人工智能和智能制造背景下高職機電一體化專業適應性轉型與實踐*

宋志剛，王文斌，趙偉，常江

（深圳職業技術學院 機電工程學院，廣東 深圳 518055）

2017年7月國務院發布《新一代人工智能發展規劃的通知》[1]，2018年4月教育部發布《高等學校人工智能創新行動計劃》[2]．人工智能技術對制造業就業是否會產生深刻影響，以及產生沖擊的討論較多[3]．有觀點認為，人工智能技術將導致將來制造業就業市場的劇烈變革，制造業中大量機械、重復中、低端的工作將被人工智能所取代．這一觀點被廣泛接受，例如德國政府提出了工業 4.0計劃[4]，中國政府提出的“中國制造2025”計劃，特斯拉Telsa公司建設的智能工廠[5]，富士康公司提出的“百萬機器人計劃”[6]等．隨著人工智能技術的飛速發展，可以預計我國裝備制造業大類相關職業中重復性、機械性和常規性的任務將會逐步地被代替．在需要一定自主決策能力的工作環境中，現在的弱人工智能技術無法完美地替代相應制造業大類的職業．隨著人工智能技術的發展，人工智能將會一步步替代部分的工作，而不是劇烈地替代整個職業崗位，最終會緩慢地替代某些制造類職業崗位[7]．因此，裝備制造類專業應當及時調整自身的人才培養目標和方案，以適應產業的新需求．

高等職業教育占據高等教育的半壁江山，裝備制造類專業如何在人工智能和智能制造背景下的實現數字化專業轉型與升級，將人工智能技術融入到裝備制造類專業建設中，培養適應時代發展的人才．本文結合深圳職業技術學院裝備制造類專業的發展狀況,以機電一體化技術專業轉型與升級為例，探討和研究教育數字化轉型，為智慧社會培養具有人工智能素養的復合式創新型高素質技術技能人才．

1 機電一體化技術專業轉型的依據

我國制造業在全球占比例超過20%，制造業的全球化、網絡化、信息化和智能化發展對機電一體化技術的專業人才有極大需求，這種需求是由第四次工業革命和社會發展大環境所決定的．

1.1 企業對人才需求的需要

“中國制造 2025”的提出對我國制造業變革影響深遠，企業對人才的需求提出一些新的要求．在第四次工業革命智能制造背景下，生產車間由于“機器換人”的升級改造、大量智能裝備、智能傳感的使用和信息化的集成，人才需求結構發生巨大變化．以深圳 3C行業的特色企業華星光電在生產方面的技能人才需求為例，其具有如下 2方面特征：一方面，企業對簡單工序的操作人員需求越來越少，對機器視覺應用、智能傳感集成、工業機器人系統、物聯網集成應用等應用方面的人才需求越來越多；另一方面，傳統車間中技術人員只需要承擔一個崗位的操作，而現在他們需要承擔的是整條生產線甚至一個車間的生產和監控，工作環境逐漸復雜化，工作內涵也走向多崗位融合，這就要求技術人員擁有機、電、控制、網絡、信息化等多方面而非單一層面的技術．

1.2 復合型技術技能人才培養的需要

隨著第四次工業革命—智能制造時代的來臨，企業的組織架構朝扁平化發展，技能與技術型人才的工作崗位邊界變得相互融合．原本操作設備的任務大部分由技能型人才擔任，技術型人才主要擔任現場工程師的技術支持等工作．隨著智能裝備集成化程度的提高，技能型人才無法承擔操作設備等相關崗位工作，操作設備的崗位任務需要落到技術型人才的身上．技術型與工程型人才的邊界也開始融合．由于新技術、新工藝的產生和大量應用，生產水平極大提升，技術型人才如果沒有一定的現場決策規劃能力，則會無法勝任工作現場的相關崗位任務．也就是說，高等職業教育培養的技術型人才需要實現各方面能力的全面發展，因此培養“復合”的技術技能型人才成為高職人才培養目標的必然選擇[8]．

2 機電一體化專業培養目標轉型

2.1 培養方向轉型

目前高職院校專業人才的培養主要滿足傳統的行業和崗位需求，例如絕大部分機電一體化技術專業人才培養是從機械部分安裝調試、電氣控制系統及 PLC編程調試等方面著手，而不是以企業典型自動化或智能生產線的系統控制技術應用為教學載體和案例，缺乏實際生產過程經驗的應用場景、設計與優化．這樣傳統專業的畢業生很難勝任這樣的智能裝備和智能生產系統的運營、管理、維護等工作，往往需要大量的、較長時間的崗位培訓才可以慢慢適應，因為這樣的崗位不僅需要機械、自動化等專業的基本專業知識，還要熟悉智能制造裝備、智能生產等智能工廠信息管理知識．

2.2 培養規格轉型

轉型后的機電一體化專業人才培養規格為培養出精于基礎機電設備裝調、熟練掌握工業機器人操作、擅長智能傳感器檢測與應用、會工業物聯網的組網、能實現自動生產線向智能生產線的改造的人才，如圖1所示．

圖1 機電一體化專業人才培養規格

2.3 培養目標轉型

轉型后的機電一體化專業堅持聚焦智能制造與人工智能的發展方向，著重培育從事智能裝備和智能生產線的裝調、操作運行、維護維修、設計、技術改造及其生產管理等實際工作所需的專業技術技能，同時提升支撐終身發展的認知能力、合作能力、創新創業能力、職業能力等綜合素養，面向智能制造領域，為社會培養能夠從事智能裝備的裝調、編程、維護和維修及智能生產線相關的設計、生產、改造、技術支持服務等工作的復合式創新型高素質技術技能人才[9]．達到培養目標的復合型人才具備扎實的跨學科專業知識，具有問題分析、應用轉化、創新意思與創新和終身學習的能力，同時具備精益求精的工匠和團隊合作精神．

3 機電一體化專業課程體系改革

根據轉型后的專業培養目標，需要全面推進人工智能背景下專業和課程重構，以學生學習成效為導向（OBE），將專業課程從簡單到復雜，智能化從低到高，分成4大模塊，第一個模塊為機電產品基礎能力模塊，圍繞智能制造組成機械本體、電氣基礎等開設項目化驅動的課程．第二個模塊為智能裝備機電集成模塊，圍繞機電傳動、氣、液驅動、伺服控制、變頻調速、PLC控制等開設項目化驅動的課程．第三模塊為工業機器人系統模塊，圍繞工業機器人應用系統相關的視覺傳感、顏色傳感等智能傳感、總線通訊、工業機器人編程等開發模塊化項目課程．第四模塊為智能生產線系統集成編程、調試及聯調模塊，結合視覺、智能傳感、RFID技術、氣動技術、伺服控制、變頻調速、工業總線、AGV、人機界面等完成智能生產線系統的整體編程、調試，能夠通過對應的 MES管理系統下發任務訂單，分析生產線．整個專業課程形成模塊化、組合型、進階式的課程體系，實現機、電有機融合，預制板式培養人才．每塊模塊都以標志性教學成果（作品或證書）來實現，最終以畢業標志性學習成果（智能裝備及智能生產線集成設計、裝調、維修維護一級項目）來體現學習成效．圖2所示為機電一體化專業轉型后的模塊化課程體系，圖3所示為課程組合和進階關系．

圖2 模塊化課程體系

圖3 課程組合和進階體系

4 專業教學改革

4.1 信息化教學改革

在智慧職教網站申請機電一體化技術專業校級專業教學資源庫平臺，將現有的各類優質專業核心課程的數字化資源全部放入網站，實現優質資源共享共建．利用職教云等信息化SPOC平臺，建設云課程，利用雨課堂開展信息化教學．

4.2 數字化教學改革

開發以實際工業項目為載體的項目化課程，校企合作編寫優質數字化教材，建設各類數字化、碎片化資源；開發微課和網絡在線課程等．充分利用人工智能背景下各種信息化教學手段，采用線上線下混合式教學模式，線上學生預習和復習，線下讓學生通過現場實訓掌握專業知識和技能，提高教學方法的先進性，使教師教學過程數字化、規范化、標準化．建設模塊化智能工廠綜合實訓系統，開展VR、AR、虛擬仿真交互等智能化教學．

4.3 校企深度融合

深化與華星光電、配天機器人等行業標桿企業融合，結合華星光電的智能制造，配天機器人的機器人應用場景等，聘請公司的兼職教師，建設校外實訓基地，開設訂單班等方式，共同開發課程，制定標準．

4.4 依托協會，引領創新創業和技能大賽

打造“智能制造創客中心+”的實踐平臺．以創新型企業為依托，成立了機器人創新與競技協會、LabView學生創新俱樂部協會，開發學生創客項目“VR虛擬機械裝配”，突出學生綜合素質培育，推動創新教育．以技能協會為依托，成立RCIA戰隊，組織學生參加全國大學生機器人大賽，通過對機器人的設計、制作以及軟件編程等深度融合教學．

5 專業教學團隊塑造

組建深度融合、模塊化的教師創新團隊．圍繞上述課程體系中四大模塊，分別組建了機電產品基礎模塊、智能裝備集成模塊、工業機器人系統和智能生產線集成教學團隊，每個團隊 5～8人．每個團隊的教師包含了不同專業背景的教師，且各個模塊間教師互相交叉，深度融合．

建立和完善“雙師”結構教師隊伍培養和評聘制度，實施一師一企計劃，組織團隊教師去東江模具、大族激光等智能制造行業企業實踐；同時引進企業工程師、技術專家、專職師傅及技術能手等納入課程教學團隊，形成了“學校教師+企業專家”的教學團隊．例如聘請華星光電、匯川技術等有實踐經驗的智能制造型企業專家為指導，通過兼職的方式參與到教學活動、職業生涯規劃，就業指導等工作中．專業教師通過參加國內外培訓進修、企業兼職和鍛煉、給企業提供技術開發服務等舉措，使專業教師掌握新技術、新工藝、新裝備，增加其企業工作經歷，強化其實踐動手技能，使教學創新團隊能應用推廣新技術、攻克生產一線難題、具備生產性科研的水平和能力．專業教師參加智能制造領軍企業的認證培訓，取得認證資格證書，如FANUC認證工程師證書、ABB校企認證講師證書和德國費斯托FACT證書等后，在學校課堂按企業認證證書標準和流程對學生進行專業教學和訓練，實現課證融通．部分專業教師不但指導學生參加智能制造類技能大賽還親自參加技能大賽，掌握智能制造最新應用技術和技能，使專業老師成長為智能制造領域的技術能手、技能大師．

6 人工智能和智能制造背景下專業轉型特色與創新

機電一體化技術專業轉型升級過程中，其特色和創新如下：

1）進行智能裝備與智能生產線升級換代，探索多學科多領域多專業技術融合，深度整合課程，構建模塊化課程體系．以“六融合”人才培養模式改革為主要抓手，按照OBE原則構建了以成果為導向的課程體系．打破各門課程畫地為牢、各自為戰的局面，根據課程體系，每個課程模塊（課程群）形成一個跨部門、跨專業的彈性教師團隊，根據單元學習成果和目標，以團組模式對各模塊內單元課程的教學內容、項目、知識點、技能點、數字化資源進行重構開發，推動基于成果導向的教學模式改革，為單元目標達成和學生學習成效負責．防止理論與實踐、課程與課程之間兩張皮問題，培養復合型技術技能人才．例如，電氣模塊把傳統課程（電工及電氣測量技術、電氣控制、應用電子技術、電工操作技能實訓、電工中級工實訓等）整合成三門單元課程（電工技術及操作技能訓練、電子產品設計與制作、電工技能實訓），經過單元內課程模塊化組合訓練，學生基本具備智能生產線電氣安裝和一般調試能力，并可拿到電工操作證和中級維修電工證．

2）采用信息化教學，建設數字化課程，虛實結合開展技能訓練．培訓滿足數字化課程建設和實訓要求的老師，校企合作開展 MOOC、SPOC課程建設，借助工業軟件支持課程數字化升級，借助專業教學資源庫和數字化教材等建設和開發數字化課程，借助智能化裝備和AR、VR技術，建設 AR、VR課程，與行業企業合作共同開發“云端課堂”，構建線上—線下—實訓室三位一體的混合式教學．

3）杰出人才引領，構建校企融合教學團隊．引進智能制造領域杰出專家、博導、教育部長江學者特聘教授孫立寧，引領專業轉型發展，為專業教師創新團隊帶來了一流的科研學術方向和項目、廣闊的國際視野，使教師創新團隊有機會對話業界頂尖專家，大大提升專業教師創新團隊水平．