智能制造背景下高水平技術技能人才培養實訓體系構建研究與實踐
——以陜西工業職業技術學院機械制造與自動化國家級專業群建設為例
作者:劉艷申 鄔 凱 潘冠廷
發布時間:2025-05-27 08:44:32 來源:陜西教育·高教
[摘 要]制造業的迅猛發展,對人才提出了新的要求,智能制造成為未來制造業發展的重要趨勢和核心內容。陜西工業職業技術學院機械制造與自動化專業群先行先試,依托國家雙高專業群建設,分析智能制造背景下裝備制造行業對技術技能人才的需求,聚焦高水平技術技能人才培養,通過重構實訓教學體系框架和實訓課程體系,系統優化實訓體系。在實踐中,與行業頭部企業共建高水平實訓基地,用企業典型項目進行實景教學與雙元育人,開發循序漸進的閉環實訓項目庫,打造產教融合、協同創新的高水平實訓基地,實現了人才培養質量提升,為職業教育的高質量發展提供了陜工方案。
[關鍵詞]智能制造 人才培養 校企合作 實訓體系
基金項目:2023年度陜西高等職業教育教學改革研究項目“數字化精密制造領域校企合作典型生產實踐項目建設與實踐研究”(23GY009)。
中圖分類號:G521 文獻標志碼:A
制造業發展背景
1.制造業國際發展
當今,發達國家普遍高度重視制造業發展,將智能制造作為關鍵戰略的重要舉措,以維持和增強其在全球市場上的競爭力。智能制造作為一種前瞻性的制造模式,涵蓋了信息技術、自動化技術、物聯網技術等多個領域的綜合運用,目的在于實現制造過程的高度智能化、柔性化和高效化。
德國工業4.0是德國政府提出的智能制造發展戰略,旨在引領制造業轉型,實現數字化、網絡化和智能化的制造模式。美國智能制造戰略以物聯網、大數據、云計算等先進技術為核心,推進制造業的轉型升級。日本的創新25戰略是為了推進制造業高度智能化、集成化的智能制造技術體系建設,目的在于通過引入先進的自動化和機器人技術,不斷優化生產流程,提高制造業的靈活性和生產效率。這些國家的智能制造戰略不僅推動了本國制造業的發展,還對全球制造業產生了深遠影響。在國際發展背景下,各國都意識到智能制造的重要性和發展趨勢,紛紛加強技術創新和人才培養,以提高自身在智能制造領域的競爭力。
2.制造業國內發展
(1)政策引領和國家戰略
中國作為制造業大國,黨和政府高度重視智能制造的發展,并采取了一系列政策,以推動制造業的轉型升級和高水平技術人才的培養。《中國制造2025》計劃作為推動制造業轉型升級的行動綱領,旨在通過政府引導和整合資源,實施一系列重大工程,包括國家制造業創新中心建設、智能制造、工業強基、綠色制造、高端裝備創新等,以推動制造業的技術創新和智能化發展。習近平總書記在多個重要場合強調了裝備制造業的高質量發展,將其作為實現“兩個一百年”奮斗目標的重要支撐,并指出,裝備制造業是國之重器,是實體經濟的重要組成部分,要把握優勢,乘勢而為,做強做優做大。
“制造強國”戰略強調,要加快推進制造業高質量發展,推動制造業高端化、智能化、綠色化發展,加快建設制造強省,為中國制造業的發展和高水平技術人才的培養提供了明確的指導和框架。
(2)地方發展規劃
陜西省“十四五”制造業高質量發展規劃是陜西省在國家戰略指導下制定的重要規劃,目的在于推動本省裝備制造業的快速發展,特別是高端裝備制造業的發展。西安市“十四五”產業發展規劃將裝備制造業定位為重點產業,意在全面提升本市產業的能級和核心競爭力,還強調要加強人才培養和引進,為裝備制造業提供高水平的技術技能人才支持,以滿足產業快速發展的需求。
制造業發展對技術技能人才需求變化
1.制造業發展對技術技能人才需求特征
智能制造裝備行業已形成“軟硬并重、系統集成、互聯互通”的產業鏈。其中,智能制造關鍵裝備作為智能制造體系的設備層,是基礎;智能制造裝備集成作為行業發展重點,擁有廣闊的市場,是關鍵;智能制造裝備應用是利用集成好的智能制造生產裝備開展自動化生產活動,是核心。
隨著《中國制造2025》實施,我國裝備制造產業的生產技術、生產過程以及組織性發生很大變化,產業崗位職能呈現出交叉融合的特點。行業的變化對畢業生的崗位普適性和職業遷移能力提出了更高要求。智能制造企業急切需求具備“設計、生產、管理、服務”能力的復合型人才。
2.智能制造行業對技術技能人才需求
依據全國機械職業教育教學指導委員會2018年的《智能制造機械行業人才需求與職業院校專業設置指導報告》,智能制造裝備集成企業所需的主要崗位是機械設計、電氣設計、機械裝配調試、電氣安裝調試、智能制造系統規劃、智能制造系統軟件開發。智能制造生產企業所需崗位及人才主要是現場操作、數字化設計師、生產數據分析員、設備維護維修員、工藝編程員、系統協調員。
為了進一步分析智能制造行業對技術技能人才的需求,陜西工業職業技術學院機械制造與自動化專業群以問卷方式對陜西、北京、上海、廣東、江蘇、浙江、河南、河北等十四個省、自治區、直轄市的64家國內大、中型制造企業進行了調研,對獲取資料和信息進行綜合統計分析,最終得出以下結論。
(1)崗位能力需求
高職專科機械制造類專業畢業生的就業崗位主要有生產一線設備操作員、車間工藝員、車間技術員、產品設計員、機械質檢員、機電設備安裝調試與維修員、生產現場管理員等,其中設備操作員崗位用工需求量最大,車間工藝員和機電設備安裝調試及維修員崗位其次。在調研中發現,畢業生在數控機床操作及相關崗位最缺乏的是數字化技能,結合目前產業向數字化、網絡化、智能化發展的趨勢,數字化精密加工已經是機械制造類畢業生應具備的重要技能。
①對于傳統制造類企業而言,仍較為看重人才的基礎能力,尤其是產品設計與加工能力。例如,識圖繪圖、公差配合選用、結構設計與優化、三維造型、零部件裝配、刀具及切削參數選取、材料及熱處理方式選擇、工藝編制與優化等。
②在具備以上能力的基礎上,具有數控機床編程、操作能力的人才,更能滿足大部分傳統企業的需求,尤其是滿足中小微企業的需求,但對人才的數控機床維修和簡單智能制造設備操作等能力并無較高要求。另外,值得注意的是,夾具的工裝設計、制造及維修能力排序較高,說明該能力普遍被多數傳統加工企業所認可。
③對于一些高端智能制造企業而言,其對于人才機械設計與制造方面的能力要求雖與傳統制造企業相同,但對產品的數字化設計、運動仿真等方面的能力有一定要求,且要求掌握三維掃描、3D打印等逆向設計制造技術,部分企業還要求人才對智能化、信息化、數字化等方面有所了解。
(2)職業素養需求
制造類企業在招聘機械類專業人才時,優先關注人才具備的技能水平、專業知識,其次對人才的人文、情感等軟素質提出較高要求,而學生干部經歷、計算機及外語水平等則作為選取人才時的參考指標。由數據分析可知,幾乎所有企業對情感素質十分認可。西南、華南等地的一些高端先進制造企業普遍對外語能力、數字計算、信息能力的評分較高,說明這三項素質對于高端先進制造企業來說較為重要。
另外,制造企業技術人員認為安全意識、學習能力、解決問題、質量意識、誠信、執行能力、技術應用、精益求精、守法、團隊合作、創新、道德素養、主動意識等非常重要,占比均在60%以上。所以,在培養人才時,不僅要重視技能培養,同時更應重視敬業精神的塑造和溝通、表達能力的培養。
體系研究:聚焦人才培養系統優化實訓體系
1.重構實訓教學體系框架
陜西工業職業技術學院機械制造與自動化專業群基于“人才培養、技術研發、社會服務、科技轉化、創新創業”五位一體建設思路,以“理論實際一體化、課程設備相匹配”為指導,針對數控機床制造產業“設計(數字化三維設計、數字化工藝設計)—加工(高速精密加工、多軸復雜零件加工、柔性產線加工)—檢測(精密檢測)—裝配(機械裝配、機電聯調、系統化集成)—維修維護(故障診斷、遠程維護)—服務管理(信息化管理、信息化服務)”的全流程及對應核心技術,以“基礎技能訓練—高階技能訓練—技術研究應用”能力循序提升為邏輯,緊扣高檔數控機床制造產業主要崗位對復合型能力的需求,聯合行業知名企業,以“共建、共享、共用、共贏”為原則,共同建設“數字化仿真中心—機加工技術訓練中心—精密加工中心—數字化檢測中心—裝配集成中心—維修服務中心”六大中心,具體對應了“數字化設計與三維造型、高速精密制造、現代測量技術、加工設備及產線裝調、故障診斷與維修”等18個專項技能實訓室,形成了系統化的實訓教學體系。
2.重構實訓課程體系
課程體系是實現人才培養目標的載體。在課程體系構建過程中,圍繞制造強國戰略的十大重點領域及航空航天、數控機床、汽車制造、新能源裝備等陜西省支柱產業,聚焦裝備制造的“設計—制造—檢測—裝配—維護”等環節,針對各環節的典型崗位、職業能力、職業素養及職業標準等內容進行調研,調研對象主要包括行業、企業和畢業生。行業調研的重點是產業結構升級對技術技能領域提出的新要求及職業技能標準;企業調研側重于典型崗位、工作任務和實際工作內容;企業一線職工則關注綜合素質、知識結構、職業能力等;畢業生調研的重點是了解從事的崗位,以及崗位對素質、知識、能力的實際需求。通過三方調研梳理出必備的綜合素質、知識結構和職業能力,確定培養相關能力所需要的核心課程(見表1)。

為了支撐理論課程體系建設,強化理論與實際之間的關系,培養學生的實踐能力,提高學生的專業綜合素質,學校依據理論課程體系及職業技能,構建了新的實訓課程體系(見圖1)。

實踐應用:打造產教融合協同創新的實訓基地
在裝備制造行業向精密化、數字化轉型升級的背景下,企業對技術技能人才提出了新要求。校內現有的機加工技術訓練中心主要培養學生機加工基礎技能。為滿足精密制造領域技術技能人才的培養要求,校企共建了數字化精密制造技術人才培養實訓基地。圍繞數字化精密制造領域,學校聯合行業頭部企業,立足“硬件互聯、數據互通、虛實結合”,形成具備“人才培養、技術研發、社會服務、科技轉化、創新創業”功能的五位一體“三共三享”實訓基地建設機制,以實現培養裝備制造業高素質技術技能人才和助力區域裝備制造產業發展的目標。
1.攜手行業頭部企業,共建高水平實訓基地
在緊扣深化產教融合、校企協同的背景下,與“北京精雕”簽署戰略合作協議,共建數字化精密制造技術實訓基地,聯合培養精密制造技術領域高水平技術技能人才。
(1)校企雙方共同投入,實訓基地建設落地
瞄準高端精密加工設備和數字化精密制造體系,校企雙方共同投入企業生產用設備和工業軟件,實訓基地軟硬件互聯互通,建成了數字化實訓基地。
(2)搭建信息技術與制造技術深度融合平臺
通過物質層的“數字孿生”+經驗端“數據化集成”,搭建信息技術與制造技術深度融合平臺,構成虛實結合的數字化制造車間。制造數據在設計端、工藝端、制造端、檢測端優化迭代,構成數字化制造閉環系統,實現了產品質量管控。
2.企業典型項目進課堂,實現實境教學與雙元育人
以精密葉輪、醫療接骨板等15類企業產品作為項目,將其引入課堂,在校企雙教師團隊指導下組織理實一體化教學;以學生為主體,編制產品加工工藝、實施產品生產、檢驗產品質量,生產的合格產品由企業有償回收;以產品工藝合理性、產品質量、生產過程現場5S管理等要素對教學效果實施評價。該方式實現了生產過程與教學過程相融合,更好地訓練學生的精密多軸零件加工技術、機械產品質量檢測技術,培養學生良好的職業素養,提高實景教學與雙元育人的效果。
3.開發循序漸進的閉環實訓項目庫
積極探索實訓課程改革,開發以“學知識、練技能、做項目”為綱領的實訓教學方法,以智能制造專業課證融通、項目驅動為舉措,解決實訓項目各自獨立、無法實現分層教學、技能訓練與工程實踐結合不緊密等實際問題。同時,依據教學規律和學生的學習認知規律,構建循序漸進的閉環實訓項目庫。
簡單項目包括傳統的經典訓練項目和由產品離散為單項技能的訓練項目,以項目為驅動,構建理實一體化教學,將理論與實踐并重,突出學中做、做中學。
一般項目包括一般綜合項目和企業典型生產項目離散而成的小綜合項目。例如,將壓輥印花機中的箱體機構部件制造及裝配獨立分解出來,離散為小綜合訓練,培養學生的工程應用能力和鉆研求精的工匠精神。該階段也可結合技能證書考核或技能大賽需求,設置專項訓練項目。
復雜項目由復雜綜合項目和典型企業生產產品組成,在課外實現對課堂的補充和擴展。將學有余力的優秀學生引入該階段訓練,并將優秀作品模型化、實物化,進行工程驗證,鍛煉學生的工程實踐技能。
在從簡單、一般到復雜項目的訓練過程中,專業群不斷推陳出新,淘汰一些技術落后的老舊項目,在新項目中選出優秀的作品,或者校企合作的典型產品,及時補充到項目庫里,以豐富實訓教學資源,充實實訓項目庫,形成一個動態調整的教學項目庫。學校依托實訓項目庫開發了實訓教學資源,主要包括實訓教學標準、工作手冊式教材、實訓教學案例、在線課程等。
結 語
大量的實踐教學是高職院校的特色,是區別于普通本科院校人才培養的重要手段,也是高職院校提升學生職業能力的主要途徑。高職院校人才培養要緊跟行業需求,選擇“門當戶對”的優質合作企業,深化產教融合校企合作。通過校企協同設計實訓教學體系和實訓課程體系,并共建實訓基地、共同開發實訓項目和資源等,實施人才共育。經過3年實踐證明,人才培養質量和企業滿意度明顯提升,校企共建實訓基地的經驗和做法榮獲教育部校企協同育人優秀案例和機械行指委產教融合十佳案例。教育部懷進鵬部長對專業群“將產業的人才培養過程放到學校中來”的產教融合模式給予充分肯定,相關成果在《人民日報》等主流媒體多次報道,基地獲批教育部職業教育“雙師型”教師培訓基地。
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(劉艷申、鄔凱、潘冠廷:陜西工業職業技術學院)
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