高 巍，郭 茜

（無錫立信高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 無錫 214000）

1 引言

我國制造業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)之一就是新一輪信息科技和工業(yè)技術(shù)的深度融合發(fā)展，智能技術(shù)與數(shù)字技術(shù)成為推動產(chǎn)業(yè)形態(tài)變革的核心力量，產(chǎn)業(yè)技術(shù)層級、生產(chǎn)架構(gòu)和價值體系將發(fā)生系統(tǒng)性重組[1]。因此，無錫市于2021年發(fā)布的《無錫市“十四五”制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃》中明確提出，要發(fā)揮地區(qū)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，聚焦數(shù)字賦能、智慧發(fā)展，要順應(yīng)數(shù)字化發(fā)展趨勢，深化5G、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，提高制造業(yè)智能化與數(shù)字化的發(fā)展水平。

在此背景下，作為承擔(dān)本地區(qū)技術(shù)技能類人才培養(yǎng)重任的職業(yè)學(xué)校也面臨著通過智能化、數(shù)字化手段改造智能制造類專業(yè)實訓(xùn)基地的迫切任務(wù)。通過建設(shè)與企業(yè)場景一致的實驗實訓(xùn)場景，模擬企業(yè)智能化生產(chǎn)環(huán)境，將“智改數(shù)轉(zhuǎn)”的全新理念融入教育教學(xué)的全過程，推動學(xué)校培養(yǎng)過程與企業(yè)用人需求的近距離對接。

2 “智改數(shù)轉(zhuǎn)”的內(nèi)涵與指向

“智改數(shù)轉(zhuǎn)”，即對智能制造類企業(yè)或場景開展智能化改造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。無錫市工業(yè)和信息化局制訂的《加快智能化改造 數(shù)字化轉(zhuǎn)型 綠色化提升推動制造業(yè)降本降耗降碳三年行動計劃》中提出，要全面貫徹新發(fā)展理念，推動建設(shè)工業(yè)數(shù)字化、智能化和綠色化相互促進、深度融合的產(chǎn)業(yè)體系，推進制造業(yè)與信息化的深度融合。這是一份從路徑到結(jié)果清晰明了的改革行動路線圖，加快智能化改造、數(shù)字化轉(zhuǎn)型、綠色化提升，指向的目標(biāo)是制造業(yè)降耗節(jié)能，該方案契合新時期制造業(yè)高質(zhì)量綠色化發(fā)展和構(gòu)建科學(xué)產(chǎn)業(yè)體系的要求。在未來三年中，無錫市的近三千家企業(yè)將推動“畫像、診斷、改造、領(lǐng)航、上云、轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新”的“智改數(shù)轉(zhuǎn)”建設(shè)進程，并以此形成邏輯閉環(huán)，提高企業(yè)核心競爭能力。

職業(yè)學(xué)校立足為企業(yè)培養(yǎng)“智改數(shù)轉(zhuǎn)”過程中急需的制造業(yè)數(shù)字化工匠，也必須基于這一全新理念從人才培養(yǎng)方案、課程體系與標(biāo)準(zhǔn)、實驗實訓(xùn)場景建設(shè)、教學(xué)改革與實踐、產(chǎn)教融合與成果孵化等維度深入探討研究。

3 基于“智改數(shù)轉(zhuǎn)”視角對學(xué)校智能制造實訓(xùn)基地的畫像與診斷

學(xué)校智能制造實訓(xùn)基地前身為機械加工實訓(xùn)基地，研究“智改數(shù)轉(zhuǎn)”的現(xiàn)狀與方向，具有較強的參考價值。經(jīng)過多年的建設(shè)發(fā)展，實訓(xùn)基地各類實訓(xùn)設(shè)備配套齊全，但設(shè)備型號較老，數(shù)字化改造程度較低。同時，實訓(xùn)基地運作模式仍采用學(xué)校傳統(tǒng)教育教學(xué)模式，與企業(yè)基于產(chǎn)品全生命周期管理的理念脫節(jié)較大，信息化水平較低，實訓(xùn)環(huán)境與生產(chǎn)環(huán)境對接不緊密?；貜慕ㄔO(shè)伊始即推動甩圖板工程，先后成為國家制造業(yè)信息化三維CAD培訓(xùn)基地、歐特克創(chuàng)意教育培訓(xùn)基地，在計算機輔助設(shè)計與制造軟件的普及上不斷前進，學(xué)校智能制造實訓(xùn)基地建設(shè)基礎(chǔ)的畫像診斷見表1。

表1 學(xué)校智能制造實訓(xùn)基地建設(shè)基礎(chǔ)的畫像診斷

4 基于“智改數(shù)轉(zhuǎn)”視角改造學(xué)校智能制造實訓(xùn)基地的實踐

基于對現(xiàn)有智能制造實訓(xùn)基地的畫像與診斷，我校有針對性地開展對實訓(xùn)基地的智能化改造和數(shù)字化轉(zhuǎn)型，并于2021年完成一期工程，主要做了以下內(nèi)容建設(shè)。

4.1 基于工業(yè)數(shù)據(jù)采集，鋪設(shè)數(shù)控實訓(xùn)中心MES

MES給從業(yè)人員提供生產(chǎn)計劃的計劃、執(zhí)行、監(jiān)測以及整合所有資源（人、設(shè)備、物料、客戶需求等）的可能性[2]。在智能制造高速發(fā)展的今天，MES的內(nèi)涵也不斷拓展延伸，呈現(xiàn)出業(yè)務(wù)流程管理自動化、軟硬一體化融合和決策功能日益突出的特點。

（1）數(shù)控技術(shù)實訓(xùn)中心MES建設(shè)的主要內(nèi)容

我校智能制造實訓(xùn)基地數(shù)控技術(shù)實訓(xùn)中心共有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控加工中心30臺，涵蓋發(fā)那科、西門子、凱恩帝等多種數(shù)控系統(tǒng)。本次建設(shè)旨在對這部分設(shè)備進行聯(lián)網(wǎng)，打通通信壁壘，通過以太網(wǎng)通信，對學(xué)校機床的實時運行數(shù)據(jù)進行采集，分析設(shè)備的運行狀態(tài)、故障信息、加工時間、空閑時間、加工數(shù)量等，進而分析出設(shè)備的運行效率、產(chǎn)能、故障率等信息。

本次改造的整體系統(tǒng)分為設(shè)備層、采集層、存儲層、應(yīng)用層[3]。設(shè)備層主要為機床控制器；采集層通過以太網(wǎng)模塊、串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口模塊、IOT GateWay軟件網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)機床接口的轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)采集；存儲層分為實時數(shù)據(jù)庫緩存Redis，持久數(shù)據(jù)存儲MongoDB，滿足高頻率、大數(shù)據(jù)量的存儲需求；應(yīng)用層則通過軟件計算優(yōu)化，實現(xiàn)設(shè)備管理與配置、數(shù)據(jù)處理展示與消息推送等功能。

（2）數(shù)控技術(shù)實訓(xùn)中心MES建設(shè)實現(xiàn)的主要功能

建設(shè)完成后的數(shù)控技術(shù)實訓(xùn)中心MES能實現(xiàn)一系列智能化管理功能，明顯提高了實訓(xùn)中心設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率，如圖1所示。

圖1 數(shù)控技術(shù)實訓(xùn)中心MES電子地圖

1）實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)控。MES能通過三維電子地圖實現(xiàn)對實訓(xùn)中心內(nèi)各設(shè)備運行狀態(tài)的實時檢索與參數(shù)監(jiān)控，實時參數(shù)的類別根據(jù)設(shè)備自身所開放的接口有所不同。

2）實現(xiàn)故障管理。MES能查看設(shè)備在某個時間段內(nèi)所發(fā)生故障的故障編號、開始時間、結(jié)束時間、持續(xù)時長等故障信息，支持根據(jù)設(shè)備編號、時間段進行過濾查詢。同時，支持統(tǒng)計查看設(shè)備在某個時間段內(nèi)所發(fā)生的各種故障類型在所有故障中所占百分比。為設(shè)備的保養(yǎng)檢修提供依據(jù)。

3）實現(xiàn)程序管理。MES支持從文檔發(fā)放系統(tǒng)調(diào)取程序文件，支持頁面在線編輯程序，支持向單臺或多臺機床設(shè)備同時下發(fā)程序，也支持從設(shè)備向的程序上傳與本地保存，還能在線比較兩個程序文件，并以顏色進行標(biāo)注比較結(jié)果不一致的行。

4.2 基于學(xué)校管理實際，建設(shè)智慧化庫房

學(xué)校智慧化庫房的建設(shè)根據(jù)教學(xué)使用實際需求，聚焦于提升物料庫存管理效能。項目在庫房推行物料條碼化管理，將物料流轉(zhuǎn)管理由傳統(tǒng)的單據(jù)處理轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)場實物掃碼流轉(zhuǎn)，由PC端操作轉(zhuǎn)變?yōu)槭殖謼l碼終端操作，可進行生產(chǎn)發(fā)料掃描出庫、生產(chǎn)完工掃描入庫、包裝作業(yè)、投料周轉(zhuǎn)任務(wù)管理和產(chǎn)出周轉(zhuǎn)任務(wù)管理，從而降低物料流轉(zhuǎn)錯誤率及人工操作工作量，大大提升管理效能。學(xué)校的實訓(xùn)教學(xué)物料管理與工廠的要求有一定的差異，更加關(guān)注物料流轉(zhuǎn)的政策合規(guī)性，也需要一定的統(tǒng)計數(shù)據(jù)用于支持科學(xué)研判物料采購。因此，項目建設(shè)的重點在于庫房的自由建模、物料從入庫至領(lǐng)用出庫、返還、報廢的申報審批流程及使用數(shù)據(jù)的合理統(tǒng)計。

4.3 基于教學(xué)管理需求，建設(shè)實訓(xùn)課程資源生成中心

制造類專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)與實訓(xùn)設(shè)備的關(guān)聯(lián)度極高。因設(shè)備單價較高、班級學(xué)生人數(shù)較多，經(jīng)常造成教學(xué)靠圍觀、指導(dǎo)多頭跑的問題。本次改建中完成了課程資源生成中心建設(shè)，通過信息化手段解決了分組教學(xué)與現(xiàn)場教學(xué)兩大實訓(xùn)教學(xué)難點，也保障了優(yōu)質(zhì)課程資源的同步生成。同時，在疫情防控要求下開展在線教學(xué)時，課程資源生成中心也發(fā)揮了重要的作用。

1）分組互動教學(xué)教室。本次建設(shè)的分組互動教學(xué)教室采用七個攝像機位實現(xiàn)高清傳輸，配合定位攝像機的強大圖像跟蹤分析功能，能夠進行授課全自動錄制。教室還能通過可旋轉(zhuǎn)實訓(xùn)吊臂將所有實訓(xùn)小組的學(xué)生操作過程同步顯示在交互副屏或者老師授課大屏，并支持學(xué)生全景、特寫操作機位自由切換，實時對學(xué)生操作過程打點標(biāo)注，讓老師輕松掌握每一組學(xué)生實操效果。在開啟微課摳像模式后，更可以自由選擇2D、3D場景，實現(xiàn)虛擬微課錄制，配合統(tǒng)一媒體資源管理平臺，并支持將所有畫面根據(jù)需要開放直播或者上傳平臺供學(xué)生、老師點播。當(dāng)啟用云端服務(wù)器直播功能時，教學(xué)場景更可便捷分享到微信端，實現(xiàn)快捷、精彩的移動直播。在疫情防控期間，這間教室大展身手，“電工技術(shù)基礎(chǔ)”“電子技術(shù)基礎(chǔ)”等課程校內(nèi)學(xué)生的分組教學(xué)被實時同步給在家上網(wǎng)課的學(xué)生，實現(xiàn)無縫互動，教學(xué)成效顯著，如圖2所示。

圖2 分組互動教學(xué)教室

2）移動教學(xué)車。針對鋪設(shè)中大型實訓(xùn)設(shè)備的教學(xué)場所，項目還建設(shè)了移動教學(xué)車。教學(xué)車配備專業(yè)多功能萬向臂，轉(zhuǎn)臂可折疊收縮，可水平 360°旋轉(zhuǎn)，二節(jié)轉(zhuǎn)臂垂直45°調(diào)節(jié)，可多方位調(diào)節(jié)拍攝角度，并實現(xiàn)靈活移動、無線傳屏。以數(shù)控加工教學(xué)為例，移動教學(xué)車在機床旁錄制教師操作視頻，通過無線傳輸?shù)姆绞酵林凉に嚱淌覂?nèi)的大屏上，內(nèi)容還可以存儲至本地進行實時回看，大幅提高實訓(xùn)教學(xué)效率與效果，如圖3所示。

圖3 移動教學(xué)車

5 “智改數(shù)轉(zhuǎn)”視角改造學(xué)校智能制造實訓(xùn)基地的思考與后續(xù)

根據(jù)省市“智改數(shù)轉(zhuǎn)”相關(guān)文件精神，智能制造類企業(yè)及實訓(xùn)基地需要完成關(guān)鍵工序數(shù)控化不低于65%、經(jīng)營管理數(shù)字化不低于80%和數(shù)字化研發(fā)設(shè)計工具普及率不低于90%的建設(shè)目標(biāo)[4]。職業(yè)學(xué)校的智能制造實訓(xùn)基地受制于資金投入、發(fā)展理念、校企合作水平等因素的制約，與這三項指標(biāo)尚有一定的差距。通過對智能制造實訓(xùn)基地的畫像診斷，我校正式開啟“智改數(shù)轉(zhuǎn)”實訓(xùn)基地效能改造提升工作，目前已完成MES設(shè)備層、采集層、存儲層的搭建，并基本完成第一期應(yīng)用層建設(shè)；同時基于教學(xué)改革需要，建設(shè)課程資源生成中心；根據(jù)專業(yè)管理需要，建設(shè)智慧化庫房。目前已建項目運行穩(wěn)定，為學(xué)校智能制造實訓(xùn)基地建立了一套更為高效的運行邏輯，師生的教學(xué)效果和信息化應(yīng)用水平得以提升，學(xué)校培養(yǎng)與崗位需求之間的數(shù)字化鴻溝進一步彌合。

下一階段，學(xué)校將進一步完善MES應(yīng)用層的內(nèi)容，著重打造在線測量站、產(chǎn)品合格率統(tǒng)計、不良品原因分析與反饋、無人值守庫房、國產(chǎn)軟件為主國外軟件為輔的數(shù)字化研發(fā)設(shè)計工具、新能源技術(shù)類實訓(xùn)室等軟硬件項目。同時積極進行基于“智改數(shù)轉(zhuǎn)”視角的課程資源建設(shè)、教學(xué)改革、師資培養(yǎng)、項目孵化及產(chǎn)教融合等工作，從產(chǎn)品生命全周期管理的視角統(tǒng)一教學(xué)與實訓(xùn)的理念與視角，在校內(nèi)建設(shè)與企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境緊密對接的實訓(xùn)環(huán)境，真正以智改、數(shù)轉(zhuǎn)為理念引領(lǐng)學(xué)校智能制造實訓(xùn)基地的發(fā)展，為提高育人質(zhì)量不斷努力。