基于工業(yè)4.0的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實訓(xùn)教學(xué)平臺的探索

周 晶 江 新

（1.東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，東莞 523808；2.東莞安達(dá)自動化設(shè)備有限公司，東莞 523430）

工業(yè)4.0概念熱遍全球，標(biāo)志著全球制造業(yè)格局正在發(fā)生重大調(diào)整，而中國仍處于工業(yè)化進程中，與先進國家相比還有較大差距，其中，信息化與工業(yè)化融合型人才的缺失更是不可忽視的問題，這使中國在新一輪發(fā)展中面臨巨大的挑戰(zhàn)?！吨袊圃?025》的提出，直面了中國制造業(yè)的困境，同時明確了制造強國的實施戰(zhàn)略，即：用三個十年將中國建設(shè)成為引領(lǐng)世界制造業(yè)發(fā)展的制造強國。如何落實《中國制造2025》強國戰(zhàn)略成為整個產(chǎn)業(yè)的共同使命[1]。

1 分析人才需求

社會的發(fā)展離不開制造業(yè)，需要大量的機械專業(yè)人才來支撐行業(yè)建設(shè)，只有人才興旺起來，才能帶動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，因此人才供需形勢非常嚴(yán)峻。尤其是《中國制造2025》的提出，制造業(yè)將掀起兩化深度融合的建設(shè)高潮，行業(yè)也必將催生大量的信息化、自動化、企業(yè)生產(chǎn)管理等大量的就業(yè)崗位需求[2]。

以機械制造與自動化為例，工業(yè)機器人的引入，極大地改變了制造業(yè)的生產(chǎn)流程和管理方式。工業(yè)機器人將替代制造型企業(yè)中一大批技術(shù)含量低的重復(fù)性崗位，這部分的工作量減少，但是與此相對應(yīng)的，研究開發(fā)、管理和維護工業(yè)機器人的技術(shù)含量高的崗位將會增加，提供更多的工作機會，極大地提高了制造型企業(yè)的生產(chǎn)力和競爭力[3]。

2 構(gòu)建實訓(xùn)室教學(xué)平臺

2.1 教學(xué)平臺架構(gòu)

教學(xué)平臺是按照工業(yè)4.0的設(shè)計思想，通過建設(shè)實驗室還原和優(yōu)化工廠的真實業(yè)務(wù)場景及生產(chǎn)過程，并結(jié)合高校生產(chǎn)與運作管理、工業(yè)自動化控制、企業(yè)信息系統(tǒng)分析與設(shè)計、工業(yè)工程等專業(yè)課程內(nèi)容，幫助學(xué)生提高工業(yè)4.0相關(guān)專業(yè)的理論認(rèn)知水平和實際動手能力的綜合性實驗室教學(xué)平臺[4]。

圖1 工業(yè)4.0教學(xué)平臺建設(shè)框圖

如圖1所示，工業(yè)4.0教學(xué)平臺是緊緊圍繞信息融合系統(tǒng)和智能化工廠、智能化生產(chǎn)、智能化物流三個主題來設(shè)計和建設(shè)的。平臺的最底層是實驗室工廠、實驗室倉庫以及機械手、測試設(shè)備等各種自動化設(shè)備，按照信息融合系統(tǒng)的設(shè)計理念，這些自動化設(shè)備是具備自組織、自學(xué)習(xí)、自調(diào)整能力的智能主體。構(gòu)建在智能工廠、智能生產(chǎn)、智能物流之上的各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)，包括計劃協(xié)同系統(tǒng)、生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)、生產(chǎn)自動化系統(tǒng)、倉儲物流系統(tǒng)，這些設(shè)備和軟件通過互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系在一起構(gòu)成了教學(xué)實驗室的信息融合系統(tǒng)，也搭建成了工業(yè)4.0教學(xué)平臺的基礎(chǔ)設(shè)施[5]。

2.2 教學(xué)平臺業(yè)務(wù)流程

工業(yè)4.0在構(gòu)建智能工廠的思路中有一個重要的方向，即橫向集成。所謂橫向集成，是指將消費者的需求和產(chǎn)品設(shè)計、供應(yīng)商、制造以及物流服務(wù)的整條供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)進行數(shù)字化、智慧化集成。根據(jù)企業(yè)的實際業(yè)務(wù)場景，教學(xué)平臺設(shè)計了一套下單→計劃→備貨→生產(chǎn)→倉儲→出貨的完整業(yè)務(wù)流程，幫助學(xué)生更好地理解工業(yè)4.0背景下智能工廠的業(yè)務(wù)運營模式、工廠各部門各崗位的工作內(nèi)容。

通過互聯(lián)網(wǎng)購物應(yīng)用下達(dá)訂單是平臺業(yè)務(wù)流程的起點。在下達(dá)訂單之前，學(xué)生需要充當(dāng)商家角色，預(yù)先在應(yīng)用中維護商家售賣的商品信息，諸如價格、尺寸、顏色等參數(shù)數(shù)據(jù)。在維護商城數(shù)據(jù)的過程中，學(xué)生可以了解和掌握電商平臺的基本運營體系和方法，對諸如商品分類管理、商品上架下架、會員體系建設(shè)、銷售數(shù)據(jù)分析等內(nèi)容有基本的理解和應(yīng)用。

通過購物應(yīng)用下達(dá)的訂單會被推送至企業(yè)計劃處，由生產(chǎn)計劃人員進行訂單分析整合，最終轉(zhuǎn)化為工廠的生產(chǎn)工單。計劃人員需要綜合考慮企業(yè)的物料庫存情況、供應(yīng)商的供貨情況、工廠生產(chǎn)節(jié)拍以及訂單優(yōu)先級來進行計劃排程，生產(chǎn)計劃一般可以分為月度計劃、周計劃、日計劃，在教學(xué)場景中，通常制定的均為日計劃。計劃人員在制定生產(chǎn)計劃后，需要跟進監(jiān)督計劃的執(zhí)行狀態(tài)。此外，計劃人員還承擔(dān)物料控制的職能，并需要協(xié)助采購部門進行原材料采購的工作。

生產(chǎn)計劃是工廠管理內(nèi)部運作的核心，一個優(yōu)秀的工廠，其內(nèi)部管理是圍繞生產(chǎn)計劃來進行的。在學(xué)習(xí)計劃排程的過程中，學(xué)生需要理解毛需求與凈需求的區(qū)別，并掌握生產(chǎn)計劃的制定方法。在物控方面，要理解BOM的概念和作用，知道現(xiàn)有庫存量、現(xiàn)有庫存可用量、庫存可用量、在途庫存量的差別，以及如何利用這些庫存數(shù)據(jù)制定出好的生產(chǎn)計劃，從而達(dá)到節(jié)約庫存占用資金的成本，實現(xiàn)JIT準(zhǔn)時生產(chǎn)、精益生產(chǎn)的目的。學(xué)生理解這些基本概念和方法后，就可以依靠平臺提供的計劃協(xié)同系統(tǒng)來制定購物應(yīng)用所下訂單的生產(chǎn)計劃，指導(dǎo)生產(chǎn)。

計劃人員下達(dá)訂單后，車間會依照計劃系統(tǒng)下達(dá)的工單執(zhí)行生產(chǎn)。車間作為工單的執(zhí)行組織，承擔(dān)著工藝設(shè)計與調(diào)整、生產(chǎn)執(zhí)行、品質(zhì)監(jiān)督、操作員管理、設(shè)備管理等多項職能。學(xué)生在教學(xué)平臺中通過扮演工藝部門、生產(chǎn)部門、品質(zhì)部門等不同部門的崗位角色，配合完成計劃人員下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)。圍繞著車間的組織結(jié)構(gòu)和工作內(nèi)容，教學(xué)平臺研發(fā)了一款致力于車間信息化的管理軟件i-Factory，學(xué)生通過對該軟件的實際操作和學(xué)習(xí)，可以深入理解和思考如何高效率地管理車間、管理生產(chǎn)，達(dá)到教學(xué)的目標(biāo)。

車間生產(chǎn)完成的產(chǎn)品需要進入成品倉庫進行再包裝后進行出貨。倉庫人員需要對出貨的產(chǎn)品進行棧板包裝，并安置在倉庫庫位上存放妥當(dāng)和登記，出貨日當(dāng)天完成出庫登記，進行派車發(fā)貨。在倉庫操作的過程中，學(xué)生需要在倉儲物流系統(tǒng)中完成入庫、出庫、庫存盤點、倉庫調(diào)撥等核心操作。在倉儲運輸環(huán)節(jié)，教學(xué)平臺特別引入了智能化物流的理念，即利用RFID無線射頻技術(shù)進行出入庫管理、庫位管理、庫存盤點以及仿真模擬利用GPS全球定位技術(shù)對運輸車輛進行在途監(jiān)控和管理。

3 結(jié)語

基于工業(yè)4.0的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實訓(xùn)教學(xué)平臺實際是學(xué)校與社會接軌的橋梁，它是融合了信息化、自動化、智能化為一體的工業(yè)實驗室。它是振興中國制造業(yè)的動力源泉，也是中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型的催化劑，更是中國教育創(chuàng)新的必經(jīng)之路。實訓(xùn)教學(xué)平臺讓學(xué)生受惠，讓學(xué)校受益，讓企業(yè)創(chuàng)利，因此是整個產(chǎn)業(yè)鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是適合高職院校機械專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融合發(fā)展的新模式。