“智改數轉”背景下智能制造實訓基地改造提升的研究與實踐

高 巍，郭 茜

（無錫立信高等職業技術學校，江蘇 無錫 214000）

1 引言

我國制造業面臨的主要挑戰之一就是新一輪信息科技和工業技術的深度融合發展，智能技術與數字技術成為推動產業形態變革的核心力量，產業技術層級、生產架構和價值體系將發生系統性重組[1]。因此，無錫市于2021年發布的《無錫市“十四五”制造業高質量發展規劃》中明確提出，要發揮地區產業優勢，聚焦數字賦能、智慧發展，要順應數字化發展趨勢，深化5G、互聯網、人工智能、大數據、云計算、區塊鏈等新一代信息技術在制造業領域的廣泛應用，提高制造業智能化與數字化的發展水平。

在此背景下，作為承擔本地區技術技能類人才培養重任的職業學校也面臨著通過智能化、數字化手段改造智能制造類專業實訓基地的迫切任務。通過建設與企業場景一致的實驗實訓場景，模擬企業智能化生產環境，將“智改數轉”的全新理念融入教育教學的全過程，推動學校培養過程與企業用人需求的近距離對接。

2 “智改數轉”的內涵與指向

“智改數轉”，即對智能制造類企業或場景開展智能化改造和數字化轉型。無錫市工業和信息化局制訂的《加快智能化改造 數字化轉型 綠色化提升推動制造業降本降耗降碳三年行動計劃》中提出，要全面貫徹新發展理念，推動建設工業數字化、智能化和綠色化相互促進、深度融合的產業體系，推進制造業與信息化的深度融合。這是一份從路徑到結果清晰明了的改革行動路線圖，加快智能化改造、數字化轉型、綠色化提升，指向的目標是制造業降耗節能，該方案契合新時期制造業高質量綠色化發展和構建科學產業體系的要求。在未來三年中，無錫市的近三千家企業將推動“畫像、診斷、改造、領航、上云、轉型、創新”的“智改數轉”建設進程，并以此形成邏輯閉環，提高企業核心競爭能力。

職業學校立足為企業培養“智改數轉”過程中急需的制造業數字化工匠，也必須基于這一全新理念從人才培養方案、課程體系與標準、實驗實訓場景建設、教學改革與實踐、產教融合與成果孵化等維度深入探討研究。

3 基于“智改數轉”視角對學校智能制造實訓基地的畫像與診斷

學校智能制造實訓基地前身為機械加工實訓基地，研究“智改數轉”的現狀與方向，具有較強的參考價值。經過多年的建設發展，實訓基地各類實訓設備配套齊全，但設備型號較老，數字化改造程度較低。同時，實訓基地運作模式仍采用學校傳統教育教學模式，與企業基于產品全生命周期管理的理念脫節較大，信息化水平較低，實訓環境與生產環境對接不緊密。基地從建設伊始即推動甩圖板工程，先后成為國家制造業信息化三維CAD培訓基地、歐特克創意教育培訓基地，在計算機輔助設計與制造軟件的普及上不斷前進，學校智能制造實訓基地建設基礎的畫像診斷見表1。

表1 學校智能制造實訓基地建設基礎的畫像診斷

4 基于“智改數轉”視角改造學校智能制造實訓基地的實踐

基于對現有智能制造實訓基地的畫像與診斷，我校有針對性地開展對實訓基地的智能化改造和數字化轉型，并于2021年完成一期工程，主要做了以下內容建設。

4.1 基于工業數據采集，鋪設數控實訓中心MES

MES給從業人員提供生產計劃的計劃、執行、監測以及整合所有資源（人、設備、物料、客戶需求等）的可能性[2]。在智能制造高速發展的今天，MES的內涵也不斷拓展延伸，呈現出業務流程管理自動化、軟硬一體化融合和決策功能日益突出的特點。

（1）數控技術實訓中心MES建設的主要內容

我校智能制造實訓基地數控技術實訓中心共有數控車床、數控銑床、數控加工中心30臺，涵蓋發那科、西門子、凱恩帝等多種數控系統。本次建設旨在對這部分設備進行聯網，打通通信壁壘，通過以太網通信，對學校機床的實時運行數據進行采集，分析設備的運行狀態、故障信息、加工時間、空閑時間、加工數量等，進而分析出設備的運行效率、產能、故障率等信息。

本次改造的整體系統分為設備層、采集層、存儲層、應用層[3]。設備層主要為機床控制器；采集層通過以太網模塊、串口轉網口模塊、IOT GateWay軟件網關，實現機床接口的轉換及數據采集；存儲層分為實時數據庫緩存Redis，持久數據存儲MongoDB，滿足高頻率、大數據量的存儲需求；應用層則通過軟件計算優化，實現設備管理與配置、數據處理展示與消息推送等功能。

（2）數控技術實訓中心MES建設實現的主要功能

建設完成后的數控技術實訓中心MES能實現一系列智能化管理功能，明顯提高了實訓中心設備的運轉效率，如圖1所示。

圖1 數控技術實訓中心MES電子地圖

1）實現設備監控。MES能通過三維電子地圖實現對實訓中心內各設備運行狀態的實時檢索與參數監控，實時參數的類別根據設備自身所開放的接口有所不同。

2）實現故障管理。MES能查看設備在某個時間段內所發生故障的故障編號、開始時間、結束時間、持續時長等故障信息，支持根據設備編號、時間段進行過濾查詢。同時，支持統計查看設備在某個時間段內所發生的各種故障類型在所有故障中所占百分比。為設備的保養檢修提供依據。

3）實現程序管理。MES支持從文檔發放系統調取程序文件，支持頁面在線編輯程序，支持向單臺或多臺機床設備同時下發程序，也支持從設備向的程序上傳與本地保存，還能在線比較兩個程序文件，并以顏色進行標注比較結果不一致的行。

4.2 基于學校管理實際，建設智慧化庫房

學校智慧化庫房的建設根據教學使用實際需求，聚焦于提升物料庫存管理效能。項目在庫房推行物料條碼化管理，將物料流轉管理由傳統的單據處理轉變為現場實物掃碼流轉，由PC端操作轉變為手持條碼終端操作，可進行生產發料掃描出庫、生產完工掃描入庫、包裝作業、投料周轉任務管理和產出周轉任務管理，從而降低物料流轉錯誤率及人工操作工作量，大大提升管理效能。學校的實訓教學物料管理與工廠的要求有一定的差異，更加關注物料流轉的政策合規性，也需要一定的統計數據用于支持科學研判物料采購。因此，項目建設的重點在于庫房的自由建模、物料從入庫至領用出庫、返還、報廢的申報審批流程及使用數據的合理統計。

4.3 基于教學管理需求，建設實訓課程資源生成中心

制造類專業實訓教學與實訓設備的關聯度極高。因設備單價較高、班級學生人數較多，經常造成教學靠圍觀、指導多頭跑的問題。本次改建中完成了課程資源生成中心建設，通過信息化手段解決了分組教學與現場教學兩大實訓教學難點，也保障了優質課程資源的同步生成。同時，在疫情防控要求下開展在線教學時，課程資源生成中心也發揮了重要的作用。

1）分組互動教學教室。本次建設的分組互動教學教室采用七個攝像機位實現高清傳輸，配合定位攝像機的強大圖像跟蹤分析功能，能夠進行授課全自動錄制。教室還能通過可旋轉實訓吊臂將所有實訓小組的學生操作過程同步顯示在交互副屏或者老師授課大屏，并支持學生全景、特寫操作機位自由切換，實時對學生操作過程打點標注，讓老師輕松掌握每一組學生實操效果。在開啟微課摳像模式后，更可以自由選擇2D、3D場景，實現虛擬微課錄制，配合統一媒體資源管理平臺，并支持將所有畫面根據需要開放直播或者上傳平臺供學生、老師點播。當啟用云端服務器直播功能時，教學場景更可便捷分享到微信端，實現快捷、精彩的移動直播。在疫情防控期間，這間教室大展身手，“電工技術基礎”“電子技術基礎”等課程校內學生的分組教學被實時同步給在家上網課的學生，實現無縫互動，教學成效顯著，如圖2所示。

圖2 分組互動教學教室

2）移動教學車。針對鋪設中大型實訓設備的教學場所，項目還建設了移動教學車。教學車配備專業多功能萬向臂，轉臂可折疊收縮，可水平 360°旋轉，二節轉臂垂直45°調節，可多方位調節拍攝角度，并實現靈活移動、無線傳屏。以數控加工教學為例，移動教學車在機床旁錄制教師操作視頻，通過無線傳輸的方式同屏至工藝教室內的大屏上，內容還可以存儲至本地進行實時回看，大幅提高實訓教學效率與效果，如圖3所示。

圖3 移動教學車

5 “智改數轉”視角改造學校智能制造實訓基地的思考與后續

根據省市“智改數轉”相關文件精神，智能制造類企業及實訓基地需要完成關鍵工序數控化不低于65%、經營管理數字化不低于80%和數字化研發設計工具普及率不低于90%的建設目標[4]。職業學校的智能制造實訓基地受制于資金投入、發展理念、校企合作水平等因素的制約，與這三項指標尚有一定的差距。通過對智能制造實訓基地的畫像診斷，我校正式開啟“智改數轉”實訓基地效能改造提升工作，目前已完成MES設備層、采集層、存儲層的搭建，并基本完成第一期應用層建設；同時基于教學改革需要，建設課程資源生成中心；根據專業管理需要，建設智慧化庫房。目前已建項目運行穩定，為學校智能制造實訓基地建立了一套更為高效的運行邏輯，師生的教學效果和信息化應用水平得以提升，學校培養與崗位需求之間的數字化鴻溝進一步彌合。

下一階段，學校將進一步完善MES應用層的內容，著重打造在線測量站、產品合格率統計、不良品原因分析與反饋、無人值守庫房、國產軟件為主國外軟件為輔的數字化研發設計工具、新能源技術類實訓室等軟硬件項目。同時積極進行基于“智改數轉”視角的課程資源建設、教學改革、師資培養、項目孵化及產教融合等工作，從產品生命全周期管理的視角統一教學與實訓的理念與視角，在校內建設與企業生產環境緊密對接的實訓環境，真正以智改、數轉為理念引領學校智能制造實訓基地的發展，為提高育人質量不斷努力。