机械专业智能制造人才培养模式探讨.pdf

陈家兑：机械专业智能制造人才培养模式探讨049机械专业智能制造人才培养模式探讨陈家兑（1.贵州大学机械工程学院，贵州贵阳550025；2.贵州大学现代制造技术教育部重点实验室，贵州贵阳550025）摘要：智能制造是未来制造业发展的必然趋势。智能制造人才培养是实现我国制造业转型升级的关键。本文在分析目前智能制造本科层次人才培养存在问题的基础上，提出了一种新的智能制造人才培养框架，并给出了详细的培养思路。关键词：智能制造；人才培养；培养框架；培养思路作者简介：陈家兑，男，博士，贵州大学机械工程学院副教授。智能制造是未来制造业发展的必然趋势。目前，全球各大经济体都在大力推动 智能制造的布局、建设与发展，充分提升各国制造业的核心竞争力。例如，德国提出了“工业 4.0”的概念和体系，美国发布了美国先进制造业领导战略。我国为应对这场技术革新，统筹兼顾国内外环境，实施了“中国制造 2025”“互联网+”等一系列重大发展策略1。“中国制造 2025”明确指出，信息技术和制造技术的深度融合是新一轮产业竞争的制高点，而智能制造则是抢占这一制高点的主攻方向2。为顺利实现“中国制造 2025”的目标，工信部等 13 部门在 2019 年印发了制造业设计能力提升专项行动计划，人力资源和社会保障部等 3 部门于 2020 年联合向社会发布了智能制造工程技术人员等 16 个新职业。这些措施都凸显出智能制造技术人才的重要性。目前，智能车间、无人工厂、智能物流等新模式已逐渐应用在制造领域，意味着各类智能制造人才需求的紧迫性和需求性。因此，培养基础知识扎实、工程实践050 Academic and Practise 学术与实践能力强、综合素质高的智能制造科技人才，对服务和支撑我国经济转型升级、由制造大国转变为制造强国具有重要意义。机械工程下的智能制造专业实际上是机械设计制造及自动化专业的继承和发展，但更强调传感技术、人工智能、大数据等新一代信息技术与机械制造、自动化控制等技术的融合。为满足国家、贵州省制造业的升级、转型，贵州大学机械工程学院在机械设计制造及自动化大专业下开设了智能制造模块方向，培养智能制造专业人才。然而，智能制造模块方向毕业生未能较好地满足社会发展需要。这些年智能制造模块教研室对智能制造人才培养模式不断进行探索与改进。为此，本文对智能制造的本科层次人才培养也进行了一些思考。一、智能制造人才培养存在的问题智能制造属于多学科交叉融合专业，涉及机械工程、控制工程、信息技术和管理科学等多个学科。虽然智能制造产业还处于初期阶段，但其发展迅猛，对于人才的需求十分迫切。然而，目前国内高校对于智能制造本科层次人才的培养与实际需求之间有着一定差距，存在多方面问题。1.智能制造人才培养速度与产业发展不匹配当前，制造业已进入智能制造的快速发展阶段。然而，高等教育却不能及时、快速满足产业调整需求，存在脱节现象，导致智能制造人才培养滞后于产业的发展需求，从而造成智能制造行业专业人才紧缺，在一定程度上阻碍了我国产业转型升级的步伐。2.智能制造人才培养体系不完善智能制造是机械工程、信息技术、控制工程和管理科学等多个学科交叉融合的新兴学科，人才培养需要的资源也更多，培养体系涉及方方面面。智能制造本科层次人才培养还处在不断摸索、尝试的阶段，其体系还需要不断完善与调整，以满足智能制造产业的发展需要。3.实践教学资源不充分智能制造具有较强的实践性，这就要求其人才培养需要更多的实践环节。然而，目前校企合作不够深入，没有发挥企业在高等教育人才培养中的优势，没能较好为智能制造人才提供充足的实践机会和帮助；学校没有充足的资金在短时间内建设实践平台，以满足智能制造人才培养需求。陈家兑：机械专业智能制造人才培养模式探讨051二、智能制造人才培养框架一个可行、系统、完善的人才培养体系，可以培养出优秀的智能制造本科层次专业人才，更好地满足社会的发展需要。制定智能制造模块的专业培养方案，应根据培养单位的实际师资、设备等情况进行。本文根据实际教学资源提出了以机械工程专业知识为主干，以信息技术、控制工程和管理科学等学科知识为辅，围绕专业综合性实验、学科竞赛、SRT 课题研究、学生自主创新实践四大抓手，构建智能制造人才培养框架，如图 1 所示。三、智能制造人才培养思路1.修订与优化课程体系课程体系是高等教育人才培养的基础与保障。要达到人才培养目标，必须要有完备与合理的课程体系。目前，智能制造图 1智能制造人才培养框架052 Academic and Practise 学术与实践专业的课程体系还不够合理，比如实践课程的设置还不能满足人才培养需求，部分实践课程没有开设先导课。为了培养出满足企业需求和社会发展需求的智能制造科技人才，必须要对课程体系进行重新修订与优化。通过课程体系的修订与优化，将一些没有后续课程的科目删除，增加实践课的先导课程，并提高实践课特别是综合性的实践课程的数量。2.构建以工程项目案例为导向的教学模式智能制造专业是一个工程实践性很强的专业3。因此，一门专业课程的理论教学可以通过一个完整、全面的工程项目案例进行，以学生为中心、主体，任课教师将课程知识点分散到以工程项目需求分析、可行性分析、方案设计、项目实施为流程的各阶段中进行教学。以工程项目案例为主线的教学模式有助于从教师为主体的教学模式转变为以学生为中心的教学模式，从而实现将教学从填鸭灌输模式转变为学生主动探索求知模式，进而促进学生学习方式、方法的改变。这不仅调动了学生学习的兴趣和积极性，而且也弱化了理论知识的抽象性，强化了知识应用的具体性，最大程度地减轻学生的认知难度，极大地提高学习效率。3.构建“教-赛-研”融合培养模式学科竞赛、研究项目不仅能让学生理论联系实际，而且能较好地提升学生的知识应用水平、创新意识和能力、合作能力、实践能力。目前，“全国大学生机械创新大赛”“互联网+”“世界机器人大赛”“西门子智能制造挑战赛”等学科竞赛以及 SRT 研究项目对学生综合能力训练与提高都有着较大的促进作用，同时对学生具有较大挑战性。通过这种以赛促学、以探索促学、以学应赛、以学应研究的方式，再辅以获奖、立项等激励措施，可以较好地激发学生的学习积极性和主观能动性，培养学生发现问题、提出问题、解决问题的能力。在这种培养模式下，教师需要较为深入思考如何将理论知识与具体实践有机结合，为学生提供一种良好的以实践应用为核心、理论指导为支撑的学习场景，最大限度地促使学生学以致用，寓教于学科竞赛、项目研究，实现教赛研的最大程度融合，最终达到全面提升学生综合能力的目的。4.构建线上线下相结合的实践教学模式通过学科建设、教学平台建设申报等途径，探索建设智能工厂实训平台、物联网实训平台、机器视觉实训室、机器人实训平台等线下智能制造专业实验室的可行性，同时构建数字孪生技术、智能制造陈家兑：机械专业智能制造人才培养模式探讨053VR 虚拟仿真等线上仿真实验室。利用线上实践教学模式不受场地、空间、时间等限制的优点，提前开放实训项目，提升学生的实训效果和效率，再结合线下实践教学模式，提升学生的理论水平和实践操作能力。5.构建多方位的校企合作实践教学模式目前，在教学中“重理论、轻实践”的现象还普遍存在，导致学生实践操作能力差、知识综合运用能力不高。造成这种现象的原因，主要是教师队伍理论水平高但整体实践教学能力不强、缺乏相应的实践教学设备与资源、教学与企业生产脱节等。为此，必须构建多方位的校企合作的实践教学模式。一方面，借助省内外优秀智能制造企业的技术、资源优势建立产教融合的实习实训基地，为学生创建一个良好的实践平台；另一方面，探索企业在校内建设集产学研一体化的智能制造生产线、聘请企业资深智能制造工程师作为实践教学教师的可能性，形成学校、企业、政府联动，多方共同参与学生实践能力培养的模式，进一步推动学科的内涵质量建设。四、教学实践根据智能制造人才培养思路，笔者与其他同事一起为智能制造模块专业的班级开设了一门名为智能制造系统综合创新实践的综合实践课程，该课程以学生为中心，将机械工程、控制工程、电气工程、计算机技术等多学科知识进行融合及创新，利用机电概念设计平台实现机械装备的数字孪生。通过该实践课程的教学，使学生了解、掌握智能制造的基本流程、理论知识融合与实际操作技能，提高学生发现问题、解决问题的能力，培养学生的创新设计理念，提高学生的数字化工程设计能力。通过综合实践课程的训练，为本模块专业学生参加智能制造方面的学科竞赛打下了坚实基础。2021 年和 2022 年教研室积极组织学生参加了“西门子杯”智能制造大赛和中国大学生机械工程创新创意大赛智能制造赛，并取得了不错的成绩。通过开设综合实践课且组织学生参加智能制造大赛，激发了本模块学生的学习、实践兴趣，夯实了学生的理论知识，提高了学生的实践操作能力和创新能力。五、结语智能制造专业人才是支撑我国制造业向智能制造快速转型、升级的基础与关键。我国许多高校都在探索智能制造本科层次专业人才的培养体系，不断改进智能制造专054 Academic and Practise 学术与实践业人才的培养模式，以培养高质量的智能制造专业人才，从而满足社会发展的需求。本文在分析目前培养体系存在问题的基础上，提出了一种智能制造本科层次专业人才的培养框架以及思路，并给出了教学实践案例，以期为智能制造本科层次专业人才的培养提供借鉴。参考文献：1 赵成.工业 4.0 背景下智能制造类专业双向实践教学模式的构建研究 J.轻工科技,2021(11):112-113+121.2 封志明,郑亮.新工科背景下地方高校智能制造人才培养改革探索 J.实验技术与管理,2021(7):23-29.3 杨宏兵,刘同舜,陈再良.智能制造工程专业多层次实践教学体系探讨 J.高教论坛,2021(8):11-13.