地方高校工業(yè)工程智造人才培養(yǎng)模式探索

黃沈權(quán)，陳亞絨，張祥雷，綦法群

(溫州大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，浙江 溫州 325035)

工業(yè)工程是以大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)(或制造系統(tǒng))為研究對象，在制造工程學(xué)、管理科學(xué)和系統(tǒng)工程學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)上逐步形成和發(fā)展起來的一門交叉工程學(xué)科。工業(yè)工程專業(yè)培養(yǎng)既具備扎實的工程技術(shù)和信息技術(shù)，又掌握現(xiàn)代管理科學(xué)與系統(tǒng)工程理論和方法，能熟練應(yīng)用工業(yè)工程知識和數(shù)字化手段對現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)和社會服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計、評價和創(chuàng)新的應(yīng)用型高級專門人才。

一、工業(yè)工程智造人才的培養(yǎng)需求

在“工業(yè)4.0”“中國制造2025”等發(fā)展戰(zhàn)略[1]的推行實施背景下，特別是國家工信部人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等發(fā)展規(guī)劃實施以及我國先進(jìn)制造業(yè)和“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展新趨勢的指引下，企業(yè)急需大量掌握工業(yè)工程技術(shù)和方法的專業(yè)人才，對制造流程和方法進(jìn)行精益化、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、數(shù)字化，從而最終實現(xiàn)智能化。與此同時，教育部提出新工科計劃以培養(yǎng)能夠適應(yīng)、甚至引領(lǐng)未來工程需求的人才[2]。

在這樣的產(chǎn)業(yè)與技術(shù)背景下，工業(yè)工程智造型人才非常匱乏，尤其是地方區(qū)域的中小型制造企業(yè)。例如，溫州地區(qū)的泵閥與軸承等機(jī)械基礎(chǔ)零部件、高檔數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人、汽車零部件、低壓電器等企業(yè)積極開展“兩化融合”與“機(jī)器換人”工作，智慧工廠初具雛形，在制造系統(tǒng)的智能規(guī)劃與精益管理、機(jī)械產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計與全生命周期管理、制造裝備的故障診斷與智能運維等方面的人才缺口非常巨大。這對員工的知識、能力及綜合素質(zhì)提出了新的要求，也為地方高校工業(yè)工程專業(yè)人才的培養(yǎng)指明了新的方向。

目前工業(yè)工程領(lǐng)域的教學(xué)研究基本分為三種：一是關(guān)于工業(yè)工程專業(yè)定位與人才培養(yǎng)模式的研究[3-4]，二是關(guān)于工業(yè)工程實驗室的建設(shè)[5-6]，三是關(guān)于畢業(yè)設(shè)計或生產(chǎn)實習(xí)等單獨實踐環(huán)節(jié)的改革創(chuàng)新[7-8]，對于基于地方產(chǎn)業(yè)升級的工業(yè)工程智造人才培養(yǎng)的研究很少，這不利于新一代產(chǎn)業(yè)技術(shù)背景下應(yīng)用型工業(yè)工程創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

二、工業(yè)工程人才培養(yǎng)面臨的問題

工業(yè)工程在國內(nèi)經(jīng)過20 余年的發(fā)展，培養(yǎng)了一大批兼具技術(shù)和管理知識的復(fù)合型人才，為我國的經(jīng)濟(jì)社會轉(zhuǎn)型，改善經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展的質(zhì)量做出了貢獻(xiàn)。隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，工業(yè)工程的人才培養(yǎng)也面臨著學(xué)科交叉、融合創(chuàng)新、閉環(huán)實踐等方面的挑戰(zhàn)，具體如下。

(一)工業(yè)工程經(jīng)典課程體系與智能制造知識的復(fù)合融通問題

新一代產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命，迫使地方區(qū)域企業(yè)進(jìn)行自動化、數(shù)字化和智能化的智能制造轉(zhuǎn)型升級，工業(yè)工程研究和改善的對象發(fā)生了重大變化。企業(yè)迫切需要既掌握經(jīng)典工業(yè)工程知識，又具備工業(yè)大數(shù)據(jù)分析、人工智能等智能制造知識[9]和跨界整合能力的復(fù)合型人才，傳統(tǒng)的工業(yè)工程的課程體系和內(nèi)容已無法滿足工業(yè)工程智造人才的培養(yǎng)需求。

(二)工業(yè)工程智造人才更高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力與跨界整合能力的系統(tǒng)培養(yǎng)問題

工業(yè)工程智造人才的工作對象是日益復(fù)雜的集成化制造系統(tǒng)，其設(shè)計、運行控制與評價不僅需要多學(xué)科交叉融合的知識體系，更需要創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和跨界整合的思維和能力。傳統(tǒng)工業(yè)工程教學(xué)以教師“教”為主，注重學(xué)生專業(yè)知識和能力的培養(yǎng)，忽視了對學(xué)生創(chuàng)新潛能的挖掘和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，缺乏團(tuán)隊合作能力及系統(tǒng)整體優(yōu)化意識的教育，割裂了教師科研與學(xué)生教學(xué)之間的聯(lián)動關(guān)系。

(三)工業(yè)工程專業(yè)教學(xué)與地方產(chǎn)業(yè)需求、工程實際的閉環(huán)銜接問題

工業(yè)工程是一門實踐性非常強的應(yīng)用型學(xué)科，來源于產(chǎn)業(yè)需求，又服務(wù)于工程實際，其理論知識只有在實踐應(yīng)用中才能深刻體會和理解。而傳統(tǒng)專業(yè)教學(xué)與地方產(chǎn)業(yè)界的聯(lián)動不夠緊密，實踐方法較為單一，缺乏學(xué)生親身體驗、實際操作的工程環(huán)境。使得學(xué)生對企業(yè)實際生產(chǎn)環(huán)境和制造環(huán)節(jié)缺少切身的感性認(rèn)識，難以觸發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動分析和解決問題的興趣和創(chuàng)新熱情，影響了學(xué)生深刻領(lǐng)會通過多學(xué)科融合和多知識貫通，來系統(tǒng)解決工程實際問題的工業(yè)工程原理，很難實現(xiàn)從理論知識到工程實踐技能的高效轉(zhuǎn)換。

三、地方高校工業(yè)工程智造人才的培養(yǎng)模式研究

本文以溫州大學(xué)的工業(yè)工程智造人才培養(yǎng)為例，探索基于地方產(chǎn)業(yè)升級的工業(yè)工程智造人才培養(yǎng)模式。

溫州大學(xué)工業(yè)工程專業(yè)以服務(wù)地方區(qū)域產(chǎn)業(yè)為宗旨，針對新一代產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命背景下，工業(yè)工程教學(xué)面臨的學(xué)科交叉、融合創(chuàng)新和閉環(huán)實踐的挑戰(zhàn)，基于地方產(chǎn)業(yè)智能化升級的人才培養(yǎng)需求，界定了工業(yè)工程智造人才的培養(yǎng)目標(biāo);構(gòu)建了匹配工業(yè)工程智造人才培養(yǎng)的復(fù)合融通的課程體系，將工業(yè)工程智造人才所需的知識、能力、素質(zhì)和素養(yǎng)等培養(yǎng)要求系統(tǒng)融入專業(yè)教育的全過程;以整合校企政多方資源將產(chǎn)業(yè)資源有效轉(zhuǎn)化為科研資源與教學(xué)資源為基礎(chǔ)，構(gòu)建了集課堂教學(xué)案例平臺、課內(nèi)外實驗平臺、校內(nèi)外實訓(xùn)平臺及師生共創(chuàng)平臺的多維協(xié)同教學(xué)平臺，全面支持工業(yè)工程智造人才的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力與跨界整合能力培養(yǎng);以信息與多媒體技術(shù)為支持，構(gòu)建了集虛擬仿真、線上線下混合、項目制、導(dǎo)師制及學(xué)科競賽等多元融合的系統(tǒng)化教學(xué)模式和泛在學(xué)習(xí)環(huán)境，實現(xiàn)理論教學(xué)與工程實踐的閉環(huán)銜接。具體如下。

(一)對接智造人才需求，界定工業(yè)工程智造人才的培養(yǎng)目標(biāo)

溫州區(qū)域經(jīng)濟(jì)的典型特征是塊狀經(jīng)濟(jì)，在一個區(qū)域內(nèi)面向一類產(chǎn)品形成較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。新形勢下，原有的勞動密集型模式不再能支撐制造業(yè)的發(fā)展，從而使提升產(chǎn)品附加值、提高生產(chǎn)效率和效益、加強企業(yè)協(xié)同成為溫州地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的途徑，而這些途徑的實現(xiàn)高度依賴于工業(yè)工程系統(tǒng)優(yōu)化的思想方法和新一代智能化模式和技術(shù)的應(yīng)用。

面向上述地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，界定地方高校工業(yè)工程智造人才的培養(yǎng)目標(biāo)是：既具有工業(yè)工程專業(yè)領(lǐng)域?qū)拸V的技術(shù)理論基礎(chǔ)知識，具備良好的工程實踐、跨界整合與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力;又具備人工智能的知識，掌握智造系統(tǒng)設(shè)計、運行控制與分析評價等智能化工程技能，適應(yīng)地方區(qū)域產(chǎn)業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級，能勝任“制造系統(tǒng)的智能規(guī)劃與精益管理”“機(jī)械產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計與全生命周期管理”“制造裝備的故障診斷與智能運維”等領(lǐng)域崗位的研究和應(yīng)用要求。

(二)基于智造知識模塊設(shè)計，構(gòu)建匹配工業(yè)工程智造人才培養(yǎng)的多學(xué)科交叉復(fù)合融通的課程體系

工業(yè)工程智造人才需要具備工業(yè)工程、人工智能等跨學(xué)科領(lǐng)域知識。基于系統(tǒng)模塊化和層次化思想，以智造系統(tǒng)的設(shè)計、運行控制和系統(tǒng)評價全過程為主線，通過梳理不同課程的教學(xué)重點及課程間的交叉聯(lián)系，刪減、裁剪、合并和提升傳統(tǒng)課程內(nèi)容，增加工業(yè)大數(shù)據(jù)分析及決策、裝備智能運維與健康管理、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)等課程，構(gòu)建涵蓋“通識、思政與人文素養(yǎng)類課程”“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程”“工程管理類課程”“工程基礎(chǔ)類課程”“工業(yè)工程專業(yè)核心課程”與“智造類課程群”于一體的課程體系(如圖1 所示)，規(guī)定了所涵蓋知識內(nèi)容的學(xué)分比例。

圖1 工業(yè)工程智造人才培養(yǎng)的多學(xué)科交叉復(fù)合融通的課程體系

相比傳統(tǒng)的工業(yè)工程課程體系，該課程體系的特點體現(xiàn)在：(1)將工業(yè)工程智造能力需求分解為智造系統(tǒng)設(shè)計、智造系統(tǒng)運行控制和智造系統(tǒng)評價三個核心課程群，通過引入智能化技術(shù)和提升傳統(tǒng)課程，在每個課程群下設(shè)置5～6 門對應(yīng)的專業(yè)必修和選修課;(2)設(shè)置數(shù)字化設(shè)計分析優(yōu)化訓(xùn)練模塊，構(gòu)建智造系統(tǒng)“設(shè)計-控制-評估-改進(jìn)”一體化軟件集成平臺，將數(shù)字化工程能力融入智造型人才培養(yǎng)中;(3)全面開展三級項目制教學(xué)，一是以企業(yè)工程問題為主題的智造系統(tǒng)設(shè)計、運行控制與分析評價一級項目;二是課程群知識綜合應(yīng)用為載體的二級項目;三是以主干課程核心知識點教學(xué)案例為基礎(chǔ)的三級項目，設(shè)置各級項目之間的遞進(jìn)關(guān)系，將數(shù)字化工程訓(xùn)練全面融入項目制教學(xué)模式當(dāng)中，充分發(fā)揮數(shù)字化集成平臺的作用;(4)強化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與綜合實踐環(huán)節(jié)，挖掘區(qū)域產(chǎn)業(yè)的典型案例，設(shè)置生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計、生產(chǎn)系統(tǒng)運行控制、精益制造項目實踐、數(shù)字化工廠設(shè)計優(yōu)化、生產(chǎn)系統(tǒng)診斷分析與改善專題等實踐課程，通過貫穿認(rèn)知實踐、工程基礎(chǔ)實踐和工程綜合實踐到工程創(chuàng)新實踐的層次化系統(tǒng)化實踐，將工業(yè)工程智造知識和能力的訓(xùn)練全面融入專業(yè)教育的全過程，使學(xué)生樹立多學(xué)科知識交叉應(yīng)用的意識，養(yǎng)成在多學(xué)科空間觀察、思考問題的習(xí)慣，實現(xiàn)智能制造背景下工業(yè)工程智造人才的多學(xué)科交叉復(fù)合融通能力培養(yǎng)。

(三)整合校企政多方資源，構(gòu)建對接創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力與跨界整合能力培養(yǎng)的多維協(xié)同教學(xué)平臺

工業(yè)工程智造人才需要良好的跨界整合能力與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，需要豐富的產(chǎn)業(yè)和教學(xué)資源作為培養(yǎng)基礎(chǔ)。溫州大學(xué)工業(yè)工程專業(yè)依托國家級國際科技合作基地、省級重點實驗室、省級重點實驗教學(xué)示范中心、地方產(chǎn)業(yè)研究院等校企政資源，構(gòu)建了產(chǎn)學(xué)研深度合作機(jī)制、資源共享轉(zhuǎn)化機(jī)制、企業(yè)導(dǎo)師制及師資工程師制等機(jī)制，將地方區(qū)域產(chǎn)業(yè)資源(如泵閥、汽配、低壓電器、包裝裝備等)和教師科研項目成果等轉(zhuǎn)化為工程案例庫、工程項目庫和生產(chǎn)視頻素材庫等教學(xué)資源，并將教學(xué)資源融入編寫的系列教材和新形態(tài)教材中。例如，面向智造系統(tǒng)設(shè)計、運行控制和評價三個方面，建立包含學(xué)校與地方政府、學(xué)院與地方行業(yè)、教師與地方企業(yè)“三對接”的校企合作制度，通過建立地方產(chǎn)業(yè)智造研究院、校企聯(lián)合實驗室、智造實習(xí)基地和設(shè)立實踐獎學(xué)金等方式，形成穩(wěn)定的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，將產(chǎn)業(yè)資源轉(zhuǎn)化為工業(yè)工程智造人才培養(yǎng)所需的多維教學(xué)資源;建立師資工程師制度，建設(shè)具有工程能力的師資隊伍，采用“互兼互聘，雙向交流”的辦法，遴選企業(yè)技術(shù)人員，擔(dān)任專業(yè)主要課程和課程設(shè)計的指導(dǎo)老師，同時選派教師到相關(guān)企業(yè)掛職鍛煉，豐富和提高其工業(yè)工程智造實踐知識與技能。

基于資源的有效轉(zhuǎn)化，構(gòu)筑了融合智造產(chǎn)業(yè)資源與教師科研項目的課堂教學(xué)案例平臺、支持工程基礎(chǔ)能力培養(yǎng)的課內(nèi)外實驗教學(xué)平臺、支持跨界整合能力培養(yǎng)的校內(nèi)外實訓(xùn)實習(xí)平臺，以及支持創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的師生共創(chuàng)平臺等多維協(xié)同教學(xué)平臺(如圖2 所示)，為專業(yè)學(xué)生營造了貫穿大學(xué)生涯的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和工程項目需求環(huán)境，形成了對接創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力培養(yǎng)的師生共創(chuàng)機(jī)制。

圖2 對接創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力與跨界整合能力培養(yǎng)的多維協(xié)同教學(xué)平臺

貫穿教育全過程的師生共創(chuàng)機(jī)制保障了工業(yè)工程專業(yè)學(xué)生從大一開始就選擇專業(yè)導(dǎo)師，并在大學(xué)四年與導(dǎo)師一起參與學(xué)科競賽、完成學(xué)生科創(chuàng)項目、企業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)計和就業(yè)創(chuàng)業(yè)，深度參與教師的科研項目、參與企業(yè)工程項目等，形成穩(wěn)定的師生共創(chuàng)關(guān)系，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)潛能和學(xué)習(xí)動力。學(xué)生通過深度參與教師科研團(tuán)隊和科研項目的大工程環(huán)境，提升了其創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與跨界整合能力，教師通過指導(dǎo)學(xué)生科研和學(xué)科競賽，實現(xiàn)了教研相長，具體形式和內(nèi)容見表1。

表1 工業(yè)工程智造人才培養(yǎng)的師生共創(chuàng)內(nèi)容

(四)適應(yīng)信息技術(shù)發(fā)展，構(gòu)建面向區(qū)域產(chǎn)業(yè)需求多元融合的系統(tǒng)化教學(xué)模式

面向區(qū)域產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型需求，基于復(fù)合融通的課程體系和多維教學(xué)平臺，依托“工業(yè)工程智造實驗室—大學(xué)生雙創(chuàng)基地—地方產(chǎn)業(yè)研究院—實習(xí)單位”的鏈條連接，應(yīng)用信息和多媒體技術(shù)，構(gòu)建集成項目制教學(xué)、虛擬仿真實驗教學(xué)、線上線下混合式教學(xué)、導(dǎo)師制教學(xué)、學(xué)科競賽等多元融合的系統(tǒng)化教學(xué)模式，為學(xué)生營造“課內(nèi)-課外”“線上-線下”“虛擬-現(xiàn)實”“校內(nèi)-校外”“經(jīng)典-前沿”“理論-實際”等互融互補的泛在式學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)生可以不受時空限制地開展“企業(yè)智造問題調(diào)研—工業(yè)工程智造項目設(shè)計—學(xué)生創(chuàng)新實踐—解決方案設(shè)計—校企協(xié)同評價”的五階段學(xué)習(xí)和實踐(如圖3 所示)，實現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實的閉環(huán)銜接，提升學(xué)生學(xué)習(xí)工業(yè)工程知識的深度和廣度，實現(xiàn)理論知識到實踐技能的轉(zhuǎn)換。

圖3 面向區(qū)域產(chǎn)業(yè)需求的閉環(huán)多元化教學(xué)模式

四、結(jié)束語

在“中國制造2025”“工業(yè)4.0”等發(fā)展戰(zhàn)略的推行實施背景下，區(qū)域產(chǎn)業(yè)的智能化升級勢在必行，這對工業(yè)工程人才培養(yǎng)提出了新的要求。針對工業(yè)工程人才培養(yǎng)面臨的學(xué)科交叉、融合創(chuàng)新、閉環(huán)實踐的挑戰(zhàn)，本文以溫州大學(xué)的工業(yè)工程智造人才培養(yǎng)為例，探索了地方高校工業(yè)工程智造人才的培養(yǎng)模式。通過對接智造人才需求，界定工業(yè)工程智造人才的培養(yǎng)目標(biāo);基于智造知識模塊設(shè)計，構(gòu)建匹配工業(yè)工程智造人才培養(yǎng)的多學(xué)科交叉復(fù)合融通的課程體系;整合校企政多方資源，構(gòu)建對接創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力與跨界整合能力培養(yǎng)的多維協(xié)同教學(xué)平臺;適應(yīng)信息技術(shù)發(fā)展，構(gòu)建了面向區(qū)域產(chǎn)業(yè)需求多元融合的系統(tǒng)化教學(xué)模式。經(jīng)過實踐，工業(yè)工程專業(yè)學(xué)生的工程綜合能力和就業(yè)競爭力顯著提升，數(shù)字化、智能化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成果突出，形成了系列的教研成果，為培養(yǎng)適應(yīng)區(qū)域產(chǎn)業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級的工業(yè)工程智造人才提供了一種有效途徑。