地方高校工业工程智造人才培养模式探索

黄沈权，陈亚绒，张祥雷，綦法群

(温州大学 机电工程学院，浙江 温州 325035)

工业工程是以大规模工业生产系统(或制造系统)为研究对象，在制造工程学、管理科学和系统工程学等学科基础上逐步形成和发展起来的一门交叉工程学科。工业工程专业培养既具备扎实的工程技术和信息技术，又掌握现代管理科学与系统工程理论和方法，能熟练应用工业工程知识和数字化手段对现代工业生产系统和社会服务系统进行规划、设计、评价和创新的应用型高级专门人才。

一、工业工程智造人才的培养需求

在“工业4.0”“中国制造2025”等发展战略[1]的推行实施背景下，特别是国家工信部人工智能、物联网、大数据等发展规划实施以及我国先进制造业和“互联网+”发展新趋势的指引下，企业急需大量掌握工业工程技术和方法的专业人才，对制造流程和方法进行精益化、标准化、信息化、数字化，从而最终实现智能化。与此同时，教育部提出新工科计划以培养能够适应、甚至引领未来工程需求的人才[2]。

在这样的产业与技术背景下，工业工程智造型人才非常匮乏，尤其是地方区域的中小型制造企业。例如，温州地区的泵阀与轴承等机械基础零部件、高档数控机床与机器人、汽车零部件、低压电器等企业积极开展“两化融合”与“机器换人”工作，智慧工厂初具雏形，在制造系统的智能规划与精益管理、机械产品的数字化设计与全生命周期管理、制造装备的故障诊断与智能运维等方面的人才缺口非常巨大。这对员工的知识、能力及综合素质提出了新的要求，也为地方高校工业工程专业人才的培养指明了新的方向。

目前工业工程领域的教学研究基本分为三种：一是关于工业工程专业定位与人才培养模式的研究[3-4]，二是关于工业工程实验室的建设[5-6]，三是关于毕业设计或生产实习等单独实践环节的改革创新[7-8]，对于基于地方产业升级的工业工程智造人才培养的研究很少，这不利于新一代产业技术背景下应用型工业工程创新人才的培养。

二、工业工程人才培养面临的问题

工业工程在国内经过20 余年的发展，培养了一大批兼具技术和管理知识的复合型人才，为我国的经济社会转型，改善经济与社会发展的质量做出了贡献。随着产业的发展和科技的进步，工业工程的人才培养也面临着学科交叉、融合创新、闭环实践等方面的挑战，具体如下。

(一)工业工程经典课程体系与智能制造知识的复合融通问题

新一代产业技术革命，迫使地方区域企业进行自动化、数字化和智能化的智能制造转型升级，工业工程研究和改善的对象发生了重大变化。企业迫切需要既掌握经典工业工程知识，又具备工业大数据分析、人工智能等智能制造知识[9]和跨界整合能力的复合型人才，传统的工业工程的课程体系和内容已无法满足工业工程智造人才的培养需求。

(二)工业工程智造人才更高创新创业能力与跨界整合能力的系统培养问题

工业工程智造人才的工作对象是日益复杂的集成化制造系统，其设计、运行控制与评价不仅需要多学科交叉融合的知识体系，更需要创新创业和跨界整合的思维和能力。传统工业工程教学以教师“教”为主，注重学生专业知识和能力的培养，忽视了对学生创新潜能的挖掘和创新能力的培养，缺乏团队合作能力及系统整体优化意识的教育，割裂了教师科研与学生教学之间的联动关系。

(三)工业工程专业教学与地方产业需求、工程实际的闭环衔接问题

工业工程是一门实践性非常强的应用型学科，来源于产业需求，又服务于工程实际，其理论知识只有在实践应用中才能深刻体会和理解。而传统专业教学与地方产业界的联动不够紧密，实践方法较为单一，缺乏学生亲身体验、实际操作的工程环境。使得学生对企业实际生产环境和制造环节缺少切身的感性认识，难以触发学生自主学习、主动分析和解决问题的兴趣和创新热情，影响了学生深刻领会通过多学科融合和多知识贯通，来系统解决工程实际问题的工业工程原理，很难实现从理论知识到工程实践技能的高效转换。

三、地方高校工业工程智造人才的培养模式研究

本文以温州大学的工业工程智造人才培养为例，探索基于地方产业升级的工业工程智造人才培养模式。

温州大学工业工程专业以服务地方区域产业为宗旨，针对新一代产业技术革命背景下，工业工程教学面临的学科交叉、融合创新和闭环实践的挑战，基于地方产业智能化升级的人才培养需求，界定了工业工程智造人才的培养目标;构建了匹配工业工程智造人才培养的复合融通的课程体系，将工业工程智造人才所需的知识、能力、素质和素养等培养要求系统融入专业教育的全过程;以整合校企政多方资源将产业资源有效转化为科研资源与教学资源为基础，构建了集课堂教学案例平台、课内外实验平台、校内外实训平台及师生共创平台的多维协同教学平台，全面支持工业工程智造人才的创新创业能力与跨界整合能力培养;以信息与多媒体技术为支持，构建了集虚拟仿真、线上线下混合、项目制、导师制及学科竞赛等多元融合的系统化教学模式和泛在学习环境，实现理论教学与工程实践的闭环衔接。具体如下。

(一)对接智造人才需求，界定工业工程智造人才的培养目标

温州区域经济的典型特征是块状经济，在一个区域内面向一类产品形成较为完整的产业链。新形势下，原有的劳动密集型模式不再能支撑制造业的发展，从而使提升产品附加值、提高生产效率和效益、加强企业协同成为温州地区产业发展的途径，而这些途径的实现高度依赖于工业工程系统优化的思想方法和新一代智能化模式和技术的应用。

面向上述地方产业发展需求，界定地方高校工业工程智造人才的培养目标是：既具有工业工程专业领域宽广的技术理论基础知识，具备良好的工程实践、跨界整合与创新创业的能力;又具备人工智能的知识，掌握智造系统设计、运行控制与分析评价等智能化工程技能，适应地方区域产业智能化转型升级，能胜任“制造系统的智能规划与精益管理”“机械产品的数字化设计与全生命周期管理”“制造装备的故障诊断与智能运维”等领域岗位的研究和应用要求。

(二)基于智造知识模块设计，构建匹配工业工程智造人才培养的多学科交叉复合融通的课程体系

工业工程智造人才需要具备工业工程、人工智能等跨学科领域知识。基于系统模块化和层次化思想，以智造系统的设计、运行控制和系统评价全过程为主线，通过梳理不同课程的教学重点及课程间的交叉联系，删减、裁剪、合并和提升传统课程内容，增加工业大数据分析及决策、装备智能运维与健康管理、工业机器人技术等课程，构建涵盖“通识、思政与人文素养类课程”“创新创业类课程”“工程管理类课程”“工程基础类课程”“工业工程专业核心课程”与“智造类课程群”于一体的课程体系(如图1 所示)，规定了所涵盖知识内容的学分比例。

图1 工业工程智造人才培养的多学科交叉复合融通的课程体系

相比传统的工业工程课程体系，该课程体系的特点体现在：(1)将工业工程智造能力需求分解为智造系统设计、智造系统运行控制和智造系统评价三个核心课程群，通过引入智能化技术和提升传统课程，在每个课程群下设置5～6 门对应的专业必修和选修课;(2)设置数字化设计分析优化训练模块，构建智造系统“设计-控制-评估-改进”一体化软件集成平台，将数字化工程能力融入智造型人才培养中;(3)全面开展三级项目制教学，一是以企业工程问题为主题的智造系统设计、运行控制与分析评价一级项目;二是课程群知识综合应用为载体的二级项目;三是以主干课程核心知识点教学案例为基础的三级项目，设置各级项目之间的递进关系，将数字化工程训练全面融入项目制教学模式当中，充分发挥数字化集成平台的作用;(4)强化创新创业与综合实践环节，挖掘区域产业的典型案例，设置生产系统设计、生产系统运行控制、精益制造项目实践、数字化工厂设计优化、生产系统诊断分析与改善专题等实践课程，通过贯穿认知实践、工程基础实践和工程综合实践到工程创新实践的层次化系统化实践，将工业工程智造知识和能力的训练全面融入专业教育的全过程，使学生树立多学科知识交叉应用的意识，养成在多学科空间观察、思考问题的习惯，实现智能制造背景下工业工程智造人才的多学科交叉复合融通能力培养。

(三)整合校企政多方资源，构建对接创新创业能力与跨界整合能力培养的多维协同教学平台

工业工程智造人才需要良好的跨界整合能力与创新创业能力，需要丰富的产业和教学资源作为培养基础。温州大学工业工程专业依托国家级国际科技合作基地、省级重点实验室、省级重点实验教学示范中心、地方产业研究院等校企政资源，构建了产学研深度合作机制、资源共享转化机制、企业导师制及师资工程师制等机制，将地方区域产业资源(如泵阀、汽配、低压电器、包装装备等)和教师科研项目成果等转化为工程案例库、工程项目库和生产视频素材库等教学资源，并将教学资源融入编写的系列教材和新形态教材中。例如，面向智造系统设计、运行控制和评价三个方面，建立包含学校与地方政府、学院与地方行业、教师与地方企业“三对接”的校企合作制度，通过建立地方产业智造研究院、校企联合实验室、智造实习基地和设立实践奖学金等方式，形成稳定的产学研合作关系，将产业资源转化为工业工程智造人才培养所需的多维教学资源;建立师资工程师制度，建设具有工程能力的师资队伍，采用“互兼互聘，双向交流”的办法，遴选企业技术人员，担任专业主要课程和课程设计的指导老师，同时选派教师到相关企业挂职锻炼，丰富和提高其工业工程智造实践知识与技能。

基于资源的有效转化，构筑了融合智造产业资源与教师科研项目的课堂教学案例平台、支持工程基础能力培养的课内外实验教学平台、支持跨界整合能力培养的校内外实训实习平台，以及支持创新创业能力培养的师生共创平台等多维协同教学平台(如图2 所示)，为专业学生营造了贯穿大学生涯的创新创业和工程项目需求环境，形成了对接创新创业能力和跨界整合能力培养的师生共创机制。

图2 对接创新创业能力与跨界整合能力培养的多维协同教学平台

贯穿教育全过程的师生共创机制保障了工业工程专业学生从大一开始就选择专业导师，并在大学四年与导师一起参与学科竞赛、完成学生科创项目、企业实习、毕业设计和就业创业，深度参与教师的科研项目、参与企业工程项目等，形成稳定的师生共创关系，激发学生的创新创业潜能和学习动力。学生通过深度参与教师科研团队和科研项目的大工程环境，提升了其创新创业与跨界整合能力，教师通过指导学生科研和学科竞赛，实现了教研相长，具体形式和内容见表1。

表1 工业工程智造人才培养的师生共创内容

(四)适应信息技术发展，构建面向区域产业需求多元融合的系统化教学模式

面向区域产业数字化、智能化转型需求，基于复合融通的课程体系和多维教学平台，依托“工业工程智造实验室—大学生双创基地—地方产业研究院—实习单位”的链条连接，应用信息和多媒体技术，构建集成项目制教学、虚拟仿真实验教学、线上线下混合式教学、导师制教学、学科竞赛等多元融合的系统化教学模式，为学生营造“课内-课外”“线上-线下”“虚拟-现实”“校内-校外”“经典-前沿”“理论-实际”等互融互补的泛在式学习环境，使学生可以不受时空限制地开展“企业智造问题调研—工业工程智造项目设计—学生创新实践—解决方案设计—校企协同评价”的五阶段学习和实践(如图3 所示)，实现理论学习与产业现实的闭环衔接，提升学生学习工业工程知识的深度和广度，实现理论知识到实践技能的转换。

图3 面向区域产业需求的闭环多元化教学模式

四、结束语

在“中国制造2025”“工业4.0”等发展战略的推行实施背景下，区域产业的智能化升级势在必行，这对工业工程人才培养提出了新的要求。针对工业工程人才培养面临的学科交叉、融合创新、闭环实践的挑战，本文以温州大学的工业工程智造人才培养为例，探索了地方高校工业工程智造人才的培养模式。通过对接智造人才需求，界定工业工程智造人才的培养目标;基于智造知识模块设计，构建匹配工业工程智造人才培养的多学科交叉复合融通的课程体系;整合校企政多方资源，构建对接创新创业能力与跨界整合能力培养的多维协同教学平台;适应信息技术发展，构建了面向区域产业需求多元融合的系统化教学模式。经过实践，工业工程专业学生的工程综合能力和就业竞争力显著提升，数字化、智能化创新创业成果突出，形成了系列的教研成果，为培养适应区域产业智能化转型升级的工业工程智造人才提供了一种有效途径。