關(guān)于培養(yǎng)“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下智能制造工藝 工程師的探索

孟書云 劉漢忠 張立 陳桂

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2011-5640-2551

摘? 要：隨著智能制造成為國家制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要方向，市場(chǎng)對(duì)智能制造工藝工程師存在新需求。立足于智能制造工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，以服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展為導(dǎo)向，構(gòu)建基于“小工藝+大工藝”的課程教學(xué)內(nèi)容，瞄準(zhǔn)行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀和未來發(fā)展愿景，在教學(xué)中拓展傳統(tǒng)工藝范疇，融入大數(shù)據(jù)和智能概念，借助先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)工具，實(shí)現(xiàn)適應(yīng)于智能制造的工藝工程師知識(shí)和技能雙升級(jí)，提升人才的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展提升輸送所需人才。

關(guān)鍵詞：制造業(yè)轉(zhuǎn)型? 智能制造? 工藝工程師? 課程教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）01（c）-0200-04

Exploration on Training Intelligent Manufacturing Process Engineers under the Background of Internet+

MENG Shuyun1? LIU Hanzhong1? ZHANG Li1? CHEN Gui1

（School of Automation，Nanjing Institute of Technology， Nanjing， Jiangsu Province，211167 China）

Abstract： As intelligent manufacturing has become an important direction for the transformation and upgrading of national manufacturing industry， there is a new demand for intelligent manufacturing process engineers in the market. Based on the talent training goal of intelligent manufacturing engineering specialty and oriented by serving the local economic development， the course teaching content based on "small process + big process" is constructed.Facing the current situation of the production and future development prospect of industrial enterprises， the scope of traditional technology is expanded in teaching， including integration of the big data and intelligent concepts. With the help of advanced digital technology and industrial Internet tools， the knowledge and skills of process engineers in intelligent manufacturing are upgraded. This leads to enhance the market competitiveness of talents and transport the needed talents for national industrial development.

Key Words： Manufacturing industry transformation;Intelligent manufacturing; Process engineers;Course teaching

目前，國家眾多制造業(yè)的升級(jí)方向已明確定為自動(dòng)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，以期實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)“節(jié)能低耗、環(huán)保生態(tài)、提質(zhì)增效”的高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)。制造工藝在整個(gè)制造業(yè)升級(jí)道路上發(fā)揮著重要作用，具有相應(yīng)知識(shí)背景和能力的工藝人員是實(shí)現(xiàn)各行業(yè)制造智能化升級(jí)的重要力量。基于此，在智能制造工程專業(yè)人才培養(yǎng)的大目標(biāo)下，與制造工藝有關(guān)的課程被確立為一門專業(yè)主干課。如何在工藝課程的教學(xué)中更好地服務(wù)于國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展前景、滿足地方經(jīng)濟(jì)和企業(yè)用人需求，是本文探討的核心問題。

1? 智能制造背景下生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)

首先，生產(chǎn)工藝在制造智能化升級(jí)中占據(jù)重要地位。生產(chǎn)工藝是指生產(chǎn)工人利用生產(chǎn)工具和設(shè)備，對(duì)各種原料、材料、半成品進(jìn)行加工或處理，最后使之成為成品的工作、方法和技術(shù)。好的生產(chǎn)工藝是生產(chǎn)低成本、高質(zhì)量產(chǎn)品的前提和保證[1]。國民經(jīng)濟(jì)中，離散制造和流程加工[1-3]，例如石油、化工、冶金、輕工、機(jī)械、制藥、醫(yī)療等行業(yè)，均需在生產(chǎn)工藝的指導(dǎo)下有條不紊地完成生產(chǎn)任務(wù)。國家在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域開展的供給側(cè)改革和制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)，使得生產(chǎn)工藝成為位于最底層執(zhí)行單元的保證目標(biāo)順利實(shí)施的核心要素。

其次，影響生產(chǎn)工藝的因素多。隨著經(jīng)濟(jì)貿(mào)易全球化和國家制造能力的增強(qiáng)，各行業(yè)生產(chǎn)過程中運(yùn)用的生產(chǎn)工具和設(shè)備呈現(xiàn)多樣化特征。制造用原料不斷推陳出新，檢測(cè)、包裝、物流技術(shù)更新加速，且產(chǎn)品訂單趨于多品種、小批量甚至是個(gè)性化定制品。同時(shí)，各行業(yè)還需兼顧工業(yè)生產(chǎn)帶來的生態(tài)危機(jī)、環(huán)境污染等方面的問題。

再者，生產(chǎn)工藝具有非標(biāo)性。企業(yè)不僅要在國內(nèi)同行間具有先進(jìn)的產(chǎn)品制造水平，更要在國際競(jìng)爭(zhēng)中具備高效生產(chǎn)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉產(chǎn)品的能力。但當(dāng)前內(nèi)不同企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展水平存在一定差異。行業(yè)龍頭資金技術(shù)實(shí)力雄厚，設(shè)備更新快，但中小微企業(yè)短時(shí)間完成設(shè)備等生產(chǎn)設(shè)施和技術(shù)的更新存在困難。這決定了運(yùn)用的生產(chǎn)工藝應(yīng)因地制宜。

另外，生產(chǎn)工藝決策復(fù)雜度大大提升。在機(jī)械化/自動(dòng)化制造時(shí)代，生產(chǎn)人員僅加工制造的局部環(huán)節(jié)擬定合理的加工工藝，例如在單臺(tái)或幾臺(tái)設(shè)備上實(shí)施作業(yè)，涉及加工內(nèi)容和加工順序、加工參數(shù)、工時(shí)及設(shè)備和輔助工具等多要素。而智能制造時(shí)代將會(huì)把產(chǎn)品的全部制造要素甚至是異地的制造資源統(tǒng)統(tǒng)納入。以機(jī)械加工為例，從原材料準(zhǔn)備、毛坯/半成品/成品的加工、清洗/去磁/防銹/包裝/物流等輔助工序、加工成本/物流成本/時(shí)間成本均要作為生產(chǎn)工藝決策要素。智能制造可突破時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)跨地域全天候的作業(yè)。出于降本增效的目的，應(yīng)停人不停機(jī)。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，新經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下的生產(chǎn)制造執(zhí)行層核心要素——工藝，日益朝向遍及產(chǎn)品全生命周期并且面向多要素的決策復(fù)雜化方向發(fā)展。

2? 課程內(nèi)容的改革

傳統(tǒng)生產(chǎn)并不需要實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)過程數(shù)據(jù)，制造工藝多為集中于每一個(gè)制造點(diǎn)處的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)方法，稱之為“小工藝”。為適應(yīng)這種生產(chǎn)力的需求，關(guān)于工藝的教學(xué)都以此作為開展教學(xué)時(shí)的內(nèi)容核心。但小工藝呈離散化、點(diǎn)與點(diǎn)間松耦合的特點(diǎn)，不再適應(yīng)現(xiàn)代化智能制造的發(fā)展。出于行業(yè)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的目的，智能制造不僅僅考慮生產(chǎn)時(shí)每個(gè)制造點(diǎn)的加工問題，更需要在工藝擬定過程中對(duì)產(chǎn)品整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行綜合研判，即將所有這些點(diǎn)連成線完成更高層級(jí)決策。這里將按照該思路制定的工藝稱為“大工藝”。從職業(yè)需要來講，將大工藝引入課程教學(xué)是必要的。

而且，企業(yè)對(duì)新員工培訓(xùn)時(shí)，包含了解企業(yè)整個(gè)生產(chǎn)流程，以便員工在單位能順利開展工作。但學(xué)校課程教學(xué)內(nèi)容是高度概括總結(jié)后的共性知識(shí)。至于企業(yè)隸屬于哪個(gè)行業(yè)、不同行業(yè)生產(chǎn)流程之間的共性和差異性等，介紹有限。由于不同行業(yè)的生產(chǎn)工藝差別大，傳統(tǒng)教學(xué)會(huì)使得企業(yè)苦于找不到可用之人，有必要結(jié)合企業(yè)案例介紹大工藝內(nèi)容。

因此，結(jié)合智能制造下工藝的新特點(diǎn)，從行業(yè)發(fā)展需求及變化來判斷市場(chǎng)對(duì)未來人才的要求，調(diào)整并精選教學(xué)內(nèi)容，采取多樣化教學(xué)方式，確保企業(yè)能覓到所用之才、高校畢業(yè)生能有用武之地。

2.1 創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

大力培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是新時(shí)代國家人才戰(zhàn)略的重要轉(zhuǎn)變。智能制造工藝工程師的創(chuàng)新思維應(yīng)如何培養(yǎng)？如何將創(chuàng)新意識(shí)與課程教學(xué)中深度融合？從學(xué)生來講，可以在掌握基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，做一些有方向性的思維構(gòu)想、資料檢索、創(chuàng)新性探索。作為教師，需要匯集廣泛的國內(nèi)外行業(yè)產(chǎn)業(yè)信息，了解相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展史，基本明確從基礎(chǔ)科學(xué)研究到技術(shù)應(yīng)用的路徑和過程，以期在創(chuàng)新人才培育中作好引路人。創(chuàng)新需有內(nèi)生動(dòng)力，即對(duì)創(chuàng)新基本規(guī)律的認(rèn)知和把握。不同學(xué)科有不同的特點(diǎn)和規(guī)律，需要專業(yè)課教師潛心自主挖掘。對(duì)制造工藝來講，經(jīng)過系統(tǒng)化的教學(xué)和訓(xùn)練，學(xué)生不能滿足于制訂和執(zhí)行傳統(tǒng)工藝，更應(yīng)該具備成為新工藝發(fā)明人的彈性，比如將低附加值的工藝適時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈吒郊又档?、前沿性加工工藝的眼界和能力。新工藝的探索路徑包括但不限于：?）從工藝傳承方面，不局限于金屬加工，師生可在考古或博物館中，發(fā)現(xiàn)很多失傳的古老工藝;（2）從工藝創(chuàng)新方面，當(dāng)現(xiàn)有工藝不足以解決加工問題或要求時(shí)，倒逼舊有工藝的升級(jí)換代;（3）新工藝的出現(xiàn)，勢(shì)必會(huì)帶來新材料、新設(shè)備的研發(fā)?？梢姡鹿に嚨奶剿鞑粌H使學(xué)習(xí)更貼近社會(huì)與生活，還會(huì)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，找準(zhǔn)創(chuàng)新思路和方向。

2.2 基于智能制造的工藝知識(shí)體系構(gòu)建

基于智能制造的新工藝是建立在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)之上的。傳統(tǒng)工藝給出了手工制造和機(jī)加工的解決方案，囊括了金屬切削原理、機(jī)床/刀具/工裝夾具的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用、零件常用表面加工方法、加工質(zhì)量的影響因素和控制方法、工藝規(guī)程的編制。其中刀具的幾何參數(shù)、切削過程和規(guī)律、定位誤差分析、工序尺寸及公差的計(jì)算是重點(diǎn)和難點(diǎn)。鑒于國內(nèi)不同企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化程度差異大的情況，從產(chǎn)品的實(shí)際制造成本和效率考慮，學(xué)生有必要掌握適用于普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床加工相關(guān)的內(nèi)容。

關(guān)于智能制造背景下的新著眼點(diǎn)，一方面是拓寬認(rèn)知縱深，探索“互聯(lián)網(wǎng)+”、人工智能與制造工藝的碰撞點(diǎn)。對(duì)給定行業(yè)的制造工藝，加強(qiáng)橫向拓展，即在原有生產(chǎn)流程和制造工藝基礎(chǔ)上，借助于成本、質(zhì)量、生產(chǎn)效率、利潤等市場(chǎng)指標(biāo)的評(píng)估，依托于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，運(yùn)用傳感器、大數(shù)據(jù)技術(shù)采集現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀態(tài)，加入人工智能，納入異地協(xié)同制造，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程和工藝參數(shù)可隨設(shè)備狀態(tài)和訂單變換，從而實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整并最大限度降低設(shè)備待機(jī)和空置，縮短加工輔助時(shí)間，構(gòu)成工藝環(huán)節(jié)的封閉環(huán)，服務(wù)于企業(yè)經(jīng)濟(jì)利益最大化。另外以講座、視頻等形式將不同行業(yè)的生產(chǎn)制造工藝流程納入到教學(xué)內(nèi)容很有必要。另一方面，探索智能制造工藝信息化、軟件化的實(shí)現(xiàn)途徑。在工藝信息化方面，傳統(tǒng)手工編制工藝方式被摒棄，通過融合材料、機(jī)械、物理等學(xué)科理論，工藝仿真逐步取代加工試制。工藝的信息化和軟件化，會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)制造業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

3? 教與學(xué)的改革探索

3.1 大學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性分析和工程能力的培養(yǎng)

大學(xué)生對(duì)未來的預(yù)期決定了當(dāng)下的學(xué)習(xí)態(tài)度，高校人才定位影響學(xué)生就業(yè)前景，企業(yè)對(duì)智能制造工藝工程師有一定要求。對(duì)于應(yīng)用型工科院校來講，畢業(yè)生主要流向中小微生產(chǎn)制造企業(yè)。國內(nèi)不少中小微企業(yè)市場(chǎng)研判準(zhǔn)確，提供專而精的產(chǎn)品和服務(wù)，成為國內(nèi)外大型公司產(chǎn)業(yè)鏈上的優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商;但不乏中小微企業(yè)是在較為落后的生產(chǎn)線基礎(chǔ)上從事勞動(dòng)密集型生產(chǎn)。對(duì)學(xué)生來講，就業(yè)單位發(fā)展水平參差不齊，面對(duì)工作環(huán)境差、勞動(dòng)強(qiáng)度高、工作地點(diǎn)偏遠(yuǎn)且薪資低的崗位，極大挫傷學(xué)習(xí)積極性。而采用了類似于“黑燈工廠”模式的三化融合程度高的企業(yè)，所需員工數(shù)大大減少，學(xué)生想找到合適崗位卻又競(jìng)爭(zhēng)很大。市場(chǎng)需求拉動(dòng)人才供給，同時(shí)員工基本需求推動(dòng)企業(yè)用工環(huán)境進(jìn)一步提升。從企業(yè)來講，有待利用高新技術(shù)提升產(chǎn)品附加值，改善工作條件，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，增加對(duì)人才的吸引力;而學(xué)生在全面了解企業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度、工作條件、薪酬待遇后，對(duì)大學(xué)教育完成后的就業(yè)有基本認(rèn)識(shí)。企業(yè)提供的用人條件和學(xué)生的基本訴求形成良性循環(huán)后，開展教與學(xué)會(huì)順暢得多，不僅傳統(tǒng)工藝學(xué)習(xí)過程不再枯燥和迷茫，融入智能制造新理論和技術(shù)的教學(xué)將成為學(xué)生積極主動(dòng)參與和探索的環(huán)節(jié)。

智能制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)背景下，如何培養(yǎng)學(xué)生關(guān)于制造工藝方面的工程能力是教學(xué)面臨的核心問題之一。面向行業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，從學(xué)生未來發(fā)展空間出發(fā)，不僅要注重小工藝，厘清工藝領(lǐng)域知識(shí)，更要重視工藝規(guī)程信息化趨勢(shì)。從大工藝問題出發(fā)，借助于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫、軟件工程、數(shù)字孿生、制造執(zhí)行系統(tǒng)等來形成工藝閉環(huán)，完成工藝仿真，調(diào)整工藝參數(shù)，自動(dòng)生成加工程序和后處理[4]。從新理念建立到工程項(xiàng)目開發(fā)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)技能的應(yīng)用和融會(huì)貫通，通過實(shí)踐完成學(xué)生自身知識(shí)體系重構(gòu)，拓展國際視野，拓寬知識(shí)廣度，激發(fā)學(xué)生自主思考、知識(shí)內(nèi)化與領(lǐng)悟的主動(dòng)性和可能性，提升學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

3.2 教師教學(xué)能力的提升

智能制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)需要大量跨學(xué)科的復(fù)合型和綜合型優(yōu)秀人才[5]。人才的獲得，一方面固然與生源質(zhì)量好、學(xué)習(xí)能力強(qiáng)有關(guān)，另一方面，與教學(xué)團(tuán)隊(duì)和教師的教學(xué)方法、教學(xué)能力、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)引領(lǐng)息息相關(guān)?？鐚W(xué)科人才的培養(yǎng)，直接面臨的就是教學(xué)內(nèi)容信息量大增，以及工程能力培養(yǎng)過程中多學(xué)科跨領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)室合作培養(yǎng)的問題。上述兩點(diǎn)對(duì)教師來說是極大挑戰(zhàn)。以制造工藝為例，教師要懂設(shè)備、懂流程、懂加工、懂經(jīng)濟(jì)效益，還要深入不同發(fā)展?fàn)顩r的企業(yè)了解生產(chǎn)現(xiàn)狀，從而便于一線教師在社會(huì)需求和課堂教學(xué)中找到結(jié)合點(diǎn)。滿堂灌、填鴨式教學(xué)等擠占學(xué)生的思考時(shí)間和頭腦空間的教學(xué)方式已不再適應(yīng)新時(shí)代人才培養(yǎng)。充滿趣味、能激發(fā)出學(xué)生求知欲、職業(yè)榮譽(yù)感、生存豐盛感的專業(yè)教育理念和方式方為教師值得深思和探索之處。大量的跨領(lǐng)域?qū)I(yè)理論和知識(shí)、實(shí)踐操作訓(xùn)練，僅僅依靠極為有限的課堂教學(xué)是無法做到的。教師通過提供大量線上資料，充分利用線上交互的便利性，引導(dǎo)學(xué)生掌握工程開發(fā)所用的各種工具，作好學(xué)生課外學(xué)習(xí)的及時(shí)指導(dǎo)和答疑解惑，從而順暢學(xué)生“在學(xué)中做、在做中學(xué)”的工程能力培養(yǎng)道路。

4? 結(jié)語

在這個(gè)日新月異的大變局時(shí)代，國家和地區(qū)的經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展對(duì)人才提出了更高要求，企業(yè)、高校、學(xué)生三者休戚與共。以智能制造工程師培養(yǎng)為目標(biāo)，探討了“校-企-生”之間存在的問題，分析用工和育人之間的錯(cuò)位點(diǎn)，調(diào)整教學(xué)方法和思路，著力于學(xué)生創(chuàng)新思維的引導(dǎo)，構(gòu)建智能制造工藝知識(shí)新體系及融合了軟件工程、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)的跨學(xué)科工程能力訓(xùn)練項(xiàng)目，力爭(zhēng)培養(yǎng)出一批能實(shí)際解決中小微企業(yè)發(fā)展和技術(shù)升級(jí)痛點(diǎn)的實(shí)干大學(xué)生——智能制造工藝工程師，為國家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

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