基于“智能工程专业集群”实训基地建设的探索

重庆邮电大学移通学院 张姣 党晓圆 王瑞芳

引言

地方本科高校的存在意义在于为地方及地方产业培养更多的专业应用型人才，更好的为当地经济发展服务，促进经济产业发展[1]。为了解决大学生结构性就业矛盾，改变不合理的人才培养机制，根据当地经济发展对人才的需求，结合学校专业建设基础，设置适当数量的专业集群，通过专业集群建设，带动群内专业发展[2]。专业集群的构建要遵守聚集原则，且有结构层次的要求[3]。考虑到我院已有电气工程及其自动化、机械设计制造及其自动化、机器人工程等本科专业。其中电气工程及其自动化专业是学院最早招生的专业之一，也是重庆市特色专业，其特色是“智能控制”。机械设计制造及其自动化专业也开设较早，专业方向为“智能制造”。机器人工程专业为新开设专业，偏向于工业机器人。在国家积极助推专业结构优化调整的大背景下，学院通过集中优势专业，于2019 年进行“智能工程专业集群”建设，该专业集群立足专业、贴近行业、服务企业，以重庆及周边地区的经济发展为导向，着力提高学生的实践能力，培养理论基础扎实、动手能力强、综合素质高、具有创新精神和实践能力的应用型人才。

1 实训基地建设需求

目前我院开设有电气工程及其自动化、机器人工程、机械设计制造及其自动化等专业集群内的专业。此外，还在进行轨道交通信号与控制、机械电子工程、车辆工程、自动化、“智能制造工程师班”等专业的建设。在学院建设经费、师资有限的情况下，进行基于“智能工程专业集群”的实训基地建设，包括校内实训基地和校外实训基地，有助于各专业实训资源的完善和共享。校内实训基地要对集群内所有专业的学生和老师开放，学生可以跨专业、院系共享该实践基地提高实践能力，老师可以通过该实践基地提升科研水平[4]。通过“智能工程专业集群”内部各专业之间的资源共享机制，不但增强了专业集群内各专业之间的凝聚力，同时也降低了集群内各专业建设的成本，也有利于新开设专业的发展。除了要满足集群内专业人才培养需求外，为了充分利用学院资源，实验室的建设还应尽量满足其他相关专业，如自动化、机械电子工程等专业及“智能制造工程师班”对认知实习、项目式实践教学、实验课程、课程设计、毕业实习、毕业设计等实践教学环节的需求。

2 校内实训基地建设

实训基地是应用型工科人才培养的重要教学条件，是培养大学生实践能力与创新精神的关键[5]。考虑“智能工程专业集群”及其他相关专业发展需求，结合实践类课程体系划分为认知层、实践层和拓展层的课程框架特点，还要立足国内外智能制造、机器人相关领域的先进技术[6]。按照“操作性强，学生参与程度高，性价比高，可持续发展”的原则，构建智能制造实训基地。该实训基地由三部分组成，分别为智能制造生产线、数控机床实训区和工业机器人装调和基础应用区。其中智能制造生产线采用模块化设计，各个工作站可单独开展实训项目，且各工作站可以实现互联互通，完成一个完整的生产加工任务。整个实训基地可以满足“智能工程专业集群”建设对专业课程实训、课程设计、毕业实习、毕业设计的需求，同时还可以满足智能工程学院其他专业如“智能制造工程师班”、自动化、机械电子工程等专业的部分专业课程实训、毕业实习、毕业设计的需要。

2.1 智能制造生产线

智能制造生产线主要由智能仓库单元、AGV 物料单元、机械加工单元、机器人镭雕单元、机器人装配单元、机器人自动拧钉单元、机器人视觉检测单元、自动输送线单元、PLC 总控系统单元、信息化管理系统单元构成。该生产线具备生产加工和教学实训功能，可满足“智能工程专业集群”内专业对《电气控制与PLC 技术》《液压与气动技术》《工业机器人控制技术》《工业机器人编程与应用》《工业机器人传感器技术》《机器人视觉与检测技术》《机器人控制系统设计》《机器人综合设计》《工业机器人系统集成》等实践课程或环节的需求。该生产线还能满足“智能制造工程师班”《智能制造项目实践》《工程应用实践》等项目式教学的需要。亦可服务于其他相关专业，开展校内《毕业实习》《毕业设计》。

其中智能仓库单元由每个仓位具备料检测功能的立体仓库、具备X、Y、Z 方向移动的堆垛机、可与PLC 进行实时通信的控制系统组成。立体仓库的仓位可以自行分配为原料库或成品库。AGV 物料单元的AGV 小车采用磁导技术，车身安装有多个传感器，可实时监测障碍物，并反馈给小车，避免发生碰撞。小车表面设计为滚筒模式，具有定位于加紧机构，用于料盘的准确输送对接。

机械加工单元采用T-850L 立式加工中心，由于Z 轴采用高刚性的硬轨，X、Y 轴采用的是具有高速移动直线滚动导轨副，使机床高速进给时震动小，低速进给时无爬行，兼备了线轨机的高速性和硬轨机的高刚性，所以广泛适用于机械制造业、模具制造业及其他行业加工，特别是汽车制造业和摩托车制造业。工件在一次装夹后可以自动连续地完成铣、钻、镗、扩、铰、锪、攻丝等多种工序的加工，适用于大批量生产。

机器人镭雕单元采用激光镭雕机，该类镭雕机采用先进的镭射技术，具有脉冲短、光速质量优异、精度高、峰值功率高，调制评率高等特点，显著减少热熔效应，达到完美的标记效果，尤其适合于塑胶等非金属材料的标记；机身全封闭的谐振腔使内部光学器件免受灰尘和潮湿的污染，寿命长，衰减小。机器人镭雕、装配、视觉检测单元配备华数机器人，自动拧钉单元采用ABB 机器人，可以实现不同品牌和型号机器人的实训，其中机器人视觉检测单元采用海康威视的视觉检测系统。

2.2 数控机床实训区

该实训区拥有3 台数控机床，支持学生进行数控车床的操作加工、编程。可以帮助学生掌握数控系统的原理和组成、连接与调试、参数设置与调整、数控代码编程及交流伺服系统的构成、调整及使用。满足“智能工程专业集群”内专业对数控车床实践能力培养及学科竞赛零件加工的需求，同时还满足了“智能制造工程师班”对《数控加工工艺与编程》《机械制造项目实践》《工程工艺项目实践》等项目式教学的需求。

2.3 机器人装调和基础应用区

该实训区共有6 个机器人拆装工作台，支持35 名学生进行机器人的拆装、夹具的装调可实现机器人的码垛、搬运、轨迹控制。可以帮助学生进行工业机器人本体拆卸、装配、关键零部件的基本结构认知。并熟练掌握工业机器人的基本操作、示教编程、装配精度测试、调整及其典型功能应用。能够满足“智能工程专业集群”内专业对《工业机器人技术》《工业机器人维护与应用技术》《机器人机械设计基础与机构学课程设计》等实训课程需求。

3 校外实训基地建设

专业集群建设的规律在于积极主动与社会产业和行业结构、职业岗位的不断变化调整相适应[7]。协同发展是实现高校专业集群和区域产业集群共同前进的根本保证，而产教融合是实现两者协同发展的先决条件，衡量高校应用专业集群建设的优劣程度，主要还是看其是否形成产教融合的有效机制[8]。重庆邮电大学移通学院本着“资源共享、优势互补、共同发展”的原则，积极搭建、拓展校企合作平台。依托校企合作平台资源，深化产教融合，协同育人，促进人才培养和产业发展共赢。目前，重庆邮电大学移通学院已经与重庆红亿机械有限公司、国家电投重庆合川发电有限公司、重庆大江动力设备制造有限公司、重庆华数机器人有限公司、重庆奥尔玛装能装备科技有限公司等重庆本土企业签订了校企合作协议，建立校外实训基地，并开展了一系列实质性的校企合作项目。企业根据行业发展需求指导专业人才培养方案的修订，学校派教师到企业工程实践锻炼，参与企业项目，提升实践能力。学校聘请企业高级工程师为学校的兼职教授，引领学生走进行业发展前沿，了解企业需要的技能。校企联合举办“智能制造工程师班”，实践“企业进课堂，课堂融行业”的“2.5+1.5”人才培养模式，培养具备“工匠”特质的智能制造工程师。校外实习基地的建设给学生提供了进入企业进行认知实习、毕业实习、毕业设计等实践环节的机会，拓展了学生的视野，提升了学生的学习兴趣与动力。我校聘请企业高级工程师担任毕业生的校外指导老师，企业导师全程参与到毕业设计题目出题，指导、答辩等全过程。来自企业的毕业设计题目源于企业研究性课题，工程应用性强，能够提升学生的自主学习能力、资料检索能力和工程转化能力。通过建设校外实训基地，实现校企高度融合、协同育人，促进教育链、人才链、产业链与创新链有机衔接，落实科教兴国战略，进一步服务地方经济发展。

4 创新中心建设

学院依托自身在学科竞赛中的优势，积极开展机器人创新中心、工程训练创新中心、电气工程创新中心、嵌入式系统创新中心共4 个创新中心建设，为学生参加各类竞赛提供了实践场所。截止目前，“智能工程专业集群”内专业的学生参加了校内第三届创意科技文化节“行者杯”电能小车大赛、焊接技能大赛。此外，学生还参加了中国教育机器人大赛、中国工程机器人大赛暨国际公开赛、“恩智浦杯”智能汽车竞赛、“西门子杯”中国智能制造挑战赛、中国“互联网+”大学生创新创业大赛、“合泰杯”单片机应用设计竞赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛，“TI 杯”重庆市大学生电子设计竞赛、全国大学生数学建模竞赛等省部级、国家级学科竞赛，获得过全国一等奖、二等奖、三等奖的好成绩。竞赛为师生深度沟通与交流提供了便捷的平台，做到了以赛促教，以赛促学。通过参加学科竞赛，可以提高、夯实学生的专业技能，培养学生的工程素养，提升学生解决实际问题和复杂问题的能力，且有利于培养学生的团队协作、吃苦耐劳的精神。4 个创新中心的建设除为参赛作品的制作、调试、测试提供了场所外，还便于把构成“智能工程专业集群”的不同专业的学生汇聚到一起，群内各专业相互交流借鉴、取长补短必将激发新的思想、产生新的方法、碰撞出新的灵感[9]。

基于“智能工程专业集群”实训基地的建设，通过群内各专业间的实践资源共享，不但满足了新开设的机器人工程专业实验课程、实践环节的需求，集群内的其他专业及集群外的相关专业实验条件得到了明显的改善。通过基于专业集群的实训中心建设，各专业可以充分利用共同的行业背景、实训基地，共同的师资队伍，进一步形成实训群，加强对学生实践能力的培养，提高服务当地经济社会发展能力。