一、立项背景和意义

当前国家以新质生产力推动产业升级，智能制造领域对“懂AI、会操作、能协同”的复合技能人才需求迫切。甘肃省《“十四五”智能制造发展规划》明确提出，要强化职业教育对产业的支撑作用，破解中职院校“虚拟实训与实体脱节、AI 教学资源不足”的痛点。

大部分中职学校拥有智能制造虚拟仿真实训室，但是仅仅能开展工业机器人离线编程仿真，学生缺乏 AI 视觉定位、数字孪生协同等实体操作训练，导致毕业后需企业额外培训3-6 个月才能上岗，与新质生产力对“即插即用”技能人才的需求不符。同时，甘肃本地中职院校尚未建成“虚实结合”的 AI 智能制造实训体系，教学内容滞后于企业生产实际。

本论文研究的策略由青年团队牵头，立足甘肃产业与职教现状，具有三重核心意义：一是破解“虚实脱节”教学难题，通过“虚拟预演降低实操风险、实体操作强化技能、数字孪生联动产业场景”，提升学生岗位适配能力；二是培育青年教师团队的技术转化能力，将 AI、数字孪生技术转化为教学资源，推动中职教学改革；三是为甘肃装备制造企业输送符合新质生产力要求的技能人才，助力本地企业智能化升级。

策略突出的创新点：一是首次在甘肃中职院校实现“虚拟仿真-AI 实体设备- 数字孪生”三维联动实训，形成“学- 练- 用”闭环；二是青年团队深度对接本地企业，如装备制造、新能源配件企业，将企业真实生产场景转化为教学案例，确保实训内容与产业需求1:1匹配；三是低成本高效升级现有资源，避免重复建设，符合职业教育经费集约利用原则。

二、探索具体策略

本论文聚焦“虚实融合”核心目标，通过“现有资源升级 -AI设备补充 - 实训模块开发 - 校企协同实施”四大环节，构建适配中职教学的AI 智能制造实训体系，具体内容如下：

（一）现有虚拟资源升级

1. AI 功能插件开发：在现有虚拟仿真实训电脑上，加装“AI路径优化模块”，如可模拟不同工况下机器人最优运动轨、“AI 故障预测模块”，如模拟设备异常并生成诊断方案，让学生先通过虚拟环境掌握AI 基础逻辑，降低实体设备操作失误率。

2. 数字孪生虚拟场景搭建：构建“小型智能制造生产线”虚拟场景：含工位设置、机器人抓取、视觉质检、仓储分拣等，将电脑按“工位角色”分组：A 组电脑负责机器人虚拟编程、B 组电脑负责 AI 视觉虚拟检测、C 组电脑负责数字孪生中控模拟，开展小组协同实训，提前适配实体设备联动逻辑。

（二）新增AI 与工业设备

1. 核心实体设备：采购自带 AI 视觉的六轴工业机器人具备抓取 / 分拣末端执行器，支持 AI 视觉定位如精度 ±0.1mm 、可识别 5种以上工件的自适应分拣，用于学生实体操作训练。

2.AI 辅助组件：新增 AI 视觉分析模块，如含工业相机、缺陷检测算法库、以及能够实现温度 / 压力传感器 + 单片机 AI 的传感器实训箱，满足从“AI 基础认知”到“工业应用”的阶梯式教学。

3. 数字孪生中控台：配 1 套数字孪生软件用以对接虚拟电脑与实体机器人数据 + 触控显示屏，实现“虚拟场景数据-实体设备状态-生产进度”实时同步，让学生掌握中控协同技能。

（三）虚实融合实训模块设计

1. 基础层： AI+ 工业机器人虚实联动实训

虚拟环节：学生在电脑上用 AI 插件优化机器人抓取路径，模拟“传统路径 vs AI 路径”的效率差异，如将抓取时间缩短 20% ；实体环节：在新增 AI 工业机器人上验证虚拟方案，实操 AI 视觉定位抓取、工件缺陷分拣，完成“虚拟预演- 实体验证”闭环。

2. 进阶层：数字孪生协同实训

学生通过中控台监控“虚拟生产线”与“实体机器人”数据，调整生产参数如产能、设备转速；模拟“设备故障”场景，学生通过数字孪生定位问题点，在虚拟环境制定维修方案，再到实体设备实操修复，培养故障排查能力。

3. 综合层：校企联合项目实训

对接本地制造企业，如新能源配件厂，将企业“机器人装配工件”“视觉质检”等真实任务转化为教学项目；学生分组完成“虚拟编程- 实体生产- 数字孪生报工”全流程，企业工程师参与指导，实现“教学- 生产”无缝衔接。

（四）重点解决的问题

1. 解决“虚拟实训无 AI、实体操作无指引”的脱节问题，形成“虚实互补”的技能培养链；

2. 解决中职生“对 AI 技术恐惧”的心理障碍，通过“虚拟低风险试错- 实体逐步进阶”降低学习难度；

3. 解决教学内容与产业脱节问题，以企业真实场景为核心，提升学生岗位适配能力。

三、预期效果

（一）经济效益

短期无直接经济效益，长期可显著降低本地企业人才培养成本：项目培养的学生能快速适配企业 AI 工业机器人操作、数字孪生监控岗位，企业新员工培训周期从 3-6 个月缩短至 1 个月，人均培训成本降低 40% ，若按甘肃制造企业人均培训费用 5000 元计算，每年可为合作企业节省成本约 25 万元；预计项目实施后 3 年内，为甘肃本地企业输送 30 名以上合格技能人才，间接助力企业提升生产效率 15% 。

（二）社会效益

1. 填补甘肃中职智能制造“虚实融合”实训空白，为全省 10余所中职院校提供可复制的建设模板。

2. 提升中职生就业竞争力，智能制造相关岗位就业率从 85% 提升至 95% ，平均起薪提高 12% ，如从 3500 元 / 月升至 3920 元 / 月；3.推动“校企协同”育人模式，带动1 家以上本地企业参与中职教学，形成“企业提需求、学校育人才”的良性循环。

（三）生态效益

通过虚拟仿真开展 70% 的基础实训，减少实体设备反复调试的能源消耗，如工业机器人调试电费减少 50% 、耗材浪费如抓取工件损耗减少 60% ；同时，在实训中融入“AI 能耗优化”教学内容，如通过算法调整设备运行参数降低能耗，培养学生绿色生产意识，间接助力企业实现“低碳智能化”。

（四）可持续影响

项目建成的实训体系可长期服务中职教学，后续通过 2 种方式持续升级：一是每年更新1-2 个企业真实场景，如新能源配件生产、智能仓储，适配产业技术迭代；二是开放AI 插件与数字孪生模板，供同类院校免费参考，扩大辐射范围。青年团队将形成“教学- 研发-更新”长效机制，确保体系先进性。

（五）服务对象满意度调查

通过“课程问卷”“企业反馈表”“教师座谈会”评估满意度：第一维度：学生对实训课程满意度 ⩾94% ，其中包括核心评价技能实用性、学习趣味性等内容；第二维度：合作企业对毕业生技能满意度≥ 93% ，包括岗位适配度、问题解决能力等方面；第三维度：中职教师对实训体系实用性满意度 ⩾95% ，包括教学便捷性、资源可复用性等方面。