【芥末翻】是芥末堆全新推出的一檔學術欄目，由芥末堆海外翻譯社群的小伙伴們助力完成。我們致力于將全球經典或是前沿的教育理念、教育技術、學習理論、實踐案例等文獻翻譯成中文，并希望能夠通過引進這類優(yōu)質教育研究成果，在全球教育科學的推動下，讓更好的教育來得更快！

（圖片：賓州州立大學學習工廠）

本文選自Eberhard Abele et al. / Procedia CIRP 32 (2015) 1 – 6，作者Eberhard Abelea, Joachim Metternicha, Michael Tischa*, George Chryssolourisb, Wilfried Sihnc, Hoda ElMaraghyd, Vera Hummele, Fabian Ranz ，標題《Learning Factories for research, education, and training 》, 譯者黃菁，編輯阿槑。

編者推薦：過去十多年間，學習工廠在重視職業(yè)教育的歐洲興起，并擴展到全球。什么是學習工廠？在職業(yè)培訓，教育和學術研究中如何應用？本文集結了多位學者的研究，普及學習工廠的理念和潛在應用價值。

為什么要建設學習工廠？

工業(yè)發(fā)展在多方面都面臨著挑戰(zhàn)——從新的科學技術的集成到人口特征的變化，再到復雜多變的商業(yè)環(huán)境。為了在激烈的競爭中生存下來，企業(yè)必須能夠迅速適應新的市場環(huán)境。這種能力很大程度上依賴于企業(yè)各層級員工能夠在面臨未知挑戰(zhàn)時自發(fā)找到創(chuàng)造性的解決方案。而要在制造業(yè)的生產環(huán)境中培養(yǎng)員工的這些能力，傳統(tǒng)的教育方式顯然有諸多局限性。因此，我們需要找到新的更有效的學習方式，這些方式必須能夠：

• 讓培訓發(fā)生在真實的生產環(huán)境中；

• 將學習過程現(xiàn)代化，并與工業(yè)實踐結合更密切；

• 應用新的知識和科技，提升工業(yè)實踐水平；

• 通過提升青年工程師的能力（如：解決問題的能力、創(chuàng)造力、系統(tǒng)化思考能力）來推動產業(yè)創(chuàng)新（因為人才創(chuàng)新能力是驅動產業(yè)競爭力的第一要素）

高校和培訓機構現(xiàn)在也面臨著未來的挑戰(zhàn)，他們需要了解未來的就業(yè)市場，工作崗位及相應的人才能力模型，在此基礎上調整其教育理念。而要建設創(chuàng)新型學習環(huán)境，他們更需要提升應對這種種挑戰(zhàn)的能力。企業(yè)現(xiàn)在需要的是跨學科、跨領域的培訓，而這恰體現(xiàn)了學習工廠的重要性。

學習工廠的歷史淵源

1994年，美國國家科學基金（NSF）向由賓夕法尼亞州立大學領導的大學聯(lián)盟授予了建設“學習工廠”的許可，這是“學習工廠”這一術語首次出現(xiàn)并被專利化，它指跨學科的、實踐性的高級工程設計項目，這種項目與工業(yè)界有著密切的聯(lián)系和互動。

1995年，第一家工廠投入使用，其面積大約兩千平米，提供類似于高校的基礎設施，并配有機器、生產材料和生產工具，開始為數(shù)以百計的工業(yè)設計項目提供支持。這一“學習工廠”建設計劃得到了全國范圍的認可并在2006年獲得了由國家工程研究院頒發(fā)的“戈登獎”，用于獎勵這一計劃在工程教育領域的創(chuàng)新。學習工廠的這一早期模型強調了通過應用工程教育的知識所得到的第一手經驗，同時強調運用這種經驗來解決產業(yè)中的實際問題，從而設計出能夠滿足特定需求的工業(yè)產品。

隨著時間的推移，最近學習工廠的使用變得更為廣泛，在歐洲尤其如此。為了滿足學員在某個或多個知識領域提升學習體驗的需求，學習工廠的規(guī)模和復雜程度各不相同。過去的幾年里，大批量的學習工廠被建成。在這一新浪潮下，生產管理、科技與機械工具協(xié)會在2007年建立了一個早期學習工廠，并在完整的價值流程（Value Stream）下實現(xiàn)了生產出兩個真實的產品，實現(xiàn)從原材料到成品的轉變。同一時期，關注點和建設特征不同的其他學習工廠也建立了起來。本文的第五部分將詳細介紹學習工廠的各種不同形式。

隨著“歐洲學習工廠創(chuàng)建計劃”在2011年“學習工廠第一次會議”上的啟動，“學習工廠”進一步上升到了全歐洲聯(lián)合建設的層面。2014年，CIRP學習工廠協(xié)作組織建立起來，致力于讓公眾理解“學習工廠”相關概念，并在全球范圍內搜集最先進的知識以為未來研究計劃的開展和合作模式的探索提供助力。

“學習工廠”的定義

為了達成對“學習工廠”這一概念的共識，CIRP 學習工廠協(xié)作組織內部對諸多現(xiàn)存的對“學習工廠”及“教育工廠”的定義展開了搜集、分析和比較工作，以此提煉出在所有定義中都存在的“學習工廠”的最關鍵特征（可參見圖2）。經過CIRP團隊內的大量討論，最終得出了“學習工廠”在狹義和廣義上的通用解釋。

“學習工廠”是由“學習”和“工廠”這兩個詞組成的，因此它兼具兩個詞的內涵——這一系統(tǒng)應該同時包含學習/教育元素和生產環(huán)境。相對于“教育”，“學習”在這一術語中的出現(xiàn)強調了實踐性學習的重要性，而相關研究也已表明，相較于傳統(tǒng)的講座式教育方式，從做中學的學習方式有更高的留存率，并且為知識的應用創(chuàng)造更多可能性。

學習工廠將高度符合實際的生產環(huán)境設置為學習環(huán)境，極大降低了教學中抽象概念的比重，這意味著學習工廠內學習的過程和技術都是基于真實生產環(huán)境的。在學習工廠中不僅有單個車間和生產機械，也有高度變化、多重附加值的生產線，因此學員們能夠直接接觸到生產過程中的各種不同階段。學員們也能在這樣的環(huán)境下探索與產業(yè)相關的技術和組織管理等問題的解決方法。

圖1：學習工廠的主要特征；狹義學習工廠（紅色方塊）與廣義學習工廠（所有灰色區(qū)域）的區(qū)別

學習工廠的主要目標是技術創(chuàng)新、組織創(chuàng)新（用于研究時）、有效的素質提升（用于教育培訓時），也包括內在驅動和情緒方面，使參與者能應對復雜的、全新的生產條件。因此，用一個理論性的概念定義應該在學習工廠學什么、怎么學、誰來學是沒有必要的。在學習工廠中，學習的過程可以發(fā)生任何階段，比如策劃、執(zhí)行、調整等各個階段，同時在生產工序和工廠環(huán)境的改善過程中，學員們也能進行學習。

學習工廠的概念還可以有多種應用方式。為了有效提升能力，學習工廠的核心理念是高度情境化（接近真實的工廠環(huán)境），強調動手去做。在學習工廠的諸多變化形式中，對這一理念的踐行程度也不同。我們發(fā)現(xiàn)，廣義的學習工廠與現(xiàn)實距離稍遠、實踐不足，但具有更強的擴展性、受空間限制較少、能解決的問題范圍也更廣。

狹義的學習工廠會為學員提供一個真實的產品生產流程，學員可以現(xiàn)場學習操作、評估，并反思自己的實踐。

廣義的學習工廠對“學習工廠”這一概念的定義有以下幾個方向：

• 具備價值生產鏈的虛擬展示

• 依賴遠程信息和通信技術（ICT）建立的學員與學習過程的聯(lián)系

• 學習工廠的“產品”是一種服務

學習工廠的價值在于，通過多樣化的技術環(huán)境和組織結構，增強企業(yè)不同層級員工的能力。為了讓學習工廠在建立后能夠持續(xù)運營并不斷自我改進，其創(chuàng)造的價值必須與可持續(xù)性的商業(yè)模式相結合。

伴隨著社會科技前進的大潮和教育研究的不斷更新，學習工廠不斷向前發(fā)展，其定義也應能夠針對這些變化及時做出調整。因此，CIRP學習工廠協(xié)作組織和由德國教育研究部出資建立的創(chuàng)新型學習工廠合作網絡同時建立了一個多維度的描述模型。這一模型可以作為新的學習工廠的設計指導，同時也可以為現(xiàn)存的學習工廠提供分類的工具。該模型首先闡明了學習工廠七個維度的50多個特征，其次對每個特征的屬性都做了詳細的介紹。下一步要進行的則是搭建一個線上平臺，搜集全球范圍內學習工廠的數(shù)據并梳理所有現(xiàn)存學習工廠的信息，便于查閱。

圖2：學習工廠的不同形態(tài)

學習工廠的多種應用

如前所述，“學習工廠”這一術語涵蓋了多種維度下的各種學習環(huán)境。并且每一類學習工廠都有不同的特征和用途。為了體現(xiàn)“學習工廠”這一概念各種不同的表現(xiàn)形式，我們接下來會介紹學習工廠幾種不同的應用情境。

圖3：學習工廠的應用情境

>>應用之一：工業(yè)生產

過去，小部分企業(yè)可以通過工序引導和精益生產來增加其對于消費者和雇員的價值。然而，大部分企業(yè)無法做到。成敗的區(qū)別不在于使用的方法不同，而在于，成功的企業(yè)往往能夠有效提高企業(yè)內各層級員工的能力，使其能迅速將新技能應用到生產中去。學習工廠就能為這樣的實踐創(chuàng)造一個適宜的環(huán)境，提升企業(yè)和學員可持續(xù)性生產的能力。

工序學習工廠CiP是由一個500多平方米的真實生產環(huán)境組成的，在該環(huán)境中，會涉及到工業(yè)生產的所有環(huán)節(jié)。學習工廠的兩條機械生產線配有九臺生產工具以及兩條相接的組裝線，生產出兩類真實的產品。一類是變化很少的氣缸，另一類則是源于SEW的有多達4000多種變體的齒輪馬達。這樣一來就滿足了企業(yè)學員不同的需求。工序學習工廠CiP自2007年投入使用以來，已被利用于學術研究、教育，以及企業(yè)員工的培訓，接下來我們會進一步討論其在企業(yè)員工培訓中的應用。

在工序學習工廠CiP中，企業(yè)學員可以探索精益生產的原理和方法并將其直接應用到真實的生產問題中，而不必考慮失敗的風險或成本的壓力。而基于學習工廠的培訓環(huán)境與真實生產環(huán)境的高度相似，在學習工廠中積累的解決問題能力能夠迅速遷移到學員自己的企業(yè)生產中。學習工廠所提供的多日工作坊一般能容納10-15人參加，這種工作坊的形式既有基于年度培訓體系的標準化培訓模式，也有針對學員需求定制化的培訓模式。

約有20家合作企業(yè)選擇了年度培訓體系模式的學習工廠工作坊，為其上至高管、下至生產線工人的員工提供培訓。這15個標準化的工作坊被分為以下三個階段：精益生產基本要素、精益生產核心元素、精益生產文化。

除了標準化工作坊這種選擇，在定制化工作坊中，培訓內容還可以根據學員的需求進行個性化定制。比如說，當企業(yè)正在進行精益化生產轉型，學習工廠的定制化工作坊可以為企業(yè)提供個性化設計的培訓課程以配合企業(yè)內部的轉型。

>>應用之二：學術研究

在維也納，維也納技術大學（TU Wien）學習與創(chuàng)新工廠專注于提供集成化生產相關的教育，它代表了基于實踐活動的線下教育平臺，為學生提供了廣泛了解和親身體驗集成化生產過程的機會。教育過程包括產品設計、工程設計、生產、組裝和質量管控。培訓實踐是基于一個真實產品——微型軌道汽車——的產品分析、設計、組建、優(yōu)化等各個程序展開的。多種教學方法都在培訓過程中得以運用，尤其是混合教學法，也即將線上自學、面對面教學、親身實踐等方法結合起來。

2011年，維也納技術大學學習與創(chuàng)新工廠由維也納技術大學三個學院和奧地利Fraunhofer應用技術協(xié)會聯(lián)合發(fā)起、建設并投入運營。目前，它主要被用于高等教育。2013年，為應對工業(yè)4.0的到來所帶來的挑戰(zhàn)，項目組開始將“以人為中心的信息物理生產系統(tǒng)（HCCPPS）”的核心要素逐步整合到學習工廠中。

為了實現(xiàn)學習工廠學術教育的目標，形成對工程和計算機科學的正確理解是非常重要的。諸如工程師這樣的傳統(tǒng)生產型工作越來越需要與信息和通訊技術緊密結合起來。IT技術也需要具備處理復雜工序建模和跨領域系統(tǒng)集成的能力。

而為了以穩(wěn)健可靠的方式連接和鞏固多樣化的信息來源，學生們不僅需要具備應用能力，也需要能夠自主組建IT技術元素、工業(yè)設計軟件和其他的諸如MES、ERP系統(tǒng)的工具。

在所有這些學習元素的助力下，維也納技術大學學習與創(chuàng)新工廠致力于為學生闡釋虛擬世界、數(shù)字化世界和真實世界的復雜互聯(lián)關系，著重提高搭建系統(tǒng)和界面交互的能力。

>>應用之三：遠程教學

“教育工廠”的概念基于“知識三角”的理念，它致力于無縫銜接教育、研究、創(chuàng)新這三個關鍵點。這一概念最早來源于教學型醫(yī)院，即與醫(yī)院共同運營的醫(yī)學院。

教育工廠將工廠環(huán)境與傳統(tǒng)教室結合起來進行教學，從而成為一種有潛力的范例。教育工廠中的學習過程不受地理環(huán)境限制，由ICT技術和高端的工作教學設備對其進行輔助。它連接了遠程的工程師與學習過程中的學生/研究員，讓他們能夠共同使用工廠環(huán)境和教室環(huán)境的設備，也讓兩組遠程人員共同解決實際問題成為可能。在這一基礎上，教育工廠形成了一個雙向的知識交流機制，使得真實工廠中的信息能夠及時傳遞到教室中，也為學術研究實驗室向工廠傳遞信息搭建了橋梁。

“工廠-教室”的知識交流機制致力于將真實生產環(huán)境轉化到教室環(huán)境的學習中。在工廠端，日常工業(yè)生產中每一道工序中的知識都將被運用到教學活動中，以提升教學質量；工程師們也會將生產中的實際問題展現(xiàn)給學生。在教室端，學生們作為知識的“接收者”，積極思考工程師所提出的實際問題的解決方案。

“實驗室-工廠”的知識交流機制致力于將學術研究中的知識應用到工業(yè)生產中。此時，工廠中的工程師是知識的“接收者”。工業(yè)級的生產設備或教學設備可以首先在學術研究機構中進行測試，新技術和新知識經過學生和研究人員的驗證之后又能回到產業(yè)實踐中，為工程人員和管理人員提供新的知識和技能，也能為生產決策提供借鑒。

基于將學術機構和工業(yè)企業(yè)結合起來的試點案例，教育工廠的遠程教學模式已經在KNOW-FACT中得到了有效驗證（KNOW-FACT是由EC DG教育出資發(fā)起的一個知識聯(lián)盟項目）。

>>應用之四：可變性研究

2011年，針對集成系統(tǒng)的學習工廠在溫莎大學智能生產系統(tǒng)中心建立，成為北美最早的智能工廠（iFactory）之一。這一可轉化的生產平臺包含的一些組建，可以很便捷地通過再組裝來改變生產系統(tǒng)的布局和功能，它還包含很多用于組裝和檢驗的高端生產組件。而此類學習工廠恰恰關注能夠高度整合產品設計、定制化和個性化的生產系統(tǒng)學習。在學習工廠iFactory中，iOder組件集合了很多創(chuàng)新性的物理和智能元素以推進生產系統(tǒng)的改變，這些元素包括變體導向性的、可再組合的工序，以及通過iPlan組件進行的生產設計；iOder組件還涵蓋了制造系統(tǒng)設計集合、布局復雜性及最優(yōu)系統(tǒng)粒度等多種元素。

>>應用之五：咨詢公司

學習工廠在咨詢行業(yè)的應用與其工業(yè)應用很相似（參見5.1.）。舉個例子，跨國咨詢公司麥肯錫就在不同分公司、不同應用領域中建立起了以實踐學習為特征的學習工廠，以實現(xiàn)員工的能力建設。圖7顯示了麥肯錫在全球建立的學習工廠網絡。此外，為了實現(xiàn)“學習工廠”概念更好的擴展性和靈活性，麥肯錫也實踐了新興的“虛擬模型工廠”理念。

圖四：麥肯錫學習工廠網絡（基于31）

>>應用之六：展示

ESB物流學習工廠中的工業(yè)設備能很好地演示未來生產情境下的基本理念。在這一學習工廠中，面向中小企業(yè)和其他非生產類企業(yè)（比如金融機構）提供為期一天的演示工作坊，介紹在高度互聯(lián)的生產環(huán)境中人工勞動、機械生產和信息通信技術是如何實現(xiàn)互動的。

為迎合這一需求，學習工廠的組裝和物流體系（由六個組裝工作站、若干超市貨架和若干傳送帶組成）也被升級到更高的技術水平（包含RFID雷達收發(fā)機、感光機器、機器人組裝線及其他附加的制造技術）。在工作坊開展前夕，參與者可以在線預定一個定制化的等比例模型。這個模型的大部分組件都是在一夜之間生產出來的。第二天，參與者們就可以在學習工廠組裝這些組件來構建自己心儀的模型。這樣一來，即便參與者不是生產方面的專家，也能通過體驗從產品設計到生產再到組裝這一系列工序，了解數(shù)據協(xié)同性的概念，以及信息通信技術對于去中心化生產和物流管理的意義，同時理解智能工廠設備的靈活性，如何在最先進的生產流程中增強釋放人的勞動壓力（并不是替代人工勞動）。

學習工廠的發(fā)展前景

如今，學習工廠已經覆蓋了非常廣泛的應用情境。而在未來，系統(tǒng)化地識別和建設高效的學習工廠會變得非常重要。為了達到這一目標，必須找到簡單有效的方式來衡量學習的成功?？紤]到學習發(fā)生的過程，我們期待以下創(chuàng)新：學習工廠為培訓學員定制個性化的學習路徑，同時，在虛擬技術或多媒體技術的支持的下，在線遠程培訓增強了學習工廠規(guī)?；瘧玫目赡苄?。簡言之，學習工廠應與創(chuàng)新建立更為緊密的聯(lián)系——以CPPS的研發(fā)為例，學習工廠應開發(fā)新的產品原型、技術和生產流程。為了進一步拓展學習工廠更多的可能性，本文提到的眾多的合作伙伴也應就學習工廠在教育、職業(yè)培訓、學術研究上的有效實踐進行持續(xù)的分享與交流。

>>聲明

本翻譯僅作了解之用，并非用于學術研究或商業(yè)決策。芥末堆海外翻譯社群的小伙伴們力求將關鍵理念與思想更廣泛地傳播至中文區(qū)域，故部分表達可能與原文有所差異。如需使用，請查證原文。