智能制造专业群产教融合实训基地建设案例＊

聂 健，宁艳梅

（湖南三一工业职业技术学院，湖南 长沙 410129）

1 建设背景

贯彻落实国务院《国家职业教育改革实施方案》，进行深度产教融合，让职业教育对接产业需求，更能体现现代化先进技术、产业区域特色、企业人才需求。学生培养对接职业标准，实现职业发展规划及终身培训，学习过程对接生产过程，达到真实生动、理实一体的要求。产业生产场景发生了巨大的变化，由人工-自动化发展到自动化+信息化，高端制造企业致力于打造数字化+智能化的生产场景。企业岗位结构也发生了变化，由早期的单件生产单一技能转变到围绕产线培养的综合技能，智能化产线成为重要环境。岗位能力要求更具有复合性，综合具备高端机床加工、机器人编程与维护以及通信网络、仓储物流、数据采集、传感监控等方面技能。《中国制造2025》第一个五年就是推进制造业整体素质大幅提升[1]，创新能力显著增强，全员劳动生产率明显提高，工业化和信息化融合迈上新台阶。

基于以上背景，智能制造专业群产教融合实训基地的建设是落实国家政策要求、助力产业高端发展、对接产业升级人才新需求、响应《中国制造2025》“三步走”战略的重要措施。

2 建设目标

建设教学活动平台。适应国家、三一集团智能制造发展的需要，承担学生技术技能培养及专业知识学习，助力学生“353”人才能力指标体系的达成。

建设技术展示平台。基地面向新兴职业与岗位技能要求，具有前瞻性技能开发的能力，同时实现先进技术全要素的展现；以研发引领专业发展。

建设服务社会平台。能够承担区域的社会培训及认证服务，助力于区域产业服务，并能够承载校企间人才服务，实现人才对接。

与三一集团发展规划深度融合。致力于培养具有国际视野的优秀人才；拥有国内领先的一流特色专业群[2]、建立科技创新服务平台、以开发适合未来工业制造的软件为重点产出，让技术驱动引领专业发展。

3 顶层设计

结合现代化无人工厂生产场景，打造智能制造创新实训基地，实现基地的完全数字化运营，具备以下特色。

彰显企业特色，将三一集团的工程机械、装备制造企业特点与先进制造产业的通用机械、工程机械的特色相结合；通过柔性的自动化输送系统，实现新型的先进制造技术朝着小型化（微型化）、集成化、成套化、电子化、数字化、多功能化、智能化、网络化、计算机化、综合自动化、光机电一体化方向发展；促进智能制造与湖南省各产业的对接，引领企业转型升级。

集成先进制造多样元素，包含智能加工、装配、检测、仓储、智能物流生产监控等，复现智能工厂生态。

结合高端制造特色专业，融合智能制造专业群特色，符合工业机器人技术、机电一体化、智能控制技术、数控技术、焊接技术与自动化等专业；同时能对人工智能学院、建筑工业化学院、工程机械学院给予支撑。

实现理论学习与生产实践的零距离建设，打造知行合一、工学结合、工学交替，对标企业岗位能力，进行模块化教学，实施任务式培训。

4 关键技术

4.1 管理层

管理分析指标化与可视化，实现工厂管控过程实时、透明、可溯、持续，关键要素有工厂展示、数字建模、管理指标、可视化等，关键技术包含ERP系统、B1系统等；智能工厂支撑研发过程与生产过程的无缝融合，在产品创意、设计阶段引入数字化平台技术，将设计人员的意图、知识均以数字化模型的形式进行管理。

4.2 执行层

打造具有云算力生态型服务平台，也是机加现场生产加工管理互联平台，具备PAAS级MES，关键要素有程序管理、柔性制造、刀具检测、成本管理、设备监控、计划排程、质量管理、备件管理、故障预警、OEE分析等，关键技术包含MES执行系统及WMS管理系统；全方位综合了现代实际生产中较流行、较先进的各种实用技术知识点，其中包括PLC编程技术、网络通讯技术、电气控制技术、气动应用技术、传感器技术、步进驱动控制技术、虚拟调试、机器人应用技术等。

4.3 监控层

采集覆盖场景覆盖机加现场各种数字设备，并实现与分发实时、高速、多频、双向互动，关键要素有硬件采集、边缘计算、软件集成等，关键技术包含设备互联、边缘终端、物联网、云计算、远程诊断、传感控制以及3D视觉等技术；利用PLC控制器和HMI人机界面，监控生产过程、设备状态，实现透明化生产。主要由西门子控制系统和SCADA系统构成，执行MES发出的具体指令，对底层设备实施逻辑控制。

4.4 设备层

设备实现产能模组化、管理数字化、产线自动化，能够基CNC本体开发的应用功能，面向复杂、专用设备的CNC功能外延，能够开发基于CNC周边，IoT的，APP类功能产品，产线工作过程数字化全覆盖，自动化设备提供的各种数据流可与上层的MES数据流进行交换，并保证产线柔性国内领先。关键要素包含NC、机床、APP等，关键技术包含离线机床、协作机器人、智能仓储、AGV物流、在线监测、网络通信、工艺设计及人工智能等。生产线各方面的集成是比较完备的，针对产线的数据的纵向集成以及产品的横向集成可以做研究，可以做虚拟调试的研究。

在数字化工厂的4层架构中，既包括硬件设备，也包括软件系统。工业软件模块可以涵盖企业层的ERP到产品开发的PLM再到制造执行系统的MES，甚至是底层的数据监控和控制。工业通信硬件模块连接通信网络，实现物理世界与虚拟世界连接的桥梁，实现人、工件和机器设备之间通信的桥梁。

4.5 智能制造产线柔性化设计理念

产线定位为智能制造的引领者（柔性智能制造系统集成），体现在高度柔性与集成不高的方式为特色。通过顶层设计，达到整体系统性最优，提升科研团队价值链的整体收益最大，从而实现建设目的与经营目标。

产线的硬件部分就是机械设备，而满足智能制造产线的关键就是设备之间的数字交换及优化，因此柔性智能制造就是最适合的特色设计。各柔性模块功能如下。

仓储物流运输系统。仓储物流运输系统包括数字化立体仓库、智慧物流输送系统和RFID系统。数字化立体仓库是智能工厂的物料存储单元，融合了RFID系统，实现数字化立体料仓的智能化管理。该立体料仓分为毛坯件区、成型品区和废品区，各区每个仓位均安装有感应开关，能够感应仓位是否有物料存在，同时总控相互交互信号，从而控制堆垛机取或者放工件至相应的仓位。智慧物流输送系统是柔性输送系统，让制造实现独立单元，从存储到节拍都变成可调控，对数据提取；可视化控制变得简洁而实用，其最大的特色就是工厂实景再现。RFID系统是无线射频识别系统，它是一种通信技术，通常也称为电子标签。它是由电子标签、高频读头、高频读写器、通讯电缆组成，采用无线协议ISO15693的通讯标准，可在不小于20 mm的距离进行读写操作，数据保存时间大于10年，可重复擦写次数大于10万次，存储器容量有160字节EEPROM。

智能制造加工单元。智能制造单元结构包含行走工业机器人、机器人第七轴、机器人定制夹具、加工中心、数控车床、单元监视展示系统、数字化输送系统、单元总控系统。

清洗模块（高端产品配置功能）。清洗检测模块主要是由1台12 kg的六关节工业机器人与1台清洗机、1台夹具快换台组成。

检测与激光打标模块。检测与激光打标模块主要是由1台12 kg的六关节工业机器人与1台三坐标测量仪、1台三轴激光打标机、1台夹具快换台组成。

装配模块。装配模块主要是由1台12 kg的六关节工业机器人与1台装配专机、1台夹具快换台组成。

5 基地功能

智能制造实训基地建设完成后[3]，可以承担和实现校方和社会服务等多重目标，分别为与教学相融合的人才培养教学功能、与科研相融合的创新科研功能和与三一集团融合的生产制造功能的3大核心功能。

5.1 教学功能

人才培养方案及课程体系建设。复合型人才培养方案的建设是产教融合的办学思想和培养特色的集中体现，是决定学校社会地位与声誉的首要标志，也是影响毕业生发展前途的重要因素。因此，在学校发展过程中，有针对地开展专业升级改革工作是十分必要和重要的，开展针对智能制造方向的人才培养目标、课程体系升级等工作，借助校企双方的影响力共同搭建校企合作专业指导交流实践平台，通过开展线下的研讨会议，形成既贴合行业发展及用人需求又具备示范性、标杆性的人才培养体系，为人才培养的课程实践提供标准和指引。

围绕智能制造“三门课”的资源建设。智能制造“三门课”是在《中国制造2025》发展战略指导下，针对目前院校人才培养与市场技术需求错位的问题，而提出的理论与实操相结合的人才培养升级方案。该“三门课”指“先进数控加工技术-多轴和高速高精”“工业机器人”“智能制造”3门课程方向的系统解决方案，包括教学教材、实训指导书、实训平台、教学辅助资源以及师资力量提升培训等建设内容。

师资力量建设。人才培养，师资先行。从供应商选择就应具备教育部批准的全国重点建设职教师资培养培训基地，承担国家级骨干教师培训、省级骨干教师培训等资质。可在数控、工业机器人、智能制造等方面等给学校教师进行全方位的服务，大力支持装备制造业专业技能型人才和高技能人才的培养培训。参与学校教师素质提高计划等一系列项目的实施工作，为中国教学改革、技能型人才的培养以及“双师型”师资队伍建设贡献力量，同时应有许多校企合作共同推进教育教学改革与发展的经验。

社会技能培训与鉴定。以实训平台为依托，开展面向企业及院校的培训工作，内容为数控机床的装调维修、数控系统的操作编程、五轴加工中心的操作编程、工业机器人的装调维修、工业机器人的操作调整、智能制造单元安装与调试、智能制造单元的操作与调整、智能制造CPS系统等培训工作以及各级配套的职业技能鉴定，包括面向在校学生，开展职业技能培训和职业资格鉴定工作，技能鉴定合格后，颁发学成证书；面向企业承接各种职业技能培训（包括岗位培训、岗前岗后培训、技能提高培训等）和行业协会职业资格鉴定工作，技能鉴定合格后，颁发职业资格证书；面向社会个人提供技能提升培训和技能鉴定工作。

赛事承办运营。将本着“以赛促教、以赛促学”的理念，大力推进基地智能制造专业方向的人才培养，选拔培养优秀学生，精心组织，并努力做好技能竞赛的训练指导工作。将结合学校软硬件设施积极申报、承办各级别的工业机器人、人工智能、智能制造有关竞赛，并指导教师根据竞赛项目方案，制定详细合理的训练进程，有计划、有步骤地训练和组织学员参与“智能制造”专业相关竞赛。加强宣传、打造品牌，共同做好大赛的组织、承办和运营工作。

5.2 科研功能

智能制造实训平台最大的特点就是具有极大的开放性。除了满足日常的教学、培训等功能外，它能够提供教师和学生的二次开发的环境，在工业机器人应用、数控应用、大数据分析应用等。

设备接入系统总线中，系统可以通过总线提取ms级数据，包括指令位置、实际位置、指令速度、实际速度、实际电流、实时温度等关键数据，并通过二次开发接口传递到上位机，进行监控软件开发、运动控制模型分析与学习、展开误差补偿等智能化研究。

5.3 生产功能

生产线设计定位为柔性过渡智能制造生产线，综合考虑了现有企业生产场景技术及教学效果。智能制造实训平台全部采用标准化工业生产设备，能够进行金属材料和非金属材料非标工业产品的加工生产。

6 成果产出

6.1 人才培养

本项目从智能制造专业群方向的专业升级建设出发进行整体设计规划，项目建成后可向其有关智能制造方向进行人才培养。面向全校各专业开展纵向和横向的不同层次不同方式的人才培养，对智能制造方向专业来说增加了智能制造前沿技术的纵深拓展教学，对大机械其他专业来说则增加了智能制造应用特点的横向教学。因此，本项目带来的专业升级成果是可以面向全校各专业的，每一名学生都可通过本项目了解智能制造技术为装备制造业带来的变革、体验智能制造技术在不同产业中的应用方式和实现手段甚至学习其应用方法，掌握关键技术的使用方式，从而受益于本项目的建设。

6.2 双创竞赛

智能制造实训基地建成后，基地设备的先进性和实用性可以说在湖南省首屈一指，它可进行智能制造产线相关的应用技术技能大赛、工业机器人装调维修应用大赛等赛项的申报，并承接大赛的举办工作。这类大赛将受到众多院校的关注，大赛的顺利举办将全面展示学校的师生实力与独特的文化风采，同时也为创新创业提供了平台支撑，学生可以通过智能制造平台进行创意性产品、工业标准化产品的设计与生产，在社会和市场中进行探索与检验，让学生在学校中可以加速成长。

6.3 教学科研

建设成高素质技术技能型人才培养的示范基地[4]。以实训基地建设为纽带[5]，完成工程机械运用技术、机电一体化技术、工业机器人、数控技术、焊接技术及自动化以及智能控制技术6个专业的工学结合人才培养模式改革。建设完成后，专业群及各专业人才培养方案更加符合企业对职业岗位工作能力培养的需求，使学生在基本职业技能、专项技能、综合技能、职业素养多层次能力得到培养。

建成一支高水平专业群教学团队。通过实训基地建设，新增专业群及各专业的专业带头人达到6人以上，专业骨干教师达到20人以上，把专业群及各专业的教学团队建成为一支以专业带头人为引领、骨干教师为核心，数量充足、结构合理、素质精良、专兼结合的高水平专业群教学团队，每年获教学成果奖2项以上。

技能培训与鉴定能力明显增强。依托实训基地，在技能培训、技术咨询、职业技能鉴定等方面加强社会服务。建设期内，开展高职师资专业技能培训达到50人次以上，高职学生专业技能培训达到1 000人次以上；开展为社会提供技术培训及技能鉴定活动，使社会提供技能培训及技能鉴定达到1 000人次以上。