高職院校智能制造專業群校內實訓基地建設

段向軍， 王春峰， 黃麗娟

（南京信息職業技術學院，南京 210023）

0 引 言

2019 年，國務院印發《國家職業教育改革實施方案》［1］。同年，教育部啟動了中國特色高水平高職學校和專業建設計劃，立項了56 所高水平高職學校和141 所高水平專業群建設單位，圍繞先進制造業、現代服務業、戰略性新興產業等領域培養緊缺技術技能人才。《國家職業教育改革實施方案》將打造高水平實訓基地作為重要任務。高水平實訓基地是支撐高質量課堂教學的重要載體，是提高高職院校育人水平和社會服務能力的核心要素之一［2-6］。

我國將智能制造作為主攻方向，重點發展工業機器人和高檔數控機床等10 大領域。根據《機械工業“十三五”發展綱要》及《機械行業智能制造領域技術技能人才需求趨勢分析報告》，到2025 年智能制造產業技術技能人才缺口達450 萬人，人才缺口很大，對智能制造發展的有效支撐不夠。

1 實訓基地建設存在的問題

1.1 缺乏系統化頂層設計

專業建設經過了從“專業”到“專業群”的發展路徑［7-8］，從“專業”到“專業群”雖是一字之差，卻反映了高職教育從封閉式、單一能力到開放型、復合能力培養的轉變。以專業群為單位開展建設的邏輯是適應產業鏈發展需要，專業的設置應覆蓋全產業鏈，或行業生產的整個流程，或產品的整個生命周期，這也是構建專業群的基本邏輯思路。一些院校在建設實訓基地時，對崗位群的能力需求分析不到位，專業群課程體系邏輯不清，缺乏基于專業群的系統性頂層設計，一般是各專業負責人上報本專業實訓室建設計劃和方案，造成實訓室的功能單一、使用效率低，不利于復合專業能力培養等問題。

1.2 企業參與度不夠

深化校企合作，推進產教融合是職業院校辦學的立命之本，是推動現代職業教育發展的重要途徑，已成為世界高等教育發展的共同道路［9］。通過產業、行業、企業、專業、就業“五業聯動”，聚焦企業人才需求，將新技術、新工藝、新規范融入實訓基地建設內容，才能提高職業教育適應性。當前職業院校產教融合存在政策支持體系不完善、資源對接機制不順暢、資源配套供給不足等現實困境，校企雙方利益訴求不能很好得到滿足，致使企業拿出資源投入職業院校專業建設、實訓基地建設的動力不足。缺少企業的深度參與，實訓基地對當前產業核心技術和最新操作規范融入建設內容就不全面不系統，從而導致實踐教學內容與產業需求對接不緊密，影響人才培養質量。

1.3 實訓設備更新換代不及時

智能制造類專業群的實訓室設備屬于重資產投入，一般職業院校的投入都比較大。產業轉型升級背景下，隨著新一代信息技術與傳統制造技術的深度融合，相關技術的更新換代比較快，由于缺乏校企共建設備持續更新機制，致使實訓室設備技術落后于產業技術發展。

1.4 實訓基地管理信息化手段不足

近年來，隨著制造業轉型升級和國家對職業教育的重視，廣大職業院校實訓基地的硬件設施建設取得了較大的進展，但是實訓基地管理水平還有待提高，對實訓室設備利用率、產學研創新服務、實訓室績效評估，甚至實訓室的安全等帶來了較大影響。因此，以信息化的技術手段、理念方法、運行模式推進實訓室管理創新［10-11］，搭建數字化、網絡化的實訓基地管理平臺，提升實訓基地現代化管理水平和管理效能，勢在必行。

2 實訓基地建設原則

2.1 校企共建

建立校企合作長效機制是落實構建校企利益共同體，形成穩定互惠的合作機制的一項重要內容。通過校企共建集人才培養、產學研合作、社會培訓等功能于一體的產業學院、產教融合基地、工程研究中心、技能大師工作室等平臺，發揮校企互惠功能，實現領域內頭部企業對人才培養方案制訂、課程開發、實訓基地建設、課堂教學、師資隊伍建設、招生就業等人才培養全鏈條賦能。學校提供場地引企入校，企業深度參與實訓基地建設，將先進的設備投入到學校，一方面實訓基地服務校內人才培養；另一方面實訓基地可為企業提供客戶培訓，校內師資可承擔企業技術服務等任務，助力企業健康發展。企業全程參與實現基地建設方案的論證、實踐教學項目的開發，將崗位技術技能需求有機融入實訓設備，將工程操作規范融入實踐教學與考核評價，提高實訓基地的技術先進性和崗位適應性。

2.2 系統導向

隨著制造業的轉型升級，智能制造裝備系統的技術交叉融合度越來越高。面對復雜的智能制造裝備系統，需要技術技能人才具有機械、電氣、控制、工業機器人、工業網絡通信、工業軟件、大數據等復合型知識結構，并具備系統化解決工程問題的能力，這對高職智能制造專業群的人才培養提出了新要求。系統理論強調從整體出發，把事物看作復雜的動態系統，探究系統內部各要素和各子系統之間相互作用而保持動態發展［12］。專業群實訓基地建設應遵循系統導向原則，從專業群的課程體系出發進行頂層系統化設計，有效支撐課程實踐教學。單個實訓室建設也要遵循系統理念，突出關鍵核心技術的同時，考慮實訓設備技術的系統集成性，以便開發小型綜合實踐教學項目，提升學生的專業綜合實踐能力。

2.3 功能復用

功能復用原則是指同一個實訓室可服務1 門以上課程的實踐教學。一般情況下，高職院校專業群的課程體系以“底層共享、中層分立、高層互選、頂層綜合”結構為主，同時考慮到專業課程的前續、后續銜接關系，相關技術在不同課程中都有涉及，只是掌握程度要求不同。比如，“可編程控制器技術與應用”和“工業網絡與組態技術”兩門課程都涉及可編程控制器編程內容，前者以邏輯控制編程為主，后者以工業網絡通信編程為主，只是側重點不同，在建設實訓室是就可以考慮同時可以這兩門課程的實踐教學。實驗室建設堅持共同復用原則，有利于實現學生專業能力的螺旋上升式培養，同時減低實驗室建設成本。

2.4 虛實結合原則

隨著信息技術的發展，作為傳統實驗教學的一種有效補充，虛擬仿真實驗教學已經成為加強實踐教學、提高教學質量的重要手段［13-14］。2020 年，教育部啟動了職業教育示范性虛擬仿真實訓基地建設，其目的是改革傳統教學育人手段，推進人才培養模式創新，有效彌補職業教育實訓中看不到、進不去、成本高、危險性大等特殊困難。智能制造專業群的實訓基地設備投入成本高，有些還存在危險性大的問題。將虛擬現實、人工智能等新一代信息技術和實訓設施深度融合，以實帶虛、以虛助實、虛實結合，搭建虛擬仿真實訓系統，配置虛擬仿真實訓設備，實現資源調配共享，有利于推動課堂教學改革，降低設備投入成本，提高實踐教學安全性。

3 實訓基地建設思路及內容

落實《國家職業教育改革實施方案》要求，與西門子、發那科、埃斯頓等領軍企業共建集實踐教學、社會培訓、企業真實生產、技術服務與科研、職業體驗等功能于一體的產教深度融合集成平臺。

3.1 厘清專業群的人才培養定位

我校智能制造專業群由機械設計及自動化、機電一體化技術、工業機器人技術、電氣自動化技術、智能控制技術5 個專業組成。專業群面向電子信息產品的智能制造，融合工業機器人、智能檢測、自動控制、工業物聯網、工業軟件等技術，按照《國家智能制造標準體系建設指南》［15］，重點覆蓋設備層、單元層、車間層3個層級的崗位群。其中，機械制造及自動化專業主要服務設備層的非標工裝夾具的數字化設計與制造，工業機器人技術專業主要服務設備層工業機器人的應用與集成，機電一體化技術專業主要服務設備層自動化生產線的運維與集成，電氣自動化技術主要服務單元層的電氣控制系統集成，智能控制技術專業主要服務車間層的生產管理與控制。專業群內各專業共同服務電子信息產品智能制造領域相關崗位高素質復合型技術技能人才培養，既各有側重又各有交叉融合，各專業具有共同的電氣、機械、控制等技術基礎，專業群資源共享度、就業相關度較高。專業群組群邏輯如圖1所示。

圖1 智能制造專業群組群邏輯

圖2 智能制造裝備技術專業群課程體系

3.2 重構專業群課程體系

借鑒《國家智能制造標準體系建設指南》，按照智能制造系統層級的專業群組群邏輯，明確各專業的人才培養定位，校企合作共同分析各系統層級的關鍵技術，形成崗位群能力需求，明確專業群人才培養的邏輯起點。

按照“底層共享、中層分立、高層互選、頂層綜合”架構，基于“系統整體認知→子系統核心能力培養→系統綜合實戰能力培養”的總體思路，重構專業群課程體系。課程體系凸顯知識復合、技術交叉融合特色，支撐復合型技術技能人才培養。將知名企業證書標準和1 +X證書標準融入課程內容，在專業平臺課中增設人工智能導論、智能制造系統認知課程，在“傳感技術應用”“工業網絡與組態技術”課程中增加視覺檢測、工業互聯網新技術，在中層分立專業方向課和高層互選課中增設協作機器人、工業軟件應用、工業APP應用開發類課程，在頂層綜合課程中重點開設數字孿生智能生產線綜合實訓。

3.3 建設高水平實訓基地

支撐專業群的課程教學，按照“校企共建、系統導向、功能復用、虛實結合”的原則，對接智能制造系統各層級關鍵核心技術，建設專業群實訓基地。以企業級的智能制造生產線為主線，對其進行教學化改造，打造服務專業認知體驗課和專業綜合實踐課的綜合實踐教學平臺。與西門子合作，以數字化工廠為藍本，應用西門子強大的產品生命周期軟件平臺，建成了可展示、可交互、可學習和可開發的U 盤智能制造數字化生產線，該產線即可服務于“智能制造系統認知”“數字孿生智能產線綜合實踐”等課程。引入西門子包括產品設計、機器人工作站仿真、生產線規劃與仿真、制造執行系統、工業物聯網平臺等產品生命周期軟件，基于數字孿生技術開發了U盤產線的數字孿生虛擬系統，獲華東區西門子工業軟件培訓中心，通過培訓考核的人員，可獲頒發西門子企業證書。

基于智能制造系統各層級的關鍵核心技術，構建培養專業基礎核心能力的實訓室，體現技術系統性、專業融合性、應用共享性特征，如氣動技術應用實訓室的實訓裝置配備PLC、HMI，傳感技術實訓室配備PLC、變頻器、視覺檢測設備，PLC技術應用實訓室的實訓裝置配備傳感器、HMI、變頻器以及驅動裝置等。圍繞工業機器人工業典型應用，建設碼垛、打磨、點焊、弧焊等機器人工作站，同時兼顧職業技能等級證書考核要求，與發那科公司共建發那科機器人培訓中心，免費向通過考核的人員發放發那科企業證書。同一實訓室可服務多門課程教學，實現學生專業技術能力的螺旋上升式培養。實訓基地系統框圖如圖3 所示。

圖3 實訓基地系統框圖

3.4 開發實踐教學項目

按照“系統整體認知→子系統實踐→系統綜合實戰”能力進階路線，構建實踐教學內容。在系統整體認知階段，通過智能制造系統認知課程的實踐教學，使學生從系統角度掌握智能制造系統結構、信息流、能量流、物質流，理解新一代信息技術在制造領域的應用，達成對系統的整體認知。在子系統實踐階段，基于各實訓室的實際情況，開發實踐教學項目。實踐教學項目與工程實踐項目對接，并進行工作領域到教學領域的轉化，開發了“PLC +HMI +工業互聯網+工業云”的物料輸送線遠程控制、“PLC +HMI +變頻、伺服驅動+氣動”的物料分揀、“機器人+PLC+工業軟件”的鍵盤組裝、七巧板拼圖、“傳感器+視覺+PLC”多傳感器應用的物料分揀線、“視覺+PLC +伺服驅動”的零件缺陷檢測裝置、“氣動+PLC +HMI”機械手設計、典型零件的數字化設計與加工、機器人碼垛、機器人點焊、機器人弧焊、機器人打磨等實踐教學項目，各項目均為復雜程度遞進式的覆蓋多種技術的智能制造子系統，以訓練學生的技術復合能力，促進學生專業復合能力螺旋式上升。在系統綜合實戰階段，通過頂層綜合課程的實踐教學，設置數字孿生智能生產線生產性實訓項目，訓練學生全系統、大綜合的技術綜合應用能力。

3.5 提升教師實踐教學水平

基于校企共建的產教融合平臺，實施企業工程師互派互聘制度，組建校企混編師資團隊。在企業設立教師企業實踐流動站，教師實際參與企業工程項目，提升工程實踐能力；學校選聘企業工程師為產業教授，與校內教師共同實施實踐課程教學。在互促互學中，教師提升了技術技能水平，工程師提升了教學水平。同時，依托省級技能大師工作室、工匠工作室、技藝傳承工作室等平臺，實施傳幫帶機制，技術能手帶領年輕教師共同開展技術技能訓練、社會技術服務、指導學生大賽等，提升年輕教師的工程實踐水平。

3.6 提升實訓基地的信息化管理水平

學校重視對實踐教學設備投入的績效考核，專業群建設了實訓基地信息管理系統和視頻監控系統。實訓基地信息管理系統包含能源管理模塊、使用效率分析模塊、實踐課程排課模塊，基于工業互聯網技術實現數據實施共享，提升實訓基地現代化管理水平。

3.7 建設成效

近3 年，實訓基地先后入選工信部中德智能制造合作試點示范項目、省產教融合實訓平臺、省高技能人才公共實訓基地、省工程研究中心、省技能大師工作室等重要平臺，實訓基地建設理念和內容收到了專家和兄弟院校的好評。依托實訓基地，培養了全國技術能手、省技術能手、江蘇工匠等一批高技能教師隊伍，開發了110 余個實踐教學項目。近5 年學生參與專利申請123 項，獲專利授權42 項，在省級以上各類競賽中獲獎300 余人次。專業群畢業生就業率、用人單位滿意度均超過99%，就業對口率在80%以上，薪資水平處于省內同類專業前列。昆山經濟開發區、吳江經濟技術開發區與專業群長期開展現代學徒制項目，園區多家智能制造知名企業將專業群畢業生列為高職層次用人首選。

4 結 語

制造業轉型升級背景下，對接崗位新要求和新職業崗位，專業群數字化升級迫在眉睫，實訓基地作為專業群建設的重要內容，應該立足產業新需求，遵循校企共建、系統導向、功能復用、虛實結合的原則進行頂層設計，同時將新技術、新工藝、新規范融入實訓基地建設，解決實踐教學體系建設缺乏系統性設計、實踐教學系統性和綜合化不足，有效支撐復合型技術技能人才培養。