蔣凌鋒 王慶彥

（甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州 730207）

0 前言

甘肅省職業(yè)技能公共實(shí)訓(xùn)中心位于蘭州新區(qū)職教園共享區(qū)中部北端，規(guī)劃設(shè)計(jì)分為前樓和五大主樓兩部分，主體三層結(jié)構(gòu)，局部二層，總建筑面積4.78萬(wàn)平方米。該中心以實(shí)訓(xùn)為載體，以支柱產(chǎn)業(yè)技能人才培養(yǎng)為重點(diǎn)，旨在打造全國(guó)一流、西部領(lǐng)先的高端技術(shù)人才培訓(xùn)基地。

1）現(xiàn)代智能制造實(shí)訓(xùn)與技術(shù)研發(fā)模塊

甘肅省智能制造綜合實(shí)訓(xùn)中心是貫徹落實(shí)同濟(jì)大學(xué)與甘肅省人民政府戰(zhàn)略合作，積極對(duì)接工業(yè)4.0與中國(guó)制造2025，努力打造甘肅省新型人才培養(yǎng)的高地，智能化、信息化、現(xiàn)代化的平臺(tái)，教學(xué)做合一與產(chǎn)學(xué)研一體的基地的重要舉措，對(duì)實(shí)現(xiàn)科技成果轉(zhuǎn)化、帶動(dòng)區(qū)域現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展具有里程碑意義。

該項(xiàng)目建設(shè)設(shè)備及配套軟件投資2458萬(wàn)元，建筑面積2000平方米，內(nèi)容包括“工業(yè)4.0”智能工廠示范生產(chǎn)線、智能制造能源管理示范系統(tǒng)、設(shè)備故障診斷和預(yù)測(cè)性維護(hù)示范系統(tǒng)、產(chǎn)品全生命周期管理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室、嵌入式控制和數(shù)據(jù)采集操作實(shí)驗(yàn)室等五個(gè)模塊。

為了促成項(xiàng)目落地，蘭州新區(qū)職教園區(qū)管委會(huì)多次與同濟(jì)大學(xué)中德工程學(xué)院、蘭州交通大學(xué)協(xié)商。三方共同積極努力，破解體制、經(jīng)費(fèi)等問(wèn)題，以“力量互補(bǔ)、協(xié)同共建、傾斜支持”為宗旨，以“平等、互補(bǔ)、協(xié)作、共贏”為原則，在蘭州新區(qū)職教園區(qū)建設(shè)甘肅省智能制造綜合實(shí)訓(xùn)中心（同時(shí)加掛同濟(jì)大學(xué)工業(yè)4.0-智能工廠實(shí)驗(yàn)室西北中心）。建成后，由蘭州新區(qū)職教園區(qū)管委會(huì)統(tǒng)一管理，同濟(jì)大學(xué)中德工程學(xué)院負(fù)責(zé)整體方案設(shè)計(jì)、技術(shù)把關(guān)、師資培訓(xùn)、國(guó)際交流和科研成果轉(zhuǎn)化，蘭州交通大學(xué)提供具體技術(shù)支撐，保障良好運(yùn)行。

2）現(xiàn)代化工安全與生產(chǎn)技術(shù)模塊

該中心占地3600平方米，共8個(gè)實(shí)訓(xùn)室，283套設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)320人同時(shí)培訓(xùn)，是全國(guó)目前最大的化工類實(shí)訓(xùn)基地。實(shí)訓(xùn)室團(tuán)體培訓(xùn)中心共有168個(gè)工位，安裝145套北京東方仿真軟件，用于學(xué)生仿真實(shí)習(xí)，可進(jìn)行化工總控工、操作工、檢驗(yàn)工、甲醇工、燃料油工技能鑒定，現(xiàn)場(chǎng)PC可以一鍵啟動(dòng)升降或?qū)W員自由啟動(dòng)。該中心依靠先進(jìn)的軟硬設(shè)備，通過(guò)資源共享、政企共建，深入開(kāi)展校校合作、校企合作。自2018年8月建成以來(lái)，已多次承擔(dān)中國(guó)化工教育協(xié)會(huì)全國(guó)高校、高職院校師資培訓(xùn)，甘肅省內(nèi)高校、高職學(xué)生實(shí)訓(xùn)，及承辦多次職教園區(qū)職業(yè)院校技能大賽。該中心服務(wù)入園院校，助推園區(qū)職業(yè)教育發(fā)展，對(duì)接蘭州新區(qū)精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)園，面向全省，引領(lǐng)西北，示范全國(guó)。

3）現(xiàn)代物流技術(shù)培訓(xùn)與服務(wù)拓展模塊

該中心總建筑面積2700平方米，設(shè)備投資1900萬(wàn)，軟硬件設(shè)備100多套，是甘肅省“職業(yè)教育助城鎮(zhèn)化建設(shè)”、對(duì)接“精準(zhǔn)扶貧”和“一帶一路”經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的建設(shè)項(xiàng)目之一，主要服務(wù)于蘭州新區(qū)及甘肅省陸港物流、商貿(mào)物流、醫(yī)藥物流等產(chǎn)業(yè)群的發(fā)展，面向全社會(huì)，是以中、高級(jí)職業(yè)技術(shù)和職業(yè)技能為主要培訓(xùn)方向的大型綜合人才培養(yǎng)基地。

該中心主要包括：自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)區(qū)、閣樓貨架分揀區(qū)、穿梭車密集存儲(chǔ)區(qū)、重型貨架存儲(chǔ)區(qū)、物流軟件及智能化監(jiān)控實(shí)訓(xùn)區(qū)五大區(qū)域，配備有工業(yè)級(jí)AGV自動(dòng)搬運(yùn)機(jī)器人、拆垛碼垛機(jī)器人、自動(dòng)打包機(jī)及貨到人自動(dòng)化分揀系統(tǒng)等先進(jìn)設(shè)備，可同時(shí)滿足50多個(gè)崗位的教學(xué)實(shí)訓(xùn)及職業(yè)培訓(xùn)，中心現(xiàn)有倉(cāng)管員、快遞員、叉車操作員、物流管理師等多個(gè)職業(yè)工種的鑒定資質(zhì)，同時(shí)可承接甘肅省及全國(guó)物流相關(guān)專業(yè)的職業(yè)技能競(jìng)賽。

4）現(xiàn)代控制技術(shù)中心模塊

現(xiàn)代控制技術(shù)中心涵蓋基礎(chǔ)控制、運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制三大領(lǐng)域，共7個(gè)實(shí)訓(xùn)室，建筑面積3600平方米，主要設(shè)備有157臺(tái)（套），能同時(shí)容納320人開(kāi)展技能培訓(xùn)學(xué)習(xí)。

該中心的主要實(shí)訓(xùn)設(shè)備全部選用西門子、費(fèi)斯托、ABB等國(guó)際知名企業(yè)產(chǎn)品，緊跟現(xiàn)代控制技術(shù)發(fā)展。同時(shí)，與西門子（中國(guó)）有限公司等達(dá)成合作協(xié)議，現(xiàn)為西門子SCE教師培訓(xùn)中心和西門子工業(yè)技術(shù)培訓(xùn)中心，也是西門子在中國(guó)的第八大培訓(xùn)中心，引入西門子課程體系和先進(jìn)工程技術(shù)，定期選拔骨干教師赴德國(guó)學(xué)習(xí)，頒發(fā)西門子相應(yīng)的課程培訓(xùn)證書。該中心已開(kāi)展甘肅省SCE師資培訓(xùn)一期，后續(xù)將為世界技能大賽工業(yè)控制項(xiàng)目的中國(guó)參賽隊(duì)提供走訓(xùn)服務(wù)。

1 綜合實(shí)訓(xùn)中心設(shè)計(jì)思路

按照《公共實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)頂層設(shè)計(jì)》，借鑒天津市海河教育園區(qū)中國(guó)天津職業(yè)技能公共實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略和西部產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，確定建設(shè)四大特色領(lǐng)域的實(shí)訓(xùn)中心，即現(xiàn)代智能制造實(shí)訓(xùn)與技術(shù)研發(fā)、現(xiàn)代物流技術(shù)培訓(xùn)與服務(wù)拓展、現(xiàn)代化工安全與生產(chǎn)技術(shù)模擬、現(xiàn)代控制技術(shù)師資培訓(xùn)。實(shí)訓(xùn)中心共包含42個(gè)實(shí)訓(xùn)室，覆蓋60多個(gè)專業(yè)，可同時(shí)容納2500人實(shí)訓(xùn)，年培訓(xùn)和職業(yè)資格鑒定能力8萬(wàn)人次。

該公共實(shí)訓(xùn)中心以“面向新區(qū)，服務(wù)全省，創(chuàng)新模式，引領(lǐng)西部”的思路，凸顯“先進(jìn)性、示范性、適用性、公共性、展示性”，真正打造集產(chǎn)、學(xué)、研、培、賽為一體的新型現(xiàn)代職業(yè)教育平臺(tái)。

2 綜合實(shí)訓(xùn)中心服務(wù)定位

公共實(shí)訓(xùn)中心以提供中高端職業(yè)技能實(shí)訓(xùn)為主，同時(shí)為甘肅省及西部職業(yè)院?！半p師型”教師培訓(xùn)、社會(huì)勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移及再就業(yè)培訓(xùn)、蘭州新區(qū)企業(yè)員工技術(shù)培訓(xùn)、各類科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)技術(shù)攻關(guān)和科普活動(dòng)提供相關(guān)服務(wù)。

該中心在建設(shè)規(guī)模和技術(shù)先進(jìn)性方面均處于國(guó)內(nèi)一流水平。為甘肅省職業(yè)院校和物流相關(guān)企業(yè)在教學(xué)、科研、社會(huì)勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移培訓(xùn)、崗位技能鑒定、產(chǎn)教融合等多方面發(fā)揮了積極的作用，助推了蘭州新區(qū)的發(fā)展。

3 代表性實(shí)訓(xùn)中心建設(shè)剖析——智能制造綜合實(shí)訓(xùn)中心“工業(yè)4.0-智能工廠”實(shí)訓(xùn)室

“工業(yè)4.0”作為未來(lái)工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，對(duì)人才培養(yǎng)、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用提出了重大挑戰(zhàn)。智能制造對(duì)系統(tǒng)型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才的需求，以及企業(yè)對(duì)人才解決實(shí)際問(wèn)題能力的需求，迫切需要新的教學(xué)培訓(xùn)方式。

智能制造綜合實(shí)訓(xùn)中心“工業(yè)4.0-智能工廠”實(shí)驗(yàn)室以新穎獨(dú)特的教育機(jī)器人（智能小車）的生產(chǎn)作為范例，在真實(shí)的工業(yè)級(jí)生產(chǎn)環(huán)境中，完整演示與真實(shí)企業(yè)類似的制造流程，體現(xiàn)了個(gè)性化定制、智能自動(dòng)組裝、制造信息集成、數(shù)字孿生、預(yù)測(cè)性維護(hù)等“工業(yè)4.0”的核心理念、特征和關(guān)鍵技術(shù)。

該實(shí)驗(yàn)室將為培養(yǎng)和孵化面向未來(lái)的卓越工程師，提高我國(guó)特別是甘肅智能制造關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)能力和成果轉(zhuǎn)化能力，提供實(shí)踐教學(xué)和科研的良好平臺(tái)。

圖1 智能制造生產(chǎn)線總體布局

3.1 實(shí)訓(xùn)室生產(chǎn)線模擬

智能制造生產(chǎn)線由智能物流系統(tǒng)、輸送線、數(shù)控加工系統(tǒng)、激光鐳射工位、自動(dòng)裝配和視覺(jué)檢驗(yàn)系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)共七部分組成，可實(shí)現(xiàn)教育機(jī)器人的設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證、自動(dòng)加工、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)裝配、自動(dòng)質(zhì)檢、自動(dòng)入庫(kù)等功能。

中央控制臺(tái)有6工位，分別為制造執(zhí)行MES、產(chǎn)品研發(fā)PLM、虛擬現(xiàn)實(shí)VR、刀具檢測(cè)、數(shù)據(jù)BI展示和AGV小車。

以教育機(jī)器人（智能小車）的生產(chǎn)作為范例，其生產(chǎn)過(guò)程如下：

1）在APP訂單系統(tǒng)下發(fā)產(chǎn)品訂單（可根據(jù)演示情況實(shí)際操作創(chuàng)建訂單），訂單系統(tǒng)向PLM（產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)）平臺(tái)傳輸訂單數(shù)據(jù)，自動(dòng)創(chuàng)建訂單，發(fā)起“產(chǎn)品生產(chǎn)制造”流程。

2）PLM對(duì)產(chǎn)品物料、BOM及圖文檔數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。根據(jù)訂單信息，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的自動(dòng)創(chuàng)建，構(gòu)建“產(chǎn)品數(shù)字化雙胞胎”。根據(jù)產(chǎn)品制造工藝，構(gòu)建“生產(chǎn)工藝數(shù)字化雙胞胎”。

3）工藝仿真和虛擬調(diào)試系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行仿真驗(yàn)證，通過(guò)虛擬仿真調(diào)試機(jī)，進(jìn)行生產(chǎn)線虛擬調(diào)試，構(gòu)建“生產(chǎn)數(shù)字化雙胞胎”。

4）PLM將工藝結(jié)構(gòu)信息、數(shù)控程序等傳輸?shù)組ES（制造執(zhí)行系統(tǒng)），MES控制工單在現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行過(guò)程。

5）原料與載具出庫(kù)。根據(jù)產(chǎn)品的不同，智能小車所需的原料由各堆垛機(jī)自動(dòng)撿取后，進(jìn)入上、中、下三層小車裝配支線。小車上層裝配主要給上層PCB板裝配零部件模塊，還包括一個(gè)銘牌的數(shù)控加工，數(shù)控機(jī)床根據(jù)個(gè)性化信息執(zhí)行。小車中間層裝配與上層裝配類似，零部件數(shù)量相對(duì)較少，只需插接一個(gè)蜂鳴器。小車下層裝配單元需要在小車下層裝配傳感器。

小車總裝1裝配中層和下層，小車總裝2裝配上層和總裝1部件。小車程序燒錄、自檢主要功能是給已經(jīng)裝配好的小車進(jìn)行燒錄程序以及自檢。

6）智能鐳射及產(chǎn)品入庫(kù)鐳射機(jī)在小車銘牌上進(jìn)行打碼，二維碼根據(jù)訂單信息個(gè)性化定制。鐳射完成后，定位機(jī)構(gòu)放行。最后出料由AGV接走，送至成品庫(kù)。

在完成教育機(jī)器人生產(chǎn)的過(guò)程中，產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，如訂單數(shù)據(jù)、庫(kù)存數(shù)據(jù)、各個(gè)工站的能源利用數(shù)據(jù)、數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、機(jī)械振動(dòng)數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)背后蘊(yùn)含著豐富的價(jià)值，可以用于多種工業(yè)場(chǎng)景中，如預(yù)測(cè)設(shè)備健康狀態(tài)和剩余生命周期、分析訂單、能源、產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備利用率等多個(gè)因素之間的關(guān)系等。

3.2 實(shí)訓(xùn)室工業(yè)大數(shù)據(jù)分析

工業(yè)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺(tái)包括采集終端數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)分析實(shí)時(shí)計(jì)算、離線計(jì)算、數(shù)據(jù)交換、平臺(tái)管理等功能，是設(shè)備故障預(yù)測(cè)、大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等的基礎(chǔ)。

設(shè)備故障預(yù)測(cè)與健康管理（PHM）系統(tǒng)，基于信息物理系統(tǒng)（CPS）分析方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、健康狀況分析、預(yù)測(cè)、可視化、信息互聯(lián)化，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率、降低停機(jī)維修頻度和降低能耗的目標(biāo)。

工業(yè)大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用基于機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等建立的適應(yīng)性模型，將數(shù)據(jù)獲取與生成納入整個(gè)研究流程，實(shí)現(xiàn)快速生成大量模擬加工數(shù)據(jù)，并采用深度網(wǎng)絡(luò)模型建立刀具磨損預(yù)測(cè)模型、產(chǎn)品交貨周期預(yù)測(cè)模型等，完整展示了工業(yè)大數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和分析應(yīng)用的全過(guò)程。

3.3 實(shí)訓(xùn)室使用功能

為了促進(jìn)智能制造與甘肅省各相關(guān)產(chǎn)業(yè)的對(duì)接，引領(lǐng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，該中心還將定期（約1-2月1次）舉辦“智能制造高端研修班”。為了推動(dòng)蘭州新區(qū)職教園區(qū)智能制造人才培養(yǎng)，就智能制造中涉及的關(guān)鍵技術(shù)與園區(qū)學(xué)校聯(lián)合進(jìn)行課程開(kāi)發(fā)。

實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的建立是一個(gè)良好契機(jī)，未來(lái)該中心將通過(guò)該平臺(tái)，展示“工業(yè)4.0”智能制造的先進(jìn)理念，引領(lǐng)企業(yè)智能制造實(shí)踐；采用教學(xué)、培訓(xùn)、比賽等多種形式，拓寬人才培養(yǎng)渠道和質(zhì)量；面向企業(yè)技術(shù)更新需求，支撐科研項(xiàng)目研究和企業(yè)發(fā)展。

該中心能完成機(jī)械相關(guān)領(lǐng)域15個(gè)工種的職業(yè)技能鑒定工作，可作為甘肅省機(jī)械行業(yè)技術(shù)人才培訓(xùn)基地，承接甘肅省、西部地區(qū)機(jī)械行業(yè)職工及學(xué)生技能大賽，努力建設(shè)為世界技能大賽中國(guó)集訓(xùn)基地。

該中心主要服務(wù)于蘭州新區(qū)及甘肅省加工制造業(yè)、汽車制造業(yè)等產(chǎn)業(yè)群的發(fā)展，充分利用高端數(shù)控機(jī)床等設(shè)備，承擔(dān)企業(yè)一定的生產(chǎn)訂單，促進(jìn)職業(yè)教育與甘肅省區(qū)域裝備制造產(chǎn)教深度融合。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高校綜合實(shí)訓(xùn)室建設(shè)使用功能由傳統(tǒng)的單一模式，逐步邁向多元化、精細(xì)化、專業(yè)化。

綜合實(shí)訓(xùn)室的建立，其功能性主要體現(xiàn)在五個(gè)特色，即滿足學(xué)生教學(xué)實(shí)訓(xùn)要求、提升學(xué)生職業(yè)技能培訓(xùn)、提供職業(yè)技能鑒定平臺(tái)、開(kāi)展職業(yè)技能競(jìng)賽、推動(dòng)職業(yè)教育新技術(shù)研發(fā)，形成互聯(lián)網(wǎng)＋專業(yè)實(shí)踐+教育+大數(shù)據(jù)模式，將大數(shù)據(jù)融入教學(xué)實(shí)訓(xùn)任務(wù)。通過(guò)服務(wù)器部署，學(xué)生可根據(jù)自身需求，量身選擇課程，在平臺(tái)預(yù)習(xí)、學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)，完成學(xué)習(xí)閉環(huán)。學(xué)習(xí)結(jié)果接入大數(shù)據(jù)庫(kù)，能分析學(xué)員培訓(xùn)時(shí)長(zhǎng)、成績(jī)對(duì)比圖等，為學(xué)校乃至行業(yè)提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。學(xué)生在現(xiàn)代教育教學(xué)模式下，可以更快、更好掌握學(xué)科技能，適應(yīng)社會(huì)行業(yè)的發(fā)展，提高自身競(jìng)爭(zhēng)力；教師也擁有了更廣闊的操作平臺(tái)，錘煉自己的教學(xué)技能和實(shí)操能力，提高科研水平，更好服務(wù)于學(xué)生。

同時(shí)，綜合實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)，需要適應(yīng)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展需求，立足服務(wù)于當(dāng)?shù)亟逃徒?jīng)濟(jì)，形成產(chǎn)教融合的新型服務(wù)鏈。這不僅減輕了社會(huì)人員的就業(yè)壓力，也為企業(yè)的技術(shù)研發(fā)注入了新的活力。實(shí)訓(xùn)流程及設(shè)備采用，最大化與國(guó)際行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)接軌，創(chuàng)造新型實(shí)訓(xùn)環(huán)境，加大與企業(yè)的合作力度，達(dá)到學(xué)校和企業(yè)共贏的目的。使公共實(shí)訓(xùn)中心突出現(xiàn)代化、國(guó)際化和個(gè)性化的特點(diǎn)，在對(duì)接“一帶一路”戰(zhàn)略、助推城鎮(zhèn)化建設(shè)、精準(zhǔn)扶貧、就業(yè)與再就業(yè)等方面發(fā)揮作用。