劉 洋， 謝勝利， 蔡述庭， 杜玉曉， 王永華

(廣東工業(yè)大學(xué) 自動化學(xué)院，廣東 廣州 510006)

0 引 言

高校擔(dān)負(fù)著人才培養(yǎng)、科技創(chuàng)新、社會服務(wù)和文化傳承的四大基本職能。人才培養(yǎng)是首要任務(wù)。工業(yè)革命是現(xiàn)代文明的起點，也是人類生產(chǎn)方式的根本性變革。人類經(jīng)歷了四次工業(yè)革命，如圖1所示[1]。近年來，德國、美國、日本等發(fā)達(dá)國家先后提出制造業(yè)振興計劃。其中以德國“工業(yè)4.0” 戰(zhàn)略影響最大。我國政府也非常重視制造業(yè)發(fā)展，正在實施“中國制造2025”戰(zhàn)略。因此，高校必須緊貼時代脈搏，把握工業(yè)4.0智能制造新形勢，順勢而為，深化人才培養(yǎng)模式改革。本文以工業(yè)4.0智能制造人才素質(zhì)和能力要求為出發(fā)點，依托工業(yè)4.0汽車智能制造實驗基地，借助校企合作的實習(xí)基地和協(xié)同育人平臺，開展自動化創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的探索和實踐。

圖1 四次工業(yè)革命的發(fā)展過程

1 工業(yè)4.0

2013年4月，在漢諾威工業(yè)博覽會上，德國“工業(yè)4.0工作組”公布了研究報告《保障德國制造業(yè)的未來：關(guān)于實施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略的建議》，其目的是借助發(fā)揮德國制造業(yè)的傳統(tǒng)優(yōu)勢，掀起新一輪制造技術(shù)的革命性創(chuàng)新與突破，引領(lǐng)第四次工業(yè)革命，確保德國制造業(yè)的未來始終處于領(lǐng)先地位[1-2]。

所謂工業(yè)4.0[1-2]，即依托機(jī)器對機(jī)器技術(shù)(M2M)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(IoT)與信息技術(shù)的大力發(fā)展，通過網(wǎng)絡(luò)與信息物理系統(tǒng)(CPS)的融合，以個性化、多樣化、復(fù)雜化的顧客需求為主要目的，充分利用智能制造、動態(tài)定價、價值分享協(xié)議等方式，將資源、信息、物品與人進(jìn)行不斷連接，盡可能有效提供制造端直通用戶端的“端到端解決方案”的一種全新的生產(chǎn)組織模式，進(jìn)而大力促進(jìn)制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。

工業(yè)4.0既不宣傳具體的產(chǎn)品，也不宣傳具體的技術(shù)，更沒有宣傳解決方案，而是宣傳一種新的生產(chǎn)過程，一種新的生產(chǎn)模式，它是一個新的工業(yè)時代。

如圖2所示[1-2]，在工業(yè)4.0架構(gòu)中，1個網(wǎng)絡(luò)是指信息物理系統(tǒng)，它強(qiáng)調(diào)物理過程與信息間的反饋，是計算和物理過程的整合集成，它是在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上，綜合計算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過3C技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作，實現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實時感知、動態(tài)控制和信息服務(wù)。讓物理設(shè)備實現(xiàn)計算、通信、控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治的功能。它的4大主題是[1-2]：①智慧工廠，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)。②智能生產(chǎn)，主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動、3D打印以及智能制造等技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。③智能物流，主要通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、物流網(wǎng)，整合物流資源，充分提高現(xiàn)有物流資源供應(yīng)方的效率，而需求方，則能夠快速獲得服務(wù)匹配，得到物流支持。④智能服務(wù)，依靠智能化信息化技術(shù)，無需人工直接參與，由系統(tǒng)全方位提供產(chǎn)品服務(wù)。

從圖2可知，工業(yè)4.0最顯著的特點是互聯(lián)、集成、大數(shù)據(jù)[1,2]。具體表現(xiàn)在：生產(chǎn)設(shè)備互聯(lián)、設(shè)備產(chǎn)品互聯(lián)、虛擬現(xiàn)實互聯(lián)、萬物互聯(lián)；以企業(yè)價值鏈和業(yè)務(wù)流程整合的橫向集成，以企業(yè)內(nèi)部的縱向集成，從用戶端到生產(chǎn)端的集成。具有產(chǎn)品數(shù)據(jù)、運營數(shù)據(jù)、價值鏈數(shù)據(jù)、外部數(shù)據(jù)等大數(shù)據(jù)的融合。

圖2 工業(yè)4.0的框架結(jié)構(gòu)

2 中國制造2025

改革開放以來，我國制造業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，有力推動工業(yè)化和現(xiàn)代化進(jìn)程，顯著增強(qiáng)綜合國力，支撐世界大國地位。但與世界先進(jìn)水平相比，中國制造業(yè)大而不強(qiáng)，在自主創(chuàng)新能力、資源利用效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平、信息化程度、質(zhì)量效益等方面差距明顯，轉(zhuǎn)型升級和跨越式發(fā)展的任務(wù)緊迫而艱巨。

2015年5月，中國政府發(fā)布了《中國制造2025》[1-2]，提出要通過特殊政策和制度優(yōu)勢，突出創(chuàng)新驅(qū)動，依靠和發(fā)展高端裝備制造業(yè)，打造中國品牌，形成中國創(chuàng)造，推出中國質(zhì)量，完成中國由制造大國向制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變?！吨袊圃?025》是中國版的“工業(yè)4.0”規(guī)劃。報告明確，堅持“創(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本”的基本方針；堅持“市場主導(dǎo)、政府引導(dǎo)；立足當(dāng)前、著眼長遠(yuǎn)；整體推進(jìn)、重點突破；自主發(fā)展、開放合作”的基本原則，通過“三步走”實現(xiàn)制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)。它明確了要以促進(jìn)制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展為主題，以加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線，以推進(jìn)智能制造為主攻方向[1-2]。

工業(yè)4.0與智能制造對人才能力提出新的更高的要求，強(qiáng)調(diào)企業(yè)員工的跨學(xué)科知識能力和綜合應(yīng)用能力[3]。員工除了具有專業(yè)能力外，還必須具備計劃、協(xié)調(diào)、溝通、管理等社會能力和自我學(xué)習(xí)的能力。這意味著教育培訓(xùn)要打破傳統(tǒng)教育分門別類的界線，要根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)實際需求進(jìn)行靈活組合和深度融合，培養(yǎng)跨界、復(fù)合型、具有系統(tǒng)思維的創(chuàng)新型人才[4]。

3 人才培養(yǎng)新理念新模式

在工業(yè)4.0時代，智能制造涉及多個學(xué)科、橫跨多個專業(yè)?！吨袊圃?025》要求培養(yǎng)既有理論知識，又有現(xiàn)場實踐，既掌握本專業(yè)技能，又有跨專業(yè)能力的創(chuàng)新型、復(fù)合型人才。因此，要打破傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式，開創(chuàng)實驗教學(xué)新方法，樹立人才培養(yǎng)新理念，培養(yǎng)會技術(shù)、懂管理、重服務(wù)、能創(chuàng)新的自動化專業(yè)人才[3]。如圖3，構(gòu)建了“基礎(chǔ)課實驗室+工業(yè)4.0綜合實驗基地+企業(yè)實習(xí)平臺”倒三角形、三位一體、多層次、多角度的實驗實習(xí)人才培養(yǎng)新模式，突出了強(qiáng)基礎(chǔ)、重綜合、會應(yīng)用、能創(chuàng)新的特點[4]?；A(chǔ)實驗教學(xué)強(qiáng)化基礎(chǔ)，培養(yǎng)基本能力，綜合實驗突出綜合，企業(yè)實習(xí)平臺著重應(yīng)用和創(chuàng)新，三者既相互獨立，又相互支撐，各有側(cè)重，又成為一體[5-6]。

圖3 實驗實習(xí)人才培養(yǎng)新模式

3.1 基礎(chǔ)課實驗教學(xué)中心

實驗教學(xué)部承擔(dān)全校公共基礎(chǔ)課的實驗教學(xué)任務(wù)。自動化專業(yè)的“數(shù)字電子技術(shù)”“模擬電子技術(shù)”“電路基礎(chǔ)”“計算機(jī)原理與應(yīng)用”“C語音程序設(shè)計”“大學(xué)物理”等公共基礎(chǔ)課，在實驗教學(xué)部基礎(chǔ)課實驗教學(xué)中心完成。根據(jù)不同課程特點，采用傳統(tǒng)實驗教學(xué)方式，引入開放式實驗教學(xué)模式，通過基礎(chǔ)性、驗證性的實驗項目，幫助學(xué)生理解基本原理，掌握基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)基本能力，實現(xiàn)知識、能力、素質(zhì)三個層次的轉(zhuǎn)化和提升[8]。

3.2 工業(yè)4.0智能制造實驗基地

近年來，許多高校為了適應(yīng)新的工業(yè)革命帶來的變化，著手建立工業(yè)4.0實驗基地[9]。自動化學(xué)院為了加強(qiáng)自動化專業(yè)建設(shè)，推進(jìn)高水平大學(xué)建設(shè)，投入近2 000萬元，組建了廣東工業(yè)大學(xué)——西門子工業(yè)4.0智能制造實驗基地?；氐慕ㄔO(shè)對于培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力具有重要意義。

汽車工業(yè)是最典型的智能制造行業(yè)。該實驗基地包括沖壓、焊裝、涂裝、總裝等汽車生產(chǎn)四大工藝流程。涵蓋了企業(yè)資源計劃(ERP)、產(chǎn)品生命周期管理(PLM)、生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、質(zhì)量監(jiān)控、數(shù)控機(jī)床、3D打印、工業(yè)機(jī)器人、氣動技術(shù)、PLC、人機(jī)交互HMI、射頻技術(shù)RFID、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、驅(qū)動控制技術(shù)等。如圖4所示，根據(jù)設(shè)備不同功能和實驗教學(xué)的需求，工業(yè)4.0智能制造實驗基地劃分為3個實驗室。其中西門子集成自動化中心作為基礎(chǔ)應(yīng)用體系，功能強(qiáng)大、內(nèi)容豐富，為培養(yǎng)自動化應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才提供了良好的條件。

工業(yè)4.0智能制造實驗基地高度模仿真實工廠，主要工藝相同，關(guān)鍵設(shè)備相同，控制策略相同。采用實驗基地教學(xué)這種方式，將生產(chǎn)車間搬到教學(xué)課堂，讓學(xué)生將專業(yè)理論與工業(yè)應(yīng)用情景進(jìn)行完美融合。以培養(yǎng)和提高學(xué)生實際工程應(yīng)用能力為目標(biāo)，依托工業(yè)4.0智能制造實驗基地，緊緊結(jié)合理論教學(xué)內(nèi)容，開發(fā)一系列個性化、層次化、模塊化的自動化綜合實驗項目。所有實驗教學(xué)環(huán)節(jié)采用導(dǎo)師制、研究型實驗、項目驅(qū)動式和實驗室開放式管理模式，學(xué)生網(wǎng)上預(yù)約實驗，自主開展綜合性應(yīng)用，充分利用實驗基地教學(xué)條件和教學(xué)資源[8,10-11,16]。

圖4 工業(yè)4.0智能制造實驗基地組成

3.3 校企協(xié)同育人平臺

在開展校內(nèi)實驗教學(xué)改革的同時，自動化學(xué)院以高?！髽I(yè)—政府三方合作的形式，在校外建立了多個企業(yè)實習(xí)基地，創(chuàng)造性地實施“三進(jìn)三升”人才培養(yǎng)新模式[12-13]。即學(xué)生從大一階段就開始專業(yè)相關(guān)的實習(xí)實踐活動，進(jìn)工廠、進(jìn)企業(yè)、進(jìn)實驗室，使得他們的分析能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力得到3次顯著提升。在大一期間，進(jìn)工廠、進(jìn)企業(yè)、進(jìn)實驗室主要都是觀摩，加深對自動化專業(yè)和行業(yè)的感性認(rèn)識；在大二期間，進(jìn)工廠、進(jìn)企業(yè)開展短期專業(yè)實習(xí)，或者進(jìn)實驗室做輔助性科研工作；在大三期間，進(jìn)工廠、進(jìn)企業(yè)開展深度專業(yè)實踐和定崗實習(xí)，或者進(jìn)實驗室成為項目骨干，甚至獨立開展科研工作。這將為學(xué)生就業(yè)、創(chuàng)業(yè)或者繼續(xù)讀研深造打下良好的基礎(chǔ)。

為了保證學(xué)生“三進(jìn)”工廠和企業(yè)，能夠快速地適應(yīng)各種崗位的要求，達(dá)到“三升”目的，指導(dǎo)教師也要“三進(jìn)”企業(yè)，免費擔(dān)任企業(yè)技術(shù)顧問，與企業(yè)導(dǎo)師一起制定人才培養(yǎng)方案，開發(fā)企業(yè)課程，設(shè)計具體的工程實踐項目，開發(fā)和研究教學(xué)案例，著重培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

我校是廣東省高水平大學(xué)重點建設(shè)高校之一，自動化專業(yè)是省名牌專業(yè)，并于2013年入選教育部“卓越工程師培養(yǎng)計劃”。以“大工程”為視角，構(gòu)筑自動化工程師的知識結(jié)構(gòu)，重點培養(yǎng)學(xué)生的工程意識、工程素質(zhì)、工程實踐能力、工程設(shè)計能力及工程創(chuàng)新能力[14-16]。我院大力推進(jìn)和實施自動化專業(yè)“卓越工程師培養(yǎng)計劃”，廣泛開展校企合作，建設(shè)了“廣東工業(yè)大學(xué)—雅樂思創(chuàng)新應(yīng)用中心”等5個國家級省級校外實踐教育中心、2個國家級產(chǎn)業(yè)基地、2個省級工程中心、18個長期簽約合作的校外實習(xí)基地等，共27個協(xié)同育人平臺和12個校企聯(lián)合實驗室[12-13]。這些平臺整合了企業(yè)工程實踐教育資源和人力資源，實踐了“三進(jìn)三升”校企深度融合的自動化創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式。

4 結(jié) 語

在工業(yè)4.0與智能制造新新形勢下，我院組建了工業(yè)4.0智能制造實驗基地，校內(nèi)開展實驗教學(xué)改革，校外創(chuàng)造性開展“三進(jìn)三升”校企合作的人才培養(yǎng)模式，成績斐然，學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)積極性被極大激發(fā)。兩年來，我院學(xué)生獲得授權(quán)專利20余項，在全國“挑戰(zhàn)杯”大賽、北美數(shù)學(xué)建模、國際機(jī)器人大賽、全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、“飛思卡爾”智能車競賽、全國仿真大賽、中國機(jī)器人大賽等一批國內(nèi)外大學(xué)生創(chuàng)新競賽中均取得佳績，獲獎共計200余人次。在全國工程教育專業(yè)認(rèn)證和教育部本科教學(xué)工作審核評估中，自動化專業(yè)人才培養(yǎng)模式得到專家的一致好評。實踐表明，“三進(jìn)三升”為培養(yǎng)自動化創(chuàng)新型人才提供了有效的途徑。因此，要培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型和創(chuàng)新型自動化人才，必須緊緊把握工業(yè)4.0智能制造這個時代主題，強(qiáng)化基礎(chǔ)課實驗教學(xué)，充分利用工業(yè)4.0智能制造實驗基地，大力實施“卓越工程師計劃”，深入開展“三進(jìn)三升”校企深度融合的自動化創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式。