數字化背景下高職裝備制造類專業智能化轉型升級路徑研究

肖 瀟 胡雙喜 張 靜

(湖北開放大學/湖北科技職業學院,湖北武漢430074)

一、 引言

裝備制造業是所有制造業轉型發展的重要支撐,是一個國家或地區經濟發展的命脈,是綜合國力的重要基石。中國工程院戰略咨詢中心等單位發布的《中國制造強國發展指數報告》中提到,我國制造強國發展指數位居全球第三陣列。與美國、德國等制造強國相比,差距集中體現在“制造業增加值率”“制造業全員勞動生產率”等指標。可見,我國制造業規模巨大,智能制造發展空間廣闊。目前,我國制造行業中90%以上的企業是中小企業,根據《中國智能制造發展研究報告:能力成熟度》統計數據,2021年,我國79% 的中小企業仍然處于數字化轉型的初級階段,12%的中小企業處于數字化轉型的應用踐行階段,僅有9%的中小企業處于數字化轉型的成熟階段。由此看出,推動我國智能制造業全面發展,就要打破中小企業發展在技術、人才等方面存在的多重壁壘。

為促進新一代信息技術與制造技術的進一步融合,國家逐年對傳統制造業企業進行數字化、信息化、智能化改造,培育智能制造企業。為此,先后頒布了多項關于鼓勵、規范智能制造行業發展的相關政策,如2015年國務院印發了《中國制造2025》,這是我國實施“制造強國”戰略的第一個十年行動綱領［1］,旨在加快新一代信息通信技術與制造業的深度融合。

隨著裝備制造業的轉型升級和技術的不斷更新,對技術技能人才的質量要求越來越高,這給高職裝備制造類專業的人才培養帶來了極大的挑戰。《產業數字人才研究與發展報告(2023)》指出,企業數字化轉型投入增加、數據和數字技術應用與業務結合等舉措將持續推動智能制造行業數字化轉型,轉型能否達到預期效果還將取決于智能制造領域的人才數量和質量。除了人才培養數量,在智能制造人才的質量上,企業提出在有較高專業技術能力的基礎上,還要具備更強的信息化和智能化應用等綜合能力。為了加快智能經濟發展與智能制造人才匹配優化實現同頻共振,高職教育需要把握信息和數字化時代的機遇,注重教育理念的轉變,探索一種更為適切的裝備制造類專業人才培養模式。

鑒于此,本文將以湖北某高職院校為例,闡述數字化背景下,高職院校裝備制造類專業智能化轉型升級面臨的問題,并從專業動態調整、人才培養方式轉型、專業建設模式等方面探索升級的路徑。希望本研究既可以為高職專業建設提供系統的實踐框架,也可以為同類型高職裝備制造類專業智能化轉型升級提供借鑒。

二、高職裝備制造類專業建設現狀與問題

(一)當前高職裝備制造類專業人才培養的現狀

教育部2021年發布的《職業教育專業目錄(2021年)》就重點服務制造業強國,提出了以目錄為引領推進職業教育裝備制造大類供給側改革的實施路徑。高職裝備制造大類專業目錄以智能裝備行業需求為導向,以智能裝備行業前沿技術為引領,更加突出了適應性和數字化。眾多高職院校積極響應國家政策,以向數字化、智能化轉型升級作為專業建設目標,培養滿足智能制造企業需求、服務區域智能制造產業發展的人才。

在專業設置方面,與智能制造相關的專業發展迅猛。例如工業機器人技術專業、智能制造專業等。一批最早設置的智能制造相關專業快速建設成為學校與省級甚至國家級重點、骨干、特色專業。分析教育部首輪立項建設的141個高水平專業群,裝備制造大類專業涉及27個專業群,占比19.1%。其中,與數字化、智能化相關的自動化類專業有11個,占據了半壁江山。

在實訓條件改善方面,更加重視校企聯合建設高端實訓條件。數字化背景下的設備集合軟件與硬件一體,加工、自動控制等綜合技術。不少高職院校與行業企業聯合建立了智能工廠,建設了有工業機器人、高端數控設備的專業實訓室,對智能實訓設備投入在百萬、千萬級。

從學生就業形勢和行業企業對人才需求的角度分析,傳統裝備制造行業對勞動力的需求減少,給高職裝備制造類專業的學生就業帶來了不確定性。

(二)高職裝備制造類專業智能化轉型面臨的問題

當前絕大多數高職院校都在對裝備制造類專業進行智能化升級建設,打造智能制造專業群,取得了一些成績,但是轉型建設依然面臨諸多問題。

1.裝備制造類專業結構與區域產業發展存在不適應性

裝備制造類專業特色不鮮明,沒有主動對接區域制造業產業結構,對區域制造業人才需求缺乏準確判斷和有效應對。出于辦學成本考慮,一些低成本專業設置過多,一些制造業緊缺專業開設比較少,不能很好地適應區域制造業的發展需求。具體表現在區域范圍內智能制造相關企業對高端技能型復合型人才的需求難以獲得有效滿足。

2.專業建設模式與智能制造產業的人才需求不符合,存在滯后性

對于智能領域的技術技能人才崗位能力素質,企業提出了更多的新要求。在專業技能上,崗位職業能力向多元化、復合化發展。除了掌握傳統的機械制圖、制造技術、電工技術外,對電氣自動控制、網絡技術的掌握要求越來越多、越來越高,對“智能制造基礎知識、傳感器、機器人、物聯網、智能化設備的操作和維修,智能化產品和服務”等提出了明確的需求,對跨界、跨學科的復合型能力也提出了要求。職業素養方面,對團隊合作、交流表達能力、自信心、愛崗敬業等也提出了明確的要求。而高職教育在人才培養模式、課程體系上與智能制造行業需求脫節;校企合作模式單一,合作深度不夠,新技術、新工藝、新設備未能深度融入專業教學;實訓條件、教學內容等嚴重滯后企業生產活動;現有專業課程中的智能制造知識體系建設尚待完善,與智能制造產業密切相關的產教融合、教研平臺資源建設薄弱。

3.高職智能制造類專業師資數量和能力不足

將智能技術融入高職裝備制造類專業,除了掌握CAD/CAM技術、數控加工與編程、自動控制原理、多軸加工技術等傳統課程的內容,還需要加強在數字圖像處理、數據挖掘、神經網絡等以工程數學為基礎的課程方面的內容,這對教師的人工智能素養、人工智能技術儲備、智能開發領域的科研和教學能力提出了更高要求。在新技術的沖擊下,教師知識迭代、工程實踐能力明顯不足。

以上諸因素的存在導致高職培養的智能制造人才依然不能滿足企業的需求。從數量上看,依據《產業數字人才研究與發展報告(2023)》顯示,智能制造數字人才現狀呈現供不應求態勢。2022年中國智能制造行業的數字人才缺口達430萬人,人才供應與需求比率為1∶2.2。預計到2025年,行業數字人才缺口將達550萬人,人才供需比為1∶2.6。其中高職對應的技術技能型人才占比近50%以上。中國機械工程學會頒布的《智能制造領域人才需求預測報告》顯示,預計2025年,我國智能制造人才缺口數量近390萬人。［4］

三、數字化背景下高職裝備制造類專業智能化轉型升級路徑

數字化背景下高職裝備制造類專業如何進行轉型升級?這是很多開設裝備制造類專業的高職院校關心的問題。隨著近年來國家創新發展行動計劃、提質培優行動計劃,雙高校建設依次推進,高職院校在國家政策的引導下進行頂層設計,邊建設邊探索,出現了一些值得借鑒的思路。本文以湖北某省屬高職雙高院校的實踐為例,提供了一個系統化的裝備制造類專業智能化轉型升級的路徑。

該校裝備制造類專業在建設之初,由機械設計與制造、機電一體化、焊接等4個傳統專業組成,只具備最基本的實訓條件。和同類院校相比,專業特色不鮮明,對接行業企業不聚焦,標志性建設成果少。基于此種狀況,學校根據所處區域經濟社會發展的現狀,擬訂發展規劃,緊隨區域、緊貼產業、緊扣技術轉變人才培養方式。通過建立專業動態調整機制,確定體現政、校、行、企、生多主體需求的專業建設模式,以教師團隊建設作為關鍵點,提升教師的數字化教學能力與專業能力,推動裝備制造類專業智能化轉型。經過近五年的實踐探索,現已建設成為以工業機器人技術專業為核心,在省內具備較大影響力的智能制造高水平專業群,人才培養質量不斷提升,培養的畢業生獲得了區域內企業的認可。在此過程中,打造了工業機器人技術等國家級骨干專業,完成了教育部現代學徒制試點,建設了國家級教學團隊,取得許多標志性成果。總結起來,該校裝備制造類專業智能化升級策略有如下幾點值得借鑒參考,具體如圖1所示。

圖1 專業智能化升級策略

(一)建立專業動態調整機制,組建智能制造專業群

基于“五率、兩度、四要素”,建立科學的專業動態調整機制,淘汰過時專業,增加新興專業,是教育適應社會經濟發展的必然舉措。

首先,針對裝備制造專業結構與區域智能制造產業發展不適應的問題,該校聯系地方政府、行業協會,依托校企聯合成立的智能裝備創新聯盟,調研產業發展現狀,建立包含區域裝備制造業規模、產業發展前景、人才規格和數量需求、畢業生就業情況等信息的數據庫。定期梳理報考率、報到率、就業率、專業對口率、升學率、家長滿意度、企業滿意度等關鍵指標,構建政、校、商、企信息共享平臺。

根據新技術發展、智能制造產業發展、人才需求、辦學條件四大要素,以及“五率”、“兩度”等關鍵指標,通過停、改、建等方式進行專業群優化,停辦了焊接、材料成型等傳統專業,改造了傳統機械設計與制造專業,新設了工業機器人技術等體現新技術的專業,最終形成了針對高端裝備的智能制造專業群。8年來,該專業緊扣區域產業發展鏈條,發揮群內專業協同效應和企業實踐,持續推進專業建設與產業訴求的深度融合。

其次,根據區域內高端智能制造崗位需求,協同體系化設計、模塊化課程、項目化資源以重構課程［6］,對接工業互聯網、數字孿生等新技術,升級教學內容以支持建設智能制造專業群(見圖2),通過年度專業診改和評估,調整專業群結構,以便全方位、多層次地適應區域智能制造產業發展需求。專業動態調整后建成國家級骨干專業,現代學徒制試點專業,省級特色專業,專業人才培養更加適應區域產業發展。

圖2 智能制造技術專業群構建圖

(二)改革專業建設升級模式

依托數字應用場景,改革專業建設模式,多重路徑推進專業升級,打造了“雙主體、四重構”的專業建設升級模式。校企“雙主體”協同,與龍頭企業深度融合發展,共建聚焦某一智能裝備的產業創新聯合體,推行國家級現代學徒制試點、“1+X”證書制度試點,形成“數字化+智能化”的“重構專業建設組織框架、人才培養模式、課程體系和教學內容、重建實訓基地”專業智能化升級模式。通過思政+課程、創業導師+項目、技術培訓+競賽等方式培養適應智能制造產業崗位緊缺的“德技、專創”雙融合的復合型技術技能人才。

針對專業內涵建設滯后于產業智能化轉型升級需求的問題,該校借助升級校企 “雙主體”合作模式全力推進專業升級,促進產教融合、校企合作,與多家企業、科研院所共建智能裝備創新聯合體;通過“四重構”提升專業內涵建設品質,有效對接智能制造裝備崗位群要求和關鍵技術,適應產業轉型升級需求,培養適應社會需求的技術技能型人才。

1.重構專業建設組織框架

聯合區域行業組織、企業、管理機構構建專業建設組織管理運行體系,完善校企合作育人機制,構建政校行企多元化,校、院、專業群三層級專業建設組織框架。一是組建多元融合的校企、校園人才共育聯合體。學校專業建設指導委員會中來自行業、企業的專家占比達30%以上,現代學徒制、校企訂單班等人才培養模式的工作專班中來自企業、行業的專家占比達50%以上。二是構建覆蓋學校各相關專業,校、院、專業群三層級的專業建設組織框架,便于專業與專業間資源有效利用。可以充分調動、發揮校內各學院、各專業對接企業的主動性,拓寬企業參與育人的渠道。

2.重構人才培養模式

與區域內的頭部企業合作,校企共研人才培養方案。企業全面深度參與人才培養過程,開展企業訂單培養、學徒培養,配套適合的教學管理辦法,推動校企專業共建、師資共享等各項校企合作的深入開展。

構建“德、技、創”一體化的“思想政治+課程、創業導師+項目、技術培訓+競賽”相結合的復合型技術技能人才培養模式,滿足企業人才需求。在教學中全面推進課程思政,邀請院士、勞模進課堂,培養學生工匠精神和職業素養。成立智造創客中心,培育移動機器人、3D打印創客空間、數字化創新設計、智能加工等多個先進技術社團,并配備導師,提供場地、資金支持、創業輔導、技術支持。基于社團開展培訓、競賽、雙創實踐活動,實施學分置換。

3.重構課程體系和教學內容

隨著新一代技術革命對裝備制造業的影響,產業的不斷創新,涌現出一批新職業、新崗位、新技術。分析崗位對人才的需求,按照“認知→專業技能→綜合能力→創新能力”遞進的規律,重構課程體系與教學內容。

順應高端裝備制造業新技術變革,如智能工裝設計、智能產線集成等關鍵技術,融合高端數控機床、工業機器人、增材制造等智能制造技術,以及物聯網、工業以太網、云服務、大數據分析等信息化技術,重構基于學習情境的項目引導式專業群課程體系。對標企業典型項目、技能大賽、X證書,引入MES、虛擬調試、數字孿生等新技術升級教學內容,融合高端數控機床、增材制造等智能制造技術,增加“多軸加工編程與仿真”“機器人視覺”“MES技術應用”等新技術課程內容,構建機、電、信息復合的智能制造技術專業群課程體系。

采用模塊化教學,將專業群的核心專業課程分為“機械零部件數字化設計模塊”“數控編程與加工模塊”“工業機器人工作站裝調模塊”“智能成套裝備集成模塊”“智能控制系統集成模塊”。圍繞智能制造崗位工作,基于校內實訓設備和校外實訓基地,積極和企業合作開發智能制造技術專業群立體化教學資源,使工作崗位的要求與標準和教學緊密結合。

4.重建實訓基地

為了深入升級校內實訓室建設,該校通過校企合作共同建設集“教學、培訓、競賽、考證、生產、科研”等六位一體綜合實踐基地。對接智能制造龍頭企業工業化生產過程,開發支持專業群人才培養需求的三維虛擬仿真系統(見圖3)、CAPP、MES生產管理系統、柔性制造和數字孿生、多軸加工等現代智能制造技術,建立了虛實結合、項目進階式實踐教學體系(見圖4),以切實提高實踐的有效性。

圖3 虛擬數字化工廠

圖4 工業機器人項目進階式實踐體系

(三)構建教師發展路徑

構建了“雙平臺、四維度”的教師發展路徑,如圖5所示。搭建校校合作和校企聯手的教師能力提升“雙平臺”,以問題為導向、項目為引領,確立“產、訓、賽、研”四維度能力提升途徑(企業項目歷煉、集中培訓鍛煉、技能比武錘煉和競賽指導促煉、課程開發和課題研究磨煉)等方式促進了團隊整體水平的提升。

圖5 數字化背景下“雙平臺、四維度”的教師發展路徑

打造智能制造專業教學團隊,是保證智能制造人才培養的必備條件。智能制造團隊的培養離不開培養平臺的搭建。平臺運行主要采用雙向聘用模式,為校企聯手、校校合作的深度融合和人才流動提供了現時可能。

首先,搭建人才交流提升“雙平臺”,提升教師專業能力成長與產業發展的適應性。一是與行業企業共建服務中小微企業的“智能制造中小微企業工程技術中心”“高技能人才培訓基地”,增強教師接觸技術前沿的機會,增強教師的社會服務能力,為本地中小微制造企業的產業轉型與升級提供智力支持。二是與同類院校合力建造資源共享、協同教研的網絡平臺,加強合作交流的機會,多措并舉建立校內先進智能實訓基地和校外典型智能制造企業相結合的教師實習基地,提升教師專業能力和技術服務能力。聘請在人工智能領域經驗豐富的工匠技師和高新科技企業科研者作為客座教授,加快建設高水平、高技能的人工智能專業師資力量。［7］

其次,在科研、教研等項目引領下,通過企業項目歷煉、集中培訓操練、教師教學能力大賽訓練、學生各類技能競賽指導、課程設計與開發訓練、教研課題研究等模式,從“產、訓、賽、研”四個維度來磨煉教師能力。

最后,以問題為導向,開展課程開發研究與實踐,技術比武,集中培訓,競賽指導,校校、校企經驗交流等方式促進團隊整體水平的提高。

四、結語

在科技興國、人才強國的背景下,職業教育應堅持以人為本、以教學為核心的價值立場,主動適應經濟發展的新范式,積極探索、研究智能制造領域人才培養的關鍵問題,優化育人理念和模式,努力踐行培養適應區域經濟發展的高科技技能型人才的歷史使命。數字化快速發展并廣泛應用于制造業領域,使得智能制造將成為推動新一輪技術革命和行業轉型的引擎,也為職業教育的變革帶來了巨大的挑戰。本文在剖析裝備制造業發展背景、趨勢,智能技術人才需求分析、高職裝備制造類專業建設現狀的基礎上,提出了構建智能制造技術專業群的專業調整機制、校企“雙主體”的專業建設模式、“雙平臺、四維度”的教師發展路徑等對策,旨在深耕產學協同育人機制,暢通跨領域、跨行業、跨專業的人才培養交融機制。