智能制造背景下机械设计制造及其自动化专业人才培养改革探索

朱斌，惠记庄，刘清涛，张富强

（长安大学 工程机械学院，陕西 西安）

在新一代信息技术的推动下，智能制造已成为当前制造业的发展趋势[1]。智能制造的提出对我国制造业变革影响深远，加快了制造业转型升级的步伐，对制造企业人才需求也提出了新的要求。面对新形势的挑战，我国制造行业迫切需要大批与之相适应的专业技术人才。2016年12月，教育部、人力资源社会保障部、工业和信息化部联合印发了《制造业人才发展规划指南》[2]，指南指出，到2025年，新一代信息技术产业人才缺口将达到950万人，高档数控机床和机器人人才缺口也将达到450万人。智能化生产线、智能工厂的应用、智能装备、系统集成、维护技能人才等需求尤为突出，这对相关从业人员的知识结构和工程实践能力提出了新要求，也对传统的机械设计制造及其自动化专业（以下简称机制专业）人才培养模式提出了全新的挑战。

为适应智能制造发展新趋势和制造业转型升级的人才需求，确保培养的学生毕业后能够胜任工作岗位，传统机制专业人才培养模式也需要与时俱进，跟上现代制造业的发展步伐。

一 智能制造对机制类专业人才培养提出的新要求

随着制造产业智能化改造步伐的加快，我国部分传统的机械制造企业已完成或正在进行智能化的转型升级，需要大量的从事智能装备、智能产线、智能管控、智能运维等设计、开发、应用与维护人员。为此，2021年，人社部和工信部联合制定并发布了《智能制造工程技术人员国家职业技术技能标准》，将智能制造工程技术人员的职业编码定为2-02-07-13，属于机械工程技术人员类。该标准在智能制造共性技术运用、智能装备与产线的应用与开发、智能生产管控、装备与产线智能运维等方面对相关从业人员的专业能力提出了新的要求[3]。为适应智能制造发展对人才的需求，传统机制专业人才培养方案应加强以下知识的学习：①了解智能制造技术体系，具备工业互联网基本架构、工业大数据、工业人工智能技术等基础知识；②掌握CPS系统与架构、数字孪生技术、嵌入式系统与物联网技术等；③掌握工业大数据挖掘、分析与处理技术，以及决策与优化技术；④熟悉智能生产运营管控技术，包括PLM、ERP、MOM/MES、SCADA系统、生产系统建模与仿真等技术；⑤熟悉生产运营与流程管理知识，掌握生产调度与高级排产计划技术。

二 智能制造背景下机制专业人才培养模式存在的问题

智能制造是以机械设计与制造为基础发展起来的，但是传统的机制专业人才培养模式从课程体系、实践环节、师资队伍等方面都严重滞后于智能制造发展的要求，主要表现在以下方面：

（一） 知识体系陈旧，跟不上制造业转型升级的步伐

目前多数高校开设的机械设计制造及其自动化专业以培养高素质机械设计人才和机械制造人才为目标，为传统的制造企业培养了大量的人才。然而，随着智能制造时代的到来，机械制造业加快转型升级步伐，推动了新技术、新工艺、新装备、新材料在企业的应用。相比之下，高校作为人才培养的基地，学生在学校学到的知识相对落后[4]，如：机床、刀具、制造工艺等内容基本上与20世纪90年代相同，知识体系陈旧，走向工作岗位后，还需重新学习企业所需要的新知识，滞后于企业转型升级对人才的需求。

（二） 信息类课程以理论教学为主，实践环节少

在传统的教学方式中，机制专业的教学普遍存在重理论教学、轻实践操作的问题，尤其是信息类课程的实践环节，无论是教师还是学生都缺乏实践意识，教师没有从智能制造的实际需求进行教学，更多的是按照教材讲授，虽然学了不少信息类课程，如计算机基础、C语言、数据库等，但从掌握的程度看，大部分同学不具备软件系统设计与开发的基本能力。

（三） 学科融合不深入，人才培养定位不清晰

为了迎合智能制造发展趋势，将智能制造相关的部分课程简单地设置在机制专业的课程目录里，如：人工智能、智能装备、物联网等课程作为辅助课程，由于学科融合不深入，这样培养出来的学生对专业的认识不清晰，毕业后难以胜任工作。

（四） 办学封闭，无法精准培养出社会所需人才

由于校企之间的关系脱节，办学封闭，导致教育不清楚行业需求，企业不清楚教学内容[5]。缺乏产教融合、校企合作、协同育人机制，无法精准培养出社会所需要的高素质人才。

（五） 师资结构不合理，不能胜任智能制造类课程的教学

智能制造背景下的机制专业教师队伍中缺乏既具有学术理论水平，又具有实践经验和工程背景的“双师”型教师，绝大多数工科教师是从校门到校门，虽然具有较强的专业理论水平和科研能力，但是缺少工程历练和产业经验，教学质量不理想[6]。

三 智能制造背景下机制专业人才培养模式探索与实践

以大数据、云计算、互联网+、CPS等技术为基础的第四次工业革命的来临日渐深入地影响我们所处的时代和社会，并将带动工程教育朝着革命性的方向变革，由此引起的高等学校工科教育新思维对传统的机制专业人才培养也产生了冲击和挑战。因此，有必要开展对智能制造背景下机制专业人才培养模式的研究。

为适应制造企业转型升级的人才需求，图1是在智能制造背景下，我院机制专业人才培养模式改革的总体建设方案。该方案立足现有的专业基础，依托实验教学中心、专业重点实验室和虚拟仿真中心等智能制造实践基地，涵盖了优化课程体系、提高工程实践能力、加强师资队伍建设、实施产教融合、推进科教融合和丰富教学手段6方面改革措施。具体如下：

图1 人才培养模式改革总体方案

（一） 拓宽知识结构，优化课程体系

传统专业课程的设置，存在课程设置随意、课程内容重复、与时代发展脱节等诸多问题，在专业认证的反馈意见中，课程体系不符合专业认证要求被认为是大多数机制专业存在的主要问题。智能制造的突出特征是多学科交叉融合，同时要求能够解决具体工程实践问题。对于机制专业来说，首先要立足传统的机械类核心课程，整合部分专业基础课程，补充智能制造导论、工业互联网与大数据、人工智能及应用等智能制造相关课程，打破传统清晰的专业界限，拓宽学生的知识体系[7]，构建以机械核心课程为主干，自动化、系统工程、工业互联网、信息技术等为枝干的课程体系。同时注意各课程之间的有机融合，而不是简单地堆砌，这也客观要求智能制造专业人才做到融会贯通，真正成为具备复合型知识结构的人才。

（二） 加强实践平台建设，提高工程实践能力

智能制造归根结底是要实现高质量的生产制造，智能化是实现这一目标的手段和方式，而工程实践能力是实现这一目标的根本保证。这也是“工程教育专业认证”“新工科”理念等所倡导的核心内容[8]。在这一过程中不能舍本逐末，简单堆砌一些信息技术相关课程，而挤占了工程实践能力的培养。根据专业认证培养标准，工程实践能力培养的课程要占到总学时的20%以上，因此，需要进一步加强实践平台建设以满足培养学生工程实践能力的要求。

为此，按照工业4.0智能工厂和智慧车间的基本框架，我院在现有的工程训练中心和专业实验平台的基础上，建设了功能相对完善、能够支撑智能制造技术学科交叉和融合的虚拟仿真实验教学中心，实现了将工程训练中心的数控机床、机器人、仓储和物流网、MES系统等多层次软、硬件系统的集成，具有无人化智能车间的基本功能和形态，为本专业课程教学、大学生创新创业实践奠定基础。

（三） 完善师资队伍，提升教学水平

培养面向智能制造发展战略的复合型创新型人才，需要高水平的师资队伍。为此，长安大学机制专业作为国家级特色专业，探索了一条适合校情、院情的师资队伍发展之路。采取措施如下：

1.加大智能制造一流人才引进力度。强化高层次人才对专业发展的支撑和引领作用，加大各类人才项目的实施力度，积极与国内外高校沟通合作，进一步加强高层次人才引进工作。通过人才引进，提升智能制造专业发展水平、人才培养质量和国际影响力。

2.加强与企业博士后工作站联系，鼓励青年教师进入企业工作站从事企业或国家或省部级博士后课题研究，丰富教师的实践经验，提高工程教育实践能力。

3.制定政策，探索多种模式的“工程大师”合作机制，实施“工程大师”进课堂行动。

4.加强学术交流，聚焦学科前沿。聘请智能制造领域的国内外专家到学校进行全方位的智能制造技术培训或讲座，提高学术水平。

（四） 实施产教融合，精准对接人才需求

智能制造突出新形势下的工科教育人才工程实践能力和创新能力的培养。构建产教融合的协同育人实践体系，改变过去传统的课堂育人单一模式，是精准对接企业人才需求、提高人才工程实践能力和创新能力的必由之路。具体采取的措施如下：

1.通过多维联动，打破专业自身的壁垒，构建协同育人大环境，改变过去只靠学校课堂培养的模式，将学校课堂培养、课后创新能力培养、校内实习训练和企业实践结合起来，打造多维的培养学生手段。

2.通过大师进课堂，“延伸”联系来自境内外与产业界的优质教学资源。企业是工程创新的主体，很多新技术、新发明和新应用率先在企业开展，因此，有必要广泛与企业开展合作，让学生理论学习与生产实践结合起来，充分利用产业界的优质教学资源，大力实施“工程大师”进课堂。目前，专业已经与洛阳一拖集团和十堰东风汽车集团建立了良好的合作关系，大三学生需进行为期三周的生产实习。下一步，要根据专业发展要求，继续开拓新的能够促进人才培养的生产实践基地，同时制定“工程大师”走进课堂的实施措施，让学生与“工程大师”面对面交流。

3.通过产教融合，实现校内外资源的实质性结合与利用。多方协同育人不是形式，而是要通过联合培养、企业提供需求，学生创新设计等手段，切实将多方结合起来，构建数字化、智能化时代的产教融合平台，打通产业链、创新链与人才链、教育链的脉络联系，实现协同育人的目标。

（五） 推进科教融合，强化科研育人

智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术的深度融合，离不开对技术前沿的持续研究。高校作为人才输出基地，承担了科研和教学两大重要职能，将二者融合也是现代大学的本质特征。科研的过程是学生不断学习、创造的过程，把科研平台作为人才培养的平台，也是促进学生成长、培养学生学术兴趣和创新能力一种教学方式。

为此，我院机制专业教学团队积极推动科研反哺教学，强化科研育人功能，鼓励教师及时把最新科研成果转化为教学内容，激发学生专业学习兴趣，跟上时代发展步伐。

（六） 丰富教学手段，提升学习兴趣

在传统教学体系中，教学以课堂授课为主，手段单一，培养质量的考核主要以考试为主，且没有后续的考核评价分析。这种传统的常规教学组织思路，不利于提高教学质量，不利于学生素质的综合培养，也脱离了互联网时代发展的客观需求。智能制造专业人才培养教学模式的改革途径将从两方面入手：一是硬件设施的改善，改造传统教室，从无线网络环境、交互式电子白板、课堂任意分组、互动教学系统、多终端支持、智能管理、实时应答系统、课堂大数据分析等多维度实现智慧教室核心功能；二是教学理念的革新，鼓励尝试教与学的“新方法”，如线上线下混合教学模式改革，慕课、SPOC等新的以学生为中心的教学方法，通过融合多元教育教学方法的改革创新，提高人才培养的质量。

四 结语

为适应智能制造发展新趋势和制造业转型升级的人才需求，本文从智能制造共性技术运用、智能装备与产线的应用与开发、智能生产管控等方面分析了新形势下智能制造对机制类专业人才培养提出的新要求，讨论了传统机制专业人才培养中存在的问题，并从优化课程体系、提高工程实践能力、加强师资队伍建设、实施产教融合、推进科教融合和丰富教学手段6个方面给出了探索性的改革思路，为培养满足智能制造产业发展的机制专业人才培养提供参考。