智能制造背景下機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)人才培養(yǎng)改革探索

朱斌，惠記莊，劉清濤，張富強(qiáng)

（長(zhǎng)安大學(xué) 工程機(jī)械學(xué)院，陜西 西安）

在新一代信息技術(shù)的推動(dòng)下，智能制造已成為當(dāng)前制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)[1]。智能制造的提出對(duì)我國(guó)制造業(yè)變革影響深遠(yuǎn)，加快了制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐，對(duì)制造企業(yè)人才需求也提出了新的要求。面對(duì)新形勢(shì)的挑戰(zhàn)，我國(guó)制造行業(yè)迫切需要大批與之相適應(yīng)的專業(yè)技術(shù)人才。2016年12月，教育部、人力資源社會(huì)保障部、工業(yè)和信息化部聯(lián)合印發(fā)了《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》[2]，指南指出，到2025年，新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)人才缺口將達(dá)到950萬(wàn)人，高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人人才缺口也將達(dá)到450萬(wàn)人。智能化生產(chǎn)線、智能工廠的應(yīng)用、智能裝備、系統(tǒng)集成、維護(hù)技能人才等需求尤為突出，這對(duì)相關(guān)從業(yè)人員的知識(shí)結(jié)構(gòu)和工程實(shí)踐能力提出了新要求，也對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)（以下簡(jiǎn)稱機(jī)制專業(yè)）人才培養(yǎng)模式提出了全新的挑戰(zhàn)。

為適應(yīng)智能制造發(fā)展新趨勢(shì)和制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的人才需求，確保培養(yǎng)的學(xué)生畢業(yè)后能夠勝任工作崗位，傳統(tǒng)機(jī)制專業(yè)人才培養(yǎng)模式也需要與時(shí)俱進(jìn)，跟上現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展步伐。

一 智能制造對(duì)機(jī)制類專業(yè)人才培養(yǎng)提出的新要求

隨著制造產(chǎn)業(yè)智能化改造步伐的加快，我國(guó)部分傳統(tǒng)的機(jī)械制造企業(yè)已完成或正在進(jìn)行智能化的轉(zhuǎn)型升級(jí)，需要大量的從事智能裝備、智能產(chǎn)線、智能管控、智能運(yùn)維等設(shè)計(jì)、開發(fā)、應(yīng)用與維護(hù)人員。為此，2021年，人社部和工信部聯(lián)合制定并發(fā)布了《智能制造工程技術(shù)人員國(guó)家職業(yè)技術(shù)技能標(biāo)準(zhǔn)》，將智能制造工程技術(shù)人員的職業(yè)編碼定為2-02-07-13，屬于機(jī)械工程技術(shù)人員類。該標(biāo)準(zhǔn)在智能制造共性技術(shù)運(yùn)用、智能裝備與產(chǎn)線的應(yīng)用與開發(fā)、智能生產(chǎn)管控、裝備與產(chǎn)線智能運(yùn)維等方面對(duì)相關(guān)從業(yè)人員的專業(yè)能力提出了新的要求[3]。為適應(yīng)智能制造發(fā)展對(duì)人才的需求，傳統(tǒng)機(jī)制專業(yè)人才培養(yǎng)方案應(yīng)加強(qiáng)以下知識(shí)的學(xué)習(xí)：①了解智能制造技術(shù)體系，具備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)人工智能技術(shù)等基礎(chǔ)知識(shí)；②掌握CPS系統(tǒng)與架構(gòu)、數(shù)字孿生技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等；③掌握工業(yè)大數(shù)據(jù)挖掘、分析與處理技術(shù)，以及決策與優(yōu)化技術(shù)；④熟悉智能生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管控技術(shù)，包括PLM、ERP、MOM/MES、SCADA系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真等技術(shù)；⑤熟悉生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)與流程管理知識(shí)，掌握生產(chǎn)調(diào)度與高級(jí)排產(chǎn)計(jì)劃技術(shù)。

二 智能制造背景下機(jī)制專業(yè)人才培養(yǎng)模式存在的問題

智能制造是以機(jī)械設(shè)計(jì)與制造為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，但是傳統(tǒng)的機(jī)制專業(yè)人才培養(yǎng)模式從課程體系、實(shí)踐環(huán)節(jié)、師資隊(duì)伍等方面都嚴(yán)重滯后于智能制造發(fā)展的要求，主要表現(xiàn)在以下方面：

（一） 知識(shí)體系陳舊，跟不上制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的步伐

目前多數(shù)高校開設(shè)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)以培養(yǎng)高素質(zhì)機(jī)械設(shè)計(jì)人才和機(jī)械制造人才為目標(biāo)，為傳統(tǒng)的制造企業(yè)培養(yǎng)了大量的人才。然而，隨著智能制造時(shí)代的到來(lái)，機(jī)械制造業(yè)加快轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐，推動(dòng)了新技術(shù)、新工藝、新裝備、新材料在企業(yè)的應(yīng)用。相比之下，高校作為人才培養(yǎng)的基地，學(xué)生在學(xué)校學(xué)到的知識(shí)相對(duì)落后[4]，如：機(jī)床、刀具、制造工藝等內(nèi)容基本上與20世紀(jì)90年代相同，知識(shí)體系陳舊，走向工作崗位后，還需重新學(xué)習(xí)企業(yè)所需要的新知識(shí)，滯后于企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)對(duì)人才的需求。

（二） 信息類課程以理論教學(xué)為主，實(shí)踐環(huán)節(jié)少

在傳統(tǒng)的教學(xué)方式中，機(jī)制專業(yè)的教學(xué)普遍存在重理論教學(xué)、輕實(shí)踐操作的問題，尤其是信息類課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，無(wú)論是教師還是學(xué)生都缺乏實(shí)踐意識(shí)，教師沒有從智能制造的實(shí)際需求進(jìn)行教學(xué)，更多的是按照教材講授，雖然學(xué)了不少信息類課程，如計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)、C語(yǔ)言、數(shù)據(jù)庫(kù)等，但從掌握的程度看，大部分同學(xué)不具備軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)的基本能力。

（三） 學(xué)科融合不深入，人才培養(yǎng)定位不清晰

為了迎合智能制造發(fā)展趨勢(shì)，將智能制造相關(guān)的部分課程簡(jiǎn)單地設(shè)置在機(jī)制專業(yè)的課程目錄里，如：人工智能、智能裝備、物聯(lián)網(wǎng)等課程作為輔助課程，由于學(xué)科融合不深入，這樣培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生對(duì)專業(yè)的認(rèn)識(shí)不清晰，畢業(yè)后難以勝任工作。

（四） 辦學(xué)封閉，無(wú)法精準(zhǔn)培養(yǎng)出社會(huì)所需人才

由于校企之間的關(guān)系脫節(jié)，辦學(xué)封閉，導(dǎo)致教育不清楚行業(yè)需求，企業(yè)不清楚教學(xué)內(nèi)容[5]。缺乏產(chǎn)教融合、校企合作、協(xié)同育人機(jī)制，無(wú)法精準(zhǔn)培養(yǎng)出社會(huì)所需要的高素質(zhì)人才。

（五） 師資結(jié)構(gòu)不合理，不能勝任智能制造類課程的教學(xué)

智能制造背景下的機(jī)制專業(yè)教師隊(duì)伍中缺乏既具有學(xué)術(shù)理論水平，又具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和工程背景的“雙師”型教師，絕大多數(shù)工科教師是從校門到校門，雖然具有較強(qiáng)的專業(yè)理論水平和科研能力，但是缺少工程歷練和產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，教學(xué)質(zhì)量不理想[6]。

三 智能制造背景下機(jī)制專業(yè)人才培養(yǎng)模式探索與實(shí)踐

以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)+、CPS等技術(shù)為基礎(chǔ)的第四次工業(yè)革命的來(lái)臨日漸深入地影響我們所處的時(shí)代和社會(huì)，并將帶動(dòng)工程教育朝著革命性的方向變革，由此引起的高等學(xué)校工科教育新思維對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)制專業(yè)人才培養(yǎng)也產(chǎn)生了沖擊和挑戰(zhàn)。因此，有必要開展對(duì)智能制造背景下機(jī)制專業(yè)人才培養(yǎng)模式的研究。

為適應(yīng)制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的人才需求，圖1是在智能制造背景下，我院機(jī)制專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革的總體建設(shè)方案。該方案立足現(xiàn)有的專業(yè)基礎(chǔ)，依托實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、專業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和虛擬仿真中心等智能制造實(shí)踐基地，涵蓋了優(yōu)化課程體系、提高工程實(shí)踐能力、加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)、實(shí)施產(chǎn)教融合、推進(jìn)科教融合和豐富教學(xué)手段6方面改革措施。具體如下：

圖1 人才培養(yǎng)模式改革總體方案

（一） 拓寬知識(shí)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化課程體系

傳統(tǒng)專業(yè)課程的設(shè)置，存在課程設(shè)置隨意、課程內(nèi)容重復(fù)、與時(shí)代發(fā)展脫節(jié)等諸多問題，在專業(yè)認(rèn)證的反饋意見中，課程體系不符合專業(yè)認(rèn)證要求被認(rèn)為是大多數(shù)機(jī)制專業(yè)存在的主要問題。智能制造的突出特征是多學(xué)科交叉融合，同時(shí)要求能夠解決具體工程實(shí)踐問題。對(duì)于機(jī)制專業(yè)來(lái)說(shuō)，首先要立足傳統(tǒng)的機(jī)械類核心課程，整合部分專業(yè)基礎(chǔ)課程，補(bǔ)充智能制造導(dǎo)論、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)、人工智能及應(yīng)用等智能制造相關(guān)課程，打破傳統(tǒng)清晰的專業(yè)界限，拓寬學(xué)生的知識(shí)體系[7]，構(gòu)建以機(jī)械核心課程為主干，自動(dòng)化、系統(tǒng)工程、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)等為枝干的課程體系。同時(shí)注意各課程之間的有機(jī)融合，而不是簡(jiǎn)單地堆砌，這也客觀要求智能制造專業(yè)人才做到融會(huì)貫通，真正成為具備復(fù)合型知識(shí)結(jié)構(gòu)的人才。

（二） 加強(qiáng)實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)，提高工程實(shí)踐能力

智能制造歸根結(jié)底是要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的生產(chǎn)制造，智能化是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的手段和方式，而工程實(shí)踐能力是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的根本保證。這也是“工程教育專業(yè)認(rèn)證”“新工科”理念等所倡導(dǎo)的核心內(nèi)容[8]。在這一過(guò)程中不能舍本逐末，簡(jiǎn)單堆砌一些信息技術(shù)相關(guān)課程，而擠占了工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。根據(jù)專業(yè)認(rèn)證培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的課程要占到總學(xué)時(shí)的20%以上，因此，需要進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)以滿足培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的要求。

為此，按照工業(yè)4.0智能工廠和智慧車間的基本框架，我院在現(xiàn)有的工程訓(xùn)練中心和專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，建設(shè)了功能相對(duì)完善、能夠支撐智能制造技術(shù)學(xué)科交叉和融合的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，實(shí)現(xiàn)了將工程訓(xùn)練中心的數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、倉(cāng)儲(chǔ)和物流網(wǎng)、MES系統(tǒng)等多層次軟、硬件系統(tǒng)的集成，具有無(wú)人化智能車間的基本功能和形態(tài)，為本專業(yè)課程教學(xué)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。

（三） 完善師資隊(duì)伍，提升教學(xué)水平

培養(yǎng)面向智能制造發(fā)展戰(zhàn)略的復(fù)合型創(chuàng)新型人才，需要高水平的師資隊(duì)伍。為此，長(zhǎng)安大學(xué)機(jī)制專業(yè)作為國(guó)家級(jí)特色專業(yè)，探索了一條適合校情、院情的師資隊(duì)伍發(fā)展之路。采取措施如下：

1.加大智能制造一流人才引進(jìn)力度。強(qiáng)化高層次人才對(duì)專業(yè)發(fā)展的支撐和引領(lǐng)作用，加大各類人才項(xiàng)目的實(shí)施力度，積極與國(guó)內(nèi)外高校溝通合作，進(jìn)一步加強(qiáng)高層次人才引進(jìn)工作。通過(guò)人才引進(jìn)，提升智能制造專業(yè)發(fā)展水平、人才培養(yǎng)質(zhì)量和國(guó)際影響力。

2.加強(qiáng)與企業(yè)博士后工作站聯(lián)系，鼓勵(lì)青年教師進(jìn)入企業(yè)工作站從事企業(yè)或國(guó)家或省部級(jí)博士后課題研究，豐富教師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提高工程教育實(shí)踐能力。

3.制定政策，探索多種模式的“工程大師”合作機(jī)制，實(shí)施“工程大師”進(jìn)課堂行動(dòng)。

4.加強(qiáng)學(xué)術(shù)交流，聚焦學(xué)科前沿。聘請(qǐng)智能制造領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外專家到學(xué)校進(jìn)行全方位的智能制造技術(shù)培訓(xùn)或講座，提高學(xué)術(shù)水平。

（四） 實(shí)施產(chǎn)教融合，精準(zhǔn)對(duì)接人才需求

智能制造突出新形勢(shì)下的工科教育人才工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。構(gòu)建產(chǎn)教融合的協(xié)同育人實(shí)踐體系，改變過(guò)去傳統(tǒng)的課堂育人單一模式，是精準(zhǔn)對(duì)接企業(yè)人才需求、提高人才工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的必由之路。具體采取的措施如下：

1.通過(guò)多維聯(lián)動(dòng)，打破專業(yè)自身的壁壘，構(gòu)建協(xié)同育人大環(huán)境，改變過(guò)去只靠學(xué)校課堂培養(yǎng)的模式，將學(xué)校課堂培養(yǎng)、課后創(chuàng)新能力培養(yǎng)、校內(nèi)實(shí)習(xí)訓(xùn)練和企業(yè)實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，打造多維的培養(yǎng)學(xué)生手段。

2.通過(guò)大師進(jìn)課堂，“延伸”聯(lián)系來(lái)自境內(nèi)外與產(chǎn)業(yè)界的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。企業(yè)是工程創(chuàng)新的主體，很多新技術(shù)、新發(fā)明和新應(yīng)用率先在企業(yè)開展，因此，有必要廣泛與企業(yè)開展合作，讓學(xué)生理論學(xué)習(xí)與生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，充分利用產(chǎn)業(yè)界的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，大力實(shí)施“工程大師”進(jìn)課堂。目前，專業(yè)已經(jīng)與洛陽(yáng)一拖集團(tuán)和十堰東風(fēng)汽車集團(tuán)建立了良好的合作關(guān)系，大三學(xué)生需進(jìn)行為期三周的生產(chǎn)實(shí)習(xí)。下一步，要根據(jù)專業(yè)發(fā)展要求，繼續(xù)開拓新的能夠促進(jìn)人才培養(yǎng)的生產(chǎn)實(shí)踐基地，同時(shí)制定“工程大師”走進(jìn)課堂的實(shí)施措施，讓學(xué)生與“工程大師”面對(duì)面交流。

3.通過(guò)產(chǎn)教融合，實(shí)現(xiàn)校內(nèi)外資源的實(shí)質(zhì)性結(jié)合與利用。多方協(xié)同育人不是形式，而是要通過(guò)聯(lián)合培養(yǎng)、企業(yè)提供需求，學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)等手段，切實(shí)將多方結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建數(shù)字化、智能化時(shí)代的產(chǎn)教融合平臺(tái)，打通產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈與人才鏈、教育鏈的脈絡(luò)聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)協(xié)同育人的目標(biāo)。

（五） 推進(jìn)科教融合，強(qiáng)化科研育人

智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的深度融合，離不開對(duì)技術(shù)前沿的持續(xù)研究。高校作為人才輸出基地，承擔(dān)了科研和教學(xué)兩大重要職能，將二者融合也是現(xiàn)代大學(xué)的本質(zhì)特征?？蒲械倪^(guò)程是學(xué)生不斷學(xué)習(xí)、創(chuàng)造的過(guò)程，把科研平臺(tái)作為人才培養(yǎng)的平臺(tái)，也是促進(jìn)學(xué)生成長(zhǎng)、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)術(shù)興趣和創(chuàng)新能力一種教學(xué)方式。

為此，我院機(jī)制專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極推動(dòng)科研反哺教學(xué)，強(qiáng)化科研育人功能，鼓勵(lì)教師及時(shí)把最新科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，跟上時(shí)代發(fā)展步伐。

（六） 豐富教學(xué)手段，提升學(xué)習(xí)興趣

在傳統(tǒng)教學(xué)體系中，教學(xué)以課堂授課為主，手段單一，培養(yǎng)質(zhì)量的考核主要以考試為主，且沒有后續(xù)的考核評(píng)價(jià)分析。這種傳統(tǒng)的常規(guī)教學(xué)組織思路，不利于提高教學(xué)質(zhì)量，不利于學(xué)生素質(zhì)的綜合培養(yǎng)，也脫離了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代發(fā)展的客觀需求。智能制造專業(yè)人才培養(yǎng)教學(xué)模式的改革途徑將從兩方面入手：一是硬件設(shè)施的改善，改造傳統(tǒng)教室，從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、交互式電子白板、課堂任意分組、互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)、多終端支持、智能管理、實(shí)時(shí)應(yīng)答系統(tǒng)、課堂大數(shù)據(jù)分析等多維度實(shí)現(xiàn)智慧教室核心功能；二是教學(xué)理念的革新，鼓勵(lì)嘗試教與學(xué)的“新方法”，如線上線下混合教學(xué)模式改革，慕課、SPOC等新的以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，通過(guò)融合多元教育教學(xué)方法的改革創(chuàng)新，提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

四 結(jié)語(yǔ)

為適應(yīng)智能制造發(fā)展新趨勢(shì)和制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的人才需求，本文從智能制造共性技術(shù)運(yùn)用、智能裝備與產(chǎn)線的應(yīng)用與開發(fā)、智能生產(chǎn)管控等方面分析了新形勢(shì)下智能制造對(duì)機(jī)制類專業(yè)人才培養(yǎng)提出的新要求，討論了傳統(tǒng)機(jī)制專業(yè)人才培養(yǎng)中存在的問題，并從優(yōu)化課程體系、提高工程實(shí)踐能力、加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)、實(shí)施產(chǎn)教融合、推進(jìn)科教融合和豐富教學(xué)手段6個(gè)方面給出了探索性的改革思路，為培養(yǎng)滿足智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)制專業(yè)人才培養(yǎng)提供參考。