“智改数转”背景下智能制造实训基地改造提升的研究与实践

高 巍，郭 茜

（无锡立信高等职业技术学校，江苏 无锡 214000）

我国制造业面临的主要挑战之一就是新一轮信息科技和工业技术的深度融合发展，智能技术与数字技术成为推动产业形态变革的核心力量，产业技术层级、生产架构和价值体系将发生系统性重组[1]。因此，无锡市于2021年发布的《无锡市“十四五”制造业高质量发展规划》中明确提出，要发挥地区产业优势，聚焦数字赋能、智慧发展，要顺应数字化发展趋势，深化5G、互联网、人工智能、大数据、云计算、区块链等新一代信息技术在制造业领域的广泛应用，提高制造业智能化与数字化的发展水平。

在此背景下，作为承担本地区技术技能类人才培养重任的职业学校也面临着通过智能化、数字化手段改造智能制造类专业实训基地的迫切任务。通过建设与企业场景一致的实验实训场景，模拟企业智能化生产环境，将“智改数转”的全新理念融入教育教学的全过程，推动学校培养过程与企业用人需求的近距离对接。

“智改数转”，即对智能制造类企业或场景开展智能化改造和数字化转型。无锡市工业和信息化局制订的《加快智能化改造 数字化转型 绿色化提升推动制造业降本降耗降碳三年行动计划》中提出，要全面贯彻新发展理念，推动建设工业数字化、智能化和绿色化相互促进、深度融合的产业体系，推进制造业与信息化的深度融合。这是一份从路径到结果清晰明了的改革行动路线图，加快智能化改造、数字化转型、绿色化提升，指向的目标是制造业降耗节能，该方案契合新时期制造业高质量绿色化发展和构建科学产业体系的要求。在未来三年中，无锡市的近三千家企业将推动“画像、诊断、改造、领航、上云、转型、创新”的“智改数转”建设进程，并以此形成逻辑闭环，提高企业核心竞争能力。

职业学校立足为企业培养“智改数转”过程中急需的制造业数字化工匠，也必须基于这一全新理念从人才培养方案、课程体系与标准、实验实训场景建设、教学改革与实践、产教融合与成果孵化等维度深入探讨研究。

学校智能制造实训基地前身为机械加工实训基地，研究“智改数转”的现状与方向，具有较强的参考价值。经过多年的建设发展，实训基地各类实训设备配套齐全，但设备型号较老，数字化改造程度较低。同时，实训基地运作模式仍采用学校传统教育教学模式，与企业基于产品全生命周期管理的理念脱节较大，信息化水平较低，实训环境与生产环境对接不紧密。基地从建设伊始即推动甩图板工程，先后成为国家制造业信息化三维CAD培训基地、欧特克创意教育培训基地，在计算机辅助设计与制造软件的普及上不断前进，学校智能制造实训基地建设基础的画像诊断见表1。

表1 学校智能制造实训基地建设基础的画像诊断

基于对现有智能制造实训基地的画像与诊断，我校有针对性地开展对实训基地的智能化改造和数字化转型，并于2021年完成一期工程，主要做了以下内容建设。

4.1 基于工业数据采集，铺设数控实训中心MES

MES给从业人员提供生产计划的计划、执行、监测以及整合所有资源（人、设备、物料、客户需求等）的可能性[2]。在智能制造高速发展的今天，MES的内涵也不断拓展延伸，呈现出业务流程管理自动化、软硬一体化融合和决策功能日益突出的特点。

（1）数控技术实训中心MES建设的主要内容

我校智能制造实训基地数控技术实训中心共有数控车床、数控铣床、数控加工中心30台，涵盖发那科、西门子、凯恩帝等多种数控系统。本次建设旨在对这部分设备进行联网，打通通信壁垒，通过以太网通信，对学校机床的实时运行数据进行采集，分析设备的运行状态、故障信息、加工时间、空闲时间、加工数量等，进而分析出设备的运行效率、产能、故障率等信息。

本次改造的整体系统分为设备层、采集层、存储层、应用层[3]。设备层主要为机床控制器；
采集层通过以太网模块、串口转网口模块、IOT GateWay软件网关，实现机床接口的转换及数据采集；
存储层分为实时数据库缓存Redis，持久数据存储MongoDB，满足高频率、大数据量的存储需求；
应用层则通过软件计算优化，实现设备管理与配置、数据处理展示与消息推送等功能。

（2）数控技术实训中心MES建设实现的主要功能

建设完成后的数控技术实训中心MES能实现一系列智能化管理功能，明显提高了实训中心设备的运转效率，如图1所示。

图1 数控技术实训中心MES电子地图

1）实现设备监控。MES能通过三维电子地图实现对实训中心内各设备运行状态的实时检索与参数监控，实时参数的类别根据设备自身所开放的接口有所不同。

2）实现故障管理。MES能查看设备在某个时间段内所发生故障的故障编号、开始时间、结束时间、持续时长等故障信息，支持根据设备编号、时间段进行过滤查询。同时，支持统计查看设备在某个时间段内所发生的各种故障类型在所有故障中所占百分比。为设备的保养检修提供依据。

3）实现程序管理。MES支持从文档发放系统调取程序文件，支持页面在线编辑程序，支持向单台或多台机床设备同时下发程序，也支持从设备向的程序上传与本地保存，还能在线比较两个程序文件，并以颜色进行标注比较结果不一致的行。

4.2 基于学校管理实际，建设智慧化库房

学校智慧化库房的建设根据教学使用实际需求，聚焦于提升物料库存管理效能。项目在库房推行物料条码化管理，将物料流转管理由传统的单据处理转变为现场实物扫码流转，由PC端操作转变为手持条码终端操作，可进行生产发料扫描出库、生产完工扫描入库、包装作业、投料周转任务管理和产出周转任务管理，从而降低物料流转错误率及人工操作工作量，大大提升管理效能。学校的实训教学物料管理与工厂的要求有一定的差异，更加关注物料流转的政策合规性，也需要一定的统计数据用于支持科学研判物料采购。因此，项目建设的重点在于库房的自由建模、物料从入库至领用出库、返还、报废的申报审批流程及使用数据的合理统计。

4.3 基于教学管理需求，建设实训课程资源生成中心

制造类专业实训教学与实训设备的关联度极高。因设备单价较高、班级学生人数较多，经常造成教学靠围观、指导多头跑的问题。本次改建中完成了课程资源生成中心建设，通过信息化手段解决了分组教学与现场教学两大实训教学难点，也保障了优质课程资源的同步生成。同时，在疫情防控要求下开展在线教学时，课程资源生成中心也发挥了重要的作用。

1）分组互动教学教室。本次建设的分组互动教学教室采用七个摄像机位实现高清传输，配合定位摄像机的强大图像跟踪分析功能，能够进行授课全自动录制。教室还能通过可旋转实训吊臂将所有实训小组的学生操作过程同步显示在交互副屏或者老师授课大屏，并支持学生全景、特写操作机位自由切换，实时对学生操作过程打点标注，让老师轻松掌握每一组学生实操效果。在开启微课抠像模式后，更可以自由选择2D、3D场景，实现虚拟微课录制，配合统一媒体资源管理平台，并支持将所有画面根据需要开放直播或者上传平台供学生、老师点播。当启用云端服务器直播功能时，教学场景更可便捷分享到微信端，实现快捷、精彩的移动直播。在疫情防控期间，这间教室大展身手，“电工技术基础”“电子技术基础”等课程校内学生的分组教学被实时同步给在家上网课的学生，实现无缝互动，教学成效显著，如图2所示。

图2 分组互动教学教室

2）移动教学车。针对铺设中大型实训设备的教学场所，项目还建设了移动教学车。教学车配备专业多功能万向臂，转臂可折叠收缩，可水平 360°旋转，二节转臂垂直45°调节，可多方位调节拍摄角度，并实现灵活移动、无线传屏。以数控加工教学为例，移动教学车在机床旁录制教师操作视频，通过无线传输的方式同屏至工艺教室内的大屏上，内容还可以存储至本地进行实时回看，大幅提高实训教学效率与效果，如图3所示。

图3 移动教学车

根据省市“智改数转”相关文件精神，智能制造类企业及实训基地需要完成关键工序数控化不低于65%、经营管理数字化不低于80%和数字化研发设计工具普及率不低于90%的建设目标[4]。职业学校的智能制造实训基地受制于资金投入、发展理念、校企合作水平等因素的制约，与这三项指标尚有一定的差距。通过对智能制造实训基地的画像诊断，我校正式开启“智改数转”实训基地效能改造提升工作，目前已完成MES设备层、采集层、存储层的搭建，并基本完成第一期应用层建设；
同时基于教学改革需要，建设课程资源生成中心；
根据专业管理需要，建设智慧化库房。目前已建项目运行稳定，为学校智能制造实训基地建立了一套更为高效的运行逻辑，师生的教学效果和信息化应用水平得以提升，学校培养与岗位需求之间的数字化鸿沟进一步弥合。

下一阶段，学校将进一步完善MES应用层的内容，着重打造在线测量站、产品合格率统计、不良品原因分析与反馈、无人值守库房、国产软件为主国外软件为辅的数字化研发设计工具、新能源技术类实训室等软硬件项目。同时积极进行基于“智改数转”视角的课程资源建设、教学改革、师资培养、项目孵化及产教融合等工作，从产品生命全周期管理的视角统一教学与实训的理念与视角，在校内建设与企业生产环境紧密对接的实训环境，真正以智改、数转为理念引领学校智能制造实训基地的发展，为提高育人质量不断努力。

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