智能制造背景下高職制造業創新人才培養實踐與探索

周蘭菊+曹曄

摘 要：隨著《中國制造2025》的頒布實施，我國傳統企業開始向智能制造方向轉型升級，生產模式的改變使一些工作崗位發生變化，尤其是機器人代替人后，使高職生的就業受到很大沖擊，文章從智能制造企業的崗位能力需求出發，分析了智能制造的特點以及技術技能人才崗位能力需求的變化，結合學校的實踐，探索了適合智能制造企業人才需求的高職人才培養的一些新舉措。

關鍵詞：智能制造；崗位能力；人才培養

作者簡介：周蘭菊，女，天津電子信息職業技術學院副教授，天津職業技術師范大學博士生，研究方向為機械制造教育；曹曄，男，天津職業技術師范大學職業教育教師研究院院長，教授，博士生導師，研究方向為職業教育與經濟。

基金項目：天津市哲學社會科學規劃項目“天津市職業教育現代化及評價指標體系研究”（編號：TJJX15-032），主持人：曹曄。

中圖分類號：G710 文獻標識碼：A 文章編號：1001-7518（2016）22-0064-05

一、問題的提出

《中國制造2025》自2015年5月8日正式頒布以來，已引起許多專家學者的廣泛關注，這是我國繼德國提出“工業4.0”后提出的中國版“工業4.0”，它以“創新驅動、質量為先、綠色發展、結構優化、人才為本”為基本方針，以“工業化和信息化深度融合、智能制造”為主線，這是我國實施制造強國30年戰略中的第一個10年行動綱領，我國制造業掀起了轉型升級的改革熱潮。許多專家學者指出，我國制造業目前還處于“工業2.0”和“工業3.0”并行發展的階段，我們要想達到“工業4.0”，必須走“工業2.0”補課、“工業3.0”普及、“工業4.0”示范的并聯式發展道路?？梢?，“中國制造2025”不是德國的工業4.0，量大面廣的是普及工業3.0。對于企業而言，自動化智能制造是當前我國實施《中國制造2025》的最重要的內容。近年來，我國東部沿海制造業較為發達的地區正在加速推行自動化機器設備替代產業工人，即“機器換人”，來推動技術紅利替代人口紅利。為此，有人認為大量無人工廠的出現將使職業教育面臨無用武之地的困境。事實上，雖然機器換人確實使生產環節所需的操作工人減少，但調試、維護和控制工業機器人的技術性崗位將會相對增加。一些專家也指出：受工業機器人靈活性、柔性以及工作范圍等因素限制，現有的工業機器人能夠代替人工作的比例大概是30-35%左右，近7成的工作工業機器人還不能代替人類工作。

基于以上情況，需要我們重新審視職業教育，從以往突出技能操作培養向關注培養人的復合型能力和創造性，在育人理念、教育形式、人才培養模式、教育內容、課程體系和教學實踐等方面做出變革和調整，以適應技術發展對于人的發展提出的要求。智能制造需要什么樣的人才與之匹配？許多專家學者紛紛進行了探討。張磊、張弛認為“中國制造2025”使勞動者的職業發生改變，其職業能力要求也隨之改變，新型的職業要求勞動者應具備技術知識應用能力和技能科研創新能力[1]。李政從職業教育發展的觀念出發，提出嵌入式創新和“能力觀”的人才培養思路[2]。戴青云等建立了人才鏈對接產業鏈的雙鏈實訓體系等[3]。多數專家學者對《中國制造2025》背景下人才能力進行了理論層面的論述，沒有涉及到具體的實施層面，有些涉及也多數為針對本科院校，而針對高職院校的論述少之又少。高職院校以前培養的學生多數定位為生產一線的操作人員和管理人員，在《中國制造2025》背景下面臨“機器換人”的時代，高職生未來的出路在哪？高職院校應培養他們具備哪些能力才能符合企業需求，為此，筆者對天津汽車模具有限公司、青島海爾模具有限公司、西門子成都數字化工廠等具備工業4.0生產模式的企業進行了調研。我們只有了解企業的生產流程及崗位能力需求，才能有的放矢地進行教學改革，培養企業所需的人才。

二、智能制造企業生產模式特點

德國工業4.0一經提出，就受到國內外許多企業的關注，有實力的企業紛紛進行轉型升級，以迎合目前多品種小批量、成本低、質量優、生產周期短的生產模式。筆者調研的企業基本按照工業4.0的模式進行生產，其生產模式的特點有以下幾點：

（一）網絡化生產

智能制造也是“互聯網+”的一種表現形式，網絡化生產是智能制造最突出的特征之一。如物流倉庫利用網絡與生產線相連，生產線發出用料需求后三、四分鐘用料即可到達；產品研發部門利用網絡與企業內部的數據平臺相連，其數據信息被企業內各部門共享，產品設計完成后數據傳入數據平臺，然后各部門根據數據平臺信息完成各自工作任務；設備之間通過網絡互聯，相互之間具有通信功能，這與傳統制造模式有很大的區別。

智能制造企業的網絡化生產主要表現在縱向集成、橫向集成和端到端集成?？v向集成是企業內部通過信息網絡實現所有環節的信息無縫鏈接。產品的研發、生產和物流等各個環節的數據信息被實時保存在企業內部的數據平臺中，不同級別的人員有不同的權限。產品開發完成后一方面向生產線傳遞加工的信息，另一方面產品的數據信息被傳入數據平臺，采購部門、質檢部門、物流部門等根據數據平臺產品信息進行采購、質量檢驗和對零件進行物流管理。當數據平臺信息更新時，企業內部不同的部門均能在第一時間同步更新，避免了傳統制造業各部門因數據壁壘而造成的損失。目前，智能制造企業的縱向集成已實現。

橫向集成是不同企業間通過價值鏈利用信息網絡實現資源整合。任何企業都不可能短時間內把產品質量做到十全十美，所以，智能制造企業將產品的關鍵核心部分自己研發，其余外包給相關企業，這樣使產品的質量整體得到優化，并且有利于并行生產模式的實施，縮短了生產周期。橫向集成實現了企業產品的開發、生產制造、經營管理和售后服務等在不同的企業間通過信息網絡達到信息共享和業務協同。海爾的眾籌外包模式就屬于此種模式。

端到端集成就是將產品整個生命周期的各個端點互聯，即將生產企業、供應商、經銷商、用戶等都作為端點互聯，用戶可參與到產品設計中，這為個性化定制提供了方便，也是未來的發展趨勢。

（二）虛擬制造與實體制造相結合

產品在實體制造之前先進行虛擬制造。隨著多品種小批量、個性化定制逐漸成為一種生產模式后，產品生產就要求一次成功且實現一件產品也有利潤可賺，在產品設計時就需要考慮產品材料、產品結構、工藝安排、加工時間、產品的可回收利用等。智能制造企業均采用實體加工前先進行虛擬制造，西門子成都數字化工廠的虛擬制造將產品的設計、工藝和制造進行一體化，打破了傳統制造業將設計、工藝和制造分開的模式，即在同一軟件環境中模擬完成設計、工藝、編程、加工、裝配、調試等環節，解決了不同軟件環境打不開文件的困境，完全沒有問題后直接上傳生產線進行生產，提高了產品的合格率。

（三）智能生產

智能生產在企業生產線上最突出的特點是用機器人代替人生產。筆者參觀的三家企業均已將機器人應用于生產中，海爾利用機器人代替人后節約了80%的人力，隨著企業的轉型升級，將會有更多的機器人投入生產中。在《中國制造2025》規劃中將機器人位列十大重點領域的第二位，隨著《中國制造2025》的實施，機器人代替人將是不爭的事實。

智能生產在生產線上第二個顯著特點是一條生產線上可同時生產多種品種。西門子可實現一條生產線同時生產50種不同的產品，使個性化定制生產成為可能。產品從原材料進入生產時便賦予其一個數據信息（猶如我們見到的二維碼），在生產線上通過傳感器、處理器、存儲器、通信模塊、傳輸系統等，使產品具有動態感知和通信能力，產品可識別、可定位，顛覆了傳統制造業一條生產線上只能生產一種產品的模式。

智能生產在生產線上第三個顯著特點是生產的高效性，這得益于工業自動化技術。產品在生產過程中不需要人工干涉，按照預定的目標實現自動加工、測量、質量檢測等信息處理，實現加工過程的自動化。目前，還沒有企業完全達到自動化，有些復雜的技巧機器人還不能代替人。

智能制造是跨學科的一種復雜制造模式，智能制造所需的專業知識分散在高職不同的專業中，如物流知識是經濟管理系的專業知識，網絡知識是計算機網絡系的專業知識，產品制造知識是機械制造及其自動化的專業知識，工業自動化控制技術是電子技術系的專業知識，培養適應智能制造生產模式的復合型人才對高職教育提出了新的挑戰。

三、智能制造企業高技能人才崗位能力變化

（一）現場操作層崗位能力的變化

生產線上簡單的操作已由機器人來完成，但對設備的監控還需要由人來完成，因此，智能制造企業的一線操作工人不僅要能解讀復雜的數據信息，還要對系統和對聯網的生產設備進行維修和維護。相比于傳統的制造模式，智能生產線上的崗位能力由原來對數控設備的操作能力轉變為對高檔數控設備、工業機器人、傳感器、網絡傳輸線路等的維護、調試和維修能力。根據《中國制造2025》規劃給出的相關政策，規劃中明確了技術改造的時間表，2017年將迎來大范圍的設備改造，制造類規模生產企業將有一半實現全自動化生產。所以，在現場操作的技術工人既要有豐富的專業知識，又要具備熟練的動手操作能力和解決復雜問題的創新能力。

（二）制造設備執行層崗位能力的變化

隨著客戶需求的個性化和多樣性，大規模定制成為必然，這就需要靈活的制造系統，要求生產線變更所需的時間大幅度縮短。機器的自組織和網絡化需要制造設備執行層的工作人員熟練掌握工業控制軟件，具有快速的設備編排能力和創新能力，各個設備連接上之后即可實現“即連即用”，而不需要經過漫長的調試[4]。隨著國家有計劃地對傳統企業進行數控化、信息化、智能化、工業機器人、3D打印等智能裝備的普及，制造設備執行層崗位的員工要具備對工廠的布局優化、制造企業生產過程的分析能力。

（三）產品研發層崗位能力的變化

現在智能制造企業均采用無紙化設計，傳統崗位的曬圖員將退出歷史的舞臺，CAD、CAM、CAE、CAPP、MES、ERP、數字化建模、逆向造型等軟件的應用已成為產品研發人員的基本能力。有些智能制造企業已實現基于模型的一體化虛擬制造環境，工具軟件覆蓋產品的整個生命周期，產品開發人員不能只停留在會的層面，必須能夠快速而有效地完成既定的設計，這對產品研發人員提出了更高的要求。智能制造與傳統制造模式不同，傳統制造模式可以只會產品設計，或只做產品的工藝分析，或只會操作數控機床進行產品加工?，F在的智能制造產品研發人員不但要把產品設計出來，還要對產品進行模擬加工，加工時要用到工藝分析和編程，程序是否優化影響到加工用時，所以，傳統制造中的單一知識已不能滿足智能制造的需求，產品研發人員必須是具有全面知識儲備的高技能人才。

（四）生產性服務業崗位能力的變化

生產性服務業是與制造業直接相關的配套服務，是為保持工業生產過程的連續性、促進工業技術進步、產業升級和提高生產效率提供保障服務的服務行業。2014年8月，國務院發布《關于加快發展生產性服務業促進產業結構調整升級的指導意見》，指出加快發展生產性服務業，以產業轉型升級需求為導向，引導企業進一步打破“大而全”“小而全”的格局，分離和外包非核心業務。智能制造的產品向著“產品+增值服務”的方向發展，中國制造企業正從賣產品到兼賣增值服務方向轉變。由于智能制造生產線上所需員工在減少，所以會有一部分人分流到生產性服務行業中。生產性服務業崗位的能力需求首先是懂技術，只有具備精湛的技術才能為顧客提供高效率的服務，贏得顧客的滿意，為公司帶來更好的聲譽。其次是職業素養，它包括責任（盡職盡責地完成任務）、協作（同事之間互相配合、同心協力解決疑難問題）和忠實（有事必報有錯必改）。生產性服務，無論是“內化”服務（即企業內部提供的服務），還是“獨立”服務（從企業外部購買的服務），都已經形成了生產者所生產的產品差異和增值的主要源泉。這條完整的產業鏈已經成為發達國家市場經濟非常必要的發展軟環境[5]。

四、智能制造背景下高職制造業創新型人才培養的教育教學改革探索

高職教育作為職業教育的一個重要組成部分，把人才培養目標定位在培養生產一線的高技能人才，但隨著“中國制造2025”戰略的實施，制造企業紛紛進行設備更新，工業機器人逐漸代替人的操作，一線生產不再依靠工人的操作技能。如果高職院校仍按照原有的人才培養模式，那么培養的人才與企業需求脫節，培養的學生就難以有效就業，勢必對學校的招生產生不利的影響。隨著工業化和信息化的融合、產業轉型升級，高職院校的人才培養必須適應技術發展對人才的新要求，學生除具備專業知識的廣度和深度外，還要具備某一特定領域的創新發展能力。為此，天津電子信息職業技術學院于2015年對現有的模具專業的人才培養目標重新定位，對培養方案進行改革，對課程進行重新組合，課程內容重新編排，建立了基于知識和仿真的設計制造一體化的理論教學體系、基于生產流程和生產維修的實踐教學體系、工業機器人、3D打印技術以及通過創客教育培養學生的自主創新創業能力等。

（一）基于知識和仿真的設計、制造一體化理論教學體系

智能制造生產模式是虛擬制造和實體制造相結合，虛擬制造能力一方面體現了員工使用軟件的熟練程度，另一方面體現了員工對專業知識的應用能力。我們原有的課程體系重理論、輕實踐，學生實踐能力應用能力差。按照智能制造企業的發展趨勢，按照理實一體的原則，打破原有的課程體系，實現理論課與實訓課合的整合；按照企業開發產品流程，重組專業課教學內容，盡量在仿真環境中使學生做中學、做中教，以可視化的方式體驗所學知識，也能以可視化的形式優化產品的制造工藝方案；教學案例以企業的產品為教學實例，使學生熟悉企業產品特征；以企業的技術標準來規范學生應用專業知識的能力。對于復雜的零件采用多個同學基于模塊的協同設計方式來完成，以此培養學生的團隊意識。

（二）基于生產流程和生產維修的實踐教學體系

為了強化學生實踐能力的培養，把部分專業課與實訓課進行合并，一方面充分滿足做中學、做中教的要求，另一方面增加了學生的實訓時間，體現了“強能力、復合型”的培養目標。原來學生看圖多為二維圖，現在先進企業已采用三維圖進行設計，為此教學中也采用三維實體模型來表達產品信息，降低學生讀圖的難度，并給出3D PDF作業指導書，在指導書中列出知識點、學生應達到的能力以及企業員工完成該任務的參考時間等信息。實訓教師通過外聘企業工程師進行指導，使實訓內容更貼近企業需求。對學生完成的產品嚴格按照企業的質量標準檢測，樹立質量第一的意識。以前學生實踐主要把數控機床的操作能力作為重點，現在適應“機器換人”的變革，把重點放在數控機床的維修，通過增加數控機床維修臺等設備，來培養學生快速診斷故障的能力。

（三）基于制造業與服務業融合的現代服務業能力培養

現代制造業一個重要趨勢之一是制造業與服務業的融合。制造業向服務業的轉移并不意味著制造業的削弱，而是表明價值創造過程發生了根本性變化，即與制造業相關的服務在價值創造中的比重越來越大。目前，企業從簽訂訂單、設計、生產、組裝、銷售到售后服務已經形成一個產業鏈，產業鏈中各個環節的協作會使企業發生明顯的轉變，生產服務環節包括維修保養、故障修復、綜合型維修解決方案，隨著“互聯網+”的廣泛應用，遠程監控及維護可以對設備實施預防性檢測與維護，提高了設備的利用率，降低維護成本。不久的將來，企業的生產服務在線訪問將比現場服務更經濟、更快捷、更靈活。如像航空航天這種特殊行業，往往承擔著極為復雜的設備和系統維護任務，如果沒有預防性和預測性的技術手段，這項維護任務是無法想象的[6]。我們增加《網絡課程》作為選修課，因為物聯網將會是未來智能制造的重要組成部分，我們也在積極準備《車間生產網絡實踐教學系統平臺》的開發，讓學生在實踐中不斷接受新的技術知識、增強生產服務實踐能力。

（四）基于工業機器人的教育

普遍使用工業機器人是智能制造的重要特征之一。目前我國每萬名工人機器人擁有量為30臺。工信部制定的《機器人產業發展規劃（2016-2020年）》的目標，到2020年，我國每萬名制造業工人擁有機器人將達到100臺以上。當前，各地先進制造企業正在進行“機器換人”，工業機器人產業的快速發展對機器人應用技術人才有著巨大需求，包括機器人制造、機器人社會服務和企業人應用企業等多個方面的需求。目前工業機器人應用技術人才缺口為20萬，并且還以每年20%的速度增長。為了使學生了解和掌握工業機器人技術，天津電子信息職業技術學院于2015年開設了《工業機器人》課程，并購置了工業機器人，建立了《多功能智能移動機器人平臺》，使學生在教學實踐中學會工業機器人編程。工業機器人在生產線中的動作完全由人編制的程序控制，一臺工業機器人能否投入到生產線中，工業機器人代替人后能發揮多大的優勢，取決于生產工藝的復雜性和產品的多樣性以及相關設備的配套程度，而解決這些問題需要3至5名相關的操作維護、編程人員和技術集成應用人才。過去的工業生產過程都是線性的，而現在的新型生產呈現出復雜的網絡化特征。目前，純粹的計算機編程人員不懂模具生產工藝，懂模具生產的人員不懂編程，所以模具企業員工的操作素質限制了企業的快速轉型，因此，模具企業在轉型期會需要既懂工業機器人編程又懂生產的復合型人才。

（五）基于3D打印等新技術的教育

智能制造要求技術工具軟件覆蓋產品全生命周期，對從業者提出了更高的要求。產品生命周期中的不同階段要使用不同的工具，作為參與者（設計師、控制程序設計師、可視化程序設計師、維護技師等）如果不懂得這些技術工具的使用，將無法工作[7]。3D打印技術作為近幾年的熱門話題之一，越來越受到人們的重視。3D打印技術作為制造業的前沿技術，克服了原來能設計出來可能生產不出來的情形，它對產品的形狀沒有簡單與復雜的區分，從設計到生產，省去了制造工藝環節，縮短了生產制造周期。由于現代社會產品競爭十分激烈，產品快速響應市場需求變化成為競爭制勝的關鍵。3D打印技術為模具制造業開辟了新的途徑，對模具制造的技術創新帶來突破性進展。為了使學生掌握3D打印技術，學校購置了3D掃描設備、兩臺工業級3D打印設備和多臺桌面3D打印機，并成立了《三維打印增材制造技術應用中心》，使學生掌握較先進的模具制造技術，學生自己成立了《3D打印魔方社團》，真正做到“做中學”和“學中做”，為創新型模具人才培養打下基礎。

（六）基于創新創業的創客教育

創客教育已經成為推動教育改革、培養科技創新人才的重要內容。李克強總理在2015年的政府工作報告中提到“創客”，要把“大眾創業、萬眾創新”打造成推動中國經濟繼續前行的“雙引擎”之一。新一輪的創客教育根植于正在擴展中的“眾創空間”，創客空間就是創客們制作、交流、共享知識和資源，以及項目協作的場所。目前我國高職院校紛紛掀起“眾創空間”運動，對學生的自主創業給予指導和支持。學校鼓勵學生創建物品、發明工藝、分享創意點子，已建立的“眾創空間”包括電子商務體驗店、智慧COFFEE、綠印復印、宿動腳子等10余個項目，學校對各創業團隊的創業激情和行動給予全力支持并幫助創業團隊健康發展，有效調動和提高了學生創業創新的積極性和成功率。目前，創客教育已成為激發學生主動學習的重要手段，學校正在把創客教育與專業教育進行有機結合，把實習實訓基地對學生開放，使其變成充滿活力的創客空間，通過創客教育推動教育教學改革。

《中國制造2025》和智能制造的實施，我國先進制造企業正從傳統制造模式向高度數字化、網絡化、智能化方向轉型發展，過去適應大規模流水線生產的簡單操作型工人逐漸被工業機器人代替，并將引發新技術、新產業、新業態的產生和傳統制造業的升級換代，這些變化導致新職業的出現和職業內涵的變化，高職院校必須時刻關注這些變化及其趨勢，及時修訂人才培養方案，完善人才培養模式，使培養的學生能夠適應智能制造對技術技能人才的新要求。

參考文獻：

[1]張磊，張弛.“中國制造2025”視域下技能人才職業流向及職業能力框架[J].職教論壇，2016（10）.

[2]李政.“中國制造2025”與職業教育發展觀念的轉軌[J].中國職業技術教育，2015（11）.

[3]戴青云，鄧文新，等.面向中國制造2025的工程實訓體系構建與實踐[J]，高教探索，2016（1）.

[4]王天然.機器人助力中國智能制造[J].科技導報，2015（1）.

[5]高覺民，李曉慧.生產性服務業與制造業的互動機理：理論與實證[J].中國工業經濟，2011（6）.

[6][7]蔡澤寰，趙勁松，耿保荃，涂家海.智能制造來襲，誰能從容笑對[N].中國教育報，2015-12-10.

責任編輯 劉揚軍