面向智能制造的技能人才理虛實一體化培養新模式研究

李占超 潘小新

摘? 要：該文從智能制造人才需求出發，分析了傳統技能人才培養的不足及轉型目標，在原有理實一體培養模式的基礎上提出理虛實一體的智能制造人才培養新模式。詳細分析了理論教學、虛擬實訓、智能制造車間實訓3部分的建設內容和融合辦法，探索了適合智能制造需求的高端技能人才培養新模式。

關鍵詞：智能制造? 理虛實一體化? 虛擬仿真實訓

中圖分類號：G71? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）04（b）-0151-02

2013年德國率先提出“工業4.0”戰略，旨在提升制造業的智能化水平，建立具有適應性、資源效率及人機工程學的智慧工廠，在商業流程及價值流程中整合客戶及商業伙伴，被業界認為是以智能制造為主導的第四次工業革命。可以說智能制造是未來中國制造的核心，制造過程、運行服務過程都將數字化、網絡化、智能化。中國職業技術教育學會常務副會長劉占山指出，在智能制造的背景下每個生產者都由集中向分散轉變，不再是生產線上簡單操作工，他們不僅僅是設備的生產者，同時也是智能設備的管理者，這對新形勢下機械制造專業的人才培養提出了新要求。

1? 機械制造專業教學現狀

現在的機械類專業在本科都是以專業理論和基礎課為主，實踐時間很少，企業實習只有短短的幾周時間，根本學不到多少實踐知識;而機械制造專業的職業教育還以傳統的技能人才培養模式為主[1]，也就是培養操作工為主，學生理論知識不足。隨著我國經濟社會的發展和產業結構的升級，機械行業對復合型應用型人才的需求日益強烈，現有的勞動力體系和職業教育體系將不能適應智能制造的發展需求。首先，專業劃分界限過于顯明，不利于復合型技術人才的培養;其次，片面強調理論知識或操作技能，而輕視解決實際問題的能力和自主學習能力的培養，造成學生解決實際問題能力差、技能結構單一、理論知識不足、發展潛力小;最后，當前各院校還處于相對封閉的辦學形態，沒能及時跟上產業結構的升級發展，難以提供制造業轉型升級所需要的資源和培訓需求[2]。

2? “理、虛、實一體化”課程體系改革

培養學生的實踐和動手能力離不開大量的實訓教學，智能制造系統復雜、設計和制造過程信息化集成度高，采用真實裝備進行實驗實訓教學設備價格昂貴、實訓系統投資大。若學生從零基礎開始實訓則課時量大設備數量很難滿足教學要求且實訓成本高，另外也增加了設備操作安全隱患。由于經費、時間、場地和教學資源的限制，學生實訓數量和質量受影響，自主設計、創新設計能力很難提高，且與企業實際生產脫節，難以達到預期的培養目標。

因此，該文提出在現有的“理實一體化”教學理念基礎上，選取工業真實的典型應用案例，圍繞其真實的產品生命周期全過程，提出以虛擬仿真實訓作為理論教學與實物實訓之間過渡的橋梁，構建“理、虛、實一體化”的新一代教學與實訓體系。“理”是指圍繞典型應用案例及其工作過程構建的課程體系及資源包。“虛”是指采用世界領先的虛擬仿真軟件進行的虛擬仿真實訓。“實”是指典型應用案例的實物實訓及工廠化實訓。該體系采用虛擬仿真軟件，在理論教學和實物實訓之間搭建起一個過渡的“橋梁”，從而有效地解決理論教學與實物實訓難以有效融合的問題，使“理實一體”的教學與實訓理念得以有效貫徹。大幅度提升教學與實訓的效率、效果和規模，并顯著降低實訓成本。

2.1 理論教學

目前國內還很少有專門的智能制造專業，已有的機器人專業也不能籠統地稱為智能制造專業，即便是有新開設的智能制造專業，在課程體系上也是比較片面的，因為智能制造本身就是融合了很多專業，是工業化、自動化、信息化和智能化的產物，因此有必要對原有課程體系進行調整。我們以傳統機械制造及自動化專業為基礎，進行了適應智能制造需求的課程體系改革研究。改革后的專業學習內容應該主要包括機械原理、機械設計、三維建模、電子電工、工業機器人、PLC控制、單片機編程、液壓與氣動、工裝夾具、數控加工和特種加工等，具有“控（制）管（理）結合，強（電）弱（電）并重，軟（件）硬（件）兼施”等鮮明的特點，而且所培養的學生具有適應性強、就業面廣的特點。學生的就業去向可滿足各種機器人生產、系統集成和各類制造應用企業的需求。教學過程中還應注意各課程之間的相互銜接，課程資源包、授課案例均來自實際工程項目，且在后續的實訓教學中有所體現。

2.2 虛擬仿真訓練

“理、虛、實一體化”就是在現有的“理實一體化”教學理念基礎上增加了虛擬訓練[3]，學生通過虛擬訓練可對系統、設備、裝置、控制系統、工藝流程及操作注意事項，產生一定認識并達到一定掌握程度之后再進入實際操作訓練。可快速、大面積提高學生的實際操作技能并降低各種誤操作導致的安全隱患，大幅度提升教學與實訓的效率、效果和規模，并顯著降低實訓成本。因此我們選擇芬蘭Visual Components有限責任公司開發的、行業領先的3D制造仿真和可視化專業軟件[4]——VisualOne，作為虛擬仿真教學的平臺。在此平臺上可設計的教學實訓項目有：智能工廠設計、機器人軌跡規劃、PLC 控制編程、干涉檢查、設計仿真等。

2.3 智能工廠實訓

經過虛擬實訓的學生雖然對實訓內容有了清晰的認識，對理論知識也有了一定的融會貫通，但要真正走向實踐必須經過實物實訓的熏陶。這既是老師對前期理論學習和虛擬實訓的檢驗，也是學生對自己所學的一個實踐驗證。圖1即為柔性制造系統的應用案例，具有集成度高、設備先進且種類較多、高柔性等特點。可設計并進行的智能制造集成系統的實訓項目有：（1）系統對新設備新組件的集成;（2）典型自動生產系統及工藝流程的設計;（3）系統常見故障診斷及排除;（4）系統的安裝與調試;（5）系統的日常維護與保養。

3? “理、虛、實一體化”教學資源建設

理論教學資源包含電子圖文、PPT、動畫視頻、練習素材、試題庫、項目案例等豐富多樣的資源素材，將實訓案例全部融進教學資源包，遵循系統化和整體化設計要求，各類資源以單個知識點或案例為基本單元存放，既滿足教學要求又能理論聯系實際，使教師可自由、靈活、方便、快速地組合出各種個性化的教學套餐[5]。

4? 結語

智能制造“理、虛、實一體化”教學與實訓體系，通過虛擬仿真訓練，將理論教學和生產實踐緊密結合，解決了硬件設備對理實一體化課程實施的限制，相比實物實訓可以拓展出更多、更專業、更深層的實訓項目。這種教學模式可以更好地對時間和空間加以有效利用，使教學的效率和效果得到顯著提升。因此，構建智能制造“理、虛、實一體化”的新一代教學與實訓體系，是培養滿足中國智能制造要求的高技能人才的有效途徑。

參考文獻

[1] 周蘭菊，曹曄.智能制造背景下高職制造業創新人才培養實踐與探索[J].職教論壇，2016（22）：215.

[2] 莫玲玲，叢國棟.邁向“技能4.0”——關于職業技能教育變革的思考[J].環球市場，2016（12）：63.

[3] 單巖，苗盈，趙悅.基于虛擬現實的新型模具專業教學與實訓平臺應用[J].模具工業，2013（2）：114.

[4] 王猛，韓正功，許斌杰.VSFMA模型在自動化車間虛擬仿真中的應用[J].計算機技術與發展，2013（10）：42.

[5] 高芳.基于信息技術的“理、虛、實一體化”教學資源建設探討[J].中國培訓，2016（20）：56.

①作者簡介：李占超（1986，7—），男，漢族，河北承德人，本科，講師，研究方向：機械制造技術。

潘小新（1986，10—），女，漢族，河北承德人，本科，講師，研究方向：機械制造技術。