地方高校工業工程智造人才培養模式探索

黃沈權，陳亞絨，張祥雷，綦法群

(溫州大學 機電工程學院，浙江 溫州 325035)

工業工程是以大規模工業生產系統(或制造系統)為研究對象，在制造工程學、管理科學和系統工程學等學科基礎上逐步形成和發展起來的一門交叉工程學科。工業工程專業培養既具備扎實的工程技術和信息技術，又掌握現代管理科學與系統工程理論和方法，能熟練應用工業工程知識和數字化手段對現代工業生產系統和社會服務系統進行規劃、設計、評價和創新的應用型高級專門人才。

一、工業工程智造人才的培養需求

在“工業4.0”“中國制造2025”等發展戰略[1]的推行實施背景下，特別是國家工信部人工智能、物聯網、大數據等發展規劃實施以及我國先進制造業和“互聯網+”發展新趨勢的指引下，企業急需大量掌握工業工程技術和方法的專業人才，對制造流程和方法進行精益化、標準化、信息化、數字化，從而最終實現智能化。與此同時，教育部提出新工科計劃以培養能夠適應、甚至引領未來工程需求的人才[2]。

在這樣的產業與技術背景下，工業工程智造型人才非常匱乏，尤其是地方區域的中小型制造企業。例如，溫州地區的泵閥與軸承等機械基礎零部件、高檔數控機床與機器人、汽車零部件、低壓電器等企業積極開展“兩化融合”與“機器換人”工作，智慧工廠初具雛形，在制造系統的智能規劃與精益管理、機械產品的數字化設計與全生命周期管理、制造裝備的故障診斷與智能運維等方面的人才缺口非常巨大。這對員工的知識、能力及綜合素質提出了新的要求，也為地方高校工業工程專業人才的培養指明了新的方向。

目前工業工程領域的教學研究基本分為三種：一是關于工業工程專業定位與人才培養模式的研究[3-4]，二是關于工業工程實驗室的建設[5-6]，三是關于畢業設計或生產實習等單獨實踐環節的改革創新[7-8]，對于基于地方產業升級的工業工程智造人才培養的研究很少，這不利于新一代產業技術背景下應用型工業工程創新人才的培養。

二、工業工程人才培養面臨的問題

工業工程在國內經過20 余年的發展，培養了一大批兼具技術和管理知識的復合型人才，為我國的經濟社會轉型，改善經濟與社會發展的質量做出了貢獻。隨著產業的發展和科技的進步，工業工程的人才培養也面臨著學科交叉、融合創新、閉環實踐等方面的挑戰，具體如下。

(一)工業工程經典課程體系與智能制造知識的復合融通問題

新一代產業技術革命，迫使地方區域企業進行自動化、數字化和智能化的智能制造轉型升級，工業工程研究和改善的對象發生了重大變化。企業迫切需要既掌握經典工業工程知識，又具備工業大數據分析、人工智能等智能制造知識[9]和跨界整合能力的復合型人才，傳統的工業工程的課程體系和內容已無法滿足工業工程智造人才的培養需求。

(二)工業工程智造人才更高創新創業能力與跨界整合能力的系統培養問題

工業工程智造人才的工作對象是日益復雜的集成化制造系統，其設計、運行控制與評價不僅需要多學科交叉融合的知識體系，更需要創新創業和跨界整合的思維和能力。傳統工業工程教學以教師“教”為主，注重學生專業知識和能力的培養，忽視了對學生創新潛能的挖掘和創新能力的培養，缺乏團隊合作能力及系統整體優化意識的教育，割裂了教師科研與學生教學之間的聯動關系。

(三)工業工程專業教學與地方產業需求、工程實際的閉環銜接問題

工業工程是一門實踐性非常強的應用型學科，來源于產業需求，又服務于工程實際，其理論知識只有在實踐應用中才能深刻體會和理解。而傳統專業教學與地方產業界的聯動不夠緊密，實踐方法較為單一，缺乏學生親身體驗、實際操作的工程環境。使得學生對企業實際生產環境和制造環節缺少切身的感性認識，難以觸發學生自主學習、主動分析和解決問題的興趣和創新熱情，影響了學生深刻領會通過多學科融合和多知識貫通，來系統解決工程實際問題的工業工程原理，很難實現從理論知識到工程實踐技能的高效轉換。

三、地方高校工業工程智造人才的培養模式研究

本文以溫州大學的工業工程智造人才培養為例，探索基于地方產業升級的工業工程智造人才培養模式。

溫州大學工業工程專業以服務地方區域產業為宗旨，針對新一代產業技術革命背景下，工業工程教學面臨的學科交叉、融合創新和閉環實踐的挑戰，基于地方產業智能化升級的人才培養需求，界定了工業工程智造人才的培養目標;構建了匹配工業工程智造人才培養的復合融通的課程體系，將工業工程智造人才所需的知識、能力、素質和素養等培養要求系統融入專業教育的全過程;以整合校企政多方資源將產業資源有效轉化為科研資源與教學資源為基礎，構建了集課堂教學案例平臺、課內外實驗平臺、校內外實訓平臺及師生共創平臺的多維協同教學平臺，全面支持工業工程智造人才的創新創業能力與跨界整合能力培養;以信息與多媒體技術為支持，構建了集虛擬仿真、線上線下混合、項目制、導師制及學科競賽等多元融合的系統化教學模式和泛在學習環境，實現理論教學與工程實踐的閉環銜接。具體如下。

(一)對接智造人才需求，界定工業工程智造人才的培養目標

溫州區域經濟的典型特征是塊狀經濟，在一個區域內面向一類產品形成較為完整的產業鏈。新形勢下，原有的勞動密集型模式不再能支撐制造業的發展，從而使提升產品附加值、提高生產效率和效益、加強企業協同成為溫州地區產業發展的途徑，而這些途徑的實現高度依賴于工業工程系統優化的思想方法和新一代智能化模式和技術的應用。

面向上述地方產業發展需求，界定地方高校工業工程智造人才的培養目標是：既具有工業工程專業領域寬廣的技術理論基礎知識，具備良好的工程實踐、跨界整合與創新創業的能力;又具備人工智能的知識，掌握智造系統設計、運行控制與分析評價等智能化工程技能，適應地方區域產業智能化轉型升級，能勝任“制造系統的智能規劃與精益管理”“機械產品的數字化設計與全生命周期管理”“制造裝備的故障診斷與智能運維”等領域崗位的研究和應用要求。

(二)基于智造知識模塊設計，構建匹配工業工程智造人才培養的多學科交叉復合融通的課程體系

工業工程智造人才需要具備工業工程、人工智能等跨學科領域知識。基于系統模塊化和層次化思想，以智造系統的設計、運行控制和系統評價全過程為主線，通過梳理不同課程的教學重點及課程間的交叉聯系，刪減、裁剪、合并和提升傳統課程內容，增加工業大數據分析及決策、裝備智能運維與健康管理、工業機器人技術等課程，構建涵蓋“通識、思政與人文素養類課程”“創新創業類課程”“工程管理類課程”“工程基礎類課程”“工業工程專業核心課程”與“智造類課程群”于一體的課程體系(如圖1 所示)，規定了所涵蓋知識內容的學分比例。

圖1 工業工程智造人才培養的多學科交叉復合融通的課程體系

相比傳統的工業工程課程體系，該課程體系的特點體現在：(1)將工業工程智造能力需求分解為智造系統設計、智造系統運行控制和智造系統評價三個核心課程群，通過引入智能化技術和提升傳統課程，在每個課程群下設置5～6 門對應的專業必修和選修課;(2)設置數字化設計分析優化訓練模塊，構建智造系統“設計-控制-評估-改進”一體化軟件集成平臺，將數字化工程能力融入智造型人才培養中;(3)全面開展三級項目制教學，一是以企業工程問題為主題的智造系統設計、運行控制與分析評價一級項目;二是課程群知識綜合應用為載體的二級項目;三是以主干課程核心知識點教學案例為基礎的三級項目，設置各級項目之間的遞進關系，將數字化工程訓練全面融入項目制教學模式當中，充分發揮數字化集成平臺的作用;(4)強化創新創業與綜合實踐環節，挖掘區域產業的典型案例，設置生產系統設計、生產系統運行控制、精益制造項目實踐、數字化工廠設計優化、生產系統診斷分析與改善專題等實踐課程，通過貫穿認知實踐、工程基礎實踐和工程綜合實踐到工程創新實踐的層次化系統化實踐，將工業工程智造知識和能力的訓練全面融入專業教育的全過程，使學生樹立多學科知識交叉應用的意識，養成在多學科空間觀察、思考問題的習慣，實現智能制造背景下工業工程智造人才的多學科交叉復合融通能力培養。

(三)整合校企政多方資源，構建對接創新創業能力與跨界整合能力培養的多維協同教學平臺

工業工程智造人才需要良好的跨界整合能力與創新創業能力，需要豐富的產業和教學資源作為培養基礎。溫州大學工業工程專業依托國家級國際科技合作基地、省級重點實驗室、省級重點實驗教學示范中心、地方產業研究院等校企政資源，構建了產學研深度合作機制、資源共享轉化機制、企業導師制及師資工程師制等機制，將地方區域產業資源(如泵閥、汽配、低壓電器、包裝裝備等)和教師科研項目成果等轉化為工程案例庫、工程項目庫和生產視頻素材庫等教學資源，并將教學資源融入編寫的系列教材和新形態教材中。例如，面向智造系統設計、運行控制和評價三個方面，建立包含學校與地方政府、學院與地方行業、教師與地方企業“三對接”的校企合作制度，通過建立地方產業智造研究院、校企聯合實驗室、智造實習基地和設立實踐獎學金等方式，形成穩定的產學研合作關系，將產業資源轉化為工業工程智造人才培養所需的多維教學資源;建立師資工程師制度，建設具有工程能力的師資隊伍，采用“互兼互聘，雙向交流”的辦法，遴選企業技術人員，擔任專業主要課程和課程設計的指導老師，同時選派教師到相關企業掛職鍛煉，豐富和提高其工業工程智造實踐知識與技能。

基于資源的有效轉化，構筑了融合智造產業資源與教師科研項目的課堂教學案例平臺、支持工程基礎能力培養的課內外實驗教學平臺、支持跨界整合能力培養的校內外實訓實習平臺，以及支持創新創業能力培養的師生共創平臺等多維協同教學平臺(如圖2 所示)，為專業學生營造了貫穿大學生涯的創新創業和工程項目需求環境，形成了對接創新創業能力和跨界整合能力培養的師生共創機制。

圖2 對接創新創業能力與跨界整合能力培養的多維協同教學平臺

貫穿教育全過程的師生共創機制保障了工業工程專業學生從大一開始就選擇專業導師，并在大學四年與導師一起參與學科競賽、完成學生科創項目、企業實習、畢業設計和就業創業，深度參與教師的科研項目、參與企業工程項目等，形成穩定的師生共創關系，激發學生的創新創業潛能和學習動力。學生通過深度參與教師科研團隊和科研項目的大工程環境，提升了其創新創業與跨界整合能力，教師通過指導學生科研和學科競賽，實現了教研相長，具體形式和內容見表1。

表1 工業工程智造人才培養的師生共創內容

(四)適應信息技術發展，構建面向區域產業需求多元融合的系統化教學模式

面向區域產業數字化、智能化轉型需求，基于復合融通的課程體系和多維教學平臺，依托“工業工程智造實驗室—大學生雙創基地—地方產業研究院—實習單位”的鏈條連接，應用信息和多媒體技術，構建集成項目制教學、虛擬仿真實驗教學、線上線下混合式教學、導師制教學、學科競賽等多元融合的系統化教學模式，為學生營造“課內-課外”“線上-線下”“虛擬-現實”“校內-校外”“經典-前沿”“理論-實際”等互融互補的泛在式學習環境，使學生可以不受時空限制地開展“企業智造問題調研—工業工程智造項目設計—學生創新實踐—解決方案設計—校企協同評價”的五階段學習和實踐(如圖3 所示)，實現理論學習與產業現實的閉環銜接，提升學生學習工業工程知識的深度和廣度，實現理論知識到實踐技能的轉換。

圖3 面向區域產業需求的閉環多元化教學模式

四、結束語

在“中國制造2025”“工業4.0”等發展戰略的推行實施背景下，區域產業的智能化升級勢在必行，這對工業工程人才培養提出了新的要求。針對工業工程人才培養面臨的學科交叉、融合創新、閉環實踐的挑戰，本文以溫州大學的工業工程智造人才培養為例，探索了地方高校工業工程智造人才的培養模式。通過對接智造人才需求，界定工業工程智造人才的培養目標;基于智造知識模塊設計，構建匹配工業工程智造人才培養的多學科交叉復合融通的課程體系;整合校企政多方資源，構建對接創新創業能力與跨界整合能力培養的多維協同教學平臺;適應信息技術發展，構建了面向區域產業需求多元融合的系統化教學模式。經過實踐，工業工程專業學生的工程綜合能力和就業競爭力顯著提升，數字化、智能化創新創業成果突出，形成了系列的教研成果，為培養適應區域產業智能化轉型升級的工業工程智造人才提供了一種有效途徑。