张朝阳，吉卫喜，彭威，钱陈豪，钱善华
（江南大学 机械工程学院，江苏 无锡 214122）
随着以人工智能、互联网、大数据为代表的新技术与制造业加速融合，制造业的智能化发展逐渐受到世界各国的重视，并开始探索智能制造人才的培养模式。2019年，德国工会联合会开发了“工业4.0学徒培训计划”，帮助他们尽快适应和掌握数字化技术；
美国于2018年发布了《先进制造业美国领导力战略》报告，此报告认为，适当的科学、技术、工程和数学领域教育和培训应从小学开始，贯穿中学乃至高等教育阶段。在国内，《中国制造2025》描述了我国制造业要整体达到制造强国中等水平。为了实现智能制造的转型，智能制造对接人才的培养方式和培养目标成为国内高校亟待解决的关键问题。
产学研相结合就是科研、教育、生产的不同社会分工在功能与资源优势上的协同与集成化，是技术创新上、中、下游的对接与耦合[1]。这也是智能制造人才培养的重要途径。产教融合这一概念最早追溯到2005年国务院颁布的《国务院关于大力发展职业技术教育的决定》，其中提到了“提倡产教结合，工学结合”。到2017年国务院办公厅印发的《关于深化产教融合的若干意见》则是第一次专门针对产教融合制定的国家级推进政策，赋予产教融合的结构性改革、推进晋级转型升级和培育经济发展新动能等多项职能。
复合型制造人才已成为智能制造转型升级的关键要素。为适应智能制造升级对复合型人才要求的提升，高校应主动对接智能制造产业，进行人才培养模式改革[2]。通过产学研融合方式，培养基础知识扎实、工程实践能力强、综合素质高的智能制造创新人才，对实现我国经济转型升级具有重要意义。
在国内，智能制造是我国制造业转型升级的重要方向，对人才的需要也越加强烈。国内诸多高职院校均开设有智能制造相关课程，并进行了相关课程建设，目前在智能制造人才培养的研究主要集中在以下2个方面：
（1）智能制造培养模式探索。该方面主要研究智能制造背景下的人才培养模式[3]，从智能制造人才能力需求和培养目标出发，提出以多学科交叉融合为要素支撑的新型智能制造人才培养模式；
（2）智能制造培养方案与体系建设。该方面的研究主要聚焦于创新型智能制造人才培养方案与专业体系，设计人才培养路径，特别是从“机械、电气、信息、管理”等专业技能维度研究其培养方案。
结合当前的研究进展，目前智能制造相关课程在创新人才培养方面仍存在以下问题：
（1）智能制造实践教育平台不够深入[4]。智能制造是制造技术深度融合了大数据、物联网等技术之后的综合技术，而当前智能制造实践教育往往延续传统的工程实训平台，缺少能有效支撑智能制造人才培养的综合性、创新性实验/实践教学的平台。
（2）现有的实践教育内容无法满足智能制造综合人才的培养要求[5]。目前高等教育对于实际制造企业所需工程人才应该具备能力缺少认识，培养目标仍局限于专业知识、工具应用、工程实践等技术能力的培养，往往忽视了团队合作、系统工程、工程管理等综合能力的培养。
2.1 产学研实践教学体系的构建
本产学研实践教育平台主要基于江南大学工程训练中心和一个电梯零部件制造企业的生产车间，其总体实践教学体系如图1所示，采用“生产车间调研、制造系统实践教学、智能新技术研发”的教学过程，通过将物联网、大数据、人工智能、先进制造技术应用到产品、零件设计制造过程，以培养学生对零件制造工艺过程、智能制造装备、制造物联网、智能生产与控制及智能制造模式的理解与应用，培养学生分析解决复杂生产工程问题的创新能力和综合素质。
图1 智能制造实践教学中的产学研融合
在智能制造实践课程中，首先带学生到一个电梯制造企业的生产车间进行实习调研，了解实际的零件生产制造过程，包括订单管理、工艺编制、生产排程等；
然后，结合江南大学工程训练中心的智能制造系统，通过教学方式为学生展示智能车间的相关自动化与信息化软硬件，包括自动加工设备、智能传感网络、可视化大屏以及智能物流系统等，让学生对智能制造系统有一个直观认识，该软硬件系统均为本校研究生和本科生参与搭建，因此实践学生也可参与其中；
另外，基于实际生产车间的调研，学生可以参与智能制造相关研究性课题的开发，并通过电梯制造车间进行应用验证。
通过该产学研实践教学过程，不仅让学生了解智能制造系统的基本组成，加深对机械工程基础知识的理解和应用，也让学生熟悉车间在制品流动、成品出入库、车间智能物流等生产过程管控知识，了解数据可视化技术，学会简单的加工数据处理方法，培养学生结合智能制造技术解决实际问题的能力。
2.2 产学研实践教学基地建设
为了服务于智能制造相关课程的实践教学，对江南大学工程训练中心进行了升级改造，包括自动化、信息化和智能化3个方面，以适应产学研实践教学的需要。该基地的软硬件包括以下内容：
（1）智能制造系统硬件组成
智能制造硬件部分主要由智能物流单元组成，包括AGV小车、机械手、气动夹具、空压机、数控机床等设备组成，可以通过AGV小车实现物料自动从原材料仓库运送到机床位置，然后通过机械手将物料放入位于机床工作台上的自动夹具中，并实现自动装夹；
接着机床根据NC代码进行加工，加工完成之后，夹具自动松开，机械手再将成品移动到AGV小车上，AGV小车将其运送到成品库。
（2）智能制造过程管理软件
为了实现上述过程的自动化，需要相应的控制软件支持，主要由智能车间生产管理软件来完成，该软件可以对车间生产数据和系统状态数据进行管理。软件的基本运行流程如下：首先将计划部门的加工需求下达到车间，并根据生产排程，将具体的加工任务下发到具体的加工机床，每台机床旁边的工控机上可以接收到加工任务，通过该软件的缺料报警功能，可通知AGV小车去取料，完成上述智能物流过程。加工完成之后，操作人员可通过扫码枪进行扫码报工，软件可以对车间的加工任务完成情况进行统计。
（3）数据采集与可视化展示
除此之外，通过车间部署的RFID及能耗等传感器可以对车间的生产数据及能耗数据进行采集，并结合物联网平台，实现机床状态以及车间整体状态的可视化展示，这些信息主要通过机床旁边的显示屏和车间大屏进行展示。
2.3 产学研实践教学内容设计
本实践教学过程结合产学研的特点，将实际企业调研与智能制造系统展示与研发相结合，形成完整的实践过程，具体实践内容见表1。
表1 智能制造实践教学内容
2.4 产学研实践教学课题研究开发
在上述实践教学过程中，为了满足研究与应用的教育要求，由指导教师及高年级研究生带领本科生进行智能制造课题研究开发，具体课题研究开发项目见表2。学生可以根据自身兴趣选择参与。通过让学生亲身参与这些课题研究开发项目，培养他们分析实际问题和解决问题的能力。
表2 智能制造实践课程中的课题研究开发项目
面对制造企业智能化升级的外部背景，具有智能制造综合素质与创新能力的人才需求越来越强烈，针对当前智能制造实践教育过程存在的诸多不足，围绕智能制造人才培养的基本要求，建立了产学研融合的实践教育平台，该平台总体采用“生产车间调研、制造系统实践教学、智能新技术研发”的过程，通过将物联网、大数据、人工智能应用到产品、零件设计制造过程，以培养学生对典型零件制造工艺、智能制造装备、制造物联网、智能生产与控制及智能制造模式的理解与应用，锻炼学生分析解决复杂生产工程问题的综合能力和创新素质。
猜你喜欢 产学研车间智能 精益求精产学研 继往开来朝阳人现代泌尿外科杂志(2022年9期)2022-12-06推行产学研一体化基地建设河南农业·教育版(2022年3期)2022-04-23100MW光伏车间自动化改造方案设计智能制造(2021年4期)2021-11-04基于“产学研”协同创新的针织专业人才培养模式改革探索纺织科技进展(2021年3期)2021-06-09山间采茶忙 车间制茶香今日农业(2020年23期)2020-12-31智能前沿文苑(2018年23期)2018-12-14招工啦小学生学习指导(中年级)(2018年11期)2018-11-29智能前沿文苑(2018年19期)2018-11-09智能前沿文苑(2018年17期)2018-11-09智能前沿文苑(2018年21期)2018-11-09