智能制造人才培养中的动力学分析_陈显明.pdf

2023 年 13 期人 才 培 养高 教 学 刊Journal of Higher Education智能制造人才培养中的动力学分析陈显明，范莹莹（肇庆学院 电子与电气工程学院，广东 肇庆 526061）近两年，中国制造在逆境中崛起，在世界上正扮演着越来越重要的角色。中国制造是国民经济的基础，是国家的经济命脉，是中国参与世界竞争的重要支撑，是中华民族屹立于世界强国之林的保障。中国制造业在规模和体量上已属于世界顶尖水平，但离制造强国还有很长的路要走。制造强国是中国必走之路，而政策是其保障。2017年工业和信息化部发布的高端智能再制造行动计划（20182020 年）指出，到 2020 年，突破一批制约我国高端智能再制造发展的拆解、检测、成形加工等关键共性技术，智能检测、成形加工技术达到国际先进水平1。中国制造 2025要求到 2025 年中国制造业整体素质要大幅度提升，到 2035 年中国制造要达到制造强国中等水平2。国家出台的各种政策都在力推制造业转型升级，伴随着人工智能的发展，各种机器人的出现，大数据云计算的应用，芯片技术的不断攀升，智能技术正在改造传统制造业，使传统制造向智能制造推进。促使制造业转型升级最关键要素之一是要求大量高端智能制造人才的出现，而高端智能制造人才的欠缺却是目前制造业转型升级当中面临的难题之一。这一难题出现的原因是多方面的，其中传统教育体制和旧的人才培养模式是重要因素。因此加强教育教学改革，探讨智能制造人才培养新范式对制造业的转型升级意义重大。智能制造人才培养中的动力学分析将在技术、人才需求和政策等层面阐述其对人才培养的影响。一技术驱动科学技术是推动制造业发展的第一驱动力，智能制造各种核心关键技术的重大突破都会引起制造业的巨大进步。这种突破最先反映在工业领域，然后再影响到各行各业，进而引起社会的重大变革。人类文明经历了四次工业革命：第一次工业革命以机器代替手工工具，实现机械化；第二次工业革命以电力代替蒸汽，带来生产力的巨大跃迁；第三次工业革命伴随电子计算机、互联网、信息技术、原子能、人工材料、航天技术、遗传工程及海洋工程等技术的进步，使人类得以面向星辰大海；第四次工业革命以智能工厂、智能生产、智能家电、人机交互、3D 技术、网络通信技术、物联网、资源整合、移动互联网、数字化制造、大数据革命、机器自组织、云计算及高度数字化等为代表，实现智能化。以智能化技术为摘要：中国制造业正处于由传统制造向智能制造转型升级阶段，智能制造人才培养数量与质量直接关系这种转型升级的成败。通过分析影响智能制造人才培养的各种动力学因素，构建人才培养新的范式。智能制造是多技术融合之路，决定其培养的各层次人才是复合型人才；智能制造细分领域人才需求对高校人才培养目标与规模及专业构建有重要影响；国家和省市地区产业和人才政策是人才培养的依据和指引；竞争要素是智能制造人才培养的催化剂。关键词：人才培养；智能制造；先进制造；动力学；驱动中图分类号：C961文献标志码：A文章编号：2096-000X（2023）13-0158-05Abstract:Chinas manufacturing industry is in the process of transformation and upgrading from traditional manufacturing tointelligent manufacturing.The quantity and quality of intelligent manufacturing talents are directly related to the success or failure ofthis transformation and upgrading.By analyzing various kinetic factors affecting the training of intelligent manufacturing talents,wewill build a new patter of talent training.Intelligent manufacturing is the road of multi-technology integration.This determines that itis the training of compound talents.The talent demand in intelligent manufacturing segmentation has an important impact on thetarget and scale and professional construction of universities.National,provincial and regional industrial and talent policies are thebasis and guidance for talent training.Competition elements are the catalyst for intelligent manufacturing talent training.Keywords:talent training;intelligent manufacturing;advanced manufacturing;dynamics;drive基金项目：广东省教育科学“十三五”规划 2020 年度研究项目“粤港澳大湾区建设背景下智能制造产业人才培养模式探索”（2020GXJK194）第一作者简介：陈显明（1975-），男，壮族，广西贵港人，博士，副教授。研究方向为金属材料制造技术。DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2023.13.038158-人 才 培 养高 教 学 刊Journal of Higher Education2023 年 13 期依托，各省市出台各种政策助推先进制造业和高技术制造业的快速发展。以粤港澳大湾区为例，从 2015 到2020 年间，粤港澳大湾区具有一定规模的工业产值由23 680.1 亿元增长至 28 373.0 亿元，其中先进制造业由 12 562.2 亿元增长至 16 886.6 亿元，年均复合增长率为 6.1%，占 2020 年广东全省工业增加值的 51.1%，高技术制造业产业由 7 115.9 亿元增长至 11 566.4 亿元，年均复合增长率为 10.2%，占 2020 年广东全省工业增加值的 35.0%3。智能化技术在制造业中发挥着越来越广泛和重要的作用，并促使传统制造业向先进制造业和高技术制造业转型升级，并向智能制造目标迈进。新技术的不断涌现和旧技术的不断进步使传统制造业在向先进制造业和智能制造业迈进路途中获得强大的动能，并推进人才培养模式和培养体制的不断革新。智能制造依托众多关键核心技术，这些关键核心技术在传统的人才培养模式中自成专业，如 3D 技术对应 3D 技术专业，物联网技术对应物联网专业，移动互联网对应互联网专业，大数据技术对应大数据专业，人工智能技术对应人工智能专业，网络通信技术对应通信专业，云计算技术对应云计算技术专业。这些关键核心技术在人才培养中都侧重于对应的专业，培养出的人才主要专精于各自的技术，对于其他技术相对陌生。这种单一人才培养模式可以适应传统制造业中以工序和固定岗位为标志的制造模式，但却不能应对智能制造对人才的需求。智能制造包括设计、生产、管理及服务等众多制造环节，在各种环节中需要对智能制造中的各种核心关键技术进行融合应用。因此，智能制造对人才的需求是高素质复合型人才4。高素质复合型人才的定位要求各高校和高职院校革新人才培养模式，重设新专业，并整合旧专业，进而对培养方案、培养目标和课程群等进行重构。二需求驱动需求是一切生产的源动力，是人才培养的生命源泉。在 中国制造 2025 规划基础上，教育部、人力资源和社会保障部、工业和信息化部联合印发了 制造业人才发展规划指南，对 2025 年制造业十大重点领域的人才需求和人才缺口进行了预测，见表 15。由表 1 可以看出，到 2025 年中国在制造业十大重点领域里人才需求和缺口都相当大，特别是在电力装备、新材料和新一代信息技术产业当中。人才稀缺将会严重制约智能制造业的发展和传统制造业的转型升级。东莞地处港深广黄金走廊腹地，粤港澳大湾区中心，有“世界工厂”之称，在世界技术浪潮来临之际，积极推动制造业转型升级，并向“国际智能制造创新中心”转变6。其遇到的难题之一正是高端复合型制造人才的紧缺。智能制造人才需求与缺口数据给人才培养提供了依托。各本科和高职院校应根据自身办学特色和区域经济特色制定自己的人才培养方案。如肇庆地区拥有鸿图、鸿特和鸿泰等一批压铸企业，有登云汽配、四会连杆等一批汽配厂，有金利等五金小镇，有风华高科等一批电子元器件企业，有亚铝等一批金属加工企业。因此肇庆地区高校应依托这些企业构建自己的智能制造专业，突出特色，服务地方经济。肇庆学院、广东理工学院和广东工商职业技术大学等应以新材料、电子信息和机床装备作为自己的主攻方向进行智能制造专业构建和培养目标设置。在制定人才培养方案时还要考虑高校实力和办学水平，不同层次高校培养的人才应具有差异性。智能制造人才的缺乏主要体现为以下四类：一缺乏高层次领军人才，其肩负突破智能制造核心关键共性技术并引领制造业转型升级重担；二缺乏擅长技术与管理的复合型人才；三缺乏能够开展智能制造技术开发、改进及业务指导的专业技术人才；四缺乏门类齐全、技艺精湛、爱岗敬业的一线工匠型人才7。一流本科和重点高校应以培养一类和二类人才为目标，二流本科以培养二类和三类人才为目标，高职院校则以培养三类和四类人才为目标。三政策驱动政策性文件（表 2）是一切行动的依据和指南，是智能制造业发展和传统制造业转型升级的内在驱动力，是智能制造人才培养模式革新的支撑。在国家层面上，各国政府本着强者恒强，后来居上的竞争态势，都提前布局本国的制造业发展方向。美国 20 世纪末 21 世纪初的“去工业”计划使其国内工业处于真空，为保持美国制造业的领先和竞争优势，近年来重新制定美国的“再工业计划”，于 2018 年发布了 先进制造业美国领导力战略文件，将先进制造业视作美国经济发展引擎和国家安全支柱。与制造业政策相匹配，人才培养上优先发展以制造业为重点的 STEM（科学、技术、工程和数学）教育、制造工程教育；优先发展职业和技术教育、培养熟练的技术人员；优先发展制造业学徒计划、完善学徒和资格认证登记制度。德国长期以来都是制造业强国，其发布的“工业 4.0”战略为保证其制造业处于制高点保驾护航，并为“工业 4.0”战略的顺利实施提供人才支撑于 2019年制定了“工业 4.0 学徒培训计划”，面向工业技术领域中的学徒进行技术培训，以便适应和掌握数字化技术，满足“工业 4.0”战略需求。日本制造业处于世界前沿，近些年来每年都会发布 制造业白皮书，为日本制造业指明方向；在人才政策上于 2018 年出台了 面向 5.0 社会的人才培养社会在变化、学习也在变化 报告，提出在人工智能驱动下“5.0 社会”日本学校教育每年应培养25 万名人工智能相关人才8。159-2023 年 13 期人 才 培 养高 教 学 刊Journal of Higher Education序号十大重点领域人才总量/万人人才缺口/万人缺口率(%)1节能与新能源汽车120103862农机装备72.344613电力装备1731909534高档数控机床和机器人900450505航空航天装备96.647.5496新一代信息技术产业2000950487生物医药及高性能医疗器械10045458新材料1000400409先进轨道装备4310.62510海洋工程装备及高技术船舶128.826.621合计6 191.72 985.748表12025年制造业十大重点领域人才需求与缺口近年中国制造业发展非常快，已经是制造业大国，中国制造享誉世界，但距离世界制造强国还有一段路要走。中国制造 2025 提出了我国制造业分三步走战略。2021 年工信部等八部门联合发布的 “十四五”智能制造发展规划 提出了智能制造人才培养规划，强调智能制造人才的培养。定期编制智能制造人才需求预测报告和紧缺人才需求目录，研究制定智能制造领域职业标准。依托高技能人才培训基地等机构，开展大规模职业培训9。加强应届毕业生、在职人员和转岗人员数字化技能培训，推进产教融合型企业建设，促进智能制造企业与职业院校深度合作，探索中国特色学徒制。深化新工科建设，在智能制造领域建设一批现代产业学院和特色化示范性软件学院，优化学科专业和课程体系设置，加快高端人才培养。弘扬企业家精神和工匠精神，鼓励开展智能制造创新创业大赛、技能竞赛。表2各国制造业政策性相关文件8国别 年份 政策性文件 主要内容 美国 2012 先进制造业国家战略计划 美国的“再工业计划”从战略高度优先发展先进制造业,使美国重回制造业制高点 2018 先进制造业美国领导力战略 将先进制造业视作美国经济发展引擎和国家安全支柱 德国 2013 保障德国制造业的未来EE关于实施工业4.0战略的建议 利用物联信息系统将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化,最后达到快速、有效、个人化的产品供应 2019 国家工业战略2030 改善德国工业的政策环境,加强新科技,促进私有资本研发投入,维护科技主权 日本 2020 制造业白皮书 推进以数字技术适应急剧变化的外部环境,提高日本制造企业动态适应能力 中国 2015 中国制造2025 通过“三步走”实现制造强国的战略目标:第一步,到 2025 年迈入制造强国行列;第二步,到 2035 年我国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平;第三步,到新中国成立一百年时,我制造业大国地位更加巩固,综合实力进入世界制造强国前列?2021 “十四五”智能制造发展规划 到2025年,规模以上制造业企业大部分实现数字化网络化,重点行业骨干企业初步应用智能化;到2035年,规模以上制造业企业全面普及数字化网络化,重点行业骨干企业基本实现智能化 160-人 才 培 养高 教 学 刊Journal of Higher Education2023 年 13 期在国家政策指引下，各省市纷纷出台自己的制造业行动纲领，充分发挥地缘优势，促推本省市制造业快速发展。广东省是制造业大省，工业基础雄厚，为保持制造业上的领先地位，出台了很多相关政策。广东的东莞、佛山和中山等地区，传统制造业非常发达，正面临传统制造业向先进制造业的转型升级，特别是在粤港澳大湾区建设背景下，这种转型升级更为迫切，东莞就决定向“国际智能制造创新中心”转型，并作出了许多举措。为应对制造业转型升级中面临的智能制造人才紧缺问题，广东省政府在 广东省智能制造发展规划（20152025 年）中就指出要创造有利条件，造就一批具有国际视野的专家学者和技术“领头羊”，并造就一批从事智能关键核心技术攻关和装备研发的创新科研团队。一流本科高校面向高层次应用需求进行高层次实战型工程技术人才培养，一般本科院校依托区域经济培养具有扎实专业素养的复合应用型人才，而高职院校则以培养操作熟练、会设计及懂改进的实干型和应用型人才为培养目标。四竞争驱动竞争是技术进步的催化剂，是人才培养的加速器。在竞争态势下落后就要挨打，落后就要受制于人。不久前发生的华为、中兴事件把这一点已经体现得淋漓尽致，当华为挥泪割荣耀时不知牵动了多少国人的心。中国已是制造大国但还不是制造强国，许多先进产品、高端装备和精尖技术都掌握在发达国家手里，因竞争受到威胁时这些国家往往会发动“卡脖子”事件。芯片技术是智能制造的核心关键技术，低端市场的竞争（PC 主板、路由器、机顶盒、安防监控、网卡、LED 及音频等领域的芯片），中国产品具有一定的竞争力，但在高端市场（处理器、存储器、控制器、逻辑芯片及特殊应用模拟芯片等），中国和世界强国还有很大的差距（表 3）。为使中国芯片产业迎头赶上，国家的“十三五”规划、“十四五”规划都把芯片技术作为重中之重被提出。目前制约中国芯片发展既有核心关键技术的短板也有各类芯片人才的欠乏，这需要通过引培育培养出一批芯片的领军人才和进行芯片核心关键技术攻关的攻坚队伍，并培养出一大批芯片从业人员。据统计，按目前芯片产业规模，我国芯片产业从业人员应在 60 万以上，但目前从业人员不到 30万9，从业人员严重不足。芯片人才培养要求较高，开设相关专业的高校还不太多。未来不断扩大的市场规模和芯片领域更加白热化的竞争态势，要求芯片人才的培养规模和质量都要更上一个或多个层次。这需要几个方面形成合力，一是政府要出台更加强有力的政策扶持芯片产业的发展；二是教育部或省市教育厅出台相关政策鼓励有能力的高校加强相关专业的建设；三是相关芯片企业与高校开展更深层次和更广泛的合作，产教融合、产学研融合，或构建产业学院进行订单式培养；四是已建有或即将建设相关专业的高校要有竞争意识和危机意识，不断把握世界前沿趋势，加强教育教学改革，提升人才培养质量。国别竞争状况美国美国高通和博通是目前设计行业的领导者,德州仪器抢占模拟芯片设计约的市场份额,英伟达和 AMD 几乎垄断了整个 GPU高端数字芯片设计,赛灵思、阿尔特拉莱迪思占据 FPGA 设计市场领导地位;英特尔的芯片制造达、,格罗方德具备的晶圆代工水平,德州仪器、ADI和美光科技等具备存储芯片和模拟芯片的制造能力;科天等的芯片量测和检测设备行业领先;泛林的薄膜沉积和刻蚀技术行业领先;应用材料公司的薄膜沉积、刻蚀行业领先荷兰ASML(阿斯麦)公司是世界唯一的高端光刻机制造商,已达水平,正在测试光刻机德国英飞凌在模拟和混合信号、射频、功率及嵌入式控制装置等领域掌握尖端科技,其生产的手机芯片、汽车功率芯片在世界范围内都是佼佼者日本日本在材料与设备行业具有领先优势,代表公司有东京电子、东京应化和日本合成橡胶(JSR)等,在世界芯片产业供应链上游占据领先地位韩国韩国三星和海力士处于芯片世界一流水平,三星具有完整产业链,海力士在 DRAM 和 NAND F市场具有突出地位中国中国在芯片设计方面拥有海思、紫光展锐和中兴微电子等一批龙头企业,海思手机通信芯片的设计能力正在缩小与世界顶尖水平的差距;中国在芯片制造方面拥有中芯国际、华润微电子和华虹半导体等企业,目前生产线已可实现大规模量产,落后于英特尔、三星等至代;中国在晶圆制造方面具有英寸晶圆生产能力;而芯片方面的关键材料和高端核心设备主要依赖国外进口表3中国在芯片领域和发达国家的竞争对比7-12161-2023 年 13 期人 才 培 养高 教 学 刊Journal of Higher Education五结束语制造业影响着我们日常生活的方方面面，是一个国家强盛与否的重要标志。智能技术正方兴未艾，正在改变传统制造业的制造方式并向智能制造转变，而智能制造的主要核心是智能人才的培养。对于制造业人才的培养我国和发达国家还有不小差距，特别在高端人才的培养上差距更大，我国严重缺乏制造业方面的领军人才和技术专家。未来我国需要出台更加积极的人才政策，不断革新教育体制，培育培养大批不同层次的智能制造业人才。各高校以政策为驱动，根据自身办学水平，依托地缘经济，构建自己的智能制造专业，突出办学特色，并根据市场需求不断调整自己的人才培养目标和方案。参考文献：1 工业和信息化部印发 高端智能再制造行动计划（20182020年）J.中国包装，2018，38（3）：11.2 张莹婷.中国制造 2025 解读之：制造强国“三步走”战略J.工业炉，2021，43（4）：5.3 董凯，贾纺纺.粤港澳大湾区智能制造发展现状分析及发展对策与建议J.科技与金融，2021（7）：23-29.4 刘倩婧.基于产业复合型人才培养的工业智能控制专业群构建J.教育教学论坛，2020（1）：378-379.5 中国青年网.教育部等三部门联合印发 制造业人才发展规划指南 EB/OL.（2017-02-27）.https：/ 杨丽君，雷芳，孟鑫沛.东莞智能制造产业发展“瓶颈”和对策研究J.产业与科技论坛，2020，19（19）：19-20.7 刘飞，孙延明，陈娟，等.新时代工业 4.0 背景下加快制造业向智能制造转型的策略研究以粤港澳大湾区为例J.广东经济，2019（3）：72-81.8 汪前元，余萍.发达国家智能制造人才培养与保护政策EB/OL.（2020-04-27）.https：/ 龚信.“十四五”智能制造发展规划N.中国工业报，2021-12-29（003）.10 龙学文，任禹凡，屈博.芯片产业的世界经验与启示J.企业管理，2021（12）：6-11.11 张百尚，商惠敏.国内外芯片产业技术现状与趋势分析科技管理研究J.2019（19）：131-134.12 杨莹，张志娟，芦娜.中国芯片产业发展路径选择研究J.现代雷达，2021，43（11）：96-97.具体而言，在评价角度上实行“四大”转变。即，由面向课程内容的考核转变为面向课程目标的考核，由重知识识记的考核转变为重理解应用的考核，由实验室环境考核转变为实际工作环境考核，由单一学科能力的考核转变为多学科（跨学科）综合能力的考核。在评价角度转变的基础上，进一步打造基于“思维素质+专业素质+应用素质+创新素质+思政素质”的“五维”一体的联合考核框架，加强学生综合能力与综合素质培养水平的检验，从根本上改变以往只重视衡量学生知识的掌握程度而忽略学生实际应用中的综合能力高低的情况（图 5）。图5构建新型多元化人才培养综合评价体系四结束语本研究从新文科建设理念出发，结合医学院校特征分析了在当前大数据管理与应用专业的改革中需要解决的首要或关键问题，并提出人才培养改革探索的方向。本研究的主要内容是针对医学院校大数据管理与应用专业的，对理工类院校的分析较少，仅从微观视角分析了大数据管理与应用专业的改革，缺少宏观的视角，下一步将结合现有条件，进一步努力改进研究的不足。参考文献：1 中国教育在线新闻中心.新文科建设宣言EB/OL.https：/ 澎湃新闻.争相布局：今年多所高校新增大数据管理与应用专业EB/OL.https：/ 张诗亚，卢晓东，周坚中，等.一流本科教育的根本、经验与建设路径（笔谈）J.重庆高教研究，2019，7（4）：83-97.4 中华人民共和国教育部.构建高质量高等教育体系EB/OL.http：/ 罗云.关于学科、专业与课程三大基本建设关系的思考J.现代教育科学，2004（5）：32-34.6 张炳生，王树立.学科、专业一体化建设研究J.中国高教研究，2012（12）：43-45.构建新型多元化人才培养综合评价体系课程内容知识识记实验室环境单一学科能力课程目标理解应用实际工作环境多学科能力思维素质应用素质专业素质思政素质创新素质“五维”一体考核框架评价角度“四大”转变转变（上接157页）162-