基于“智能工程專業集群”實訓基地建設的探索

重慶郵電大學移通學院 張姣 黨曉圓 王瑞芳

引言

地方本科高校的存在意義在于為地方及地方產業培養更多的專業應用型人才，更好的為當地經濟發展服務，促進經濟產業發展[1]。為了解決大學生結構性就業矛盾，改變不合理的人才培養機制，根據當地經濟發展對人才的需求，結合學校專業建設基礎，設置適當數量的專業集群，通過專業集群建設，帶動群內專業發展[2]。專業集群的構建要遵守聚集原則，且有結構層次的要求[3]。考慮到我院已有電氣工程及其自動化、機械設計制造及其自動化、機器人工程等本科專業。其中電氣工程及其自動化專業是學院最早招生的專業之一，也是重慶市特色專業，其特色是“智能控制”。機械設計制造及其自動化專業也開設較早，專業方向為“智能制造”。機器人工程專業為新開設專業，偏向于工業機器人。在國家積極助推專業結構優化調整的大背景下，學院通過集中優勢專業，于2019 年進行“智能工程專業集群”建設，該專業集群立足專業、貼近行業、服務企業，以重慶及周邊地區的經濟發展為導向，著力提高學生的實踐能力，培養理論基礎扎實、動手能力強、綜合素質高、具有創新精神和實踐能力的應用型人才。

1 實訓基地建設需求

目前我院開設有電氣工程及其自動化、機器人工程、機械設計制造及其自動化等專業集群內的專業。此外，還在進行軌道交通信號與控制、機械電子工程、車輛工程、自動化、“智能制造工程師班”等專業的建設。在學院建設經費、師資有限的情況下，進行基于“智能工程專業集群”的實訓基地建設，包括校內實訓基地和校外實訓基地，有助于各專業實訓資源的完善和共享。校內實訓基地要對集群內所有專業的學生和老師開放，學生可以跨專業、院系共享該實踐基地提高實踐能力，老師可以通過該實踐基地提升科研水平[4]。通過“智能工程專業集群”內部各專業之間的資源共享機制，不但增強了專業集群內各專業之間的凝聚力，同時也降低了集群內各專業建設的成本，也有利于新開設專業的發展。除了要滿足集群內專業人才培養需求外，為了充分利用學院資源，實驗室的建設還應盡量滿足其他相關專業，如自動化、機械電子工程等專業及“智能制造工程師班”對認知實習、項目式實踐教學、實驗課程、課程設計、畢業實習、畢業設計等實踐教學環節的需求。

2 校內實訓基地建設

實訓基地是應用型工科人才培養的重要教學條件，是培養大學生實踐能力與創新精神的關鍵[5]。考慮“智能工程專業集群”及其他相關專業發展需求，結合實踐類課程體系劃分為認知層、實踐層和拓展層的課程框架特點，還要立足國內外智能制造、機器人相關領域的先進技術[6]。按照“操作性強，學生參與程度高，性價比高，可持續發展”的原則，構建智能制造實訓基地。該實訓基地由三部分組成，分別為智能制造生產線、數控機床實訓區和工業機器人裝調和基礎應用區。其中智能制造生產線采用模塊化設計，各個工作站可單獨開展實訓項目，且各工作站可以實現互聯互通，完成一個完整的生產加工任務。整個實訓基地可以滿足“智能工程專業集群”建設對專業課程實訓、課程設計、畢業實習、畢業設計的需求，同時還可以滿足智能工程學院其他專業如“智能制造工程師班”、自動化、機械電子工程等專業的部分專業課程實訓、畢業實習、畢業設計的需要。

2.1 智能制造生產線

智能制造生產線主要由智能倉庫單元、AGV 物料單元、機械加工單元、機器人鐳雕單元、機器人裝配單元、機器人自動擰釘單元、機器人視覺檢測單元、自動輸送線單元、PLC 總控系統單元、信息化管理系統單元構成。該生產線具備生產加工和教學實訓功能，可滿足“智能工程專業集群”內專業對《電氣控制與PLC 技術》《液壓與氣動技術》《工業機器人控制技術》《工業機器人編程與應用》《工業機器人傳感器技術》《機器人視覺與檢測技術》《機器人控制系統設計》《機器人綜合設計》《工業機器人系統集成》等實踐課程或環節的需求。該生產線還能滿足“智能制造工程師班”《智能制造項目實踐》《工程應用實踐》等項目式教學的需要。亦可服務于其他相關專業，開展校內《畢業實習》《畢業設計》。

其中智能倉庫單元由每個倉位具備料檢測功能的立體倉庫、具備X、Y、Z 方向移動的堆垛機、可與PLC 進行實時通信的控制系統組成。立體倉庫的倉位可以自行分配為原料庫或成品庫。AGV 物料單元的AGV 小車采用磁導技術，車身安裝有多個傳感器，可實時監測障礙物，并反饋給小車，避免發生碰撞。小車表面設計為滾筒模式，具有定位于加緊機構，用于料盤的準確輸送對接。

機械加工單元采用T-850L 立式加工中心，由于Z 軸采用高剛性的硬軌，X、Y 軸采用的是具有高速移動直線滾動導軌副，使機床高速進給時震動小，低速進給時無爬行，兼備了線軌機的高速性和硬軌機的高剛性，所以廣泛適用于機械制造業、模具制造業及其他行業加工，特別是汽車制造業和摩托車制造業。工件在一次裝夾后可以自動連續地完成銑、鉆、鏜、擴、鉸、锪、攻絲等多種工序的加工，適用于大批量生產。

機器人鐳雕單元采用激光鐳雕機，該類鐳雕機采用先進的鐳射技術，具有脈沖短、光速質量優異、精度高、峰值功率高，調制評率高等特點，顯著減少熱熔效應，達到完美的標記效果，尤其適合于塑膠等非金屬材料的標記；機身全封閉的諧振腔使內部光學器件免受灰塵和潮濕的污染，壽命長，衰減小。機器人鐳雕、裝配、視覺檢測單元配備華數機器人，自動擰釘單元采用ABB 機器人，可以實現不同品牌和型號機器人的實訓，其中機器人視覺檢測單元采用海康威視的視覺檢測系統。

2.2 數控機床實訓區

該實訓區擁有3 臺數控機床，支持學生進行數控車床的操作加工、編程。可以幫助學生掌握數控系統的原理和組成、連接與調試、參數設置與調整、數控代碼編程及交流伺服系統的構成、調整及使用。滿足“智能工程專業集群”內專業對數控車床實踐能力培養及學科競賽零件加工的需求，同時還滿足了“智能制造工程師班”對《數控加工工藝與編程》《機械制造項目實踐》《工程工藝項目實踐》等項目式教學的需求。

2.3 機器人裝調和基礎應用區

該實訓區共有6 個機器人拆裝工作臺，支持35 名學生進行機器人的拆裝、夾具的裝調可實現機器人的碼垛、搬運、軌跡控制。可以幫助學生進行工業機器人本體拆卸、裝配、關鍵零部件的基本結構認知。并熟練掌握工業機器人的基本操作、示教編程、裝配精度測試、調整及其典型功能應用。能夠滿足“智能工程專業集群”內專業對《工業機器人技術》《工業機器人維護與應用技術》《機器人機械設計基礎與機構學課程設計》等實訓課程需求。

3 校外實訓基地建設

專業集群建設的規律在于積極主動與社會產業和行業結構、職業崗位的不斷變化調整相適應[7]。協同發展是實現高校專業集群和區域產業集群共同前進的根本保證，而產教融合是實現兩者協同發展的先決條件，衡量高校應用專業集群建設的優劣程度，主要還是看其是否形成產教融合的有效機制[8]。重慶郵電大學移通學院本著“資源共享、優勢互補、共同發展”的原則，積極搭建、拓展校企合作平臺。依托校企合作平臺資源，深化產教融合，協同育人，促進人才培養和產業發展共贏。目前，重慶郵電大學移通學院已經與重慶紅億機械有限公司、國家電投重慶合川發電有限公司、重慶大江動力設備制造有限公司、重慶華數機器人有限公司、重慶奧爾瑪裝能裝備科技有限公司等重慶本土企業簽訂了校企合作協議，建立校外實訓基地，并開展了一系列實質性的校企合作項目。企業根據行業發展需求指導專業人才培養方案的修訂，學校派教師到企業工程實踐鍛煉，參與企業項目，提升實踐能力。學校聘請企業高級工程師為學校的兼職教授，引領學生走進行業發展前沿，了解企業需要的技能。校企聯合舉辦“智能制造工程師班”，實踐“企業進課堂，課堂融行業”的“2.5+1.5”人才培養模式，培養具備“工匠”特質的智能制造工程師。校外實習基地的建設給學生提供了進入企業進行認知實習、畢業實習、畢業設計等實踐環節的機會，拓展了學生的視野，提升了學生的學習興趣與動力。我校聘請企業高級工程師擔任畢業生的校外指導老師，企業導師全程參與到畢業設計題目出題，指導、答辯等全過程。來自企業的畢業設計題目源于企業研究性課題，工程應用性強，能夠提升學生的自主學習能力、資料檢索能力和工程轉化能力。通過建設校外實訓基地，實現校企高度融合、協同育人，促進教育鏈、人才鏈、產業鏈與創新鏈有機銜接，落實科教興國戰略，進一步服務地方經濟發展。

4 創新中心建設

學院依托自身在學科競賽中的優勢，積極開展機器人創新中心、工程訓練創新中心、電氣工程創新中心、嵌入式系統創新中心共4 個創新中心建設，為學生參加各類競賽提供了實踐場所。截止目前，“智能工程專業集群”內專業的學生參加了校內第三屆創意科技文化節“行者杯”電能小車大賽、焊接技能大賽。此外，學生還參加了中國教育機器人大賽、中國工程機器人大賽暨國際公開賽、“恩智浦杯”智能汽車競賽、“西門子杯”中國智能制造挑戰賽、中國“互聯網+”大學生創新創業大賽、“合泰杯”單片機應用設計競賽、全國大學生工程訓練綜合能力競賽，“TI 杯”重慶市大學生電子設計競賽、全國大學生數學建模競賽等省部級、國家級學科競賽，獲得過全國一等獎、二等獎、三等獎的好成績。競賽為師生深度溝通與交流提供了便捷的平臺，做到了以賽促教，以賽促學。通過參加學科競賽，可以提高、夯實學生的專業技能，培養學生的工程素養，提升學生解決實際問題和復雜問題的能力，且有利于培養學生的團隊協作、吃苦耐勞的精神。4 個創新中心的建設除為參賽作品的制作、調試、測試提供了場所外，還便于把構成“智能工程專業集群”的不同專業的學生匯聚到一起，群內各專業相互交流借鑒、取長補短必將激發新的思想、產生新的方法、碰撞出新的靈感[9]。

基于“智能工程專業集群”實訓基地的建設，通過群內各專業間的實踐資源共享，不但滿足了新開設的機器人工程專業實驗課程、實踐環節的需求，集群內的其他專業及集群外的相關專業實驗條件得到了明顯的改善。通過基于專業集群的實訓中心建設，各專業可以充分利用共同的行業背景、實訓基地，共同的師資隊伍，進一步形成實訓群，加強對學生實踐能力的培養，提高服務當地經濟社會發展能力。