地方應用型高校智能制造專業人才培養研究

呂宵宵 孫 進 張志萍

1.揚州大學廣陵學院 江蘇揚州 225009;2.揚州大學機械工程學院 江蘇揚州 225009

隨著科學技術的不斷發展,人工智能技術不斷完備,各種智能化應用將廣泛出現在日常社會生產與活動中。為搶占未來競爭制高點,主動把握新一輪工業與技術革命的發展機遇,儲備該行業的人才資源,各國把人才作為實施制造業發展戰略的重要支撐,加大人力資本投資,改革創新教育與培訓體系[1]。美國機械工程師協會調研未來20年內機械工程師最需要的知識和技能:交流、基礎工程理論、無損檢測技術、能源、納米科技、計算機輔助設計、有限元分析、計算流體力學、三維建模軟件、運動分析與仿真、計算機編程與應用、工程計算軟件、數據分析、經濟與商業、生產質量管理規范、項目管理、六西格瑪、生命周期分析、ISO認證、工程代號與標準、核設施的質量保證要求及虛擬現實[2]。德國聯邦教育與研究部提出持續職業發展,注重教育與工業的同步銜接[6]。英國計劃在短時間內成立先進制造、數字化、創意產業等多個專業領域的國家學院,制定與各種類型企業的對接機制,加強相關行業的人才培養[3]。

在《中國制造2025》規劃中,強調要推動新一代信息技術與制造技術融合發展,把智能制造作為兩化深度融合的主攻方向[4]。新工科教育是一場人才供給側改革,是高等工科教育改革創新對產業發展新要求的響應,是全方位的人才培養模式改革。基于新工科建設的推進,國內高校初步進行了以信息化與工業化深度融合為主線、產業結構調整升級為導向、智能制造為落腳點的專業人才培養模式的探索和課程體系的重構。天津大學以“未來智能機器與系統”平臺為支撐,基于專業群設置專業課程體系模塊組,突出“通”與“融”和“6新”[5]。哈爾濱工業大學根據企業反饋和用戶需求,重構課程體系,形成了以高端智能裝備為對象,以“設計—制造—測控—管理”為主線的機械類系列課程群[6]。華東理工大學機械工程專業通過與愛爾蘭院校課程體系的對比,剔除了綜合教育課程,增強了控制與自動化、熱流學應用、生產與過程管理、質量與項目等管理(工程代號與標準)、先進工程材料(生物、納米材料、聚合物等)、先進制造技術(3D打印)、工業網絡技術、有限元分析與應用、智能傳感、項目報告與交流等多學科方面的知識和技能[7]。

一、智造業轉型背景下人才需求變化

(1)制造業轉型與區域產業結構調整升級需要智能制造專業的人才支撐。目前,制造業人才培養與企業實際需求脫節,產教融合不夠深入、工程教育實踐環節薄弱,學校和培訓機構基礎能力建設滯后。國務院提出深化產教融合,構建教育和產業統籌融合、良性互動的發展格局,建立完善需求導向的人才培養模式[8]。

(2)人才需求從“制造型”向“智造型”轉變。“智造型”人才超越了傳統的科學家、工程師、高級技師的邊界與內涵,是適應智能制造需求的新型人才,是適應信息技術與制造技術深度融合的交叉復合型人才,對其知識、素質、能力的培養,不同于傳統制造人才的模式。

(3)在2019年的世界經濟論壇研究報告中表述了2015—2020年對智能制造專業人才應具備的9大核心能力,基于智能制造的技術特點2020年根據其重要程度又有了進一步劃分。通過下表可以看出解決復雜問題的能力占比最多,高達36%,這也表明當今制造業的整個生態需要有不同類型的人才與之匹配,同時對具備數字化技能的復合型人才提出更高要求。

2020年制造業工作核心能力模型表[9]

二、智造專業人才培養現狀

由于新一代信息技術的不斷突破,人工智能技術在日常生產領域的深度融合,目前的制造業正處于飛速變革之中,其生產模式的集成化、生產技術智能化、智能制造系統化,都在為進一步智慧化做鋪墊,而國內普通高等院校的人才培養,呈現出專業與就業匹配度不斷下降的特點。

(一)人才培養模式處于初步探索階段

一直以來,高等院校對人才的培養專注在高級的專業性人才上,這在工業發展初期來看是必要的,但是在當前產業轉型升級,人工智能深度融合的時代,對單一的專業性人才的需求不斷變小。基于目前的課程體系,高校要實現培養目標中具有解決復雜工程問題能力的人才是具有極大挑戰的。到目前為止,普通本科院校開設這一專業的學生還沒畢業,其人才培養方案是否符合行業發展,人才培養質量是否得到行業認可,對學生知識、素質、能力的培養與真正實際的行業發展需求有多少差距,具體表現在哪方面等問題還沒有能很好地去進行認證,然而行業發展已經出現和四年前很不一樣的變化。因此,如何做好高校人才培養與行業發展需求的緊密結合,不同的高校都在探索新的路徑。

(二)專業壁壘難打破

對于本就是針對新產業而設計的學科,是否一定要遵從學科的專業體系劃分,如何改變現有的學科體系限制也是目前很多高校在探索的部分。就大部分高校公布的人才培養方案分析可見,對于智能制造專業而言,其課程體系就是在機械大專業的課程基礎上添加了計算機、電子信息類專業的一部分技能型比較強的課程。簡單的課程疊加只是加重了學習任務和教師授課任務,并不能提高學生解決復雜工程問題的能力,實現開設智能制造這類專業的主要訴求。

從教師角度來看,目前高校中的每一位教師從進校就被歸屬到某個專業某個學科。當一個大學教師被這樣過分“專業化”后,學校的跨學科水平、教師的跨學科水平一定是低的,也無法保證通識教育的高水平開展,更遑論培養出來的人才具有跨學科的知識結構。

(三)課程內容滯后

通過調研部分普通高校的智造專業課程設置發現,部分課程內容沒有根據行業發展情況進行迭代,有些專業課程則是對智能制造專業的針對性不強。生產實習作為智造專業系統性的現場實習環節,對同學們認識智能制造系統,人工智能與產業生產深度融合具有極大的具象化意義,但是目前學生能去進行實習的企業非常有限。行業發展的先進科技成果,已深度使用的人工智能技術、學科前沿的理論創新都沒有被廣泛地普及到本專業的學習實踐當中。這與智能制造專業人才能力與素養的培養是不相匹配的。

(四)學生個性化培養的挑戰

高校發展都有自己的定位,不同院校的差異化發展為社會培養了不同的人才。對于學生也一樣,每位學生的個體差異本來就存在,充分激發學生的自主學習能力,發揮學生內在的創造力,通過興趣的培養,增強學生獨立思考、遷移探索知識的能力。想要達成這一目標,需要對人才培養、課程體系做更有效的改變。

三、智能制造人才培養建設具體措施

通過調查,已開設智能制造專業高等院校的課程設置體系,立足本院實際情況,探索了以提高實踐能力。面向一線實際生產需求的任務式、項目化培養模式,突出課程群的模塊化及交叉學科課程設置,將對學生工程實踐能力的培養以項目化的形式貫穿在整個培養過程中。

(一)基于先能力后知識,構建項目式人才培養模式

所謂的項目式人才培養,更注重的是學生通過項目來認識學科,發現自己能力的不足,提高自己對專業的興趣,從而激發學生強烈的學習欲望。每個年級的課程在設定學科基礎類課程的基礎上,設置一些靈活替換類的相關項目型課程。例如,大一結合制圖比賽做設計類項目訓練,從而替換制圖軟件類課程學習的學分。大二、大三年級通過中級項目的訓練,引導學生尋找自己感興趣的專業方向。大四的課程分模塊,例如分頂崗實訓、新能源課程模塊、虛擬制造模塊、AI機器視覺模塊等,由學生在大三下學期自主選擇。

課程調整結構模型圖

(二)緊密對接產業鏈,構建聯合培養模式

通過調查和與相關企業的對接,對于本科生而言,目前本地發展產業鏈與創新鏈中的關鍵技術與核心需求,主要集中在先進設備的調試與維護、kukaABB等機器人的運維、新能源工藝的研發、產線升級等方面,部分企業用人需求較大但沒有足夠的人力資源。針對這一現象,我們和部分企業探索了協同育人的發展模式。(1)將企業的一些日常項目與項目式課程結合,提前給學生訓練不同企業的生產項目,讓學生在學習的同時了解不同企業的生產內容。(2)在構造模塊化課程群時,將相關實習基地的企業資源納入其中,聯同企業開發相關課程,比如在新能源課程模塊中納入某光伏企業的相關生產與工藝發展情況,某新能源車企目前的技術發展情況。(3)設置交叉課程,將工業化與信息化的深度融合在課程體系調整中進行優化,在統一大類核心課程的基礎上,縮短方向類課程與技術更新之間的差距。

(三)打破專業限制,建立多學科交叉的教師培養平臺

圍繞智能制造這一專業,聯通機械、通信電信、微電子、計科軟件的教師共同進行智能互聯的培訓,綜合類項目課程由不同專業的教師共同協作進行搭建。這就需要先提高教師前沿技術領域的專業技術水平和實際技能應用水平。近年來我院通過理論課程和實踐課程兩部分來進行教師培訓,理論課程由前沿技術培訓和專業交叉的知識結構互補性學習兩部分,實踐課程由小組課程設計和企業項目參與兩部分組成,不斷提高教師學科交叉的水平。

結語

智能制造專業的發展對我國制造業的轉型升級具有重要的影響,該專業的人才培養、課程結構、實踐體系都需不斷進行調整與修改,從而適應行業的發展。目前各地方高校都在整合資源,創新機制,探索更好的教育途徑和能力培養模式,但還有很多的問題和不足,如何進一步優化頂層設計,加強學科交叉建設,突出專業優勢、跟上行業發展等。