智能制造背景下信息化學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)研究

范崇源 顏浦鈺 張哲

[摘 要] 在德國(guó)工業(yè)4.0和美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的背景下，“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略于2015年上半年提出，以強(qiáng)化我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)能力推進(jìn)我國(guó)整體制造水平，加快從“制造大國(guó)”向“智造強(qiáng)國(guó)”的步伐。在“中國(guó)制造2025”的國(guó)家戰(zhàn)略中，機(jī)電類專業(yè)的高級(jí)技工人才面臨很大的缺口，制造型企業(yè)需要的是高素質(zhì)、高技能的綜合型人才，因此對(duì)高校機(jī)電類專業(yè)畢業(yè)生要求越來越高。在此背景下，伴隨著信息時(shí)代大數(shù)據(jù)的飛速發(fā)展和變化，教育體系的模式逐漸朝著多元化的方向發(fā)展。如何在智能制造的背景下，結(jié)合信息化教學(xué)輔助工具使高校機(jī)電專業(yè)實(shí)訓(xùn)車間的教育教學(xué)能夠充分展現(xiàn)出創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，是如今高校機(jī)電類教育工作者的關(guān)注的重點(diǎn)。圍繞在智能制造背景下信息化學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)研究，對(duì)高校機(jī)電類專業(yè)教學(xué)管理創(chuàng)新與實(shí)踐展開詳細(xì)的探究，為今后專業(yè)人士進(jìn)行相關(guān)研究提供參考。

[關(guān) 鍵 詞] 高校機(jī)電類專業(yè)；智能制造；信息化；大數(shù)據(jù)

[中圖分類號(hào)] G717 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2018）30-0234-03

一、引言

在智能制造背景下，為了適應(yīng)企業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的需求，中職院校專業(yè)技能人才的培養(yǎng)要求越來越高。高校機(jī)電類專業(yè)教育和教學(xué)管理體制，更需要不斷改革與完善，以滿足社會(huì)不斷進(jìn)步對(duì)高級(jí)技工人才培養(yǎng)的需求。但是我國(guó)教育體制有著自己的特點(diǎn)，主要是過于注重學(xué)生的理論知識(shí)灌輸，理論和實(shí)訓(xùn)的結(jié)合培養(yǎng)能力還有所欠缺。即使有的特色專業(yè)已經(jīng)有相關(guān)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地，但是實(shí)訓(xùn)并沒有跟企業(yè)的實(shí)際場(chǎng)景有所關(guān)聯(lián)，而且實(shí)訓(xùn)過程的管理也比較教條，無法讓學(xué)生和教師真正地參與到實(shí)訓(xùn)過程中。針對(duì)如上人才培養(yǎng)目標(biāo)，高校需要針對(duì)性地提出系統(tǒng)和科學(xué)的整改措施以提高教師的教學(xué)水平，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，這些手段可以通過信息化來規(guī)劃教學(xué)流程，可以保證高校實(shí)訓(xùn)車間管理水平走上信息化管理的科學(xué)發(fā)展之路。

二、機(jī)電類專業(yè)在實(shí)訓(xùn)過程中存在的問題

（一）學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效率不高

在我國(guó)，雖然每年都會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的畢業(yè)生，但是畢業(yè)生在創(chuàng)新能力、工作技能、實(shí)踐能力上與國(guó)際水平還存在明顯差距。高素質(zhì)人才的缺失使我國(guó)制造業(yè)的生產(chǎn)技能落后，生產(chǎn)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，生產(chǎn)過程中問題不斷，難以與國(guó)際水平接軌。根據(jù)多年的教學(xué)工作總結(jié)和提煉，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)高校的機(jī)電專業(yè)學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中都存在著一些共性問題，比如在實(shí)訓(xùn)課之前課堂操作任務(wù)都是教師在開課前通過表格或者紙質(zhì)文檔分配的。學(xué)生實(shí)際操作過程只有紙質(zhì)的工藝指導(dǎo)，易丟失及損壞且不利于查找，學(xué)生實(shí)際操作過程的數(shù)據(jù)無反饋，不知道加工過程中機(jī)床產(chǎn)生的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，當(dāng)出現(xiàn)次品時(shí)對(duì)加工過程無有效追溯。無法對(duì)機(jī)床的狀態(tài)實(shí)時(shí)了解，無法有效地判斷機(jī)床的報(bào)警狀態(tài)，出現(xiàn)異常報(bào)警的時(shí)候主要是靠自己尋找教師或者靠電話尋找教師，導(dǎo)致效率低下且產(chǎn)生一定的教學(xué)成本。

（二）教師教學(xué)效果不好

由此看來，培養(yǎng)出高素質(zhì)、高水平的高級(jí)技工人才的任務(wù)已經(jīng)迫在眉睫。這就要求我國(guó)高校在教學(xué)過程中將教學(xué)目標(biāo)落實(shí)到學(xué)生實(shí)訓(xùn)過程中，使學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中可以充分地領(lǐng)會(huì)每個(gè)知識(shí)點(diǎn)。在實(shí)踐為主的高校教學(xué)專業(yè)中，在高校機(jī)電專業(yè)的教學(xué)中，由于信息化的缺失，造成只有教師課中巡檢的時(shí)候才能了解不同學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，導(dǎo)致信息閉塞，教師無法根據(jù)實(shí)時(shí)教學(xué)情況動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃；目前給學(xué)生提供的工藝指導(dǎo)文件主要還是紙質(zhì)文件，容易丟失損壞，且查詢使用起來效率較低；課堂的教學(xué)計(jì)劃和機(jī)床的分配主要是教師在班級(jí)口述，學(xué)生容易遺忘且計(jì)劃很難有效追溯；學(xué)生之間溝通交流比較少，無法有效地促進(jìn)其溝通交流互動(dòng)。如上所述在教學(xué)過程一些管理的缺失就導(dǎo)致教師在教學(xué)過程的效果沒有達(dá)到預(yù)期效果。

（三）教育教學(xué)過程改革缺乏數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

目前的機(jī)電專業(yè)教學(xué)模式較為傳統(tǒng)，主要還是重結(jié)果不重過程，缺乏有效的監(jiān)管手段，校方領(lǐng)導(dǎo)對(duì)教學(xué)質(zhì)量無有效統(tǒng)計(jì)分析的依據(jù)，主要還靠學(xué)期中和學(xué)期末的成績(jī)單，出現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量問題無法及時(shí)有效地做出調(diào)整。校方領(lǐng)導(dǎo)的一些量化指標(biāo)成為教師主要關(guān)心的方向，而不是把精力放在教學(xué)質(zhì)量上面，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量下降；校方領(lǐng)導(dǎo)缺乏有效的統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)對(duì)教師進(jìn)行考評(píng)。學(xué)校不能給學(xué)生和教師提供信息化的教學(xué)工具和手段，對(duì)實(shí)訓(xùn)過程信息化的建設(shè)缺乏一定的理解。這些問題都是我國(guó)機(jī)電專業(yè)教育面臨的現(xiàn)實(shí)。我們要通過教學(xué)“過程”信息化，聯(lián)系實(shí)際的實(shí)訓(xùn)教學(xué)解決實(shí)訓(xùn)過程教學(xué)信息化監(jiān)管缺失的問題，將原本的教學(xué)方法通過信息化作出改進(jìn)，結(jié)合信息化建設(shè)出基于教學(xué)過程管理的信息化平臺(tái)。

三、基礎(chǔ)理論的研究

（一）生產(chǎn)數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)信息采集分析管理系統(tǒng)（Manufacturing Data Collection & Status Management）定義

主要用于采集數(shù)控機(jī)床和其他生產(chǎn)設(shè)備的工作和運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的監(jiān)控，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。MDC通過與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)以及機(jī)床電控部分的智能化集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，有效地保障了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。在數(shù)據(jù)分析方面，MDC提供專業(yè)化的分析和處理，個(gè)性化的數(shù)據(jù)處理和豐富的圖形報(bào)表展示，對(duì)機(jī)床和生產(chǎn)相關(guān)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，如開機(jī)率、主軸轉(zhuǎn)速、主軸負(fù)載、故障分析、設(shè)備綜合利用率（OEE）、設(shè)備生產(chǎn)率、零部件合格率、質(zhì)量百分比等。精確的數(shù)據(jù)及時(shí)傳遞并分散到相關(guān)流程部門處理，實(shí)時(shí)引導(dǎo)、響應(yīng)和報(bào)告車間的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，極大地提升了解決問題的能力，推進(jìn)了企業(yè)車間智能制造的進(jìn)程。

（二）MDC設(shè)計(jì)原理

目前實(shí)訓(xùn)車間大多數(shù)機(jī)床屬于Fanuc、Siemens、Mazak、Dmg等主流的品牌型號(hào)，這些機(jī)床大多數(shù)通過串口或者網(wǎng)口來進(jìn)行通訊。因此采集軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)通過輪詢模式，串口和網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)都使用這種控制模式。內(nèi)部將機(jī)床等設(shè)備都虛擬成IDevice設(shè)備驅(qū)動(dòng)。當(dāng)有多個(gè)設(shè)備連接到通訊平臺(tái)時(shí)，通訊平臺(tái)會(huì)輪詢調(diào)度設(shè)備進(jìn)行通訊任務(wù)。在某一時(shí)刻只能有一個(gè)設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求命令，等待接收返回?cái)?shù)據(jù)，這個(gè)設(shè)備完成發(fā)送、接收（如果遇到超時(shí)情況，則自動(dòng)返回）后，下一個(gè)設(shè)備才進(jìn)行通訊任務(wù)，依次輪詢?cè)O(shè)備。每個(gè)設(shè)備的通訊都遵循輪詢排隊(duì)的原則。

（三）數(shù)據(jù)監(jiān)控流程設(shè)計(jì)

通過上面章節(jié)中運(yùn)行機(jī)制的設(shè)計(jì)，將實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)通知到數(shù)據(jù)展示模塊，內(nèi)部通過IService接口用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)拉取，采集軟件內(nèi)部再實(shí)現(xiàn)一個(gè)服務(wù)器用于接收顯示客戶端的連接，將數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的傳輸。當(dāng)讀取設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)生變化則通知數(shù)據(jù)庫處理程序進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫。

四、智能制造背景下信息化環(huán)境建設(shè)策略

本課題致力于為機(jī)電類專業(yè)建立一套基于教學(xué)過程大數(shù)據(jù)的教學(xué)管理平臺(tái)。該系統(tǒng)以數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，立足于實(shí)訓(xùn)過程管理，構(gòu)建跟日常教學(xué)業(yè)務(wù)相關(guān)聯(lián)的課堂教學(xué)信息化管理新模式。通過以下策略基于信息化對(duì)高校機(jī)電專業(yè)的教學(xué)作出改革：

（一）提高師資水平，建設(shè)一流的教師隊(duì)伍

在日常的教育教學(xué)工作中，只有教師的教學(xué)水平得到提升，才能更好地給學(xué)生的學(xué)習(xí)提供更多、更有效的幫助與指導(dǎo)。由此教師通過基于大數(shù)據(jù)的教學(xué)過程管理平臺(tái)輔助教學(xué)。同時(shí)，學(xué)校自己也選派出部分教師到一些知名企業(yè)加強(qiáng)學(xué)習(xí)，向企業(yè)中有多年工作經(jīng)驗(yàn)的工作人員學(xué)習(xí)更多經(jīng)驗(yàn)，更多知識(shí)。學(xué)習(xí)更多，儲(chǔ)備更多，把學(xué)習(xí)過來的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)理論更新到學(xué)校教學(xué)系統(tǒng)。實(shí)訓(xùn)教師教學(xué)成果大多來源于現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)數(shù)據(jù)的收集。因此在構(gòu)建基于教學(xué)過程大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的課堂教學(xué)模式下，根據(jù)校方的實(shí)際教學(xué)目標(biāo)，要做到實(shí)訓(xùn)過程機(jī)床產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可采，機(jī)床設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)可視化，實(shí)際教學(xué)情況可視化，也是本課題的目標(biāo)訴求之一。對(duì)教課過程認(rèn)真負(fù)責(zé)，教研成果顯著，教學(xué)水平高的教師要給予獎(jiǎng)勵(lì)。同樣，水平欠佳，不盡職盡責(zé)的教師，校方也要做出相應(yīng)的處理措施，這些獎(jiǎng)懲措施都需要通過信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析實(shí)現(xiàn)績(jī)效考核。

（二）構(gòu)建互幫、互助、互學(xué)的創(chuàng)新式實(shí)踐教學(xué)

我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要高職類院校不斷輸送高級(jí)專業(yè)技工型人才。現(xiàn)代社會(huì)中技術(shù)的更新日新月異。這對(duì)高校也提出了很高的要求，高校只有根據(jù)社會(huì)的發(fā)展合理地調(diào)整自己的教學(xué)風(fēng)格和手段，才能更好地適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。高校需要改變?cè)杏^念，改變傳統(tǒng)死板的“填鴨式”的教學(xué)方式，讓學(xué)生能夠盡早熟悉生產(chǎn)制造型企業(yè)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景和工作環(huán)境，這樣不僅可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，也能夠培養(yǎng)教師的綜合職業(yè)能力和職業(yè)素養(yǎng)。理論知識(shí)與實(shí)訓(xùn)教育一樣重要。通過信息化手段可以給予學(xué)生更多自主學(xué)習(xí)的空間和機(jī)會(huì)，充分發(fā)揮學(xué)生個(gè)體的主觀能動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與到教學(xué)過程中，主動(dòng)汲取知識(shí)，而不是被動(dòng)接受。教師在教育教學(xué)過程中，適當(dāng)?shù)亟o予引導(dǎo)與幫助。提出教學(xué)方案和課題時(shí)，要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況合理安排，并且要注意培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，對(duì)課本中落后的內(nèi)容、死板的教學(xué)方式等方面作出改進(jìn)。在教學(xué)中，多使用信息化模型，通過信息系統(tǒng)輔助有效地提升師生互動(dòng)效果，提升學(xué)生和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的互動(dòng)。也可以利用多媒體等技術(shù)，盡可能地使知識(shí)變得立體，讓學(xué)生在操作中認(rèn)識(shí)細(xì)節(jié)，學(xué)會(huì)操作，全方位地實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的提升。

（三）深化教育實(shí)踐改革

在教學(xué)過程中，通過采集實(shí)訓(xùn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并通過對(duì)數(shù)據(jù)的采集、加工、處理、分析考查學(xué)生基礎(chǔ)技能掌握的變化曲線。通過教學(xué)過程大數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而判斷不同班級(jí)、不同時(shí)間段、不同教師、不同學(xué)生的教和學(xué)質(zhì)量，為抓好教學(xué)質(zhì)量提供數(shù)據(jù)依據(jù)。通過教學(xué)過程大數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步豐富教育的內(nèi)涵，有效地讓大數(shù)據(jù)賦予教學(xué)過程管理新內(nèi)涵。通過實(shí)訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)的信息化終端在基礎(chǔ)的課程與專業(yè)課程上對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。在學(xué)習(xí)知識(shí)與技能時(shí)也要多給學(xué)生創(chuàng)造車間實(shí)訓(xùn)的機(jī)會(huì)。通過理論課訓(xùn)練初步掌握基礎(chǔ)技能，通過信息化在實(shí)訓(xùn)課的實(shí)訓(xùn)可以使課堂上的學(xué)習(xí)技能得到鞏固，全面提高學(xué)生的綜合技能。

五、研究成果

（一）理論成果

形成以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的課堂教學(xué)模式。形成實(shí)訓(xùn)過程數(shù)據(jù)—教學(xué)準(zhǔn)備—數(shù)據(jù)分析閉環(huán)滾動(dòng)管理教學(xué)模式。把智能工廠的管理理念和場(chǎng)景帶入校園，讓學(xué)生在學(xué)校就感受到企業(yè)的運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研的深度結(jié)合。改變學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方式，建立小組合作學(xué)習(xí)模式，使學(xué)生在小組學(xué)習(xí)的過程中享受學(xué)習(xí)，主動(dòng)接受。使用信息化系統(tǒng)形象生動(dòng)地展示教學(xué)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)有效的人機(jī)互動(dòng)、師生互動(dòng)。建立智能制造背景下的信息化學(xué)習(xí)模式并且讓教育管理者用數(shù)據(jù)決策，數(shù)據(jù)說話。

（二）實(shí)踐成果

學(xué)生的課堂效率提高了，學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān)減輕了。提高了教師實(shí)施課堂教學(xué)改革的能力，打造了一只善于總結(jié)、善于研究的科研型教師隊(duì)伍。高素質(zhì)的教師隊(duì)伍建設(shè)是加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)建設(shè)的重要舉措。

六、結(jié)束語

綜上所述，雖然高校機(jī)電類專業(yè)在教育教學(xué)常規(guī)工作方面已經(jīng)逐漸完善，但在教學(xué)過程管理、師資隊(duì)伍的水平、教育教學(xué)模式以及課程的結(jié)構(gòu)、教學(xué)方向等方面還存在不少問題。所以，想要健康高效地發(fā)展高校機(jī)電類專業(yè)的教育水平，結(jié)合智能制造背景下信息化學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè)將是一條必經(jīng)之路。以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，過程管理為核心不斷完善高校機(jī)電類專業(yè)的教學(xué)管理水平和學(xué)生實(shí)踐能力，為高校機(jī)電類專業(yè)的教育事業(yè)整體的發(fā)展作出巨大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡侃，夏紹瑋.基于大型數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)采掘：研究綜述[J].軟件學(xué)報(bào)，1998，9（1）.

[2]何文娟.創(chuàng)新教學(xué)模式，促進(jìn)學(xué)風(fēng)建設(shè)：以機(jī)電專業(yè)為例[J].中國(guó)校外教育（下旬刊），2015（9）：43.

[3]李杰.工業(yè)大數(shù)據(jù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[4]金碚.中國(guó)制造2025[M].北京：中信出版集團(tuán)，2015.