熊繼芬，彭朝暉，倪炳林

（廣西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

0 引言

2020 年4 月，中共中央政治局常務(wù)委員會會議明確：在常態(tài)化疫情防控前提下，要促進汽車制造、電子信息、新材料、生物醫(yī)藥等支柱產(chǎn)業(yè)恢復(fù)發(fā)展[1]。在如此特殊的時期，汽車產(chǎn)業(yè)作為制造產(chǎn)業(yè)的排頭兵被放到了“穩(wěn)住經(jīng)濟基本盤”的重要高度上。此時，職業(yè)教育作為人才供給側(cè)更應(yīng)為汽車制造產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)大量技術(shù)技能型人才以支撐我國經(jīng)濟社會持續(xù)健康發(fā)展。

2020 年9 月，教育部等九部門印發(fā)《職業(yè)教育提質(zhì)培優(yōu)行動計劃（2020—2023 年）》的通知中明確指出，要推動信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，遴選100個左右示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地，加快推進職業(yè)教育現(xiàn)代化，為助力經(jīng)濟發(fā)展增值賦能[2]。因此，示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)項目是否側(cè)重于汽車制造產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)，服務(wù)經(jīng)濟發(fā)展是被廣泛關(guān)注的。

2021 年，通過各職業(yè)院校自愿申報、省級教育行政部門推薦、專家遴選等環(huán)節(jié)，教育部印發(fā)《關(guān)于公布職業(yè)教育示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地培育項目名單的通知》，確定了215 個職業(yè)教育示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地培育項目，其中汽車領(lǐng)域項目5 個，占比2.3%，明確聚焦汽車制造業(yè)的項目僅有1 個，即常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院的“汽車關(guān)鍵零部件智能制造虛擬工廠”項目[3]。顯然，針對汽車制造產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)及發(fā)展空間還有很大，值得職教圈不斷探索和實踐，有效提升職業(yè)教育對汽車產(chǎn)業(yè)的支撐力。

1 汽車智能制造實訓(xùn)基地建設(shè)思路

根據(jù)國家政策導(dǎo)向，中共廣西壯族自治區(qū)黨委，自治區(qū)人民政府在《關(guān)于推進工業(yè)振興三年行動方案（2021—2023 年）的通知》文件中指出要打造包括先進裝備制造產(chǎn)業(yè)（以汽車、機械裝備制造產(chǎn)業(yè)為主）在內(nèi)的2 個萬億元產(chǎn)業(yè)集群，做強汽車產(chǎn)業(yè)等重點支柱產(chǎn)業(yè)，并明確學(xué)校應(yīng)在新能源汽車研發(fā)、汽車制造與汽車維修專門人才培養(yǎng)中發(fā)揮主要作用以此支撐該任務(wù)的實現(xiàn)[4]。因此，回歸人才培養(yǎng)服務(wù)當?shù)氐默F(xiàn)實需要，利用數(shù)字孿生技術(shù)開展汽車智能制造實訓(xùn)基地建設(shè)是緊緊圍繞廣西重點發(fā)展的14 個千億元產(chǎn)業(yè)之一的汽車產(chǎn)業(yè)，屬于廣西工業(yè)振興三年行動（2021—2023 年）中的重點工作任務(wù)，是緊密貼合國家政策導(dǎo)向的重要建設(shè)內(nèi)容。

結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展需求以及涉足汽車制造產(chǎn)業(yè)的示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)項目緊缺的現(xiàn)狀，充分對接汽車制造產(chǎn)業(yè)鏈，服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，提出汽車智能制造示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)新思路，創(chuàng)新性地探索出一種將真實產(chǎn)線、虛擬仿真、數(shù)字孿生、精益生產(chǎn)等要素有機融為一體的，虛實結(jié)合的“整車裝配線+裝配工藝仿真系統(tǒng)+數(shù)字孿生系統(tǒng)”三位一體汽車智能制造示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)新模式，有效支撐汽車制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級對技術(shù)技能型人才的需求，解決了職業(yè)教育普遍缺少精益生產(chǎn)要素、忽略生產(chǎn)管理能力培養(yǎng)的問題，培養(yǎng)既具備汽車智能制造技術(shù)技能水平，又掌握汽車智能制造生產(chǎn)管理能力的復(fù)合型人才，賦能教育教學(xué)改革。

2 汽車智能制造實訓(xùn)基地建設(shè)內(nèi)容

2.1 總體架構(gòu)

汽車智能制造實訓(xùn)基地具體包含以下三大模塊：

（1）現(xiàn)實整車裝配線。滿足汽車產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展新能源汽車的現(xiàn)實需求，選取某款新能源汽車建設(shè)配套的真實整車裝配線，若受限于教學(xué)場地可選擇軸距較小的微型車，根據(jù)實際情況調(diào)整工位數(shù)以及作業(yè)內(nèi)容進行針對性開發(fā)?？紤]前期制造成本與后期使用及維護成本，可將各裝配部件模塊化為外形特征與實物件相同的特制件，提高特制零部件可靠性，避免易損件頻繁更換帶來的高使用成本。

（2）裝配工藝仿真系統(tǒng)。根據(jù)整車裝配線（現(xiàn)實生產(chǎn)線）補充開發(fā)成體系的裝配工藝仿真系統(tǒng)。它既能實現(xiàn)整車裝配工藝的離線獨立使用，涵蓋練習(xí)、培訓(xùn)、考核等功能；也能在生產(chǎn)調(diào)整時，與裝配線數(shù)字孿生系統(tǒng)進行“虛-虛”驗證，與現(xiàn)實生產(chǎn)線進行“虛-實”驗證。其主要用于對學(xué)生開展整車裝配工藝流程、裝配工藝調(diào)整、技術(shù)標準等項目的訓(xùn)練。裝配工藝調(diào)整、工序拆分等生產(chǎn)過程管理常用措施在只有現(xiàn)實產(chǎn)線這一單一訓(xùn)練資源的情況下，屬于典型的高投入、高損耗、難實現(xiàn)訓(xùn)練項目，所以配套的虛擬端模擬系統(tǒng)的開發(fā)非常必要。

（3）數(shù)字孿生系統(tǒng)。開發(fā)配套的整車模擬裝配線數(shù)字孿生系統(tǒng)，它是整車裝配線（現(xiàn)實端）在虛擬空間的映射系統(tǒng)，與現(xiàn)實裝配線在數(shù)據(jù)交互時，可以實現(xiàn)對現(xiàn)實裝配線的運行監(jiān)控；它獨立運行時，可以在虛擬空間對產(chǎn)線運行節(jié)拍調(diào)整、工序平衡、車型柔性生產(chǎn)等進行仿真。主要用于對學(xué)生開展生產(chǎn)過程管理控制、生產(chǎn)調(diào)整、生產(chǎn)改進提升等生產(chǎn)管理能力的訓(xùn)練[5]。尤其是創(chuàng)新性開發(fā)了融入精益生產(chǎn)管理能力培養(yǎng)的功能，為提升職業(yè)院校畢業(yè)生職業(yè)素養(yǎng)進行有益的探索和嘗試。最終將汽車智能制造虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)成為如圖1 所示的架構(gòu)。

圖1 汽車智能制造示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地架構(gòu)圖

2.2 實訓(xùn)環(huán)境條件建設(shè)

充分對接汽車制造產(chǎn)業(yè)鏈，服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，滿足汽車產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展新能源汽車的現(xiàn)實需求，以微型新能源汽車裝配線為基礎(chǔ)，建設(shè)配套數(shù)字孿生裝配系統(tǒng)（數(shù)字孿生技術(shù)）、裝配工藝虛擬仿真系統(tǒng)；應(yīng)用智能傳感（自動扭力控制）、機器視覺（自動防錯）、工業(yè)機器人（AGV）、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)（暗燈系統(tǒng)）、PLC（分揀指示系統(tǒng)）、工廠云（制造執(zhí)行系統(tǒng)）等智能制造技術(shù)，建設(shè)集智能生產(chǎn)、智能質(zhì)量、智能物流為一體的汽車智能制造示范性虛擬仿真實訓(xùn)基地。

實訓(xùn)基地涵蓋整車模擬裝配中心、智能物流中心、全面客戶評審中心（質(zhì)量）及虛擬仿真中心四大部分，主要開展新能源汽車整車裝配工藝、生產(chǎn)過程管理、物流倉儲、全面客戶評審等項目訓(xùn)練。

（1）整車模擬裝配中心

面向新能源汽車領(lǐng)域，建設(shè)一條數(shù)字孿生整車模擬裝配線，以車身（特制車身框架）為整車裝配載體，實現(xiàn)車輛相關(guān)部件的裝配，全面涵蓋汽車裝配的力矩、插接器、管路、內(nèi)飾件、線束等典型安裝工藝。整車模擬裝配線設(shè)計由上線、裝配、檢測、拆裝構(gòu)成的環(huán)形循環(huán)產(chǎn)線，集成裝配線控制、輪胎扭力控制、錯落裝檢測、尺寸控制等智能技術(shù)應(yīng)用，能實現(xiàn)工藝設(shè)計、工作平衡、生產(chǎn)控制、節(jié)拍管理、標準化作業(yè)、崗位自主保全、暗燈系統(tǒng)、統(tǒng)計過程控制等應(yīng)用實訓(xùn)。

（2）智能物流中心

智能物流中心包含物料接收、存儲、配送等三個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)窗口接收、物料存儲管理、物料拉動系統(tǒng)、排序送料系統(tǒng)、SPS 配送系統(tǒng)、AGV 配送等實訓(xùn)。

（3）全面客戶質(zhì)量評審中心

全面客戶質(zhì)量評審中心是以客戶的眼光，對產(chǎn)品按照質(zhì)量標準進行全面評審的場所，包含評審燈光系統(tǒng)、零件陳列臺、評審平臺等?？梢詫崿F(xiàn)產(chǎn)品拆裝工藝設(shè)計、標準化操作單編寫、產(chǎn)品質(zhì)量評審等實訓(xùn)。

（4）虛擬中心

裝配工藝仿真系統(tǒng)主要面向汽車智能制造類專業(yè)的教師和學(xué)生，可在虛擬端實現(xiàn)整車裝配工藝、技術(shù)標準訓(xùn)練及生產(chǎn)過程調(diào)整后全新裝配工藝的驗證，為學(xué)?；蚱髽I(yè)技能人才的培養(yǎng)提供企業(yè)文化、崗位技能、職業(yè)素養(yǎng)、工藝流程的沉浸式體驗和仿真實訓(xùn)。借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬生成三維空間的產(chǎn)品裝配過程，學(xué)生可身臨其境的體驗整車裝配操作工藝流程，在培養(yǎng)學(xué)生裝配工藝、標準的同時大大降低了教學(xué)成本、難度和風(fēng)險，提高實訓(xùn)教學(xué)效益。

數(shù)字孿生系統(tǒng)對應(yīng)整車模擬裝配線設(shè)計多個數(shù)字孿生應(yīng)用工位。利用虛實互聯(lián)技術(shù)，可在生產(chǎn)計劃及生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中虛擬和判斷出所有的工藝流程可能出現(xiàn)的矛盾、缺陷、不匹配，為生產(chǎn)調(diào)整提供依據(jù)，大大縮短方案設(shè)計及安裝調(diào)試時間，為數(shù)字孿生教學(xué)過程輸出真實的典型素材。該系統(tǒng)接收各類傳感器傳輸?shù)恼嚹M裝配線實時數(shù)據(jù)，具備后臺數(shù)據(jù)監(jiān)控、整理及分析能力，并反向動態(tài)指導(dǎo)現(xiàn)實生產(chǎn)，實現(xiàn)現(xiàn)實端的虛擬仿真，仿真結(jié)果生成的數(shù)據(jù)又反向與整車模擬裝配線建立聯(lián)系，輸出指令以指導(dǎo)生產(chǎn)，兩者通過信息交互不斷優(yōu)化生產(chǎn)過程，方便且具像地培訓(xùn)學(xué)生生產(chǎn)管理能力[6，7]。

2.3 配套資源建設(shè)

（1）完善虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)課程

聯(lián)合校企合作企業(yè)共建虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)課程體系，開發(fā)融入精益生產(chǎn)要素及課程思政元素的“新能源汽車裝配技術(shù)”“精益生產(chǎn)管理”“倉儲物流”等系列課程及配套課程資源，使其適用于汽車制造相關(guān)專業(yè)的教學(xué)。

（2）開發(fā)融入精益生產(chǎn)要素的典型實訓(xùn)項目

借助校企合作優(yōu)勢資源，結(jié)合企業(yè)真實生產(chǎn)過程的各崗位需求以及生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實際問題，整合現(xiàn)有“汽車總裝技術(shù)”“電控發(fā)動機裝配技術(shù)”“新能源汽車技術(shù)”實訓(xùn)項目，融入精益生產(chǎn)元素開發(fā)對應(yīng)的“裝配工藝實訓(xùn)+精益生產(chǎn)管理實訓(xùn)”的典型實訓(xùn)項目，真實還原整車生產(chǎn)現(xiàn)場，針對性培養(yǎng)學(xué)生生產(chǎn)過程管理控制、生產(chǎn)調(diào)整、生產(chǎn)改進等生產(chǎn)管理能力以及整車裝配工藝流程、裝配工藝調(diào)整、技術(shù)標準等技術(shù)技能。

建設(shè)系列模塊化裝配工藝實訓(xùn)項目。包括驅(qū)動電機、車載充電機、電機控制器、儀表、整車線束、車門等部件的裝配工藝訓(xùn)練，涵蓋力矩、插接器、管路、內(nèi)飾件、線束等典型安裝工藝項目。

建設(shè)系列模塊化精益生產(chǎn)管理實訓(xùn)項目。包括作業(yè)現(xiàn)場布置（5S）、目視化管理、標準化操作、全員生產(chǎn)維護、團隊協(xié)作、實際問題解決、生產(chǎn)節(jié)拍調(diào)整、質(zhì)量/工藝防錯、線平衡改進等多個精益生產(chǎn)方法和工具的實訓(xùn)項目。

（3）實訓(xùn)教學(xué)體系科學(xué)合理，教學(xué)資源新穎實用，可交互共享

教學(xué)體系科學(xué)合理。項目以虛擬仿真實訓(xùn)環(huán)境、資源、團隊、平臺四個維度為建設(shè)核心，根據(jù)人才培養(yǎng)技能養(yǎng)成的特點，構(gòu)建對應(yīng)“整車裝配線（實）-裝配工藝仿真系統(tǒng)（虛）-數(shù)字孿生系統(tǒng)（虛）”的全新實訓(xùn)教學(xué)體系，以解決專業(yè)（群）實習(xí)實訓(xùn)環(huán)節(jié)中的痛點、難點問題，全方位培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)與專業(yè)技能。

教學(xué)資源實用新穎、必要可行。建設(shè)創(chuàng)新性源融入了精益生產(chǎn)內(nèi)容，開發(fā)既包括新能源汽車裝配技術(shù)，又包含精益生產(chǎn)管理的實訓(xùn)項目及配套資源，部分素材取自本項目實際應(yīng)用過程的真實案例，具有原創(chuàng)新和創(chuàng)新性，適用學(xué)生人才培養(yǎng)全周期的新能源汽車認知實訓(xùn)、新能源汽車裝配實訓(xùn)、生產(chǎn)管理實訓(xùn)、物流倉儲實訓(xùn)等內(nèi)容，彌補了高職院校在生產(chǎn)管理應(yīng)用方面教學(xué)資源的不足。而往往生產(chǎn)過程調(diào)整及裝配工藝調(diào)整的現(xiàn)場驗證又是周期長、成本高的項目，能將這些工作前置到虛擬仿真系統(tǒng)（裝配工藝仿真系統(tǒng)、數(shù)字孿生系統(tǒng)）進行虛擬驗證和調(diào)試，再轉(zhuǎn)移至真實裝配線進行現(xiàn)實應(yīng)用，是高效降低成本、提高效率和質(zhì)量的有效手段，也是各大汽車制造企業(yè)普遍采用虛實交替驗證方法，高職院校人才培養(yǎng)涉足這方面的能力培養(yǎng)是及有必要的。

虛擬仿真資源具有交互性、智能性、共享性特點。虛擬仿真系統(tǒng)利用虛實互聯(lián)技術(shù)，可智能化在生產(chǎn)計劃及生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中虛擬和判斷出所有的工藝流程可能出現(xiàn)的矛盾、缺陷、不匹配，同時為教學(xué)平臺輸出真實的典型素材，實現(xiàn)“機-機交互”。學(xué)生可置身于虛擬生產(chǎn)場景中進行整車虛擬生產(chǎn)、裝配工藝調(diào)整及生產(chǎn)過程調(diào)整驗證等虛擬實訓(xùn)活動，實現(xiàn)“人-機交互”。虛擬仿真系統(tǒng)及其配套數(shù)字資源共享性強，在校校間、校企間實現(xiàn)資源共建共享。

3 結(jié)語

廣西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院針對汽車智能制造轉(zhuǎn)型升級的現(xiàn)實需要，在實訓(xùn)基地建設(shè)方面進行了全面思考和反復(fù)嘗試，充分利用學(xué)?！皺C”“電”的深厚底蘊和特色優(yōu)勢，進一步與本土汽車領(lǐng)跑企業(yè)上汽通用五菱汽車股份有限公司合作，依托校企共建的“汽車產(chǎn)業(yè)學(xué)院”平臺，升級高水平專業(yè)群虛擬仿真建設(shè)項目，建設(shè)汽車智能制造虛擬仿真實訓(xùn)基地，將其打造成集汽車智能制造類專業(yè)人才培養(yǎng)、企業(yè)員工培訓(xùn)、企業(yè)管理咨詢服務(wù)于一體的綜合型實訓(xùn)基地，選取五菱宏光mini 車身為整車裝配線裝配載體，配套建設(shè)其裝配工藝仿真系統(tǒng)與數(shù)字孿生系統(tǒng)，校企雙方持續(xù)深化前期合作，共同開發(fā)融入精益生產(chǎn)要素及課程思政元素的課程，共享師資隊伍，在探索和實踐過程中形成了以下經(jīng)驗：

（1）將虛擬仿真、數(shù)字孿生、實體產(chǎn)線三者有機結(jié)合，創(chuàng)新了傳統(tǒng)意義上的虛擬仿真項目建設(shè)，創(chuàng)新性地提出了專業(yè)技術(shù)技能與生產(chǎn)管理能力兼?zhèn)涞哪芰ε囵B(yǎng)模式，有效將整車裝配線（實）、裝配工藝仿真系統(tǒng)（虛）、數(shù)字孿生系統(tǒng)（虛）三者有機結(jié)合，在虛擬端和現(xiàn)實端實施人才培養(yǎng)。裝配工藝仿真系統(tǒng)注重培養(yǎng)學(xué)生崗位基本技術(shù)技能，在虛擬端熟練掌握工藝標準、技術(shù)要點，為現(xiàn)實端應(yīng)用奠定基礎(chǔ)；數(shù)字孿生系統(tǒng)的虛擬產(chǎn)線注重學(xué)生生產(chǎn)管理的培養(yǎng)，可實現(xiàn)真實生產(chǎn)過程模擬及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的模塊化實訓(xùn)項目訓(xùn)練；整車裝配線則是注重“技能+管理”能力的雙重應(yīng)用，為培育專業(yè)技術(shù)技能與生產(chǎn)管理能力兼?zhèn)涞膹?fù)合型人才提供了保障，而將生產(chǎn)管理能力培養(yǎng)作為高職院校人才培養(yǎng)質(zhì)量標準的重要組成部分，是有效區(qū)分了中職與高職教育同類專業(yè)在人才培養(yǎng)規(guī)格上差異性的重要舉措。

（2）為更好地發(fā)揮出汽車智能制造虛擬仿真實訓(xùn)基地的功效，在汽車智能制造領(lǐng)域，運用數(shù)字孿生等智能化與信息化高度融合的虛擬技術(shù)，植入了精益生產(chǎn)及標準化管理要素，開發(fā)了精益生產(chǎn)過程中典型的實訓(xùn)項目和配套資源，實現(xiàn)了“精益化、智能化、信息化”的有機融合，彌補了現(xiàn)實技術(shù)背景下虛擬仿真應(yīng)用在人才培養(yǎng)中的局限性，擴充了虛擬仿真的功效。

換句話說，廣西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院在探索和實踐過程中提出的汽車智能制造虛擬仿真實訓(xùn)基地建設(shè)模式是傳統(tǒng)意義虛擬仿真項目建設(shè)在功能上的升級，升級后效能更符合技術(shù)技能型人才培養(yǎng)需求，在職業(yè)院校教育教學(xué)活動中發(fā)揮更明顯的作用，為高職院校汽車類及機電類學(xué)生從事相對高端崗位工作打牢基礎(chǔ)。