面向智能制造的技能人才理虛實一體化培養(yǎng)新模式研究

李占超 潘小新

摘? 要：該文從智能制造人才需求出發(fā)，分析了傳統(tǒng)技能人才培養(yǎng)的不足及轉型目標，在原有理實一體培養(yǎng)模式的基礎上提出理虛實一體的智能制造人才培養(yǎng)新模式。詳細分析了理論教學、虛擬實訓、智能制造車間實訓3部分的建設內(nèi)容和融合辦法，探索了適合智能制造需求的高端技能人才培養(yǎng)新模式。

關鍵詞：智能制造? 理虛實一體化? 虛擬仿真實訓

中圖分類號：G71? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）04（b）-0151-02

2013年德國率先提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，旨在提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有適應性、資源效率及人機工程學的智慧工廠，在商業(yè)流程及價值流程中整合客戶及商業(yè)伙伴，被業(yè)界認為是以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命?？梢哉f智能制造是未來中國制造的核心，制造過程、運行服務過程都將數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化。中國職業(yè)技術教育學會常務副會長劉占山指出，在智能制造的背景下每個生產(chǎn)者都由集中向分散轉變，不再是生產(chǎn)線上簡單操作工，他們不僅僅是設備的生產(chǎn)者，同時也是智能設備的管理者，這對新形勢下機械制造專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了新要求。

1? 機械制造專業(yè)教學現(xiàn)狀

現(xiàn)在的機械類專業(yè)在本科都是以專業(yè)理論和基礎課為主，實踐時間很少，企業(yè)實習只有短短的幾周時間，根本學不到多少實踐知識;而機械制造專業(yè)的職業(yè)教育還以傳統(tǒng)的技能人才培養(yǎng)模式為主[1]，也就是培養(yǎng)操作工為主，學生理論知識不足。隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結構的升級，機械行業(yè)對復合型應用型人才的需求日益強烈，現(xiàn)有的勞動力體系和職業(yè)教育體系將不能適應智能制造的發(fā)展需求。首先，專業(yè)劃分界限過于顯明，不利于復合型技術人才的培養(yǎng);其次，片面強調(diào)理論知識或操作技能，而輕視解決實際問題的能力和自主學習能力的培養(yǎng)，造成學生解決實際問題能力差、技能結構單一、理論知識不足、發(fā)展?jié)摿π?最后，當前各院校還處于相對封閉的辦學形態(tài)，沒能及時跟上產(chǎn)業(yè)結構的升級發(fā)展，難以提供制造業(yè)轉型升級所需要的資源和培訓需求[2]。

2? “理、虛、實一體化”課程體系改革

培養(yǎng)學生的實踐和動手能力離不開大量的實訓教學，智能制造系統(tǒng)復雜、設計和制造過程信息化集成度高，采用真實裝備進行實驗實訓教學設備價格昂貴、實訓系統(tǒng)投資大。若學生從零基礎開始實訓則課時量大設備數(shù)量很難滿足教學要求且實訓成本高，另外也增加了設備操作安全隱患。由于經(jīng)費、時間、場地和教學資源的限制，學生實訓數(shù)量和質(zhì)量受影響，自主設計、創(chuàng)新設計能力很難提高，且與企業(yè)實際生產(chǎn)脫節(jié)，難以達到預期的培養(yǎng)目標。

因此，該文提出在現(xiàn)有的“理實一體化”教學理念基礎上，選取工業(yè)真實的典型應用案例，圍繞其真實的產(chǎn)品生命周期全過程，提出以虛擬仿真實訓作為理論教學與實物實訓之間過渡的橋梁，構建“理、虛、實一體化”的新一代教學與實訓體系?！袄怼笔侵竾@典型應用案例及其工作過程構建的課程體系及資源包?！疤摗笔侵覆捎檬澜珙I先的虛擬仿真軟件進行的虛擬仿真實訓?！皩崱笔侵傅湫蛻冒咐膶嵨飳嵱柤肮S化實訓。該體系采用虛擬仿真軟件，在理論教學和實物實訓之間搭建起一個過渡的“橋梁”，從而有效地解決理論教學與實物實訓難以有效融合的問題，使“理實一體”的教學與實訓理念得以有效貫徹。大幅度提升教學與實訓的效率、效果和規(guī)模，并顯著降低實訓成本。

2.1 理論教學

目前國內(nèi)還很少有專門的智能制造專業(yè)，已有的機器人專業(yè)也不能籠統(tǒng)地稱為智能制造專業(yè)，即便是有新開設的智能制造專業(yè)，在課程體系上也是比較片面的，因為智能制造本身就是融合了很多專業(yè)，是工業(yè)化、自動化、信息化和智能化的產(chǎn)物，因此有必要對原有課程體系進行調(diào)整。我們以傳統(tǒng)機械制造及自動化專業(yè)為基礎，進行了適應智能制造需求的課程體系改革研究。改革后的專業(yè)學習內(nèi)容應該主要包括機械原理、機械設計、三維建模、電子電工、工業(yè)機器人、PLC控制、單片機編程、液壓與氣動、工裝夾具、數(shù)控加工和特種加工等，具有“控（制）管（理）結合，強（電）弱（電）并重，軟（件）硬（件）兼施”等鮮明的特點，而且所培養(yǎng)的學生具有適應性強、就業(yè)面廣的特點。學生的就業(yè)去向可滿足各種機器人生產(chǎn)、系統(tǒng)集成和各類制造應用企業(yè)的需求。教學過程中還應注意各課程之間的相互銜接，課程資源包、授課案例均來自實際工程項目，且在后續(xù)的實訓教學中有所體現(xiàn)。

2.2 虛擬仿真訓練

“理、虛、實一體化”就是在現(xiàn)有的“理實一體化”教學理念基礎上增加了虛擬訓練[3]，學生通過虛擬訓練可對系統(tǒng)、設備、裝置、控制系統(tǒng)、工藝流程及操作注意事項，產(chǎn)生一定認識并達到一定掌握程度之后再進入實際操作訓練?？煽焖佟⒋竺娣e提高學生的實際操作技能并降低各種誤操作導致的安全隱患，大幅度提升教學與實訓的效率、效果和規(guī)模，并顯著降低實訓成本。因此我們選擇芬蘭Visual Components有限責任公司開發(fā)的、行業(yè)領先的3D制造仿真和可視化專業(yè)軟件[4]——VisualOne，作為虛擬仿真教學的平臺。在此平臺上可設計的教學實訓項目有：智能工廠設計、機器人軌跡規(guī)劃、PLC 控制編程、干涉檢查、設計仿真等。

2.3 智能工廠實訓

經(jīng)過虛擬實訓的學生雖然對實訓內(nèi)容有了清晰的認識，對理論知識也有了一定的融會貫通，但要真正走向?qū)嵺`必須經(jīng)過實物實訓的熏陶。這既是老師對前期理論學習和虛擬實訓的檢驗，也是學生對自己所學的一個實踐驗證。圖1即為柔性制造系統(tǒng)的應用案例，具有集成度高、設備先進且種類較多、高柔性等特點?？稍O計并進行的智能制造集成系統(tǒng)的實訓項目有：（1）系統(tǒng)對新設備新組件的集成;（2）典型自動生產(chǎn)系統(tǒng)及工藝流程的設計;（3）系統(tǒng)常見故障診斷及排除;（4）系統(tǒng)的安裝與調(diào)試;（5）系統(tǒng)的日常維護與保養(yǎng)。

3? “理、虛、實一體化”教學資源建設

理論教學資源包含電子圖文、PPT、動畫視頻、練習素材、試題庫、項目案例等豐富多樣的資源素材，將實訓案例全部融進教學資源包，遵循系統(tǒng)化和整體化設計要求，各類資源以單個知識點或案例為基本單元存放，既滿足教學要求又能理論聯(lián)系實際，使教師可自由、靈活、方便、快速地組合出各種個性化的教學套餐[5]。

4? 結語

智能制造“理、虛、實一體化”教學與實訓體系，通過虛擬仿真訓練，將理論教學和生產(chǎn)實踐緊密結合，解決了硬件設備對理實一體化課程實施的限制，相比實物實訓可以拓展出更多、更專業(yè)、更深層的實訓項目。這種教學模式可以更好地對時間和空間加以有效利用，使教學的效率和效果得到顯著提升。因此，構建智能制造“理、虛、實一體化”的新一代教學與實訓體系，是培養(yǎng)滿足中國智能制造要求的高技能人才的有效途徑。

參考文獻

[1] 周蘭菊，曹曄.智能制造背景下高職制造業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)實踐與探索[J].職教論壇，2016（22）：215.

[2] 莫玲玲，叢國棟.邁向“技能4.0”——關于職業(yè)技能教育變革的思考[J].環(huán)球市場，2016（12）：63.

[3] 單巖，苗盈，趙悅.基于虛擬現(xiàn)實的新型模具專業(yè)教學與實訓平臺應用[J].模具工業(yè)，2013（2）：114.

[4] 王猛，韓正功，許斌杰.VSFMA模型在自動化車間虛擬仿真中的應用[J].計算機技術與發(fā)展，2013（10）：42.

[5] 高芳.基于信息技術的“理、虛、實一體化”教學資源建設探討[J].中國培訓，2016（20）：56.

①作者簡介：李占超（1986，7—），男，漢族，河北承德人，本科，講師，研究方向：機械制造技術。

潘小新（1986，10—），女，漢族，河北承德人，本科，講師，研究方向：機械制造技術。