国务院发布《国家职业教育改革实施方案》中明确指出, 职业教育要以促进适应产业发展需求为导向, 优化专业布局, 建设一批引领改革、支撑发展、中国特色、世界水平的高等职业学校和骨干专业 (群) , 为建设现代化经济体系和提高国家竞争力提供优质人才资源。因此, 专业集群的建设是高等职业教育改革中重要的方面。而制造业是我国实体经济的主体, 对我国经济的发展起决定性作用, 尤其在信息技术与先进制造技术的深度融合下, 制造业进入提质增效、由大变强的关键期, 智能制造已成为制造业技术变革和产业优化升级的核心, 制造业产业模式和相关企业形态将发生根本性转变。这一转变要求高职院校根据智能制造系统宏观架构及行业领域需求, 进一步明确高职专业如何布局、怎样建设、创新发展等重大问题。因此, 探讨智能制造系统架构下高职院校专业集群的建设具有重要的价值。

智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合, 贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节, 具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。其系统架构由产品生命周期、系统层级、智能特征三个维度组合构建, 如图1, 涉及智能制造的活动、装备、特征等内容。生命周期包括设计、生产、物流、销售、服务等相互关联的一系列价值创造活动。系统层级是指与企业生产活动相关的组织结构层级, 包括设备、单元、车间、企业和协同共五层。智能特征是指基于新一代信息通信技术使制造活动具有智能功能的层级划分, 包括资源要素、互联互通、融合共享、系统集成和新兴业态等五层。智能特征这一维度是让产品和工厂更加数字化、网络化、智能化的一系列信息技术的集中体现。[1]

智能制造系统架构要求高等院校在学科、专业建设中关注制造业不同环节的集成与互联, 关键技术的形成与应用。具有工科优势的本科院校对工程科技创新和产业创新发挥主体作用, 针对多学科交叉复合及理科衍生的新兴工科专业建设进行探索与实践。[2]而高职院校则应重点关注生产一线关键技术的集成和应用, 重点服务企业、特别是中小微企业的技术研发和产品升级, 及时调整专业结构及专业发展方向, 满足行业企业对高素质技术技能人才的需求。

综合智能制造系统架构三个维度的逻辑关系, 形成了融合智能装备、工业互联网、智能工厂等功能的关键技术。各关键技术均在系统架构中占据对应位置, 如, 智能装备拥有生命周期维度的全部环节, 属于系统层级中的设备层和单元层, 以及智能特征的资源要素层。智能装备中的数控机床处于生命周期中的生产环节, 系统层级中的设备、单元层, 智能特征体现为资源要素。工业互联网占据了全生命周期、全系统层级和互联互通环节组成的一个层面, 连通了物理世界和信息世界, 如图2所示。

由此可见, 各环节、层级组成的每一模块就是应用技术的最小集合, 相应模块组合形成了应用技术的高度集成, 这是智能制造系统应用技术的重要特征。服务智能制造行业的高职院校应围绕与本校专业发展方向聚集相符的应用技术集成区, 进行专业的集群建设, 以满足培养技术复合型、应用发展型、掌握特殊技能的技术技能人才需求。如, 以智能装备、智能工厂等关键应用技术为学校主体专业发展方向时, 重点服务领域应涉及产品生命周期的生产、物流、销售和服务, 系统层级的设备、单元、车间和企业, 专业群建设的主体内容涉及反映资源要素、互联互通、融合共享、系统集成等智能特征的核心集成区。针对此集成区, 构建智能制造专业集群, 培养高素质技术技能人才, 并不断提升创新人才培养服务能力。

基于智能制造体系架构和高职院校创新发展的要求, 开展专业集群建设, 已成为服务智能制造的高职院校专业结构调整、加强专业建设的策略选择。开展专业群建设, 需要把握以下几个原则。

专业集群结构是智能制造系统架构理论在高职教育领域的延伸和应用, 相互关联、有机组合的专业集群需对应智能制造系统的空间组织形式。首先, 专业集群下设若干专业群, 专业群的数量及服务领域根据学校专业基础和智能制造系统中相关应用技术集成区来组合;第二, 专业群包括若干专业, 专业的选择也应考虑教学基础条件和智能制造系统中应用技术模块的对应关系;第三, 每一专业群中选取既能反映该应用技术集成区关键技术, 又能引领该专业群发展的一个专业, 作为核心专业重点建设, 确保专业集群结构准确对应系统架构, 进而满足人才精准培养的需求。

智能制造体系架构引起的职业岗位结构性变化, 要求增强人才培养的复合性和对应用技术集成的关注, 应用技术的快速迭代发展, 也必然要求高职院校不断调适人才培养结构, 并通过专业结构的集群形式具体体现。如, 数控机床作为智能装备, 目前主要位于由生产环节、设备环节、单元环节和资源要素环节组成的两个应用模块, 如图2所示。随着数控系统开放度、云端化技术的不断提升, 数控机床将向互联互通及互操作、远程诊断及维护、优化与状态监控等集成与协同不断发展, 这将促进数控技术相关专业、专业群, 通过专业培养目标、职业岗位能力等的结构性调整, 持续响应专业核心能力的培养。

作为高职院校现代治理体系中专业结构的一种组织形式, 专业集群适切回应了提高院校社会服务能力, 为行业企业创造更多价值的现实需求。由于专业集群建设与智能制造关键技术的精准对应, 最大限度发挥了应用技术学科专业优势, 使高职院校能通过诸如“国家智能制造标准研制”“企业智能制造改造升级服务”等关键技术的研发、推广与服务, 从标准研制的高起点出发, 服务国家发展战略、服务行业转型升级, 在提升专业服务产业能力的同时, 让企业切实感受到来自院校的现实支持价值, 进而夯实产教融合、校企合作长效机制构建的基础。

在提升专业人才培养质量的诉求下, 以集群思维整体布局专业结构体系, 积极促进教育资源的顶层设计、系统开发、综合应用, 形成集聚效应, 已成为新时期专业内涵建设的首要任务。优质课程、双师团队、实践条件等是制约专业发展的核心资源, 也是评价教学质量、综合效益的核心指标。从智能制造系统架构的关键技术入手, 重点对应应用技术的集合, 顶层规划专业集群核心资源并实施按专业体系的系统开发, 如, 集群共享课、专业群共享课和专业分享课程的协同开发, 突破了原单个专业的资源限制, 凝聚了集群优势, 使课程从设计、开发到使用有了更可靠的质量保证, 并形成集聚效益。

对智能制造系统架构的研究, 帮助厘清了智能制造应用技术集成与高职专业集群相互影响、相互促进的对应关系。基于技术技能积累的高职智能制造专业集群建设模式是高职制造类专业应对行业转型升级的基本策略, 如图3所示, 智能制造专业集群着力于“加强应用技术的传承应用研发能力, 将高职院校建设成为区域内技术技能积累的重要资源集聚地”。[3]

本模式的主题是以研究、构建高职智能制造专业集群为纽带, 强化技术技能积累, 根据智能制造体系架构中应用技术集成特征和高素质技术技能人才需求, 调整高职专业结构, 对接专业集群建设, 促进专业教学改革, 使高职专业人才培养更加适应智能制造生产方式需求, 更加贴近区域特色和产业一线, 不断提高专业服务产业的能力。

该模式结构为, 以高职院校与智能制造领域重点行业、著名企业深度合作为基础, 以智能制造国家标准研制、智能制造示范项目建设为高起点。目的是为实现教学内容对接智能制造标准内涵, 提升人才培养水平, 服务智能制造技术研发与应用, 提升技术服务附加值, 实现专业集群创新发展。

本模式的主要功能为, 切入智能制造领域标准建设, 凝聚政行企校多方优势, 实现高职专业集群建设。改变目前专业建设的小、散、弱现状, 才能集聚专业优势, 使高职院校在智能制造发展中的基础性和引导性作用方面有所作为, 迸发出高职院校应有的创新活力。例如, 标准化建设是推进智能制造的先机和制高点, 我国智能制造领域标准建设还比较滞后, 严重制约了智能制造推进的速度和质量。研制智能制造领域标准, 既是高职院校技术技能积累的重要途径, 又是应用技术研发能力的显著标志, 更是制造业转型升级给予高职院校创新发展的难得机遇。然而, 以往专业的分散建设, 无法形成专业领域的协调发展, 近年的专业群建设, 也只能在相近专业中形成一定的协同发展, 无法满足智能制造生产方式下应用技术集成的发展需求。高职院校要实现高起点的创新发展, 必须凝聚对接应用技术集成的专业集群优势, 才能攻克以智能制造国家标准为代表的关乎产业发展和企业竞争的关键问题, 彰显高等职业技术教育服务国家发展战略的贡献度。

同时, 专业的集群建设可从系统优化教学资源、整体提升专业服务产业能力等主要方面促进高职院校的发展。对接智能制造国家标准内涵, 优化专业教学资源。在核心教学资源方面, 针对专业集群结构, 将最新应用技术系统融入集群课程体系, 注重借鉴国际先进职教经验, 统筹优化专业标准;在将教学团队转型为教学科研综合型团队方面, 重点培养领军型的专业群带头人、中坚型骨干教师团队、工匠型实践教学教师团队;在改进实训基地方面, 围绕专业集群主攻方向, 升级智能制造关键技术应用的科技服务、实验实训教学等条件。开展专业集群建设, 瞄准国家智能制造标准, 围绕技术技能积累, 与研究院所合作研发关键应用技术, 融入区域智能制造行动计划, 承担企业智能制造改造项目, 助推行业企业转型升级, 提高服务能力。

本模式具有内部控制、资源集成、管理集约[4]三方面的支持系统。首先, 需要院校内部实现规范控制, 并以此为抓手和实施手段, 推进学校的组织领导、制度体系、执行体系、信息化建设等工作, 为专业集群建设营造良好的生态环境。其次, 资源集成方面, 技术技能人才培养高成本与教育资源拮据有着较大落差, 要针对关键应用技术超前、跨境、跨界汇聚教学资源, 以形成资源集成、共享开放的人才培养优质资源平台。最后, 管理集约, 完善专业集群的发展调研机制、专业动态调整机制、优质课程资源开发使用管理机制、师资团队系统培育机制、实训基地提升机制、技术技能积累机制、教学质量诊断与改进机制等, 发挥管理集约效益。

随着制造业的转型升级, 对高素质技术技能人才的需求将会进一步凸显, 信息技术与先进制造技术深度融合逐步形成了新的就业环境。智能制造生产方式应用和教育信息化的不断推进, 网络技术快速发展到大数据时代形成了云服务网络环境等, 尤其是中国制造业强国建设的强力推进, 使基于技术技能积累的专业集群建设模式实施成为可能。

专业集群建设前期, 首先研究智能制造系统架构, 并调研区域智能制造发展的特点和规律, 才能准确对接智能制造相关应用技术集成区。借鉴基于技术技能积累的高职专业集群建设模式, 以研制智能制造国家标准与优化高职专业教学标准“双标同步”为主线, 以专业集群建设、资源集成开发与应用、管理集约统筹“三集统筹”为保障, 彰显“双标同步、三集统筹”的专业集群建设特色, 从而充分满足学生成长成才和制造业转型升级需求。

依托全国机械行业智能制造技术职业教育集团等产教融合平台, 通过政行企校共同研究智能制造系统架构中信息技术与制造活动的融合度, 及先进制造过程、系统、模式的集成度, 结合学校现有优势基础, 及时调整专业结构, 重点突出智能制造的数字化、网络化、智能化三大技术特征, 聚集若干围绕智能制造技术应用区、互相紧密关联的专业群, 高水平构建智能制造专业集群。

对接智能制造系统架构, 以教育部《制造业人才发展规划指南》和服务地区制造业企业转型升级的人才需求为出发点, 根据每一专业群中核心技术方向及应用技术领域, 统筹调整各专业核心能力培养和就业面向, 重构课程体系, 形成以若干核心专业为引领、若干专业群协同发展的集群式专业结构。如, 以智能装备、智能工厂等关键应用技术为学校主体专业发展时, 可由机械技术专业群、控制技术专业群、物联网技术专业群、制造业服务专业群等组成智能制造专业集群。其中, 机械技术专业群聚焦智能制造“智能装备与工业软件”核心技术, 服务“数字化设计与制造、装备性能预测与维护”等高端装备制造技术领域;控制技术专业群聚焦智能制造“智能工厂与工业互联网”核心技术, 服务“自动化系统集成、工业自动化与工业机器人技术、数字化管控”等技术领域;物联网技术专业群聚焦智能制造“智能感知、多网融合与信息安全、工业互联网和大数据”核心技术, 服务“现代制造等工业物联网应用”等技术领域;制造业服务专业群聚焦智能制造“智能服务和大数据”核心技术, 突出服务“智能生产与智能物流管理、大数据营销管理”等制造业服务领域。在机械技术专业群中, 可主要包括数控技术核心专业、机械制造与自动化专业、数控设备应用与维护专业、材料成型与控制技术专业和模具设计与制造等专业。

抓住技术技能积累这一核心要素, 发挥专业集群优势, 争取与国家标准化管理委员会、行业龙头企业深度合作, 主持或参与智能制造国家标准研制、行业标准研制、省级智能制造示范项目建设等具有引领性的前瞻技术工作, 培育专业集群的核心竞争力。如, 无锡职业技术学院智能制造专业集群中各专业群联合组队, 主持“生产现场可视化管理系统技术规范”“国家质量基础的共性技术研究与应用”NQI重点专项中“生产过程质量控制”等国家标准研制, 并建成智能工厂标准验证实验室, 进行智能工厂国家标准的宣贯及验证。标准研制、宣贯和验证的过程, 也是双师型教师成长、集聚的过程, 专业集群团队组织教师围绕自适应加工的切削参数及工艺优化、智能物流与智能仓库、基于物联网控制系统研发等方向开展多项技术服务, 在促进教师专业成长的同时, 形成一批技术技能积累成果, 有效提升专业集群的社会服务贡献度。

集群功能的发挥影响着专业集群的建设成效, 由“平台、项目、技术、资源”四要素组成、螺旋提升的高职专业技术技能积累机制是集群建设的重要抓手。瞄准智能制造领域普遍关注与领先的关键技术, 建设支撑教学与应用技术研究的双功能教科研平台;依托该平台, 组织、引导和鼓励师生研发解决企业实际问题的应用技术项目;通过技术项目的研究, 师生逐步积累与企业同步和领先的核心技术;技术开发与技术服务的项目成果经过提炼、转化, 成为优质教育教学资源。

通过项目引领, 以研制智能制造国家标准及行业标准为契机, 实现核心技术系统融入课程、实训基地重构升级等核心教学资源的有效转化, 大力推进专业教学标准、课程标准、设备仪器标准的同步优化。分类、梳理、整合智能制造领域相关技术及服务项目, 形成优质教学案例并融入课程体系。

在技术技能积累方面, 首先, 聚焦应用技术领域, 服务智能制造技术研发与应用, 实现教学团队向教学科研并重转型。通过凝练方向、内培外引, 以共建技能大师工作站、聘请产业教授、互兼互聘等方式, 提升团队应用技术研究能力。其次, 发挥好已有的国家省市技术平台的服务功能, 积极承担地区智能制造行动计划重点项目, 主持企业智能制造转型升级改造项目, 企业员工信息化培训等, 不断促进技术研发成果转化、技术服务和培训等方面效能的提高。第三, 整合校内实践资源, 升级实践基地, 校企深度融合, 合力打造集技术服务、产业教育、实践教学、创新创业、对外开放等功能为一体的智能制造产教融合大平台, 夯实专业集群的产业服务能力基础。

长效机制是影响专业集群整体优势发挥的关键之一, 要完善内部治理, 以优化内部质量保证体系为抓手, 系统梳理和完善支撑专业集群、资源集成及管理集约的制度体系。第一, 建立专业协同和技术融合机制, 制定如集群建设与运行、学分银行实施等管理办法, 实现专业协同配合与学分管理与互认。第二, 完善教学资源开发及共享机制, 制定如教学资源开发整合与共享办法、实现教学资源集成。第三, 健全专业集群产业发展调研机制, 以招生、就业、诊改、需求变化等指标为依据, 完善专业进入、退出机制, 制定如教学工作诊断与改进实施意见、专业 (集群) 评估办法等, 实现专业动态调整。制定混编科研团队、教学团队建设办法、实践基地、技术服务平台共享共建等相关制度, 实现师资、实践资源和科技创新平台等的集约管理。

智能制造专业集群建设是高职院校贯彻国家战略、对接区域经济社会发展的迫切需求, 也是学校实施内部治理、创新发展的有力抓手。通过以技术技能积累为核心, “双标同步、三集统筹”为特点的专业集群建设, 可以切实提升学校的专业建设水平和服务产业能力, 同时推动校内治理结构的不断优化。随着集群效应不断集聚和催化, 为部分优秀高职院校建设技术应用型高职本科专业, 服务现代职教体系建设奠定了坚实的基础。

职业院校通过科学的顶层设计, 突显建设主题、对接应用技术、紧扣核心要素、发挥集群功能、完善运行机制, 以期实现高水平建成基于技术技能积累、对接关键技术领域、满足技术技能人才培养需求的智能制造专业集群, 同时打造一批优势互补、协调发展、成果集聚、特色鲜明的智能制造领域高水平骨干专业, 有效提高学校人才培养质量和服务经济社会发展能力, 强化学校的核心竞争力。