《中國制造2025》視域下自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方略

溫國強(qiáng), 常文爽, 楊 健, 任 偉, 郭躍武, 金 飛

(1. 天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 汽車與軌道交通學(xué)院, 天津 300350；2. 天津大學(xué) 精密儀器與光電子工程學(xué)院, 天津 300072；3. 三代光學(xué)科技(天津)有限公司, 天津 300000； 4. 天津天邦科技有限公司, 天津 300000 )

制造業(yè)是立國之本、興國之器、強(qiáng)國之基[1-2]?！吨袊圃?025》是我國關(guān)于實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的第一個(gè)十年行動綱領(lǐng)[3],指出要堅(jiān)持把人才作為建設(shè)制造強(qiáng)國的根本,加快培養(yǎng)制造業(yè)發(fā)展急需的專業(yè)技術(shù)人才,經(jīng)營管理人才、實(shí)用技能人才,營造“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的氛圍[3-5]。自動化生產(chǎn)線技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,對中國制造業(yè)走向高端化、智能化的發(fā)展道路尤為重要。

職業(yè)教育作為應(yīng)用型人才培養(yǎng)的主要平臺,在壯大先進(jìn)制造業(yè)人力隊(duì)伍,提升人力資源水平等方面發(fā)揮著巨大作用[6-7]。應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)是我國職業(yè)教育領(lǐng)域的一大突破。實(shí)訓(xùn)室是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要場所,實(shí)訓(xùn)設(shè)備是實(shí)施實(shí)踐教學(xué)的重要載體[8-9]。與《中國制造2025》對一流應(yīng)用型人才核心能力需求相比,我國絕大部分實(shí)訓(xùn)室建設(shè)處于滯后狀態(tài)。自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室是支持為生產(chǎn)制造類企業(yè)培養(yǎng)人才的核心實(shí)訓(xùn)室。本文在綜合分析《中國制造2025》戰(zhàn)略對應(yīng)用型人才要求的基礎(chǔ)上,提出自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方案,以前沿的技術(shù)、先進(jìn)的教學(xué)理念、豐富的課程設(shè)計(jì),培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型人才。為探索我國職業(yè)教育改革與應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量提升的新路徑、新方向提供實(shí)訓(xùn)室支撐。

1 自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)狀問題分析

當(dāng)前,國內(nèi)職業(yè)院校自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室建設(shè)水平參差不齊。普遍以全國職業(yè)院校技能大賽賽項(xiàng)要求為建設(shè)方向,裝備各大教儀公司生產(chǎn)的不同型號的自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)臺。經(jīng)過廣泛調(diào)研,發(fā)現(xiàn)自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室普遍存在如下問題[10]。

1.1 技術(shù)水平有待提高

《中國制造2025》以信息技術(shù)為核心,實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和信息化的深度融合,包含物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人等先進(jìn)技術(shù)。而現(xiàn)有的自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)設(shè)備多以PLC(programmable logic controller,可編程邏輯控制器)為核心,結(jié)合傳感器技術(shù)、氣動技術(shù)、觸摸屏技術(shù)、電機(jī)控制技術(shù)等,構(gòu)成多個(gè)可完成不同功能的工作站,多個(gè)工作站協(xié)調(diào)工作,模擬一條真實(shí)生產(chǎn)線,完成產(chǎn)品、工件生產(chǎn)制造過程。設(shè)備對外接口少,二次開發(fā)受到限制。這些設(shè)備可適應(yīng)工業(yè)2.0、工業(yè)3.0的需求,而面對《中國制造2025》的需求則有待升級改造。

1.2 教學(xué)內(nèi)容有待優(yōu)化

適應(yīng)《中國制造2025》,創(chuàng)新訓(xùn)練尤為重要。目前,自動化生產(chǎn)線課程一般只講授所用元器件的基本工作原理和使用方法,并通過程序設(shè)計(jì)完成各站特定的功能。雖然注重專業(yè)技能訓(xùn)練,但多屬重復(fù)、熟練式的培訓(xùn),缺乏啟迪和創(chuàng)造性思維訓(xùn)練,學(xué)生普遍缺乏創(chuàng)造熱情,創(chuàng)造思維和創(chuàng)造行為。學(xué)生所學(xué)多為對應(yīng)現(xiàn)崗位需求的顯性技能,而諸如學(xué)習(xí)能力、獨(dú)立思考能力、遷移能力等隱性技能相對較弱。造成學(xué)生畢業(yè)后3～5年的可持續(xù)發(fā)展能力有限、后勁不足,無法滿足《中國制造2025》的需求。

1.3 管理模式有待創(chuàng)新

由于自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)設(shè)備較昂貴,一般學(xué)校只有1-2臺,僅供參加各級各類自動化生產(chǎn)線大賽的學(xué)生備賽用,受益學(xué)生數(shù)量少,非備賽時(shí)間,設(shè)備閑置,造成資源浪費(fèi),在實(shí)訓(xùn)室管理上沒有形成高效的共享機(jī)制。個(gè)別學(xué)校實(shí)訓(xùn)設(shè)備較多,可開設(shè)自動化生產(chǎn)線技術(shù)課程,由多位教師針對不同的班級進(jìn)行授課。由于實(shí)訓(xùn)室缺乏統(tǒng)一的管理,導(dǎo)致權(quán)責(zé)不明確、每次上課設(shè)備狀態(tài)不一致、設(shè)備損壞后報(bào)修不及時(shí)等問題。且實(shí)訓(xùn)室管理信息化手段低,相關(guān)表格的填寫和數(shù)據(jù)計(jì)算仍需人工完成。針對上述問題,應(yīng)該創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)室管理模式,提高實(shí)訓(xùn)室使用效率,建立實(shí)訓(xùn)室共享機(jī)制,延長實(shí)訓(xùn)室使用壽命,優(yōu)質(zhì)高效地服務(wù)于教育教學(xué)。

2 自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方案

面向《中國制造2025》,建設(shè)自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室,為應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)提供支撐。主要從如下三方面進(jìn)行展開。

2.1 實(shí)訓(xùn)設(shè)備升級改造,適應(yīng)先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展需要

面向先進(jìn)制造業(yè),對現(xiàn)有的自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行升級改造,融入機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù),體現(xiàn)工業(yè)4.0核心要素,增加設(shè)備對外接口,提高二次開發(fā)能力,滿足學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練需求。新建一條能夠?qū)崿F(xiàn)從下訂單、備料、供料、運(yùn)送、加工、裝配、打標(biāo)、包裝、分揀、入庫等環(huán)節(jié)自動完成的生產(chǎn)線,可實(shí)現(xiàn)制造工藝的優(yōu)化仿真,生產(chǎn)狀態(tài)可實(shí)時(shí)監(jiān)測和自適應(yīng)控制,能夠呈現(xiàn)某一產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)流程。研發(fā)或者引進(jìn)具有深度感知、智慧決策和自動執(zhí)行功能的智能化生產(chǎn)線。為面向《中國制造2025》的實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)支持。

2.2 合理規(guī)劃布局實(shí)訓(xùn)室,滿足理實(shí)一體化課程和創(chuàng)新訓(xùn)練需要

實(shí)訓(xùn)室是由實(shí)訓(xùn)設(shè)備、桌椅等構(gòu)成的半固定空間。其空間布局影響著知識傳授效率、師生互動效果。將自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室分為2個(gè)功能區(qū),如圖1所示,功能區(qū)A為基本功能區(qū),主要用于日常理實(shí)一體化教學(xué)。功能區(qū)B為創(chuàng)新訓(xùn)練區(qū),布置一條智能生產(chǎn)線,可滿足應(yīng)用技術(shù)研究、畢業(yè)設(shè)計(jì)、比賽、企業(yè)參觀等需求。

功能區(qū)A的布局如圖1(a)所示,前半部分為理論教學(xué)區(qū),后半部分為實(shí)踐訓(xùn)練區(qū),方便進(jìn)行理實(shí)一體化教學(xué)。理論教學(xué)區(qū)的桌椅擺放按照U形進(jìn)行布局,方便學(xué)生分組討論，師生信息交流。實(shí)踐教學(xué)區(qū)的實(shí)訓(xùn)設(shè)備分別置于教室兩側(cè),便于電路、氣路走線。同時(shí),在開展實(shí)訓(xùn)教學(xué)時(shí),教師在中間過道巡查,便于解答學(xué)生問題、觀察學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)。

功能區(qū)B的布局如圖1(b)所示,將一條能夠呈現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)流程,完成某個(gè)產(chǎn)品全部生產(chǎn)過程的智能生產(chǎn)線按照蛇形走向進(jìn)行布局,該生產(chǎn)線必須體現(xiàn)《中國制造2025》所需的先進(jìn)技術(shù)。其生產(chǎn)工藝流程、智能化程度可進(jìn)行二次開發(fā),方便學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新訓(xùn)練。

2.3 加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)室文化建設(shè),營造創(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展氛圍

按照《中國制造2025》的要求,加強(qiáng)自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室文化建設(shè),營造創(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展氛圍。

圖1 自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室布局

將產(chǎn)品質(zhì)量作為考核自動化生產(chǎn)線性能的主要依據(jù)。實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程中所用耗材均由環(huán)保材料制造,加強(qiáng)材料的回收率。實(shí)訓(xùn)室陳列柜展示學(xué)生優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)作品和參加各級各類創(chuàng)新大賽的作品和獎杯。實(shí)訓(xùn)室墻面張貼6S生產(chǎn)現(xiàn)場管理方法、六西格瑪先進(jìn)質(zhì)量管理模式、生態(tài)保護(hù)、節(jié)能低碳等宣傳海報(bào)和標(biāo)語。大屏幕可播放創(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展宣傳片。通過組織學(xué)生進(jìn)行知識能力競賽,增強(qiáng)學(xué)生綠色發(fā)展意識。

3 自動化生產(chǎn)線技術(shù)課程

3.1 教學(xué)理念

探索將思政課內(nèi)容融入自動化生產(chǎn)線專業(yè)課教學(xué)[11],把2018年發(fā)生的中興缺“芯”事件作為典型案例,為學(xué)生講述《中國制造2025》計(jì)劃提出的必要性和面臨的國際形勢。針對我國當(dāng)前人才供需關(guān)系不平衡現(xiàn)象,以培養(yǎng)高級技師、一線工程師、大國工匠等應(yīng)用型人才為人才培養(yǎng)目標(biāo),堅(jiān)持實(shí)踐導(dǎo)向,理論和實(shí)踐并重的原則,開展自動化生產(chǎn)線技術(shù)課程教學(xué),注重科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精、追求卓越的工匠精神培養(yǎng)。鼓勵學(xué)生參加各級各類自動化生產(chǎn)線相關(guān)科技競賽、創(chuàng)新大賽、國際交流活動和社會公益活動。培養(yǎng)具備國際視野、職業(yè)素養(yǎng)、技術(shù)一流、創(chuàng)新精神的高端應(yīng)用型、復(fù)合型人才。

3.2 課程內(nèi)容

基于自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室YL-335B實(shí)訓(xùn)設(shè)備,對其進(jìn)行升級改造,融入機(jī)器人技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù),開設(shè)自動化生產(chǎn)線技術(shù)理實(shí)一體化課程,體現(xiàn)強(qiáng)基礎(chǔ)、重實(shí)踐,加強(qiáng)課程與產(chǎn)業(yè)的精準(zhǔn)對接。由于自動化生產(chǎn)線是集光、機(jī)、電、算、氣、控制、網(wǎng)絡(luò)與機(jī)器人等于一體的綜合系統(tǒng),傳統(tǒng)課程組織方式難以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果?？砂凑照J(rèn)知規(guī)律,將課程劃分為11個(gè)學(xué)習(xí)項(xiàng)目,實(shí)施項(xiàng)目教學(xué),如表1所示。其中項(xiàng)目1、項(xiàng)目2屬于基礎(chǔ)模塊,主要學(xué)習(xí)自動化生產(chǎn)線技術(shù)發(fā)展、現(xiàn)狀和食品生產(chǎn)線、汽車生產(chǎn)線、教學(xué)生產(chǎn)線等典型生產(chǎn)線,并以供料單元為載體,學(xué)習(xí)其所用典型元器件的基本工作原理和使用方法,PLC程序設(shè)計(jì)基本指令、編程思想；項(xiàng)目3、項(xiàng)目4、項(xiàng)目5為進(jìn)階模塊,基于加工單元、裝配單元、分揀單元學(xué)習(xí)這三站所用元器件的原理和使用(如變頻器、旋轉(zhuǎn)編碼器、三相異步電機(jī)等),以及復(fù)雜程序設(shè)計(jì)方法；項(xiàng)目6、項(xiàng)目7、項(xiàng)目8、項(xiàng)目9為高級模塊,基于輸送單元、檢測單元和倉儲單元,學(xué)習(xí)伺服電機(jī)、機(jī)器視覺、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人和大數(shù)據(jù)的基本概念、原理及其在自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用；項(xiàng)目10、項(xiàng)目11為綜合應(yīng)用模塊,主要學(xué)習(xí)人機(jī)界面的使用方法,并基于前10個(gè)項(xiàng)目,完成整條生產(chǎn)線的調(diào)試,使其能夠完成一個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。從項(xiàng)目3到項(xiàng)目10均設(shè)有創(chuàng)新訓(xùn)練任務(wù),便于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

表1 自動化生產(chǎn)線技術(shù)課程內(nèi)容

表1(續(xù))

3.3 教學(xué)實(shí)施

自動化生產(chǎn)線技術(shù)課程共計(jì)152課時(shí),教學(xué)進(jìn)程如表2所示,貫穿于機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用型本科專業(yè)二年級和三年級?；A(chǔ)模塊開設(shè)于第三學(xué)期,隨著學(xué)生專業(yè)課程學(xué)習(xí)深度和廣度的增加,進(jìn)階模塊、高級模塊分別開設(shè)于第四、第五學(xué)期。綜合應(yīng)用模塊開設(shè)在第六學(xué)期,便于學(xué)生將知識進(jìn)行融會貫通和綜合應(yīng)用。

表2 自動化生產(chǎn)線技術(shù)課程教學(xué)進(jìn)程

課程實(shí)施小班授課(30人以內(nèi)),以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體,能力培養(yǎng)為主線、實(shí)踐為主要環(huán)節(jié),采用任務(wù)驅(qū)動,小組合作等教學(xué)法開展教學(xué),引導(dǎo)學(xué)生手腦并用,合作學(xué)習(xí),突出對學(xué)生任務(wù)實(shí)施、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、交流溝通、創(chuàng)新思維、學(xué)習(xí)能力和獨(dú)立思考能力等綜合能力的培養(yǎng)。加強(qiáng)課程信息化建設(shè),從課前導(dǎo)學(xué)、課上教學(xué)、課后拓展三階段展開實(shí)施。通過情境創(chuàng)設(shè)、游戲等手段,增強(qiáng)課堂趣味性。合理采用微課、課程網(wǎng)絡(luò)平臺增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。綜合利用虛擬仿真技術(shù)、AR、VR技術(shù),突出教學(xué)重點(diǎn)、化解教學(xué)難點(diǎn)。通過對學(xué)生出勤,課上表現(xiàn)、任務(wù)完成情況進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析,調(diào)整教學(xué)策略,提高教學(xué)質(zhì)量與效率。

3.4 考核評價(jià)

根據(jù)多元智能理論和建構(gòu)主義理論,構(gòu)建多元評價(jià)體系。實(shí)現(xiàn)評價(jià)主體多元化:教師評價(jià)+學(xué)生自評+小組互評；評價(jià)方式多元化:過程性評價(jià)+結(jié)果性評價(jià)、定性評價(jià)+定量評價(jià)。 除閉卷考試外,還可采用匯報(bào)展示、比賽等方式進(jìn)行考核。評價(jià)內(nèi)容多元化:知識評價(jià)+能力評價(jià)+素質(zhì)評價(jià)。并把評價(jià)結(jié)果及時(shí)反饋給學(xué)生,幫助學(xué)生分析問題,樹立自信心,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)教師調(diào)整自己的教學(xué)策略,充分發(fā)揮教學(xué)考核評價(jià)導(dǎo)向功能。

4 運(yùn)行管理

面向《中國制造2025》建設(shè)的自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室,以安全、開放、共享、可持續(xù)的理念進(jìn)行管理,探索建立實(shí)訓(xùn)室考核評價(jià)體系。

安全是實(shí)訓(xùn)室運(yùn)行的前提,既要保證學(xué)生的生命健康安全,又要保證實(shí)訓(xùn)設(shè)備不受損壞。將自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室安全教育作為必修內(nèi)容,融入課堂教學(xué),提醒學(xué)生容易出現(xiàn)安全事故的環(huán)節(jié),要求學(xué)生操作實(shí)訓(xùn)設(shè)備時(shí)必須穿防靜電服,按照正確的步驟，規(guī)范使用工具及調(diào)試儀器。實(shí)訓(xùn)室管理人員定期對實(shí)訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行安全檢查。課后,實(shí)訓(xùn)室對學(xué)生開放,學(xué)生通過組建專業(yè)團(tuán)隊(duì),維護(hù)實(shí)訓(xùn)設(shè)備、及時(shí)報(bào)修,負(fù)責(zé)實(shí)訓(xùn)室課下運(yùn)行,方便學(xué)生課后在實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行創(chuàng)新訓(xùn)練、自主學(xué)習(xí)和自由探索。

加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)室信息化建設(shè),實(shí)訓(xùn)室管理員可通過手機(jī)App實(shí)現(xiàn)對實(shí)訓(xùn)室的遠(yuǎn)程巡查。引進(jìn)實(shí)訓(xùn)室智能化管理系統(tǒng),創(chuàng)建實(shí)訓(xùn)室資源共享平臺,方便培訓(xùn)、參觀等提前預(yù)約。通過對實(shí)訓(xùn)室使用時(shí)間、設(shè)備損壞情況等進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析,為優(yōu)化實(shí)訓(xùn)室管理提供依據(jù)。關(guān)注自動化生產(chǎn)線新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展,及時(shí)引入實(shí)訓(xùn)室,保持實(shí)訓(xùn)設(shè)備的先進(jìn)性,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[12-13]。

將實(shí)訓(xùn)室開放周期、人才培養(yǎng)數(shù)量、獲獎數(shù)量、論文發(fā)表數(shù)量、社會服務(wù)收入,作為實(shí)訓(xùn)室績效考評依據(jù),提高實(shí)訓(xùn)室使用的質(zhì)量與效率[12-13]。

5 結(jié)語

實(shí)訓(xùn)室是開展應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的重要場所,實(shí)訓(xùn)設(shè)備是實(shí)施實(shí)踐教學(xué)的重要載體。

以《中國制造2025》對應(yīng)用型人才的需求為背景,分析當(dāng)前我國職業(yè)院校自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室普遍存在的問題,提出自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方案,開設(shè)自動化生產(chǎn)線技術(shù)課程,改進(jìn)實(shí)訓(xùn)室管理模式,使實(shí)訓(xùn)室優(yōu)質(zhì)高效地服務(wù)于教育教學(xué),提高學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展能力和創(chuàng)新能力,滿足《中國制造2025》對高端應(yīng)用型人才的需求。