甘肅省職業(yè)技能公共實訓(xùn)中心功能定位研究

蔣凌鋒 王慶彥

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

0 前言

甘肅省職業(yè)技能公共實訓(xùn)中心位于蘭州新區(qū)職教園共享區(qū)中部北端，規(guī)劃設(shè)計分為前樓和五大主樓兩部分，主體三層結(jié)構(gòu)，局部二層，總建筑面積4.78萬平方米。該中心以實訓(xùn)為載體，以支柱產(chǎn)業(yè)技能人才培養(yǎng)為重點，旨在打造全國一流、西部領(lǐng)先的高端技術(shù)人才培訓(xùn)基地。

1）現(xiàn)代智能制造實訓(xùn)與技術(shù)研發(fā)模塊

甘肅省智能制造綜合實訓(xùn)中心是貫徹落實同濟大學(xué)與甘肅省人民政府戰(zhàn)略合作，積極對接工業(yè)4.0與中國制造2025，努力打造甘肅省新型人才培養(yǎng)的高地，智能化、信息化、現(xiàn)代化的平臺，教學(xué)做合一與產(chǎn)學(xué)研一體的基地的重要舉措，對實現(xiàn)科技成果轉(zhuǎn)化、帶動區(qū)域現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展具有里程碑意義。

該項目建設(shè)設(shè)備及配套軟件投資2458萬元，建筑面積2000平方米，內(nèi)容包括“工業(yè)4.0”智能工廠示范生產(chǎn)線、智能制造能源管理示范系統(tǒng)、設(shè)備故障診斷和預(yù)測性維護(hù)示范系統(tǒng)、產(chǎn)品全生命周期管理基礎(chǔ)實驗室、嵌入式控制和數(shù)據(jù)采集操作實驗室等五個模塊。

為了促成項目落地，蘭州新區(qū)職教園區(qū)管委會多次與同濟大學(xué)中德工程學(xué)院、蘭州交通大學(xué)協(xié)商。三方共同積極努力，破解體制、經(jīng)費等問題，以“力量互補、協(xié)同共建、傾斜支持”為宗旨，以“平等、互補、協(xié)作、共贏”為原則，在蘭州新區(qū)職教園區(qū)建設(shè)甘肅省智能制造綜合實訓(xùn)中心（同時加掛同濟大學(xué)工業(yè)4.0-智能工廠實驗室西北中心）。建成后，由蘭州新區(qū)職教園區(qū)管委會統(tǒng)一管理，同濟大學(xué)中德工程學(xué)院負(fù)責(zé)整體方案設(shè)計、技術(shù)把關(guān)、師資培訓(xùn)、國際交流和科研成果轉(zhuǎn)化，蘭州交通大學(xué)提供具體技術(shù)支撐，保障良好運行。

2）現(xiàn)代化工安全與生產(chǎn)技術(shù)模塊

該中心占地3600平方米，共8個實訓(xùn)室，283套設(shè)備，可實現(xiàn)320人同時培訓(xùn)，是全國目前最大的化工類實訓(xùn)基地。實訓(xùn)室團(tuán)體培訓(xùn)中心共有168個工位，安裝145套北京東方仿真軟件，用于學(xué)生仿真實習(xí)，可進(jìn)行化工總控工、操作工、檢驗工、甲醇工、燃料油工技能鑒定，現(xiàn)場PC可以一鍵啟動升降或?qū)W員自由啟動。該中心依靠先進(jìn)的軟硬設(shè)備，通過資源共享、政企共建，深入開展校校合作、校企合作。自2018年8月建成以來，已多次承擔(dān)中國化工教育協(xié)會全國高校、高職院校師資培訓(xùn)，甘肅省內(nèi)高校、高職學(xué)生實訓(xùn)，及承辦多次職教園區(qū)職業(yè)院校技能大賽。該中心服務(wù)入園院校，助推園區(qū)職業(yè)教育發(fā)展，對接蘭州新區(qū)精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)園，面向全省，引領(lǐng)西北，示范全國。

3）現(xiàn)代物流技術(shù)培訓(xùn)與服務(wù)拓展模塊

該中心總建筑面積2700平方米，設(shè)備投資1900萬，軟硬件設(shè)備100多套，是甘肅省“職業(yè)教育助城鎮(zhèn)化建設(shè)”、對接“精準(zhǔn)扶貧”和“一帶一路”經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略的建設(shè)項目之一，主要服務(wù)于蘭州新區(qū)及甘肅省陸港物流、商貿(mào)物流、醫(yī)藥物流等產(chǎn)業(yè)群的發(fā)展，面向全社會，是以中、高級職業(yè)技術(shù)和職業(yè)技能為主要培訓(xùn)方向的大型綜合人才培養(yǎng)基地。

該中心主要包括：自動化立體倉庫區(qū)、閣樓貨架分揀區(qū)、穿梭車密集存儲區(qū)、重型貨架存儲區(qū)、物流軟件及智能化監(jiān)控實訓(xùn)區(qū)五大區(qū)域，配備有工業(yè)級AGV自動搬運機器人、拆垛碼垛機器人、自動打包機及貨到人自動化分揀系統(tǒng)等先進(jìn)設(shè)備，可同時滿足50多個崗位的教學(xué)實訓(xùn)及職業(yè)培訓(xùn)，中心現(xiàn)有倉管員、快遞員、叉車操作員、物流管理師等多個職業(yè)工種的鑒定資質(zhì)，同時可承接甘肅省及全國物流相關(guān)專業(yè)的職業(yè)技能競賽。

4）現(xiàn)代控制技術(shù)中心模塊

現(xiàn)代控制技術(shù)中心涵蓋基礎(chǔ)控制、運動控制、過程控制三大領(lǐng)域，共7個實訓(xùn)室，建筑面積3600平方米，主要設(shè)備有157臺（套），能同時容納320人開展技能培訓(xùn)學(xué)習(xí)。

該中心的主要實訓(xùn)設(shè)備全部選用西門子、費斯托、ABB等國際知名企業(yè)產(chǎn)品，緊跟現(xiàn)代控制技術(shù)發(fā)展。同時，與西門子（中國）有限公司等達(dá)成合作協(xié)議，現(xiàn)為西門子SCE教師培訓(xùn)中心和西門子工業(yè)技術(shù)培訓(xùn)中心，也是西門子在中國的第八大培訓(xùn)中心，引入西門子課程體系和先進(jìn)工程技術(shù)，定期選拔骨干教師赴德國學(xué)習(xí)，頒發(fā)西門子相應(yīng)的課程培訓(xùn)證書。該中心已開展甘肅省SCE師資培訓(xùn)一期，后續(xù)將為世界技能大賽工業(yè)控制項目的中國參賽隊提供走訓(xùn)服務(wù)。

1 綜合實訓(xùn)中心設(shè)計思路

按照《公共實訓(xùn)中心建設(shè)頂層設(shè)計》，借鑒天津市海河教育園區(qū)中國天津職業(yè)技能公共實訓(xùn)中心建設(shè)經(jīng)驗，結(jié)合國家發(fā)展戰(zhàn)略和西部產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，確定建設(shè)四大特色領(lǐng)域的實訓(xùn)中心，即現(xiàn)代智能制造實訓(xùn)與技術(shù)研發(fā)、現(xiàn)代物流技術(shù)培訓(xùn)與服務(wù)拓展、現(xiàn)代化工安全與生產(chǎn)技術(shù)模擬、現(xiàn)代控制技術(shù)師資培訓(xùn)。實訓(xùn)中心共包含42個實訓(xùn)室，覆蓋60多個專業(yè)，可同時容納2500人實訓(xùn)，年培訓(xùn)和職業(yè)資格鑒定能力8萬人次。

該公共實訓(xùn)中心以“面向新區(qū)，服務(wù)全省，創(chuàng)新模式，引領(lǐng)西部”的思路，凸顯“先進(jìn)性、示范性、適用性、公共性、展示性”，真正打造集產(chǎn)、學(xué)、研、培、賽為一體的新型現(xiàn)代職業(yè)教育平臺。

2 綜合實訓(xùn)中心服務(wù)定位

公共實訓(xùn)中心以提供中高端職業(yè)技能實訓(xùn)為主，同時為甘肅省及西部職業(yè)院校“雙師型”教師培訓(xùn)、社會勞動力轉(zhuǎn)移及再就業(yè)培訓(xùn)、蘭州新區(qū)企業(yè)員工技術(shù)培訓(xùn)、各類科研機構(gòu)及企業(yè)技術(shù)攻關(guān)和科普活動提供相關(guān)服務(wù)。

該中心在建設(shè)規(guī)模和技術(shù)先進(jìn)性方面均處于國內(nèi)一流水平。為甘肅省職業(yè)院校和物流相關(guān)企業(yè)在教學(xué)、科研、社會勞動力轉(zhuǎn)移培訓(xùn)、崗位技能鑒定、產(chǎn)教融合等多方面發(fā)揮了積極的作用，助推了蘭州新區(qū)的發(fā)展。

3 代表性實訓(xùn)中心建設(shè)剖析——智能制造綜合實訓(xùn)中心“工業(yè)4.0-智能工廠”實訓(xùn)室

“工業(yè)4.0”作為未來工業(yè)發(fā)展的趨勢，對人才培養(yǎng)、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用提出了重大挑戰(zhàn)。智能制造對系統(tǒng)型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才的需求，以及企業(yè)對人才解決實際問題能力的需求，迫切需要新的教學(xué)培訓(xùn)方式。

智能制造綜合實訓(xùn)中心“工業(yè)4.0-智能工廠”實驗室以新穎獨特的教育機器人（智能小車）的生產(chǎn)作為范例，在真實的工業(yè)級生產(chǎn)環(huán)境中，完整演示與真實企業(yè)類似的制造流程，體現(xiàn)了個性化定制、智能自動組裝、制造信息集成、數(shù)字孿生、預(yù)測性維護(hù)等“工業(yè)4.0”的核心理念、特征和關(guān)鍵技術(shù)。

該實驗室將為培養(yǎng)和孵化面向未來的卓越工程師，提高我國特別是甘肅智能制造關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)能力和成果轉(zhuǎn)化能力，提供實踐教學(xué)和科研的良好平臺。

圖1 智能制造生產(chǎn)線總體布局

3.1 實訓(xùn)室生產(chǎn)線模擬

智能制造生產(chǎn)線由智能物流系統(tǒng)、輸送線、數(shù)控加工系統(tǒng)、激光鐳射工位、自動裝配和視覺檢驗系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)共七部分組成，可實現(xiàn)教育機器人的設(shè)計、仿真、驗證、自動加工、自動檢測、自動裝配、自動質(zhì)檢、自動入庫等功能。

中央控制臺有6工位，分別為制造執(zhí)行MES、產(chǎn)品研發(fā)PLM、虛擬現(xiàn)實VR、刀具檢測、數(shù)據(jù)BI展示和AGV小車。

以教育機器人（智能小車）的生產(chǎn)作為范例，其生產(chǎn)過程如下：

1）在APP訂單系統(tǒng)下發(fā)產(chǎn)品訂單（可根據(jù)演示情況實際操作創(chuàng)建訂單），訂單系統(tǒng)向PLM（產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)）平臺傳輸訂單數(shù)據(jù)，自動創(chuàng)建訂單，發(fā)起“產(chǎn)品生產(chǎn)制造”流程。

2）PLM對產(chǎn)品物料、BOM及圖文檔數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。根據(jù)訂單信息，實現(xiàn)產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的自動創(chuàng)建，構(gòu)建“產(chǎn)品數(shù)字化雙胞胎”。根據(jù)產(chǎn)品制造工藝，構(gòu)建“生產(chǎn)工藝數(shù)字化雙胞胎”。

3）工藝仿真和虛擬調(diào)試系統(tǒng)，對生產(chǎn)線進(jìn)行仿真驗證，通過虛擬仿真調(diào)試機，進(jìn)行生產(chǎn)線虛擬調(diào)試，構(gòu)建“生產(chǎn)數(shù)字化雙胞胎”。

4）PLM將工藝結(jié)構(gòu)信息、數(shù)控程序等傳輸?shù)組ES（制造執(zhí)行系統(tǒng)），MES控制工單在現(xiàn)場的執(zhí)行過程。

5）原料與載具出庫。根據(jù)產(chǎn)品的不同，智能小車所需的原料由各堆垛機自動撿取后，進(jìn)入上、中、下三層小車裝配支線。小車上層裝配主要給上層PCB板裝配零部件模塊，還包括一個銘牌的數(shù)控加工，數(shù)控機床根據(jù)個性化信息執(zhí)行。小車中間層裝配與上層裝配類似，零部件數(shù)量相對較少，只需插接一個蜂鳴器。小車下層裝配單元需要在小車下層裝配傳感器。

小車總裝1裝配中層和下層，小車總裝2裝配上層和總裝1部件。小車程序燒錄、自檢主要功能是給已經(jīng)裝配好的小車進(jìn)行燒錄程序以及自檢。

6）智能鐳射及產(chǎn)品入庫鐳射機在小車銘牌上進(jìn)行打碼，二維碼根據(jù)訂單信息個性化定制。鐳射完成后，定位機構(gòu)放行。最后出料由AGV接走，送至成品庫。

在完成教育機器人生產(chǎn)的過程中，產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，如訂單數(shù)據(jù)、庫存數(shù)據(jù)、各個工站的能源利用數(shù)據(jù)、數(shù)控機床和機器人的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、機械振動數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)背后蘊含著豐富的價值，可以用于多種工業(yè)場景中，如預(yù)測設(shè)備健康狀態(tài)和剩余生命周期、分析訂單、能源、產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備利用率等多個因素之間的關(guān)系等。

3.2 實訓(xùn)室工業(yè)大數(shù)據(jù)分析

工業(yè)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺包括采集終端數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)存儲、大數(shù)據(jù)分析實時計算、離線計算、數(shù)據(jù)交換、平臺管理等功能，是設(shè)備故障預(yù)測、大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等的基礎(chǔ)。

設(shè)備故障預(yù)測與健康管理（PHM）系統(tǒng)，基于信息物理系統(tǒng)（CPS）分析方法，實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測、健康狀況分析、預(yù)測、可視化、信息互聯(lián)化，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率、降低停機維修頻度和降低能耗的目標(biāo)。

工業(yè)大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用基于機器學(xué)習(xí)、人工智能等建立的適應(yīng)性模型，將數(shù)據(jù)獲取與生成納入整個研究流程，實現(xiàn)快速生成大量模擬加工數(shù)據(jù)，并采用深度網(wǎng)絡(luò)模型建立刀具磨損預(yù)測模型、產(chǎn)品交貨周期預(yù)測模型等，完整展示了工業(yè)大數(shù)據(jù)采集、存儲和分析應(yīng)用的全過程。

3.3 實訓(xùn)室使用功能

為了促進(jìn)智能制造與甘肅省各相關(guān)產(chǎn)業(yè)的對接，引領(lǐng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，該中心還將定期（約1-2月1次）舉辦“智能制造高端研修班”。為了推動蘭州新區(qū)職教園區(qū)智能制造人才培養(yǎng)，就智能制造中涉及的關(guān)鍵技術(shù)與園區(qū)學(xué)校聯(lián)合進(jìn)行課程開發(fā)。

實驗室平臺的建立是一個良好契機，未來該中心將通過該平臺，展示“工業(yè)4.0”智能制造的先進(jìn)理念，引領(lǐng)企業(yè)智能制造實踐；采用教學(xué)、培訓(xùn)、比賽等多種形式，拓寬人才培養(yǎng)渠道和質(zhì)量；面向企業(yè)技術(shù)更新需求，支撐科研項目研究和企業(yè)發(fā)展。

該中心能完成機械相關(guān)領(lǐng)域15個工種的職業(yè)技能鑒定工作，可作為甘肅省機械行業(yè)技術(shù)人才培訓(xùn)基地，承接甘肅省、西部地區(qū)機械行業(yè)職工及學(xué)生技能大賽，努力建設(shè)為世界技能大賽中國集訓(xùn)基地。

該中心主要服務(wù)于蘭州新區(qū)及甘肅省加工制造業(yè)、汽車制造業(yè)等產(chǎn)業(yè)群的發(fā)展，充分利用高端數(shù)控機床等設(shè)備，承擔(dān)企業(yè)一定的生產(chǎn)訂單，促進(jìn)職業(yè)教育與甘肅省區(qū)域裝備制造產(chǎn)教深度融合。

4 結(jié)語

綜上所述，高校綜合實訓(xùn)室建設(shè)使用功能由傳統(tǒng)的單一模式，逐步邁向多元化、精細(xì)化、專業(yè)化。

綜合實訓(xùn)室的建立，其功能性主要體現(xiàn)在五個特色，即滿足學(xué)生教學(xué)實訓(xùn)要求、提升學(xué)生職業(yè)技能培訓(xùn)、提供職業(yè)技能鑒定平臺、開展職業(yè)技能競賽、推動職業(yè)教育新技術(shù)研發(fā)，形成互聯(lián)網(wǎng)＋專業(yè)實踐+教育+大數(shù)據(jù)模式，將大數(shù)據(jù)融入教學(xué)實訓(xùn)任務(wù)。通過服務(wù)器部署，學(xué)生可根據(jù)自身需求，量身選擇課程，在平臺預(yù)習(xí)、學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)，完成學(xué)習(xí)閉環(huán)。學(xué)習(xí)結(jié)果接入大數(shù)據(jù)庫，能分析學(xué)員培訓(xùn)時長、成績對比圖等，為學(xué)校乃至行業(yè)提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。學(xué)生在現(xiàn)代教育教學(xué)模式下，可以更快、更好掌握學(xué)科技能，適應(yīng)社會行業(yè)的發(fā)展，提高自身競爭力；教師也擁有了更廣闊的操作平臺，錘煉自己的教學(xué)技能和實操能力，提高科研水平，更好服務(wù)于學(xué)生。

同時，綜合實訓(xùn)室的建設(shè)，需要適應(yīng)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展需求，立足服務(wù)于當(dāng)?shù)亟逃徒?jīng)濟，形成產(chǎn)教融合的新型服務(wù)鏈。這不僅減輕了社會人員的就業(yè)壓力，也為企業(yè)的技術(shù)研發(fā)注入了新的活力。實訓(xùn)流程及設(shè)備采用，最大化與國際行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)接軌，創(chuàng)造新型實訓(xùn)環(huán)境，加大與企業(yè)的合作力度，達(dá)到學(xué)校和企業(yè)共贏的目的。使公共實訓(xùn)中心突出現(xiàn)代化、國際化和個性化的特點，在對接“一帶一路”戰(zhàn)略、助推城鎮(zhèn)化建設(shè)、精準(zhǔn)扶貧、就業(yè)與再就業(yè)等方面發(fā)揮作用。