工业4.0背景下机械专业教学改革分析

李明

摘 要：介绍了工业4.0的发展现况，分析了该次工业革命对制造业，特别是对中国制造业的影响；在此基础上，探讨了在工业4.0的背景下，对制造类专业人才具备知识和能力的新要求；最后讨论了当前机械制造及其自动化专业在培养过程中，课程设置和培养模式的不足之处，阐述了在此背景下进行教学改革的必要性，并初步提出了一些为保障我国工业4.0顺利发展，机械制造类本科专业教学改革的应对策略。

关键词：工业4.0；应用型本科机械制造专业；教学改革

中图分类号：G4 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.17.089

0 介绍

机械专业涉及知识面广，技术更新快，这就要求培养的人才知识面宽、适应能力强、并具有较强的工程实践能力。因此，广大教学工作者在机械专业的教学改革上，不断努力，从不同角度做出很多成果，带给我们很多启迪。例如，将该专业的实践教学以体系的方式构建；在教学改革中突出知识融合与能力培养；将工程教育认证作为导向进行的实践教学模式开发；侧重主动实践能力培养的体系构建。然而，我们当前面临着由工业4.0给制造业的一个巨大变革，企业处于智能化转型的关键时期，需要高校对此迅速做出相应并在专业设置和课程建设上进行改革。

1 工业4.0 发展简介

1.1 工业4.0出现的原因

当前制造业面临三个方面的巨大压力。第一，来自市场的压力：随着市场多样化、用户需求多变化、产品种类多样化，导致企业间竞争白热化和利润空间缩小。第二，来自资源与环境的压力：在同行相继增加产能的情形下，资源相对短缺且给环境保护带来很大压力；第三，来自制造成本的压力：原材料价格上扬以及劳动力成本的提高，使得总的制造成本不断上涨。因此，传统的以能量转换工具为推动力的经济將难以继续发展，而且传统的工业发展模式也已经没有竞争力，因此新一代的工业革命应运而生，主要国家纷纷出台制定制造业创新战略，如2012年美国的先进制造业国家战略、2013年德国的工业4.0发展战略，以及2015年我国提出的中国制造2025。

1.2 工业4.0的特点及企业转型的方向

工业3.0（基于信息技术实现自动化生产）的特点是单一品种的大规模生产，即在中央集中控制下，通过有线通讯，使得流水线工艺按顺序操作。无法实时监控位置信息。与之相比较，在工业4.0时代，将是基于无线通讯的分散控制下的，可以自律操作的单元化工艺，并能够实时追踪位置信息。也就是说后者可能完成多个种类的大规模生产，实现大规模定制。因此，在这个背景下，企业的升级转型主要体现在如下几个方面：管理理念从以产品为中心、靠低成本赢得市场，转变为以顾客为中心，以快速响应赢得市场；驱动方式从根据市场预测安排生产，转变为根据客户订单安排生产；竞争核心从通过稳定性和控制力取得高效率，转变为通过灵活性和快速响应实现多样化和定制化；目标从以低价格开发、生产、销售、交付产品和服务，转变为以多样化和定制化开发、生产、销售、交付顾客需要的产品和服务。

2 工业4.0对制造专业人才的新要求

工业4.0中处处体现出智能化的要求，即能源管理智能化、生产设备智能化、生产过程控制智能化、供应链管理智能化。传统的生产方式下，材料在一定信息和能源的驱动下，生产为产品。而在工业4.0时代，智能物料在由可相互通信的机器所组成的信息物理融合生产系统，在云计算网络的监控下，生产为智能产品。其本质是基于“信息物理系统”实现“智能工厂”。其中，要求在物理系统内，实现对各类数据的感知并发送给信息系统；要求在信息系统内对数据进行处理并将操作控制返回物理系统。具体到我国的情况，在工业4.0时代我国制定了“中国制造2025”的规划。在这一规划中，将加快新一代信息技术与制造业融合，推进智能制造。在这一进程中，在技术层面上相比3.0时代出现了新的变化，具体表现如下。

（1）信息技术在各项业务环节的应用；

（2）横向业务覆盖包括研发设计、制造过程、经营管理和市场流通等；

（3）纵向渗透指信息技术的应用层次不断提高；

（4）信息技术与企业业务深度结合，推动业务流程的逐渐优化和创新；

（5）信息实现了与生产资料、劳动者等企业生产要素的相互融合，而且其本身也成为企业生产必不可少的要素；

（6）信息化建设突破企业边界，促进了技术、管理和市场等方面的模式创新，催生了新的企业能力。

因此，在工业4.0的背景下，应对技术层面出现的新变化，对于工业4.0时代机械专业技术人员的要求有如下几点。

（1）知识更加全面，便于对设备和生产过程理解、调试和维护。要求技术人员拥有机械、电子、信息、自动化等方面的专业知识和实践操作能力。特别是液压与气动、PLC控制、单片机控制、传感器等。

（2）动手能力强，能迅速调试修复设备及生产线。要求技术人员熟练掌握电工、钳工及装配技术。

（3）对自动化行业元器件原材料了解。要求掌握电动、气动、开关、传感器的特性和功能。能够迅速选型和实操更换。

（4）对信息技术有相当的了解和应用能力。要求对物联网中机器间、机器与物料间信息的发送、接收、存储理论与方法有充分认识和了解。

3 工业4.0背景下的应用型本科机械专业改革

对于应对工业4.0的专业教学改革，工业与信息化部于2015年发布了“工信部关于开展2015年智能制造试点示范专项行动的通知”（工信部[2015]72号）：“组织实施智能制造人才培养计划。支持高校开展智能制造学科体系和人才培养体系建设，建立知识与人才开放共享平台。”因此，在工业4.0背景下，以原有机械制造专业为基础，进行新的学科体系和人才培养体系建设，不仅是企业转型升级的需求，也是有政策支持的。我们需要做到的有如下几点。

3.1 专业设置与智能制造企业转型升级需求对接

如前所述，智能制造企业的升级转型将产生巨大的人才需求缺口，按照原有的培养方案，毕业学生掌握的知识和具有的能力已经无法满足转型升级的需要，因此这个巨大的需求缺口要求高校，特别是应用型本科高校迅速做出响应，保障我国工业4.0进程顺利开展。从高校的角度来看，这次专业设置的改革与升级也是提高毕业生质量、提高就业率、创下高校好口碑的一个契机。

在具体的操作上，可以在机械制造专业的培养方案为基础，将自动化、信息专业的资源（师资、课程、实验设备）进行整合，按照未来智能制造的需求制定新的培养方向，突出在制造过程中的信息化与自动化高度融合。有条件的高校甚至可以直接开办智能制造专业，这是在政策上得到鼓励的。

3.2 课程内容与职业标准对接

企业智能制造項目实施后，其相关要求将落实到每一个相关的工作流程和人员。需要在相关的课程中介绍智能制造的背景、企业的信息化环境，并普及关于“互联网+”、ISO9000、14000、18000的内容，要从思想上和技术上都让学生做好准备。

3.3 教学过程与生产过程对接

在工业4.0时代，对于技术人员的实践能力要求尤其高，所以在教学过程中，要注意在教学过程中尽量与生产实际对接，培养学生的工程能力。而其中教学资源的开发和团队建设最为迫切。主要包括以下几个方面：（1）“智能工厂或数字化车间”的实验和实训场所；（2）与“智能工厂或数字化车间”相关的教学资源；（3）能承担“智能工厂或数字化车间”相关的教学任务的“校企混编‘双师型团队”；（4）能承担相关实习任务的高水平企业（基地）。高校应注意送相关的骨干教师去智能化程度较高、转型比较成功的企业学习以及寻求合作机会。

4 总结

本文针对当下制造业升级换代的大背景，分析了制造业的发展趋势，在此基础上，结合当前应用型本科机械专业的教学现状，总结了现有机械专业设置课程建设改革的紧迫性和必要性，并从不同角度提出了几点改革建议与方向，供相关高校相关专业的同行参考。

参考文献

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