新工科視域下高校智能制造專業(yè)實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)研究

摘 要 作為培養(yǎng)未來(lái)制造業(yè)高端人才的重要陣地，高校智能制造專業(yè)實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)，不僅承載著深化教育改革的使命，還是落實(shí)“新工科”教育理念的重要抓手。尤其在技術(shù)快速迭代和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇的背景下，實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)正逐步從單一功能的教學(xué)支持向多元化的復(fù)合生態(tài)發(fā)展。文章通過(guò)分析高校智能制造專業(yè)實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)的難點(diǎn)，提出從提升實(shí)踐設(shè)備的適配性與工業(yè)對(duì)接水平、優(yōu)化實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)條件、構(gòu)建跨學(xué)科綜合性實(shí)踐體系等實(shí)施策略，以實(shí)現(xiàn)教育與產(chǎn)業(yè)的深度融合，為智能制造行業(yè)提供人才保障。

關(guān)鍵詞 新工科；高校；智能制造；實(shí)踐平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G642 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.09.011

Research on the Construction of Practice Platform for Intelligent Manufacturing Major in Universities from the Perspective of Emerging Engineering Education

WEN Yang， WANG Hui， ZHANG Chao

（School of Mechanical Engineering， Tianjin University， Tianjin 300350）

Abstract As an important position for cultivating high-end talents in the future manufacturing industry， the construction of the practice platform for the intelligent manufacturing major in universities not only undertakes the mission of deepening educational reform but also serves as an important means to implement the educational concept of \"emerging engineering education\". Especially under the rapid technological iteration and intensified industrial competition， the construction of the practice platform is gradually evolving from a single-function teaching support to a diversified composite ecosystem. By analyzing the difficulties in the construction of the practice platform for the intelligent manufacturing major in universities， implementation strategies such as improving the adaptability of practice equipment and its connection level with the industry， optimizing the construction conditions of the practice platform， and constructing an interdisciplinary comprehensive practice system are proposed， so as to achieve the deep integration of education and industry and provide talent guarantee for the intelligent manufacturing industry.

Keywords emerging engineering education; universities; intelligent manufacturing; practice platform

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)的快速發(fā)展，制造業(yè)正向數(shù)字化、智能化方向邁進(jìn)。而智能制造作為產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)的核心環(huán)節(jié)，其從業(yè)人員不僅需要扎實(shí)的工程技術(shù)基礎(chǔ)，還需具備跨領(lǐng)域知識(shí)整合與創(chuàng)新能力?！靶鹿た啤笔俏覈?guó)高等教育應(yīng)對(duì)未來(lái)產(chǎn)業(yè)變革的重要戰(zhàn)略，強(qiáng)調(diào)以工程教育的現(xiàn)代化、跨學(xué)科性和創(chuàng)新性為導(dǎo)向，全面提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新素養(yǎng)[1]。對(duì)于高校智能制造專業(yè)而言，也須推動(dòng)學(xué)科交叉融合和技術(shù)創(chuàng)新，致力于實(shí)現(xiàn)工業(yè)技術(shù)的智能化發(fā)展，助力實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略目標(biāo)。

1" 高校智能制造專業(yè)實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)的必要性

在制造業(yè)邁向數(shù)字化、智能化的發(fā)展過(guò)程中，智能制造已成為新工業(yè)革命的核心驅(qū)動(dòng)力。高校作為培養(yǎng)高端制造業(yè)人才的重要基地，如何構(gòu)建面向產(chǎn)業(yè)需求的實(shí)踐平臺(tái)，是智能制造專業(yè)教育體系改革的重要課題。

1.1" 滿足智能化工業(yè)生產(chǎn)對(duì)人才的迫切需求

在智能制造行業(yè)中，其工業(yè)生產(chǎn)流程逐步向智能化方向發(fā)展，不僅體現(xiàn)在自動(dòng)化設(shè)備的大規(guī)模應(yīng)用上，還包括生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)優(yōu)化能力[2]。如在生產(chǎn)流程中，嵌入式傳感器、數(shù)字孿生技術(shù)以及虛擬仿真環(huán)境的使用，已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)的技術(shù)標(biāo)配?；诂F(xiàn)代智能制造需求，高校要加強(qiáng)實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)，為學(xué)生提供從理論到實(shí)操的全鏈條學(xué)習(xí)路徑，幫助他們深入理解智能生產(chǎn)流程的工作原理和優(yōu)化方法。

1.2" 應(yīng)對(duì)智能協(xié)同和資源優(yōu)化配置的實(shí)際挑戰(zhàn)

智能制造依賴于資源設(shè)備的優(yōu)化配置和生產(chǎn)單元的智能協(xié)同，對(duì)高校實(shí)踐教育提出了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室以靜態(tài)配置為主，資源利用率低、動(dòng)態(tài)調(diào)整能力不足，已無(wú)法滿足現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)于資源高效整合和協(xié)作的要求[3]。而引入物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)踐平臺(tái)，可以構(gòu)建動(dòng)態(tài)、協(xié)同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)生切實(shí)體驗(yàn)工業(yè)環(huán)境中的生產(chǎn)模式。例如，在模擬工業(yè)場(chǎng)景中，當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，平臺(tái)可以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)智能系統(tǒng)重新分配任務(wù)，從而保障生產(chǎn)的連續(xù)性。這種實(shí)踐能力的培養(yǎng)，對(duì)于學(xué)生未來(lái)適應(yīng)復(fù)雜制造環(huán)境、解決實(shí)際問(wèn)題具有重要意義。

1.3" 實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量高效率制造目標(biāo)

在智能制造背景下，高質(zhì)量和高效率是制造業(yè)的核心追求。高校實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)能夠有效承載質(zhì)量控制和生產(chǎn)效率提升的教學(xué)需求，幫助學(xué)生掌握全流程監(jiān)控、質(zhì)量追溯以及柔性生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)平臺(tái)的全生命周期質(zhì)量管理模塊，學(xué)生可以體驗(yàn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到成品檢驗(yàn)的全流程質(zhì)量控制。比如，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，學(xué)生能追溯生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化生產(chǎn)工藝，逐步提升產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2" 高校智能制造專業(yè)實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)的難點(diǎn)

高校在推動(dòng)智能制造專業(yè)實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)時(shí)，其難點(diǎn)主要體現(xiàn)在技術(shù)對(duì)接、資源配置與協(xié)同創(chuàng)新三個(gè)層面，直接影響實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)成效及其對(duì)人才培養(yǎng)的效果。

2.1" 實(shí)訓(xùn)設(shè)備與工業(yè)實(shí)際需求的適配性不足

高校采購(gòu)的教學(xué)設(shè)備往往由供應(yīng)商主導(dǎo)設(shè)計(jì)，其功能多以單項(xiàng)技能訓(xùn)練為主，如PLC編程、自動(dòng)化生產(chǎn)線操作、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。這些設(shè)備雖然能滿足特定技能的教學(xué)需求，但在功能整合與系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)方面缺乏綜合性，難以還原工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜場(chǎng)景。工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際強(qiáng)調(diào)多環(huán)節(jié)協(xié)同、實(shí)時(shí)優(yōu)化與動(dòng)態(tài)調(diào)整，而高校教學(xué)設(shè)備由于缺乏跨領(lǐng)域的技術(shù)集成能力，無(wú)法全面呈現(xiàn)真實(shí)的生產(chǎn)過(guò)程[4]。如在實(shí)際工廠中，生產(chǎn)線需要機(jī)械設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、傳感系統(tǒng)和控制軟件之間的高效協(xié)作，而教學(xué)設(shè)備通常分散于各獨(dú)立模塊，學(xué)生很難體驗(yàn)到系統(tǒng)性的操作流程。

2.2" 資金與場(chǎng)地條件的多重制約

智能制造設(shè)備通常融合多項(xiàng)技術(shù)模塊，如大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等，設(shè)備采購(gòu)成本高昂。一些高校預(yù)算有限，難以大規(guī)模引進(jìn)這些高端設(shè)備，且此類設(shè)備占地面積大，運(yùn)行過(guò)程復(fù)雜，對(duì)教學(xué)場(chǎng)地和配套設(shè)施有較高的要求，高校難以滿足其部署條件。為了緩解資源不足，不少高校采用虛擬仿真技術(shù)作為實(shí)踐教學(xué)的替代方案。然而，虛擬仿真雖然在模擬教學(xué)中具備一定的優(yōu)勢(shì)，但其局限性也較為明顯。學(xué)生在虛擬環(huán)境中無(wú)法感知真實(shí)設(shè)備的操作邏輯和運(yùn)行細(xì)節(jié)，對(duì)復(fù)雜設(shè)備的使用缺乏直觀認(rèn)知，其“脫離實(shí)物”的實(shí)踐方式削弱了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，使其在面對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題時(shí)缺乏經(jīng)驗(yàn)與信心。

2.3" 實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)中校企協(xié)同難度大

目前高校在構(gòu)建綜合性實(shí)踐平臺(tái)時(shí)，面臨校企協(xié)同難度大、資源整合能力不足的問(wèn)題。一方面，設(shè)備供應(yīng)商通常專注于技術(shù)研發(fā)，但對(duì)教育需求的理解較為有限，其設(shè)計(jì)的設(shè)備功能更多聚焦于工業(yè)應(yīng)用而非教學(xué)優(yōu)化。另一方面，高校教師雖熟悉教學(xué)內(nèi)容，但對(duì)工廠實(shí)際運(yùn)行模式和行業(yè)前沿技術(shù)的理解相對(duì)薄弱，難以單獨(dú)完成綜合性實(shí)踐平臺(tái)的設(shè)計(jì)。其供需兩端的脫節(jié)，導(dǎo)致實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)無(wú)法滿足智能制造領(lǐng)域?qū)?fù)合型人才的培養(yǎng)要求。

3" 新工科背景下高校智能制造專業(yè)實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)策略

3.1" 提升實(shí)踐設(shè)備的適配性與工業(yè)對(duì)接水平

新工科背景下，高校應(yīng)主動(dòng)與智能制造領(lǐng)域的龍頭企業(yè)建立合作關(guān)系，依托企業(yè)的技術(shù)支持與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，定制開(kāi)發(fā)多功能、模塊化的實(shí)踐設(shè)備[5]。與傳統(tǒng)設(shè)備單一的技能培養(yǎng)模式不同，這類設(shè)備需在設(shè)計(jì)時(shí)考慮工業(yè)場(chǎng)景中多技術(shù)協(xié)同的特點(diǎn)，如將工業(yè)機(jī)器人操作、PLC控制、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和傳感器應(yīng)用等技術(shù)集成到單一設(shè)備中，讓學(xué)生可在真實(shí)的生產(chǎn)情境中學(xué)習(xí)到完整的工藝鏈操作?；诮虒W(xué)需求，高校還應(yīng)積極引入企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中的典型設(shè)備或生產(chǎn)單元，直接將其改造為教學(xué)設(shè)備。比如在自動(dòng)化流水線的教學(xué)中，可以采購(gòu)來(lái)源于工業(yè)實(shí)際的智能化生產(chǎn)模塊，如裝配機(jī)器人、自動(dòng)化輸送帶以及視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備，并將教學(xué)功能嵌入其中，同時(shí)要定制化設(shè)計(jì)設(shè)備功能，使學(xué)生在基礎(chǔ)技能學(xué)習(xí)中也能了解工業(yè)系統(tǒng)的整體運(yùn)行邏輯和協(xié)作機(jī)制。

數(shù)字技術(shù)作為工業(yè)4.0時(shí)代的重要技術(shù)手段，為解決高校設(shè)備資源有限和工業(yè)適配性不足提供了突破口。通過(guò)建立設(shè)備的虛擬模型并實(shí)時(shí)映射實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，可讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中直觀感受設(shè)備操作的動(dòng)態(tài)變化和工業(yè)工藝的整體流程，以虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)方式彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)備在呈現(xiàn)工業(yè)場(chǎng)景復(fù)雜性和系統(tǒng)性上的不足，為學(xué)生提供更加全面的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。例如，在學(xué)習(xí)自動(dòng)化流水線調(diào)試方法的過(guò)程中，學(xué)生可以利用數(shù)字平臺(tái)查看生產(chǎn)線中每個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，如機(jī)器人運(yùn)行軌跡、傳感器反饋數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)變化等，并與虛擬模型進(jìn)行交互，學(xué)生可以在不影響設(shè)備實(shí)際運(yùn)行的情況下反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和優(yōu)化設(shè)計(jì)。另外，一些高?；蚋呔鹊牟僮鞑⒉贿m合直接在真實(shí)設(shè)備上進(jìn)行教學(xué)，如化學(xué)品的自動(dòng)化分裝、高溫焊接機(jī)器人操作等，在此情形下教師也可利用數(shù)字技術(shù)，讓學(xué)生在虛擬場(chǎng)景中完成高風(fēng)險(xiǎn)工藝的操作練習(xí)，并通過(guò)系統(tǒng)反饋及時(shí)調(diào)整操作參數(shù)。

3.2" 打破資源與場(chǎng)地限制，優(yōu)化實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)條件

一是推進(jìn)共享實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)，優(yōu)化資源配置。面對(duì)資金與場(chǎng)地的限制，高?？梢越ㄔO(shè)共享實(shí)踐平臺(tái)實(shí)現(xiàn)資源的高效利用。高?？梢月?lián)合政府、科研機(jī)構(gòu)或企業(yè)，集中投入資金引進(jìn)高端設(shè)備，按照資源共建共享的原則，制定錯(cuò)峰安排、分時(shí)使用的管理機(jī)制，降低建設(shè)成本，提高設(shè)備的整體利用率。此外，同一區(qū)域的高?？梢苑止げ渴鹬悄苤圃煜嚓P(guān)設(shè)備，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)資源網(wǎng)絡(luò)。例如，一所高校重點(diǎn)建設(shè)數(shù)控加工實(shí)驗(yàn)?zāi)K，另一所高校聚焦工業(yè)機(jī)器人和傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K，緩解高校預(yù)算和場(chǎng)地的雙重壓力，同時(shí)促進(jìn)區(qū)域內(nèi)高等教育資源的協(xié)同發(fā)展。

二是引入模塊化設(shè)備，降低成本與空間需求。智能制造設(shè)備的高昂成本和大面積占用對(duì)高校實(shí)踐教學(xué)形成較大挑戰(zhàn)，引入模塊化設(shè)備是一種務(wù)實(shí)高效的解決方案。例如，購(gòu)買小型數(shù)控機(jī)床、移動(dòng)式工業(yè)機(jī)器人或傳感器套件，不僅可以滿足基礎(chǔ)操作訓(xùn)練，還可以通過(guò)功能擴(kuò)展適應(yīng)多樣化的教學(xué)場(chǎng)景。同時(shí)，模塊化設(shè)備易于拆裝和運(yùn)輸，有助于高校靈活安排實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，避免傳統(tǒng)設(shè)備因固定占地而造成的空間浪費(fèi)。

三是深化虛擬仿真技術(shù)與實(shí)物操作的融合。高?？梢詫⑻摂M仿真技術(shù)與實(shí)物操作結(jié)合起來(lái)，提升學(xué)生的實(shí)踐體驗(yàn)。例如，采用數(shù)字孿生技術(shù)將虛擬仿真環(huán)境與真實(shí)設(shè)備連接，通過(guò)數(shù)據(jù)共享和動(dòng)態(tài)交互，讓學(xué)生在虛擬操作中實(shí)時(shí)觀察實(shí)際設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的直觀性和真實(shí)性。此外，高校還可以通過(guò)混合教學(xué)模式優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)流程。學(xué)生在前期利用虛擬仿真完成理論學(xué)習(xí)和流程演練，熟悉設(shè)備運(yùn)行的基礎(chǔ)知識(shí)，隨后通過(guò)共享實(shí)踐平臺(tái)或模塊化設(shè)備進(jìn)行實(shí)物操作，強(qiáng)化實(shí)踐技能和動(dòng)手能力。

3.3" 構(gòu)建跨學(xué)科綜合性實(shí)踐體系，強(qiáng)化系統(tǒng)性與工程性

新工科背景下，高校智能制造實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)應(yīng)致力于構(gòu)建跨學(xué)科、系統(tǒng)化的綜合實(shí)踐體系，以滿足智能制造領(lǐng)域?qū)?fù)合型人才的需求。智能制造作為典型的跨學(xué)科領(lǐng)域，涉及機(jī)械工程、電子信息、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等多個(gè)技術(shù)方向。因此，高校在構(gòu)建實(shí)踐平臺(tái)時(shí)，應(yīng)將這些學(xué)科的核心技術(shù)要素有機(jī)整合，設(shè)計(jì)覆蓋全流程的跨學(xué)科實(shí)踐項(xiàng)目，如模擬智能工廠的實(shí)際生產(chǎn)場(chǎng)景，從設(shè)備的設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試到數(shù)據(jù)采集與工藝優(yōu)化，讓學(xué)生在項(xiàng)目中體驗(yàn)多學(xué)科協(xié)作的全過(guò)程。在實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)上，需以復(fù)雜的工程問(wèn)題為導(dǎo)向，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)跨學(xué)科協(xié)作解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題。例如，在模擬柔性制造生產(chǎn)線的實(shí)踐中，學(xué)生需要綜合應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)與控制、電氣自動(dòng)化、數(shù)據(jù)分析和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，完成生產(chǎn)線的布局優(yōu)化與系統(tǒng)集成。

在跨學(xué)科綜合性實(shí)踐體系中，要進(jìn)一步加強(qiáng)校企協(xié)同育人。一方面，高校可以與設(shè)備供應(yīng)商和智能制造企業(yè)聯(lián)合組建實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)團(tuán)隊(duì)，通過(guò)定期召開(kāi)技術(shù)交流會(huì)或行業(yè)研討會(huì)，將高校的教學(xué)需求和企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)。例如，高?？梢匝?qǐng)企業(yè)技術(shù)專家參與實(shí)踐平臺(tái)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，在設(shè)備選型、功能模塊設(shè)計(jì)以及教學(xué)應(yīng)用場(chǎng)景規(guī)劃上提供指導(dǎo)，確保設(shè)備既能滿足工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，又適合教學(xué)使用。在此過(guò)程中，企業(yè)可以為高校教師提供技術(shù)培訓(xùn)和行業(yè)實(shí)踐機(jī)會(huì)，提升其對(duì)行業(yè)前沿技術(shù)和實(shí)際生產(chǎn)流程的理解，從而縮小高校在教學(xué)與行業(yè)實(shí)踐之間的認(rèn)知差距。以“校企共建、協(xié)同開(kāi)發(fā)”的模式優(yōu)化實(shí)踐平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)，幫助高校提升教育與產(chǎn)業(yè)對(duì)接的效率和深度。另一方面，高校還可以與企業(yè)共同開(kāi)發(fā)智能制造教學(xué)課程或教材，結(jié)合具體的行業(yè)案例，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題的理解，彌補(bǔ)高校在綜合性實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)中的不足，推動(dòng)高校智能制造人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求的深度融合。

4" 結(jié)語(yǔ)

在新工科理念下，高校智能制造專業(yè)實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)已成為培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型工程技術(shù)人才的重要路徑。通過(guò)構(gòu)建綜合性、跨學(xué)科的實(shí)踐平臺(tái)，可縮小教學(xué)內(nèi)容與工業(yè)需求之間的差距，也為學(xué)生提供了面向未來(lái)的學(xué)習(xí)與實(shí)踐環(huán)境。未來(lái)，高校需繼續(xù)以新工科建設(shè)理念為導(dǎo)向，抓住智能制造技術(shù)快速迭代的契機(jī)，優(yōu)化實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)的內(nèi)容與形式，打造更具開(kāi)放性、靈活性和實(shí)用性的教學(xué)平臺(tái)。

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