工業(yè)4.0背景下機(jī)械專業(yè)教學(xué)改革分析

李明

摘 要：介紹了工業(yè)4.0的發(fā)展現(xiàn)況，分析了該次工業(yè)革命對(duì)制造業(yè)，特別是對(duì)中國(guó)制造業(yè)的影響；在此基礎(chǔ)上，探討了在工業(yè)4.0的背景下，對(duì)制造類專業(yè)人才具備知識(shí)和能力的新要求；最后討論了當(dāng)前機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)在培養(yǎng)過程中，課程設(shè)置和培養(yǎng)模式的不足之處，闡述了在此背景下進(jìn)行教學(xué)改革的必要性，并初步提出了一些為保障我國(guó)工業(yè)4.0順利發(fā)展，機(jī)械制造類本科專業(yè)教學(xué)改革的應(yīng)對(duì)策略。

關(guān)鍵詞：工業(yè)4.0；應(yīng)用型本科機(jī)械制造專業(yè)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.17.089

0 介紹

機(jī)械專業(yè)涉及知識(shí)面廣，技術(shù)更新快，這就要求培養(yǎng)的人才知識(shí)面寬、適應(yīng)能力強(qiáng)、并具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力。因此，廣大教學(xué)工作者在機(jī)械專業(yè)的教學(xué)改革上，不斷努力，從不同角度做出很多成果，帶給我們很多啟迪。例如，將該專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)以體系的方式構(gòu)建；在教學(xué)改革中突出知識(shí)融合與能力培養(yǎng)；將工程教育認(rèn)證作為導(dǎo)向進(jìn)行的實(shí)踐教學(xué)模式開發(fā)；側(cè)重主動(dòng)實(shí)踐能力培養(yǎng)的體系構(gòu)建。然而，我們當(dāng)前面臨著由工業(yè)4.0給制造業(yè)的一個(gè)巨大變革，企業(yè)處于智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，需要高校對(duì)此迅速做出相應(yīng)并在專業(yè)設(shè)置和課程建設(shè)上進(jìn)行改革。

1 工業(yè)4.0 發(fā)展簡(jiǎn)介

1.1 工業(yè)4.0出現(xiàn)的原因

當(dāng)前制造業(yè)面臨三個(gè)方面的巨大壓力。第一，來自市場(chǎng)的壓力：隨著市場(chǎng)多樣化、用戶需求多變化、產(chǎn)品種類多樣化，導(dǎo)致企業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)白熱化和利潤(rùn)空間縮小。第二，來自資源與環(huán)境的壓力：在同行相繼增加產(chǎn)能的情形下，資源相對(duì)短缺且給環(huán)境保護(hù)帶來很大壓力；第三，來自制造成本的壓力：原材料價(jià)格上揚(yáng)以及勞動(dòng)力成本的提高，使得總的制造成本不斷上漲。因此，傳統(tǒng)的以能量轉(zhuǎn)換工具為推動(dòng)力的經(jīng)濟(jì)將難以繼續(xù)發(fā)展，而且傳統(tǒng)的工業(yè)發(fā)展模式也已經(jīng)沒有競(jìng)爭(zhēng)力，因此新一代的工業(yè)革命應(yīng)運(yùn)而生，主要國(guó)家紛紛出臺(tái)制定制造業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略，如2012年美國(guó)的先進(jìn)制造業(yè)國(guó)家戰(zhàn)略、2013年德國(guó)的工業(yè)4.0發(fā)展戰(zhàn)略，以及2015年我國(guó)提出的中國(guó)制造2025。

1.2 工業(yè)4.0的特點(diǎn)及企業(yè)轉(zhuǎn)型的方向

工業(yè)3.0（基于信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)）的特點(diǎn)是單一品種的大規(guī)模生產(chǎn)，即在中央集中控制下，通過有線通訊，使得流水線工藝按順序操作。無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控位置信息。與之相比較，在工業(yè)4.0時(shí)代，將是基于無(wú)線通訊的分散控制下的，可以自律操作的單元化工藝，并能夠?qū)崟r(shí)追蹤位置信息。也就是說后者可能完成多個(gè)種類的大規(guī)模生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模定制。因此，在這個(gè)背景下，企業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：管理理念從以產(chǎn)品為中心、靠低成本贏得市場(chǎng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐灶櫩蜑橹行模钥焖夙憫?yīng)贏得市場(chǎng)；驅(qū)動(dòng)方式從根據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)安排生產(chǎn)，轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶕?jù)客戶訂單安排生產(chǎn)；競(jìng)爭(zhēng)核心從通過穩(wěn)定性和控制力取得高效率，轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^靈活性和快速響應(yīng)實(shí)現(xiàn)多樣化和定制化；目標(biāo)從以低價(jià)格開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、交付產(chǎn)品和服務(wù)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐远鄻踊投ㄖ苹_發(fā)、生產(chǎn)、銷售、交付顧客需要的產(chǎn)品和服務(wù)。

2 工業(yè)4.0對(duì)制造專業(yè)人才的新要求

工業(yè)4.0中處處體現(xiàn)出智能化的要求，即能源管理智能化、生產(chǎn)設(shè)備智能化、生產(chǎn)過程控制智能化、供應(yīng)鏈管理智能化。傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式下，材料在一定信息和能源的驅(qū)動(dòng)下，生產(chǎn)為產(chǎn)品。而在工業(yè)4.0時(shí)代，智能物料在由可相互通信的機(jī)器所組成的信息物理融合生產(chǎn)系統(tǒng)，在云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控下，生產(chǎn)為智能產(chǎn)品。其本質(zhì)是基于“信息物理系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)“智能工廠”。其中，要求在物理系統(tǒng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類數(shù)據(jù)的感知并發(fā)送給信息系統(tǒng)；要求在信息系統(tǒng)內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將操作控制返回物理系統(tǒng)。具體到我國(guó)的情況，在工業(yè)4.0時(shí)代我國(guó)制定了“中國(guó)制造2025”的規(guī)劃。在這一規(guī)劃中，將加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)融合，推進(jìn)智能制造。在這一進(jìn)程中，在技術(shù)層面上相比3.0時(shí)代出現(xiàn)了新的變化，具體表現(xiàn)如下。

（1）信息技術(shù)在各項(xiàng)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的應(yīng)用；

（2）橫向業(yè)務(wù)覆蓋包括研發(fā)設(shè)計(jì)、制造過程、經(jīng)營(yíng)管理和市場(chǎng)流通等；

（3）縱向滲透指信息技術(shù)的應(yīng)用層次不斷提高；

（4）信息技術(shù)與企業(yè)業(yè)務(wù)深度結(jié)合，推動(dòng)業(yè)務(wù)流程的逐漸優(yōu)化和創(chuàng)新；

（5）信息實(shí)現(xiàn)了與生產(chǎn)資料、勞動(dòng)者等企業(yè)生產(chǎn)要素的相互融合，而且其本身也成為企業(yè)生產(chǎn)必不可少的要素；

（6）信息化建設(shè)突破企業(yè)邊界，促進(jìn)了技術(shù)、管理和市場(chǎng)等方面的模式創(chuàng)新，催生了新的企業(yè)能力。

因此，在工業(yè)4.0的背景下，應(yīng)對(duì)技術(shù)層面出現(xiàn)的新變化，對(duì)于工業(yè)4.0時(shí)代機(jī)械專業(yè)技術(shù)人員的要求有如下幾點(diǎn)。

（1）知識(shí)更加全面，便于對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)過程理解、調(diào)試和維護(hù)。要求技術(shù)人員擁有機(jī)械、電子、信息、自動(dòng)化等方面的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐操作能力。特別是液壓與氣動(dòng)、PLC控制、單片機(jī)控制、傳感器等。

（2）動(dòng)手能力強(qiáng)，能迅速調(diào)試修復(fù)設(shè)備及生產(chǎn)線。要求技術(shù)人員熟練掌握電工、鉗工及裝配技術(shù)。

（3）對(duì)自動(dòng)化行業(yè)元器件原材料了解。要求掌握電動(dòng)、氣動(dòng)、開關(guān)、傳感器的特性和功能。能夠迅速選型和實(shí)操更換。

（4）對(duì)信息技術(shù)有相當(dāng)?shù)牧私夂蛻?yīng)用能力。要求對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中機(jī)器間、機(jī)器與物料間信息的發(fā)送、接收、存儲(chǔ)理論與方法有充分認(rèn)識(shí)和了解。

3 工業(yè)4.0背景下的應(yīng)用型本科機(jī)械專業(yè)改革

對(duì)于應(yīng)對(duì)工業(yè)4.0的專業(yè)教學(xué)改革，工業(yè)與信息化部于2015年發(fā)布了“工信部關(guān)于開展2015年智能制造試點(diǎn)示范專項(xiàng)行動(dòng)的通知”（工信部[2015]72號(hào)）：“組織實(shí)施智能制造人才培養(yǎng)計(jì)劃。支持高校開展智能制造學(xué)科體系和人才培養(yǎng)體系建設(shè)，建立知識(shí)與人才開放共享平臺(tái)?！币虼?，在工業(yè)4.0背景下，以原有機(jī)械制造專業(yè)為基礎(chǔ)，進(jìn)行新的學(xué)科體系和人才培養(yǎng)體系建設(shè)，不僅是企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需求，也是有政策支持的。我們需要做到的有如下幾點(diǎn)。

3.1 專業(yè)設(shè)置與智能制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)需求對(duì)接

如前所述，智能制造企業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型將產(chǎn)生巨大的人才需求缺口，按照原有的培養(yǎng)方案，畢業(yè)學(xué)生掌握的知識(shí)和具有的能力已經(jīng)無(wú)法滿足轉(zhuǎn)型升級(jí)的需要，因此這個(gè)巨大的需求缺口要求高校，特別是應(yīng)用型本科高校迅速做出響應(yīng)，保障我國(guó)工業(yè)4.0進(jìn)程順利開展。從高校的角度來看，這次專業(yè)設(shè)置的改革與升級(jí)也是提高畢業(yè)生質(zhì)量、提高就業(yè)率、創(chuàng)下高校好口碑的一個(gè)契機(jī)。

在具體的操作上，可以在機(jī)械制造專業(yè)的培養(yǎng)方案為基礎(chǔ)，將自動(dòng)化、信息專業(yè)的資源（師資、課程、實(shí)驗(yàn)設(shè)備）進(jìn)行整合，按照未來智能制造的需求制定新的培養(yǎng)方向，突出在制造過程中的信息化與自動(dòng)化高度融合。有條件的高校甚至可以直接開辦智能制造專業(yè)，這是在政策上得到鼓勵(lì)的。

3.2 課程內(nèi)容與職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接

企業(yè)智能制造項(xiàng)目實(shí)施后，其相關(guān)要求將落實(shí)到每一個(gè)相關(guān)的工作流程和人員。需要在相關(guān)的課程中介紹智能制造的背景、企業(yè)的信息化環(huán)境，并普及關(guān)于“互聯(lián)網(wǎng)+”、ISO9000、14000、18000的內(nèi)容，要從思想上和技術(shù)上都讓學(xué)生做好準(zhǔn)備。

3.3 教學(xué)過程與生產(chǎn)過程對(duì)接

在工業(yè)4.0時(shí)代，對(duì)于技術(shù)人員的實(shí)踐能力要求尤其高，所以在教學(xué)過程中，要注意在教學(xué)過程中盡量與生產(chǎn)實(shí)際對(duì)接，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力。而其中教學(xué)資源的開發(fā)和團(tuán)隊(duì)建設(shè)最為迫切。主要包括以下幾個(gè)方面：（1）“智能工廠或數(shù)字化車間”的實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所；（2）與“智能工廠或數(shù)字化車間”相關(guān)的教學(xué)資源；（3）能承擔(dān)“智能工廠或數(shù)字化車間”相關(guān)的教學(xué)任務(wù)的“校企混編‘雙師型團(tuán)隊(duì)”；（4）能承擔(dān)相關(guān)實(shí)習(xí)任務(wù)的高水平企業(yè)（基地）。高校應(yīng)注意送相關(guān)的骨干教師去智能化程度較高、轉(zhuǎn)型比較成功的企業(yè)學(xué)習(xí)以及尋求合作機(jī)會(huì)。

4 總結(jié)

本文針對(duì)當(dāng)下制造業(yè)升級(jí)換代的大背景，分析了制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用型本科機(jī)械專業(yè)的教學(xué)現(xiàn)狀，總結(jié)了現(xiàn)有機(jī)械專業(yè)設(shè)置課程建設(shè)改革的緊迫性和必要性，并從不同角度提出了幾點(diǎn)改革建議與方向，供相關(guān)高校相關(guān)專業(yè)的同行參考。

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