装备制造专业为制造业数字化转型培养人才研究——以南充职业技术学院为例

杨明轩,李跃华 ,王爱华

(1.南充职业技术学院 机电工程系,四川 南充 637131;2.南充文化旅游职业学院 学院办公室,四川 阆中 637400)

制造业是现代化发展的原动力,是规模效益最为显著的产业,各方都高度重视制造业的发展。然而,受疫情反复持续和国内外环境等不确定因素的影响,国内制造类企业大多面临市场、资金、人才、技术等问题,重重困难、举步维艰,处于生死存亡的边缘。对此,必须建立起适应市场经济要求、产业集中度合理的生产体制。制造业通过数字化转型,开展智能制造化解危局,但却面临相关技术技能型人才短缺等问题。

一、学院装备制造专业

南充职业技术学院(简称学院)装备制造专业设有智能控制教研室、智能制造研究所等机构;开设工业机器人技术、机电一体化技术、机械设计与制造(3D打印技术方向)、数控技术、汽车检测与维修技术、汽车制造与装配技术、新能源汽车技术、城市轨道交通机电技术等专业,依托南充及周边强大的装备制造业,构建起坚实的办学基础,成为相关人才的培养基地。

(一)师资力量

现有专任教师48人,教授3人,副教授12人,博士2人,研究生25人。拥有工业机器人省级教学团队1个,四川省有突出贡献专家1人,教学名师3人,南充市数控维修、数控加工首席技师2人,南充市数控、钳工、工业机器人操作技能大师3人,“1+X”师资培训专家1人,工业机器人应用编程“1+X”培训师和考核师11人,企业兼职教师15人,“双师”型教师占比93%。

近五年来,获国省市级科研项目、专利及软件著作权26项,公开发表论文30多篇,主(参)编出版著作教材13部,建成精品课程12门。

(二)教学设施

校内建有省级智能制造生产性实训基地、工业机器人实训中心、3D打印实训中心、电气控制与可编程实训中心、数控实训中心、汽车实训基地、金工实训中心等,场所面积7.5km2,设备总值2千多万元。校外建有吉利四川商用车公司、人本集团、中科九微、锐进机械等实训基地十多个,还建有拓格机器人学院和其他冠名班等。

拥有国家高技能人才培训基地、四川省高技能人才培训基地、南充市工业机器人应用与研发重点实验室、教育部“工业机器人应用编程、工业互联网实施与运维”“1+X”试点项目、大师工作室等。

为主动适应地方经济社会发展、产业需要和企业技术要求,充分利用地方资源,政产学研用协同,以产业链和产业集群为导向,培养服务于区域经济社会发展与产业对接的技术技能人才[1]。

二、南充及周边制造业

(一)南充制造业

南充位于成都、重庆、西安三角经济区要冲和川渝陕甘腹地,是《成渝城市群发展规划》的“川东北区域中心城市”和《成渝经济区区域规划》的“成渝经济区北部中心城市”。

南充拥有较为完善的汽车汽配产业体系,是四川省五大汽车汽配生产基地、西部新能源汽车研发制造基地,汽车汽配产品生产总量居四川省第二位,形成以新能源商用车、专用车、改装车等整车为龙头,以发动机、车桥、热交换等关键零部件为配套的汽车产业体系。

2019年,南充汽车汽配、高端装备制造产业实现产值810亿元,年增长达14.1%;2020年汽车整车制造和汽配产业总产值为904亿元,同比增长11.6%,电子信息产业和高端装备制造产业总产值420亿元;2021年南充市汽车汽配业增加值比上年增长13.4%;2022年上半年南充市规模以上工业增加值同比增长0.2%,高新技术产业增加值增长12.9%,汽车汽配产业增加值增长2.3%[2]。

南充是四川省重要的高端装备制造基地,重点发展智能制造装备、航空装备制造、摩托车配件、农用机械等产业。南充与周边在机械、汽车、摩托车、农机等有着密切的产业协作、配套关系,是成渝双城经济圈发展的重要辐射源。

(二)南充周边制造业

南充周边就是成渝双城经济圈,其实力不菲,是国家四大板块中增速最快的,仅从2019年至2021年间看,两地规模以上工业企业营业收入从6.5万亿元增长至8万亿元,2022年上半年,重庆、四川规模以上工业增加值同比分别增长6.3%、3.6%,均高于同期全国平均,制造业高质量协同态势加速形成[3]。

(三)制造业面临的困境

南充及周边制造业虽表现不俗,成绩斐然。但长期以来,国内制造业利用劳动力充裕、成本低的优势,大力发展劳动密集型产业,逐步形成了具有国际竞争力的制造产业链。而大多数制造业企业缺乏创新动力,产品徘徊在价值链的低端,且受疫情和内外环境的影响,在生产方面,因上下游企业复工参差不齐,使生产链、供应链、产业链运行不畅;在销售方面,受疫情影响消费力下降,订单大幅下降,企业库存增加,占用大量资金,使利息、租金、员工工资等固定成本增加,导致企业短期偿债能力严重下降,成本上升,且随着劳动人口的逐渐减少,人力成本日益增加,人力资源紧张,订单减少,制造业增长势头减弱,面临极其严峻的挑战,处于生死存亡的巨大危机之中。

(四)制造业转型智能制造

制造业数字化转型就是制造类企业以及产业链、供应链运用工业互联网、大数据、云计算、人工智能、区块链等数字技术,以数据为驱动,对研发设计、生产制造、仓储物流、销售服务等业务环节,进行软硬结合的数字化改造,推动制造企业生产方式、企业形态、业务模式、就业方式的全方位变革,重构传统工业制造体系和服务体系,促进产业链、供应链高效协同和资源配置优化,催生新模式新业态。而智能制造是基于数字化技术,在制造过程中赋予机器智能,使制造机器或系统进行分析、推理、判断、构思和决策等智能活动[4]。

为破解制造业所面临的困境,各方都在大力推动汽车汽配、摩托车配件和农业机械等制造产业转型发展,使制造类企业由“制造单一化”向“整体智能化”、“低端制造”向“高端技术”上加速转型,推行“机器换人”改造和智能生产。因此,通过数字化使制造业转型智能制造,成为传统制造类企业生存和发展的必然选择。

(五)智能制造的关键是人才

人力资本是实现智能制造由理论创新到生产实践的关键性要素。制造业要从传统生产方式向智能化生产方式转型,就必须颠覆传统生产制造过程中人、设备与工厂之间的关系,特别是在系统层面既需要拔尖创新人才实现高精尖科技突破,又需要技术技能人才实现生产一线的快速应用和高效产出;在技术和数据领域,更需要业务技术协同与良好的沟通能力;在流程领域,需要具备“群策群力”的能力,掌握优化流程或流程再造等关键领域的人才。因此,推进智能制造不但需要专业的规划和实施人才,还需要能对这些智能化设备和系统进行熟练操作的技能型人才。

职业教育作为实现技术技能人才有效供给的重要一环,在制造业生产方式的更新迭代、产业技术革新过程中发挥关键作用,能够为制造业数字化转型培养技术技能人才,是推动智能制造不可或缺的核心力量。

三、构建智能制造专业群

装备制造各专业技术互补性强,教学资源能高度共享,还能发挥职业教育作为培养技能人才的独特作用。对此,以工业机器人技术专业为核心,以数控技术、机电一体化技术(工业互联网方向)、机械设计与制造(3D打印技术方向)等体现新技术方向的专业为支撑,围绕智能制造工程技术链这一主线,紧跟技术发展前沿,依据产业需求整合装备制造各专业优势资源,构建智能制造专业群(简称专业群),为制造业数字化转型培养人才,如图1所示。

图1 智能制造专业群

组建专业群能开发新课程、强化师资队伍,打造先进实训设施等,对教学资源进行优化集成与利用,有利于专业群集约化发展,形成各专业可持续发展机制,使专业办学生命力强。

(一)重构专业群课程体系

专业群课程体系重建是基于岗位能力为导向的课程组合,每一组课程对接一个工作岗位,由若干个学习领域或教学模块为单元组成,内容源于企业的工作领域。每个学习领域规定了教学目标、教学参考课时、教学内容,教师以行为导向的方式进行授课,使学生学习后能在智能制造行业领域内独立计划、实施和检测其工作任务,从而体现课程应用属性,突出能力本位。

1．以关键技能和技术需求为导向

机器人由“机械本体、电气控制模块、PLC模块和数字化控制系统”组成,在生产领域中,机器人需要与数控机床等设备组成智能产线一起协同工作。培养工业机器人编程、安装、调试、维护等技术技能人才是面向工业机器人在成型、焊接、喷涂、装配、物流等应用领域;数控技术专业面向零件加工、模具制造等应用领域,培养数控设备编程、运行、维护等技术技能人才;机电一体化技术(工业互联网方向)专业面向智能产线设计、工程改造、工业软件应用、企业上云等应用领域,培养自动控制、工业网络建设、物联网应用、APP应用开发、系统集成等工业互联网前沿应用技术人才;机械设计与制造(3D打印技术方向)专业面向智能制造、3D模型开发、产品样件制作、小批试制,以及正式生产等工艺环节,培养制造工艺(如工艺标准、作业指导书等)设计、工艺装备(如夹具、检具、模具等)开发、工程项目管理等方面专业技术人才。因此,工业机器人技术专业、机电一体化专业(工业互联网方向)、机械设计与制造(3D打印技术方向)均可培养从事机器人组装调试类、机器人运维类、机器人集成应用类岗位群,数控技术专业可培养从事机器人零部件制造类、智能产线集成应用类、机器人运维类岗位群。由此可见,经职业岗位和职业工程技术能力分析,把专业群课程设置与就业岗位衔接,如图2所示。

图2 课程设置与就业岗位衔接

2．以能力培养为核心

专业群建设的核心是课程。专业群课程设置与智能制造工程技术链各应用环节技术相关,完全对接就业岗位。课程开发聚焦区域汽车汽配、高端装备制造等产业的智能制造工程环节,紧扣技术和产业升级需求,与智能装备系统发展同步,服务于智能制造工程环节中的产品试制、工艺装备、工程制造、生产运作、设备维护等技术链。形成以智能制造工程为导向、工程设计为引领、智能装备为支撑、工业网络为平台的工程技术体系,打造工程设计、建设(安装、调试、检测)、应用(工程应用和生产运行)和维护一体化的课程体系。把“知识(学科)本位”转变成“能力本位”,培养以能力为核心的技术技能型人才。

(二)校企联合开发课程

课程内容由校企联合开发,教材结构以模块化为主体,以任务为驱动,遵循基于职业能力需求为导向的教学理念。对此,把企业职业分解成若干活动单元,做成作业项目,课程教学内容从企业项目“拆解转化”而来,建立产业链项目引领,“专业通用能力+作业项目”组成15个左右的“学习模块”,重构专业群课程体系。

1．公共基础课程

公共基础课程按国家要求和通识教育需要,采用为装备制造专业的课程。包括:军训与军事理论、思想道德修养与法治、毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论、习近平新时代中国特色社会主义思想概论、形势与政策、体育、大学生职业发展与就业指导、心理健康教育等列入必修课;并将党史国史、创新创业教育、大学语文、高等数学、公共英语、安全教育、职业素养等列入必修课或选修课。

2．专业基础课程

培养专业通用能力的专业基础课程设置7-9门。包括:机械制图与AutoCAD、机械工程基础、液压与气压传动技术、电工电子技术应用、电气控制系统、计算机基础、C语言程序设计、数据库技术、智能制造概论等。

3．专业核心课程

由企业职业分解成的作业项目组建专业核心课程,设置7-9门。包括:可编程控制器技术、工控网络与组态技术、传感器与智能检测技术、工业机器人技术、机器视觉识别技术、智能生产线数字化集成与仿真、MES系统应用、智能控制系统集成与装调等。

4．专业技能实训

根据学院和合作企业现有的实训条件设置6-8门。包括:金工实训、电工电子实训、电气控制与可编程实训、数控加工实训、工业机器人实训、3D打印实训、智能制造生产线安装与调试、智能制造生产线生产与管控等实践教学。

5．专业拓展课程

专业拓展课程包括限选课程和任选课程。包括:运动控制技术、自动生产线安装与调试、Python应用基础、单片机应用技术、大数据处理与应用、变频调速与伺服驱动技术、传感网应用技术、RFID应用技术、工业机器人工作站系统集成、机械数字化设计与制造、机械产品三维模型设计等,专业拓展课程可依据区域产业结构进行适当的调整。

6．开发课程资源包

根据企业工程师、普通技术工人、农村劳动力转移人员、转业军人、职业院校等不同需求,开发不同层次学习与培训课程的资源包,以满足线上、线下学习需求,为地方产业转型升级培养应用型人才。还根据产业用人技能需求与学院实际教学实训条件,校企共同编写新型活页式、工作手册式项目化校本教材,配套开发信息化资源,且教材内容根据校企教学实训条件的不断完善与用人单位对技能需求同步更新。

(三)建设高水平师资队伍

专业群建设的关键是教师。围绕智能制造工程技术链人才培养要求,着力提升教师职业素养和教学能力,以发挥教师在制订与落实教学计划、培养学生岗位实践能力和专业技能及综合职业素养、教育教学研究等专业发展、人才培养方面的作用,打造一支“师德高尚、业务精湛、专兼结合”的教学创新团队。

1．夯实专任教师队伍建设

学院通过南充市政府嘉陵江英才计划,引进专业群相关专业的硕士、博士等高层次人才,优化教师队伍结构。并通过国内相关培训、研修进修、学术交流、专业交流、参加技能大赛、主持或参与各类纵横向课题研究、企业一线锻炼、参与企业技改项目、为企业提供技术服务等方式,打造专业技术水平高、实践能力和创新能力强的骨干教师和“双师型”教师队伍,以加强专任教师队伍建设。

2．强化兼职教师队伍建设

专业群实行“互兼互聘、双向联动”机制,从企业聘请实践经验丰富的行(企)业领军人才、大师名匠、技术骨干等高技术技能人才担任兼职教师,并对兼职教师开展职业教育教学规律、职教理论、教学方法、教师职业规范等方面进行培训,以增强职业教育能力,既可承担专业技能教学,又可参与专业课程开发、技术讲座等工作,以加强兼职教师队伍建设。

(四)打造高水平实训基地

专业群建设的基础是实训基地。围绕智能制造工程技术链,经整合基础实训,赋能智能制造实训和“1+X”证书“培考管”基地,面向企业真实生产环境,以任务式培养模式建设专业技术实训,打造具有区域特色的智能制造公共实训基地,为区域提供综合服务和技术创新,形成集教学与技能考核、技术服务与创新、工程素质教育与课程思政于一体的综合性、开放性、模块化的实训基地,如图3所示。

图3 打造专业实训教学基地

1．整合基础实训基地

两组高血压左心室肥厚伴衰竭患者和健康人员的各项基线资料相比无明显差异性，即可用P＞0.05表示两者之间具有可比性。

由于现有的实训只能满足某门或某些课程的实践教学需要,大多分散且没有形成一个综合实训平台[5]。对此,打破工业机器人、数控技术、机电一体化技术、机械设计与制造等原有专业实训基地体系,通过整合学院和企业资源,在机电、电工电气、数控、工业机器人、金工实训等平台基础上,按照制造类专业基础构建工程实训操作和维护保养等基础实训场所,主要承担数控机床、工业机器人等制造基础及软件教学,具有共享性、开放性。通过实训让学生对设备进行机械、电气、通信等元器件拆装,了解设备的结构与性能,通过编程操作、检验检测和维护维修保养调试等训练,满足智能制造基础技能培训。同时,还承担车工、铣工、加工中心、电工、焊工、钳工、工业机器人等工种的中高级职业技能鉴定。

2．打造公共实训基地

专业群基于制造业数字化转型发展需求,以智能控制教研室、智能制造研究所,以省级智能制造生产性实训基地、南充市重点实验室(工业机器人应用研发)和工业机器人省级教学团队等平台,运用工业互联网、智能传感技术、大数据、云计算及人工智能等新技术,针对南充及周边主导产业相关装备设计、制造、安装调试、运行维护、改造升级全生命周期,构建从生产计划到产品交付全过程的生产组织、现场管理、质量控制等实训内容,对区域内中小微制造类企业开展研发、推广工业互联网产品,实现工业数据采集设备的部署、工业现场数据采集上云、工业APP研发应用等提供工业大数据建模、分析处理等服务;对设备集成、安装、调试的运维管理需求,提供系统组建、数据采集、工艺改善、能耗采集、运行维护维修与管理及安全预防、防护、控制、处置等技术服务。构建具有区域产业特色的工程实践综合实训平台,如图4所示。

图4 打造智能制造公共实训基地

公共实训基地聚集装备制造专业的优势教学资源,以企业职业为目标,将创新性与实践性相结合,夯实产教融合,注重基础工程,拓宽专业训练,融合学科交叉,解决学时少、课程多的矛盾,突出应用开发性教学,让学生掌握知识,培养能力和素养,打造具有创新思维和综合应用能力的人才。除兼顾实训教学、教师科研外,还承担三维建模数字化设计与制造、工业产品创新设计与快速成型、自动化生产线安装与调试等市院级职业技能大赛。

公共实训基地作为政企校三方协同机制,将职业岗位与生产性实训基地融合,形成以实践教学、职业技能竞赛、职业技能培训鉴定、科研开发、创新创业、社会服务相结合的现代工程实践教学基地,最大程度地提升技术设备和人才资源的集约度,扩展了技能人才培养的覆盖率,构建社会化的技能人才专业实践平台,为培养高技能人才核心技能开辟了一条有效的实践路径,为推动智能制造技术的推广与应用、引领产业技术发展、助推南充及周边产业做大做强贡献力量。

四、教学效果

(一)过程评价

教学效果通过考核评价体系体现。因专业群构建起以教师、课程和实训为主的教学体系,突出理论学习,强化技能实习实训,改变考试(查)成绩以期末理论考试为主方式,而是将实践与理论考试(查)各占一半,实践考核成绩由课程设计、测绘、实训(习)、出勤、作业、竞赛等环节按一定比例计入,加大实训实践考核力度,注重过程评价,改变传统课程考核评价方式,形成教学质量保障体系和人才培养体系,以满足培养智能制造人才需要。

(二)社会评价

学生就业率高,社会评价积极。学院先后与吉利四川商用车、中科九微、南充市锐进机械等十多家企业签订合作培养人才协议,并将企业的生产车间作为顶岗实训基地,现场学习五轴加工技术、机器人离线编程与仿真、MES生产管理系统等技能,培养基础扎实、自学能力强、企业急需的具有创新精神和创新能力的紧缺人才,在学生入职后不久就有人参与新产品开发、从事工艺和技术管理、参加技改项目等,迅速成长为公司的技术骨干,甚至挑起重任,大大提高了人才培养质量,用人单位普遍反映好,有助于缓解人才短缺的问题。

近年来,学生八成以上在省内就业,主要集中在成都、南充、重庆等地,5年就业率分别为95.05%、95.51%、88.1%、92.2%、96.1%,最低都在88%以上,就业专业相关度为70%,学生与雇主就业满意度均高达95%以上,学院积极为地方经济建设培养人才[6]。

(三)参加各类大赛斩获多

近年来,以赛促教学、以赛促学习、以赛促就业激励下,专业群积极参加中国技能大赛-全国智能制造应用技术技能大赛、全国机械行业职业院校技能大赛——“华中数控杯”机器人装调与智能加工单元应用技术大赛、四川省高职院校大学生制造单元智能化改造与集成技术、工业机器人技术应用、数控装调、电气控制等国省市与行业类各种技能大赛,专业群教师和学生斩获40多项奖,在学院各专业群中成绩斐然。

学生经历强化训练和大赛的考验,既掌握制造业先进技术技能,又培养积极向上、勇往直前、奋力拼搏、团结协作的人文科学精神素养和社会责任感,大多被大公司聘用,受益匪浅。

五、结语

学院根植于南充,瞄准高等职业教育与行业、企业需求,围绕南充和周边经济及产业发展,聚焦产业升级改造,不断深化教育教学改革,持续加强内涵建设,对装备制造专业进行重组,集中优势资源构建智能制造专业群,通过创新人才培养模式,以质量为生命,以特色显优势,以创新促发展,为智能制造培养应用型、复合型、创新型技术技能型人才,不仅对龙头制造企业,而且对众多中小微企业意义更大,也为学生打通成才的大门。