聶 健，寧艷梅

（湖南三一工業(yè)職業(yè)技術學院，湖南 長沙 410129）

1 建設背景

貫徹落實國務院《國家職業(yè)教育改革實施方案》，進行深度產教融合，讓職業(yè)教育對接產業(yè)需求，更能體現(xiàn)現(xiàn)代化先進技術、產業(yè)區(qū)域特色、企業(yè)人才需求。學生培養(yǎng)對接職業(yè)標準，實現(xiàn)職業(yè)發(fā)展規(guī)劃及終身培訓，學習過程對接生產過程，達到真實生動、理實一體的要求。產業(yè)生產場景發(fā)生了巨大的變化，由人工-自動化發(fā)展到自動化+信息化，高端制造企業(yè)致力于打造數字化+智能化的生產場景。企業(yè)崗位結構也發(fā)生了變化，由早期的單件生產單一技能轉變到圍繞產線培養(yǎng)的綜合技能，智能化產線成為重要環(huán)境。崗位能力要求更具有復合性，綜合具備高端機床加工、機器人編程與維護以及通信網絡、倉儲物流、數據采集、傳感監(jiān)控等方面技能?！吨袊圃?025》第一個五年就是推進制造業(yè)整體素質大幅提升[1]，創(chuàng)新能力顯著增強，全員勞動生產率明顯提高，工業(yè)化和信息化融合邁上新臺階。

基于以上背景，智能制造專業(yè)群產教融合實訓基地的建設是落實國家政策要求、助力產業(yè)高端發(fā)展、對接產業(yè)升級人才新需求、響應《中國制造2025》“三步走”戰(zhàn)略的重要措施。

2 建設目標

建設教學活動平臺。適應國家、三一集團智能制造發(fā)展的需要，承擔學生技術技能培養(yǎng)及專業(yè)知識學習，助力學生“353”人才能力指標體系的達成。

建設技術展示平臺。基地面向新興職業(yè)與崗位技能要求，具有前瞻性技能開發(fā)的能力，同時實現(xiàn)先進技術全要素的展現(xiàn)；以研發(fā)引領專業(yè)發(fā)展。

建設服務社會平臺。能夠承擔區(qū)域的社會培訓及認證服務，助力于區(qū)域產業(yè)服務，并能夠承載校企間人才服務，實現(xiàn)人才對接。

與三一集團發(fā)展規(guī)劃深度融合。致力于培養(yǎng)具有國際視野的優(yōu)秀人才；擁有國內領先的一流特色專業(yè)群[2]、建立科技創(chuàng)新服務平臺、以開發(fā)適合未來工業(yè)制造的軟件為重點產出，讓技術驅動引領專業(yè)發(fā)展。

3 頂層設計

結合現(xiàn)代化無人工廠生產場景，打造智能制造創(chuàng)新實訓基地，實現(xiàn)基地的完全數字化運營，具備以下特色。

彰顯企業(yè)特色，將三一集團的工程機械、裝備制造企業(yè)特點與先進制造產業(yè)的通用機械、工程機械的特色相結合；通過柔性的自動化輸送系統(tǒng)，實現(xiàn)新型的先進制造技術朝著小型化（微型化）、集成化、成套化、電子化、數字化、多功能化、智能化、網絡化、計算機化、綜合自動化、光機電一體化方向發(fā)展；促進智能制造與湖南省各產業(yè)的對接，引領企業(yè)轉型升級。

集成先進制造多樣元素，包含智能加工、裝配、檢測、倉儲、智能物流生產監(jiān)控等，復現(xiàn)智能工廠生態(tài)。

結合高端制造特色專業(yè)，融合智能制造專業(yè)群特色，符合工業(yè)機器人技術、機電一體化、智能控制技術、數控技術、焊接技術與自動化等專業(yè)；同時能對人工智能學院、建筑工業(yè)化學院、工程機械學院給予支撐。

實現(xiàn)理論學習與生產實踐的零距離建設，打造知行合一、工學結合、工學交替，對標企業(yè)崗位能力，進行模塊化教學，實施任務式培訓。

4 關鍵技術

4.1 管理層

管理分析指標化與可視化，實現(xiàn)工廠管控過程實時、透明、可溯、持續(xù)，關鍵要素有工廠展示、數字建模、管理指標、可視化等，關鍵技術包含ERP系統(tǒng)、B1系統(tǒng)等；智能工廠支撐研發(fā)過程與生產過程的無縫融合，在產品創(chuàng)意、設計階段引入數字化平臺技術，將設計人員的意圖、知識均以數字化模型的形式進行管理。

4.2 執(zhí)行層

打造具有云算力生態(tài)型服務平臺，也是機加現(xiàn)場生產加工管理互聯(lián)平臺，具備PAAS級MES，關鍵要素有程序管理、柔性制造、刀具檢測、成本管理、設備監(jiān)控、計劃排程、質量管理、備件管理、故障預警、OEE分析等，關鍵技術包含MES執(zhí)行系統(tǒng)及WMS管理系統(tǒng)；全方位綜合了現(xiàn)代實際生產中較流行、較先進的各種實用技術知識點，其中包括PLC編程技術、網絡通訊技術、電氣控制技術、氣動應用技術、傳感器技術、步進驅動控制技術、虛擬調試、機器人應用技術等。

4.3 監(jiān)控層

采集覆蓋場景覆蓋機加現(xiàn)場各種數字設備，并實現(xiàn)與分發(fā)實時、高速、多頻、雙向互動，關鍵要素有硬件采集、邊緣計算、軟件集成等，關鍵技術包含設備互聯(lián)、邊緣終端、物聯(lián)網、云計算、遠程診斷、傳感控制以及3D視覺等技術；利用PLC控制器和HMI人機界面，監(jiān)控生產過程、設備狀態(tài)，實現(xiàn)透明化生產。主要由西門子控制系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)構成，執(zhí)行MES發(fā)出的具體指令，對底層設備實施邏輯控制。

4.4 設備層

設備實現(xiàn)產能模組化、管理數字化、產線自動化，能夠基CNC本體開發(fā)的應用功能，面向復雜、專用設備的CNC功能外延，能夠開發(fā)基于CNC周邊，IoT的，APP類功能產品，產線工作過程數字化全覆蓋，自動化設備提供的各種數據流可與上層的MES數據流進行交換，并保證產線柔性國內領先。關鍵要素包含NC、機床、APP等，關鍵技術包含離線機床、協(xié)作機器人、智能倉儲、AGV物流、在線監(jiān)測、網絡通信、工藝設計及人工智能等。生產線各方面的集成是比較完備的，針對產線的數據的縱向集成以及產品的橫向集成可以做研究，可以做虛擬調試的研究。

在數字化工廠的4層架構中，既包括硬件設備，也包括軟件系統(tǒng)。工業(yè)軟件模塊可以涵蓋企業(yè)層的ERP到產品開發(fā)的PLM再到制造執(zhí)行系統(tǒng)的MES，甚至是底層的數據監(jiān)控和控制。工業(yè)通信硬件模塊連接通信網絡，實現(xiàn)物理世界與虛擬世界連接的橋梁，實現(xiàn)人、工件和機器設備之間通信的橋梁。

4.5 智能制造產線柔性化設計理念

產線定位為智能制造的引領者（柔性智能制造系統(tǒng)集成），體現(xiàn)在高度柔性與集成不高的方式為特色。通過頂層設計，達到整體系統(tǒng)性最優(yōu)，提升科研團隊價值鏈的整體收益最大，從而實現(xiàn)建設目的與經營目標。

產線的硬件部分就是機械設備，而滿足智能制造產線的關鍵就是設備之間的數字交換及優(yōu)化，因此柔性智能制造就是最適合的特色設計。各柔性模塊功能如下。

倉儲物流運輸系統(tǒng)。倉儲物流運輸系統(tǒng)包括數字化立體倉庫、智慧物流輸送系統(tǒng)和RFID系統(tǒng)。數字化立體倉庫是智能工廠的物料存儲單元，融合了RFID系統(tǒng)，實現(xiàn)數字化立體料倉的智能化管理。該立體料倉分為毛坯件區(qū)、成型品區(qū)和廢品區(qū)，各區(qū)每個倉位均安裝有感應開關，能夠感應倉位是否有物料存在，同時總控相互交互信號，從而控制堆垛機取或者放工件至相應的倉位。智慧物流輸送系統(tǒng)是柔性輸送系統(tǒng)，讓制造實現(xiàn)獨立單元，從存儲到節(jié)拍都變成可調控，對數據提??；可視化控制變得簡潔而實用，其最大的特色就是工廠實景再現(xiàn)。RFID系統(tǒng)是無線射頻識別系統(tǒng)，它是一種通信技術，通常也稱為電子標簽。它是由電子標簽、高頻讀頭、高頻讀寫器、通訊電纜組成，采用無線協(xié)議ISO15693的通訊標準，可在不小于20 mm的距離進行讀寫操作，數據保存時間大于10年，可重復擦寫次數大于10萬次，存儲器容量有160字節(jié)EEPROM。

智能制造加工單元。智能制造單元結構包含行走工業(yè)機器人、機器人第七軸、機器人定制夾具、加工中心、數控車床、單元監(jiān)視展示系統(tǒng)、數字化輸送系統(tǒng)、單元總控系統(tǒng)。

清洗模塊（高端產品配置功能）。清洗檢測模塊主要是由1臺12 kg的六關節(jié)工業(yè)機器人與1臺清洗機、1臺夾具快換臺組成。

檢測與激光打標模塊。檢測與激光打標模塊主要是由1臺12 kg的六關節(jié)工業(yè)機器人與1臺三坐標測量儀、1臺三軸激光打標機、1臺夾具快換臺組成。

裝配模塊。裝配模塊主要是由1臺12 kg的六關節(jié)工業(yè)機器人與1臺裝配專機、1臺夾具快換臺組成。

5 基地功能

智能制造實訓基地建設完成后[3]，可以承擔和實現(xiàn)校方和社會服務等多重目標，分別為與教學相融合的人才培養(yǎng)教學功能、與科研相融合的創(chuàng)新科研功能和與三一集團融合的生產制造功能的3大核心功能。

5.1 教學功能

人才培養(yǎng)方案及課程體系建設。復合型人才培養(yǎng)方案的建設是產教融合的辦學思想和培養(yǎng)特色的集中體現(xiàn)，是決定學校社會地位與聲譽的首要標志，也是影響畢業(yè)生發(fā)展前途的重要因素。因此，在學校發(fā)展過程中，有針對地開展專業(yè)升級改革工作是十分必要和重要的，開展針對智能制造方向的人才培養(yǎng)目標、課程體系升級等工作，借助校企雙方的影響力共同搭建校企合作專業(yè)指導交流實踐平臺，通過開展線下的研討會議，形成既貼合行業(yè)發(fā)展及用人需求又具備示范性、標桿性的人才培養(yǎng)體系，為人才培養(yǎng)的課程實踐提供標準和指引。

圍繞智能制造“三門課”的資源建設。智能制造“三門課”是在《中國制造2025》發(fā)展戰(zhàn)略指導下，針對目前院校人才培養(yǎng)與市場技術需求錯位的問題，而提出的理論與實操相結合的人才培養(yǎng)升級方案。該“三門課”指“先進數控加工技術-多軸和高速高精”“工業(yè)機器人”“智能制造”3門課程方向的系統(tǒng)解決方案，包括教學教材、實訓指導書、實訓平臺、教學輔助資源以及師資力量提升培訓等建設內容。

師資力量建設。人才培養(yǎng)，師資先行。從供應商選擇就應具備教育部批準的全國重點建設職教師資培養(yǎng)培訓基地，承擔國家級骨干教師培訓、省級骨干教師培訓等資質。可在數控、工業(yè)機器人、智能制造等方面等給學校教師進行全方位的服務，大力支持裝備制造業(yè)專業(yè)技能型人才和高技能人才的培養(yǎng)培訓。參與學校教師素質提高計劃等一系列項目的實施工作，為中國教學改革、技能型人才的培養(yǎng)以及“雙師型”師資隊伍建設貢獻力量，同時應有許多校企合作共同推進教育教學改革與發(fā)展的經驗。

社會技能培訓與鑒定。以實訓平臺為依托，開展面向企業(yè)及院校的培訓工作，內容為數控機床的裝調維修、數控系統(tǒng)的操作編程、五軸加工中心的操作編程、工業(yè)機器人的裝調維修、工業(yè)機器人的操作調整、智能制造單元安裝與調試、智能制造單元的操作與調整、智能制造CPS系統(tǒng)等培訓工作以及各級配套的職業(yè)技能鑒定，包括面向在校學生，開展職業(yè)技能培訓和職業(yè)資格鑒定工作，技能鑒定合格后，頒發(fā)學成證書；面向企業(yè)承接各種職業(yè)技能培訓（包括崗位培訓、崗前崗后培訓、技能提高培訓等）和行業(yè)協(xié)會職業(yè)資格鑒定工作，技能鑒定合格后，頒發(fā)職業(yè)資格證書；面向社會個人提供技能提升培訓和技能鑒定工作。

賽事承辦運營。將本著“以賽促教、以賽促學”的理念，大力推進基地智能制造專業(yè)方向的人才培養(yǎng)，選拔培養(yǎng)優(yōu)秀學生，精心組織，并努力做好技能競賽的訓練指導工作。將結合學校軟硬件設施積極申報、承辦各級別的工業(yè)機器人、人工智能、智能制造有關競賽，并指導教師根據競賽項目方案，制定詳細合理的訓練進程，有計劃、有步驟地訓練和組織學員參與“智能制造”專業(yè)相關競賽。加強宣傳、打造品牌，共同做好大賽的組織、承辦和運營工作。

5.2 科研功能

智能制造實訓平臺最大的特點就是具有極大的開放性。除了滿足日常的教學、培訓等功能外，它能夠提供教師和學生的二次開發(fā)的環(huán)境，在工業(yè)機器人應用、數控應用、大數據分析應用等。

設備接入系統(tǒng)總線中，系統(tǒng)可以通過總線提取ms級數據，包括指令位置、實際位置、指令速度、實際速度、實際電流、實時溫度等關鍵數據，并通過二次開發(fā)接口傳遞到上位機，進行監(jiān)控軟件開發(fā)、運動控制模型分析與學習、展開誤差補償等智能化研究。

5.3 生產功能

生產線設計定位為柔性過渡智能制造生產線，綜合考慮了現(xiàn)有企業(yè)生產場景技術及教學效果。智能制造實訓平臺全部采用標準化工業(yè)生產設備，能夠進行金屬材料和非金屬材料非標工業(yè)產品的加工生產。

6 成果產出

6.1 人才培養(yǎng)

本項目從智能制造專業(yè)群方向的專業(yè)升級建設出發(fā)進行整體設計規(guī)劃，項目建成后可向其有關智能制造方向進行人才培養(yǎng)。面向全校各專業(yè)開展縱向和橫向的不同層次不同方式的人才培養(yǎng)，對智能制造方向專業(yè)來說增加了智能制造前沿技術的縱深拓展教學，對大機械其他專業(yè)來說則增加了智能制造應用特點的橫向教學。因此，本項目帶來的專業(yè)升級成果是可以面向全校各專業(yè)的，每一名學生都可通過本項目了解智能制造技術為裝備制造業(yè)帶來的變革、體驗智能制造技術在不同產業(yè)中的應用方式和實現(xiàn)手段甚至學習其應用方法，掌握關鍵技術的使用方式，從而受益于本項目的建設。

6.2 雙創(chuàng)競賽

智能制造實訓基地建成后，基地設備的先進性和實用性可以說在湖南省首屈一指，它可進行智能制造產線相關的應用技術技能大賽、工業(yè)機器人裝調維修應用大賽等賽項的申報，并承接大賽的舉辦工作。這類大賽將受到眾多院校的關注，大賽的順利舉辦將全面展示學校的師生實力與獨特的文化風采，同時也為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供了平臺支撐，學生可以通過智能制造平臺進行創(chuàng)意性產品、工業(yè)標準化產品的設計與生產，在社會和市場中進行探索與檢驗，讓學生在學校中可以加速成長。

6.3 教學科研

建設成高素質技術技能型人才培養(yǎng)的示范基地[4]。以實訓基地建設為紐帶[5]，完成工程機械運用技術、機電一體化技術、工業(yè)機器人、數控技術、焊接技術及自動化以及智能控制技術6個專業(yè)的工學結合人才培養(yǎng)模式改革。建設完成后，專業(yè)群及各專業(yè)人才培養(yǎng)方案更加符合企業(yè)對職業(yè)崗位工作能力培養(yǎng)的需求，使學生在基本職業(yè)技能、專項技能、綜合技能、職業(yè)素養(yǎng)多層次能力得到培養(yǎng)。

建成一支高水平專業(yè)群教學團隊。通過實訓基地建設，新增專業(yè)群及各專業(yè)的專業(yè)帶頭人達到6人以上，專業(yè)骨干教師達到20人以上，把專業(yè)群及各專業(yè)的教學團隊建成為一支以專業(yè)帶頭人為引領、骨干教師為核心，數量充足、結構合理、素質精良、專兼結合的高水平專業(yè)群教學團隊，每年獲教學成果獎2項以上。

技能培訓與鑒定能力明顯增強。依托實訓基地，在技能培訓、技術咨詢、職業(yè)技能鑒定等方面加強社會服務。建設期內，開展高職師資專業(yè)技能培訓達到50人次以上，高職學生專業(yè)技能培訓達到1 000人次以上；開展為社會提供技術培訓及技能鑒定活動，使社會提供技能培訓及技能鑒定達到1 000人次以上。