产学研合作教育模式下机械专业“互联网+”技术培养的探究

靳继勇 崔陆军 邓大立 李雪丽

中原工学院机电学院 河南郑州 450007

1 概述

在以互联网技术为核心的信息产业浪潮下,我国制造业也在由大转强的发展进程中提出了“中国制造2025”,以加快新一代信息技术和制造业深度融合为主要路径,以推动智能制造为突破口,以提升产业的核心竞争力为目标,完善多层次、多类型人才培养体系,推动产业转型升级[1]。

随着信息化建设和技术的进步,机械工程的发展正以智能化生产、云计算、人工智能、机器人等前沿技术作为主要研究对象[2]。地方政府相关文件对企业构建以云平台为核心的智能制造和工业互联网生态圈、引导企业将基础设施、业务系统、设备产品向云端迁移都做出了明确的工作指示要求[3]。以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展,如何培养出创新创业能力和跨界整合能力的科技人才,是加快推进新工科建设背景下的高等教育改革和发展成为当下工程学教育发展重要内容[4]。

2 机械专业产学研合作教育模式现状

产学研合作教育模式是根据学校与企业、学校与社会之间存在着“产教结合”这一关系而提出的一个全新教育机制,该人才培养模式可以有效地促进高校人才培养质量和水平提升,同时也能够进一步促进校企之间合作以及相关产业发展。

2017年在以教育部“复旦共识”“天大行动”“北京指南”为纲领,各个高校从各个方面开展了具有自己特色的新工科建设。清华大学展开了贯穿大学四年的贯通式项目制研究型综合实践教学,强调“知识传授、能力培养、价值塑造”三位一体的培养理念;华南理工大学提出“新工科建设F计划”,构建深度融合的课程体系,加强对学生的多维度培养。复旦大学增设课程核心为“本研贯通+产学研融合”的新工科试[2];哈尔滨工业大学制订“新工科‘Π型’方案”;电子科技大学和东北大学以就业为导向探索“互联网+”复合型精英人才培养。在这些头部高校通过自身的较为完善社会资源优势,创建了机械专业的校企合作协同的标杆[5-7]。

杭州电子科技大学机械工程学院制定服务于地方经济的“创业适合型”培养模式[8];桂林电子科技大学机电工程学院的弹性实践教学体系实施模式[9],为我校的机械专业推进筹建河南电子科技大学规划起到了指导作用。近几年来,省内高校中河南科技大学机电工程学院形成了“厚基础、宽口径、重实践、求创新”的人才培养理念的课程体系,并与固高科技(深圳)有限公司等开展产教融合和校企合作[10-11];河南理工大学坚持“重基础、重能力、重实践、高素质”的教学理念,构建基于“协同育人”模式的双导师队伍[12];郑州轻工业大学机电工程学院人才培养过程重构了适应轻工行业转型发展的人才“学习产出”框架和培养体系,创新产学研三维工程实践教学模式[13]。在新工科建设的开始过程中,我校机械专业和其他很多地方高校一样面临很多问题,课程还是以传统的以机械为主、以电为辅的教学方法。以目前现有的师资、实验设备、课程体系都无法全面满足“互联网+”专业知识的教学和人才培养的问题,为尽快实现将智能制造以及“互联网+”相关知识体系建设,我校采用高校与社会企事业单位建立产学研合作教育模式,主动开展智能制造和“互联网+”技术的发展、研究、推广与人才培养探究。

3 产学研合作教育模式下机械专业“互联网+”技术培养探究

3.1 细化相关内容,形成技术路线

依据目前的常用“互联网+”技术和学校机械专业现状,如下图所示,创建了以机械行业“互联网+”技术产业链为技术研究模型,本模型就是全生命周期设计、制造、服务一体化融入机械行业中,将机电设备数据与公司的ERP系统数据相互连接,打造制造企业智能化的生产过程执行管理系统(MES)。模型基本涵盖了机械专业的“互联网+”常用技术,分成管理系统、计算机、通信、控制系统、机电系统四大部分,每个部分都有自身的具体技术。

机械行业“互联网+”技术产业链模型图

结合“互联网+”技术对自身优势科研技术(精密制造)进行产业升级,推动精密机械加工在管理、研发、生产、质检、服务各个环节的智能化,降低相关成本投入,并提高效率和效益。

3.2 优化培养计划

根据新工科建设为背景、专业工程认证为要求,学院开始优化修订机械大类专业的人才培养计划,更加注重学生实践能力、创新能力的培养,针对大型规模企业特定的人才需求,人才培养计划可在保持“学科必修课”与“专业必修课”不变的前提下,与企业共同灵活设置“专业选修课”,形成特定行业企业进行人才培养的模式。例如机械类专业可编程序控制器应用、单片机应用、嵌入式设计、虚拟仪器、传感器技术、机电传动控制、机电一体化设计等控制方向专业课程融入新工科建设为背景的智能制造技术,并作为课程思政元素;机械类专业增设了新工科建设为背景的“互联网+”技术课程,例如机电系统智能控制技术、计算机网络技术、机器人技术及应用、机器视觉技术及应用、汽车车载网络技术等课程;鼓励机械专业学生选择工业物联网、人工智能、大数据等交叉培养课程,丰富学生的“互联网+”知识。

3.3 多元化探索产学研合作教育模式下的人才培养

目前地方高校机械专业课程教学知识点较为基础,师资技术欠缺,不能实现对“互联网+”技术有兴趣的学生进行全产业技术链的培养,所以针对专业及技术需要进行以机械专业为基础、“互联网+”技术为方向的人才培养,需要高校教师积极主动拓展企业共建实习实训基地、产学研协同创新实践基地,开展多元化的产学研合作教育。

首先,依托教育部产学合作协同育人项目,与成熟的计算机企业共建大学生实习实训基地,每年对机械专业学生提供“互联网+”需要的Web前端技术、AI人工智能、大数据开发及构架设计、网络安全等计算软件技术的初步学习培训;与物联网技术公司合作,开展机器人及其视觉技术、工业物联网、PLC应用技术、嵌入式技术的实习实训。通过个性化专业化的实训,让学生了解并初步掌握“互联网+”的应用场合、发展方向、智能制造应用等方面技术,为机械专业学生的“互联网+”技术就业升级打好基础,共同推进实践教学改革。

其次,让机械专业学生与有就业需求的智能制造的企业进行岗前实习,结合机械专业培养计划制订适合可行、具有实践能力、创新意识以及职业素养等方面的实习计划,在就业过程中提高自己的智能制造知识水平。

“互联网+”为核心的大学生创新创业竞赛和智能制造比赛已经成为机械类专业学生竞赛的主旋律。以学校工业园区企业为依托,拓展智能制造相关技术校企资源,建立跨专业的共享校企资源,在实习过程中寻找企业相关技术痛点,拓展创新创业思维,通过与相关校企的展开项目沟通,用实习实训和协同培养的方式共同完成部分创新创业竞赛,建立以赛促学、以赛评学的教学实践体系,打造多支专业化、梯队化的竞赛团队,实现机械专业双创人才的产学研合作教育。

3.4 对接企业建设优质课程,通过项目合作提升教学水平

与企业针对智能制造、“互联网+”技术相关课程进行探索,打造优质课程。采用产学共建的方式,针对学校机械电子工程专业和机械设计制造及自动化专业,对现有机器人技术及应用、机器视觉技术课程进行改革优化,初步形成符合学院特色的智能制造工业机器人实验室建设方案,为以后进一步的以智能制造技术和“互联网+”技术实训紧密联系课堂教学内容做好基础工作。与机电装备设计制造公司等共同进行机电传动控制、可编程序控制器应用、单片机应用、机电一体化技术、虚拟仪器、智能控制技术、计算机网络技术、工业物联网课程建设,在企业寻找课程资源,积极申报国家级和省级一流本科课程、专创融合特色示范课、课程思政等项目建设。

师资团队是人才培养的根本保障,一方面学院积极引进智能制造及“互联网+”高层次技术人才,同时依托教育部产学合作协同育人项目平台与学校企业共享资源开展师资培训,在开展实项目学习和研发过程中,将基于“互联网+”新工科有机融合到传统教学过程中,提升教师的教学水平,为高校教师教学创新大赛、教学技能竞赛提供了教学资源,也为国家级和省级一流专业、优秀基层教学组织、课程思政教学团队、专业工程认证等建设工作给予有效的支持。

3.5 产学研合作模式下的互联网+机械科学研究

完整“互联网+”新工科背景下的机械科研项目,不仅仅是机械、计算机、电信专业交叉学科交融,本身需要机械、自动化、电气、机械等专业与工业工程、工业设计、管理、计算机等多学科的联合支持。构建多元化的校企、校研合作联盟,院内选派适合企业的教师进行专业技术岗位实习,在企业设计、生产、管理和服务等全周期科研工作中,遴选新工科背景的机械学科产教融合项目,与企业共同展开高质量科研工作,建设“互联网+”技术交叉科学研究团队,共同促进科技创新和科技成果转化项目,打造校企、校研等多主体共建的机械专业创新性实践平台,提升教师科教融合、产教融合、创新创业等教育教学能力和素养。用制造业全生命周期的融合技术项目对本学院的机械设计制造及自动化、机械电子工程、车辆工程、工业工程、工业设计专业进行优势技术互补,实现机电系统设计分析、测控技术、制造执行系统、生产过程优化管理、产品外观开发、互联网+前端界面、基于云计算的大数据后台设计、数据安全、外观UI设计、VR设计等互联网+智能制造系统技术的全覆盖。

结语

本文以我校机械大类专业的新工科建设为背景,对专业人才培养、物联网+课程体系建设、交叉学科师资队伍建设等方面详细阐述了产学研合作教育模式下的探究过程。高校机械专业产学模式根据新时代特征继续深化调整相应教学改革,地方高校可以实地调研并参考头部高校人才培养过程,根据自身校企资源积极主动探索新工科背景的培养方式,将适合时代和学校专业发展先进的智能制造技术引入高校机械专业中。