产教融合4.0视域下高职机电类实训室数智化建设路径研究

摘要:本文基于“产业需求-教育供给-技术赋能”三维视角，剖析当前实训室在数智化应用、协同机制等方面的核心问题，提出“智能基座+生态网络+服务增值”的产教融合4.0建设模型。构建虚实共生的实训平台，打造产教科创联合体，创新增值服务体系。研究结果为职业教育新质生产力培养提供系统性解决方案。

关键词：产教融合4.0；机电类实训室；数字孪生

一、引言

制造业加速向“人-机-环境深度协同”的工业5.0阶段转型，《中国制造2025》终期评估显示，机电类岗位中需掌握数字孪生技术、工业AI算法等新型技能的人才缺口达320万。高职机电类实训室仍普遍面临“设备迭代滞后技术、课程更新滞后产业标准、管理模式滞后生产流程”的“三滞后”困境。在此背景下，以产教融合4.0理念重构实训室建设模式，成为破解人才培养与产业需求结构性矛盾的关键突破口。

二、产教融合实训室建设的新要求

（一）技术赋能

1.虚实融合成为基础能力

工业5.0下院校需设置数字孪生系统、AR/VR实训设备和工业AI辅助教学等技术模块，满足最低配置要求。

2.动态响应与自进化能力

实训设备需支持空中下载技术，实现算法与功能的远程迭代。接入企业MES系统数据流，实训案例每24小时自动更新，滞后产业实际生产场景小于8小时。

（二）产业需求

1.岗位能力标准升级

面对数字孪生运维工程师、人机协作系统架构师和产线自进化算法工程师等新兴岗位，需具备虚拟产线实时监控与异常诊断、协作机器人行为预测与安全策略设计和基于深度学习的产线自主优化等核心能力。

（三）资源整合

1.跨区域资源共享

基于区块链技术，实现区域内五轴加工中心、工业机器人等高端设备在线预约使用率高于80%。将实训数据上传至区域产教融合数据中心，供企业研发调用。

2.产教科创联合体

政府、院校、企业、科研机构、金融机构共建联合体，企业年投入研发经费500万元以上；院校年孵化专利技术20项余项，商业化转化率高于40%。

（四）管理模式

1.智能化管理工具

使用“实训大脑”中台实时监测设备状态，建立数字资产账本，基于区块链记录设备使用、成果转化等数据，作为绩效考核核心依据。

2.三维评价体系

构建教学过程（40%）、产业服务（35%）和社会贡献（25%）的三维评价体系。

三、当前高职机电类实训室建设的核心痛点

（一）设备与技术迭代滞后产业需求

1.硬件代差显著

实训设备与技术代差达2-3代，数据显示，仅35%的高职机电实训室配备工业级数字孪生平台，22% 拥有自主进化算法训练模块，远低于企业需求。

2. 虚实融合能力不足

多数院校虚拟仿真实训仅实现“操作演示”，缺乏与企业MES系统的实时数据交互。仅12%的实训室部署AR/VR全息交互设备，无法满足“虚拟工厂规划”等工业5.0核心技能训练需求。

（二）校企合作机制表层化与低效性

1. 合作形式单一化

大部分校企合作仍停留在“企业捐赠设备、学校挂牌基地”层面，企业技术专家年均参与实训教学不足50课时。鲜有合作协议明确知识产权归属与收益分成，导致企业缺乏持续投入动力。

2. 动态响应能力薄弱

需求反馈链条冗长，企业技术需求需经“市场部-校方管理层-专业教师”多级传递，响应周期长，错过技术升级窗口期。共建委员会形同虚设，决策效率低下。

（三）课程体系与岗位能力错位

 教学内容滞后产业技术，比如，智能产线运维，侧重PLC基础控制，而企业需求重点数字孪生系统诊断+自进化算法，技术代差3年以上。

（四）资源整合与共享效能低下

1. 物理资源浪费严重

设备利用率两极分化，基础设备利用率小于40%，而高端设备（如五轴加工中心）年均闲置率达55%。区域共享机制缺失，跨校设备共享平台覆盖率仅28%，同类实训室重复建设率高达63%。

2. 数据资源孤岛化  

企业数据接入率低，仅17%的实训室实现与企业生产数据实时对接，案例库更新周期长达6个月。知识图谱未构建，92% 的院校未建立机电领域知识图谱，导致AI实训导师系统无法精准推送学习资源。

（五）数字化转型支撑能力不足  

1. 数字基建薄弱

网络延迟制约实训，导致虚实融合实训中设备响应延迟超 200ms。边缘计算节点缺失，88%的院校未部署边缘计算设备，无法支撑实时数据分析与决策训练。

2. 智能系统应用缺位

AI辅助教学覆盖率低，仅9%的实训室部署GPT-5级智能导学系统，个性化学习路径生成能力不足。数字资产管理混乱，76%的院校未建立实训数据资产库，导致历史数据无法反哺教学优化。

四、产教融合4.0实训室建设路径

（一）构建“智能基座”

1. 硬件架构升级  

5G专网+边缘计算，部署低延迟（≤50ms）网络与边缘计算节点，支持实时数据交互（如设备状态监控、虚拟调试）。智能终端集成，配备数字孪生体、协作机器人、AR/VR工作站等新型设备，满足工业5.0场景需求。

2. 软件系统创新

数字孪生中台，1:1构建虚拟产线模型，同步企业MES实时数据流；支持学生远程操控物理设备。AI辅助教学系统，集成GPT-5级生成式AI，提供个性化学习路径推荐；开发智能诊断引擎，故障识别准确率≥98%。  

（二）编织“生态网络”  

1. 组织机制创新

“五元协同”治理结构，政府、院校、企业、科研机构、金融机构共建联合体。“创新飞地”模式，企业研发中心入驻校园，学校教师参与企业技术攻关。

2. 资源流通体系

建立区块链共享平台，设备共享，区域高端设备（如五轴加工中心）在线预约使用率提升至85%；数据互通，企业生产数据实时接入案例库，更新周期小于24小时。建立人才旋转门机制，企业工程师驻校每年授课200课时以上；教师赴企业实践3个月/年，纳入职称评审硬指标。

（三）重构“三阶递进”课程体系

1. 能力分层设计

设计基础层、专项层和创新层三层能力，对应设备操作与维护、系统集成与优化和技术研发与改进的能力目标，通过工业机器人基础编程、智能产线数字孪生调试和产线自进化算法开发等典型项目支撑。

2. 动态评价体系

采用三元评价机制，学校考核（40%）：虚实融合项目完成度、AI导学交互频次；企业评价（35%）：产品合格率、故障修复时效；证书认证（25%）：“工业5.0岗位能力认证”达标率。

（四）创新“服务增值”

1. 技术反哺产业  

“小微快反”服务，48小时内响应企业技术改造需求。专利孵化池，校企联合申报专利，按7:3比例共享商业化收益。

2. 社会培训增值

“技能银行”认证，学员实训数据上链，实现跨企业技能通兑（如ABB、发那科互认操作资质）；“智造大师班”，年培训企业技术骨干1200人次，培训收入占实训室总收益30%以上。

六、结论与展望

产教融合4.0阶段的高职机电类实训室建设，通过“智能基座-生态网络-服务增值”模式实现教育链与产业链的深度耦合。未来需聚焦：

1. 深度智能化：开发自进化AI实训系统；

2. 终身学习化：构建“数字孪生职场”技能提升体系。

参考文献  

[1] 教育部.《职业教育数字化转型三年行动计划（2023-2025）》[Z].2025.

[2] 中国机械工程学会.《工业5.0人才培养白皮书》[R].2025.

[3]  Siemens. Education in the Metaverse Era[R].2025.

作者简介：程绪长（1983.11-），男，汉族，山东济宁人，山东理工职业学院，硕士研究生，副教授，研究方向：电气自动化技术。