工業軟件標準化趨勢下高職院校服務地方發展能力的路徑實踐＊

無錫職業技術學院控制技術學院 張楠 臧淵

隨著我國制造業數字化轉型步伐日益加快，工業軟件逐步成為制造業高質量發展的關鍵支撐。我國的工業軟件產業形態趨于完善，針對工業軟件標準化的趨勢，我校智能控制技術專業聚焦人才培養方向和課程體系的調整、創新課程的教學設計和實施方式、企業員工培訓、工業軟件的技術研發，作為高職院校力求更好地服務地方制造業的發展。

2021 年年末，工業和信息化部發布《“十四五”軟件和信息技術服務業發展規劃》，提出“重點突破工業軟件”及“完善軟件產業標準體系”等重點工作任務[1-4]。2022年中國電子技術標準化研究院發布《工業軟件標準化路線圖（2022）》。工業軟件標準化既是凝煉工業軟件產業共識、促進經驗固化的有效方式，又是引領工業軟件技術創新、推進規模化應用的重要著力點，對于加強工業軟件產業健康發展、提升國際影響力具有重要意義。

工信部指出，近幾年來，中國工業軟件市場規模穩步壯大，2022 年到7 月為止中國工業軟件產品收入1219億元，同比增長8.7%，供給能力有效提升，發展環境持續優化，為制造業數字化轉型提供了有力的支撐[5-8]；2022 年9 月無錫市政協召開工業軟件重點提案督辦會；由此可見工業軟件領域正在蓬勃發展。

工業軟件是承載了工業知識和經驗，面向工業領域，解決研發設計、生產制造、運維服務、經營管理等場景需求的一類軟件，信息資源貫穿著數據采集、分析、決策、執行等各個環節，分為研發設計、生產制造、運維服務、經營管理及新型工業軟件等類型，如圖1 所示。

圖1 工業軟件基本認識Fig.1 Basic knowledge of industrial software

作為高職院校，我校將近期的建設目標定為智能制造特色校。我校智能控制技術專業將重點集中在工業軟件的軟件技術層和行業應用層的教學與技術研發上。工業軟件在智能制造場景中的地位可謂舉足輕重。根據工業軟件標準化的趨勢，以及根據地方發展的需要，調整智能控制技術專業人才培養和技術研發方式方法十分重要。

1 教學改革

1.1 專業培養方向調整

本校依托智能控制技術等多個專業與施耐德電氣（中國）有限公司建有施耐德工業軟件產業學院，教師與施耐德行業經理兼產業教授帶領的企業團隊定期進行研討，同時與本地企業保持緊密的聯系。調研發現短期來看與自動化相關的企業都有較為急迫的工業軟件培訓需求，也正意味著新崗位需求已凸顯，對口人才培養恰為高校服務地方經濟的路徑之一。專業培養方向的調整短時來看可以為地方企業提供急迫的培訓資源，長期來看將為地方發展培養更多的對口人才。

在數字經濟產業迅速發展的背景下，工業軟件已從工具的角色向平臺轉化，主宰著工業的走向。人才是工業軟件產業發展的動力源泉，現狀一般是IT 行業的工程師不懂制造，懂制造的不善長軟件，而對口人才培養困難、高校培養方式單一、行業待遇相對較低，因此當前我國工業軟件行業人才短缺現象依然嚴峻。針對工業軟件標準化新趨勢，積極改革專業培養方案，課程教學方法，提高人才的綜合能力，培養同時掌握行業工業知識、工程經驗和軟件技術的對口復合型人才。

面對工業軟件標準化趨勢，智能控制技術專業結合本校智能制造特色校的建設目標，關注制造業研發設計、生產制造工業軟件相關的數字化支撐部分，以工業軟件教學實踐及服務本地企業數字化轉型的技術開發項目為經驗基礎，借鑒國內外其他地區企業智能化改造和數字化轉型模式的優勢，進行系統的總結提升，搭建高校及無錫企業的數字化支撐網絡，這個目的主要包括以下四個方面：（1）解決工業軟件研發、設計及應用就業崗位稀缺帶來的大學生就業創業民生問題；（2）推動大學生創業在工業軟件新興產業發展中發揮積極作用；（3）探索工業軟件研發、設計及應用創業型經濟雛形建立；（4）構建工業軟件研發、設計及應用培訓模型，形成獨具特色的培訓模式，助力無錫企業智能化改造和數字化轉型。

數字化轉型是企業發展趨勢，但2019 年前大部分企業動力和投入不足。隨著時代的發展，現如今企業對數字化轉型的需求凸顯，計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助仿真（CAE）、數據采集與監控（SCADA）、生產管理（EMS）軟件的市場前景樂觀。智能制造控制系統中上層企業經營管理及生產綜合管理與現場過程控制及現場設備/傳感器都離不開設計仿真及數據采集環節。由于輔助設計及仿真、數據采集與監控系統和生產管理系統的構建要在不同的行業企業場景下，必須根據具體情況設計方案，相關崗位人才需求較為旺盛。智能控制技術專業主崗位為智能設備系統集成技術員、精益生產管控技術員，該專業聚焦智能設備信息融合、數字化管控。考慮智能控制技術專業主要崗位對應的工作領域，那么輔助設計仿真及數字化管控相關課程的新增和建設是必要的。按照工業軟件分類來看，輔助設計仿真及數字化管控軟件分別屬于研發設計類和生產制造類工業軟件，如圖2 所示。

圖2 工業軟件分類Fig.2 The classification of industrial software

1.2 教學設計

我校發展規劃聚焦智能設備信息融合、智能制造數字化管控，與工業軟件緊密相關，建有工業軟件數據采集及控制實驗室和工業軟件設計仿真實驗室，控制技術學院已開設《工業軟件技術及應用》課程，并申獲工信部“十四五”規劃教材高等職業教育類教材立項，同時積極開辦無錫市項目制培訓項目，為地方企業職工提供相關培訓，教學團隊成員與本地高新技術企業合作工業軟件相關橫向項目，為課程教學項目開發研究提供良好的基礎，為教學設計提供更多的思路。

針對裝備制造類專業學生以及工業軟件行業職工，結合工業軟件標準化趨勢，調查研究各行業內外部工業軟件共通與差異屬性，尋找調整工業軟件教學培訓方案，為無錫企業輸送面向經濟社會發展需要和生產服務一線，適應產業轉型升級和企業技術創新需要的，能夠勝任工業軟件研發、設計及應用等相關崗位的高素質技術技能人才，服務青年就業創業，為無錫企業智能化改造和數字化轉型發揮作用。

以近兩年建設的新課程工業軟件相關的課程《工業軟件技術及應用》為例，由淺入深的項目化課程設計，真實簡化的企業案例，自適應反饋評價體系，模糊化要求設定，分工團隊合作探索，非全能目標，自我認識評價，相互評價，引導對人工智能數據挖掘、機器學習的認識，就業升學。具體來說，項目一為方案設計及軟件安裝；項目二為基礎案例；項目三為全面案例；項目四和項目五為真實企業案例，如圖3 所示。項目一為引入模塊，引領學習者形成SCADA 系統的初步認識，使學習者了解SCADA 系統應用的場景、數字化轉型中的作用、智能制造中所處的環節、SCADA 系統的組成等知識，掌握SCADA 軟件的安裝與授權；項目二為簡單又經典的案例，能夠接觸到SCADA 系統架構中的基本知識及操作，以單人操作為主；項目三則是能夠涉及到較為全面知識點及操作的案例，在前面兩個項目的基礎上，更深層次地學習及練習SCADA 系統的架構方法，這個階段仍然是以單人為學習單位，直接進入團隊協作的模式有可能導致個人部分知識點或操作的缺失；項目四和項目五將帶領學習者切入真實的企業案例，在夯實了知識及操作的基礎上，最后真實案例階段鍛煉學習者的團隊合作能力，以團隊的形式完成系統的規劃、構建、測試和維護。在每個項目結尾都有兩張評價表，分別是自我評價表和指導教師評價表。評價表中又包含一些固定指標和每個項目不同的操作指標。具體項目操作指標在教學設計時考慮僅涉及實現項目功能的必要操作，項目其余部分都是開放的，允許學員有自己發揮的空間，歡迎創新的思維。

圖3 教學設計Fig.3 The design of teaching

教學團隊對整個教學行為進行分析，教學效果好的地方記錄下來作為成功的經驗，未達成的地方記錄下來，對課程設計進行修改。對于重點難點的突破過程仔細反思，這個方面的突破是教學計劃中描述的重點。實踐出真知，教學過程對教學設計修改助益頗大。

1.3 教學實施

對智能控制技術專業開設的《工業軟件技術及應用》課程進行教學研究。數據采集作為一切對智能制造控制系統數據處理的前提，數據采集與監控系統構建是智能控制技術專業或其他自動化相關專業學生必須具備的能力。

該課程采用項目化教學模式，將包含知識點的項目還原到課程工作任務中，支持獨立操作與團隊協作。借鑒在德國雙元制教育四步法，根據學習者具體情況進行重新設計，將課程中每個單元學習流程分解為教學計劃、任務描述、實操計劃及練習、自我評價和指導教師評價四步，如圖4 所示。四步法引導整個學習過程，豐富的評價體系，提高學生學習積極性，最終達到提升課程教學效果的目標。項目二及項目三單人操作，在項目開啟前，繪制整體藍圖，讓學習者明確該項目完成后的效果，雖然是離散的操作任務，但最終形成一個整體的項目。完成項目后，引導學生進行項目測試，養成項目全流程的良好習慣，根據測試結果改善項目功能。操作結束之后，由學員本人對自己所完成的工作打分，為學員養成審視的習慣。再由指導教師對學員打分，形成過程考核中的一部分。自我評價表和指導教師評價表中包含了完成量、準備充分程度、計劃合理程度及其他具體項目操作指標，學員可借由兩張評價表的對比，發現問題解決問題。

圖4 四步法Fig.4 The method of four steps

從包含基礎知識點的簡單項目和全面項目的單人操作過渡到真實案例的團隊協作，在保證每位學員夯實基礎知識點和基本操作的基礎上，再進行團隊協作，避免實操任務過于集中個別成員。學生分組組成團隊,對企業案例進行深入了解，通過查閱調研、集體討論并設計方案加以實踐，以SCADA 軟件為主配合數據庫軟件實現功能，經測試后確定最終SCADA 系統，每位學生以個人為單位根據對應整個實操過程中的給定條目自評，最后由任課教師在實踐操作計劃及練習表中進行打分，作為課程過程考核中的一部分。

1.4 考核方式

智能控制技術專業課程注重過程考核，以《工業軟件技術及應用》的考核方式為例，過程考核以兩種形式進行，線上作業的形式加深知識點的認知，線下實際操作的方式為基礎的實踐為主[9]。

線上作業注重職業道德知識、工業數據采集與監控系統架構的理論知識及基礎知識。以判斷題的形式考核學生在知識易錯點上的辨別能力，以單項選擇題、多項選擇題及填空題的形式考核學生在知識重點難點上掌握程度。

期末考核以實操的形式進行。以行業真實應用場景的形式作為上機大題，考核學生的實際架構能力。考核的最終目標是讓學生能夠掌握SCADA 系統的架構方法，在課程規定的課時內學會利用已掌握的知識解決實際項目的問題，同時培養團隊協作的習慣，以便學生在進入企業工作時更好地適應團隊合作的形式，減短適應的過程。

2 科研創新

我國工業軟件仍與國外廠商在多個方面還存在較大差距，工業軟件產業多個環節存在技術薄弱和空白，需要各方共同努力開展技術攻關[10,11]。例如在CAD、CAE和EDA 等核心技術領域，仍需加強相關技術研發和產品迭代。作為更貼近制造業第一線的高職院校專業教師，我校智能控制技術專業引導教師們將工業軟件技術研究結合原研究設定為自己科研的主攻方向，帶來一系列橫向課題的立項。在課題研究過程中，在校生也參與進來，有的還申請到了省級大學生創新創業訓練計劃項目。而橫向課題的研究內容也由教師轉化為課程中的項目案例，豐富課程內容，充實實訓項目。教師科研研究方向聚焦工業軟件，高校科研力量服務地方企業。

3 結語

高職院校服務地方發展根本立足點還是教學，我校制造類相關專業順應工業軟件標準化趨勢，調整培養方向，創建或更新課程，豐富或迭代教學資源，為地方企業提供職工培訓服務，以及調整人才培養方案，培養對口的技能型人才。與此同時，引導專業教師將研究方向主動靠攏工業軟件技術，為地方企業提供技術支持，研究橫向課題，帶動學生的創新創業，反哺教學工作，形成產學研良性循環。