游文明, 高 艷, 張兆東, 張承陽

(揚州職業(yè)大學, 江蘇 揚州 225009)

制造業(yè)智能化既是一場技術(shù)革命也是一場產(chǎn)業(yè)革命,其對制造業(yè)的生產(chǎn)模式、制造方式、消費模式和商業(yè)模式等都會產(chǎn)生巨大影響,最終會帶動原有的資源配置結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,并對技術(shù)人才、技能人才的素質(zhì)和需求結(jié)構(gòu)帶來影響,乃至于會重組與其相適應的供給結(jié)構(gòu)。本文就企業(yè)智能化視域下,以智能制造企業(yè)崗位能力新要求為導向,對智能制造產(chǎn)教融合集成平臺建設進行了研究與實踐。

1 企業(yè)智能化建設內(nèi)容及影響因素

企業(yè)智能化建設是一項復雜的系統(tǒng)工程,涉及企業(yè)管理、設計、生產(chǎn)、服務、創(chuàng)新等全過程。由于企業(yè)所處的行業(yè)不同、企業(yè)規(guī)模不同、建設階段不同都會帶來不同的建設需求，企業(yè)智能化建設過程一般由智能研發(fā)、智能裝備、智能生產(chǎn)、智能管理、智能決策、智能物流等環(huán)節(jié)組成。其中,智能設計與開發(fā)、智能管理、智能物流則可以突破企業(yè)的運營模式;智能裝備、智能產(chǎn)線、智能車間、智能工廠,可以改革企業(yè)生產(chǎn)模式;智能產(chǎn)品與智能服務可以革新企業(yè)的商業(yè)模式;而智能決策則可以提高企業(yè)科學化決策的水平。

企業(yè)智能化建設主要集中在生產(chǎn)線智能化、車間智能化、工廠智能化、企業(yè)經(jīng)營的智能化、產(chǎn)品創(chuàng)新的智能化、供應鏈智能化等方面。生產(chǎn)過程智能化和生產(chǎn)管理的智能化,包括零部件的分撿、裝配、焊接、搬運,以及各種各樣工業(yè)機器人、各種各樣質(zhì)量檢測、設備運維、生產(chǎn)過程、工藝優(yōu)化等等;同樣包括生產(chǎn)的排程、制造的協(xié)同、員工的管理、能源的管理、安全管理等等;在生產(chǎn)過程智能化、生產(chǎn)管理的智能化和經(jīng)營管理的智能化方面,既包括對用工需求的預測和分析,又包括生產(chǎn)成本管理、財務管理、資產(chǎn)管理、情報管理、決策管理等。產(chǎn)品創(chuàng)新智能化,涵蓋智能產(chǎn)品的創(chuàng)新、AR/VR+產(chǎn)品、個性化定制等,有很多內(nèi)容,在工業(yè)智能化中都可以進行。供應鏈的智能化,包括供應鏈的風險管理、物流管理、零部件倉儲管理、供應鏈財務管理,供應鏈優(yōu)化等等。

影響企業(yè)實施智能化建設的因素:一是經(jīng)濟成本,即投入與產(chǎn)出是否協(xié)調(diào)和匹配。二是智力成本,員工的素質(zhì)、技能、管理手段與水平等是否達到智能制造所對應的要求,為此配套的環(huán)境改造、人員培訓等所需經(jīng)費是否小于雇傭勞動力的成本等等。三是技術(shù)條件,結(jié)合企業(yè)自身現(xiàn)有的條件,綜合考慮采用智能制造技術(shù)的難易程度;企業(yè)員工能否運用與操作智能化設備,能否掌握現(xiàn)代信息技術(shù)、智能制造技術(shù),獨立完成智能化目標和任務。

2 企業(yè)智能化建設對人才素質(zhì)的新要求

智能制造是全自動化集成式的生產(chǎn),一線員工需要承擔的也不只是某一個崗位的工作,而是整個生產(chǎn)流程或一條生產(chǎn)線的運行與監(jiān)控,這不僅要求員工具備崗位的基本能力和素質(zhì),更注重團隊合作的綜合職業(yè)能力。員工對企業(yè)文化的認可度,以及他們的職業(yè)道德、安全意識、創(chuàng)新意識、團結(jié)協(xié)作、學習能力是否達到要求等,都將成為崗位能力要求的基本內(nèi)容。橫向上,員工的分工合作越來越趨于融合；縱向上,員工的結(jié)構(gòu)分層界限也越來越模糊。首先,引入智能制造技術(shù)以后,制造業(yè)的制造流程和管理方式隨之會進行調(diào)整,價值鏈低端的加工和組裝環(huán)節(jié)的低技能員工將會被機器人替代,而機器人維護、調(diào)試、控制等技術(shù)性崗位需求增多。技術(shù)性工人要掌握多種基本技能,如某個生產(chǎn)流程上的設備操作和零部件的更換等方面的專門知識,以及最基礎(chǔ)的電子表格、頁面訪問、高級程序編寫、數(shù)據(jù)分析等計算機應用技能。其次,工業(yè)數(shù)據(jù)分析師和工業(yè)機器人協(xié)調(diào)員等從業(yè)者不僅需要具備數(shù)字化設備和軟件的使用能力,還要有使用數(shù)據(jù)庫,進行數(shù)據(jù)分析的能力。最后,在產(chǎn)業(yè)層面,智能制造技術(shù)將帶動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型與升級,特別是制造業(yè)升級將會大大增加知識型和高素質(zhì)技術(shù)技能人才需求,與此同時智能制造技術(shù)也會帶動生產(chǎn)性服務業(yè)發(fā)展,提高了對從業(yè)人員服務能力的需求。

2.1 專業(yè)知識結(jié)構(gòu)要求

智能化建設對技術(shù)技能人才的知識結(jié)構(gòu)、層次結(jié)構(gòu)和類型要求更高。一是突出知識結(jié)構(gòu)的復合型。在傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下,技術(shù)技能人才的知識結(jié)構(gòu)比較固定、單一,而智能制造時代，人才知識結(jié)構(gòu)具有寬泛性、創(chuàng)造性和復合性,集研發(fā)、設計、生產(chǎn)等技術(shù)于一身,以完成人機交互以及個性化的概念理解與表達。在專業(yè)知識方面,企業(yè)對專業(yè)基本知識要求比較普遍,如機械基礎(chǔ)方面的機械制圖與CAD、機械制造技術(shù)等知識,電氣技術(shù)方面的PLC、電氣系統(tǒng)的裝配與調(diào)試、機床電氣線路等知識。大部分企業(yè)對學生的電氣技術(shù)方面的要求不斷提高,已經(jīng)超過了對傳統(tǒng)機械基礎(chǔ)、傳動基礎(chǔ)、計算機硬件和軟件等方面的要求,這也符合目前企業(yè)生產(chǎn)實際。機械和電氣知識的融合是企業(yè)崗位新的基本要求,幾乎所有智能制造企業(yè)都對“智能制造基礎(chǔ)知識、傳感器、工業(yè)機器人、物聯(lián)網(wǎng)、智能化設備的操作和維修,智能化產(chǎn)品和服務”等提出了明確的需求。二是強調(diào)技術(shù)技能結(jié)構(gòu)的高層次。智能制造技術(shù)呈現(xiàn)出技術(shù)發(fā)展的尖端化、集成化,技術(shù)裝備更新速度快、水平高等特點,要求技術(shù)人才成為懂得最新的理念和技術(shù)手段,具備計算機思維和數(shù)據(jù)分析能力的高層次、高素質(zhì)技術(shù)技能人才,以及一線技術(shù)技能崗位人員所必須具備的基本專業(yè)技能中的CAD、CAM、CAE技術(shù)應用等。三是強調(diào)服務能力。在智能制造模式下,企業(yè)生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)在價值鏈中的比重下降,產(chǎn)品研發(fā)、設計、交付、安裝、維護和服務等環(huán)節(jié)所占比重上升,將需要許多高端服務人才從事智能制造的配套工作。這些人才要既懂得專業(yè)技術(shù),又要懂得營銷、管理和創(chuàng)新,還應具有高速學習、協(xié)作、跨界整合能力和服務理念。

2.2 信息化建設與應用能力要求

制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)是企業(yè)智能化建設的著力點,它上接ERP系統(tǒng),下聯(lián)現(xiàn)場的PLC程控器、數(shù)據(jù)采集器、檢測儀器等設備,極大地增強了MRP計劃的執(zhí)行功能。它既能指令工人做什么、怎么做、滿足什么標準,什么時候開工,什么時候完工,使用什么工具等;也能記錄“人、機、料、測”等生產(chǎn)數(shù)據(jù),建立可用于產(chǎn)品追溯的數(shù)據(jù)鏈,反饋進展、反饋問題、調(diào)動配合等;還能發(fā)揮基層班組長的管理效能,實施班組任務管理和派工,確保生產(chǎn)現(xiàn)場的各項需求,如料、工裝刀量具的配送,工件的周轉(zhuǎn)等等。MES系統(tǒng)的建設和運行是企業(yè)智能制造的核心之一,而學習和掌握MES系統(tǒng)的人員中,絕對多數(shù)經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐,積累了豐富的實際生產(chǎn)經(jīng)驗,掌握了一定的專業(yè)知識和專業(yè)技能,能根據(jù)生產(chǎn)崗位技術(shù)提升的要求不斷開展技術(shù)革新和創(chuàng)新。現(xiàn)實中,他們能夠完成生產(chǎn)工藝路線的編制、工量夾具的選擇、生產(chǎn)程序的優(yōu)化等;他們還可以和產(chǎn)品設計者進行有效溝通與交流,為產(chǎn)品的設計者提供基礎(chǔ)的生產(chǎn)工藝流程信息,保證產(chǎn)品設計者的設計不脫離實際,保證設計理念在產(chǎn)品中實現(xiàn);換句話說,他們是真正的高素質(zhì)技術(shù)技能人才,是設計者與生產(chǎn)者的橋梁,是設計理念與科技成果轉(zhuǎn)化的重要力量,是保證企業(yè)智能化建設有效推進的重要組成。

2.3 創(chuàng)新能力的要求

智能制造意味著“自動化”不單純是“機器換人”,已逐漸向“智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化”的方向發(fā)展,員工將不再是機器的簡單重復操作者,他們不僅要懂得智能生產(chǎn)設備的操作應用、維修維護，他們還要能夠?qū)χ悄苤圃煜到y(tǒng)實際應用的信息提出反饋意見,實際參與智能制造系統(tǒng)的設計與改進,這就要求員工必須具備較高的創(chuàng)新能力。智能制造系統(tǒng)潛力的最大發(fā)揮有賴于操作者創(chuàng)造性的應用,并能將碰到的問題進行有效反饋，提出設計與改進地建議。在智能化建設過程中,智能產(chǎn)品與智能裝備的設計研發(fā)與生產(chǎn)管理本身是一個充滿智慧的過程,工作流程的優(yōu)化、生產(chǎn)方式的精細化同樣需要大量能夠主動參與設計與研發(fā)的創(chuàng)新型員工,需要操作者具有探索未知、解決現(xiàn)實問題的能力。因而,在智能制造背景下,員工的創(chuàng)新能力是綜合素養(yǎng)提升的核心要素。

3 智能制造產(chǎn)教融合集成平臺功能定位

智能制造產(chǎn)教融合集成平臺,是指產(chǎn)教融合雙方聚焦區(qū)域內(nèi)智能制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù),充分利用學校、企業(yè)相關(guān)的技術(shù)、設施設備與優(yōu)勢資源,按照公共基礎(chǔ)通用能力和專業(yè)核心能力兩個方面整體設計實踐平臺教學體系,在生產(chǎn)性實訓基地建設的基礎(chǔ)上,進行智能化建設,有機集成科研、教學、實習、技能培訓、技術(shù)開發(fā)等功能,具有服務智能制造產(chǎn)業(yè)鏈能力的綜合平臺。在集成平臺上創(chuàng)設不同復雜程度、不同技術(shù)技能要求的多種崗位,以滿足學生循環(huán)學習、階梯起步、螺旋上升的實習實訓要求。強化學生認知能力、合作能力、創(chuàng)新能力和職業(yè)能力培養(yǎng)，培養(yǎng)一批能夠改進企業(yè)產(chǎn)品工藝、解決生產(chǎn)技術(shù)難題的骨干教師,合力培育一批社會認可的技術(shù)技能大師。聯(lián)合開展企業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā),重點服務企業(yè)特別是中小微企業(yè)的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品升級,促進創(chuàng)新成果與核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。

集成平臺實質(zhì)是一個適應崗位能力變化需求的平臺、高素質(zhì)技術(shù)技能人才培養(yǎng)的平臺、為企業(yè)智能化建設提供成套解決方案與實施的平臺。通過各類學習要素的集成、設備集成、系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)集成、功能集成,形成技術(shù)架構(gòu)統(tǒng)一，敏捷快速響應教學、科研、培訓需求的新架構(gòu)。

4 智能制造產(chǎn)教融合集成平臺產(chǎn)教融合路徑

產(chǎn)教融合合作企業(yè)的選擇,要具體對象具體分析,并不是所有企業(yè)都適宜合作。現(xiàn)實中那些技術(shù)含量高、生產(chǎn)工藝好、產(chǎn)教融合基礎(chǔ)厚的企業(yè),如規(guī)模以上企業(yè),500強企業(yè),它們面臨的主要問題是技術(shù)迭代、產(chǎn)業(yè)升級等,加之自身的“人才虹吸”作用,對職業(yè)院校培養(yǎng)的技術(shù)技能人才依賴度低,合作動力當然不會高;而那些“爬坡”中的企業(yè),主要面臨技術(shù)如何升級、用工技能迭代的問題,其內(nèi)在產(chǎn)教融合驅(qū)動力非常強,且具有主動性。因此,選擇合適的產(chǎn)教融合的對象、方式與路徑非常必要。

4.1 資源單向融合

產(chǎn)教單向融合既可以讓企業(yè)資源融入學校,也可以讓學校資源融入企業(yè),共建產(chǎn)教融合實訓平臺。盡管企業(yè)和學校在目標導向、利益訴求、文化價值、操作系統(tǒng)等多方面都存在著差異,甚至有些方面格格不入,直接導致雙方合作難以跨越隱形障礙。但從差異中不難發(fā)現(xiàn),產(chǎn)與教之間要實現(xiàn)真正融合,需要雙方求同存異,得到政府層面合作戰(zhàn)略指導,得到區(qū)域?qū)用鎸嵤┮?guī)劃,以技術(shù)進步為主線,推動產(chǎn)教融合發(fā)展。不管資源是單向流入學校,還是單向流入企業(yè),都應該圍繞著技術(shù)進步而進行,圍繞企業(yè)和學校如何相互服務好、如何為學生、員工提供優(yōu)質(zhì)教育資源、如何推動地方產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步等關(guān)鍵問題來建設,這才是正能量的、正方向的產(chǎn)教融合方向。

4.2 資源雙向融合,結(jié)成共同體

產(chǎn)教雙向的融合,不僅是“合作”“結(jié)合”,更應該是“相互支撐,深度融入”;產(chǎn)教雙向深度融合,必須要完成的最重要的一個轉(zhuǎn)變,即“協(xié)同”。在技術(shù)高速發(fā)展的今天,能否和更多人共同地去工作,產(chǎn)生最好的效率是最難也是最重要的。在協(xié)同過程中,既要求我們在內(nèi)部打破壁壘,也要求我們在外部打開邊界,與更多人合作。成長態(tài)勢良好的企業(yè)很大的一個效率就來源于協(xié)同。智能制造技術(shù)帶來的最根本的變化,就是能否創(chuàng)立互為主體、共創(chuàng)共生的產(chǎn)教共同體以及全新的文化。產(chǎn)教雙向融合,需要產(chǎn)與教雙方相向而行,做出必要的改變,才能深度融合。雙向融合并不代表完全一致,雙方使命和特點決定了不可能也不需要完全一致。雙向融合的指向應該是“同心、同力、同向”。因此,政府主導、產(chǎn)教協(xié)同,實現(xiàn)學校與企業(yè)的長期、多樣化和穩(wěn)定發(fā)展,增強校、企雙方信任感,打造命運共同體,從而搭建產(chǎn)教融合集成平臺。

5 智能制造產(chǎn)教融合集成平臺建設內(nèi)容

以揚州智能制造先進技術(shù)示范中心為例,該中心是由具有政府職能的揚州市職業(yè)教育集團、揚州市職業(yè)大學、西門子(中國)有限公司三方投資3000多萬元,共同建設的智能制造產(chǎn)教融合集成平臺,是一個集先進制造、自動控制、智能傳感、網(wǎng)絡通訊及工業(yè)軟件應用于一體的工程性教學、實驗實訓、科研、生產(chǎn)平臺。涵蓋系統(tǒng)認知、基礎(chǔ)訓練、系統(tǒng)訓練、綜合與創(chuàng)新訓練“四大平臺”。按照智能車間生產(chǎn)流程,重組結(jié)構(gòu)化教師團隊和管理機制;按照智能生產(chǎn)項目,開發(fā)專業(yè)群模塊化課程,結(jié)構(gòu)化教師團隊分工協(xié)作,團隊化教學機制;團隊融合進項目,項目成果進課堂,科研反哺教學復合型人才培養(yǎng);建設基礎(chǔ)智能控制系統(tǒng)、先進智能控制系統(tǒng)、高級智能控制系統(tǒng)、模塊化機電一體化綜合實訓系統(tǒng)、先進運動控制系統(tǒng)、三軸定位高級運動系統(tǒng)、基于機器人特征的柔性制造系統(tǒng)、機電一體化認證系統(tǒng)等。

5.1 基礎(chǔ)控制系統(tǒng)

該模塊以西門子S7-200 SMART為控制核心,配置操控臺、工具庫與工具、實訓臺、工業(yè)機器人以及配套設施等,可模擬控制多層單梯電梯控制、汽車控制、十字路口紅綠燈控制等8個場景,同時可認知人機交互、機械結(jié)構(gòu)、電氣元件與結(jié)構(gòu)等等。

5.2 機電綜合系統(tǒng)實驗室

該實驗室設有18條完整的微型化的工業(yè)控制系統(tǒng),每條小型工業(yè)控制系統(tǒng)均以西門子公司的S7-1500和S7-1200為控制核心,能實現(xiàn)自動上料、分揀、輸送、加工、檢測、入庫等功能。通過培訓和學習,學生能夠完成工廠生產(chǎn)線的設計、組裝、編程、調(diào)試、優(yōu)化和維護等實踐技能訓練,初步實現(xiàn)了實踐教學環(huán)節(jié)與企業(yè)生產(chǎn)實際的有效對接。

5.3 過程控制系統(tǒng)實驗室

實驗裝置為西門子公司最新一代高級過程控制實驗裝置,以S7-400PLC為控制核心,實現(xiàn)液體自動罐裝等功能,并能在線測量。教師和學生可以基于仿真與現(xiàn)實進行創(chuàng)新,設計、探索各種控制算法與方案,能夠適合更廣泛的過程行業(yè)對控制專業(yè)技能培養(yǎng)的要求。

5.4 智能制造先進控制系統(tǒng)實驗室

主要配置了水箱水位控制、三維雕刻等工業(yè)級控制對象,以西門子公司最先進地S7-1500PLC/S7-300(可相互切換)為控制核心12臺控制裝置。培養(yǎng)學生掌握位置控制技術(shù)及構(gòu)建獨立控制系統(tǒng)的能力;培養(yǎng)學生掌握工業(yè)經(jīng)典控制理論,針對采集的數(shù)據(jù)進行分析,執(zhí)行相應控制的能力。

5.5 先進運動控制系統(tǒng)實驗室

實驗臺配置315T控制核心及工業(yè)級控制對象,學生可按配方控制物料配比,控制生產(chǎn)過程中幾種物料通過攪拌合成最終成品的過程,也可控制雙軸運動控制系統(tǒng)精確定位,實現(xiàn)教學中簡單驅(qū)動到高級驅(qū)動控制的轉(zhuǎn)變。

5.6 高級運動系統(tǒng)實驗室

以西門子公司SIMOTION D為控制核心,以三自由度伺服定位運動裝置為控制對象,其機械手能識別4中不同顏色的工件,完成4種不同顏色工件的顏色識別與分揀,避開事先認為設置的障礙,從A庫分類搬運到B庫。

5.7 智能制造車間

智能制造車間的核心是智能制造生產(chǎn)線,加工對象為一種材質(zhì)45鋼的“多功能軸”(結(jié)構(gòu)見圖1)。該線利用工業(yè)以太網(wǎng)與控制軟件,將自動化倉庫、堆垛機、四軸聯(lián)動加工中心、全功能數(shù)控車、AGV智能小車、3臺庫卡機器人等工業(yè)生產(chǎn)設備集成控制,自動識別工件狀態(tài),視覺檢測產(chǎn)品的質(zhì)量,實現(xiàn)人、被加工件與機器的智能通訊與協(xié)同工作?？蓪崿F(xiàn)全自動化毛坯出庫、車削加工、多軸加工、視覺檢測、成品入庫、生產(chǎn)信息存儲追蹤等功能。

5.8 虛擬仿真中心

基于數(shù)字孿生技術(shù)的虛擬仿真實訓中心,中心配置MES系統(tǒng),以及CAPP/CAM專家系統(tǒng)等,采用數(shù)字孿生技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)實現(xiàn)對訓練、操作以及技術(shù)的延伸與補充,推進產(chǎn)教融合的信息溝通與共享。采用VR技術(shù)對生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的產(chǎn)品設計、產(chǎn)線布局、程序調(diào)試等不同環(huán)節(jié)進行模擬、分析、評估、驗證和優(yōu)化,指導智能車間的生產(chǎn)規(guī)劃和現(xiàn)場改善。利用實訓平臺的現(xiàn)場真實設備,結(jié)合不同的零件產(chǎn)品,對在虛擬仿真平臺上的設計進行模塊化復制再現(xiàn),實現(xiàn)智能生產(chǎn)的數(shù)字孿生實訓。聯(lián)合本地區(qū)國家智能制造示范工廠,面向智能生產(chǎn)、智能設備、智能服務等技術(shù)技能領(lǐng)域建設開放共享、產(chǎn)教融合的集成平臺,將MES制造過程生產(chǎn)管理系統(tǒng)技術(shù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、工業(yè)云平臺技術(shù)、智能倉儲管理技術(shù)、西門子全生命周期及數(shù)字化設計技術(shù)、VR技術(shù)融入現(xiàn)有的制造實訓中心。形成能提供自訂單下達,數(shù)字化設計及虛擬仿真驗證,生產(chǎn)過程信息化管理到產(chǎn)品交付的完整功能的智能制造成套方案的技術(shù)服務中心。