智能制造專業(yè)群產(chǎn)教融合實訓(xùn)基地建設(shè)案例＊

聶 健，寧艷梅

（湖南三一工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410129）

1 建設(shè)背景

貫徹落實國務(wù)院《國家職業(yè)教育改革實施方案》，進行深度產(chǎn)教融合，讓職業(yè)教育對接產(chǎn)業(yè)需求，更能體現(xiàn)現(xiàn)代化先進技術(shù)、產(chǎn)業(yè)區(qū)域特色、企業(yè)人才需求。學(xué)生培養(yǎng)對接職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)職業(yè)發(fā)展規(guī)劃及終身培訓(xùn)，學(xué)習(xí)過程對接生產(chǎn)過程，達到真實生動、理實一體的要求。產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)場景發(fā)生了巨大的變化，由人工-自動化發(fā)展到自動化+信息化，高端制造企業(yè)致力于打造數(shù)字化+智能化的生產(chǎn)場景。企業(yè)崗位結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，由早期的單件生產(chǎn)單一技能轉(zhuǎn)變到圍繞產(chǎn)線培養(yǎng)的綜合技能，智能化產(chǎn)線成為重要環(huán)境。崗位能力要求更具有復(fù)合性，綜合具備高端機床加工、機器人編程與維護以及通信網(wǎng)絡(luò)、倉儲物流、數(shù)據(jù)采集、傳感監(jiān)控等方面技能?！吨袊圃?025》第一個五年就是推進制造業(yè)整體素質(zhì)大幅提升[1]，創(chuàng)新能力顯著增強，全員勞動生產(chǎn)率明顯提高，工業(yè)化和信息化融合邁上新臺階。

基于以上背景，智能制造專業(yè)群產(chǎn)教融合實訓(xùn)基地的建設(shè)是落實國家政策要求、助力產(chǎn)業(yè)高端發(fā)展、對接產(chǎn)業(yè)升級人才新需求、響應(yīng)《中國制造2025》“三步走”戰(zhàn)略的重要措施。

2 建設(shè)目標(biāo)

建設(shè)教學(xué)活動平臺。適應(yīng)國家、三一集團智能制造發(fā)展的需要，承擔(dān)學(xué)生技術(shù)技能培養(yǎng)及專業(yè)知識學(xué)習(xí)，助力學(xué)生“353”人才能力指標(biāo)體系的達成。

建設(shè)技術(shù)展示平臺?；孛嫦蛐屡d職業(yè)與崗位技能要求，具有前瞻性技能開發(fā)的能力，同時實現(xiàn)先進技術(shù)全要素的展現(xiàn)；以研發(fā)引領(lǐng)專業(yè)發(fā)展。

建設(shè)服務(wù)社會平臺。能夠承擔(dān)區(qū)域的社會培訓(xùn)及認(rèn)證服務(wù)，助力于區(qū)域產(chǎn)業(yè)服務(wù)，并能夠承載校企間人才服務(wù)，實現(xiàn)人才對接。

與三一集團發(fā)展規(guī)劃深度融合。致力于培養(yǎng)具有國際視野的優(yōu)秀人才；擁有國內(nèi)領(lǐng)先的一流特色專業(yè)群[2]、建立科技創(chuàng)新服務(wù)平臺、以開發(fā)適合未來工業(yè)制造的軟件為重點產(chǎn)出，讓技術(shù)驅(qū)動引領(lǐng)專業(yè)發(fā)展。

3 頂層設(shè)計

結(jié)合現(xiàn)代化無人工廠生產(chǎn)場景，打造智能制造創(chuàng)新實訓(xùn)基地，實現(xiàn)基地的完全數(shù)字化運營，具備以下特色。

彰顯企業(yè)特色，將三一集團的工程機械、裝備制造企業(yè)特點與先進制造產(chǎn)業(yè)的通用機械、工程機械的特色相結(jié)合；通過柔性的自動化輸送系統(tǒng)，實現(xiàn)新型的先進制造技術(shù)朝著小型化（微型化）、集成化、成套化、電子化、數(shù)字化、多功能化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、計算機化、綜合自動化、光機電一體化方向發(fā)展；促進智能制造與湖南省各產(chǎn)業(yè)的對接，引領(lǐng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

集成先進制造多樣元素，包含智能加工、裝配、檢測、倉儲、智能物流生產(chǎn)監(jiān)控等，復(fù)現(xiàn)智能工廠生態(tài)。

結(jié)合高端制造特色專業(yè)，融合智能制造專業(yè)群特色，符合工業(yè)機器人技術(shù)、機電一體化、智能控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、焊接技術(shù)與自動化等專業(yè)；同時能對人工智能學(xué)院、建筑工業(yè)化學(xué)院、工程機械學(xué)院給予支撐。

實現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與生產(chǎn)實踐的零距離建設(shè)，打造知行合一、工學(xué)結(jié)合、工學(xué)交替，對標(biāo)企業(yè)崗位能力，進行模塊化教學(xué)，實施任務(wù)式培訓(xùn)。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 管理層

管理分析指標(biāo)化與可視化，實現(xiàn)工廠管控過程實時、透明、可溯、持續(xù)，關(guān)鍵要素有工廠展示、數(shù)字建模、管理指標(biāo)、可視化等，關(guān)鍵技術(shù)包含ERP系統(tǒng)、B1系統(tǒng)等；智能工廠支撐研發(fā)過程與生產(chǎn)過程的無縫融合，在產(chǎn)品創(chuàng)意、設(shè)計階段引入數(shù)字化平臺技術(shù)，將設(shè)計人員的意圖、知識均以數(shù)字化模型的形式進行管理。

4.2 執(zhí)行層

打造具有云算力生態(tài)型服務(wù)平臺，也是機加現(xiàn)場生產(chǎn)加工管理互聯(lián)平臺，具備PAAS級MES，關(guān)鍵要素有程序管理、柔性制造、刀具檢測、成本管理、設(shè)備監(jiān)控、計劃排程、質(zhì)量管理、備件管理、故障預(yù)警、OEE分析等，關(guān)鍵技術(shù)包含MES執(zhí)行系統(tǒng)及WMS管理系統(tǒng)；全方位綜合了現(xiàn)代實際生產(chǎn)中較流行、較先進的各種實用技術(shù)知識點，其中包括PLC編程技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、電氣控制技術(shù)、氣動應(yīng)用技術(shù)、傳感器技術(shù)、步進驅(qū)動控制技術(shù)、虛擬調(diào)試、機器人應(yīng)用技術(shù)等。

4.3 監(jiān)控層

采集覆蓋場景覆蓋機加現(xiàn)場各種數(shù)字設(shè)備，并實現(xiàn)與分發(fā)實時、高速、多頻、雙向互動，關(guān)鍵要素有硬件采集、邊緣計算、軟件集成等，關(guān)鍵技術(shù)包含設(shè)備互聯(lián)、邊緣終端、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、遠程診斷、傳感控制以及3D視覺等技術(shù)；利用PLC控制器和HMI人機界面，監(jiān)控生產(chǎn)過程、設(shè)備狀態(tài)，實現(xiàn)透明化生產(chǎn)。主要由西門子控制系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)構(gòu)成，執(zhí)行MES發(fā)出的具體指令，對底層設(shè)備實施邏輯控制。

4.4 設(shè)備層

設(shè)備實現(xiàn)產(chǎn)能模組化、管理數(shù)字化、產(chǎn)線自動化，能夠基CNC本體開發(fā)的應(yīng)用功能，面向復(fù)雜、專用設(shè)備的CNC功能外延，能夠開發(fā)基于CNC周邊，IoT的，APP類功能產(chǎn)品，產(chǎn)線工作過程數(shù)字化全覆蓋，自動化設(shè)備提供的各種數(shù)據(jù)流可與上層的MES數(shù)據(jù)流進行交換，并保證產(chǎn)線柔性國內(nèi)領(lǐng)先。關(guān)鍵要素包含NC、機床、APP等，關(guān)鍵技術(shù)包含離線機床、協(xié)作機器人、智能倉儲、AGV物流、在線監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)通信、工藝設(shè)計及人工智能等。生產(chǎn)線各方面的集成是比較完備的，針對產(chǎn)線的數(shù)據(jù)的縱向集成以及產(chǎn)品的橫向集成可以做研究，可以做虛擬調(diào)試的研究。

在數(shù)字化工廠的4層架構(gòu)中，既包括硬件設(shè)備，也包括軟件系統(tǒng)。工業(yè)軟件模塊可以涵蓋企業(yè)層的ERP到產(chǎn)品開發(fā)的PLM再到制造執(zhí)行系統(tǒng)的MES，甚至是底層的數(shù)據(jù)監(jiān)控和控制。工業(yè)通信硬件模塊連接通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)物理世界與虛擬世界連接的橋梁，實現(xiàn)人、工件和機器設(shè)備之間通信的橋梁。

4.5 智能制造產(chǎn)線柔性化設(shè)計理念

產(chǎn)線定位為智能制造的引領(lǐng)者（柔性智能制造系統(tǒng)集成），體現(xiàn)在高度柔性與集成不高的方式為特色。通過頂層設(shè)計，達到整體系統(tǒng)性最優(yōu)，提升科研團隊價值鏈的整體收益最大，從而實現(xiàn)建設(shè)目的與經(jīng)營目標(biāo)。

產(chǎn)線的硬件部分就是機械設(shè)備，而滿足智能制造產(chǎn)線的關(guān)鍵就是設(shè)備之間的數(shù)字交換及優(yōu)化，因此柔性智能制造就是最適合的特色設(shè)計。各柔性模塊功能如下。

倉儲物流運輸系統(tǒng)。倉儲物流運輸系統(tǒng)包括數(shù)字化立體倉庫、智慧物流輸送系統(tǒng)和RFID系統(tǒng)。數(shù)字化立體倉庫是智能工廠的物料存儲單元，融合了RFID系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)字化立體料倉的智能化管理。該立體料倉分為毛坯件區(qū)、成型品區(qū)和廢品區(qū)，各區(qū)每個倉位均安裝有感應(yīng)開關(guān)，能夠感應(yīng)倉位是否有物料存在，同時總控相互交互信號，從而控制堆垛機取或者放工件至相應(yīng)的倉位。智慧物流輸送系統(tǒng)是柔性輸送系統(tǒng)，讓制造實現(xiàn)獨立單元，從存儲到節(jié)拍都變成可調(diào)控，對數(shù)據(jù)提取；可視化控制變得簡潔而實用，其最大的特色就是工廠實景再現(xiàn)。RFID系統(tǒng)是無線射頻識別系統(tǒng)，它是一種通信技術(shù)，通常也稱為電子標(biāo)簽。它是由電子標(biāo)簽、高頻讀頭、高頻讀寫器、通訊電纜組成，采用無線協(xié)議ISO15693的通訊標(biāo)準(zhǔn)，可在不小于20 mm的距離進行讀寫操作，數(shù)據(jù)保存時間大于10年，可重復(fù)擦寫次數(shù)大于10萬次，存儲器容量有160字節(jié)EEPROM。

智能制造加工單元。智能制造單元結(jié)構(gòu)包含行走工業(yè)機器人、機器人第七軸、機器人定制夾具、加工中心、數(shù)控車床、單元監(jiān)視展示系統(tǒng)、數(shù)字化輸送系統(tǒng)、單元總控系統(tǒng)。

清洗模塊（高端產(chǎn)品配置功能）。清洗檢測模塊主要是由1臺12 kg的六關(guān)節(jié)工業(yè)機器人與1臺清洗機、1臺夾具快換臺組成。

檢測與激光打標(biāo)模塊。檢測與激光打標(biāo)模塊主要是由1臺12 kg的六關(guān)節(jié)工業(yè)機器人與1臺三坐標(biāo)測量儀、1臺三軸激光打標(biāo)機、1臺夾具快換臺組成。

裝配模塊。裝配模塊主要是由1臺12 kg的六關(guān)節(jié)工業(yè)機器人與1臺裝配專機、1臺夾具快換臺組成。

5 基地功能

智能制造實訓(xùn)基地建設(shè)完成后[3]，可以承擔(dān)和實現(xiàn)校方和社會服務(wù)等多重目標(biāo)，分別為與教學(xué)相融合的人才培養(yǎng)教學(xué)功能、與科研相融合的創(chuàng)新科研功能和與三一集團融合的生產(chǎn)制造功能的3大核心功能。

5.1 教學(xué)功能

人才培養(yǎng)方案及課程體系建設(shè)。復(fù)合型人才培養(yǎng)方案的建設(shè)是產(chǎn)教融合的辦學(xué)思想和培養(yǎng)特色的集中體現(xiàn)，是決定學(xué)校社會地位與聲譽的首要標(biāo)志，也是影響畢業(yè)生發(fā)展前途的重要因素。因此，在學(xué)校發(fā)展過程中，有針對地開展專業(yè)升級改革工作是十分必要和重要的，開展針對智能制造方向的人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系升級等工作，借助校企雙方的影響力共同搭建校企合作專業(yè)指導(dǎo)交流實踐平臺，通過開展線下的研討會議，形成既貼合行業(yè)發(fā)展及用人需求又具備示范性、標(biāo)桿性的人才培養(yǎng)體系，為人才培養(yǎng)的課程實踐提供標(biāo)準(zhǔn)和指引。

圍繞智能制造“三門課”的資源建設(shè)。智能制造“三門課”是在《中國制造2025》發(fā)展戰(zhàn)略指導(dǎo)下，針對目前院校人才培養(yǎng)與市場技術(shù)需求錯位的問題，而提出的理論與實操相結(jié)合的人才培養(yǎng)升級方案。該“三門課”指“先進數(shù)控加工技術(shù)-多軸和高速高精”“工業(yè)機器人”“智能制造”3門課程方向的系統(tǒng)解決方案，包括教學(xué)教材、實訓(xùn)指導(dǎo)書、實訓(xùn)平臺、教學(xué)輔助資源以及師資力量提升培訓(xùn)等建設(shè)內(nèi)容。

師資力量建設(shè)。人才培養(yǎng)，師資先行。從供應(yīng)商選擇就應(yīng)具備教育部批準(zhǔn)的全國重點建設(shè)職教師資培養(yǎng)培訓(xùn)基地，承擔(dān)國家級骨干教師培訓(xùn)、省級骨干教師培訓(xùn)等資質(zhì)?？稍跀?shù)控、工業(yè)機器人、智能制造等方面等給學(xué)校教師進行全方位的服務(wù)，大力支持裝備制造業(yè)專業(yè)技能型人才和高技能人才的培養(yǎng)培訓(xùn)。參與學(xué)校教師素質(zhì)提高計劃等一系列項目的實施工作，為中國教學(xué)改革、技能型人才的培養(yǎng)以及“雙師型”師資隊伍建設(shè)貢獻力量，同時應(yīng)有許多校企合作共同推進教育教學(xué)改革與發(fā)展的經(jīng)驗。

社會技能培訓(xùn)與鑒定。以實訓(xùn)平臺為依托，開展面向企業(yè)及院校的培訓(xùn)工作，內(nèi)容為數(shù)控機床的裝調(diào)維修、數(shù)控系統(tǒng)的操作編程、五軸加工中心的操作編程、工業(yè)機器人的裝調(diào)維修、工業(yè)機器人的操作調(diào)整、智能制造單元安裝與調(diào)試、智能制造單元的操作與調(diào)整、智能制造CPS系統(tǒng)等培訓(xùn)工作以及各級配套的職業(yè)技能鑒定，包括面向在校學(xué)生，開展職業(yè)技能培訓(xùn)和職業(yè)資格鑒定工作，技能鑒定合格后，頒發(fā)學(xué)成證書；面向企業(yè)承接各種職業(yè)技能培訓(xùn)（包括崗位培訓(xùn)、崗前崗后培訓(xùn)、技能提高培訓(xùn)等）和行業(yè)協(xié)會職業(yè)資格鑒定工作，技能鑒定合格后，頒發(fā)職業(yè)資格證書；面向社會個人提供技能提升培訓(xùn)和技能鑒定工作。

賽事承辦運營。將本著“以賽促教、以賽促學(xué)”的理念，大力推進基地智能制造專業(yè)方向的人才培養(yǎng)，選拔培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生，精心組織，并努力做好技能競賽的訓(xùn)練指導(dǎo)工作。將結(jié)合學(xué)校軟硬件設(shè)施積極申報、承辦各級別的工業(yè)機器人、人工智能、智能制造有關(guān)競賽，并指導(dǎo)教師根據(jù)競賽項目方案，制定詳細(xì)合理的訓(xùn)練進程，有計劃、有步驟地訓(xùn)練和組織學(xué)員參與“智能制造”專業(yè)相關(guān)競賽。加強宣傳、打造品牌，共同做好大賽的組織、承辦和運營工作。

5.2 科研功能

智能制造實訓(xùn)平臺最大的特點就是具有極大的開放性。除了滿足日常的教學(xué)、培訓(xùn)等功能外，它能夠提供教師和學(xué)生的二次開發(fā)的環(huán)境，在工業(yè)機器人應(yīng)用、數(shù)控應(yīng)用、大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等。

設(shè)備接入系統(tǒng)總線中，系統(tǒng)可以通過總線提取ms級數(shù)據(jù)，包括指令位置、實際位置、指令速度、實際速度、實際電流、實時溫度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并通過二次開發(fā)接口傳遞到上位機，進行監(jiān)控軟件開發(fā)、運動控制模型分析與學(xué)習(xí)、展開誤差補償?shù)戎悄芑芯俊?/p>

5.3 生產(chǎn)功能

生產(chǎn)線設(shè)計定位為柔性過渡智能制造生產(chǎn)線，綜合考慮了現(xiàn)有企業(yè)生產(chǎn)場景技術(shù)及教學(xué)效果。智能制造實訓(xùn)平臺全部采用標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，能夠進行金屬材料和非金屬材料非標(biāo)工業(yè)產(chǎn)品的加工生產(chǎn)。

6 成果產(chǎn)出

6.1 人才培養(yǎng)

本項目從智能制造專業(yè)群方向的專業(yè)升級建設(shè)出發(fā)進行整體設(shè)計規(guī)劃，項目建成后可向其有關(guān)智能制造方向進行人才培養(yǎng)。面向全校各專業(yè)開展縱向和橫向的不同層次不同方式的人才培養(yǎng)，對智能制造方向?qū)I(yè)來說增加了智能制造前沿技術(shù)的縱深拓展教學(xué)，對大機械其他專業(yè)來說則增加了智能制造應(yīng)用特點的橫向教學(xué)。因此，本項目帶來的專業(yè)升級成果是可以面向全校各專業(yè)的，每一名學(xué)生都可通過本項目了解智能制造技術(shù)為裝備制造業(yè)帶來的變革、體驗智能制造技術(shù)在不同產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用方式和實現(xiàn)手段甚至學(xué)習(xí)其應(yīng)用方法，掌握關(guān)鍵技術(shù)的使用方式，從而受益于本項目的建設(shè)。

6.2 雙創(chuàng)競賽

智能制造實訓(xùn)基地建成后，基地設(shè)備的先進性和實用性可以說在湖南省首屈一指，它可進行智能制造產(chǎn)線相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)技能大賽、工業(yè)機器人裝調(diào)維修應(yīng)用大賽等賽項的申報，并承接大賽的舉辦工作。這類大賽將受到眾多院校的關(guān)注，大賽的順利舉辦將全面展示學(xué)校的師生實力與獨特的文化風(fēng)采，同時也為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供了平臺支撐，學(xué)生可以通過智能制造平臺進行創(chuàng)意性產(chǎn)品、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的設(shè)計與生產(chǎn)，在社會和市場中進行探索與檢驗，讓學(xué)生在學(xué)校中可以加速成長。

6.3 教學(xué)科研

建設(shè)成高素質(zhì)技術(shù)技能型人才培養(yǎng)的示范基地[4]。以實訓(xùn)基地建設(shè)為紐帶[5]，完成工程機械運用技術(shù)、機電一體化技術(shù)、工業(yè)機器人、數(shù)控技術(shù)、焊接技術(shù)及自動化以及智能控制技術(shù)6個專業(yè)的工學(xué)結(jié)合人才培養(yǎng)模式改革。建設(shè)完成后，專業(yè)群及各專業(yè)人才培養(yǎng)方案更加符合企業(yè)對職業(yè)崗位工作能力培養(yǎng)的需求，使學(xué)生在基本職業(yè)技能、專項技能、綜合技能、職業(yè)素養(yǎng)多層次能力得到培養(yǎng)。

建成一支高水平專業(yè)群教學(xué)團隊。通過實訓(xùn)基地建設(shè)，新增專業(yè)群及各專業(yè)的專業(yè)帶頭人達到6人以上，專業(yè)骨干教師達到20人以上，把專業(yè)群及各專業(yè)的教學(xué)團隊建成為一支以專業(yè)帶頭人為引領(lǐng)、骨干教師為核心，數(shù)量充足、結(jié)構(gòu)合理、素質(zhì)精良、專兼結(jié)合的高水平專業(yè)群教學(xué)團隊，每年獲教學(xué)成果獎2項以上。

技能培訓(xùn)與鑒定能力明顯增強。依托實訓(xùn)基地，在技能培訓(xùn)、技術(shù)咨詢、職業(yè)技能鑒定等方面加強社會服務(wù)。建設(shè)期內(nèi)，開展高職師資專業(yè)技能培訓(xùn)達到50人次以上，高職學(xué)生專業(yè)技能培訓(xùn)達到1 000人次以上；開展為社會提供技術(shù)培訓(xùn)及技能鑒定活動，使社會提供技能培訓(xùn)及技能鑒定達到1 000人次以上。