智能制造與智能建造融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系研究

劉清濤 葉敏 顧海榮 張志峰

[摘 要]為順應(yīng)交通強(qiáng)國戰(zhàn)略和“中國制造2025”戰(zhàn)略提出的新要求，結(jié)合長安大學(xué)機(jī)械類與交通運(yùn)輸類的專業(yè)特點(diǎn)，融合工程機(jī)械學(xué)院、材料學(xué)院與工程訓(xùn)練中心在創(chuàng)新教育方面的優(yōu)勢，建立了智能制造與智能建造融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)基地。開展機(jī)械土木多學(xué)科融合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與實(shí)訓(xùn)，培育行業(yè)急需的復(fù)合創(chuàng)新型人才。該文探索多學(xué)科多部門創(chuàng)新教育資源整合及協(xié)同機(jī)制，在創(chuàng)新知識(shí)體系制定、教育實(shí)踐活動(dòng)開展、服務(wù)平臺(tái)保障等方面進(jìn)行研究，構(gòu)建了機(jī)械土木融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，在全國高校發(fā)揮示范輻射作用。

[關(guān)鍵詞]智能制造;智能建造;融合創(chuàng)新

[中圖分類號(hào)] G642[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）44-0-03[收稿日期] 2020-04-23

一、引言

目前我國交通運(yùn)輸與建筑業(yè)發(fā)展水平還不高，仍屬于勞動(dòng)密集型行業(yè)[1]。盡管自動(dòng)化和智能化技術(shù)在全球范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展，但在裝配式交通與建筑智能建造領(lǐng)域鮮有應(yīng)用，其采用的施工機(jī)械和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相差不大，無從體現(xiàn)智能制造與智能建造的優(yōu)勢。以橋梁協(xié)同建造為例，鋼—混組合梁橋結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的制作標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化程度高，施工機(jī)械化、自動(dòng)化易實(shí)現(xiàn)，橋梁協(xié)同建造可改善橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)場的可施工性、項(xiàng)目建設(shè)交付周期、材料質(zhì)量與結(jié)構(gòu)耐久性、公共人員及施工人員的安全性;同時(shí)，可降低施工對(duì)公共交通的影響，以及因天氣原因?qū)е碌氖┕ぱ诱`。橋梁協(xié)同建造是智能制造與智能建造融合創(chuàng)新的典型體現(xiàn)，是未來交通建設(shè)的主要方向之一[2]，但這方面的人才短缺，已成為制約我國裝配式交通運(yùn)輸與建筑行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。2017年教育部高等教育司啟動(dòng)了新工科建設(shè)，審批設(shè)置了智能制造工程、智能醫(yī)學(xué)工程、智能建造、大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用等新工科專業(yè)[3]。在“中國制造2025”國家戰(zhàn)略中要求：“以強(qiáng)化工程能力與創(chuàng)新能力為重點(diǎn)改革人才培養(yǎng)模式。”“培養(yǎng)造就一支掌握先進(jìn)制造技術(shù)的國際型、復(fù)合型、高素質(zhì)專業(yè)技術(shù)人才隊(duì)伍。”[4]交通強(qiáng)國戰(zhàn)略也提出了培養(yǎng)智能建造人才的要求。同濟(jì)大學(xué)2018年首先開設(shè)了“智能建造”專業(yè)。智能建造是以建造過程中所使用的材料、機(jī)械、設(shè)備的智能化為前提，在建造的設(shè)計(jì)與仿真、構(gòu)件加工生產(chǎn)、安裝、測控、結(jié)構(gòu)和人員的安全監(jiān)測、建造環(huán)境感知中采用信息技術(shù)與先進(jìn)建造技術(shù)的建造方式[5]。但在裝配式交通運(yùn)輸與建筑行業(yè)智能制造與智能建造融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系研究方面目前國內(nèi)外還沒有相關(guān)報(bào)道。

二、智能制造與智能建造融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系

（一）機(jī)械土木多學(xué)科聯(lián)合實(shí)踐平臺(tái)

長安大學(xué)是教育部、交通運(yùn)輸部、自然資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部和陜西省共同建設(shè)的高校，在交通運(yùn)輸學(xué)科和機(jī)械工程學(xué)科具有多年的辦學(xué)歷史。智能制造與建造創(chuàng)新教育研究與培訓(xùn)中心集成工程機(jī)械學(xué)院、材料學(xué)院與工程訓(xùn)練中心在創(chuàng)新方面的優(yōu)勢，突出學(xué)生實(shí)踐能力，著力培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。工程機(jī)械學(xué)院屬于機(jī)械工程學(xué)科，主要從事工程機(jī)械領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、制造和智能化控制、高速公路機(jī)械化施工、養(yǎng)護(hù)與管理等方面高級(jí)專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)和科學(xué)研究工作，為融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系提供機(jī)械實(shí)踐平臺(tái)。材料學(xué)院屬于交通運(yùn)輸學(xué)科，該學(xué)科將創(chuàng)新能力培養(yǎng)作為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要舉措，融入了新的專業(yè)教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，為融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系提供交通運(yùn)輸實(shí)踐平臺(tái)。現(xiàn)代工程訓(xùn)練中心為融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系提供機(jī)械土木交叉實(shí)踐平臺(tái)，按照學(xué)校關(guān)于實(shí)驗(yàn)室的開放要求，有序地將共計(jì)320余平方米的航模實(shí)訓(xùn)室、機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室、機(jī)械創(chuàng)新制作室和綜合創(chuàng)新開放實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行了校內(nèi)開放共享，可同時(shí)容納100余名學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。基于開放實(shí)驗(yàn)室水電安全、設(shè)備安全、人員安全，安裝了智能管控系統(tǒng)，建立了科學(xué)有效地開放實(shí)驗(yàn)室管理模式。

智能制造與建造創(chuàng)新教育研究與培訓(xùn)中心探索復(fù)合型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)場地基礎(chǔ)上，整合已有資源，向科創(chuàng)活動(dòng)傾斜，加強(qiáng)了創(chuàng)新基地各實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)條件建設(shè);依托工程機(jī)械學(xué)院和材料學(xué)院承擔(dān)的各類科研項(xiàng)目的儀器設(shè)備，高效支撐大學(xué)生機(jī)械土木融合創(chuàng)新項(xiàng)目順利開展;積極尋求科研院所、技術(shù)企業(yè)、制造商贊助資助設(shè)備、器材、工具、軟件等。基本理論在課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心完成，進(jìn)一步的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研發(fā)轉(zhuǎn)換到科研重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)與相關(guān)企業(yè)，實(shí)現(xiàn)了不同平臺(tái)的有序銜接。學(xué)生依托工程機(jī)械學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新基地，在導(dǎo)師指導(dǎo)下開展一系列創(chuàng)新活動(dòng)，包括學(xué)科競賽、創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)活動(dòng)等，在學(xué)院內(nèi)部建立了實(shí)驗(yàn)室聯(lián)網(wǎng)共享機(jī)制，學(xué)生通過統(tǒng)一平臺(tái)將基地內(nèi)無法解決的問題或原理驗(yàn)證轉(zhuǎn)化到科研重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶒?yàn)教學(xué)中心，在相關(guān)導(dǎo)師指導(dǎo)下解決問題。當(dāng)設(shè)計(jì)原理問題解決以后，學(xué)生可以通過校企聯(lián)合實(shí)踐基地進(jìn)行產(chǎn)品試驗(yàn)與樣品生產(chǎn)，當(dāng)生產(chǎn)過程出現(xiàn)問題以后，還可以通過學(xué)院科研重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行反復(fù)迭代驗(yàn)證。

（二）融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)

智能制造與智能建造融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的主要途徑是從知識(shí)體系與培養(yǎng)環(huán)境兩個(gè)方面著手。構(gòu)建融合創(chuàng)新的知識(shí)體系，這是復(fù)合型人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)的一大亮點(diǎn)。融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系著力對(duì)課程體系、培養(yǎng)方案進(jìn)行改革。培養(yǎng)方案及其課程體系主要依托機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)開展制定。該專業(yè)始建于1952年，經(jīng)過60多年專業(yè)建設(shè)，形成了以機(jī)械設(shè)計(jì)制造為基礎(chǔ)，以交通基礎(chǔ)設(shè)施機(jī)械化施工與管理、機(jī)械化養(yǎng)護(hù)與管理為應(yīng)用特色的綜合專業(yè)。面向交通建設(shè)領(lǐng)域，形成了機(jī)械設(shè)計(jì)和制造、機(jī)電液一體化控制、檢測與試驗(yàn)、運(yùn)用與維修、設(shè)備管理與機(jī)械化施工技術(shù)等配套的現(xiàn)代制造裝備教學(xué)體系。大力度開展課程體系與課堂教學(xué)改革，通過建立范圍寬廣的通識(shí)教育基礎(chǔ)核心課程、大力整合機(jī)械土木大類學(xué)科基礎(chǔ)課程、凝練設(shè)置專業(yè)主干與靈活設(shè)置各類選修課程相結(jié)合，形成了較為科學(xué)合理的智能制造與智能建造融合創(chuàng)新課程體系。經(jīng)過多年探索，目前建立了以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力為重點(diǎn)的課程體系，打破了學(xué)科間的壁壘，突出了多學(xué)科知識(shí)的交叉，增強(qiáng)了學(xué)生在智能制造與建造方面的融合思維能力。

培養(yǎng)環(huán)境則突出營造創(chuàng)新氛圍，將創(chuàng)新教育貫穿人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)的始終。以3-5項(xiàng)國家級(jí)的創(chuàng)新及學(xué)科競賽為支點(diǎn)，支持建立學(xué)生社團(tuán)以及興趣團(tuán)隊(duì)。從校園環(huán)境、社會(huì)以及政府支持等多層級(jí)為創(chuàng)新培養(yǎng)提供良好的氛圍。大力支持科技創(chuàng)新類社團(tuán)的發(fā)展建設(shè)，結(jié)合學(xué)生發(fā)展需求，組建學(xué)生社團(tuán)組織，包括“工程機(jī)械學(xué)院機(jī)器人隊(duì)”“工程機(jī)械學(xué)院航模隊(duì)”等專業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，進(jìn)一步支持學(xué)院“創(chuàng)客聯(lián)盟”的發(fā)展。繼續(xù)舉辦創(chuàng)意交流分享、創(chuàng)新成果展示、創(chuàng)業(yè)政策宣講、成功案例分析、創(chuàng)業(yè)榜樣座談等一系列活動(dòng)，如班級(jí)“五小創(chuàng)”活動(dòng)，營造創(chuàng)新的文化氛圍。通過學(xué)科競賽，讓學(xué)生獲得更為主動(dòng)的思考與自主學(xué)習(xí)能力。鼓勵(lì)學(xué)生積極參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽、挑戰(zhàn)杯課外學(xué)術(shù)科技作品競賽等創(chuàng)新項(xiàng)目和競賽。在《工程機(jī)械學(xué)院本科生綜合測評(píng)實(shí)施辦法》中進(jìn)一步加大學(xué)術(shù)競賽的分值比重，突出創(chuàng)新能力與科研能力的重要性。

（三）融合創(chuàng)新教育協(xié)同機(jī)制

智能制造與智能建造融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系整合學(xué)校資源，依托機(jī)械和材料學(xué)院，聯(lián)合學(xué)校工程訓(xùn)練中心共同參與人才培養(yǎng)過程，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科融合與多部門聯(lián)合的創(chuàng)新教育協(xié)同機(jī)制。智能制造與智能建造融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的具體措施包括積極組織講課競賽，錘煉基本功;組織優(yōu)秀教師觀摩會(huì)，傳授教學(xué)經(jīng)驗(yàn);參加校外組織的創(chuàng)新教育培訓(xùn);鼓勵(lì)新教學(xué)手段與教學(xué)方法的交叉引入。逐步采用專項(xiàng)實(shí)驗(yàn)、筆試、校外基地實(shí)踐、創(chuàng)新專項(xiàng)訓(xùn)練多形式、多維度的檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。在培養(yǎng)方案中進(jìn)一步加大實(shí)踐教學(xué)的比重，對(duì)于參與機(jī)械土木融合創(chuàng)新項(xiàng)目的學(xué)生將在保送研究生、獎(jiǎng)學(xué)金評(píng)定等方面加大支持力度。選聘交通運(yùn)輸和機(jī)械制造領(lǐng)域的知名公司、投資人（機(jī)構(gòu)）、研究所等單位的創(chuàng)業(yè)專家、投資經(jīng)理來校開展創(chuàng)新講座和報(bào)告，與學(xué)生交流體會(huì)，啟迪學(xué)生思想，激發(fā)創(chuàng)新熱情，提升創(chuàng)新能力。積極制定以創(chuàng)新教育為導(dǎo)向的創(chuàng)新學(xué)分積累和轉(zhuǎn)化制度、創(chuàng)新彈性學(xué)制管理辦法等。制定機(jī)械土木融合創(chuàng)新教育活動(dòng)的學(xué)生選拔、工作考核等管理辦法。每年安排機(jī)械土木融合創(chuàng)新教育專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，支持創(chuàng)新教育教學(xué)，資助學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，獎(jiǎng)勵(lì)創(chuàng)新成果等。設(shè)立機(jī)械土木融合創(chuàng)新獎(jiǎng)學(xué)金，用于鼓勵(lì)在創(chuàng)新中表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生和團(tuán)隊(duì)。建立了涵蓋多個(gè)專業(yè)的校內(nèi)與校外導(dǎo)師庫，真正實(shí)現(xiàn)導(dǎo)師學(xué)生互選機(jī)制，積極拓展社會(huì)資源，為學(xué)生創(chuàng)新教育認(rèn)知、實(shí)訓(xùn)、實(shí)戰(zhàn)和教師創(chuàng)新能力提升提供支持。

進(jìn)一步促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的共享，將科技創(chuàng)新資源更好地向全體學(xué)生開放，建設(shè)實(shí)驗(yàn)課程、實(shí)踐環(huán)節(jié)、科研訓(xùn)練、科技競賽和課外科技實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合的創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。進(jìn)一步完善“學(xué)思結(jié)合，知行統(tǒng)一”的機(jī)械土木融合創(chuàng)新教育體系。通過舉辦創(chuàng)新競賽、參加技術(shù)論壇、訪問交流等方式，加強(qiáng)創(chuàng)新基地與國內(nèi)外相關(guān)科研機(jī)構(gòu)的交流，有計(jì)劃地開展多形式、多層次的創(chuàng)新交流活動(dòng)。同時(shí)，探索創(chuàng)新基地與其他高等學(xué)校、科研院所、行業(yè)企業(yè)共建共享的新模式，如中交西安筑路機(jī)械有限公司、西安達(dá)剛路面機(jī)械股份有限公司、徐工集團(tuán)工程機(jī)械股份有限公司等企業(yè)，構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新基地服務(wù)支撐體系，提高基地知名度，充分發(fā)揮輻射作用。

（四）智能制造與智能建造融合創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室

智能制造與智能建造融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的主要保障措施是實(shí)驗(yàn)室的管理。重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及教學(xué)中心參照國家和學(xué)校有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)專門制定了相應(yīng)的“實(shí)驗(yàn)室使用管理辦法”和“實(shí)驗(yàn)室安全和管理規(guī)則”，為學(xué)生使用多學(xué)科融合創(chuàng)新高水平學(xué)科平臺(tái)提供途徑。在建設(shè)創(chuàng)新孵化基地時(shí)，配備了完善的消防、環(huán)保等安全措施。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)有安全責(zé)任人，負(fù)責(zé)定期檢查、保證安全設(shè)施完善，并負(fù)責(zé)日常實(shí)驗(yàn)室安全制度的執(zhí)行。實(shí)驗(yàn)室寬敞明亮，各種設(shè)施、管道布局合理規(guī)范，通風(fēng)、照明等各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到或符合安全、環(huán)保部門的要求;針對(duì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和重點(diǎn)設(shè)備，安裝監(jiān)控系統(tǒng)，加強(qiáng)安全防范。

機(jī)械土木融合創(chuàng)新項(xiàng)目多屬于多學(xué)科交叉的高新技術(shù)課題。學(xué)院鼓勵(lì)學(xué)生在創(chuàng)新中以機(jī)械學(xué)科為中心，有效融入信息科學(xué)、材料科學(xué)、管理科學(xué)、交通安全科學(xué)、控制科學(xué)等多學(xué)科知識(shí)。為此，學(xué)院建立了跨學(xué)院、跨部門的多學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)和聯(lián)合機(jī)制。特別是與工程訓(xùn)練中心、電子與控制學(xué)院、汽車學(xué)院、材料學(xué)院的相關(guān)學(xué)科重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室形成了高效的合作機(jī)制。

通過以上措施努力把智能制造與智能建造融合創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室建設(shè)成為一個(gè)高度開放共享、多學(xué)科交叉融合、產(chǎn)學(xué)研用一體化的開放性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

三、結(jié)語

為順應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求以及高等教育教學(xué)改革目標(biāo)，建立了智能制造與智能建造融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)基地。從融合創(chuàng)新人才培養(yǎng)的主要途徑、具體內(nèi)容、協(xié)同機(jī)制和保障措施等方面，構(gòu)建適應(yīng)未來交通發(fā)展需要的現(xiàn)代教育體系，著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和知識(shí)綜合應(yīng)用能力，打造一支能夠支撐中國制造、中國創(chuàng)造的復(fù)合型創(chuàng)新人才隊(duì)伍。

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