基于“智能工程專業(yè)集群”實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的探索

重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院 張姣 黨曉圓 王瑞芳

引言

地方本科高校的存在意義在于為地方及地方產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)更多的專業(yè)應(yīng)用型人才，更好的為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展[1]。為了解決大學(xué)生結(jié)構(gòu)性就業(yè)矛盾，改變不合理的人才培養(yǎng)機(jī)制，根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)人才的需求，結(jié)合學(xué)校專業(yè)建設(shè)基礎(chǔ)，設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的專業(yè)集群，通過專業(yè)集群建設(shè)，帶動(dòng)群內(nèi)專業(yè)發(fā)展[2]。專業(yè)集群的構(gòu)建要遵守聚集原則，且有結(jié)構(gòu)層次的要求[3]?？紤]到我院已有電氣工程及其自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、機(jī)器人工程等本科專業(yè)。其中電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)是學(xué)院最早招生的專業(yè)之一，也是重慶市特色專業(yè)，其特色是“智能控制”。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)也開設(shè)較早，專業(yè)方向?yàn)椤爸悄苤圃臁?。機(jī)器人工程專業(yè)為新開設(shè)專業(yè)，偏向于工業(yè)機(jī)器人。在國(guó)家積極助推專業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整的大背景下，學(xué)院通過集中優(yōu)勢(shì)專業(yè)，于2019 年進(jìn)行“智能工程專業(yè)集群”建設(shè)，該專業(yè)集群立足專業(yè)、貼近行業(yè)、服務(wù)企業(yè)，以重慶及周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展為導(dǎo)向，著力提高學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)理論基礎(chǔ)扎實(shí)、動(dòng)手能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高、具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型人才。

1 實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)需求

目前我院開設(shè)有電氣工程及其自動(dòng)化、機(jī)器人工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化等專業(yè)集群內(nèi)的專業(yè)。此外，還在進(jìn)行軌道交通信號(hào)與控制、機(jī)械電子工程、車輛工程、自動(dòng)化、“智能制造工程師班”等專業(yè)的建設(shè)。在學(xué)院建設(shè)經(jīng)費(fèi)、師資有限的情況下，進(jìn)行基于“智能工程專業(yè)集群”的實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，包括校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地和校外實(shí)訓(xùn)基地，有助于各專業(yè)實(shí)訓(xùn)資源的完善和共享。校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地要對(duì)集群內(nèi)所有專業(yè)的學(xué)生和老師開放，學(xué)生可以跨專業(yè)、院系共享該實(shí)踐基地提高實(shí)踐能力，老師可以通過該實(shí)踐基地提升科研水平[4]。通過“智能工程專業(yè)集群”內(nèi)部各專業(yè)之間的資源共享機(jī)制，不但增強(qiáng)了專業(yè)集群內(nèi)各專業(yè)之間的凝聚力，同時(shí)也降低了集群內(nèi)各專業(yè)建設(shè)的成本，也有利于新開設(shè)專業(yè)的發(fā)展。除了要滿足集群內(nèi)專業(yè)人才培養(yǎng)需求外，為了充分利用學(xué)院資源，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)還應(yīng)盡量滿足其他相關(guān)專業(yè)，如自動(dòng)化、機(jī)械電子工程等專業(yè)及“智能制造工程師班”對(duì)認(rèn)知實(shí)習(xí)、項(xiàng)目式實(shí)踐教學(xué)、實(shí)驗(yàn)課程、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的需求。

2 校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)

實(shí)訓(xùn)基地是應(yīng)用型工科人才培養(yǎng)的重要教學(xué)條件，是培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神的關(guān)鍵[5]。考慮“智能工程專業(yè)集群”及其他相關(guān)專業(yè)發(fā)展需求，結(jié)合實(shí)踐類課程體系劃分為認(rèn)知層、實(shí)踐層和拓展層的課程框架特點(diǎn)，還要立足國(guó)內(nèi)外智能制造、機(jī)器人相關(guān)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)[6]。按照“操作性強(qiáng)，學(xué)生參與程度高，性價(jià)比高，可持續(xù)發(fā)展”的原則，構(gòu)建智能制造實(shí)訓(xùn)基地。該實(shí)訓(xùn)基地由三部分組成，分別為智能制造生產(chǎn)線、數(shù)控機(jī)床實(shí)訓(xùn)區(qū)和工業(yè)機(jī)器人裝調(diào)和基礎(chǔ)應(yīng)用區(qū)。其中智能制造生產(chǎn)線采用模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)工作站可單獨(dú)開展實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，且各工作站可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，完成一個(gè)完整的生產(chǎn)加工任務(wù)。整個(gè)實(shí)訓(xùn)基地可以滿足“智能工程專業(yè)集群”建設(shè)對(duì)專業(yè)課程實(shí)訓(xùn)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的需求，同時(shí)還可以滿足智能工程學(xué)院其他專業(yè)如“智能制造工程師班”、自動(dòng)化、機(jī)械電子工程等專業(yè)的部分專業(yè)課程實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的需要。

2.1 智能制造生產(chǎn)線

智能制造生產(chǎn)線主要由智能倉(cāng)庫(kù)單元、AGV 物料單元、機(jī)械加工單元、機(jī)器人鐳雕單元、機(jī)器人裝配單元、機(jī)器人自動(dòng)擰釘單元、機(jī)器人視覺檢測(cè)單元、自動(dòng)輸送線單元、PLC 總控系統(tǒng)單元、信息化管理系統(tǒng)單元構(gòu)成。該生產(chǎn)線具備生產(chǎn)加工和教學(xué)實(shí)訓(xùn)功能，可滿足“智能工程專業(yè)集群”內(nèi)專業(yè)對(duì)《電氣控制與PLC 技術(shù)》《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》《工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)》《工業(yè)機(jī)器人編程與應(yīng)用》《工業(yè)機(jī)器人傳感器技術(shù)》《機(jī)器人視覺與檢測(cè)技術(shù)》《機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》《機(jī)器人綜合設(shè)計(jì)》《工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成》等實(shí)踐課程或環(huán)節(jié)的需求。該生產(chǎn)線還能滿足“智能制造工程師班”《智能制造項(xiàng)目實(shí)踐》《工程應(yīng)用實(shí)踐》等項(xiàng)目式教學(xué)的需要。亦可服務(wù)于其他相關(guān)專業(yè)，開展校內(nèi)《畢業(yè)實(shí)習(xí)》《畢業(yè)設(shè)計(jì)》。

其中智能倉(cāng)庫(kù)單元由每個(gè)倉(cāng)位具備料檢測(cè)功能的立體倉(cāng)庫(kù)、具備X、Y、Z 方向移動(dòng)的堆垛機(jī)、可與PLC 進(jìn)行實(shí)時(shí)通信的控制系統(tǒng)組成。立體倉(cāng)庫(kù)的倉(cāng)位可以自行分配為原料庫(kù)或成品庫(kù)。AGV 物料單元的AGV 小車采用磁導(dǎo)技術(shù)，車身安裝有多個(gè)傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)障礙物，并反饋給小車，避免發(fā)生碰撞。小車表面設(shè)計(jì)為滾筒模式，具有定位于加緊機(jī)構(gòu)，用于料盤的準(zhǔn)確輸送對(duì)接。

機(jī)械加工單元采用T-850L 立式加工中心，由于Z 軸采用高剛性的硬軌，X、Y 軸采用的是具有高速移動(dòng)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副，使機(jī)床高速進(jìn)給時(shí)震動(dòng)小，低速進(jìn)給時(shí)無爬行，兼?zhèn)淞司€軌機(jī)的高速性和硬軌機(jī)的高剛性，所以廣泛適用于機(jī)械制造業(yè)、模具制造業(yè)及其他行業(yè)加工，特別是汽車制造業(yè)和摩托車制造業(yè)。工件在一次裝夾后可以自動(dòng)連續(xù)地完成銑、鉆、鏜、擴(kuò)、鉸、锪、攻絲等多種工序的加工，適用于大批量生產(chǎn)。

機(jī)器人鐳雕單元采用激光鐳雕機(jī)，該類鐳雕機(jī)采用先進(jìn)的鐳射技術(shù)，具有脈沖短、光速質(zhì)量?jī)?yōu)異、精度高、峰值功率高，調(diào)制評(píng)率高等特點(diǎn)，顯著減少熱熔效應(yīng)，達(dá)到完美的標(biāo)記效果，尤其適合于塑膠等非金屬材料的標(biāo)記；機(jī)身全封閉的諧振腔使內(nèi)部光學(xué)器件免受灰塵和潮濕的污染，壽命長(zhǎng)，衰減小。機(jī)器人鐳雕、裝配、視覺檢測(cè)單元配備華數(shù)機(jī)器人，自動(dòng)擰釘單元采用ABB 機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)不同品牌和型號(hào)機(jī)器人的實(shí)訓(xùn)，其中機(jī)器人視覺檢測(cè)單元采用?？低暤囊曈X檢測(cè)系統(tǒng)。

2.2 數(shù)控機(jī)床實(shí)訓(xùn)區(qū)

該實(shí)訓(xùn)區(qū)擁有3 臺(tái)數(shù)控機(jī)床，支持學(xué)生進(jìn)行數(shù)控車床的操作加工、編程?？梢詭椭鷮W(xué)生掌握數(shù)控系統(tǒng)的原理和組成、連接與調(diào)試、參數(shù)設(shè)置與調(diào)整、數(shù)控代碼編程及交流伺服系統(tǒng)的構(gòu)成、調(diào)整及使用。滿足“智能工程專業(yè)集群”內(nèi)專業(yè)對(duì)數(shù)控車床實(shí)踐能力培養(yǎng)及學(xué)科競(jìng)賽零件加工的需求，同時(shí)還滿足了“智能制造工程師班”對(duì)《數(shù)控加工工藝與編程》《機(jī)械制造項(xiàng)目實(shí)踐》《工程工藝項(xiàng)目實(shí)踐》等項(xiàng)目式教學(xué)的需求。

2.3 機(jī)器人裝調(diào)和基礎(chǔ)應(yīng)用區(qū)

該實(shí)訓(xùn)區(qū)共有6 個(gè)機(jī)器人拆裝工作臺(tái)，支持35 名學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人的拆裝、夾具的裝調(diào)可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的碼垛、搬運(yùn)、軌跡控制。可以幫助學(xué)生進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人本體拆卸、裝配、關(guān)鍵零部件的基本結(jié)構(gòu)認(rèn)知。并熟練掌握工業(yè)機(jī)器人的基本操作、示教編程、裝配精度測(cè)試、調(diào)整及其典型功能應(yīng)用。能夠滿足“智能工程專業(yè)集群”內(nèi)專業(yè)對(duì)《工業(yè)機(jī)器人技術(shù)》《工業(yè)機(jī)器人維護(hù)與應(yīng)用技術(shù)》《機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與機(jī)構(gòu)學(xué)課程設(shè)計(jì)》等實(shí)訓(xùn)課程需求。

3 校外實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)

專業(yè)集群建設(shè)的規(guī)律在于積極主動(dòng)與社會(huì)產(chǎn)業(yè)和行業(yè)結(jié)構(gòu)、職業(yè)崗位的不斷變化調(diào)整相適應(yīng)[7]。協(xié)同發(fā)展是實(shí)現(xiàn)高校專業(yè)集群和區(qū)域產(chǎn)業(yè)集群共同前進(jìn)的根本保證，而產(chǎn)教融合是實(shí)現(xiàn)兩者協(xié)同發(fā)展的先決條件，衡量高校應(yīng)用專業(yè)集群建設(shè)的優(yōu)劣程度，主要還是看其是否形成產(chǎn)教融合的有效機(jī)制[8]。重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本著“資源共享、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、共同發(fā)展”的原則，積極搭建、拓展校企合作平臺(tái)。依托校企合作平臺(tái)資源，深化產(chǎn)教融合，協(xié)同育人，促進(jìn)人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展共贏。目前，重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院已經(jīng)與重慶紅億機(jī)械有限公司、國(guó)家電投重慶合川發(fā)電有限公司、重慶大江動(dòng)力設(shè)備制造有限公司、重慶華數(shù)機(jī)器人有限公司、重慶奧爾瑪裝能裝備科技有限公司等重慶本土企業(yè)簽訂了校企合作協(xié)議，建立校外實(shí)訓(xùn)基地，并開展了一系列實(shí)質(zhì)性的校企合作項(xiàng)目。企業(yè)根據(jù)行業(yè)發(fā)展需求指導(dǎo)專業(yè)人才培養(yǎng)方案的修訂，學(xué)校派教師到企業(yè)工程實(shí)踐鍛煉，參與企業(yè)項(xiàng)目，提升實(shí)踐能力。學(xué)校聘請(qǐng)企業(yè)高級(jí)工程師為學(xué)校的兼職教授，引領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)行業(yè)發(fā)展前沿，了解企業(yè)需要的技能。校企聯(lián)合舉辦“智能制造工程師班”，實(shí)踐“企業(yè)進(jìn)課堂，課堂融行業(yè)”的“2.5+1.5”人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具備“工匠”特質(zhì)的智能制造工程師。校外實(shí)習(xí)基地的建設(shè)給學(xué)生提供了進(jìn)入企業(yè)進(jìn)行認(rèn)知實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)的機(jī)會(huì)，拓展了學(xué)生的視野，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)力。我校聘請(qǐng)企業(yè)高級(jí)工程師擔(dān)任畢業(yè)生的校外指導(dǎo)老師，企業(yè)導(dǎo)師全程參與到畢業(yè)設(shè)計(jì)題目出題，指導(dǎo)、答辯等全過程。來自企業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目源于企業(yè)研究性課題，工程應(yīng)用性強(qiáng)，能夠提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、資料檢索能力和工程轉(zhuǎn)化能力。通過建設(shè)校外實(shí)訓(xùn)基地，實(shí)現(xiàn)校企高度融合、協(xié)同育人，促進(jìn)教育鏈、人才鏈、產(chǎn)業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈有機(jī)銜接，落實(shí)科教興國(guó)戰(zhàn)略，進(jìn)一步服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

4 創(chuàng)新中心建設(shè)

學(xué)院依托自身在學(xué)科競(jìng)賽中的優(yōu)勢(shì)，積極開展機(jī)器人創(chuàng)新中心、工程訓(xùn)練創(chuàng)新中心、電氣工程創(chuàng)新中心、嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新中心共4 個(gè)創(chuàng)新中心建設(shè)，為學(xué)生參加各類競(jìng)賽提供了實(shí)踐場(chǎng)所。截止目前，“智能工程專業(yè)集群”內(nèi)專業(yè)的學(xué)生參加了校內(nèi)第三屆創(chuàng)意科技文化節(jié)“行者杯”電能小車大賽、焊接技能大賽。此外，學(xué)生還參加了中國(guó)教育機(jī)器人大賽、中國(guó)工程機(jī)器人大賽暨國(guó)際公開賽、“恩智浦杯”智能汽車競(jìng)賽、“西門子杯”中國(guó)智能制造挑戰(zhàn)賽、中國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“合泰杯”單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競(jìng)賽，“TI 杯”重慶市大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽等省部級(jí)、國(guó)家級(jí)學(xué)科競(jìng)賽，獲得過全國(guó)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)的好成績(jī)。競(jìng)賽為師生深度溝通與交流提供了便捷的平臺(tái)，做到了以賽促教，以賽促學(xué)。通過參加學(xué)科競(jìng)賽，可以提高、夯實(shí)學(xué)生的專業(yè)技能，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，提升學(xué)生解決實(shí)際問題和復(fù)雜問題的能力，且有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、吃苦耐勞的精神。4 個(gè)創(chuàng)新中心的建設(shè)除為參賽作品的制作、調(diào)試、測(cè)試提供了場(chǎng)所外，還便于把構(gòu)成“智能工程專業(yè)集群”的不同專業(yè)的學(xué)生匯聚到一起，群內(nèi)各專業(yè)相互交流借鑒、取長(zhǎng)補(bǔ)短必將激發(fā)新的思想、產(chǎn)生新的方法、碰撞出新的靈感[9]。

基于“智能工程專業(yè)集群”實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)，通過群內(nèi)各專業(yè)間的實(shí)踐資源共享，不但滿足了新開設(shè)的機(jī)器人工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程、實(shí)踐環(huán)節(jié)的需求，集群內(nèi)的其他專業(yè)及集群外的相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)條件得到了明顯的改善。通過基于專業(yè)集群的實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)，各專業(yè)可以充分利用共同的行業(yè)背景、實(shí)訓(xùn)基地，共同的師資隊(duì)伍，進(jìn)一步形成實(shí)訓(xùn)群，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，提高服務(wù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展能力。