面向智能制造的技能人才理虚实一体化培养新模式研究

李占超 潘小新

摘  要：该文从智能制造人才需求出发，分析了传统技能人才培养的不足及转型目标，在原有理实一体培养模式的基础上提出理虚实一体的智能制造人才培养新模式。详细分析了理论教学、虚拟实训、智能制造车间实训3部分的建设内容和融合办法，探索了适合智能制造需求的高端技能人才培养新模式。

关键词：智能制造  理虚实一体化  虚拟仿真实训

中图分类号：G71                                    文献标识码：A                           文章编号：1672-3791（2019）04（b）-0151-02

2013年德国率先提出“工业4.0”战略，旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人机工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴，被业界认为是以智能制造为主导的第四次工业革命。可以说智能制造是未来中国制造的核心，制造过程、运行服务过程都将数字化、网络化、智能化。中国职业技术教育学会常务副会长刘占山指出，在智能制造的背景下每个生产者都由集中向分散转变，不再是生产线上简单操作工，他们不仅仅是设备的生产者，同时也是智能设备的管理者，这对新形势下机械制造专业的人才培养提出了新要求。

1  机械制造专业教学现状

现在的机械类专业在本科都是以专业理论和基础课为主，实践时间很少，企业实习只有短短的几周时间，根本学不到多少实践知识;而机械制造专业的职业教育还以传统的技能人才培养模式为主[1]，也就是培养操作工为主，学生理论知识不足。随着我国经济社会的发展和产业结构的升级，机械行业对复合型应用型人才的需求日益强烈，现有的劳动力体系和职业教育体系将不能适应智能制造的发展需求。首先，专业划分界限过于显明，不利于复合型技术人才的培养;其次，片面强调理论知识或操作技能，而轻视解决实际问题的能力和自主学习能力的培养，造成学生解决实际问题能力差、技能结构单一、理论知识不足、发展潜力小;最后，当前各院校还处于相对封闭的办学形态，没能及时跟上产业结构的升级发展，难以提供制造业转型升级所需要的资源和培训需求[2]。

2  “理、虚、实一体化”课程体系改革

培养学生的实践和动手能力离不开大量的实训教学，智能制造系统复杂、设计和制造过程信息化集成度高，采用真实装备进行实验实训教学设备价格昂贵、实训系统投资大。若学生从零基础开始实训则课时量大设备数量很难满足教学要求且实训成本高，另外也增加了设备操作安全隐患。由于经费、时间、场地和教学资源的限制，学生实训数量和质量受影响，自主设计、创新设计能力很难提高，且与企业实际生产脱节，难以达到预期的培养目标。

因此，该文提出在现有的“理实一体化”教学理念基础上，选取工业真实的典型应用案例，围绕其真实的产品生命周期全过程，提出以虚拟仿真实训作为理论教学与实物实训之间过渡的桥梁，构建“理、虚、实一体化”的新一代教学与实训体系。“理”是指围绕典型应用案例及其工作过程构建的课程体系及资源包。“虚”是指采用世界领先的虚拟仿真软件进行的虚拟仿真实训。“实”是指典型应用案例的实物实训及工厂化实训。该体系采用虚拟仿真软件，在理论教学和实物实训之间搭建起一个过渡的“桥梁”，从而有效地解决理论教学与实物实训难以有效融合的问题，使“理实一体”的教学与实训理念得以有效贯彻。大幅度提升教学与实训的效率、效果和规模，并显著降低实训成本。

2.1 理论教学

目前国内还很少有专门的智能制造专业，已有的机器人专业也不能笼统地称为智能制造专业，即便是有新开设的智能制造专业，在课程体系上也是比较片面的，因为智能制造本身就是融合了很多专业，是工业化、自动化、信息化和智能化的产物，因此有必要对原有课程体系进行调整。我们以传统机械制造及自动化专业为基础，进行了适应智能制造需求的课程体系改革研究。改革后的专业学习内容应该主要包括机械原理、机械设计、三维建模、电子电工、工业机器人、PLC控制、单片机编程、液压与气动、工装夹具、数控加工和特种加工等，具有“控（制）管（理）结合，强（电）弱（电）并重，软（件）硬（件）兼施”等鲜明的特点，而且所培养的学生具有适应性强、就业面广的特点。学生的就业去向可满足各种机器人生产、系统集成和各類制造应用企业的需求。教学过程中还应注意各课程之间的相互衔接，课程资源包、授课案例均来自实际工程项目，且在后续的实训教学中有所体现。

2.2 虚拟仿真训练

“理、虚、实一体化”就是在现有的“理实一体化”教学理念基础上增加了虚拟训练[3]，学生通过虚拟训练可对系统、设备、装置、控制系统、工艺流程及操作注意事项，产生一定认识并达到一定掌握程度之后再进入实际操作训练。可快速、大面积提高学生的实际操作技能并降低各种误操作导致的安全隐患，大幅度提升教学与实训的效率、效果和规模，并显著降低实训成本。因此我们选择芬兰Visual Components有限责任公司开发的、行业领先的3D制造仿真和可视化专业软件[4]——VisualOne，作为虚拟仿真教学的平台。在此平台上可设计的教学实训项目有：智能工厂设计、机器人轨迹规划、PLC 控制编程、干涉检查、设计仿真等。

2.3 智能工厂实训

经过虚拟实训的学生虽然对实训内容有了清晰的认识，对理论知识也有了一定的融会贯通，但要真正走向实践必须经过实物实训的熏陶。这既是老师对前期理论学习和虚拟实训的检验，也是学生对自己所学的一个实践验证。图1即为柔性制造系统的应用案例，具有集成度高、设备先进且种类较多、高柔性等特点。可设计并进行的智能制造集成系统的实训项目有：（1）系统对新设备新组件的集成;（2）典型自动生产系统及工艺流程的设计;（3）系统常见故障诊断及排除;（4）系统的安装与调试;（5）系统的日常维护与保养。

3  “理、虚、实一体化”教学资源建设

理论教学资源包含电子图文、PPT、动画视频、练习素材、试题库、项目案例等丰富多样的资源素材，将实训案例全部融进教学资源包，遵循系统化和整体化设计要求，各类资源以单个知识点或案例为基本单元存放，既满足教学要求又能理论联系实际，使教师可自由、灵活、方便、快速地组合出各种个性化的教学套餐[5]。

4  结语

智能制造“理、虚、实一体化”教学与实训体系，通过虚拟仿真训练，将理论教学和生产实践紧密结合，解决了硬件设备对理实一体化课程实施的限制，相比实物实训可以拓展出更多、更专业、更深层的实训项目。这种教学模式可以更好地对时间和空间加以有效利用，使教学的效率和效果得到显著提升。因此，构建智能制造“理、虚、实一体化”的新一代教学与实训体系，是培养满足中国智能制造要求的高技能人才的有效途径。

参考文献

[1] 周兰菊，曹晔.智能制造背景下高职制造业创新人才培养实践与探索[J].职教论坛，2016（22）：215.

[2] 莫玲玲，丛国栋.迈向“技能4.0”——关于职业技能教育变革的思考[J].环球市场，2016（12）：63.

[3] 单岩，苗盈，赵悦.基于虚拟现实的新型模具专业教学与实训平台应用[J].模具工业，2013（2）：114.

[4] 王猛，韩正功，许斌杰.VSFMA模型在自动化车间虚拟仿真中的应用[J].计算机技术与发展，2013（10）：42.

[5] 高芳.基于信息技术的“理、虚、实一体化”教学资源建设探讨[J].中国培训，2016（20）：56.

①作者简介：李占超（1986，7—），男，汉族，河北承德人，本科，讲师，研究方向：机械制造技术。

潘小新（1986，10—），女，汉族，河北承德人，本科，讲师，研究方向：机械制造技术。