黃忠仕，梁東確

(百色職業(yè)學院，廣西百色，533000)

實訓設備是教學設備的一個細化分支，大量配置于我國高職院校。培養(yǎng)技能型人才是職業(yè)教育的目標，而實訓設備的配置情況直接關(guān)系著實踐技能訓練水平。隨著我國步入以智能制造為代表的工業(yè)4.0時代，高職院校的教學設備更新速度大幅落后于行業(yè)進程，所培養(yǎng)的畢業(yè)生已無法勝任智能制造崗位，而破題之策則是配備合適的智能制造實訓教學設備。[1]《中國制造2025》為制造業(yè)提供了“十四五”發(fā)展藍本，高職院校應本著多元化辦學的宗旨，將智能制造產(chǎn)業(yè)與實訓教學平臺(設備)進行有機對接。具體來說，高職院?？梢越⑿Ｆ髤f(xié)同合作機制，依托企業(yè)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢，提供開放化的研發(fā)、創(chuàng)新環(huán)境，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維意識，建立并逐漸完善智能制造人才培養(yǎng)方案與“理論+實訓”的課程體系。[2]

一、高職院校智能制造教學實訓環(huán)節(jié)存在的價值

(一)智能制造理念的具化認知

對智能制造理念的認知，包含學生與教師兩個方面。從高職院校的角度出發(fā)，智能制造相關(guān)活動的組織舉辦，有助于加深師生對理念的具化認知，創(chuàng)造師生參與其中的機會。對此，高職院校要與企業(yè)建立長效合作機制，聘任合格的企業(yè)工程師對教師進行智能制造專項知識培訓，同時將實訓課堂延展至生產(chǎn)一線，使教師可以更多地思考如何運用現(xiàn)有設備組織智能制造教學和如何進一步提升教學水平。教學實踐表明，設備使用與理念培訓并重，可以收到更好的教學效果，更好地提高培訓質(zhì)量。其中，教學設備的使用與操作展示要以智能制造學科特點與設備原理為核心，而理念的理解則需要在師生的共同參與中完成。這與高職學生動手能力培養(yǎng)、實踐創(chuàng)新精神開拓的主旨是統(tǒng)一的，適應了制造產(chǎn)業(yè)對高職教學的要求。

(二)建立專業(yè)化的實訓教學基地

高職智能制造實訓要以專業(yè)實踐基地為依托，高效利用實訓設備輔助課程教學，讓基地實訓設備與行業(yè)和學科前沿保持同步，保持教學相對于產(chǎn)業(yè)的理論優(yōu)勢與技術(shù)引領(lǐng)作用。實訓教學基地的建設，實現(xiàn)了實踐與理論知識的結(jié)合，使理論可以指導實踐，實踐反過來提升理論。同時，學生的學習興趣在設備操作過程中得到激發(fā)，有利于促進學生動手能力與專業(yè)素養(yǎng)的提升。

(三)先進、前沿智能制造設備的添置與培訓

教學設備的使用旨在輔助教學目標的完成，因此，高職院校要圍繞課程教學知識體系，結(jié)合智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與前沿動態(tài)，完成新舊設備的更替或現(xiàn)有設備升級改造。同時，教學大綱、內(nèi)容和教學方法也需要適當根據(jù)購置設備的具體參數(shù)、性能，作出相應的調(diào)整。此外，高職院校還要深化學校與設備企業(yè)間的合作，邀請專家對現(xiàn)場使用進行指導與監(jiān)督，提高設備的使用效率，讓教師與工程師合作完成現(xiàn)代化教學。[3]

二、智能制造實訓教學設備的不同應用場景分類

(一)智能制造輔助模塊類實訓教學設備

智能制造輔助模塊類實訓基地采用校企共建模式，與工業(yè)機器人研究院所、企業(yè)進行基礎應用的前端合作。智能制造實訓設備分為三類：模具設計與制造模塊、機電一體化模塊、工業(yè)機器人模塊。智能制造輔助功能模塊包括工業(yè)機器人多功能教學平臺、多工藝實訓平臺、工業(yè)機器人機械/電氣部件認知平臺、人機交互平臺。其中，工業(yè)機器人、基礎實訓操作臺、綜合實訓平臺三大涉及基礎技能訓練的平臺使用頻次最高。因此，校企要合作研制、改進技能實訓基礎平臺，培養(yǎng)崗位適應能力強的智能制造基礎崗位畢業(yè)生。但是，實訓基礎平臺與其他行業(yè)的關(guān)聯(lián)知識眾多，包括：工業(yè)機器人基本結(jié)構(gòu)認知、參數(shù)配置；編程、工具切換、復雜軌跡編程的在線示教；“涂膠—打磨—拋光”工藝、上/下料—碼垛工藝模擬；RS-485、CAN總線通信、工業(yè)以太網(wǎng)通信；I/O外設連接、遠程編程。因此，智能制造輔助模塊類實訓基地必須能滿足工業(yè)機器人裝配、調(diào)試、編程、綜合系統(tǒng)控制等技術(shù)基礎與編程操作等實訓教學的需求。

(二)機加工類智能制造實訓教學設備

機加工類智能制造實訓平臺與工藝流程關(guān)聯(lián)密切，涉及加工中心、沖壓中心、數(shù)控機床的上/下料平臺、工業(yè)機器人焊接/噴涂平臺、毛刺去除平臺、激光切割平臺、視覺分揀平臺。高職院校要結(jié)合崗位需求，開展上述機加工工藝類生產(chǎn)實訓項目，培養(yǎng)智能制造崗位技能型人才。上述機加工工藝類生產(chǎn)實訓項目的對口專業(yè)為模具設計與制造、工業(yè)機器人技術(shù)與應用、機電一體化設計與應用等傳統(tǒng)機械專業(yè)。因此，學校要對其進行升級轉(zhuǎn)型，與嵌入式、電力拖動技術(shù)融合，開展面向智能制造的機加工類工藝應用實訓課程。

(三)柔性智能制造類實訓教學設備

柔性智能制造是高性能制造技術(shù)、先進數(shù)控技術(shù)與復合控制系統(tǒng)的綜合體，適用于定制化的多樣生產(chǎn)需求，與柔性生產(chǎn)線工作站端的實際產(chǎn)品加工環(huán)節(jié)對接。要獨立完成坯體到成型產(chǎn)品的全流程自動加工，學校就需要配置三坐標測量儀、數(shù)控中心、雕刻機、立體庫等設備。相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域涵蓋CMM精密測量、CNC/EDM/WE加工管理，以及制造、庫存、生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)管理、底層/上層數(shù)據(jù)集成分析與協(xié)同管理模塊。

(四)虛擬仿真與增強現(xiàn)實類實訓教學設備

虛擬仿真(VR)與增強現(xiàn)實(AR)屬于遞進關(guān)系，科研項目開發(fā)與仿真平臺搭建可采取與智能制造軟件開發(fā)企業(yè)合作的形式。對此，高職院校要在網(wǎng)絡空間實現(xiàn)技術(shù)補充與延展，發(fā)揮射頻識別、實時在線通信、云計算技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)校企共建云實訓平臺，以數(shù)據(jù)信息共享與溝通推動實訓課程的產(chǎn)教深度融合。虛擬仿真與增強現(xiàn)實涉及技術(shù)領(lǐng)域有CAE標準化專家知識庫、UG/NX支持的CAM專家系統(tǒng)、CAPP智能工藝設計、NX/Pro E支持的智能模具設計、Mold flow/Mold bao支持的智能制造Saa-S云平臺。[4]

三、高職院校自研實訓設備的重要性

高職院校實訓設備獲取途徑主要有三個：現(xiàn)有設備升級改造、自我研發(fā)、外部采購。隨著裝備制造業(yè)步入以智能化為代表的工業(yè)4.0階段，產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐逐漸加快。高職院校實訓質(zhì)量的提升有賴于自身對關(guān)鍵技術(shù)的熟悉與掌握，因此，加大自研實訓設備占比成為必然的選擇。當前，實訓設備自研不再局限于本院校、本專業(yè)教師的自主設計與裝配制造。廣義上的實訓設備自研，包括院校專業(yè)教師完成實訓設備設計、原材料采購，加工、裝配流程交由專業(yè)機械加工車間(企業(yè))完成，縮短研發(fā)周期的同時，支持大批量生產(chǎn)。另一種形式則是由學校提出實訓設備教學需求、功能定位與量化技術(shù)指標，由教育主管部門以公開招標(或委托第三方)的形式選定設備供應商。

全球市場經(jīng)濟下的社會化生產(chǎn)大分工持續(xù)深入，高職教學質(zhì)量的差異化屬性需要受到重視。自研實訓設備具有更大的靈活性和升級改造潛力，在各高職院校占比均呈現(xiàn)上升趨勢。同時，設備自研過程本身就是一項科研活動，而科研成果質(zhì)量與數(shù)量是衡量高職院校教學水平的重要指標。[5]因此，設備自研不僅可以提升學校的整體科研能力，還能鍛煉高職院校的教學團隊，提升教學能力。實訓設備研制可采用科研立項的形式進行，尤其是市場上尚不存在或尚不成熟的實訓設備，科研自制模式更為科學。此外，科研成果還可以同步申請發(fā)明/實用新型專利，歸類到新發(fā)明、創(chuàng)新成果。對智能制造領(lǐng)域而言，實訓設備自研能力是衡量高職院校辦學實力與水平的一項重要指標。

四、高職智能制造實訓設備自研實施方案

(一)對現(xiàn)有制造類實訓設備進行智能化改造

制造類實訓設備在投入使用后，各主要零部件一般于三年后進入損壞、維修高發(fā)階段，設備布局、工作原理、操作系統(tǒng)與先進設備間的差距也逐步拉大。因此，為了保持高職院校實訓設備技術(shù)理念上的先進性與持續(xù)創(chuàng)新能力，本著資金節(jié)約優(yōu)先的原則，百色職業(yè)學院計劃對現(xiàn)有制造類實訓設備進行適應工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型需求的智能化升級改造：第一，更換受損零部件，恢復使用功能；第二，采用更優(yōu)的工作原理，更換、調(diào)整對應機械結(jié)構(gòu)與控制部件，重新布置線路，與前沿設備保持同步；第三，升級或更換最新操作系統(tǒng)；第四，以現(xiàn)有臺架為基礎，加裝最新的設備(部件)。這些舉措在現(xiàn)有條件下，最大限度地發(fā)揮了師生的創(chuàng)新潛能，是適應高職院校實訓教學改造的有效途徑。

(二)開發(fā)以工業(yè)4.0為代表的智能制造實訓平臺

智能制造實訓設備與平臺自研是高職院校實踐教學與工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型的雙重需求，兼顧經(jīng)濟性與適度領(lǐng)先性。百色職業(yè)學院堅持教學與畢業(yè)生培養(yǎng)主體地位，以人才市場需求變化為導向，以實訓水平提升為核心，克服人、財、物短缺的現(xiàn)實困難，對非標準化智能制造實訓設備進行自研、設計與加工。首先，學校組建并大力培養(yǎng)一支業(yè)務素質(zhì)高、技術(shù)能力過硬的專業(yè)化師資隊伍，從院校層面聘請實踐經(jīng)驗豐富的企業(yè)工程專家到校講解經(jīng)驗并親身示范，并將現(xiàn)有實訓設備的不足、技術(shù)潛力與工業(yè)4.0發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)動向結(jié)合起來，實現(xiàn)不同設備間差異性與系統(tǒng)的一致性。其次，學校購置對應的零部件總成系統(tǒng)，讓學生在專業(yè)教師指導下完成組裝、調(diào)試、運行、核驗等實訓課程環(huán)節(jié)。實訓設備自研是智能制造課程理論教學與實訓操作“一體化”課程思維的實體推手，體現(xiàn)了高職教學由理論向?qū)嵅俎D(zhuǎn)型的特點。智能制造實訓設備自研，使百色職業(yè)學院得以緊跟工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型動向，學生更深入地掌握了設備原理與使用方法，提升了高職畢業(yè)生的專業(yè)實訓技能水平，助其在智能制造產(chǎn)業(yè)競爭中勝出。

(三)提升虛擬仿真實訓平臺使用效率

受限于專業(yè)實訓場地規(guī)模，百色職業(yè)學院憑借現(xiàn)代信息技術(shù)手段搭建了虛擬車間與虛擬工藝流程，幫助學生直觀地認識制造專業(yè)教學內(nèi)容。虛擬實訓設備開發(fā)包含三個主要途徑：師生協(xié)作虛擬實訓設備開發(fā)小組(團隊)，校企合作開發(fā)院校適用度高的虛擬仿真設施，選購成熟的商業(yè)虛擬仿真設備與配套軟件。計算機虛擬仿真輔助技術(shù)在高職院校實訓環(huán)節(jié)中的應用，可以解決實訓設備短缺現(xiàn)象短期難以改變的難題，以最少的資金投入獲得實訓效果的短期提升，對高職學生的主觀能動性培養(yǎng)和動手創(chuàng)新能力提升意義重大。

(四)校企共研智能制造實訓教學設備，產(chǎn)業(yè)與人才培養(yǎng)同步推動

高職實訓設備與工廠生產(chǎn)設備間存在差距，智能制造設備一般為系列化多型號產(chǎn)品，而院校教學多選購低檔次型號，更新?lián)Q代速度遠不及生產(chǎn)企業(yè)設備升級換代速度。這會造成高職院校實訓教學設備存在型號單一、老化的現(xiàn)象，校內(nèi)實訓教學效果難以與產(chǎn)線崗位實際需求接軌，畢業(yè)生步入工作崗位調(diào)整周期長。如何更好地利用企業(yè)的先進制造設備，是當前高職院校與企業(yè)同步推進智能制造實訓設備水平與人才培養(yǎng)的共同訴求?！爸v實力、講效益、重專利”是高職院校辦學宗旨，院校辦學實力的提升，有賴于業(yè)務水平過硬的師資。專業(yè)教師兼具理論教學與實踐指導能力，培養(yǎng)的學生自然能夠與企業(yè)崗位接軌。因此，企業(yè)教師要成為技術(shù)革新推動者，以創(chuàng)新的職業(yè)發(fā)展思維，為企業(yè)培養(yǎng)合格畢業(yè)生。為此，制造企業(yè)紛紛嘗試將舊設備轉(zhuǎn)移至高職院校，經(jīng)過智能化升級改造后供實訓環(huán)節(jié)使用，幫助后者提升實訓教學水平。這種共贏模式獲得了校企雙方的共同肯定。

智能制造實訓環(huán)節(jié)是高職教學的重要組成部分，實訓設備設計與應用水平直接影響教學質(zhì)量。為適應智能制造的不同教學需求，實訓設備須遵循靈活、簡便的設計原則。針對智能制造設備的不同分類，高職院?？蒲袕默F(xiàn)有實訓設備智能化升級、打造工業(yè)4.0實訓平臺、開發(fā)虛擬仿真平臺、校企共享實訓設備與基地四個方面，提升辦學水平。結(jié)合實施過程中暴露的問題，筆者認為高職院校要以實訓設備設計為基礎，制訂持續(xù)的設備更新計劃，建立專業(yè)化的實訓實踐基地，培訓提升專業(yè)教師的智能制造業(yè)務水平，從而避免和解決這些問題。