基于工业4.0的创新创业实训教学平台的探索

周 晶 江 新

（1.东莞职业技术学院 机电工程系，东莞 523808；2.东莞安达自动化设备有限公司，东莞 523430）

工业4.0概念热遍全球，标志着全球制造业格局正在发生重大调整，而中国仍处于工业化进程中，与先进国家相比还有较大差距，其中，信息化与工业化融合型人才的缺失更是不可忽视的问题，这使中国在新一轮发展中面临巨大的挑战。《中国制造2025》的提出，直面了中国制造业的困境，同时明确了制造强国的实施战略，即：用三个十年将中国建设成为引领世界制造业发展的制造强国。如何落实《中国制造2025》强国战略成为整个产业的共同使命[1]。

1 分析人才需求

社会的发展离不开制造业，需要大量的机械专业人才来支撑行业建设，只有人才兴旺起来，才能带动创新创业，因此人才供需形势非常严峻。尤其是《中国制造2025》的提出，制造业将掀起两化深度融合的建设高潮，行业也必将催生大量的信息化、自动化、企业生产管理等大量的就业岗位需求[2]。

以机械制造与自动化为例，工业机器人的引入，极大地改变了制造业的生产流程和管理方式。工业机器人将替代制造型企业中一大批技术含量低的重复性岗位，这部分的工作量减少，但是与此相对应的，研究开发、管理和维护工业机器人的技术含量高的岗位将会增加，提供更多的工作机会，极大地提高了制造型企业的生产力和竞争力[3]。

2 构建实训室教学平台

2.1 教学平台架构

教学平台是按照工业4.0的设计思想，通过建设实验室还原和优化工厂的真实业务场景及生产过程，并结合高校生产与运作管理、工业自动化控制、企业信息系统分析与设计、工业工程等专业课程内容，帮助学生提高工业4.0相关专业的理论认知水平和实际动手能力的综合性实验室教学平台[4]。

图1 工业4.0教学平台建设框图

如图1所示，工业4.0教学平台是紧紧围绕信息融合系统和智能化工厂、智能化生产、智能化物流三个主题来设计和建设的。平台的最底层是实验室工厂、实验室仓库以及机械手、测试设备等各种自动化设备，按照信息融合系统的设计理念，这些自动化设备是具备自组织、自学习、自调整能力的智能主体。构建在智能工厂、智能生产、智能物流之上的各类业务系统，包括计划协同系统、生产制造执行系统、生产自动化系统、仓储物流系统，这些设备和软件通过互联网、工业网、物联网联系在一起构成了教学实验室的信息融合系统，也搭建成了工业4.0教学平台的基础设施[5]。

2.2 教学平台业务流程

工业4.0在构建智能工厂的思路中有一个重要的方向，即横向集成。所谓横向集成，是指将消费者的需求和产品设计、供应商、制造以及物流服务的整条供应链环节进行数字化、智慧化集成。根据企业的实际业务场景，教学平台设计了一套下单→计划→备货→生产→仓储→出货的完整业务流程，帮助学生更好地理解工业4.0背景下智能工厂的业务运营模式、工厂各部门各岗位的工作内容。

通过互联网购物应用下达订单是平台业务流程的起点。在下达订单之前，学生需要充当商家角色，预先在应用中维护商家售卖的商品信息，诸如价格、尺寸、颜色等参数数据。在维护商城数据的过程中，学生可以了解和掌握电商平台的基本运营体系和方法，对诸如商品分类管理、商品上架下架、会员体系建设、销售数据分析等内容有基本的理解和应用。

通过购物应用下达的订单会被推送至企业计划处，由生产计划人员进行订单分析整合，最终转化为工厂的生产工单。计划人员需要综合考虑企业的物料库存情况、供应商的供货情况、工厂生产节拍以及订单优先级来进行计划排程，生产计划一般可以分为月度计划、周计划、日计划，在教学场景中，通常制定的均为日计划。计划人员在制定生产计划后，需要跟进监督计划的执行状态。此外，计划人员还承担物料控制的职能，并需要协助采购部门进行原材料采购的工作。

生产计划是工厂管理内部运作的核心，一个优秀的工厂，其内部管理是围绕生产计划来进行的。在学习计划排程的过程中，学生需要理解毛需求与净需求的区别，并掌握生产计划的制定方法。在物控方面，要理解BOM的概念和作用，知道现有库存量、现有库存可用量、库存可用量、在途库存量的差别，以及如何利用这些库存数据制定出好的生产计划，从而达到节约库存占用资金的成本，实现JIT准时生产、精益生产的目的。学生理解这些基本概念和方法后，就可以依靠平台提供的计划协同系统来制定购物应用所下订单的生产计划，指导生产。

计划人员下达订单后，车间会依照计划系统下达的工单执行生产。车间作为工单的执行组织，承担着工艺设计与调整、生产执行、品质监督、操作员管理、设备管理等多项职能。学生在教学平台中通过扮演工艺部门、生产部门、品质部门等不同部门的岗位角色，配合完成计划人员下达的生产任务。围绕着车间的组织结构和工作内容，教学平台研发了一款致力于车间信息化的管理软件i-Factory，学生通过对该软件的实际操作和学习，可以深入理解和思考如何高效率地管理车间、管理生产，达到教学的目标。

车间生产完成的产品需要进入成品仓库进行再包装后进行出货。仓库人员需要对出货的产品进行栈板包装，并安置在仓库库位上存放妥当和登记，出货日当天完成出库登记，进行派车发货。在仓库操作的过程中，学生需要在仓储物流系统中完成入库、出库、库存盘点、仓库调拨等核心操作。在仓储运输环节，教学平台特别引入了智能化物流的理念，即利用RFID无线射频技术进行出入库管理、库位管理、库存盘点以及仿真模拟利用GPS全球定位技术对运输车辆进行在途监控和管理。

3 结语

基于工业4.0的创新创业实训教学平台实际是学校与社会接轨的桥梁，它是融合了信息化、自动化、智能化为一体的工业实验室。它是振兴中国制造业的动力源泉，也是中国制造业转型的催化剂，更是中国教育创新的必经之路。实训教学平台让学生受惠，让学校受益，让企业创利，因此是整个产业链的关键环节，是适合高职院校机械专业教育与创新创业教育融合发展的新模式。