工业4.0背景下的智能制造技术应用

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工业4.0与智能制造背景下对工业工程专业人才培养的几点思考

作者：王昕 刘军 刘新宇

来源：《教育教学论坛》2019年第25期

摘要：工业4.0与智能制造背景下，制造企业需要遵循数字化转型的一般规律。利用基础IE完成管理累积，以精益化管理模式提升企业的生产率；以增效提质为本，实现产业级价值链的闭环；有效运用各类智能制造技术和信息系统实现生态运营。IE专业课程系统设计要回应区域产业升级需求，IE专业应鼓励学生养成更新智能技术知识的习惯，IE专业应激励学生尝试管理模式创新（IE+IT）。

关键词：制造企业；IE人才培养；管理创新；IE+IT

中图分类号：G645 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）25-0254-02

一、工业4.0与智能制造背景

互联网正在引爆第四次工业革命，工业企业在工业4.0与智能制造变革的浪潮中能否完成自身蜕变成为其存亡的关键。尽管制造企业的关注根本要素仍然是成本、效率和品质，但实现路径发生了质的变化。工业4.0与智能制造的微观上的体现，在于每个制造企业都成功地实现了数字化转型。

二、制造企业数字化转型对工业工程（IE）人才能力的新需求

1.制造企业数字化转型路径。（1）提升企业生产率。首先要完成用智能化手段提升企业级的效率；其次通过ERP系统，梳理业务流程，优化价值链；再次在产品全生命周期的各个环节合理利用各类工业软件；最后有效实施MES制造执行系统，在企业级层面，实现降本增效、交期质量等目标，打牢精益生产与智能制造的基础。（2）实现产业级价值链的闭环。能够在同一产业的不同企业间打通信息孤岛，实现各类工业软件、管理软件、控制系统的互联互通。这样，各环节的数据可以自动化收集，成为大数据分析的先决条件，分析结果将用于指导产品、设备、工艺及生产过程，最终实现生产过程、业务流程的优化。（3）实现生态运营。在区域内甚至整个社会，实现制造业生态圈、产业内外的互联互通，推动企业级的业务、生产协同，达到生态圈内企业的整体优化，同时更有效地与终端客户连接，延伸服务，开拓市场。

2018.No06󰀸󰀴摘 要 技工院校工业机器人应用与维护专业应紧贴机器人产业人才需求，明确专业定位和建设思路，推动专业建设与改革，构建贴近企业实际、科学可行的课程体系，完善相应的教学资源和实训环境，做好机器人专业人才培养工作。关键词 智能制造 工业机器人 专业建设 教学资源建设1 专业人才需求分析我国从2014年开始已经成为全球最大工业机器人需求市场和消费国，作为“中国制造2025”十大支柱产业之一，机器人产业迎来了黄金发展期。作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人的应用和普及成为企业较理想的选择，对应的机器人相关专业人才，尤其是技术技能型人才需求也将出现井喷。乐观估计，未来8年内，机器人相关行业岗位需求200万人左右，人才缺口巨大。2 专业建设思路工业机器人专业开发及建设应首先做好顶层设计，专业建设应遵循职业教育基本规律，努力实现学习活动与职业活动的准确对接，合理打破传统的以学科体系为主的课程模式，积极推进以理论实践一体化、教学内容模块化为核心的教学改革，切实提高人才培养质量，使学生掌握的知识和技能达到国家相关职业标准和企业生产岗位的要求。坚持以就业为导向、以能力为本位，按照职业领域对职业能力的要求确定专业学习领域，制定专业人才培养方案。重视校企合作在人才培养中的重要作用，促进学校教学与企业生产紧密结合，使专业建设和课程设置符合经济发展的需要。体现以学生为中心的现代教育理念，充分运用各种教学方法和手段，激发学生的自主学习意识。在课程中强调任务导向、情境导向，加强知识与技能的一体化综合训练，提高学生的就业能力和工作能力。3 课程体系建设与改革技工院校工业机器人应用与维护专业的定位应坚持以能力为本位，面向机电设备制造企业、自动化控制、数控技术、机电一体化设备运用企业，培养从事工业机器人设备的操作与编程、设备管理与维护、销售、推广与售后技术支持工作的高级技术应用型人才。课程体系的构建原则是：首先对工业机器人应用与维护领域所对应的工作岗位群进行调研，对其相关工作岗位实施典型工作任务分析；再进行行动领域归纳，根据专业技术、能力的复杂程度整合为典型工作任务，形成职业能力领域；然后进行学习领域的转换，即根据职业认知及职业成长规律递进重构行动领域，并将其转化成为专业课程；接着对各专业课程进行学习情境设计，该过程需根据完整思维及职业特征，将各学习领域系统性地分解为项目学习单元（学习任务），再对每个项目学习单元进行教学材料（学习工作页）的开发，并在此基础上进行教学设计和实施教学过程（一体化教学和项目教学等）。本专业的课程应包括基本素质课程、专业平台课程、专业核心课程、专业限选课程和专业拓展课程等，要构建起一个完整、科学的课程体系，保证学生能掌握专业所需知识与技能，全面提高学生的综合素质。4 教学资源建设“智能制造”背景下技工院校工业机器人应用与维护专业建设刘 洋（重庆市工贸高级技工学校） 教学资源库建设应从专业、课程、素材三个层面来同时进行。专业级资源应该包括本专业的人才需求调研报告、岗位职业能力与职业资格标准、专业教学标准、人才培养方案、课程体系等；课程级资源应包括课程标准及教学设计、课程教案、配套教材、授课录像、实训指导录像、教学课件、任务工作单、试题、教学评价、企业案例、技术标准、作业规范等；素材级资源应具备图片、文本、视频、动画、仿真等素材资源。该资源库应建立包含自主学习模块、职业培训模块、技能竞赛模块、机器人史模块、企业学习模块等五个模块的资源素材。自主学习模块里可开发多门基于工业机器人技术的横向学习课程；职业培训模块应建立机器人专业相对应的职业资格标准和多个培训项目资源包；技能竞赛模块需包括竞赛规程、历年竞赛题库、竞赛视频、竞赛指导等；在机器人史模块中可整理出机器人发展历史和一些重要事件，让学生对机器人有更全面、直观的认识；企业学习模块中，建立起企业应用的典型工作站（上下料、搬运、装配、焊接、码垛等）学习模型及素材。在此基础上对这些资源进行整合，构建为一个资源平台，该平台包含信息发布（培训信息、就业信息、成果信息）、教学资源检索与维护、交流论坛（教学指导、技术咨询、就业指导），为学生、教师、学校和工程技术人员、企业搭建一个学习、交流、沟通的平台。另外，还需要注重对资源库进行推广与应用。一是可以组建资源共享联盟，推动教学方法和教学手段改革；二是定期开展资源库使用培训与交流；三是积极为企业员工和社会学习者提供服务，形成教育品牌。这样可带动全国相关技工院校工业机器人应用与维护专业的教学模式和教学方法改革，整体提升教学的质量。另外也能满足学生、企业员工及社会学习者的要求，提高技工院校的社会服务能力。5 实训教学环境建设实训教学是专业教学过程中必不可少的环节，完善的实训教学设备将直接促进学生专业技能水平的提升，因此实训教学环境的建设就显得尤为重要。为确保专业建设紧跟产业发展，既应加快完成校内实训基地的建立，保证日常的主要实训教学任务，还应做好校外实训基地的建设工作。建立校内实训基地，应围绕本专业的课程体系，以工业机器人、智能制造领域相关技能大赛作为引领，合理配置实训设备，使学生能全面、系统掌握工业机器人的相关专业技能，熟悉机器人的基本操作与编程，能对机器人进行简单的安装维护与维修，为今后进入企业作好相应的准备，尽可能做到与企业零距离对接。校内实训主要完成电工电子、机械装置与PLC、传感器、驱动与控制、机器人操作与编程、机器人拆装、机器人工作站等专业技能的实训任务。校外实训中心的建立应结合专业和企业的实际情况，作为教师、教学设备和实习内容的补充，承担企业认知、生产现场管理、机器人典型应用等企业生产环节的实训任务，让学生了解企业文化、企业精神和理念，锻炼学生实际工作能力，将学到的知识和技能综合运用于生产实践，培养学生的创新精神和实践能力。

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·基金课题

摘　要：伴随着2008年起全国服饰品制造业的断崖式下跌，中国服饰品生产企业迎来了一次重生的挑战和机遇，这便是以“互联网+”“跨界融合”“绿色智慧”为主旨的第四次工业革命。因此，本文以现代数码印花技术的应用作为切入点，探讨在此背景之下，传统服饰生产企业的未来发展和转型。关键词：工业4.0；智造；数码印花随着全球一体化进程的加速，世界的变化如同一本日历，每一页都被过往所取代。它带来了经济发展的连带效应，金融板块上的线条起伏，以及无数机遇与挑战。中国曾作为国际品牌的加工集散地，以廉价劳力和规模化生产扬名海外。但随着国际贸易状况的改变，自2008年起我国服饰加工产品的出口开始受到“非贸易壁垒”的各种阻碍，服饰业呈现出内外交困以及订单断崖式下滑的局面，以价格优势为主打的中国服饰制造业已失去竞争优势。“在危机中寻找机遇”逐渐成为这些制造型企业的座右铭，于是“互联网+”、“跨界融合”、“绿色智慧”成为服饰生产企业击退贸易阻碍的发展手段。尤其是2015年国际性的经济危机，对全球商业结构的变化也带来了巨大冲击。一个崭新的时代即将到来，这便是第四次工业革命（即工业4.0）。“工业4.0”的概念主要包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活、个性化、数字化的产品生产及销售服务模式。在工业4.0背景下，传统行业的界限逐渐模糊，崭新的合作形式、分工模式不断出现——即以“智能制造”为主导的第四次工业革命（后文中缩写为“智造”）。“智造”主要体现在生产系统、生产技术、物流方式的智能化，以降低生产成本、提高生产效率为目的，实现产业发展的良性循环。对于消费者来说，工业4.0时代所营造的商业氛围是以“顾客需求”为主线的，产品因个性化定制和软性制造而被赋予了更多的附加价值。在这样的背景之下，如何改变以加工为主的企业格局？如何形成鲜明的企业文化？如何以产品竞争取代价格竞争？如何提升产品的文化内涵？如何开拓多渠道的盈利模式？如何形成可持续发展的良性局面？都是服饰加工企业需要审视的问题。因此，本文以数码印花为切入点，尝试把智慧型、绿色型发展设定为主流导向。旨在改变加工贸易一枝独秀的企业格局，逐渐建立有本土文化内涵的服饰品品牌，开发以智慧型网络定制为主的销售模式，并形成服饰品行业与社会发展相契合的可持续常态。而数码印花作为现代纺织业中的技术革命，具有里程碑式的意义，它所带来的经济效益和社会效益将为国内服饰加工企业带来重生的机遇和挑战。20世纪90年代首次研发的喷墨式数码印花机是现代计算机技术不断发展而形成的高新技术产品，亦是一场重要的技术革命。该技术的发展日趋完善，已成为西方主流的印花生产方式，欧洲已有90%以上的印花企业采用数码打印机，它减少了印花时间，降低了打样成本，优化了产品效果，在行业中具有良好的口碑。尽管目前中国服饰生产行业中，数码印花技术的应用整体呈现增长的趋势，但就国内市场占有率来说，还是相对滞后一些，国内服饰代加工企业往往选择以薄利多销为原则的传统印花方式。但随着消费者个性化需求的与日俱增，数码印花速度的大幅提高，耗材价格的降低，以及国家环保政策的全面推动，数码印花的优势逐渐显露。它可按需加工，避免库存，提高了产品附加值。因此数码印花技术在中国的应用前景还是乐观的。国内的数码印花技术在近年来也有了长足的发展。2000年，杭州宏华数码科技股份有限公司成功研制出国内首台数码喷墨印花机。该公司目前拥有56项专利技术，其中，VEGA系列高速数码印花系统荣获国际科技发明二等奖，公司在墨水研发、电机控制、喷头技术应用、软件开发等核心领域，和国外数码印花企业基本处于同一水平，为国内数码印花技术的发展提供了硬件保障。因此，从技术的研发，纺织印染行业的主流趋势分析，数码印花技术在服饰行业中广泛推广是有可行性的。数码印花在服饰加工企业“智造”转型中所体现的优势包括：（1）技术方法的智能化：数码印花技术是印染技术与信息科学技术交叉融合的产物。它依托计算机辅助设计（CAD、PHOTOSHOP）、数字制造技术、计算机网络技术，对印花产品加工工艺及设备进行数字化处理，使印花技术进入一个崭新的时代。其技术原理主要通过各种数字化输入手段（如扫描仪、数码相机、互联网传输），将数字图像输入计算机，经过电脑印花分色系统编辑处理后，再由专用软件驱动芯片控制喷印系统，把专用染料直接喷印到各种织物或介质上，从而获得精美的印花产品，操作方式更灵活简便，并且能快速修改。（2）生产过程绿色化：数码印花过程中的原材料消耗率将会大大降低。比如从传统印花每印一米就要消耗同等长度的纸张，转变为无纸化工艺。同时数码印花过程中无需蒸化固色、皂洗和水洗，也不再消耗蒸汽、煤、水，以及丝网、银筒等材料，将会实现50%的能源节约率。且数码印花技术无废料和废水污染，噪音小，促进了绿色制造业的发展，在减轻企业负担的同时又实现了可持续发展的要求，保护了青山绿水。（3）节省时间成本：传统印花过程包含分色、制网、配色、调浆、印花、后处理等复杂工序，从设计到交货需要短则几天长则几十天的周期，而数码印花技术只要一至两个小时便可制作完成，实现了立等可取。同时，顾客可通过网络传输的方式直接传送图案设计稿，开拓了以个性化小批量为需求的客户群，大大缩短了交货周期，符合服饰行业对快速反应的需求。（4）节省人工成本：传统印花工序复杂，整个加工过程需要五至六名工人操作，而数码印花可以缩减到一名工人操作电脑程序即可。设备操作简便，工作环境整洁，更符合人性化的企业新常态。而且工艺档案的数码化，避免了传统印花档案保存费时、费力、费地的缺点。（5）提升产品品质：数码技术的加入保障了产品质量的稳定性。避免了因对花不准出现的瑕疵面料，花型尺寸不受限制，不存在布边的问题，大大提高了产品的品质和档次。数码印花产品的色彩饱和度、精度、层次感增强，花型更为逼真，颜色丰富度可达1670万种，甚至可以将照片直接打印在面料上，突破了套色的限制。此外该技术的应用丰富了产品尺寸，拓展了产品种类，可制作独创型、艺术型的产品，还可根据服装款式单独定制定位花型。（6）拓展了销售模式：数码印花技术的应用可与网上协同方案定制平台和电子商务形式相结合，开发B2C、C2C等网络销售模式，开发个性化产品的设计，并为企业走向品牌化、网络化的发展道路提供了前期保障，真正实现设计、生产、销售的快速反应模式。比如浙江绍兴的“瓦栏花型交易集市”就是一家以网上花型交易以及印染加工为主的在线平台。该平台的交易模式包含设计师、客户、生产商三方。对于设计师来说，工作时间更自由，甚至连设计专业学生也可上（下转第37页）工业4.0背景下的服饰生产企业“智造”转型——以数码印花技术的应用为例孔　佳（浙江科技学院，浙江 杭州 310023）

教育教学论坛EDUCATIONTEACHINGFORUM2019年6月第25期Jun.2019NO.25工业4.0与智能制造背景下对工业工程专业人才培养的几点思考

收稿日期：2018-11-27基金项目：2018年教育部产学合作协同育人项目：基于虚拟仿真技术的工业工程专业企业运营与管理人才培养体系研究（201801069028）作者简介：王昕（1978-），女（汉族），四川达州人，硕士研究生，讲师，研究方向：绩效评价、组织变革。一、工业4.0与智能制造背景互联网正在引爆第四次工业革命，工业企业在工业4.0与智能制造变革的浪潮中能否完成自身蜕变成为其存亡的关键。尽管制造企业的关注根本要素仍然是成本、效率和品质，但实现路径发生了质的变化。工业4.0与智能制造的微观上的体现，在于每个制造企业都成功地实现了数字化转型。二、制造企业数字化转型对工业工程（IE）人才能力的新需求1.制造企业数字化转型路径。（1）提升企业生产率。首先要完成用智能化手段提升企业级的效率；其次通过ERP系统，梳理业务流程，优化价值链；再次在产品全生命周期的各个环节合理利用各类工业软件；最后有效实施MES制造执行系统，在企业级层面，实现降本增效、交期质量等目标，打牢精益生产与智能制造的基础。（2）实现产业级价值链的闭环。能够在同一产业的不同企业间打通信息孤岛，实现各类工业软件、管理软件、控制系统的互联互通。这样，各环节的数据可以自动化收集，成为大数据分析的先决条件，分析结果将用于指导产品、设备、工艺及生产过程，最终实现生产过程、业务流程的优化。（3）实现生态运营。在区域内甚至整个社会，实现制造业生态圈、产业内外的互联互通，推动企业级的业务、生产协同，达到生态圈内企业的整体优化，同时更有效地与终端客户连接，延伸服务，开拓市场。2.制造企业数字化转型对IE人才能力的新需求。（1）工业企业智能化升级，迫切需要IE人才协助完成前期准备[1]。（2）智能工厂的建设，迫切需要IE人才加强IT能力。智能工厂的建设，离不开对智能技术的应用，如：智能自动化生产设施、智能物流传送、智能设备报警与维修、智能产品、智能产品设计等。智能工厂的形成不是单点智能技术的应用就可以实现的，需要在原有制造经验的基础上，系统性地考虑智能技术的应用及持续提高智能技术的应用绩效，以实现生产高柔性和高生产率。因此，在智能工厂时代，更离不开科学管理，但必须要注意的是，科学管理正是现代IE的强项，但智能时代的科学管理也对IE带来了全新的挑战。不懂智能技术的IE人才能否实现智能工厂环境中的科学管理？IE人才需要了解哪些智能技术？了解到什么程度？IE人才如何与智能技术人才分工与协作？（3）智能工厂的持续改进，需要IE人才不断更新智能技术知识。智能工厂的建设不是一蹴而就的，一方面因为智能技术的应用不可能一步到位，另一方面智能技术也在不断创新升级。所谓智能工厂，应该是一个需要几十年持续努力的愿景，在这个过程中，需要扎根本土的IE人才深入思考，哪些环节还需要改进？是否引入新的智能技术加以改进？如何评估新智能技术的绩效？三、工业工程专业人才培养的新思路1.IE专业应成为智能制造专业群的重要组成部分。智能制造离不开智能技术。创新智能技术的主要专业有机电一体化技术专业、电气自动化技术专业、工业机器人技术专业、数控技术专业、模具设计与制造专业等。但是，要实现传统生产模式向智能化生产王昕，刘军，刘新宇（佛山科学技术学院经济管理与法学院，广东佛山528000）摘要：工业4.0与智能制造背景下，制造企业需要遵循数字化转型的一般规律。利用基础IE完成管理累积，以精益化管理模式提升企业的生产率；以增效提质为本，实现产业级价值链的闭环；有效运用各类智能制造技术和信息系统实现生态运营。IE专业课程系统设计要回应区域产业升级需求，IE专业应鼓励学生养成更新智能技术知识的习惯，IE专业应激励学生尝试管理模式创新（IE+IT）。关键词：制造企业；IE人才培养；管理创新；IE+IT中图分类号：G645文献标志码：A文章编号：1674-9324（2019）25-0254-02