智能制造背景下工業(yè)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新研究

張曉紅 柴春鋒 王金賀

一、“工業(yè)4.0”的含義及特征

“工業(yè)4.0”，即第四次工業(yè)革命，也稱為德國未來制造業(yè)的高科技戰(zhàn)略，是德國政府在2011年德國漢諾威工業(yè)博覽會提出的高科技戰(zhàn)略發(fā)展計劃。該計劃將資源、信息、物品和人等生產(chǎn)要素更加緊密地相互關(guān)聯(lián)在一起，實現(xiàn)制造業(yè)的實體物理技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)融合，形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)下的“實體物理系統(tǒng)（CPS）”。旨在發(fā)揮德國在制造技術(shù)和制造裝備的傳統(tǒng)優(yōu)勢，以保持其世界領(lǐng)先地位。

“工業(yè)4.0”描述了一種未來的工業(yè)生產(chǎn)場景。它是多種先進技術(shù)的融合，是制造技術(shù)中實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和智能化的一種新手段。其核心思想是通過各種傳感器、嵌入式終端系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、通信設(shè)施等將設(shè)備、生產(chǎn)線、工廠、供應(yīng)商、產(chǎn)品、客戶等資源緊密連接，形成價值網(wǎng)絡(luò)的橫向集成、全價值鏈的縱向集成、端對端系統(tǒng)工程，進而實現(xiàn)跨公司價值網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)創(chuàng)建、實時優(yōu)化和自組織，以構(gòu)建新型數(shù)字化、系統(tǒng)化和高敏捷的價值鏈。因而，互聯(lián)、集成、數(shù)據(jù)、創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型是“工業(yè)4.0”最為本質(zhì)的特征。

二、智能制造及“中國制造2025”戰(zhàn)略

數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)和實體物理系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新術(shù)語構(gòu)成了“工業(yè)4.0”定義的主體。這些新型的技術(shù)為制造業(yè)的價值鏈增添了新的復(fù)雜性，同時也為制造業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了新的優(yōu)勢。智能制造（IntelligentManufacturing，IM）成為了“工業(yè)4.0”時代制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的必然產(chǎn)物。

智能制造（IntelligentManufacturing，IM）是在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)、擬人化智能技術(shù)等先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)的一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)在制造過程中能通過智能化的感知、人機交互、決策和執(zhí)行技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)計過程、制造過程和制造裝備智能化。如智能化的分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。智能制造技術(shù)是信息技術(shù)和智能技術(shù)與裝備制造過程技術(shù)的深度融合與集成。

當下，智能制造技術(shù)已成為世界制造業(yè)發(fā)展的客觀趨勢，世界主要工業(yè)發(fā)達國家正在大力推廣和應(yīng)用。發(fā)展智能制造既符合我國制造業(yè)發(fā)展的內(nèi)在要求，又是重塑我國制造業(yè)新優(yōu)勢，實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級的必然選擇。2015年3月5日，李克強在全國兩會《政府工作報告》上首次提出“中國制造2025”的宏大計劃?！吨袊圃?025》強調(diào)了信息技術(shù)和制造技術(shù)的深度融合是新一輪產(chǎn)業(yè)競爭的制高點，而智能制造則是搶占這一制高點的主攻方向。

“創(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本”是實現(xiàn)《中國制造2025》的基本方針?！叭瞬艦楸尽奔慈肆Y源是其中的一個關(guān)鍵因素，應(yīng)對“工業(yè)4.0”的創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)對高等教育提出了新的要求。

三、智能制造新時代對工業(yè)工程人才的新需求

“工業(yè)4.0”是一次新型的產(chǎn)業(yè)革命。從商業(yè)模式上，它以智能制造為核心，實現(xiàn)以顧客為中心，通過靈活性和快速響應(yīng)來實現(xiàn)多樣化和定制化生產(chǎn)；從管理模式上，集各類企業(yè)信息軟件于一體，實現(xiàn)企業(yè)間相互合作，使生產(chǎn)效益達到最優(yōu)，企業(yè)的管理更加靈活，管理水平將得到極大的提高；從企業(yè)組織上，智能生產(chǎn)將大大減少了一線生產(chǎn)人員數(shù)量，人員以中層為主，更好的提高企業(yè)的運作效率。

工業(yè)工程（IndustryEngineering）作為對人、物料、設(shè)備、能源和信息等所組成的集成系統(tǒng)，進行設(shè)計、改善和實施的一門學科。其目的就在于綜合運用數(shù)學、物理和社會科學的專門知識和技術(shù)，結(jié)合工程分析和設(shè)計的原理與方法，對該系統(tǒng)所取得的成果進行確認、預(yù)測和評價。

制造系統(tǒng)正在由原先的能量驅(qū)動型轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔Ⅱ?qū)動型，要求制造系統(tǒng)表現(xiàn)出更高的智能?！爸腔酃S”和“智能生產(chǎn)”作為智能制造的兩大主題，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)；涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。與傳統(tǒng)工業(yè)工程相比，智能制造背景下的工業(yè)工程管理更加關(guān)注制造系統(tǒng)的互聯(lián)、集成、智能生產(chǎn)、數(shù)據(jù)處理和產(chǎn)品創(chuàng)新；關(guān)注射頻識別（FRID）、傳感器、機器視覺、智能機床、云計算、3D打印、高端機器人、工業(yè)以太網(wǎng)、系統(tǒng)集成和工業(yè)自動化等先進技術(shù)行業(yè)的工業(yè)應(yīng)用。為滿足制造系統(tǒng)的智能化變革的新需求，對肩負制造系統(tǒng)管理與決策任務(wù)的工業(yè)工程人才提出了如下的新特征：

1.工業(yè)體系重塑，人才需求結(jié)構(gòu)變化

產(chǎn)業(yè)組織模式變革將智能制造內(nèi)在表現(xiàn)為：多種學科交叉、多種技術(shù)融合、多種工藝復(fù)合、多種材料混用、多種資源整合、多種人才聚集；外在表現(xiàn)為：更新速度加快、研發(fā)周期縮短、定制生產(chǎn)普遍、模式創(chuàng)新活躍。在這一趨勢的推動下，現(xiàn)有工業(yè)體系會逐步瓦解、重構(gòu)，新的制造模式、組織方式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)等大量涌現(xiàn)。

適應(yīng)工業(yè)發(fā)展的新需求，“培養(yǎng)”和“訓練”越來越多具有全球競爭力的創(chuàng)新型企業(yè)，建立新的標準體系，優(yōu)先占領(lǐng)和領(lǐng)先世界標準新高地，是產(chǎn)業(yè)升級需要面對的主要問題之一。標準化的知識和技能的掌握成為制造相關(guān)專業(yè)人才，尤其是工業(yè)工程專業(yè)人才的必備條件之一。

2.市場需求新異，人才需求數(shù)量激增

智能制造背景下的市場需求呈現(xiàn)個性化、多樣化、動態(tài)化、全球化等多個新特征。以顧客為中心的高效率、低成本大規(guī)模定制成為了智能制造背景下企業(yè)生產(chǎn)的核心模式。多樣性、動態(tài)化、成規(guī)模的創(chuàng)新需求是新型智能化制造環(huán)境下的核心需求。

雖然智能化的生產(chǎn)對一線人工的需求量逐年遞減。但制造系統(tǒng)全生命周期不同發(fā)展階段的對智能化的各類需求不同，需要更加專業(yè)的知識和技術(shù)支撐制造系統(tǒng)的快速響應(yīng)和智能運作，因此，工業(yè)工程專業(yè)的人才在未來市場具有很大的潛力需求。

3.制造業(yè)態(tài)升級，人才需求模式更新

一方面，信息時代制造業(yè)管理創(chuàng)新特點正在發(fā)生顯著變化，管理工具日趨體現(xiàn)數(shù)字化、智能化；創(chuàng)新模式向異地化、協(xié)同化方向發(fā)展；技術(shù)創(chuàng)新周期縮短、速度加快；創(chuàng)新手段逐漸虛擬化、網(wǎng)絡(luò)化。企業(yè)對工業(yè)工程專業(yè)人才的綜合能力不斷提升。另一方面，服務(wù)型制造成為了制造業(yè)發(fā)展新興業(yè)態(tài)的代表。服務(wù)以各種形式融入到了制造業(yè)研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、銷售運維等環(huán)節(jié)，出現(xiàn)基于產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計、產(chǎn)品效能提升、產(chǎn)品交易便捷化、產(chǎn)品集成整合等多種增值服務(wù)。企業(yè)信息管理系統(tǒng)和智能生產(chǎn)廣泛普及與應(yīng)用，導(dǎo)致生產(chǎn)與設(shè)備之間的界限越趨模糊，這就要求工業(yè)工程專業(yè)人才不但要掌握過硬的專業(yè)知識，而且還能懂得智能化生產(chǎn)組織的能力。

四、傳統(tǒng)工業(yè)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式存在的問題

我國工業(yè)工程起步較晚，高校開設(shè)工業(yè)工程專業(yè)也大幅落后于制造業(yè)發(fā)達國家，1993年才經(jīng)國家教育部批準西安交通大學和天津大學第一次開設(shè)“工業(yè)工程”本科專業(yè)，1997年以后才有了一些畢業(yè)生，因此人才相對短缺。

1.傳統(tǒng)理論課程體系不能滿足新工科建設(shè)的新要求

“智能制造”是將物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)應(yīng)用到制造領(lǐng)域，但傳統(tǒng)的工業(yè)工程專業(yè)課程體系中基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用的教學內(nèi)容較多，涉及“智能化”“信息化”領(lǐng)域的課程偏少，對工業(yè)工程的學科交叉和融合屬性考慮還不充分。此外，工業(yè)工程專業(yè)服務(wù)面向的行業(yè)領(lǐng)域較多、專業(yè)特點偏重于實踐，應(yīng)主動對接智能制造驅(qū)動的新工科背景下的新機遇，對課程體系進行優(yōu)化升級，組建課程群，以期適應(yīng)制造行業(yè)發(fā)展新要求和服務(wù)國家經(jīng)濟戰(zhàn)略發(fā)展新需求。

2.實驗實踐教學體系有待進一步完善

工業(yè)工程專業(yè)具有管理學和工學雙重屬性，既需要管理學的基礎(chǔ)理論指導(dǎo)，又需要工科基礎(chǔ)理論和實踐技術(shù)的支撐。因此，需要開設(shè)大量的實驗實踐課程，在掌握現(xiàn)代管理與系統(tǒng)科學的理論和方法的基礎(chǔ)上，重點培養(yǎng)學生的工程實踐能力，成為注重實踐的“工程范式”，這也是新工科建設(shè)的目標。傳統(tǒng)的工業(yè)工程專業(yè)核心課程側(cè)重于傳統(tǒng)機械化生產(chǎn)系統(tǒng)的分析與實踐，對智能化、信息化的創(chuàng)新能力，形式單一，沒有形成系統(tǒng)完善的實驗實踐教學體系，不能充分考慮學生創(chuàng)新能力和實踐能力的提升，與新工科建設(shè)的目標定位還不相適應(yīng)。

3.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)需要進一步加強

教育部明確指出，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育要融入人才培養(yǎng)全過程中，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識與創(chuàng)業(yè)能力。傳統(tǒng)的工業(yè)工程專業(yè)教育理念和教育模式相對比較保守，對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的重視程度不夠，未建立完善的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育師資力量較薄弱，同時也缺乏相對成熟的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺。新工科建設(shè)為我國高等教育開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育提供了全新的視角，開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育也是未來的發(fā)展趨勢和新工科建設(shè)的關(guān)鍵要素，在構(gòu)建人才培養(yǎng)新模式過程中應(yīng)推動新工科教育和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的有機融合，切實加強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)。

五、構(gòu)建智能制造背景下工業(yè)工程人才培養(yǎng)的新路徑

1.培養(yǎng)目標的調(diào)整

智能制造驅(qū)動的新工科背景下，工業(yè)工程專業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)工業(yè)模式發(fā)展的新需要，具備企業(yè)管理、計算機技術(shù)及機械工程的基礎(chǔ)知識及應(yīng)用能力，掌握現(xiàn)代管理與系統(tǒng)科學的理論和方法。能夠熟練應(yīng)用工業(yè)工程知識，在工商企業(yè)、行政部門、事業(yè)單位及其他社會機構(gòu)，從事對各種復(fù)雜的管理系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)進行分析、規(guī)劃、設(shè)計和改善工作，既懂技術(shù)又懂管理的高素質(zhì)應(yīng)用型、復(fù)合型人才。

2.培養(yǎng)體系的完善

“工業(yè)4.0”有其特有的技術(shù)和標準，在與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展融合中，傳統(tǒng)的制造工業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營和商業(yè)模式上都發(fā)生了深刻的變化，而這些變化也將成為工業(yè)發(fā)展新的方向。單向創(chuàng)新不能充分體現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的多維知識結(jié)構(gòu)。多學科交叉和整合研究成為各學科學者倡導(dǎo)的、突破學科邊界的合作研究方式和新思路。因此，當前的工業(yè)發(fā)展需要管理上的協(xié)作和技術(shù)上的創(chuàng)新，智能制造為跨學科的技能培養(yǎng)和創(chuàng)新提出了更高的要求。

在高校人才培養(yǎng)中首先要樹立跨學科協(xié)同培養(yǎng)的理念，將學生跨學科的知識構(gòu)建和融會貫通的能力作為教育效果評價；在課程建設(shè)上建立資源共享平臺，建立跨學科或多學科知識覆蓋的課程知識體系；注重建立跨學科的科研攻堅團隊，并建立能發(fā)揮資源整合優(yōu)勢的運行機制；組織跨學科的學術(shù)交流和競賽活動，捕捉熱點問題，拓寬學生視野，營造跨學科交流的濃郁氛圍。在教學內(nèi)容上必須突破學科壁壘，做到學科內(nèi)外協(xié)同，建立技術(shù)、服務(wù)、管理相融合的跨學科培養(yǎng)體系，多學科的交叉和整合研究有利于學生突破慣性，釋放創(chuàng)造力。

3.課程設(shè)計的優(yōu)化

新的工業(yè)工程課程設(shè)計應(yīng)夯實基礎(chǔ)工業(yè)工程專業(yè)作為復(fù)合型專業(yè)。在掌握傳統(tǒng)課程知識的基礎(chǔ)上，需熟練掌握各種智能化信息軟件，可以理解軟件算法背后的工業(yè)工程基本思想和理論，同時能夠?qū)浖\行過程和結(jié)果進行適當?shù)姆治?。因此，高校在進行課程設(shè)計時，應(yīng)實現(xiàn)IE（工業(yè)工程）+IT（計算機）相結(jié)合的課程設(shè)計模型，幫助學生熟悉“工業(yè)4.0”智能制造以及智能工廠的知識，使其擁有“工業(yè)4.0”背景下企業(yè)所需要的知識。同時，為了擴大學生的知識面，需安排智能制造相關(guān)專業(yè)知識的學術(shù)講座，使學生了解先進的制造技術(shù)和管理知識，了解工業(yè)工程的最新動態(tài)，增強學生綜合素質(zhì)能力。

4.培養(yǎng)模式的升級

“工業(yè)4.0”的人才培養(yǎng)目標的確立不能脫離其需求定位，應(yīng)培養(yǎng)發(fā)展型、復(fù)合型和應(yīng)用型技術(shù)技能人才。因此，校企間“項目式”“實訓式”“交流式”等多種形式的合作辦學為工業(yè)工程人才培養(yǎng)模式的變革明確了方向。如“項目式”合作可以把不同專業(yè)背景和學歷的學生集中在一起，教學團隊來自于不同的學科，教學地點也不局限于校內(nèi)，大大提高了教育教學質(zhì)量。這樣的方式有效地應(yīng)對了知識碎片化的沖擊，通過提供最新素材幫助學生規(guī)范思維習慣，養(yǎng)成理性客觀態(tài)度，將原本書本上的固化知識納入更高層面，從而做到與其他知識體系對接。

2014年10月，同濟大學建成國內(nèi)首個“工業(yè)4.0———智能工廠實驗室”，該實驗室由同濟大學中德工程學院聯(lián)手德國PHOENIXCONTACT公司共同籌建，耗時一年建造而成。實驗室采用開放模式，為同濟大學教師教學與科研、大學生科技創(chuàng)新及校企合作服務(wù)，著力培養(yǎng)卓越工程師人才。成為我國高校應(yīng)對“工業(yè)4.0”帶來的人才培養(yǎng)模式的需求變化而做出的實行“校企合作”的創(chuàng)新的典例。

【項目來源及編號：太原科技大學校級教改項目（編號：201946）】