面向智能制造專業的人才培養模式探索與實踐

摘 要： 推進制造強國戰略成為我國的國家戰略，其中智能制造是加快建設制造強國的主攻方向。在推進智能制造發展的同時，對制造業人才培養提出了新的需求和挑戰。遵循群體培養與多元發展相統一、工程實踐與科學思維相統一的人才培養理念，從確定人才培養目標、多學科交叉融合的課程體系、工程訓練實踐項目教學新模式和構建智能制造信息化平臺等方面探索技術融合和系統集成式創新人才培養模式，培養滿足國家戰略發展的智能制造復合型人才。

關鍵詞：智能制造；人才培養；復合型人才；教學改革

中圖分類號：S22；G642 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）06-0128-05

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.06.022

0 引言

制造業是國民經濟主體，是立國之本、興國之器、強國之基。打造具有國際競爭力的制造業，是我國提升綜合國力、保障國家安全、建設世界強國的必由之路。全力推進制造強國戰略，加快建設制造強國、加快發展先進制造業，成為我國國家策略[1]。《中國制造2025》明確提出，要以加快新一代信息技術與制造業深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向，實現制造業由大變強的歷史跨越[2]。因此，智能制造是我國制造業創新發展的主要技術路線，是我國制造業轉型升級的主要路徑，也是我國加快建設制造強國的主攻方向。

世界范圍內的信息科技革命和第四次工業革命與我國制造業轉型升級、高質量發展形成了歷史性交匯[3]。新一輪科技革命的發展，帶來的數字化、網絡化、智能化技術與先進制造技術深度融合形成的智能制造技術，特別是新一代的人工智能技術與先進制造技術深度融合所形成的新一代智能制造技術，成為新一輪工業革命的核心技術，成為第四次工業革命的核心驅動力[4]。新一代智能制造正在引領和推動制造業發展理念、制造模式重大而深刻的變革，重塑制造業的技術體系、生產模式、生產要素及價值鏈，推動我國制造業獲得競爭優勢，推動全球制造業發展步入新階段，實現社會生產力的整體躍升[5-6]。因此推動智能制造發展是推進制造強國戰略的制高點、突破口和主攻方向，實現戰略性的重點突破、重點跨越，實現中國制造工業的開道超車、跨越發展。與發達國家相比，我國智能制造起步稍晚，智能制造工程專業人才的培養遠遠落后于行業的發展速度，相關人才缺口較大導致國內智能制造技術與國際水平存在較大差距，極大地制約我國制造業轉型升級，因此，培養智能制造領域的創新型高端專門人才迫在眉睫[7-8]。2023 年，工信部發布的《制造業人才發展規劃指南》提出，面對新的形勢和挑戰，必須把制造業人才發展擺在更加突出的戰略位置，迫切要求著力培養具有創新思維和創新能力的復合型人才[9]。由于智能制造具有技術高度集成和多學科融合的特征，傳統機械類、自動化類本科專業培養的人才，已難以滿足智能制造產業發展的需求。制造業的轉型升級對制造業人才提出了新的需求，對我國高校人才培養模式提出了新需求，要深化教學改革，探索和實踐新工科背景下的多學科交叉融合的復合型、高質量的智能制造人才培養模式[10-11]。

1 面臨挑戰

國家制造強國戰略提出了20 字方針“創新驅動、質量為先、綠色發展、結構優化、人才為本”，把人才放到了推進制造強國戰略最基礎、最根本的位置上。培養和造就智能制造復合型人才，既是推進智能制造發展的當務之急，更是實現制造業智能升級的最重要保證。智能制造是典型的技術融合和系統集成式創新，需要制造技術和信息技術如人工智能、大數據、云計算等新技術的融合，同時需要具備系統集成式創新，這對機械專業學生提出了巨大的挑戰，現有人才培養的課程、能力、素質對新的知識涵蓋不夠，對學生的技術融合能力和系統集成創新式的能力培養缺乏，培養的學生難以適應企業開展智能制造產業升級的需求[12-13]。

1.1 人才培養目標及定位無法滿足需求

智能制造是信息技術與先進制造技術深度融合而形成的系統集成式創新技術，需要從事設計、工藝、生產和服務等環節的制造工程技術人員都應該在精通本領域技術的基礎上，融合數字化、網絡化、智能化技術，進行技術融合和系統集成式創新，能夠應用智能制造技術改進和提高工作效率，具備解決復雜工程問題的能力。但目前高等院校的工程人才培養目標在技術融合和系統集成式創新方面都鮮少涉及。傳統的制造業培養的制造人才具有簡單基礎知識和廣泛的制造技術知識，與企業轉型升級迫切需要的復合型創新型人才存在明顯的脫節現象，大學教育與企業需求、行業需求之間存在較大差距，培養的工程技術人員無法滿足企業智能制造產業升級的需求[14]。如何培養能夠掌握制造技術和信息技術并將其融會貫通，實現信息技術對制造技術的賦能，并實現系統集成式創新是現有機械類專業人才培養所面臨的嚴峻問題。培養熟悉信息技術如人工智能、大數據、云計算等新技術，并能將其與制造技術融合解決工程中復雜問題的復合型人才成為新的人才培養目標[15]。

1.2 人才培養模式和課程體系無法滿足需求

目前國內多數高校的機械類人才培養模式和課程體系與智能制造人才需求存在較大差距。機械類人才培養以理論教學為主，注重厚基礎、寬口徑的培養模式，培養方案、課程體系、實習實訓等與企業需求存在較大差距。課程體系以傳統制造業的內涵和特征為牽引，如機械原理、機械設計等課程，與制造業智能升級的人才培養需求脫節。課程更新慢，課程系統中對信息新技術和新產業知識更新滯后，學生難以了解和熟悉最新的信息技術，更無法培養學生將數字化、網絡化、智能化技術對制造技術進行融合賦能。在能力培養上，機械類人才培養模式注重基礎知識和技術理論知識的講授，對實踐中解決實際工程問題的能力培養缺乏，課程設計等內容嚴重滯后于行業發展。對學生的技術融合和系統集成式創新的培養不夠，學生無法將信息技術等新技術與制造技術進行深度融合，實現系統集成式創新，難以應用智能制造技術改進和提高工作效率，導致目前高校的機械類人才培養模式和課程體系無法滿足企業對高水平智能制造人才的需求。

1.3 學習內容和教學方法無法滿足需求

現有的機械類學習內容注重制造業基礎知識培養，數字化、網絡化、智能化等信息技術內容較少，教學內容與信息技術的新技術發展存在明顯滯后，學生難以在課程體系內學習和掌握技術最新發展和行業發展狀況。同時，現有教學方法以課堂教授為主，學生課堂參與度不高，對技術推進和行業發展的深入探討少，教學課時不斷縮減，也無法對如何進行知識融合和系統性創新方式與方法進行擴展。除課堂講授外，學生的實踐環節還以傳統的工程訓練課程為主，對現有的智能制造的實踐課程較少，只能通過視頻、教師操作設備演示等教學為主，學生無法自己動手操作和學習智能制造的相關實踐，無法實現利用信息新技術對制造技術賦能的集成式創新。因此亟待更新學習內容和改進教學方法，培養和造就滿足企業需求的高水平智能制造人才。

上述問題，嚴重制約了高等院校對高質量高水平的智能制造人才的培養，因此開展面向智能制造的人才培養模式探索與實踐具有重大意義。需從系統層面對人才培養模式、課程體系、教學內容和教學方式進行全新的變革。本研究在深入剖析智能制造對機械工程人才培養的新要求，改革傳統機械工程的培養目標、培養模式、課程體系、教學內容和教學方法，探索一套行之有效的適合于機械工程人才培養體系，培養智能制造產業發展急需的高技能、高層次人才，具有十分重要的意義。

2 培養模式

面向智能制造行業需求，服務于國家戰略規劃和經濟發展，以培養掌握智能制造裝備、智能制造系統、工業工程，以及智能感知與工業物聯網、工業大數據、人工智能等關鍵技術，具有寬廣的國際視野和濃厚家國情懷的高素質、創新型、復合型人才為目標，從人才培養目標及定位、人才培養模式和課程體系、學習內容和教學方法等方面入手，遵循群體培養與多元發展相統一、工程實踐與科學思維相統一的人才培養理念，堅持多學科交叉培養，強調基礎知識與專業能力的結合，強調高水平人才的良好思維品德和心理素質訓練，開展面向智能制造的人才培養模式探索與實踐。智能制造復合型人才培養新模式如圖1 所示。

2.1 確定智能制造專業人才培養目標及定位

智能制造行業發展對人才培養提出了新的需求，要面向國家發展戰略需求，面向社會經濟發展和制造業轉型升級，培養具備較強工程社會觀、工程系統觀、工程倫理觀和國際視野的復合型工程技術人才；以職業道德和社會責任感驅動，運用多學科知識解決國家和社會需求中智能制造工程相關的工程技術問題；具有傳統制造業學科和信息科學交叉融合貫通的知識體系，掌握科學和工程基礎理論、扎實的智能設計、智能生產及智能運維等涵蓋產品生產全周期的專業知識；具有集成式創新能力，能夠運用大數據、人工智能、云計算等信息技術對產品開發、技術研發、生產管理和運營售后等環節進行集成式創新，將產業進行智能升級，有效提高工作效率，解決復雜工程問題；以智能制造工程專業為基礎，通過繼續教育或其他終身學習途徑，不斷提升自身和職業發展能力。

2.2 構建智能制造課程體系

針對智能制造對機械類專業人才提出的新需求，在高等數學、機械工程和工程基礎等機械類基礎課程的基礎上，探索建立融合機械設計制造、機械電子工程、信息技術和裝備與工藝開發等多學科交叉融合的專業核心課程體系。在此基礎上，根據企業智能制造升級的實際需求，結合現有機械工程專業培養優勢，結合學院在農業機械領域的前沿研究成果，探索智能制造人才培養的方向，如智能研發、智能生產、智能農機裝備，構建相應的課程模塊，研究各課程對智能制造具體需求的知識能力素質培養的支撐關系和相互影響，形成滿足智能制造行業發展和企業需求的新的課程體系。通過產教融合、校企合作等方式，開設實習實訓、創新創業項目、技能培訓等實踐課程，建立以市場為導向，校企融合的課程體系。智能制造專業課程體系如圖2 所示。

理論課程內容在滿足智能制造需求的課程體系下構建。機械類核心課程機械原理、機械設計、機電控制與檢測等為主要教學內容，培養學生熟練掌握制造過程中設計、工藝、生產和服務等一系列知識和技術；另一方面，增加機器人技術、大數據、云計算和人工智能等信息技術為專業發展課程，培養學生熟悉數字化、網絡化、智能化技術，掌握數字化、網絡化、智能化技術向制造賦能的能力，將制造技術與信息技術融合，應用智能制造技術改進和提高本職工作，并進行技術融合型創新；根據學術選擇的發展方向，構建相應限選方向的課程模塊，通過限選課程的學習，能夠鍛煉學生使用信息技術知識與制造技術知識融合能力，培養學生應用信息技術改進和提升制造技術的能力，并進行深一步的系統集成式創新的能力培養。同時，通過產教融合、校企合作等形式，搭建高校和企業間的合作平臺，創建共同管理教學和科研的課程體系，開設實習實訓、創新創業、技能培訓上崗等實踐課程，讓學生能夠充分了解和學習當前行業的真實需求，企業對人才技能的實際需求，培養符合企業需求的復合型人才，實現人才技能和企業需求的無縫銜接。

2.3 推進智能制造教學方法創新

面向智能制造特點，指導學生開展基于問題、案例和項目的探究式、討論式和研究式學習。如采取課題匯報等形式，分析智能制造技術的原理和其在某一具體行業中的應用，學生開展原理學習、技術分析和應用評價解析等工作，完成對信息技術和制造技術融合知識的掌握。融合教學模式與混合式學習、翻轉課堂、慕課等新的授課形式，針對智能制造新增或滲透融合后的知識體系難度較大、綜合型強的問題，融合多種教學模式和形式，充分利用線上教學和傳統教學的優勢，盡可能發揮學生的能動性，在智能制造運行框架指導下驅動學生運用各種在線教育資源開展系統性學習。

依托智能傳動和控制技術國家地方聯合工程實驗室、丘陵山區農業裝備重慶市重點實驗室及重慶市智慧農業裝備重點實驗室等教學科研平臺，重點建設方向為智能農業裝備、智能檢測與控制、綠色智能制造技術與裝備等綜合創新實驗室。在此基礎上建立信息化教學資源與制造實驗相結合的實踐項目課程，定位于解決某個復雜工程問題，體現多個制造工藝和環節，訓練學生應用新的信息技術和機械設計方法等解決工程實際問題，如基于物聯網的智能物流實訓系統、激光焊接切割六軸機器人、生產管理與設施規劃仿真實驗平臺、工業機器人數字化柔性制造系統、多功能雙工業機器人交互實驗平臺、數字化柔性制造系統、瓜果智能分揀系統、非道路車輛的自動導航平臺及機器人虛擬仿真實驗系統（自制）等多項試驗。

提供開放性實驗平臺，開展多層次全方位的二次開發與研究，探索信息技術對制造技術賦能的創新能力，開展智能制造應用課題研究，如智能制造產線訓練、工業機器人裝調、智能制造虛擬仿真等訓練，增加實踐課程的設計性、系統性和創新性，構建基于制造業智能升級的機械類工程實踐教學模式。實踐項目課程建設如圖3 所示。

3 結束語

面向制造業轉型升級發展需求，本研究開展智能制造新工科教學改革，遵循群體培養與多元發展相統一、工程實踐與科學思維相統一的人才培養理念，探索技術融合和系統集成式創新人才培養模式，構建制造技術與信息技術多學科交叉融合的課程體系；建設以機械類核心課程為主，融合信息技術課程的一系列新課程和新內容，滿足智能制造人才所需的技術融合型的知識、能力和素質；探索基于項目制的工程訓練實踐項目教學新模式，構建智能制造信息化平臺，培養和造就能夠將制造技術融合數字化網絡化智能化技術推進智能制造轉型升級，進一步能夠進行系統集成式創新，改進和提高制造行業發展。培養掌握制造技術，熟悉數字化網絡化智能化技術、具備交叉知識體系、集成式創新能力、善于解決工程問題的智能制造復合型人才，推動我國制造業智能升級、創新發展。

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基金項目： 國家自然科學基金“青年科學基金項目”（52205605）；中央高校基本科研業務費（SWU120050）；重慶市研究生教育教學改革研究項目（yjg223023）；重慶市高等教育教學改革研究項目（233085）