工业软件标准化趋势下高职院校服务地方发展能力的路径实践＊

无锡职业技术学院控制技术学院 张楠 臧渊

随着我国制造业数字化转型步伐日益加快，工业软件逐步成为制造业高质量发展的关键支撑。我国的工业软件产业形态趋于完善，针对工业软件标准化的趋势，我校智能控制技术专业聚焦人才培养方向和课程体系的调整、创新课程的教学设计和实施方式、企业员工培训、工业软件的技术研发，作为高职院校力求更好地服务地方制造业的发展。

2021 年年末，工业和信息化部发布《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》，提出“重点突破工业软件”及“完善软件产业标准体系”等重点工作任务[1-4]。2022年中国电子技术标准化研究院发布《工业软件标准化路线图（2022）》。工业软件标准化既是凝炼工业软件产业共识、促进经验固化的有效方式，又是引领工业软件技术创新、推进规模化应用的重要着力点，对于加强工业软件产业健康发展、提升国际影响力具有重要意义。

工信部指出，近几年来，中国工业软件市场规模稳步壮大，2022 年到7 月为止中国工业软件产品收入1219亿元，同比增长8.7%，供给能力有效提升，发展环境持续优化，为制造业数字化转型提供了有力的支撑[5-8]；2022 年9 月无锡市政协召开工业软件重点提案督办会；由此可见工业软件领域正在蓬勃发展。

工业软件是承载了工业知识和经验，面向工业领域，解决研发设计、生产制造、运维服务、经营管理等场景需求的一类软件，信息资源贯穿着数据采集、分析、决策、执行等各个环节，分为研发设计、生产制造、运维服务、经营管理及新型工业软件等类型，如图1 所示。

图1 工业软件基本认识Fig.1 Basic knowledge of industrial software

作为高职院校，我校将近期的建设目标定为智能制造特色校。我校智能控制技术专业将重点集中在工业软件的软件技术层和行业应用层的教学与技术研发上。工业软件在智能制造场景中的地位可谓举足轻重。根据工业软件标准化的趋势，以及根据地方发展的需要，调整智能控制技术专业人才培养和技术研发方式方法十分重要。

1 教学改革

1.1 专业培养方向调整

本校依托智能控制技术等多个专业与施耐德电气（中国）有限公司建有施耐德工业软件产业学院，教师与施耐德行业经理兼产业教授带领的企业团队定期进行研讨，同时与本地企业保持紧密的联系。调研发现短期来看与自动化相关的企业都有较为急迫的工业软件培训需求，也正意味着新岗位需求已凸显，对口人才培养恰为高校服务地方经济的路径之一。专业培养方向的调整短时来看可以为地方企业提供急迫的培训资源，长期来看将为地方发展培养更多的对口人才。

在数字经济产业迅速发展的背景下，工业软件已从工具的角色向平台转化，主宰着工业的走向。人才是工业软件产业发展的动力源泉，现状一般是IT 行业的工程师不懂制造，懂制造的不善长软件，而对口人才培养困难、高校培养方式单一、行业待遇相对较低，因此当前我国工业软件行业人才短缺现象依然严峻。针对工业软件标准化新趋势，积极改革专业培养方案，课程教学方法，提高人才的综合能力，培养同时掌握行业工业知识、工程经验和软件技术的对口复合型人才。

面对工业软件标准化趋势，智能控制技术专业结合本校智能制造特色校的建设目标，关注制造业研发设计、生产制造工业软件相关的数字化支撑部分，以工业软件教学实践及服务本地企业数字化转型的技术开发项目为经验基础，借鉴国内外其他地区企业智能化改造和数字化转型模式的优势，进行系统的总结提升，搭建高校及无锡企业的数字化支撑网络，这个目的主要包括以下四个方面：（1）解决工业软件研发、设计及应用就业岗位稀缺带来的大学生就业创业民生问题；（2）推动大学生创业在工业软件新兴产业发展中发挥积极作用；（3）探索工业软件研发、设计及应用创业型经济雏形建立；（4）构建工业软件研发、设计及应用培训模型，形成独具特色的培训模式，助力无锡企业智能化改造和数字化转型。

数字化转型是企业发展趋势，但2019 年前大部分企业动力和投入不足。随着时代的发展，现如今企业对数字化转型的需求凸显，计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助仿真（CAE）、数据采集与监控（SCADA）、生产管理（EMS）软件的市场前景乐观。智能制造控制系统中上层企业经营管理及生产综合管理与现场过程控制及现场设备/传感器都离不开设计仿真及数据采集环节。由于辅助设计及仿真、数据采集与监控系统和生产管理系统的构建要在不同的行业企业场景下，必须根据具体情况设计方案，相关岗位人才需求较为旺盛。智能控制技术专业主岗位为智能设备系统集成技术员、精益生产管控技术员，该专业聚焦智能设备信息融合、数字化管控。考虑智能控制技术专业主要岗位对应的工作领域，那么辅助设计仿真及数字化管控相关课程的新增和建设是必要的。按照工业软件分类来看，辅助设计仿真及数字化管控软件分别属于研发设计类和生产制造类工业软件，如图2 所示。

图2 工业软件分类Fig.2 The classification of industrial software

1.2 教学设计

我校发展规划聚焦智能设备信息融合、智能制造数字化管控，与工业软件紧密相关，建有工业软件数据采集及控制实验室和工业软件设计仿真实验室，控制技术学院已开设《工业软件技术及应用》课程，并申获工信部“十四五”规划教材高等职业教育类教材立项，同时积极开办无锡市项目制培训项目，为地方企业职工提供相关培训，教学团队成员与本地高新技术企业合作工业软件相关横向项目，为课程教学项目开发研究提供良好的基础，为教学设计提供更多的思路。

针对装备制造类专业学生以及工业软件行业职工，结合工业软件标准化趋势，调查研究各行业内外部工业软件共通与差异属性，寻找调整工业软件教学培训方案，为无锡企业输送面向经济社会发展需要和生产服务一线，适应产业转型升级和企业技术创新需要的，能够胜任工业软件研发、设计及应用等相关岗位的高素质技术技能人才，服务青年就业创业，为无锡企业智能化改造和数字化转型发挥作用。

以近两年建设的新课程工业软件相关的课程《工业软件技术及应用》为例，由浅入深的项目化课程设计，真实简化的企业案例，自适应反馈评价体系，模糊化要求设定，分工团队合作探索，非全能目标，自我认识评价，相互评价，引导对人工智能数据挖掘、机器学习的认识，就业升学。具体来说，项目一为方案设计及软件安装；项目二为基础案例；项目三为全面案例；项目四和项目五为真实企业案例，如图3 所示。项目一为引入模块，引领学习者形成SCADA 系统的初步认识，使学习者了解SCADA 系统应用的场景、数字化转型中的作用、智能制造中所处的环节、SCADA 系统的组成等知识，掌握SCADA 软件的安装与授权；项目二为简单又经典的案例，能够接触到SCADA 系统架构中的基本知识及操作，以单人操作为主；项目三则是能够涉及到较为全面知识点及操作的案例，在前面两个项目的基础上，更深层次地学习及练习SCADA 系统的架构方法，这个阶段仍然是以单人为学习单位，直接进入团队协作的模式有可能导致个人部分知识点或操作的缺失；项目四和项目五将带领学习者切入真实的企业案例，在夯实了知识及操作的基础上，最后真实案例阶段锻炼学习者的团队合作能力，以团队的形式完成系统的规划、构建、测试和维护。在每个项目结尾都有两张评价表，分别是自我评价表和指导教师评价表。评价表中又包含一些固定指标和每个项目不同的操作指标。具体项目操作指标在教学设计时考虑仅涉及实现项目功能的必要操作，项目其余部分都是开放的，允许学员有自己发挥的空间，欢迎创新的思维。

图3 教学设计Fig.3 The design of teaching

教学团队对整个教学行为进行分析，教学效果好的地方记录下来作为成功的经验，未达成的地方记录下来，对课程设计进行修改。对于重点难点的突破过程仔细反思，这个方面的突破是教学计划中描述的重点。实践出真知，教学过程对教学设计修改助益颇大。

1.3 教学实施

对智能控制技术专业开设的《工业软件技术及应用》课程进行教学研究。数据采集作为一切对智能制造控制系统数据处理的前提，数据采集与监控系统构建是智能控制技术专业或其他自动化相关专业学生必须具备的能力。

该课程采用项目化教学模式，将包含知识点的项目还原到课程工作任务中，支持独立操作与团队协作。借鉴在德国双元制教育四步法，根据学习者具体情况进行重新设计，将课程中每个单元学习流程分解为教学计划、任务描述、实操计划及练习、自我评价和指导教师评价四步，如图4 所示。四步法引导整个学习过程，丰富的评价体系，提高学生学习积极性，最终达到提升课程教学效果的目标。项目二及项目三单人操作，在项目开启前，绘制整体蓝图，让学习者明确该项目完成后的效果，虽然是离散的操作任务，但最终形成一个整体的项目。完成项目后，引导学生进行项目测试，养成项目全流程的良好习惯，根据测试结果改善项目功能。操作结束之后，由学员本人对自己所完成的工作打分，为学员养成审视的习惯。再由指导教师对学员打分，形成过程考核中的一部分。自我评价表和指导教师评价表中包含了完成量、准备充分程度、计划合理程度及其他具体项目操作指标，学员可借由两张评价表的对比，发现问题解决问题。

图4 四步法Fig.4 The method of four steps

从包含基础知识点的简单项目和全面项目的单人操作过渡到真实案例的团队协作，在保证每位学员夯实基础知识点和基本操作的基础上，再进行团队协作，避免实操任务过于集中个别成员。学生分组组成团队,对企业案例进行深入了解，通过查阅调研、集体讨论并设计方案加以实践，以SCADA 软件为主配合数据库软件实现功能，经测试后确定最终SCADA 系统，每位学生以个人为单位根据对应整个实操过程中的给定条目自评，最后由任课教师在实践操作计划及练习表中进行打分，作为课程过程考核中的一部分。

1.4 考核方式

智能控制技术专业课程注重过程考核，以《工业软件技术及应用》的考核方式为例，过程考核以两种形式进行，线上作业的形式加深知识点的认知，线下实际操作的方式为基础的实践为主[9]。

线上作业注重职业道德知识、工业数据采集与监控系统架构的理论知识及基础知识。以判断题的形式考核学生在知识易错点上的辨别能力，以单项选择题、多项选择题及填空题的形式考核学生在知识重点难点上掌握程度。

期末考核以实操的形式进行。以行业真实应用场景的形式作为上机大题，考核学生的实际架构能力。考核的最终目标是让学生能够掌握SCADA 系统的架构方法，在课程规定的课时内学会利用已掌握的知识解决实际项目的问题，同时培养团队协作的习惯，以便学生在进入企业工作时更好地适应团队合作的形式，减短适应的过程。

2 科研创新

我国工业软件仍与国外厂商在多个方面还存在较大差距，工业软件产业多个环节存在技术薄弱和空白，需要各方共同努力开展技术攻关[10,11]。例如在CAD、CAE和EDA 等核心技术领域，仍需加强相关技术研发和产品迭代。作为更贴近制造业第一线的高职院校专业教师，我校智能控制技术专业引导教师们将工业软件技术研究结合原研究设定为自己科研的主攻方向，带来一系列横向课题的立项。在课题研究过程中，在校生也参与进来，有的还申请到了省级大学生创新创业训练计划项目。而横向课题的研究内容也由教师转化为课程中的项目案例，丰富课程内容，充实实训项目。教师科研研究方向聚焦工业软件，高校科研力量服务地方企业。

3 结语

高职院校服务地方发展根本立足点还是教学，我校制造类相关专业顺应工业软件标准化趋势，调整培养方向，创建或更新课程，丰富或迭代教学资源，为地方企业提供职工培训服务，以及调整人才培养方案，培养对口的技能型人才。与此同时，引导专业教师将研究方向主动靠拢工业软件技术，为地方企业提供技术支持，研究横向课题，带动学生的创新创业，反哺教学工作，形成产学研良性循环。