊主要是由1臺12 kg的六關節工業機器人與1臺清洗機、1臺夾具快換臺組成。

檢測與激光打標模塊。檢測與激光打標模塊主要是由1臺12 kg的六關節工業機器人與1臺三坐標測量儀、1臺三軸激光打標機、1臺夾具快換臺組成。

裝配模塊。裝配模塊主要是由1臺12 kg的六關節工業機器人與1臺裝配專機、1臺夾具快換臺組成。

5 基地功能

智能制造實訓基地建設完成后[3]，可以承擔和實現校方和社會服務等多重目標，分別為與教學相融合的人才培養教學功能、與科研相融合的創新科研功能和與三一集團融合的生產制造功能的3大核心功能。

5.1 教學功能

人才培養方案及課程體系建設。復合型人才培養方案的建設是產教融合的辦學思想和培養特色的集中體現，是決定學校社會地位與聲譽的首要標志，也是影響畢業生發展前途的重要因素。因此，在學校發展過程中，有針對地開展專業升級改革工作是十分必要和重要的，開展針對智能制造方向的人才培養目標、課程體系升級等工作，借助校企雙方的影響力共同搭建校企合作專業指導交流實踐平臺，通過開展線下的研討會議，形成既貼合行業發展及用人需求又具備示范性、標桿性的人才培養體系，為人才培養的課程實踐提供標準和指引。

圍繞智能制造“三門課”的資源建設。智能制造“三門課”是在《中國制造2025》發展戰略指導下，針對目前院校人才培養與市場技術需求錯位的問題，而提出的理論與實操相結合的人才培養升級方案。該“三門課”指“先進數控加工技術-多軸和高速高精”“工業機器人”“智能制造”3門課程方向的系統解決方案，包括教學教材、實訓指導書、實訓平臺、教學輔助資源以及師資力量提升培訓等建設內容。

師資力量建設。人才培養，師資先行。從供應商選擇就應具備教育部批準的全國重點建設職教師資培養培訓基地，承擔國家級骨干教師培訓、省級骨干教師培訓等資質。可在數控、工業機器人、智能制造等方面等給學校教師進行全方位的服務，大力支持裝備制造業專業技能型人才和高技能人才的培養培訓。參與學校教師素質提高計劃等一系列項目的實施工作，為中國教學改革、技能型人才的培養以及“雙師型”師資隊伍建設貢獻力量，同時應有許多校企合作共同推進教育教學改革與發展的經驗。

社會技能培訓與鑒定。以實訓平臺為依托，開展面向企業及院校的培訓工作，內容為數控機床的裝調維修、數控系統的操作編程、五軸加工中心的操作編程、工業機器人的裝調維修、工業機器人的操作調整、智能制造單元安裝與調試、智能制造單元的操作與調整、智能制造CPS系統等培訓工作以及各級配套的職業技能鑒定，包括面向在校學生，開展職業技能培訓和職業資格鑒定工作，技能鑒定合格后，頒發學成證書；面向企業承接各種職業技能培訓（包括崗位培訓、崗前崗后培訓、技能提高培訓等）和行業協會職業資格鑒定工作，技能鑒定合格后，頒發職業資格證書；面向社會個人提供技能提升培訓和技能鑒定工作。

賽事承辦運營。將本著“以賽促教、以賽促學”的理念，大力推進基地智能制造專業方向的人才培養，選拔培養優秀學生，精心組織，并努力做好技能競賽的訓練指導工作。將結合學校軟硬件設施積極申報、承辦各級別的工業機器人、人工智能、智能制造有關競賽，并指導教師根據競賽項目方案，制定詳細合理的訓練進程，有計劃、有步驟地訓練和組織學員參與“智能制造”專業相關競賽。加強宣傳、打造品牌，共同做好大賽的組織、承辦和運營工作。

5.2 科研功能

智能制造實訓平臺最大的特點就是具有極大的開放性。除了滿足日常的教學、培訓等功能外，它能夠提供教師和學生的二次開發的環境，在工業機器人應用、數控應用、大數據分析應用等。

設備接入系統總線中，系統可以通過總線提取ms級數據，包括指令位置、實際位置、指令速度、實際速度、實際電流、實時溫度等關鍵數據，并通過二次開發接口傳遞到上位機，進行監控軟件開發、運動控制模型分析與學習、展開誤差補償等智能化研究。

5.3 生產功能

生產線設計定位為柔性過渡智能制造生產線，綜合考慮了現有企業生產場景技術及教學效果。智能制造實訓平臺全部采用標準化工業生產設備，能夠進行金屬材料和非金屬材料非標工業產品的加工生產。

6 成果產出

6.1 人才培養

本項目從智能制造專業群方向的專業升級建設出發進行整體設計規劃，項目建成后可向其有關智能制造方向進行人才培養。面向全校各專業開展縱向和橫向的不同層次不同方式的人才培養，對智能制造方向專業來說增加了智能制造前沿技術的縱深拓展教學，對大機械其他專業來說則增加了智能制造應用特點的橫向教學。因此，本項目帶來的專業升級成果是可以面向全校各專業的，每一名學生都可通過本項目了解智能制造技術為裝備制造業帶來的變革、體驗智能制造技術在不同產業中的應用方式和實現手段甚至學習其應用方法，掌握關鍵技術的使用方式，從而受益于本項目的建設。

6.2 雙創競賽

智能制造實訓基地建成后，基地設備的先進性和實用性可以說在湖南省首屈一指，它可進行智能制造產線相關的應用技術技能大賽、工業機器人裝調維修應用大賽等賽項的申報，并承接大賽的舉辦工作。這類大賽將受到眾多院校的關注，大賽的順利舉辦將全面展示學校的師生實力與獨特的文化風采，同時也為創新創業提供了平臺支撐，學生可以通過智能制造平臺進行創意性產品、工業標準化產品的設計與生產，在社會和市場中進行探索與檢驗，讓學生在學校中可以加速成長。

6.3 教學科研

建設成高素質技術技能型人才培養的示范基地[4]。以實訓基地建設為紐帶[5]，完成工程機械運用技術、機電一體化技術、工業機器人、數控技術、焊接技術及自動化以及智能控制技術6個專業的工學結合人才培養模式改革。建設完成后，專業群及各專業人才培養方案更加符合企業對職業崗位工作能力培養的需求，使學生在基本職業技能、專項技能、綜合技能、職業素養多層次能力得到培養。

建成一支高水平專業群教學團隊。通過實訓基地建設，新增專業群及各專業的專業帶頭人達到6人以上，專業骨干教師達到20人以上，把專業群及各專業的教學團隊建成為一支以專業帶頭人為引領、骨干教師為核心，數量充足、結構合理、素質精良、專兼結合的高水平專業群教學團隊，每年獲教學成果獎2項以上。

技能培訓與鑒定能力明顯增強。依托實訓基地，在技能培訓、技術咨詢、職業技能鑒定等方面加強社會服務。建設期內，開展高職師資專業技能培訓達到50人次以上，高職學生專業技能培訓達到1 000人次以上；開展為社會提供技術培訓及技能鑒定活動，使社會提供技能培訓及技能鑒定達到1 000人次以上。