智能制造背景下高职制造业创新人才培养实践与探索

周兰菊+曹晔

摘 要：随着《中国制造2025》的颁布实施，我国传统企业开始向智能制造方向转型升级，生产模式的改变使一些工作岗位发生变化，尤其是机器人代替人后，使高职生的就业受到很大冲击，文章从智能制造企业的岗位能力需求出发，分析了智能制造的特点以及技术技能人才岗位能力需求的变化，结合学校的实践，探索了适合智能制造企业人才需求的高职人才培养的一些新举措。

关键词：智能制造；岗位能力；人才培养

作者简介：周兰菊，女，天津电子信息职业技术学院副教授，天津职业技术师范大学博士生，研究方向为机械制造教育；曹晔，男，天津职业技术师范大学职业教育教师研究院院长，教授，博士生导师，研究方向为职业教育与经济。

基金项目：天津市哲学社会科学规划项目“天津市职业教育现代化及评价指标体系研究”（编号：TJJX15-032），主持人：曹晔。

中图分类号：G710 文献标识码：A 文章编号：1001-7518（2016）22-0064-05

一、问题的提出

《中国制造2025》自2015年5月8日正式颁布以来，已引起许多专家学者的广泛关注，这是我国继德国提出“工业4.0”后提出的中国版“工业4.0”，它以“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”为基本方针，以“工业化和信息化深度融合、智能制造”为主线，这是我国实施制造强国30年战略中的第一个10年行动纲领，我国制造业掀起了转型升级的改革热潮。许多专家学者指出，我国制造业目前还处于“工业2.0”和“工业3.0”并行发展的阶段，我们要想达到“工业4.0”，必须走“工业2.0”补课、“工业3.0”普及、“工业4.0”示范的并联式发展道路。可见，“中国制造2025”不是德国的工业4.0，量大面广的是普及工业3.0。对于企业而言，自动化智能制造是当前我国实施《中国制造2025》的最重要的内容。近年来，我国东部沿海制造业较为发达的地区正在加速推行自动化机器设备替代产业工人，即“机器换人”，来推动技术红利替代人口红利。为此，有人认为大量无人工厂的出现将使职业教育面临无用武之地的困境。事实上，虽然机器换人确实使生产环节所需的操作工人减少，但调试、维护和控制工业机器人的技术性岗位将会相对增加。一些专家也指出：受工业机器人灵活性、柔性以及工作范围等因素限制，现有的工业机器人能够代替人工作的比例大概是30-35%左右，近7成的工作工业机器人还不能代替人类工作。

基于以上情况，需要我们重新审视职业教育，从以往突出技能操作培养向关注培养人的复合型能力和创造性，在育人理念、教育形式、人才培养模式、教育内容、课程体系和教学实践等方面做出变革和调整，以适应技术发展对于人的发展提出的要求。智能制造需要什么样的人才与之匹配？许多专家学者纷纷进行了探讨。张磊、张弛认为“中国制造2025”使劳动者的职业发生改变，其职业能力要求也随之改变，新型的职业要求劳动者应具备技术知识应用能力和技能科研创新能力[1]。李政从职业教育发展的观念出发，提出嵌入式创新和“能力观”的人才培养思路[2]。戴青云等建立了人才链对接产业链的双链实训体系等[3]。多数专家学者对《中国制造2025》背景下人才能力进行了理论层面的论述，没有涉及到具体的实施层面，有些涉及也多数为针对本科院校，而针对高职院校的论述少之又少。高职院校以前培养的学生多数定位为生产一线的操作人员和管理人员，在《中国制造2025》背景下面临“机器换人”的时代，高职生未来的出路在哪？高职院校应培养他们具备哪些能力才能符合企业需求，为此，笔者对天津汽车模具有限公司、青岛海尔模具有限公司、西门子成都数字化工厂等具备工业4.0生产模式的企业进行了调研。我们只有了解企业的生产流程及岗位能力需求，才能有的放矢地进行教学改革，培养企业所需的人才。

二、智能制造企业生产模式特点

德国工业4.0一经提出，就受到国内外许多企业的关注，有实力的企业纷纷进行转型升级，以迎合目前多品种小批量、成本低、质量优、生产周期短的生产模式。笔者调研的企业基本按照工业4.0的模式进行生产，其生产模式的特点有以下几点：

（一）网络化生产

智能制造也是“互联网+”的一种表现形式，网络化生产是智能制造最突出的特征之一。如物流仓库利用网络与生产线相连，生产线发出用料需求后三、四分钟用料即可到达；产品研发部门利用网络与企业内部的数据平台相连，其数据信息被企业内各部门共享，产品设计完成后数据传入数据平台，然后各部门根据数据平台信息完成各自工作任务；设备之间通过网络互联，相互之间具有通信功能，这与传统制造模式有很大的区别。

智能制造企业的网络化生产主要表现在纵向集成、横向集成和端到端集成。纵向集成是企业内部通过信息网络实现所有环节的信息无缝链接。产品的研发、生产和物流等各个环节的数据信息被实时保存在企业内部的数据平台中，不同级别的人员有不同的权限。产品开发完成后一方面向生产线传递加工的信息，另一方面产品的数据信息被传入数据平台，采购部门、质检部门、物流部门等根据数据平台产品信息进行采购、质量检验和对零件进行物流管理。当数据平台信息更新时，企业内部不同的部门均能在第一时间同步更新，避免了传统制造业各部门因数据壁垒而造成的损失。目前，智能制造企业的纵向集成已实现。

横向集成是不同企业间通过价值链利用信息网络实现资源整合。任何企业都不可能短时间内把产品质量做到十全十美，所以，智能制造企业将产品的关键核心部分自己研发，其余外包给相关企业，这样使产品的质量整体得到优化，并且有利于并行生产模式的实施，缩短了生产周期。横向集成实现了企业产品的开发、生产制造、经营管理和售后服务等在不同的企业间通过信息网络达到信息共享和业务协同。海尔的众筹外包模式就属于此种模式。

端到端集成就是将产品整个生命周期的各个端点互联，即将生产企业、供应商、经销商、用户等都作为端点互联，用户可参与到产品设计中，这为个性化定制提供了方便，也是未来的发展趋势。

（二）虚拟制造与实体制造相结合

产品在实体制造之前先进行虚拟制造。随着多品种小批量、个性化定制逐渐成为一种生产模式后，产品生产就要求一次成功且实现一件产品也有利润可赚，在产品设计时就需要考虑产品材料、产品结构、工艺安排、加工时间、产品的可回收利用等。智能制造企业均采用实体加工前先进行虚拟制造，西门子成都数字化工厂的虚拟制造将产品的设计、工艺和制造进行一体化，打破了传统制造业将设计、工艺和制造分开的模式，即在同一软件环境中模拟完成设计、工艺、编程、加工、装配、调试等环节，解决了不同软件环境打不开文件的困境，完全没有问题后直接上传生产线进行生产，提高了产品的合格率。

（三）智能生产

智能生产在企业生产线上最突出的特点是用机器人代替人生产。笔者参观的三家企业均已将机器人应用于生产中，海尔利用机器人代替人后节约了80%的人力，随着企业的转型升级，将会有更多的机器人投入生产中。在《中国制造2025》规划中将机器人位列十大重点领域的第二位，随着《中国制造2025》的实施，机器人代替人将是不争的事实。

智能生产在生产线上第二个显著特点是一条生产线上可同时生产多种品种。西门子可实现一条生产线同时生产50种不同的产品，使个性化定制生产成为可能。产品从原材料进入生产时便赋予其一个数据信息（犹如我们见到的二维码），在生产线上通过传感器、处理器、存储器、通信模块、传输系统等，使产品具有动态感知和通信能力，产品可识别、可定位，颠覆了传统制造业一条生产线上只能生产一种产品的模式。

智能生产在生产线上第三个显著特点是生产的高效性，这得益于工业自动化技术。产品在生产过程中不需要人工干涉，按照预定的目标实现自动加工、测量、质量检测等信息处理，实现加工过程的自动化。目前，还没有企业完全达到自动化，有些复杂的技巧机器人还不能代替人。

智能制造是跨学科的一种复杂制造模式，智能制造所需的专业知识分散在高职不同的专业中，如物流知识是经济管理系的专业知识，网络知识是计算机网络系的专业知识，产品制造知识是机械制造及其自动化的专业知识，工业自动化控制技术是电子技术系的专业知识，培养适应智能制造生产模式的复合型人才对高职教育提出了新的挑战。

三、智能制造企业高技能人才岗位能力变化

（一）现场操作层岗位能力的变化

生产线上简单的操作已由机器人来完成，但对设备的监控还需要由人来完成，因此，智能制造企业的一线操作工人不仅要能解读复杂的数据信息，还要对系统和对联网的生产设备进行维修和维护。相比于传统的制造模式，智能生产线上的岗位能力由原来对数控设备的操作能力转变为对高档数控设备、工业机器人、传感器、网络传输线路等的维护、调试和维修能力。根据《中国制造2025》规划给出的相关政策，规划中明确了技术改造的时间表，2017年将迎来大范围的设备改造，制造类规模生产企业将有一半实现全自动化生产。所以，在现场操作的技术工人既要有丰富的专业知识，又要具备熟练的动手操作能力和解决复杂问题的创新能力。

（二）制造设备执行层岗位能力的变化

随着客户需求的个性化和多样性，大规模定制成为必然，这就需要灵活的制造系统，要求生产线变更所需的时间大幅度缩短。机器的自组织和网络化需要制造设备执行层的工作人员熟练掌握工业控制软件，具有快速的设备编排能力和创新能力，各个设备连接上之后即可实现“即连即用”，而不需要经过漫长的调试[4]。随着国家有计划地对传统企业进行数控化、信息化、智能化、工业机器人、3D打印等智能装备的普及，制造设备执行层岗位的员工要具备对工厂的布局优化、制造企业生产过程的分析能力。

（三）产品研发层岗位能力的变化

现在智能制造企业均采用无纸化设计，传统岗位的晒图员将退出历史的舞台，CAD、CAM、CAE、CAPP、MES、ERP、数字化建模、逆向造型等软件的应用已成为产品研发人员的基本能力。有些智能制造企业已实现基于模型的一体化虚拟制造环境，工具软件覆盖产品的整个生命周期，产品开发人员不能只停留在会的层面，必须能够快速而有效地完成既定的设计，这对产品研发人员提出了更高的要求。智能制造与传统制造模式不同，传统制造模式可以只会产品设计，或只做产品的工艺分析，或只会操作数控机床进行产品加工。现在的智能制造产品研发人员不但要把产品设计出来，还要对产品进行模拟加工，加工时要用到工艺分析和编程，程序是否优化影响到加工用时，所以，传统制造中的单一知识已不能满足智能制造的需求，产品研发人员必须是具有全面知识储备的高技能人才。

（四）生产性服务业岗位能力的变化

生产性服务业是与制造业直接相关的配套服务，是为保持工业生产过程的连续性、促进工业技术进步、产业升级和提高生产效率提供保障服务的服务行业。2014年8月，国务院发布《关于加快发展生产性服务业促进产业结构调整升级的指导意见》，指出加快发展生产性服务业，以产业转型升级需求为导向，引导企业进一步打破“大而全”“小而全”的格局，分离和外包非核心业务。智能制造的产品向着“产品+增值服务”的方向发展，中国制造企业正从卖产品到兼卖增值服务方向转变。由于智能制造生产线上所需员工在减少，所以会有一部分人分流到生产性服务行业中。生产性服务业岗位的能力需求首先是懂技术，只有具备精湛的技术才能为顾客提供高效率的服务，赢得顾客的满意，为公司带来更好的声誉。其次是职业素养，它包括责任（尽职尽责地完成任务）、协作（同事之间互相配合、同心协力解决疑难问题）和忠实（有事必报有错必改）。生产性服务，无论是“内化”服务（即企业内部提供的服务），还是“独立”服务（从企业外部购买的服务），都已经形成了生产者所生产的产品差异和增值的主要源泉。这条完整的产业链已经成为发达国家市场经济非常必要的发展软环境[5]。

四、智能制造背景下高职制造业创新型人才培养的教育教学改革探索

高职教育作为职业教育的一个重要组成部分，把人才培养目标定位在培养生产一线的高技能人才，但随着“中国制造2025”战略的实施，制造企业纷纷进行设备更新，工业机器人逐渐代替人的操作，一线生产不再依靠工人的操作技能。如果高职院校仍按照原有的人才培养模式，那么培养的人才与企业需求脱节，培养的学生就难以有效就业，势必对学校的招生产生不利的影响。随着工业化和信息化的融合、产业转型升级，高职院校的人才培养必须适应技术发展对人才的新要求，学生除具备专业知识的广度和深度外，还要具备某一特定领域的创新发展能力。为此，天津电子信息职业技术学院于2015年对现有的模具专业的人才培养目标重新定位，对培养方案进行改革，对课程进行重新组合，课程内容重新编排，建立了基于知识和仿真的设计制造一体化的理论教学体系、基于生产流程和生产维修的实践教学体系、工业机器人、3D打印技术以及通过创客教育培养学生的自主创新创业能力等。

（一）基于知识和仿真的设计、制造一体化理论教学体系

智能制造生产模式是虚拟制造和实体制造相结合，虚拟制造能力一方面体现了员工使用软件的熟练程度，另一方面体现了员工对专业知识的应用能力。我们原有的课程体系重理论、轻实践，学生实践能力应用能力差。按照智能制造企业的发展趋势，按照理实一体的原则，打破原有的课程体系，实现理论课与实训课合的整合；按照企业开发产品流程，重组专业课教学内容，尽量在仿真环境中使学生做中学、做中教，以可视化的方式体验所学知识，也能以可视化的形式优化产品的制造工艺方案；教学案例以企业的产品为教学实例，使学生熟悉企业产品特征；以企业的技术标准来规范学生应用专业知识的能力。对于复杂的零件采用多个同学基于模块的协同设计方式来完成，以此培养学生的团队意识。

（二）基于生产流程和生产维修的实践教学体系

为了强化学生实践能力的培养，把部分专业课与实训课进行合并，一方面充分满足做中学、做中教的要求，另一方面增加了学生的实训时间，体现了“强能力、复合型”的培养目标。原来学生看图多为二维图，现在先进企业已采用三维图进行设计，为此教学中也采用三维实体模型来表达产品信息，降低学生读图的难度，并给出3D PDF作业指导书，在指导书中列出知识点、学生应达到的能力以及企业员工完成该任务的参考时间等信息。实训教师通过外聘企业工程师进行指导，使实训内容更贴近企业需求。对学生完成的产品严格按照企业的质量标准检测，树立质量第一的意识。以前学生实践主要把数控机床的操作能力作为重点，现在适应“机器换人”的变革，把重点放在数控机床的维修，通过增加数控机床维修台等设备，来培养学生快速诊断故障的能力。

（三）基于制造业与服务业融合的现代服务业能力培养

现代制造业一个重要趋势之一是制造业与服务业的融合。制造业向服务业的转移并不意味着制造业的削弱，而是表明价值创造过程发生了根本性变化，即与制造业相关的服务在价值创造中的比重越来越大。目前，企业从签订订单、设计、生产、组装、销售到售后服务已经形成一个产业链，产业链中各个环节的协作会使企业发生明显的转变，生产服务环节包括维修保养、故障修复、综合型维修解决方案，随着“互联网+”的广泛应用，远程监控及维护可以对设备实施预防性检测与维护，提高了设备的利用率，降低维护成本。不久的将来，企业的生产服务在线访问将比现场服务更经济、更快捷、更灵活。如像航空航天这种特殊行业，往往承担着极为复杂的设备和系统维护任务，如果没有预防性和预测性的技术手段，这项维护任务是无法想象的[6]。我们增加《网络课程》作为选修课，因为物联网将会是未来智能制造的重要组成部分，我们也在积极准备《车间生产网络实践教学系统平台》的开发，让学生在实践中不断接受新的技术知识、增强生产服务实践能力。

（四）基于工业机器人的教育

普遍使用工业机器人是智能制造的重要特征之一。目前我国每万名工人机器人拥有量为30台。工信部制定的《机器人产业发展规划（2016-2020年）》的目标，到2020年，我国每万名制造业工人拥有机器人将达到100台以上。当前，各地先进制造企业正在进行“机器换人”，工业机器人产业的快速发展对机器人应用技术人才有着巨大需求，包括机器人制造、机器人社会服务和企业人应用企业等多个方面的需求。目前工业机器人应用技术人才缺口为20万，并且还以每年20%的速度增长。为了使学生了解和掌握工业机器人技术，天津电子信息职业技术学院于2015年开设了《工业机器人》课程，并购置了工业机器人，建立了《多功能智能移动机器人平台》，使学生在教学实践中学会工业机器人编程。工业机器人在生产线中的动作完全由人编制的程序控制，一台工业机器人能否投入到生产线中，工业机器人代替人后能发挥多大的优势，取决于生产工艺的复杂性和产品的多样性以及相关设备的配套程度，而解决这些问题需要3至5名相关的操作维护、编程人员和技术集成应用人才。过去的工业生产过程都是线性的，而现在的新型生产呈现出复杂的网络化特征。目前，纯粹的计算机编程人员不懂模具生产工艺，懂模具生产的人员不懂编程，所以模具企业员工的操作素质限制了企业的快速转型，因此，模具企业在转型期会需要既懂工业机器人编程又懂生产的复合型人才。

（五）基于3D打印等新技术的教育

智能制造要求技术工具软件覆盖产品全生命周期，对从业者提出了更高的要求。产品生命周期中的不同阶段要使用不同的工具，作为参与者（设计师、控制程序设计师、可视化程序设计师、维护技师等）如果不懂得这些技术工具的使用，将无法工作[7]。3D打印技术作为近几年的热门话题之一，越来越受到人们的重视。3D打印技术作为制造业的前沿技术，克服了原来能设计出来可能生产不出来的情形，它对产品的形状没有简单与复杂的区分，从设计到生产，省去了制造工艺环节，缩短了生产制造周期。由于现代社会产品竞争十分激烈，产品快速响应市场需求变化成为竞争制胜的关键。3D打印技术为模具制造业开辟了新的途径，对模具制造的技术创新带来突破性进展。为了使学生掌握3D打印技术，学校购置了3D扫描设备、两台工业级3D打印设备和多台桌面3D打印机，并成立了《三维打印增材制造技术应用中心》，使学生掌握较先进的模具制造技术，学生自己成立了《3D打印魔方社团》，真正做到“做中学”和“学中做”，为创新型模具人才培养打下基础。

（六）基于创新创业的创客教育

创客教育已经成为推动教育改革、培养科技创新人才的重要内容。李克强总理在2015年的政府工作报告中提到“创客”，要把“大众创业、万众创新”打造成推动中国经济继续前行的“双引擎”之一。新一轮的创客教育根植于正在扩展中的“众创空间”，创客空间就是创客们制作、交流、共享知识和资源，以及项目协作的场所。目前我国高职院校纷纷掀起“众创空间”运动，对学生的自主创业给予指导和支持。学校鼓励学生创建物品、发明工艺、分享创意点子，已建立的“众创空间”包括电子商务体验店、智慧COFFEE、绿印复印、宿动脚子等10余个项目，学校对各创业团队的创业激情和行动给予全力支持并帮助创业团队健康发展，有效调动和提高了学生创业创新的积极性和成功率。目前，创客教育已成为激发学生主动学习的重要手段，学校正在把创客教育与专业教育进行有机结合，把实习实训基地对学生开放，使其变成充满活力的创客空间，通过创客教育推动教育教学改革。

《中国制造2025》和智能制造的实施，我国先进制造企业正从传统制造模式向高度数字化、网络化、智能化方向转型发展，过去适应大规模流水线生产的简单操作型工人逐渐被工业机器人代替，并将引发新技术、新产业、新业态的产生和传统制造业的升级换代，这些变化导致新职业的出现和职业内涵的变化，高职院校必须时刻关注这些变化及其趋势，及时修订人才培养方案，完善人才培养模式，使培养的学生能够适应智能制造对技术技能人才的新要求。

参考文献：

[1]张磊，张弛.“中国制造2025”视域下技能人才职业流向及职业能力框架[J].职教论坛，2016（10）.

[2]李政.“中国制造2025”与职业教育发展观念的转轨[J].中国职业技术教育，2015（11）.

[3]戴青云，邓文新，等.面向中国制造2025的工程实训体系构建与实践[J]，高教探索，2016（1）.

[4]王天然.机器人助力中国智能制造[J].科技导报，2015（1）.

[5]高觉民，李晓慧.生产性服务业与制造业的互动机理：理论与实证[J].中国工业经济，2011（6）.

[6][7]蔡泽寰，赵劲松，耿保荃，涂家海.智能制造来袭，谁能从容笑对[N].中国教育报，2015-12-10.

责任编辑 刘扬军