面向機(jī)械全日制工程碩士培養(yǎng)的《智能制造案例庫》建設(shè)探討

重慶理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 重慶 400054

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和高等教育改革的推進(jìn)，我國工程碩士已成為全球培養(yǎng)規(guī)模最大、影響最廣且按領(lǐng)域授權(quán)的專業(yè)學(xué)位類別。為了更好地與工程博士銜接，并減少原40個(gè)工程領(lǐng)域培養(yǎng)范圍的重復(fù)，同時(shí)更好地適應(yīng)工程綜合的服務(wù)需求，在借鑒國內(nèi)外對工程領(lǐng)域劃分范圍的基礎(chǔ)上，教育部于2018年將原40個(gè)工程碩士領(lǐng)域調(diào)整為電子信息、機(jī)械、材料與化工、資源與環(huán)境、能源動(dòng)力、土木水利、生物與醫(yī)藥、交通運(yùn)輸8種工程專業(yè)學(xué)位類別[1]。

我校原機(jī)械工程領(lǐng)域、車輛工程領(lǐng)域合并為機(jī)械類工程碩士進(jìn)行培養(yǎng)，并將在2020級機(jī)械類全日制專業(yè)學(xué)位研究生中實(shí)施新的人才培養(yǎng)計(jì)劃。本文就是在工程專業(yè)學(xué)位類別調(diào)整的背景下，結(jié)合智能制造發(fā)展的必然趨勢，按照新工科的要求[2，3]，以在智能制造領(lǐng)域?yàn)楦嗟膸熒?wù)為目的，以培養(yǎng)機(jī)械類全日制專業(yè)學(xué)位研究生的工程綜合能力、新型崗位能力等為目標(biāo)來構(gòu)建《智能制造案例庫》。初步估計(jì)，《智能制造案例庫》可以為我校10多門相關(guān)研究生課程、約500名機(jī)械類全日制專業(yè)學(xué)位研究生、近20名教師提供智能制造案例參考，以便更好地培養(yǎng)社會急需的智能制造人才。

一、智能制造概述

1.智能制造發(fā)展。智能制造是全球制造業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略方向，目前在國際上還沒有統(tǒng)一的定義。與傳統(tǒng)制造相比，智能制造主要體現(xiàn)在：新理念、新模式與新技術(shù)的融合；信息和通信技術(shù)與制造技術(shù)的融合；制造流、產(chǎn)品流、數(shù)據(jù)流、信息流與價(jià)值流的交融互通等[4]。

制造業(yè)對一個(gè)國家的發(fā)展具有舉足輕重的支撐作用，發(fā)達(dá)國家對高端制造業(yè)提出了一系列發(fā)展戰(zhàn)略。2013年4月，德國推出了《工業(yè)4.0戰(zhàn)略》[5]；美國從2011年開始，先后出臺了《先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃AMP》、《先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計(jì)劃》、《加速美國先進(jìn)制造業(yè)(AMP2.0)》、《國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃(NNMI)》等一系列推動(dòng)制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的戰(zhàn)略和規(guī)劃；日本2015年發(fā)布了《新機(jī)器人戰(zhàn)略》，相繼公布了《日本制造白皮書2015》、《日本制造白皮書2017》等來推動(dòng)實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造的互聯(lián)工業(yè)。

我國學(xué)術(shù)界早在上世紀(jì)80年代就開始了智能制造的研究。楊叔子院士于1986年就開展了人工智能與制造領(lǐng)域相結(jié)合的研究[6]；熊有倫院士、李培根院士、李佰虎院士等從不同的視角闡述了對智能制造的認(rèn)識。周濟(jì)院士領(lǐng)銜的“新一代人工智能引領(lǐng)下的智能制造研究”課題組認(rèn)為，智能制造是一個(gè)大概念，是先進(jìn)制造技術(shù)與新一代信息技術(shù)的深度融合，貫穿于產(chǎn)品、制造、服務(wù)全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)及制造系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)制造的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，不斷提升企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、效益、服務(wù)水平，推進(jìn)制造業(yè)創(chuàng)新、綠色、協(xié)調(diào)、開放、共享發(fā)展[4，7，8]。

2.智能制造涉及的主要領(lǐng)域。綜合德國《工業(yè)4.0戰(zhàn)略》、美國《國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃NNMI》以及日本基于“精益管理”的工業(yè)價(jià)值鏈框架內(nèi)容，并借鑒我國學(xué)術(shù)界對智能制造的理解與描述，智能制造涉及的主要領(lǐng)域如圖1所示。

智能制造是以產(chǎn)品為核心，將信息技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)、智能決策技術(shù)等與廣義制造技術(shù)綜合集成，在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)，圍繞產(chǎn)品成本、質(zhì)量、交互與服務(wù)等開展的提高企業(yè)綜合競爭力的新型生產(chǎn)工程。本文從產(chǎn)品生命周期與價(jià)值流、智能層次、生產(chǎn)活動(dòng)類別三種視角來進(jìn)行描述(見圖1)[4]。

二、智能制造背景下機(jī)械類全日制專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)的薄弱環(huán)節(jié)

隨著機(jī)器人技術(shù)、智能技術(shù)等在制造業(yè)的推廣應(yīng)用，以及專業(yè)學(xué)位研究生教育改革的推進(jìn)，我校專業(yè)學(xué)位研究生教育在師資隊(duì)伍建設(shè)、人才培養(yǎng)方案制定、課程建設(shè)等方面已經(jīng)實(shí)施了一系列舉措，但培養(yǎng)當(dāng)前急需的智能制造人才仍然存在一些薄弱環(huán)節(jié)。

(1)師資隊(duì)伍方面。以機(jī)械工程學(xué)院為例，近年我院引進(jìn)了大批優(yōu)秀博士，為師資注入了新鮮血液，隊(duì)伍朝氣蓬蓬。但這些引進(jìn)的博士絕大多數(shù)是從高效畢業(yè)直接進(jìn)入教師行列，盡管我們提供了青年教師工程實(shí)踐能力培養(yǎng)和提升的許多途徑，但總體來說這部分教師工程實(shí)踐能力有待加強(qiáng)。也許他們的研究方向是智能制造的某個(gè)點(diǎn)，但離智能制造的實(shí)際綜合應(yīng)用仍有差距。

(2)人才培養(yǎng)模式方面。機(jī)械類全日制專業(yè)學(xué)位研究生的人才培養(yǎng)方案中增加了智能制造的相關(guān)課程，同時(shí)學(xué)生要完成8學(xué)分的企業(yè)實(shí)踐。我們建立了10多個(gè)全日制工程碩士研究生的實(shí)踐基地，但實(shí)踐的主要內(nèi)容仍然是傳統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，如何讓學(xué)生了解企業(yè)智能制造的體系、業(yè)務(wù)流程與邊界等，仍需校企緊密合作進(jìn)一步探索，更好地培養(yǎng)適應(yīng)智能制造環(huán)境下的高級工程技術(shù)人才。

(3)課程建設(shè)方面。修訂后的機(jī)械類全日制專業(yè)學(xué)位研究生人才培養(yǎng)方案中，除了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)類、制造類和檢測類等課程外，新增加了“智能制造技術(shù)與裝備”、“機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用”等與智能制造關(guān)系密切的課程，但這些課程主要是針對智能制造背景下某制造環(huán)節(jié)的理論和知識掌握而設(shè)置，難以體現(xiàn)企業(yè)實(shí)際智能制造的綜合性、集成性、跨學(xué)科性和效益性。

基于以上思考，為了更好地培養(yǎng)適應(yīng)智能制造環(huán)境下的高級工程技術(shù)人才，結(jié)合我校機(jī)械全日制專業(yè)學(xué)位研究生的人才培養(yǎng)方案，探索《智能制造案例庫》的構(gòu)建。

三、《智能制造案例庫》建設(shè)初探

1.《智能制造案例庫》教學(xué)目標(biāo)

《智能制造案例庫》有三個(gè)方面的教學(xué)目標(biāo)：一是掌握智能制造相關(guān)理論知識，二是培養(yǎng)智能制造相關(guān)專業(yè)能力，三是具備智能制造的職業(yè)素養(yǎng)。

(1)掌握智能制造相關(guān)理論知識。掌握機(jī)械智能裝備、智能控制系統(tǒng)、智能工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、智能制造技術(shù)和智能管理五大領(lǐng)域，以及智能產(chǎn)品、智能生產(chǎn)、新模式與智能基礎(chǔ)四個(gè)維度的理論和知識[4]。

(2)培養(yǎng)智能制造相關(guān)專業(yè)能力(見表1所示)。

(3)具備智能制造職業(yè)素養(yǎng)。具備智能制造相關(guān)工程知識，對智能制造有深刻理解、熟悉智能制造解決方案及相關(guān)分析和開發(fā)工具；了解智能制造成熟度模型相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、智能制造團(tuán)隊(duì)合作及智能制造推進(jìn)方式；正確理解智能制造與社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系；具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力，積極的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，一定的智能制造項(xiàng)目管理能力，不斷進(jìn)取的自信心，積極樂觀的態(tài)度，并具有終身學(xué)習(xí)的能力。

2.《智能制造案例庫》框架

基于產(chǎn)品生命周期的主要過程，《智能制造案例庫》根據(jù)大部分制造企業(yè)實(shí)際工作崗位設(shè)置情況，構(gòu)建智能基礎(chǔ)、研發(fā)設(shè)計(jì)、智能制造、生產(chǎn)管控和綜合集成5個(gè)案例模塊，如圖2所示。

(1)智能基礎(chǔ)模塊。主要根據(jù)目前企業(yè)實(shí)施智能制造的需要，提供智能制造公共知識和技術(shù)，為所有智能制造相關(guān)專業(yè)課程提供背景及基礎(chǔ)理論。

(2)研發(fā)設(shè)計(jì)模塊。結(jié)合當(dāng)前研發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)的最新發(fā)展趨勢，搜集、整理和開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)或云平臺，應(yīng)用CAD/CAE等產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建模與仿真技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)、等案例，以及基于PDM、PLM等產(chǎn)品研發(fā)數(shù)字化智能化研發(fā)管理案例。

(3)智能制造模塊。面向產(chǎn)品的生產(chǎn)加工和裝配、過程控制、測試與檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)，搜集、整理和開發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜產(chǎn)品先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)、先進(jìn)測試與檢驗(yàn)技術(shù)等案例，以及車間MES應(yīng)用典型案例。

(4)生產(chǎn)管控模塊。面向產(chǎn)品生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)物流、信息流和價(jià)值流等管理需求，搜集、整理和開發(fā)制造業(yè)應(yīng)用MES/ERP/SCM的典型案例。生產(chǎn)管控主要分為兩個(gè)層面，一個(gè)是車間級的生產(chǎn)管控，主要實(shí)現(xiàn)車間自動(dòng)派工、物料、設(shè)備和產(chǎn)品品質(zhì)等實(shí)時(shí)在線監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)。另一個(gè)層面是公司級生產(chǎn)管控，實(shí)現(xiàn)公司生產(chǎn)計(jì)劃、物料、庫存、資源等實(shí)時(shí)在線監(jiān)控和管理。

(5)綜合集成模塊。在智能制造背景下，面向企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制造、分銷與售后等一體化管控與決策需求，搜集、整理和開發(fā)對達(dá)到智能制造基本層次的單元或系統(tǒng)進(jìn)行綜合集成，優(yōu)化資源配置，優(yōu)化投入產(chǎn)出，綜合考慮效率、效益、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展影響等綜合案例，充分體現(xiàn)智能制造跨學(xué)科知識、多維技術(shù)的整合與集成。

四、結(jié)束語

制造業(yè)是立國之本，智能制造是全球制造業(yè)的發(fā)展趨勢。智能制造內(nèi)涵廣泛，貫穿于產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、制造、營銷和服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)，涉及裝備、軟件、通信、大數(shù)據(jù)及決策管理等多領(lǐng)域技術(shù)，對工程技術(shù)人員素質(zhì)和能力要求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)制造業(yè)，同時(shí)，智能制造廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域的時(shí)間不長，積累的知識和經(jīng)驗(yàn)有待豐富，因此我們將與一些智能制造領(lǐng)域的標(biāo)桿企業(yè)合作，共同收集、整理和開發(fā)《智能制造案例庫》，以期更好地服務(wù)于我校機(jī)械全日制工程碩士研究生的培養(yǎng)。