工业4.0实验室的职教启示

编者按

中国制造2025需要什么样的人才？中国的职业教育是否已经响应？

同济大学中德工程学院对德合作历史悠久，由中德双方共同建成的国内首家工业4.0实验室，无疑走在了这方面的前列。通过探访这一新型实验室，我们力图探讨中国制造2025从概念走向实践的过程中，对于中国职教而言，有哪些经验可学？

“当前世界工业发展进入以物联网、移动互联网、大数据、云计算等新兴技术为主要特征的新阶段。”同济大学中德工程学院副院长、工业4.0实验室主任陈明教授说，工业4.0由德国政府在2013年汉诺威工业博览会上首次提出，寓意人类将迎来以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。概念一经提出，立即在全球掀起了新一轮研究与实践热潮。中国政府也提出中国制造2025，追赶世界工业先进步伐。

2013年，同济大学中德工程学院与德国科研机构合作，历经1年时间共同建成了国内首家工业4.0实验室。实验室采用开放模式，服务于同济大学教师教学与科研、大学生科技创新及校企合作，着力培养未来的卓越工程师人才。

日前，《工人日报》记者探访了这一新型实验室，寻觅工业4.0从概念走向工程实践的历程。

学科交叉，打造一流实验室

工业4.0实验室与普通实验室有何不同?记者在实验室看到，这里有机器人、数控车床、数控加工等中心加工设备、机器人滑行导轨、变频传送带和服务软件等一系列硬件设备和支撑软件。

“一条流水线上所生产的产品都可以各不相同。”陈明介绍，各加工工件携带了电子标签，内置了所有用户定制化的加工任务，它可自行与机器人、机床等加工设备进行通讯，完成既定的加工任务，“这种方式改变了原有大规模的批量生产、大规模有限定制，实现了大规模的个性化定制”。

在“流水线”的另一侧，记者看到一个迷你型的“仓库”正在安装调试中。“这是实验室引入的智能立体仓库、AGV自动导向车等硬件，实现工业4.0实验室的横向集成。”陈明说，这一版本纳入了当前工业生产领域主要的生产元素与资源，建立起一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式，力争成为我国生产制造业构建数字化智能工厂的应用示范工程。

在教学方面，中德工程学院注重理论与实践的结合以及学科交叉，让不同学科的人组成智能制造项目组。“在工业4.0智能工厂实验室的二期建设中，来自机械学院、电信学院、软件学院的本科生、硕士生、博士生将共同参与实验室建设。”陈明介绍，在课程设置中，学院已经率先开出了全国第一门工业4.0课程——《工业4.0导论》，并陆续推出《工业大数据》《智能工厂架构与实践》《智能物流》等课程；主要研究方向包括基于信息物理系统的动态调度系统、预测性维护、智能测量等。

“目前，4.0实验室与西门子、库卡等德国工业4.0先锋企业和艾默生、美国国家仪器等美国工业互联网企业积极合作，力争成为具有国际一流的应用技术研究院和培训的智能制造实验室。”陈明说。

校企合作，培养卓越工程师

从时间和进展来看，中德工程学院的工业4.0实验室无疑紧跟了“第四次工业革命”的步伐。陈明将其称为“一种国际化高校合作、校企合作培养卓越工程师的办学新模式”的结晶。

此前，中国教育部在德国考察时，非常推崇德国的工程师培养模式，并从中看到了自身教育的短板。“在很长一段时间，工程学院不再被称为工程师的摇篮了。工科生毕业时不做毕业设计，而改写毕业论文。”陈明苦涩地说。

中国学生差的是将理论知识转化为实践操作的最后一步。陈明举例说，比如在做实验车中，学生运用动力学知识完成设计，拿到车间加工时，问题就出现了：车间工人告知无法加工，因为设计没有考虑工艺制造，即便加工出来，也不一定能装配起来，装配起来又可能开不动，甚至连调整需要使用工具的空间也没有……“这些问题，仅靠课堂教学是很难讲清楚的，设计1小时，生产往往需要四五个小时，要解决学用脱节的问题，就需要强化实验实践。”

在中国教育部和德国联邦科教部的倡议和支持下，2004年，同济大学建立了中德工程学院，开启了“借鉴德国工程师培养经验，发挥同济特色，利用两国优质教育资源，努力培养既有扎实理论基础、又具备实际工作能力，受跨国企业欢迎的中德双学位工程和管理的专门人才”的教学实践之旅。

学院原汁原味嫁接德国工科教学模式，强化项目管理与项目实践。在实践教学环节，在老师的指导下，要求学生自行搭建实验平台，实验室所有设备、部件与企业相同。大学三年级第二个学期，每周安排1天在实验室做项目。项目一半就来自企业，另一半才是来自实验室系统。企业深度参与大学本科教学，有三分之一的师资来源于企业，企业乐意把项目放到本科教学中实验，学生必须在企业里完成毕业设计和毕业论文，才能回校答辩。

指着实验室里林林总总的数控机床、雕刻机和3D打印机，陈明颇为自豪地说，这些都是学院本科生的作业。“为了锻炼学生的动手能力，实验室晚上也对学生开放，学生有想法，经过申请，可获得5000元至10000元的经费支持”。

记者了解到，中德工程学院已毕业的1000多名学生，63％继续在德国深造，其余的也在跨国企业中就业，并跨过实习阶段，直接获得工程师岗位。学院也获得中德两国政府“教育领域的成功合作典范”的高度评价。

重视职教，培育工匠精神

“在工业4.0与中国制造2025的各自表述中，其中有一个共同点，就是都强调人才与教育的重要性。”陈明认为，人才培养对智能制造的发展有重要的、突出的意义。现阶段缺乏智能制造人才，尤其缺乏一线技术力量，因此特别需要重视职教与工匠精神。

陈明说，人才的培养可以通过三个维度来定位，一个维度是人才的类型，包括研发工程师与现场技术人员；第二个维度是专业，涉及如何跨专业培养；第三个维度是行业，不同行业对三类人才的培养有其自身特点。智能制造既需要对某一领域有较深研究的专家型人才，也需要对几个学科有较深了解的跨专业人才，以及具有全局观，能够领导复杂技术开发和实施的“复合式”人才。

“为了实现这一目标，需要政府、学校、企业及资本在人才培养方面的有效合作。”陈明建议，政府方面需要鼓励高校进行交叉学科建设，如有些学校设立的智能制造学院，将智能制造相关专业放在一起，对学生进行联合培养。学校方面需要大胆创新，在教学内容，课程体系与教学手段上进行改革，能够适应智能制造专才、跨学科人才与复合型人才的培养。学校与企业充分合作，在实验与实践环节中提供保障。企业应该与学校建立紧密的合作关系，为学生的实践活动提供支持。