李占超 潘小新

摘? 要：該文從智能制造人才需求出發(fā)，分析了傳統(tǒng)技能人才培養(yǎng)的不足及轉(zhuǎn)型目標(biāo)，在原有理實(shí)一體培養(yǎng)模式的基礎(chǔ)上提出理虛實(shí)一體的智能制造人才培養(yǎng)新模式。詳細(xì)分析了理論教學(xué)、虛擬實(shí)訓(xùn)、智能制造車(chē)間實(shí)訓(xùn)3部分的建設(shè)內(nèi)容和融合辦法，探索了適合智能制造需求的高端技能人才培養(yǎng)新模式。

關(guān)鍵詞：智能制造? 理虛實(shí)一體化? 虛擬仿真實(shí)訓(xùn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G71? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）04（b）-0151-02

2013年德國(guó)率先提出“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，旨在提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有適應(yīng)性、資源效率及人機(jī)工程學(xué)的智慧工廠(chǎng)，在商業(yè)流程及價(jià)值流程中整合客戶(hù)及商業(yè)伙伴，被業(yè)界認(rèn)為是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命。可以說(shuō)智能制造是未來(lái)中國(guó)制造的核心，制造過(guò)程、運(yùn)行服務(wù)過(guò)程都將數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育學(xué)會(huì)常務(wù)副會(huì)長(zhǎng)劉占山指出，在智能制造的背景下每個(gè)生產(chǎn)者都由集中向分散轉(zhuǎn)變，不再是生產(chǎn)線(xiàn)上簡(jiǎn)單操作工，他們不僅僅是設(shè)備的生產(chǎn)者，同時(shí)也是智能設(shè)備的管理者，這對(duì)新形勢(shì)下機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)提出了新要求。

1? 機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀

現(xiàn)在的機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)在本科都是以專(zhuān)業(yè)理論和基礎(chǔ)課為主，實(shí)踐時(shí)間很少，企業(yè)實(shí)習(xí)只有短短的幾周時(shí)間，根本學(xué)不到多少實(shí)踐知識(shí);而機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)的職業(yè)教育還以傳統(tǒng)的技能人才培養(yǎng)模式為主[1]，也就是培養(yǎng)操作工為主，學(xué)生理論知識(shí)不足。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，機(jī)械行業(yè)對(duì)復(fù)合型應(yīng)用型人才的需求日益強(qiáng)烈，現(xiàn)有的勞動(dòng)力體系和職業(yè)教育體系將不能適應(yīng)智能制造的發(fā)展需求。首先，專(zhuān)業(yè)劃分界限過(guò)于顯明，不利于復(fù)合型技術(shù)人才的培養(yǎng);其次，片面強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)或操作技能，而輕視解決實(shí)際問(wèn)題的能力和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，造成學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題能力差、技能結(jié)構(gòu)單一、理論知識(shí)不足、發(fā)展?jié)摿π?最后，當(dāng)前各院校還處于相對(duì)封閉的辦學(xué)形態(tài)，沒(méi)能及時(shí)跟上產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級(jí)發(fā)展，難以提供制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)所需要的資源和培訓(xùn)需求[2]。

2? “理、虛、實(shí)一體化”課程體系改革

培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和動(dòng)手能力離不開(kāi)大量的實(shí)訓(xùn)教學(xué)，智能制造系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)計(jì)和制造過(guò)程信息化集成度高，采用真實(shí)裝備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備價(jià)格昂貴、實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)投資大。若學(xué)生從零基礎(chǔ)開(kāi)始實(shí)訓(xùn)則課時(shí)量大設(shè)備數(shù)量很難滿(mǎn)足教學(xué)要求且實(shí)訓(xùn)成本高，另外也增加了設(shè)備操作安全隱患。由于經(jīng)費(fèi)、時(shí)間、場(chǎng)地和教學(xué)資源的限制，學(xué)生實(shí)訓(xùn)數(shù)量和質(zhì)量受影響，自主設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力很難提高，且與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)脫節(jié)，難以達(dá)到預(yù)期的培養(yǎng)目標(biāo)。

因此，該文提出在現(xiàn)有的“理實(shí)一體化”教學(xué)理念基礎(chǔ)上，選取工業(yè)真實(shí)的典型應(yīng)用案例，圍繞其真實(shí)的產(chǎn)品生命周期全過(guò)程，提出以虛擬仿真實(shí)訓(xùn)作為理論教學(xué)與實(shí)物實(shí)訓(xùn)之間過(guò)渡的橋梁，構(gòu)建“理、虛、實(shí)一體化”的新一代教學(xué)與實(shí)訓(xùn)體系?！袄怼笔侵竾@典型應(yīng)用案例及其工作過(guò)程構(gòu)建的課程體系及資源包?！疤摗笔侵覆捎檬澜珙I(lǐng)先的虛擬仿真軟件進(jìn)行的虛擬仿真實(shí)訓(xùn)?！皩?shí)”是指典型應(yīng)用案例的實(shí)物實(shí)訓(xùn)及工廠(chǎng)化實(shí)訓(xùn)。該體系采用虛擬仿真軟件，在理論教學(xué)和實(shí)物實(shí)訓(xùn)之間搭建起一個(gè)過(guò)渡的“橋梁”，從而有效地解決理論教學(xué)與實(shí)物實(shí)訓(xùn)難以有效融合的問(wèn)題，使“理實(shí)一體”的教學(xué)與實(shí)訓(xùn)理念得以有效貫徹。大幅度提升教學(xué)與實(shí)訓(xùn)的效率、效果和規(guī)模，并顯著降低實(shí)訓(xùn)成本。

2.1 理論教學(xué)

目前國(guó)內(nèi)還很少有專(zhuān)門(mén)的智能制造專(zhuān)業(yè)，已有的機(jī)器人專(zhuān)業(yè)也不能籠統(tǒng)地稱(chēng)為智能制造專(zhuān)業(yè)，即便是有新開(kāi)設(shè)的智能制造專(zhuān)業(yè)，在課程體系上也是比較片面的，因?yàn)橹悄苤圃毂旧砭褪侨诤狭撕芏鄬?zhuān)業(yè)，是工業(yè)化、自動(dòng)化、信息化和智能化的產(chǎn)物，因此有必要對(duì)原有課程體系進(jìn)行調(diào)整。我們以傳統(tǒng)機(jī)械制造及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)為基礎(chǔ)，進(jìn)行了適應(yīng)智能制造需求的課程體系改革研究。改革后的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)內(nèi)容應(yīng)該主要包括機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、三維建模、電子電工、工業(yè)機(jī)器人、PLC控制、單片機(jī)編程、液壓與氣動(dòng)、工裝夾具、數(shù)控加工和特種加工等，具有“控（制）管（理）結(jié)合，強(qiáng)（電）弱（電）并重，軟（件）硬（件）兼施”等鮮明的特點(diǎn)，而且所培養(yǎng)的學(xué)生具有適應(yīng)性強(qiáng)、就業(yè)面廣的特點(diǎn)。學(xué)生的就業(yè)去向可滿(mǎn)足各種機(jī)器人生產(chǎn)、系統(tǒng)集成和各類(lèi)制造應(yīng)用企業(yè)的需求。教學(xué)過(guò)程中還應(yīng)注意各課程之間的相互銜接，課程資源包、授課案例均來(lái)自實(shí)際工程項(xiàng)目，且在后續(xù)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中有所體現(xiàn)。

2.2 虛擬仿真訓(xùn)練

“理、虛、實(shí)一體化”就是在現(xiàn)有的“理實(shí)一體化”教學(xué)理念基礎(chǔ)上增加了虛擬訓(xùn)練[3]，學(xué)生通過(guò)虛擬訓(xùn)練可對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備、裝置、控制系統(tǒng)、工藝流程及操作注意事項(xiàng)，產(chǎn)生一定認(rèn)識(shí)并達(dá)到一定掌握程度之后再進(jìn)入實(shí)際操作訓(xùn)練?？煽焖佟⒋竺娣e提高學(xué)生的實(shí)際操作技能并降低各種誤操作導(dǎo)致的安全隱患，大幅度提升教學(xué)與實(shí)訓(xùn)的效率、效果和規(guī)模，并顯著降低實(shí)訓(xùn)成本。因此我們選擇芬蘭Visual Components有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)的、行業(yè)領(lǐng)先的3D制造仿真和可視化專(zhuān)業(yè)軟件[4]——VisualOne，作為虛擬仿真教學(xué)的平臺(tái)。在此平臺(tái)上可設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目有：智能工廠(chǎng)設(shè)計(jì)、機(jī)器人軌跡規(guī)劃、PLC 控制編程、干涉檢查、設(shè)計(jì)仿真等。

2.3 智能工廠(chǎng)實(shí)訓(xùn)

經(jīng)過(guò)虛擬實(shí)訓(xùn)的學(xué)生雖然對(duì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容有了清晰的認(rèn)識(shí)，對(duì)理論知識(shí)也有了一定的融會(huì)貫通，但要真正走向?qū)嵺`必須經(jīng)過(guò)實(shí)物實(shí)訓(xùn)的熏陶。這既是老師對(duì)前期理論學(xué)習(xí)和虛擬實(shí)訓(xùn)的檢驗(yàn)，也是學(xué)生對(duì)自己所學(xué)的一個(gè)實(shí)踐驗(yàn)證。圖1即為柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用案例，具有集成度高、設(shè)備先進(jìn)且種類(lèi)較多、高柔性等特點(diǎn)?？稍O(shè)計(jì)并進(jìn)行的智能制造集成系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目有：（1）系統(tǒng)對(duì)新設(shè)備新組件的集成;（2）典型自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)及工藝流程的設(shè)計(jì);（3）系統(tǒng)常見(jiàn)故障診斷及排除;（4）系統(tǒng)的安裝與調(diào)試;（5）系統(tǒng)的日常維護(hù)與保養(yǎng)。

3? “理、虛、實(shí)一體化”教學(xué)資源建設(shè)

理論教學(xué)資源包含電子圖文、PPT、動(dòng)畫(huà)視頻、練習(xí)素材、試題庫(kù)、項(xiàng)目案例等豐富多樣的資源素材，將實(shí)訓(xùn)案例全部融進(jìn)教學(xué)資源包，遵循系統(tǒng)化和整體化設(shè)計(jì)要求，各類(lèi)資源以單個(gè)知識(shí)點(diǎn)或案例為基本單元存放，既滿(mǎn)足教學(xué)要求又能理論聯(lián)系實(shí)際，使教師可自由、靈活、方便、快速地組合出各種個(gè)性化的教學(xué)套餐[5]。

4? 結(jié)語(yǔ)

智能制造“理、虛、實(shí)一體化”教學(xué)與實(shí)訓(xùn)體系，通過(guò)虛擬仿真訓(xùn)練，將理論教學(xué)和生產(chǎn)實(shí)踐緊密結(jié)合，解決了硬件設(shè)備對(duì)理實(shí)一體化課程實(shí)施的限制，相比實(shí)物實(shí)訓(xùn)可以拓展出更多、更專(zhuān)業(yè)、更深層的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。這種教學(xué)模式可以更好地對(duì)時(shí)間和空間加以有效利用，使教學(xué)的效率和效果得到顯著提升。因此，構(gòu)建智能制造“理、虛、實(shí)一體化”的新一代教學(xué)與實(shí)訓(xùn)體系，是培養(yǎng)滿(mǎn)足中國(guó)智能制造要求的高技能人才的有效途徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 周蘭菊，曹曄.智能制造背景下高職制造業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)實(shí)踐與探索[J].職教論壇，2016（22）：215.

[2] 莫玲玲，叢國(guó)棟.邁向“技能4.0”——關(guān)于職業(yè)技能教育變革的思考[J].環(huán)球市場(chǎng)，2016（12）：63.

[3] 單巖，苗盈，趙悅.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的新型模具專(zhuān)業(yè)教學(xué)與實(shí)訓(xùn)平臺(tái)應(yīng)用[J].模具工業(yè)，2013（2）：114.

[4] 王猛，韓正功，許斌杰.VSFMA模型在自動(dòng)化車(chē)間虛擬仿真中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2013（10）：42.

[5] 高芳.基于信息技術(shù)的“理、虛、實(shí)一體化”教學(xué)資源建設(shè)探討[J].中國(guó)培訓(xùn)，2016（20）：56.

①作者簡(jiǎn)介：李占超（1986，7—），男，漢族，河北承德人，本科，講師，研究方向：機(jī)械制造技術(shù)。

潘小新（1986，10—），女，漢族，河北承德人，本科，講師，研究方向：機(jī)械制造技術(shù)。