張朝陽，吉衛(wèi)喜，彭威，錢陳豪，錢善華

（江南大學 機械工程學院，江蘇 無錫 214122）

0 引言

隨著以人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)為代表的新技術與制造業(yè)加速融合，制造業(yè)的智能化發(fā)展逐漸受到世界各國的重視，并開始探索智能制造人才的培養(yǎng)模式。2019年，德國工會聯(lián)合會開發(fā)了“工業(yè)4.0學徒培訓計劃”，幫助他們盡快適應和掌握數(shù)字化技術；美國于2018年發(fā)布了《先進制造業(yè)美國領導力戰(zhàn)略》報告，此報告認為，適當?shù)目茖W、技術、工程和數(shù)學領域教育和培訓應從小學開始，貫穿中學乃至高等教育階段。在國內，《中國制造2025》描述了我國制造業(yè)要整體達到制造強國中等水平。為了實現(xiàn)智能制造的轉型，智能制造對接人才的培養(yǎng)方式和培養(yǎng)目標成為國內高校亟待解決的關鍵問題。

產(chǎn)學研相結合就是科研、教育、生產(chǎn)的不同社會分工在功能與資源優(yōu)勢上的協(xié)同與集成化，是技術創(chuàng)新上、中、下游的對接與耦合[1]。這也是智能制造人才培養(yǎng)的重要途徑。產(chǎn)教融合這一概念最早追溯到2005年國務院頒布的《國務院關于大力發(fā)展職業(yè)技術教育的決定》，其中提到了“提倡產(chǎn)教結合，工學結合”。到2017年國務院辦公廳印發(fā)的《關于深化產(chǎn)教融合的若干意見》則是第一次專門針對產(chǎn)教融合制定的國家級推進政策，賦予產(chǎn)教融合的結構性改革、推進晉級轉型升級和培育經(jīng)濟發(fā)展新動能等多項職能。

復合型制造人才已成為智能制造轉型升級的關鍵要素。為適應智能制造升級對復合型人才要求的提升，高校應主動對接智能制造產(chǎn)業(yè)，進行人才培養(yǎng)模式改革[2]。通過產(chǎn)學研融合方式，培養(yǎng)基礎知識扎實、工程實踐能力強、綜合素質高的智能制造創(chuàng)新人才，對實現(xiàn)我國經(jīng)濟轉型升級具有重要意義。

1 智能制造實踐課程存在的不足

在國內，智能制造是我國制造業(yè)轉型升級的重要方向，對人才的需要也越加強烈。國內諸多高職院校均開設有智能制造相關課程，并進行了相關課程建設，目前在智能制造人才培養(yǎng)的研究主要集中在以下2個方面：

（1）智能制造培養(yǎng)模式探索。該方面主要研究智能制造背景下的人才培養(yǎng)模式[3]，從智能制造人才能力需求和培養(yǎng)目標出發(fā)，提出以多學科交叉融合為要素支撐的新型智能制造人才培養(yǎng)模式；

（2）智能制造培養(yǎng)方案與體系建設。該方面的研究主要聚焦于創(chuàng)新型智能制造人才培養(yǎng)方案與專業(yè)體系，設計人才培養(yǎng)路徑，特別是從“機械、電氣、信息、管理”等專業(yè)技能維度研究其培養(yǎng)方案。

結合當前的研究進展，目前智能制造相關課程在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面仍存在以下問題：

（1）智能制造實踐教育平臺不夠深入[4]。智能制造是制造技術深度融合了大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術之后的綜合技術，而當前智能制造實踐教育往往延續(xù)傳統(tǒng)的工程實訓平臺，缺少能有效支撐智能制造人才培養(yǎng)的綜合性、創(chuàng)新性實驗/實踐教學的平臺。

（2）現(xiàn)有的實踐教育內容無法滿足智能制造綜合人才的培養(yǎng)要求[5]。目前高等教育對于實際制造企業(yè)所需工程人才應該具備能力缺少認識，培養(yǎng)目標仍局限于專業(yè)知識、工具應用、工程實踐等技術能力的培養(yǎng)，往往忽視了團隊合作、系統(tǒng)工程、工程管理等綜合能力的培養(yǎng)。

2 產(chǎn)學研融合在智能制造實踐教學中的應用

2.1 產(chǎn)學研實踐教學體系的構建

本產(chǎn)學研實踐教育平臺主要基于江南大學工程訓練中心和一個電梯零部件制造企業(yè)的生產(chǎn)車間，其總體實踐教學體系如圖1所示，采用“生產(chǎn)車間調研、制造系統(tǒng)實踐教學、智能新技術研發(fā)”的教學過程，通過將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、先進制造技術應用到產(chǎn)品、零件設計制造過程，以培養(yǎng)學生對零件制造工藝過程、智能制造裝備、制造物聯(lián)網(wǎng)、智能生產(chǎn)與控制及智能制造模式的理解與應用，培養(yǎng)學生分析解決復雜生產(chǎn)工程問題的創(chuàng)新能力和綜合素質。

圖1 智能制造實踐教學中的產(chǎn)學研融合

在智能制造實踐課程中，首先帶學生到一個電梯制造企業(yè)的生產(chǎn)車間進行實習調研，了解實際的零件生產(chǎn)制造過程，包括訂單管理、工藝編制、生產(chǎn)排程等；然后，結合江南大學工程訓練中心的智能制造系統(tǒng)，通過教學方式為學生展示智能車間的相關自動化與信息化軟硬件，包括自動加工設備、智能傳感網(wǎng)絡、可視化大屏以及智能物流系統(tǒng)等，讓學生對智能制造系統(tǒng)有一個直觀認識，該軟硬件系統(tǒng)均為本校研究生和本科生參與搭建，因此實踐學生也可參與其中；另外，基于實際生產(chǎn)車間的調研，學生可以參與智能制造相關研究性課題的開發(fā)，并通過電梯制造車間進行應用驗證。

通過該產(chǎn)學研實踐教學過程，不僅讓學生了解智能制造系統(tǒng)的基本組成，加深對機械工程基礎知識的理解和應用，也讓學生熟悉車間在制品流動、成品出入庫、車間智能物流等生產(chǎn)過程管控知識，了解數(shù)據(jù)可視化技術，學會簡單的加工數(shù)據(jù)處理方法，培養(yǎng)學生結合智能制造技術解決實際問題的能力。

2.2 產(chǎn)學研實踐教學基地建設

為了服務于智能制造相關課程的實踐教學，對江南大學工程訓練中心進行了升級改造，包括自動化、信息化和智能化3個方面，以適應產(chǎn)學研實踐教學的需要。該基地的軟硬件包括以下內容：

（1）智能制造系統(tǒng)硬件組成

智能制造硬件部分主要由智能物流單元組成，包括AGV小車、機械手、氣動夾具、空壓機、數(shù)控機床等設備組成，可以通過AGV小車實現(xiàn)物料自動從原材料倉庫運送到機床位置，然后通過機械手將物料放入位于機床工作臺上的自動夾具中，并實現(xiàn)自動裝夾；接著機床根據(jù)NC代碼進行加工，加工完成之后，夾具自動松開，機械手再將成品移動到AGV小車上，AGV小車將其運送到成品庫。

（2）智能制造過程管理軟件

為了實現(xiàn)上述過程的自動化，需要相應的控制軟件支持，主要由智能車間生產(chǎn)管理軟件來完成，該軟件可以對車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)進行管理。軟件的基本運行流程如下：首先將計劃部門的加工需求下達到車間，并根據(jù)生產(chǎn)排程，將具體的加工任務下發(fā)到具體的加工機床，每臺機床旁邊的工控機上可以接收到加工任務，通過該軟件的缺料報警功能，可通知AGV小車去取料，完成上述智能物流過程。加工完成之后，操作人員可通過掃碼槍進行掃碼報工，軟件可以對車間的加工任務完成情況進行統(tǒng)計。

（3）數(shù)據(jù)采集與可視化展示

除此之外，通過車間部署的RFID及能耗等傳感器可以對車間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)及能耗數(shù)據(jù)進行采集，并結合物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)機床狀態(tài)以及車間整體狀態(tài)的可視化展示，這些信息主要通過機床旁邊的顯示屏和車間大屏進行展示。

2.3 產(chǎn)學研實踐教學內容設計

本實踐教學過程結合產(chǎn)學研的特點，將實際企業(yè)調研與智能制造系統(tǒng)展示與研發(fā)相結合，形成完整的實踐過程，具體實踐內容見表1。

表1 智能制造實踐教學內容

2.4 產(chǎn)學研實踐教學課題研究開發(fā)

在上述實踐教學過程中，為了滿足研究與應用的教育要求，由指導教師及高年級研究生帶領本科生進行智能制造課題研究開發(fā)，具體課題研究開發(fā)項目見表2。學生可以根據(jù)自身興趣選擇參與。通過讓學生親身參與這些課題研究開發(fā)項目，培養(yǎng)他們分析實際問題和解決問題的能力。

表2 智能制造實踐課程中的課題研究開發(fā)項目

3 結語

面對制造企業(yè)智能化升級的外部背景，具有智能制造綜合素質與創(chuàng)新能力的人才需求越來越強烈，針對當前智能制造實踐教育過程存在的諸多不足，圍繞智能制造人才培養(yǎng)的基本要求，建立了產(chǎn)學研融合的實踐教育平臺，該平臺總體采用“生產(chǎn)車間調研、制造系統(tǒng)實踐教學、智能新技術研發(fā)”的過程，通過將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能應用到產(chǎn)品、零件設計制造過程，以培養(yǎng)學生對典型零件制造工藝、智能制造裝備、制造物聯(lián)網(wǎng)、智能生產(chǎn)與控制及智能制造模式的理解與應用，鍛煉學生分析解決復雜生產(chǎn)工程問題的綜合能力和創(chuàng)新素質。