智能制造背景下强化工程训练安全教育的思考与实践

张 戈

(南京邮电大学 工程训练中心，江苏 南京 210023)

2017年5月一款名为“Wanna Cry”的勒索病毒大规模爆发、入侵和攻击全球电脑网络，影响波及近100个国家和地区，其中我国部分高校、政府机关和企事业单位的网络应用系统也受到了攻击，甚至公安行业的部分信息服务系统和能源企业的部分加油站点也受到了严重影响[1]，这不仅向全世界敲响了警钟，也值得高校在开展安全工作时高度重视。

1 工程训练强化安全教育的重要性

1.1 安全是工程实践教学永恒的主题，发展离不开安全的基础

工程训练作为高等教育培养实践、创新能力和综合素质的实践教学体系，是培养高等工程技术人才的重要环节。随着高等教育的改革和发展，工程训练建设规模不断扩大，学生人数逐年增加，训练内容大量拓展，教学形式变化多样。作为学校内系统、高效、规模化开展工程训练最有效的承载平台，工程训练中心已经由最初单一的金工、电工实习基地拓展为学生实施素质教育、技能训练和科技创新创业的重要课堂，以及高校进行实践教学、科学研究和技术服务的重要基地。

同时，由于投资巨大，设备集中，机电光气热共存，人员流动，事故潜在，工程训练的安全问题一直显得尤为重要。随着两化融合发展进程的不断深入，云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能为代表的新一代信息技术向制造业加速渗透融合，工业云、工业互联网、智能设备逐步成为制造业发展新基础，工业信息系统逐步从单机走向互联，从封闭走向开放。而发展的同时，网络安全威胁凸显，工业信息安全形势日益紧迫，智能制造背景下工程训练安全涉及范围既有机电设备、工具、仪器等传统意义上的安全，更有数字化、网络化、智能化的生产设备安全，端到端生产模式下的网络安全。要求生产控制系统安全、应用安全和数据安全，现代工程训练体系正常运行离不开全方位的安全保障基础。

1.2 “以人为本”是智能制造背景下工程训练安全工作的出发点和落脚点

工程训练的主要教学目标是增强学生的工程实践能力，培养学生的综合工程素质与工程创新能力。在现代大工程背景下，安全意识作为学生综合工程素质的重要内涵之一，与创新意识、质量意识、经济意识、环境意识、社会意识一道构成工程意识的重要组成部分[2]，成为高校实施素质教育的核心内容之一。树立“生命至上，安全第一”的安全观，体现的是把人作为一切工作的出发点和落脚点，无论是参加工程训练的学生还是指导教师、管理人员、工作人员，必须把人的因素放在首位，视人的安全永远是第一位[3]。因此，培养学生综合工程素质的首要任务应该是培养学生的安全意识，安全保障工作永远是工程训练中心的第一要务，这集中反映了以人为本的人本思想。在征求意见稿的《国家智能制造标准体系建设指南(2018年版)》中，安全标准比《国家智能制造标准体系建设指南(2015年版)》的功能安全、信息安全两项增加了人因安全标准，用于避免在智能制造各环节中因人的行为造成的隐患或威胁，通过合理分配任务，调节工作环境，提高人员能力，以保证人身安全，预防误操作等，正反映了强化人本的理念，智能制造并非简单的“机器换人”，而是实现以人为中心、高质量发展驱动的人机安全协同融合。

1.3 信息安全、网络安全、数据安全是智能制造的保障条件，将为现代工程训练增添新内容、赋予新意义

智能制造从智能设计、智能控制、智能运营到智能决策，在全生命周期流程上要通过联网的方式进行数据的相互关联，需要将传统的过程控制网络、企业的内部网络以及工业物联网的数据实时采集上传，形成工业互联网。这就导致工控系统从传统封闭式系统演变到开放式网络系统，从信息孤岛演变到过程控制和企业信息系统的集成。而且，随着工业化与信息化的不断融合，工业网络与互联网等公共网络的连接越来越多，使其更容易受到来自互联网的攻击。病毒、蠕虫、木马等传统网络威胁很容易成为工业网络面临的主要威胁。

智能制造系统作为关键基础设施，其信息安全不仅可能造成信息的丢失，还可能造成生产制造过程中故障的发生、人员的损伤、设备的损坏，从而造成重大经济损失，甚至引起社会问题和环境问题。例如，2010年“震网”病毒攻击伊朗布什尔核电站造成20%的离心机失灵甚至完全报废就是典型工业信息安全事件[4]。因此，信息安全作为智能制造系统三类安全(功能安全、物理安全和信息安全)之一，愈发重要。信息安全、网络安全、数据安全是智能制造的保障条件，工控信息安全目前最新的一个发展趋势是把功能安全、信息安全及操作安全统一进行设计，从而去实现整体过程的安全，即安全一体化[5]，如图1所示。在工程训练中引入信息安全、网络安全、数据安全教育，进行安全一体化实践实训，正是适应新一代信息技术和制造业蓬勃发展深度融合的科技潮流，对接数字化、网络化、智能化的时代趋势，提供受训学员多样化训练、全面性教育、持续性发展的价值需求。

图1 安全一体化示意图

2 强化工程训练安全教育的思考与实践

2.1 依法治网，依规行训

网络空间不是“法外之地”，国家总体安全观的形成，《中华人民共和国网络安全法》等一系列法律法规的颁布，为依法安全治网提供了坚强的法律保障。国务院《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》、工信部《工业控制系统信息安全行动计划(2018-2020)》等都明确提出安全保障与相关主体同步规划、同步建设、同步实施，从而实现安全可靠开放发展。工程训练应该在相关法律法规、政策规章、标准规范的指引下，遵循教学训练规律和现代经济产业社会对人才的新需求，通过建立中心、部门、岗位(工种)三级安全保障体系，认真落实安全责任制，层层签订安全工作目标责任书，建立安全工作例会制度，合理制定并严格执行各项安全规程规范，坚决杜绝教学训练过程中的违法、违规、违序“三违”现象。

2.2 紧扣全生命周期制造训练特点，开展“三全”安全教育管理

智能制造通过数据、信息和网络串联制造各环节，融通产品服务的全生命周期，而在高校实践教学倡导的“做中学”，如CDIO、PBL等模式，从本质上也是基于项目或产品全生命周期出发。针对没有接受过任何岗位培训、缺乏安全知识和安全意识的学生，安全教育工作不能仅停留在简单的训练前培训，而必须全面贯穿于整个工程训练的始终，贯穿于产品制作的全生命周期，必须有效地开展“全员参与、全过程控制、全方位展开”的安全教育管理工作[6]。

南京邮电大学工程训练中心从2016年搬入新建工程训练楼，建设工作快速开展，安全责任制网络稳步构建，“三全”安全教育管理为各项教学训练顺利实施提高良好保障，具体做法包括以下6点。

1)运用3E策略，贯彻预防为主原则。

“无危则安，无缺则全”，安全事故通常是由于人的不安全行为或物的不安全状态引起，诸如制度不落实、管理不到位、责任心不强、安全意识不足、设备故障、环境缺陷等。针对学校训练中心新场地、新设备、新教职人员占比多，通过从3E策略[7]，即安全管理(Enforcement)、安全教育(Education)和安全工程技术(Engineering)入手，采取相应对策以达到事故预防和事故控制。通过定期与不定期地组织安全隐患排查，防患于未然，建立安全事故应急处置机制等，将安全常态化、长效化地贯彻到训练实习整个环节中去。仅在2017年学校训练中心就投入近十五万元用于教学实验室安全辅助设备，如焊接废气的排放系统，安装氮气泄漏电子报警系统，安装工程训练楼和计算中心机房的监控系统，智能制造一期机床运行状态监控，进行弱电室服务器的UPS电源配置等；教学实验室安全文化建设、宣传教育、检查整改等，占中心当年建设经费的7.5%左右。

2)构筑安全环境和安全文化，形成示范效应。

充分发挥“环境”的教育作用和渲染作用、“文化”的渗透作用和亲和作用，通过理性灌输、活动熏陶、现场演练、文化感染，把人的被动执行变成为主动遵守和贯彻，变“要我安全”为“我要安全”，完成学生教育由他律向自律转变，形成“重视安全、守护安全、珍惜安全”的安全文化氛围。具体包括进行安全知识培训讲座、安全宣传演讲、知识竞赛、安全操作示范，征集安全警句，布置安全图板，安全规章制度和安全责任人铭牌上墙等等。结合学校训练中心基层党建“书记项目”LED大屏文化建设，利用工程训练楼一层门厅6.3m2全彩LED屏滚动播放师生编写的安全操作口诀，制作的安全教育漫画、警示标语等，有效缓解中心实习实训学生众多与教工人数少的覆盖度矛盾，较好地实现了媒体化教育、电梯等候间歇教育，融宣传教育于日常，并与“平安校园”创建活动、治安消防等综合治理相融合，在中心、部门、岗位(工种)教师三级安全体系的两端增加了学校和学生，形成五级安全体系，从而构建“大安全”校园氛围。

3)开展老师“交底”和学生“接底”互动工作，做好安全教育。

通过学校训练中心领导层、教指委和督导组专家的多方努力，明确承担教学训练任务的教师作为实施实践教学活动的主要组织者、指导者和实践者，应该研究教学内容、教学方法，制订安全教育计划和要求，使安全知识进教材、进教案、进实习(实验)报告，把安全知识、安全制度、操作规程、安全应急预案等列为实践教学的内容之一，将教学活动中可能涉及的安全问题及应急处理措施明确告知学生[8]，使学生在实际操作过程中重视安全，争取做到“提前预防”，在思想教育、知识教育以及技能教育三个方面做好安全教育[9]。

4)充分利用多媒体、虚拟仿真、虚拟现实等先进新颖手段进行安全教育，提高学习有效性、趣味性和吸引力。

在学校工程训练中应用数控仿真软件，一方面可以使学生提前熟悉机床操作规程和操作方法，减少误操作带来的人身伤害和机床损坏，提高操作安全性；另一方面虚拟数控仿真和实操实践分批进行、交叉开展，从而增加时间安排的机动灵活性，有效缓解“生多机少”“讲多练少”矛盾[10]。

5)运用本质安全化原则，保证训练设备设施安全。

本质安全化原则是指从一开始和从本质上实现安全化，从根本上消除安全事故发生的可能性，从而达到预防安全事故发生的目的。例如，苏州大学工程训练中心最早在华东地区采用断电保护装置安全措施，以防止学生因遗留在车床卡盘上的钥匙飞出造成伤人事故，效果良好[11]。学校训练中心车床则采用在卡盘处增设滑动防护罩的措施，极大地避免飞伤事故。又如，在特种加工中有许多设备是激光设备；在设备安全设计中有不关闭外舱门，机器不启动工作的连锁功能，从而在本质上杜绝了因为学生粗心忘记关闭舱门造成伤害事故的隐患。再如，学校训练中心在数控车床上增设监控探头警示系统，一是可以方便机床周围的学生在其他显示设备上观看指导教师的操作示范和技能演示；二是方便巡视老师能随时监控训练学生的操作情况，及时纠正学生错误，预防安全事故发生。并且，通过与之联网的计算机系统，记录车床运行状况，进而采用大数据技术分析其运行状态、提供安全预警和设备运维建议，从而实现机床智能化安全管理。

6)面向数字化、网络化、智能化，提升训练中心安全管理水平。

数字化、网络化、智能化是智能制造发展应该遵循的必然轨迹，学校工训中心的数控机床配置数已达传统机床数的两倍，数字化制造虚拟仿真实训室、快速成型实训室、特种加工实训室建成启用，特别是机床联网、学生使用智慧校园卡考勤、操作数控机床等，以及通过取得学校工训楼三层弱电间使用权、配置专用服务器、UPS电源、防病毒软件和还原功能软件维护系统状态、24小时远程监控探头、网络录像机、实验室刷卡门禁等，在极大提升中心数字化、网络化、智能化程度的同时，更加注重系统防护，保障网络、数据和教学训练的一体化安全。

2.3 以学生为中心，持续开展“8S”现场管理

7S是指源于日本企业的5S现场管理——整理(Seiri)、整顿(Seiton)、清扫(Seiso)、清洁(Seiketsu)、素养(Shitsuke)，以及根据发展需要进一步引入的安全管理(Safety)和节约(save)，由于能显著地将亏损、不良、浪费、故障、切换产品时间、事故和投诉七方面降为零(“七零”)，是目前工厂企业广泛采用且行之有效的现场科学管理方法。通过在工程训练中吸收引入“7S”现场管理方法[12]，围绕以学生(Student)为中心，突出工程训练学生安全的核心地位，开展“8S”管理，加强工程训练过程管控的可操作性和有效性，从而提升师生整体意识和素质，确保整个工程训练管理有序、现场整洁、环境优美、优质安全，并通过计划(plan)、执行(do)、检查(check)、调整(action)，即PDCA循环持续改进完善，如图2所示。

图2 以学生为中心的8S现场管理图

学校训练中心一个典型的细节改进事例是通过克服比较紧张的场地局限，增置“书包放置架”，用以摆放学生书包、水杯、衣物等，使原来随地随意摆放现象不复存在，达到了预期的效果。

3 结束语

智能制造是新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合的重要发展趋势，是国家建设制造强国、网络强国的战略部署，也对工程训练这一高校人才培养重要的实践环节提出了更高和更新的要求。强化智能制造背景下高校的安全教育，应该有提早谋划的考虑，使其同步规划进教材、同步教学训练、同步监测评估和持续改进，为打造安全智能人本的高质量现代工程训练教育，构建平安和谐的校园提供保障。