高職院校智能制造實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)內(nèi)涵研究

臧焜巖 孔維軍 王亮

摘? 要：職業(yè)教育要緊緊以智能制造為抓手，打造創(chuàng)新型職業(yè)教育發(fā)展新模式，搭建產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字化、智能化車間，構(gòu)建信息技術(shù)與制造系統(tǒng)深度集成的智能制造實(shí)訓(xùn)基地，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造業(yè)技術(shù)技能人才培養(yǎng)轉(zhuǎn)型升級(jí)的新戰(zhàn)略。

關(guān)鍵詞：智能制造;數(shù)字化;集成;實(shí)訓(xùn)基地

中圖分類號(hào)：G712? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2096-3769（2020）02-026-04

一、智能制造的內(nèi)涵

（一）智能制造的實(shí)施系統(tǒng)

智能制造的實(shí)施是一項(xiàng)系統(tǒng)集成工程，利用信息技術(shù)與制造系統(tǒng)的端與端、縱向、橫向三項(xiàng)深度集成，采取過程數(shù)字化作為實(shí)現(xiàn)智能化的技術(shù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)集成優(yōu)化自我選取的生產(chǎn)過程。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)、創(chuàng)新環(huán)節(jié)、供應(yīng)管理環(huán)節(jié)等領(lǐng)域建設(shè)數(shù)字化、智能化制造應(yīng)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效優(yōu)質(zhì)、最低成本生產(chǎn)模式，展現(xiàn)出信息技術(shù)與制造系統(tǒng)互聯(lián)互通深度集成的智能制造。

（二）智能制造本質(zhì)特征

智能制造本質(zhì)就是通過數(shù)據(jù)有序流動(dòng)來(lái)解決生產(chǎn)變量控制，實(shí)現(xiàn)自我學(xué)習(xí)組織優(yōu)化能力，減少?zèng)Q策過程中不確定性帶來(lái)的危害。它通過CPS搭建設(shè)備聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集通道，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，體現(xiàn)生產(chǎn)過程協(xié)同優(yōu)化的核心內(nèi)容，應(yīng)用虛實(shí)融合實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、綠色、環(huán)保的智能生產(chǎn)愿景。

二、建設(shè)智能制造實(shí)訓(xùn)基地的必要性

（一）是實(shí)現(xiàn)服務(wù)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的需求

1.智能制造是全球制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

工業(yè)機(jī)器人、人工智能等技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)成為制造業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要抓手和努力方向。它是建設(shè)數(shù)字化智能實(shí)訓(xùn)基地的基本內(nèi)容，它是體現(xiàn)信息技術(shù)與制造系統(tǒng)深度融合的實(shí)踐基地，它是體現(xiàn)高職院校培養(yǎng)具有信息控制與制造技術(shù)駕馭雙元化人才搖籃，時(shí)代要求建設(shè)智能制造實(shí)訓(xùn)基地的任務(wù)刻不容緩。

2.數(shù)字化的建設(shè)是實(shí)現(xiàn)智能化的基礎(chǔ)

智能化發(fā)展模式是國(guó)家職業(yè)教育發(fā)展的終極方向。高等職業(yè)教育要強(qiáng)化為產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)服務(wù)的特性，不斷融入產(chǎn)業(yè)升級(jí)的技術(shù)活動(dòng)中，建立產(chǎn)業(yè)需求的智能制造實(shí)訓(xùn)基地，探索基地建設(shè)發(fā)展內(nèi)涵，符合國(guó)家職業(yè)教育的發(fā)展方向，利用基地培訓(xùn)人才提升能力，有利于《中國(guó)制造2025》規(guī)劃實(shí)施。

3.培養(yǎng)智能制造人才是先進(jìn)企業(yè)的需求

通過對(duì)十幾家大型公司調(diào)研發(fā)現(xiàn)，企業(yè)對(duì)智能制造方面的人才愿景迫切，需求大量具有智能制造理念和高技能的人才來(lái)操縱管控設(shè)備。操作者現(xiàn)場(chǎng)具備掌握每臺(tái)設(shè)備狀態(tài)運(yùn)行參數(shù)可知可控能力、生產(chǎn)的每個(gè)產(chǎn)品異常信息可查可溯能力?；亟ㄔO(shè)為這些產(chǎn)業(yè)提供高素質(zhì)技能人才就變?yōu)榭尚?，?shí)現(xiàn)基地就是車間的場(chǎng)景無(wú)縫轉(zhuǎn)換。

4.實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合的重要平臺(tái)展示窗口

建設(shè)只能制造實(shí)訓(xùn)基地是充分展現(xiàn)信息技術(shù)與制造工藝深度融合，實(shí)現(xiàn)信息技能教學(xué)的核心操作空間，充分實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)流與設(shè)備參數(shù)之間深度縱向集成，改變?cè)O(shè)備“聾啞傻”的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化的采集;實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床及AGV的全流程的智巧化的管理控制，體現(xiàn)CPS靈魂深邃。

三、智能制造實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的內(nèi)容

（一）智能制造實(shí)訓(xùn)基地系統(tǒng)建設(shè)

1.智能制造系統(tǒng)

由設(shè)備控制層、設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)層、執(zhí)行層、計(jì)劃層四維度系統(tǒng)組成。設(shè)備控制層由數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、AGV小車、立體倉(cāng)庫(kù)等設(shè)備構(gòu)成，體現(xiàn)實(shí)體層面的技術(shù)集成;設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)起到信息系統(tǒng)互聯(lián)互通的橋梁作用，通過機(jī)床聯(lián)網(wǎng)通訊系統(tǒng)、數(shù)控程序管理系統(tǒng)、編程與仿真系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析與決策系統(tǒng)支持實(shí)現(xiàn)設(shè)備的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通;執(zhí)行層系統(tǒng)彰顯頂層設(shè)計(jì)內(nèi)容，體現(xiàn)協(xié)同管理、數(shù)據(jù)采集分析、提取的功用，為實(shí)施者提供科學(xué)依據(jù)的環(huán)節(jié);計(jì)層具有實(shí)施生產(chǎn)計(jì)劃、產(chǎn)品完工質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控功用。

2.四個(gè)維度系統(tǒng)

從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、制造加工、過程控制、信息管理、設(shè)備維護(hù)等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了人、機(jī)、料、法、測(cè)的信息互聯(lián)互通，系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)有序的流動(dòng)體現(xiàn)智能制造內(nèi)涵，重點(diǎn)體現(xiàn)“智”的信息。

（二）智能制造實(shí)訓(xùn)基地內(nèi)容建設(shè)

1.構(gòu)建智能化生產(chǎn)體系和生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)所需要的信息及技術(shù)融合系統(tǒng)

智能化生產(chǎn)體系和生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)所需要的信息體現(xiàn)設(shè)備主體包含智能化機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、AGV小車、熱處理設(shè)備、FMS生產(chǎn)線、三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器等數(shù)字化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化生產(chǎn)。技術(shù)融合系統(tǒng)體現(xiàn)利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備主體的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析可視化操作、建立賽博系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備與信息技術(shù)深度融合，搭建數(shù)據(jù)在設(shè)備、信息系統(tǒng)之間有序流動(dòng)的橋梁，體現(xiàn)高級(jí)智能SoS作用，實(shí)現(xiàn)《中國(guó)制造2025》所倡導(dǎo)的高質(zhì)量、高效率、低成本的制造生產(chǎn)新型式，彰顯信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合所帶來(lái)的顛覆性產(chǎn)業(yè)變革。

2.智能制造實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)重點(diǎn)體現(xiàn)設(shè)備系統(tǒng)“不聾、不啞、不傻”

改變傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)設(shè)備系統(tǒng)不融通、信息數(shù)據(jù)不流通、系統(tǒng)不兼容等現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息端到端、縱向、橫向三項(xiàng)集成，充分體現(xiàn)智能制造實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)集成制造參數(shù)信息能力，同時(shí)還具有對(duì)外傳遞信息的技術(shù)能力，解決設(shè)備“聾”缺陷;利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、故障預(yù)知判斷、工藝路線參數(shù)工作正常與否的信息通知能力，將設(shè)備“啞”的現(xiàn)象用科學(xué)方法改變，從“聾、啞、傻”工作模式升級(jí)為數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，智能化的工作模式，體現(xiàn)設(shè)備與信息高度融合。智能制造實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)采用一臺(tái)主機(jī)控制器聯(lián)絡(luò)控制整個(gè)數(shù)控設(shè)備系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)程序內(nèi)容傳輸、編輯與仿真、刀具數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)管理、加工數(shù)據(jù)的技術(shù)分析，整合設(shè)備信息數(shù)據(jù)流的有序流動(dòng)，做到互聯(lián)互通融入賽博系統(tǒng)，成為數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化系統(tǒng)關(guān)鍵部分，從源頭上根治設(shè)備“傻”現(xiàn)象。

3.以資源優(yōu)化為根本目標(biāo)

基地建設(shè)要體現(xiàn)資源利用最大化，要優(yōu)化制造資源要素，減少實(shí)施過程中不確定性，提升資源使用配置效果，通過不同級(jí)別的CPS構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息縱向集成或端到端集成，體現(xiàn)人機(jī)協(xié)同、機(jī)機(jī)協(xié)同、人人協(xié)同智能化生產(chǎn)模式，適應(yīng)今后制造業(yè)變革需求的新模式，提升數(shù)據(jù)流在制造業(yè)的應(yīng)用。

4.探索出實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)與信息技術(shù)結(jié)合的關(guān)鍵點(diǎn)——數(shù)據(jù)流動(dòng)

該體系建設(shè)突破以往實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)模式，重點(diǎn)打造信息技術(shù)如何與制造系統(tǒng)集成，利用信息技術(shù)解決生產(chǎn)存在實(shí)際問題，利用信息數(shù)據(jù)流來(lái)降低生產(chǎn)中隨機(jī)不確定性因素的影響，化解復(fù)雜系統(tǒng)的不確定性。這個(gè)信息一定是包含流動(dòng)的數(shù)據(jù)（工藝參數(shù)流、設(shè)備動(dòng)態(tài)流、預(yù)判故障流、生產(chǎn)數(shù)據(jù)流、產(chǎn)品測(cè)試流、人力儲(chǔ)備流），實(shí)現(xiàn)在大量數(shù)據(jù)流中捕捉到最優(yōu)的數(shù)據(jù)，在最佳時(shí)間用最優(yōu)化方式傳遞給正確的人和設(shè)備，方便快捷解決生產(chǎn)過程中不確定性問題，提高生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

5.構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)，具備精確準(zhǔn)時(shí)、高效流動(dòng)的數(shù)據(jù)采集體系，打造出人、機(jī)、物互聯(lián)互通信息有序高效流動(dòng)的技術(shù)軟件，改變傳統(tǒng)制造業(yè)模式設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)方式，實(shí)現(xiàn)資源配置效率高效集成，實(shí)現(xiàn)以功能服務(wù)為核心，體現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)是智能制造的關(guān)鍵軟件平臺(tái)，探索實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)有效應(yīng)用智能制造的途徑。

（三）智能制造實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)內(nèi)涵特色

第一，我院與企業(yè)共同創(chuàng)建了數(shù)字化智能制造生產(chǎn)線，占地4500m2，整套生產(chǎn)線基于設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)與制造系統(tǒng)融合的環(huán)境條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)通過RS232接口實(shí)現(xiàn)雙向并發(fā)通訊，支持各類型的數(shù)控機(jī)床，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程請(qǐng)求和傳輸，數(shù)據(jù)管理完全透視化，利用DNC系統(tǒng)進(jìn)行程序編輯與刀位軌跡三維仿真，MDC系統(tǒng)準(zhǔn)確客觀實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和技術(shù)分析，支持庫(kù)卡、ABB、新松等工業(yè)機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)，能體現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與CPS系統(tǒng)在制造業(yè)中具體應(yīng)用。第二，創(chuàng)建的數(shù)字化智能制造生產(chǎn)線最大特點(diǎn)是設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)與MES系統(tǒng)的深度集成。整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)集成層、資源管理層、生產(chǎn)管理層、輸入輸出層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)縱向集成和端到端集成，實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互通，數(shù)據(jù)采集齊全準(zhǔn)確，精確提供科學(xué)決策依據(jù)，且該系統(tǒng)采用先進(jìn)的B/S架構(gòu)，可根據(jù)不同需求快速配制實(shí)施生產(chǎn)。第三，智能制造實(shí)訓(xùn)基地創(chuàng)建協(xié)同生產(chǎn)、定制化服務(wù)的精髓。該實(shí)訓(xùn)基地通過數(shù)字化建設(shè)、數(shù)字化管理，利用信息系統(tǒng)做到排產(chǎn)、最優(yōu)工序執(zhí)行、刀具優(yōu)化調(diào)配、原材料配取、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)內(nèi)容等精準(zhǔn)實(shí)施，實(shí)現(xiàn)各種層面信息流的集成與協(xié)同。深刻突出智能生產(chǎn)內(nèi)容。第四，智能制造實(shí)訓(xùn)基地創(chuàng)建虛實(shí)融合，數(shù)字孿生的智能生產(chǎn)場(chǎng)景 ，開啟生產(chǎn)制造新模式，改變了傳統(tǒng)制造業(yè)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)管理模式，做到了虛實(shí)世界融合、數(shù)字孿生共建精準(zhǔn)映射的情境，更好體現(xiàn)人機(jī)共融。完全實(shí)現(xiàn)機(jī)器思索、推理、歸納能力與人的學(xué)習(xí)能力相融合，彰顯人機(jī)協(xié)同處理決策能力，體現(xiàn)人機(jī)協(xié)同生產(chǎn)過程人所必需具有的職業(yè)能力和本領(lǐng)，體現(xiàn)智能制造實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)核心要素內(nèi)容。它的建設(shè)不僅是生產(chǎn)方式變革，還是構(gòu)筑智能制造空間的核心系統(tǒng)特征，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)重要方式。

（四）智能制造實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)作用

智能制造實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)為實(shí)現(xiàn)《中國(guó)制造2025》提供了職業(yè)能力實(shí)踐平臺(tái)?；亟ㄔO(shè)為人才培養(yǎng)體系建設(shè)提供示范引領(lǐng)作用，它改變先前傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)內(nèi)容，為職業(yè)學(xué)院推行智能制造實(shí)踐模式提供了企業(yè)級(jí)真實(shí)場(chǎng)景，極大促進(jìn)學(xué)生職業(yè)技能、專項(xiàng)管控信息技能、職業(yè)素養(yǎng)能力提升，引導(dǎo)職業(yè)院校按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。智能制造實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)重點(diǎn)突出數(shù)字智能的特點(diǎn)，構(gòu)建以服務(wù)為中心的科研創(chuàng)新平臺(tái)。基地創(chuàng)新功能包括科研技術(shù)服務(wù)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型集成、工藝參數(shù)集成以及建設(shè)CPS為核心的生產(chǎn)管控交互平臺(tái)，突出智能生產(chǎn)的內(nèi)在精髓。智能制造實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)為智能制造人才培養(yǎng)體系建設(shè)提供實(shí)踐平臺(tái)，搭建出制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的實(shí)踐平臺(tái)，構(gòu)建出數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化制造業(yè)高技能技術(shù)人才實(shí)踐平臺(tái)，構(gòu)建出智能制造生產(chǎn)流程面向的職業(yè)崗位群，構(gòu)建出涵蓋機(jī)電一體化、智能制造技術(shù)、電子信息等專業(yè)領(lǐng)域的教學(xué)、研發(fā)和服務(wù)體系，滿足《中國(guó)制造2025》對(duì)雙元人才的需求，實(shí)現(xiàn)職業(yè)教育服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略的定位。

總之《中國(guó)制造2025》是國(guó)家賦予高職院校提升服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略的新使命，高職院校建設(shè)智能制造實(shí)訓(xùn)基地是時(shí)代必然要求。規(guī)劃的實(shí)施為我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供具體發(fā)展的途徑，提供新的發(fā)展思路與內(nèi)涵，高職院校一定緊密結(jié)合規(guī)劃，在職業(yè)教育領(lǐng)域中開拓創(chuàng)新，建設(shè)出具有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的智能制造實(shí)訓(xùn)基地，體現(xiàn)信息技術(shù)與制造系統(tǒng)深度集成的平臺(tái)，不斷探索符合新時(shí)代中國(guó)特色智能制造實(shí)訓(xùn)基地內(nèi)涵建設(shè)內(nèi)容，為培養(yǎng)具有信息操控能力的高技能技術(shù)制造業(yè)人才提供堅(jiān)實(shí)物質(zhì)保障，為實(shí)現(xiàn)《中國(guó)制造2025》不斷奮進(jìn)。

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