基于数字孪生技术的工匠精神实训教学研究

引言

目前关于数字孪生技术在实训教学中的应用研究已有一些成果，但是关于数字孪生技术与工匠精神培养结合的研究较少，所以本文以智能制造专业为例，开展基于数字孪生技术的工匠精神实训教学研究，具有一定的理论意义和实践意义。

一、数字孪生技术与工匠精神的核心内涵

（-）数字孪生技术的内涵及其特征分析

数字孪生技术是一种融合传感、物联网、大数据、人工智能等技术的综合体，它在虚拟空间创建出与物理实体完全对应的数字模型，从而做到对物理实体整个生命时段的动态仿照、及时监测、分析改良以及智能决策 [1]。它的主要特性包含：一、虚实映射并交互，可以准确地把物理实体的几何，属性以及状态映射出来，达成虚拟和物理实体的双向及时交互；二、全生命时段管理，覆盖物理实体从设计，生产，运转直至报废的全部过程，给予全流程智能化经营意见；三、动态仿照并预测，可以模仿物理实体在各种工况下的行为，预估可能出现的故障；四、协同改良并更新，允许多个学科团队借助同一个模型展开合作，增进知识交流并革新。该技术已广泛应用于智能制造领域的工厂规划、生产优化和设备运维，为产业升级提供有力支撑

（二）工匠精神的核心要素

工匠精神属于职业精神，关键要素包含四个部分，第一，精益求精的品质追求，重视产品和服务质量的极致把控，智能制造当中，这表现在对产品精度，生产效率以及运行稳定性的严格要求上，第二，专注执着的职业态度，要全身心投入工作，长时间积累经验，碰到复杂问题时深入钻研，第三，勇于创新的突破精神，在传承传统技术的基础上，积极探究新办法，新形式，在智能制造领域，这体现为对新型生产技术和智能装备的更新应用，第四，严谨负责的责任意识，对自己工作的成果负责，严格依照行业规范，智能制造方面，这就体现为对生产流程和质量检测的严谨把控，不能留下隐患[2]。

二、数字孪生技术对工匠精神培养的支撑作用

（-）构建沉浸式实训环境，强化专注与执着态度的培育

传统实训受场地、设备限制，环境干扰多，难集中学生注意力，数字孪生技术营造的虚拟环境有着很强的沉浸感和互动性，利用VR/AR 设备把学生带进虚拟工厂、生产线之类的地方，屏蔽外界干扰，让他们专心做设备操作、流程管控之类的任务，拿智能机床操作实训来说，学生可以在虚拟环境中专注于刀具选择，参数设置，路径规划之类的任务，通过反复练习，熟练技能，在专注细节的过程中锻炼出执着的态度[3]。

（二）支持反复优化与试错，培育精益求精的品质追求

工匠精神的精益求精要通过实践不停地去试错改良，传统实训因为设备成本高，耗费的物资多，所以无法给予学生足够的试错时机，但是数字孪生技术却能在虚拟的环境里反复地做动作，去尝试各种各样的办法和参数，并加以改良，不用怕会弄坏东西，智能制造的生产线流程改进实训就表明了这一点，学生可改变生产节拍，摆弄机器的摆放等参数，观察生产速度和品质指标之类的成果，不断地改良，最后达到最佳的状态，切切实实地体会到精益求精。

（三）复杂工况与创新场景的模拟：激发创新突破精神

创新是工匠精神的要素之一，数字孪生技术可以模仿复杂的工况和创新状况，给学生给予实际操作的平台，在智能制造实训当中，可以模仿生产线突然出故障，新产品研发等状况，假如模仿设备出现故障致使生产线停产，那么学生就要剖析缘由并设计革新维修和恢复方案，新产品研发时，可以在虚拟环境中试验新材料，工艺，探究革新生产方式，这样的操作可以锻炼学生的革新观念和革新能力，塑造革新精神。

（四）实现全过程质量追溯，强化责任意识

严谨负责是工匠精神的基本要求，数字孪生技术能够全程记录实训过程并做到质量追溯，在实训期间，系统会把操作步骤、参数设定等数据实时记录下来，从而形成一份完整的档案，学生可以回忆起自己的操作，分析存在的问题，老师也可以凭借这些数据去评价，找出不规范的地方和隐患，就拿产品质量检测实训来说，系统会记录检测的方法和数据，如果出现失误或者造假就会立刻提醒，促使学生养成严谨负责的职业习惯[4]。

三、基于数字孪生技术的工匠精神实训教学体系构建

（-）构建沉浸式实训环境，强化专注与执着态度的培育

传统实训受场地、设备受限，环境干扰大，难以集中学生注意力，数字孪生技术搭建的虚拟环境具备强沉浸感与交互性，借助 VR/AR 设备把学生带到虚拟工厂、生产线当中，屏蔽外界干扰，让他们专注于设备操作、流程管控等任务，比如智能机床操作实训时，学生可在虚拟环境中专注于刀具选择、参数设置、路径规划，反复练习熟练技能，在专注细节过程中磨炼执着态度。

（二）支持反复试错优化，培育精益求精的品质追求

工匠精神精益求精，要靠实践不断试错，传统实训设备贵，耗材多，难给学生太多试错机会，数字孪生让学生在虚拟环境反复操作，尝试各种方法参数，不担心弄坏东西，像智能制造生产线流程优化实训，学生可以调整生产节拍，摆弄设备位置等参数，看生产效率，质量指标怎么变，不断改良到最好，真正理解精益求精。

（三）复杂工况与创新场景的模拟：激发创新突破精神

（四）实现全过程质量追溯，强化责任意识

结论：本文以智能制造专业为例，探讨了基于数字孪生技术的工匠精神实训教学，得出数字孪生技术可以对工匠精神的培养起到一定的支撑作用，通过搭建数字孪生实训平台，设置融入工匠精神的实训项目，构建多元化的评价体系等策略，有助于培养学生专注执着、精益求精、突破创新、严谨负责等工匠精神。实例表明，基于数字孪生技术的工匠精神实训教学能有效提高实训教学质量，提升学生综合素质。但基于数字孪生技术的工匠精神实训教学仍然处于探索阶段，在实训平台的建设成本、教师数字孪生技术的应用能力、教学资源的开发等方面存在问题。

参考文献：

[1] 吴震 . 工业机器人数字孪生技术在汽车轮毂生产中的应用 [J]. 汽车实用技术， 2025， 50 （15）： 113-117.

[2] 李劼，施辉洪，张行涛，陈灿，李神舟，张红亮，田发云，黄群贤 . 铝电解智能制造及数字孪生研究进展 [J]. 有色金属（冶炼部分）， 2025，（08）： 1-13.

[3] 吕宁，乔玉晶，李小忠，胡林岚，杜晋. 破壁·融通·提质——数智化视域下高职智能制造人才培养进路探索 [J]. 现代职业教育， 2025，（22）： 45-48.

[4] 侯晓鹏，李世雄，蔡普宁，侯琳 . 基于数字孪生系统智能纺纱平台的搭建 [J]. 物联网技术， 2025， 15 （14）： 124-129.

[5] 吴昊天，王耀南，朴玄斌，陈文锐，江一鸣，贾林，肖旭，彭伟星 . 智能制造工业机器人技术应用及发展趋势 [J]. 中国工程科学， 2025， 27 （03）： 83-97.

作者简介：王景秋，1980.09，女，山东菏泽，汉，创新创业教育，副教授，研究生。

课题信息：课题名称：工匠精神融入高等职业院校课程数字化研究；课题编号：SKJYKT-2505198