甘肅省職業(yè)技能公共實訓中心功能定位研究

蔣凌鋒 王慶彥

（甘肅能源化工職業(yè)學院，甘肅 蘭州 730207）

0 前言

甘肅省職業(yè)技能公共實訓中心位于蘭州新區(qū)職教園共享區(qū)中部北端，規(guī)劃設計分為前樓和五大主樓兩部分，主體三層結構，局部二層，總建筑面積4.78萬平方米。該中心以實訓為載體，以支柱產(chǎn)業(yè)技能人才培養(yǎng)為重點，旨在打造全國一流、西部領先的高端技術人才培訓基地。

1）現(xiàn)代智能制造實訓與技術研發(fā)模塊

甘肅省智能制造綜合實訓中心是貫徹落實同濟大學與甘肅省人民政府戰(zhàn)略合作，積極對接工業(yè)4.0與中國制造2025，努力打造甘肅省新型人才培養(yǎng)的高地，智能化、信息化、現(xiàn)代化的平臺，教學做合一與產(chǎn)學研一體的基地的重要舉措，對實現(xiàn)科技成果轉化、帶動區(qū)域現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展具有里程碑意義。

該項目建設設備及配套軟件投資2458萬元，建筑面積2000平方米，內(nèi)容包括“工業(yè)4.0”智能工廠示范生產(chǎn)線、智能制造能源管理示范系統(tǒng)、設備故障診斷和預測性維護示范系統(tǒng)、產(chǎn)品全生命周期管理基礎實驗室、嵌入式控制和數(shù)據(jù)采集操作實驗室等五個模塊。

為了促成項目落地，蘭州新區(qū)職教園區(qū)管委會多次與同濟大學中德工程學院、蘭州交通大學協(xié)商。三方共同積極努力，破解體制、經(jīng)費等問題，以“力量互補、協(xié)同共建、傾斜支持”為宗旨，以“平等、互補、協(xié)作、共贏”為原則，在蘭州新區(qū)職教園區(qū)建設甘肅省智能制造綜合實訓中心（同時加掛同濟大學工業(yè)4.0-智能工廠實驗室西北中心）。建成后，由蘭州新區(qū)職教園區(qū)管委會統(tǒng)一管理，同濟大學中德工程學院負責整體方案設計、技術把關、師資培訓、國際交流和科研成果轉化，蘭州交通大學提供具體技術支撐，保障良好運行。

2）現(xiàn)代化工安全與生產(chǎn)技術模塊

該中心占地3600平方米，共8個實訓室，283套設備，可實現(xiàn)320人同時培訓，是全國目前最大的化工類實訓基地。實訓室團體培訓中心共有168個工位，安裝145套北京東方仿真軟件，用于學生仿真實習，可進行化工總控工、操作工、檢驗工、甲醇工、燃料油工技能鑒定，現(xiàn)場PC可以一鍵啟動升降或學員自由啟動。該中心依靠先進的軟硬設備，通過資源共享、政企共建，深入開展校校合作、校企合作。自2018年8月建成以來，已多次承擔中國化工教育協(xié)會全國高校、高職院校師資培訓，甘肅省內(nèi)高校、高職學生實訓，及承辦多次職教園區(qū)職業(yè)院校技能大賽。該中心服務入園院校，助推園區(qū)職業(yè)教育發(fā)展，對接蘭州新區(qū)精細化工產(chǎn)業(yè)園，面向全省，引領西北，示范全國。

3）現(xiàn)代物流技術培訓與服務拓展模塊

該中心總建筑面積2700平方米，設備投資1900萬，軟硬件設備100多套，是甘肅省“職業(yè)教育助城鎮(zhèn)化建設”、對接“精準扶貧”和“一帶一路”經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略的建設項目之一，主要服務于蘭州新區(qū)及甘肅省陸港物流、商貿(mào)物流、醫(yī)藥物流等產(chǎn)業(yè)群的發(fā)展，面向全社會，是以中、高級職業(yè)技術和職業(yè)技能為主要培訓方向的大型綜合人才培養(yǎng)基地。

該中心主要包括：自動化立體倉庫區(qū)、閣樓貨架分揀區(qū)、穿梭車密集存儲區(qū)、重型貨架存儲區(qū)、物流軟件及智能化監(jiān)控實訓區(qū)五大區(qū)域，配備有工業(yè)級AGV自動搬運機器人、拆垛碼垛機器人、自動打包機及貨到人自動化分揀系統(tǒng)等先進設備，可同時滿足50多個崗位的教學實訓及職業(yè)培訓，中心現(xiàn)有倉管員、快遞員、叉車操作員、物流管理師等多個職業(yè)工種的鑒定資質(zhì)，同時可承接甘肅省及全國物流相關專業(yè)的職業(yè)技能競賽。

4）現(xiàn)代控制技術中心模塊

現(xiàn)代控制技術中心涵蓋基礎控制、運動控制、過程控制三大領域，共7個實訓室，建筑面積3600平方米，主要設備有157臺（套），能同時容納320人開展技能培訓學習。

該中心的主要實訓設備全部選用西門子、費斯托、ABB等國際知名企業(yè)產(chǎn)品，緊跟現(xiàn)代控制技術發(fā)展。同時，與西門子（中國）有限公司等達成合作協(xié)議，現(xiàn)為西門子SCE教師培訓中心和西門子工業(yè)技術培訓中心，也是西門子在中國的第八大培訓中心，引入西門子課程體系和先進工程技術，定期選拔骨干教師赴德國學習，頒發(fā)西門子相應的課程培訓證書。該中心已開展甘肅省SCE師資培訓一期，后續(xù)將為世界技能大賽工業(yè)控制項目的中國參賽隊提供走訓服務。

1 綜合實訓中心設計思路

按照《公共實訓中心建設頂層設計》，借鑒天津市海河教育園區(qū)中國天津職業(yè)技能公共實訓中心建設經(jīng)驗，結合國家發(fā)展戰(zhàn)略和西部產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，確定建設四大特色領域的實訓中心，即現(xiàn)代智能制造實訓與技術研發(fā)、現(xiàn)代物流技術培訓與服務拓展、現(xiàn)代化工安全與生產(chǎn)技術模擬、現(xiàn)代控制技術師資培訓。實訓中心共包含42個實訓室，覆蓋60多個專業(yè)，可同時容納2500人實訓，年培訓和職業(yè)資格鑒定能力8萬人次。

該公共實訓中心以“面向新區(qū)，服務全省，創(chuàng)新模式，引領西部”的思路，凸顯“先進性、示范性、適用性、公共性、展示性”，真正打造集產(chǎn)、學、研、培、賽為一體的新型現(xiàn)代職業(yè)教育平臺。

2 綜合實訓中心服務定位

公共實訓中心以提供中高端職業(yè)技能實訓為主，同時為甘肅省及西部職業(yè)院?！半p師型”教師培訓、社會勞動力轉移及再就業(yè)培訓、蘭州新區(qū)企業(yè)員工技術培訓、各類科研機構及企業(yè)技術攻關和科普活動提供相關服務。

該中心在建設規(guī)模和技術先進性方面均處于國內(nèi)一流水平。為甘肅省職業(yè)院校和物流相關企業(yè)在教學、科研、社會勞動力轉移培訓、崗位技能鑒定、產(chǎn)教融合等多方面發(fā)揮了積極的作用，助推了蘭州新區(qū)的發(fā)展。

3 代表性實訓中心建設剖析——智能制造綜合實訓中心“工業(yè)4.0-智能工廠”實訓室

“工業(yè)4.0”作為未來工業(yè)發(fā)展的趨勢，對人才培養(yǎng)、關鍵技術研發(fā)和應用提出了重大挑戰(zhàn)。智能制造對系統(tǒng)型、復合型、創(chuàng)新型人才的需求，以及企業(yè)對人才解決實際問題能力的需求，迫切需要新的教學培訓方式。

智能制造綜合實訓中心“工業(yè)4.0-智能工廠”實驗室以新穎獨特的教育機器人（智能小車）的生產(chǎn)作為范例，在真實的工業(yè)級生產(chǎn)環(huán)境中，完整演示與真實企業(yè)類似的制造流程，體現(xiàn)了個性化定制、智能自動組裝、制造信息集成、數(shù)字孿生、預測性維護等“工業(yè)4.0”的核心理念、特征和關鍵技術。

該實驗室將為培養(yǎng)和孵化面向未來的卓越工程師，提高我國特別是甘肅智能制造關鍵技術的研發(fā)能力和成果轉化能力，提供實踐教學和科研的良好平臺。

圖1 智能制造生產(chǎn)線總體布局

3.1 實訓室生產(chǎn)線模擬

智能制造生產(chǎn)線由智能物流系統(tǒng)、輸送線、數(shù)控加工系統(tǒng)、激光鐳射工位、自動裝配和視覺檢驗系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)共七部分組成，可實現(xiàn)教育機器人的設計、仿真、驗證、自動加工、自動檢測、自動裝配、自動質(zhì)檢、自動入庫等功能。

中央控制臺有6工位，分別為制造執(zhí)行MES、產(chǎn)品研發(fā)PLM、虛擬現(xiàn)實VR、刀具檢測、數(shù)據(jù)BI展示和AGV小車。

以教育機器人（智能小車）的生產(chǎn)作為范例，其生產(chǎn)過程如下：

1）在APP訂單系統(tǒng)下發(fā)產(chǎn)品訂單（可根據(jù)演示情況實際操作創(chuàng)建訂單），訂單系統(tǒng)向PLM（產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)）平臺傳輸訂單數(shù)據(jù)，自動創(chuàng)建訂單，發(fā)起“產(chǎn)品生產(chǎn)制造”流程。

2）PLM對產(chǎn)品物料、BOM及圖文檔數(shù)據(jù)進行管理。根據(jù)訂單信息，實現(xiàn)產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的自動創(chuàng)建，構建“產(chǎn)品數(shù)字化雙胞胎”。根據(jù)產(chǎn)品制造工藝，構建“生產(chǎn)工藝數(shù)字化雙胞胎”。

3）工藝仿真和虛擬調(diào)試系統(tǒng)，對生產(chǎn)線進行仿真驗證，通過虛擬仿真調(diào)試機，進行生產(chǎn)線虛擬調(diào)試，構建“生產(chǎn)數(shù)字化雙胞胎”。

4）PLM將工藝結構信息、數(shù)控程序等傳輸?shù)組ES（制造執(zhí)行系統(tǒng)），MES控制工單在現(xiàn)場的執(zhí)行過程。

5）原料與載具出庫。根據(jù)產(chǎn)品的不同，智能小車所需的原料由各堆垛機自動撿取后，進入上、中、下三層小車裝配支線。小車上層裝配主要給上層PCB板裝配零部件模塊，還包括一個銘牌的數(shù)控加工，數(shù)控機床根據(jù)個性化信息執(zhí)行。小車中間層裝配與上層裝配類似，零部件數(shù)量相對較少，只需插接一個蜂鳴器。小車下層裝配單元需要在小車下層裝配傳感器。

小車總裝1裝配中層和下層，小車總裝2裝配上層和總裝1部件。小車程序燒錄、自檢主要功能是給已經(jīng)裝配好的小車進行燒錄程序以及自檢。

6）智能鐳射及產(chǎn)品入庫鐳射機在小車銘牌上進行打碼，二維碼根據(jù)訂單信息個性化定制。鐳射完成后，定位機構放行。最后出料由AGV接走，送至成品庫。

在完成教育機器人生產(chǎn)的過程中，產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，如訂單數(shù)據(jù)、庫存數(shù)據(jù)、各個工站的能源利用數(shù)據(jù)、數(shù)控機床和機器人的設備狀態(tài)數(shù)據(jù)、機械振動數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)背后蘊含著豐富的價值，可以用于多種工業(yè)場景中，如預測設備健康狀態(tài)和剩余生命周期、分析訂單、能源、產(chǎn)品質(zhì)量、設備利用率等多個因素之間的關系等。

3.2 實訓室工業(yè)大數(shù)據(jù)分析

工業(yè)大數(shù)據(jù)基礎平臺包括采集終端數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)存儲、大數(shù)據(jù)分析實時計算、離線計算、數(shù)據(jù)交換、平臺管理等功能，是設備故障預測、大數(shù)據(jù)分析應用等的基礎。

設備故障預測與健康管理（PHM）系統(tǒng)，基于信息物理系統(tǒng)（CPS）分析方法，實現(xiàn)對設備狀態(tài)的實時監(jiān)測、健康狀況分析、預測、可視化、信息互聯(lián)化，從而達到提高生產(chǎn)效率、降低停機維修頻度和降低能耗的目標。

工業(yè)大數(shù)據(jù)分析應用基于機器學習、人工智能等建立的適應性模型，將數(shù)據(jù)獲取與生成納入整個研究流程，實現(xiàn)快速生成大量模擬加工數(shù)據(jù)，并采用深度網(wǎng)絡模型建立刀具磨損預測模型、產(chǎn)品交貨周期預測模型等，完整展示了工業(yè)大數(shù)據(jù)采集、存儲和分析應用的全過程。

3.3 實訓室使用功能

為了促進智能制造與甘肅省各相關產(chǎn)業(yè)的對接，引領企業(yè)轉型升級，該中心還將定期（約1-2月1次）舉辦“智能制造高端研修班”。為了推動蘭州新區(qū)職教園區(qū)智能制造人才培養(yǎng)，就智能制造中涉及的關鍵技術與園區(qū)學校聯(lián)合進行課程開發(fā)。

實驗室平臺的建立是一個良好契機，未來該中心將通過該平臺，展示“工業(yè)4.0”智能制造的先進理念，引領企業(yè)智能制造實踐；采用教學、培訓、比賽等多種形式，拓寬人才培養(yǎng)渠道和質(zhì)量；面向企業(yè)技術更新需求，支撐科研項目研究和企業(yè)發(fā)展。

該中心能完成機械相關領域15個工種的職業(yè)技能鑒定工作，可作為甘肅省機械行業(yè)技術人才培訓基地，承接甘肅省、西部地區(qū)機械行業(yè)職工及學生技能大賽，努力建設為世界技能大賽中國集訓基地。

該中心主要服務于蘭州新區(qū)及甘肅省加工制造業(yè)、汽車制造業(yè)等產(chǎn)業(yè)群的發(fā)展，充分利用高端數(shù)控機床等設備，承擔企業(yè)一定的生產(chǎn)訂單，促進職業(yè)教育與甘肅省區(qū)域裝備制造產(chǎn)教深度融合。

4 結語

綜上所述，高校綜合實訓室建設使用功能由傳統(tǒng)的單一模式，逐步邁向多元化、精細化、專業(yè)化。

綜合實訓室的建立，其功能性主要體現(xiàn)在五個特色，即滿足學生教學實訓要求、提升學生職業(yè)技能培訓、提供職業(yè)技能鑒定平臺、開展職業(yè)技能競賽、推動職業(yè)教育新技術研發(fā)，形成互聯(lián)網(wǎng)＋專業(yè)實踐+教育+大數(shù)據(jù)模式，將大數(shù)據(jù)融入教學實訓任務。通過服務器部署，學生可根據(jù)自身需求，量身選擇課程，在平臺預習、學習、復習，完成學習閉環(huán)。學習結果接入大數(shù)據(jù)庫，能分析學員培訓時長、成績對比圖等，為學校乃至行業(yè)提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。學生在現(xiàn)代教育教學模式下，可以更快、更好掌握學科技能，適應社會行業(yè)的發(fā)展，提高自身競爭力；教師也擁有了更廣闊的操作平臺，錘煉自己的教學技能和實操能力，提高科研水平，更好服務于學生。

同時，綜合實訓室的建設，需要適應當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展需求，立足服務于當?shù)亟逃徒?jīng)濟，形成產(chǎn)教融合的新型服務鏈。這不僅減輕了社會人員的就業(yè)壓力，也為企業(yè)的技術研發(fā)注入了新的活力。實訓流程及設備采用，最大化與國際行業(yè)內(nèi)領先技術接軌，創(chuàng)造新型實訓環(huán)境，加大與企業(yè)的合作力度，達到學校和企業(yè)共贏的目的。使公共實訓中心突出現(xiàn)代化、國際化和個性化的特點，在對接“一帶一路”戰(zhàn)略、助推城鎮(zhèn)化建設、精準扶貧、就業(yè)與再就業(yè)等方面發(fā)揮作用。