裝備制造專業為制造業數字化轉型培養人才研究
——以南充職業技術學院為例

楊明軒,李躍華 ,王愛華

(1.南充職業技術學院 機電工程系,四川 南充 637131;2.南充文化旅游職業學院 學院辦公室,四川 閬中 637400)

制造業是現代化發展的原動力,是規模效益最為顯著的產業,各方都高度重視制造業的發展。然而,受疫情反復持續和國內外環境等不確定因素的影響,國內制造類企業大多面臨市場、資金、人才、技術等問題,重重困難、舉步維艱,處于生死存亡的邊緣。對此,必須建立起適應市場經濟要求、產業集中度合理的生產體制。制造業通過數字化轉型,開展智能制造化解危局,但卻面臨相關技術技能型人才短缺等問題。

一、學院裝備制造專業

南充職業技術學院(簡稱學院)裝備制造專業設有智能控制教研室、智能制造研究所等機構;開設工業機器人技術、機電一體化技術、機械設計與制造(3D打印技術方向)、數控技術、汽車檢測與維修技術、汽車制造與裝配技術、新能源汽車技術、城市軌道交通機電技術等專業,依托南充及周邊強大的裝備制造業,構建起堅實的辦學基礎,成為相關人才的培養基地。

(一)師資力量

現有專任教師48人,教授3人,副教授12人,博士2人,研究生25人。擁有工業機器人省級教學團隊1個,四川省有突出貢獻專家1人,教學名師3人,南充市數控維修、數控加工首席技師2人,南充市數控、鉗工、工業機器人操作技能大師3人,“1+X”師資培訓專家1人,工業機器人應用編程“1+X”培訓師和考核師11人,企業兼職教師15人,“雙師”型教師占比93%。

近五年來,獲國省市級科研項目、專利及軟件著作權26項,公開發表論文30多篇,主(參)編出版著作教材13部,建成精品課程12門。

(二)教學設施

校內建有省級智能制造生產性實訓基地、工業機器人實訓中心、3D打印實訓中心、電氣控制與可編程實訓中心、數控實訓中心、汽車實訓基地、金工實訓中心等,場所面積7.5km2,設備總值2千多萬元。校外建有吉利四川商用車公司、人本集團、中科九微、銳進機械等實訓基地十多個,還建有拓格機器人學院和其他冠名班等。

擁有國家高技能人才培訓基地、四川省高技能人才培訓基地、南充市工業機器人應用與研發重點實驗室、教育部“工業機器人應用編程、工業互聯網實施與運維”“1+X”試點項目、大師工作室等。

為主動適應地方經濟社會發展、產業需要和企業技術要求,充分利用地方資源,政產學研用協同,以產業鏈和產業集群為導向,培養服務于區域經濟社會發展與產業對接的技術技能人才[1]。

二、南充及周邊制造業

(一)南充制造業

南充位于成都、重慶、西安三角經濟區要沖和川渝陜甘腹地,是《成渝城市群發展規劃》的“川東北區域中心城市”和《成渝經濟區區域規劃》的“成渝經濟區北部中心城市”。

南充擁有較為完善的汽車汽配產業體系,是四川省五大汽車汽配生產基地、西部新能源汽車研發制造基地,汽車汽配產品生產總量居四川省第二位,形成以新能源商用車、專用車、改裝車等整車為龍頭,以發動機、車橋、熱交換等關鍵零部件為配套的汽車產業體系。

2019年,南充汽車汽配、高端裝備制造產業實現產值810億元,年增長達14.1%;2020年汽車整車制造和汽配產業總產值為904億元,同比增長11.6%,電子信息產業和高端裝備制造產業總產值420億元;2021年南充市汽車汽配業增加值比上年增長13.4%;2022年上半年南充市規模以上工業增加值同比增長0.2%,高新技術產業增加值增長12.9%,汽車汽配產業增加值增長2.3%[2]。

南充是四川省重要的高端裝備制造基地,重點發展智能制造裝備、航空裝備制造、摩托車配件、農用機械等產業。南充與周邊在機械、汽車、摩托車、農機等有著密切的產業協作、配套關系,是成渝雙城經濟圈發展的重要輻射源。

(二)南充周邊制造業

南充周邊就是成渝雙城經濟圈,其實力不菲,是國家四大板塊中增速最快的,僅從2019年至2021年間看,兩地規模以上工業企業營業收入從6.5萬億元增長至8萬億元,2022年上半年,重慶、四川規模以上工業增加值同比分別增長6.3%、3.6%,均高于同期全國平均,制造業高質量協同態勢加速形成[3]。

(三)制造業面臨的困境

南充及周邊制造業雖表現不俗,成績斐然。但長期以來,國內制造業利用勞動力充裕、成本低的優勢,大力發展勞動密集型產業,逐步形成了具有國際競爭力的制造產業鏈。而大多數制造業企業缺乏創新動力,產品徘徊在價值鏈的低端,且受疫情和內外環境的影響,在生產方面,因上下游企業復工參差不齊,使生產鏈、供應鏈、產業鏈運行不暢;在銷售方面,受疫情影響消費力下降,訂單大幅下降,企業庫存增加,占用大量資金,使利息、租金、員工工資等固定成本增加,導致企業短期償債能力嚴重下降,成本上升,且隨著勞動人口的逐漸減少,人力成本日益增加,人力資源緊張,訂單減少,制造業增長勢頭減弱,面臨極其嚴峻的挑戰,處于生死存亡的巨大危機之中。

(四)制造業轉型智能制造

制造業數字化轉型就是制造類企業以及產業鏈、供應鏈運用工業互聯網、大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等數字技術,以數據為驅動,對研發設計、生產制造、倉儲物流、銷售服務等業務環節,進行軟硬結合的數字化改造,推動制造企業生產方式、企業形態、業務模式、就業方式的全方位變革,重構傳統工業制造體系和服務體系,促進產業鏈、供應鏈高效協同和資源配置優化,催生新模式新業態。而智能制造是基于數字化技術,在制造過程中賦予機器智能,使制造機器或系統進行分析、推理、判斷、構思和決策等智能活動[4]。

為破解制造業所面臨的困境,各方都在大力推動汽車汽配、摩托車配件和農業機械等制造產業轉型發展,使制造類企業由“制造單一化”向“整體智能化”、“低端制造”向“高端技術”上加速轉型,推行“機器換人”改造和智能生產。因此,通過數字化使制造業轉型智能制造,成為傳統制造類企業生存和發展的必然選擇。

(五)智能制造的關鍵是人才

人力資本是實現智能制造由理論創新到生產實踐的關鍵性要素。制造業要從傳統生產方式向智能化生產方式轉型,就必須顛覆傳統生產制造過程中人、設備與工廠之間的關系,特別是在系統層面既需要拔尖創新人才實現高精尖科技突破,又需要技術技能人才實現生產一線的快速應用和高效產出;在技術和數據領域,更需要業務技術協同與良好的溝通能力;在流程領域,需要具備“群策群力”的能力,掌握優化流程或流程再造等關鍵領域的人才。因此,推進智能制造不但需要專業的規劃和實施人才,還需要能對這些智能化設備和系統進行熟練操作的技能型人才。

職業教育作為實現技術技能人才有效供給的重要一環,在制造業生產方式的更新迭代、產業技術革新過程中發揮關鍵作用,能夠為制造業數字化轉型培養技術技能人才,是推動智能制造不可或缺的核心力量。

三、構建智能制造專業群

裝備制造各專業技術互補性強,教學資源能高度共享,還能發揮職業教育作為培養技能人才的獨特作用。對此,以工業機器人技術專業為核心,以數控技術、機電一體化技術(工業互聯網方向)、機械設計與制造(3D打印技術方向)等體現新技術方向的專業為支撐,圍繞智能制造工程技術鏈這一主線,緊跟技術發展前沿,依據產業需求整合裝備制造各專業優勢資源,構建智能制造專業群(簡稱專業群),為制造業數字化轉型培養人才,如圖1所示。

圖1 智能制造專業群

組建專業群能開發新課程、強化師資隊伍,打造先進實訓設施等,對教學資源進行優化集成與利用,有利于專業群集約化發展,形成各專業可持續發展機制,使專業辦學生命力強。

(一)重構專業群課程體系

專業群課程體系重建是基于崗位能力為導向的課程組合,每一組課程對接一個工作崗位,由若干個學習領域或教學模塊為單元組成,內容源于企業的工作領域。每個學習領域規定了教學目標、教學參考課時、教學內容,教師以行為導向的方式進行授課,使學生學習后能在智能制造行業領域內獨立計劃、實施和檢測其工作任務,從而體現課程應用屬性,突出能力本位。

1．以關鍵技能和技術需求為導向

機器人由“機械本體、電氣控制模塊、PLC模塊和數字化控制系統”組成,在生產領域中,機器人需要與數控機床等設備組成智能產線一起協同工作。培養工業機器人編程、安裝、調試、維護等技術技能人才是面向工業機器人在成型、焊接、噴涂、裝配、物流等應用領域;數控技術專業面向零件加工、模具制造等應用領域,培養數控設備編程、運行、維護等技術技能人才;機電一體化技術(工業互聯網方向)專業面向智能產線設計、工程改造、工業軟件應用、企業上云等應用領域,培養自動控制、工業網絡建設、物聯網應用、APP應用開發、系統集成等工業互聯網前沿應用技術人才;機械設計與制造(3D打印技術方向)專業面向智能制造、3D模型開發、產品樣件制作、小批試制,以及正式生產等工藝環節,培養制造工藝(如工藝標準、作業指導書等)設計、工藝裝備(如夾具、檢具、模具等)開發、工程項目管理等方面專業技術人才。因此,工業機器人技術專業、機電一體化專業(工業互聯網方向)、機械設計與制造(3D打印技術方向)均可培養從事機器人組裝調試類、機器人運維類、機器人集成應用類崗位群,數控技術專業可培養從事機器人零部件制造類、智能產線集成應用類、機器人運維類崗位群。由此可見,經職業崗位和職業工程技術能力分析,把專業群課程設置與就業崗位銜接,如圖2所示。

圖2 課程設置與就業崗位銜接

2．以能力培養為核心

專業群建設的核心是課程。專業群課程設置與智能制造工程技術鏈各應用環節技術相關,完全對接就業崗位。課程開發聚焦區域汽車汽配、高端裝備制造等產業的智能制造工程環節,緊扣技術和產業升級需求,與智能裝備系統發展同步,服務于智能制造工程環節中的產品試制、工藝裝備、工程制造、生產運作、設備維護等技術鏈。形成以智能制造工程為導向、工程設計為引領、智能裝備為支撐、工業網絡為平臺的工程技術體系,打造工程設計、建設(安裝、調試、檢測)、應用(工程應用和生產運行)和維護一體化的課程體系。把“知識(學科)本位”轉變成“能力本位”,培養以能力為核心的技術技能型人才。

(二)校企聯合開發課程

課程內容由校企聯合開發,教材結構以模塊化為主體,以任務為驅動,遵循基于職業能力需求為導向的教學理念。對此,把企業職業分解成若干活動單元,做成作業項目,課程教學內容從企業項目“拆解轉化”而來,建立產業鏈項目引領,“專業通用能力+作業項目”組成15個左右的“學習模塊”,重構專業群課程體系。

1．公共基礎課程

公共基礎課程按國家要求和通識教育需要,采用為裝備制造專業的課程。包括:軍訓與軍事理論、思想道德修養與法治、毛澤東思想和中國特色社會主義理論體系概論、習近平新時代中國特色社會主義思想概論、形勢與政策、體育、大學生職業發展與就業指導、心理健康教育等列入必修課;并將黨史國史、創新創業教育、大學語文、高等數學、公共英語、安全教育、職業素養等列入必修課或選修課。

2．專業基礎課程

培養專業通用能力的專業基礎課程設置7-9門。包括:機械制圖與AutoCAD、機械工程基礎、液壓與氣壓傳動技術、電工電子技術應用、電氣控制系統、計算機基礎、C語言程序設計、數據庫技術、智能制造概論等。

3．專業核心課程

由企業職業分解成的作業項目組建專業核心課程,設置7-9門。包括:可編程控制器技術、工控網絡與組態技術、傳感器與智能檢測技術、工業機器人技術、機器視覺識別技術、智能生產線數字化集成與仿真、MES系統應用、智能控制系統集成與裝調等。

4．專業技能實訓

根據學院和合作企業現有的實訓條件設置6-8門。包括:金工實訓、電工電子實訓、電氣控制與可編程實訓、數控加工實訓、工業機器人實訓、3D打印實訓、智能制造生產線安裝與調試、智能制造生產線生產與管控等實踐教學。

5．專業拓展課程

專業拓展課程包括限選課程和任選課程。包括:運動控制技術、自動生產線安裝與調試、Python應用基礎、單片機應用技術、大數據處理與應用、變頻調速與伺服驅動技術、傳感網應用技術、RFID應用技術、工業機器人工作站系統集成、機械數字化設計與制造、機械產品三維模型設計等,專業拓展課程可依據區域產業結構進行適當的調整。

6．開發課程資源包

根據企業工程師、普通技術工人、農村勞動力轉移人員、轉業軍人、職業院校等不同需求,開發不同層次學習與培訓課程的資源包,以滿足線上、線下學習需求,為地方產業轉型升級培養應用型人才。還根據產業用人技能需求與學院實際教學實訓條件,校企共同編寫新型活頁式、工作手冊式項目化校本教材,配套開發信息化資源,且教材內容根據校企教學實訓條件的不斷完善與用人單位對技能需求同步更新。

(三)建設高水平師資隊伍

專業群建設的關鍵是教師。圍繞智能制造工程技術鏈人才培養要求,著力提升教師職業素養和教學能力,以發揮教師在制訂與落實教學計劃、培養學生崗位實踐能力和專業技能及綜合職業素養、教育教學研究等專業發展、人才培養方面的作用,打造一支“師德高尚、業務精湛、專兼結合”的教學創新團隊。

1．夯實專任教師隊伍建設

學院通過南充市政府嘉陵江英才計劃,引進專業群相關專業的碩士、博士等高層次人才,優化教師隊伍結構。并通過國內相關培訓、研修進修、學術交流、專業交流、參加技能大賽、主持或參與各類縱橫向課題研究、企業一線鍛煉、參與企業技改項目、為企業提供技術服務等方式,打造專業技術水平高、實踐能力和創新能力強的骨干教師和“雙師型”教師隊伍,以加強專任教師隊伍建設。

2．強化兼職教師隊伍建設

專業群實行“互兼互聘、雙向聯動”機制,從企業聘請實踐經驗豐富的行(企)業領軍人才、大師名匠、技術骨干等高技術技能人才擔任兼職教師,并對兼職教師開展職業教育教學規律、職教理論、教學方法、教師職業規范等方面進行培訓,以增強職業教育能力,既可承擔專業技能教學,又可參與專業課程開發、技術講座等工作,以加強兼職教師隊伍建設。

(四)打造高水平實訓基地

專業群建設的基礎是實訓基地。圍繞智能制造工程技術鏈,經整合基礎實訓,賦能智能制造實訓和“1+X”證書“培考管”基地,面向企業真實生產環境,以任務式培養模式建設專業技術實訓,打造具有區域特色的智能制造公共實訓基地,為區域提供綜合服務和技術創新,形成集教學與技能考核、技術服務與創新、工程素質教育與課程思政于一體的綜合性、開放性、模塊化的實訓基地,如圖3所示。

圖3 打造專業實訓教學基地

1．整合基礎實訓基地

兩組高血壓左心室肥厚伴衰竭患者和健康人員的各項基線資料相比無明顯差異性，即可用P＞0.05表示兩者之間具有可比性。

由于現有的實訓只能滿足某門或某些課程的實踐教學需要,大多分散且沒有形成一個綜合實訓平臺[5]。對此,打破工業機器人、數控技術、機電一體化技術、機械設計與制造等原有專業實訓基地體系,通過整合學院和企業資源,在機電、電工電氣、數控、工業機器人、金工實訓等平臺基礎上,按照制造類專業基礎構建工程實訓操作和維護保養等基礎實訓場所,主要承擔數控機床、工業機器人等制造基礎及軟件教學,具有共享性、開放性。通過實訓讓學生對設備進行機械、電氣、通信等元器件拆裝,了解設備的結構與性能,通過編程操作、檢驗檢測和維護維修保養調試等訓練,滿足智能制造基礎技能培訓。同時,還承擔車工、銑工、加工中心、電工、焊工、鉗工、工業機器人等工種的中高級職業技能鑒定。

2．打造公共實訓基地

專業群基于制造業數字化轉型發展需求,以智能控制教研室、智能制造研究所,以省級智能制造生產性實訓基地、南充市重點實驗室(工業機器人應用研發)和工業機器人省級教學團隊等平臺,運用工業互聯網、智能傳感技術、大數據、云計算及人工智能等新技術,針對南充及周邊主導產業相關裝備設計、制造、安裝調試、運行維護、改造升級全生命周期,構建從生產計劃到產品交付全過程的生產組織、現場管理、質量控制等實訓內容,對區域內中小微制造類企業開展研發、推廣工業互聯網產品,實現工業數據采集設備的部署、工業現場數據采集上云、工業APP研發應用等提供工業大數據建模、分析處理等服務;對設備集成、安裝、調試的運維管理需求,提供系統組建、數據采集、工藝改善、能耗采集、運行維護維修與管理及安全預防、防護、控制、處置等技術服務。構建具有區域產業特色的工程實踐綜合實訓平臺,如圖4所示。

圖4 打造智能制造公共實訓基地

公共實訓基地聚集裝備制造專業的優勢教學資源,以企業職業為目標,將創新性與實踐性相結合,夯實產教融合,注重基礎工程,拓寬專業訓練,融合學科交叉,解決學時少、課程多的矛盾,突出應用開發性教學,讓學生掌握知識,培養能力和素養,打造具有創新思維和綜合應用能力的人才。除兼顧實訓教學、教師科研外,還承擔三維建模數字化設計與制造、工業產品創新設計與快速成型、自動化生產線安裝與調試等市院級職業技能大賽。

公共實訓基地作為政企校三方協同機制,將職業崗位與生產性實訓基地融合,形成以實踐教學、職業技能競賽、職業技能培訓鑒定、科研開發、創新創業、社會服務相結合的現代工程實踐教學基地,最大程度地提升技術設備和人才資源的集約度,擴展了技能人才培養的覆蓋率,構建社會化的技能人才專業實踐平臺,為培養高技能人才核心技能開辟了一條有效的實踐路徑,為推動智能制造技術的推廣與應用、引領產業技術發展、助推南充及周邊產業做大做強貢獻力量。

四、教學效果

(一)過程評價

教學效果通過考核評價體系體現。因專業群構建起以教師、課程和實訓為主的教學體系,突出理論學習,強化技能實習實訓,改變考試(查)成績以期末理論考試為主方式,而是將實踐與理論考試(查)各占一半,實踐考核成績由課程設計、測繪、實訓(習)、出勤、作業、競賽等環節按一定比例計入,加大實訓實踐考核力度,注重過程評價,改變傳統課程考核評價方式,形成教學質量保障體系和人才培養體系,以滿足培養智能制造人才需要。

(二)社會評價

學生就業率高,社會評價積極。學院先后與吉利四川商用車、中科九微、南充市銳進機械等十多家企業簽訂合作培養人才協議,并將企業的生產車間作為頂崗實訓基地,現場學習五軸加工技術、機器人離線編程與仿真、MES生產管理系統等技能,培養基礎扎實、自學能力強、企業急需的具有創新精神和創新能力的緊缺人才,在學生入職后不久就有人參與新產品開發、從事工藝和技術管理、參加技改項目等,迅速成長為公司的技術骨干,甚至挑起重任,大大提高了人才培養質量,用人單位普遍反映好,有助于緩解人才短缺的問題。

近年來,學生八成以上在省內就業,主要集中在成都、南充、重慶等地,5年就業率分別為95.05%、95.51%、88.1%、92.2%、96.1%,最低都在88%以上,就業專業相關度為70%,學生與雇主就業滿意度均高達95%以上,學院積極為地方經濟建設培養人才[6]。

(三)參加各類大賽斬獲多

近年來,以賽促教學、以賽促學習、以賽促就業激勵下,專業群積極參加中國技能大賽-全國智能制造應用技術技能大賽、全國機械行業職業院校技能大賽——“華中數控杯”機器人裝調與智能加工單元應用技術大賽、四川省高職院校大學生制造單元智能化改造與集成技術、工業機器人技術應用、數控裝調、電氣控制等國省市與行業類各種技能大賽,專業群教師和學生斬獲40多項獎,在學院各專業群中成績斐然。

學生經歷強化訓練和大賽的考驗,既掌握制造業先進技術技能,又培養積極向上、勇往直前、奮力拼搏、團結協作的人文科學精神素養和社會責任感,大多被大公司聘用,受益匪淺。

五、結語

學院根植于南充,瞄準高等職業教育與行業、企業需求,圍繞南充和周邊經濟及產業發展,聚焦產業升級改造,不斷深化教育教學改革,持續加強內涵建設,對裝備制造專業進行重組,集中優勢資源構建智能制造專業群,通過創新人才培養模式,以質量為生命,以特色顯優勢,以創新促發展,為智能制造培養應用型、復合型、創新型技術技能型人才,不僅對龍頭制造企業,而且對眾多中小微企業意義更大,也為學生打通成才的大門。