“工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成”課程教學(xué)與實(shí)踐

薛文奎　周斌

摘要：該文以職業(yè)能力培養(yǎng)為主線，分析 “工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成工程師” 崗位的工作任務(wù)，并整合工業(yè)機(jī)器人不同行業(yè)企業(yè)的典型應(yīng)用，確定以工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)、點(diǎn)焊、弧焊、自動生產(chǎn)線等多個項(xiàng)目教學(xué)項(xiàng)目，探索“工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成”課程教學(xué)與改革。課改后，提高學(xué)生動手能力和學(xué)習(xí)的積極性。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人；職業(yè)能力；課程建設(shè)；項(xiàng)目教學(xué)；學(xué)習(xí)積極性

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）23-0127-02

“工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成”是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的核心課程，工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成是一門跨多個學(xué)科的綜合性技術(shù)，它涉及自動控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能、電子技術(shù)和機(jī)械工程等多種學(xué)科的內(nèi)容，該課程的核心技能是工業(yè)機(jī)器人的工作站的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維護(hù)應(yīng)用技能，滿足工業(yè)機(jī)器人及系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)以及工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品銷售及售后服務(wù)等崗位群的需要。

1 課程基本信息

《工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成》屬于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)所開設(shè)的專業(yè)必修課程，開設(shè)于第四學(xué)期，共108課時，其中理實(shí)一體課程80課時，5學(xué)分；實(shí)訓(xùn)28課時，1學(xué)分。

2 課程目標(biāo)與定位

（1）專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是：培養(yǎng)從事工業(yè)機(jī)器人工作站的現(xiàn)場編程、調(diào)試維護(hù)、系統(tǒng)集成等工作，具有職業(yè)崗位（群）所需的基礎(chǔ)知識及專業(yè)技能、具有較強(qiáng)綜合職業(yè)能力的高端技術(shù)技能型專門人才。

（2）專業(yè)典型工作崗位

本專業(yè)的典型工作崗位，包括工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成工程師、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)維護(hù)。

“工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成”課程的目標(biāo)與定位基于專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，滿足工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用相關(guān)崗位所需的職業(yè)能力。

（3）課程定位

“工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成”課程在專業(yè)課程體系中屬于專業(yè)專項(xiàng)能力課程。其前導(dǎo)課程有“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)”、“工業(yè)自動線PLC控制”、“工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場編程”等，學(xué)生在這些課程中，學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的基本知識、自動化控制技術(shù)、機(jī)器人程序編制等知識，為 “工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成”課程的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

同時本課程為 “畢業(yè)設(shè)計(jì)”、“頂崗實(shí)習(xí)”等后續(xù)課程服務(wù)。

（4）課程教學(xué)目標(biāo)

包括知識目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。

知識目標(biāo)：熟悉和掌握工業(yè)機(jī)器人典型工作站的構(gòu)成、工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)以及工業(yè)機(jī)器人與外圍設(shè)備的接口技術(shù)。

能力目標(biāo)：能選擇工業(yè)機(jī)器人以及工作站的外圍設(shè)備；能設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人與外圍設(shè)備的接口電路以及控制程序。

素質(zhì)目標(biāo)：具有良好的職業(yè)素質(zhì)、分析與決策能力、團(tuán)隊(duì)合作能力等。

整體來說，就是通過本課程的學(xué)習(xí)，能夠勝任工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試崗位的工作。

3 課程總體設(shè)計(jì)

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和內(nèi)容選取

通過分析 “工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成工程師” 崗位的工作任務(wù)，并整合工業(yè)機(jī)器人不同行業(yè)企業(yè)的典型應(yīng)用，確定以工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)、點(diǎn)焊、弧焊、自動生產(chǎn)線等4個項(xiàng)目教學(xué)項(xiàng)目以及工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)工作站系統(tǒng)集成實(shí)訓(xùn)。80課時的理實(shí)一體化課程中各項(xiàng)目的任務(wù)內(nèi)容及課時分配如圖1所示。

在理實(shí)一體化課程結(jié)束后，安排1周共28課時的工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)工作站系統(tǒng)集成實(shí)訓(xùn)，將系統(tǒng)集成課程中學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)，在實(shí)訓(xùn)中進(jìn)行集中應(yīng)用。每個項(xiàng)目內(nèi)容的設(shè)置都是根據(jù)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，按照“認(rèn)識、分析、設(shè)計(jì)”能力遞進(jìn)精心組織的，教學(xué)中以項(xiàng)目任務(wù)為載體，以學(xué)生為主體，理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。通過工業(yè)機(jī)器人四個典型工作站的學(xué)習(xí)，掌握工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用所需要的知識和能力。

（2）課程教學(xué)條件

校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地：依據(jù)課程教學(xué)項(xiàng)目，與企業(yè)合作建設(shè)了“安川工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室”和“自動化仿真實(shí)訓(xùn)室”二個校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地，利用實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可以進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人編程、操作；工業(yè)機(jī)器人工作站控制系統(tǒng)的連接、調(diào)試、保養(yǎng)與維護(hù)；機(jī)器人工作站系統(tǒng)仿真等實(shí)訓(xùn)任務(wù)。

校外實(shí)訓(xùn)基地：同時以廠中校的形式，在企業(yè)內(nèi)部建立校外實(shí)訓(xùn)基地，學(xué)生可以在這些企業(yè)進(jìn)行機(jī)器人系統(tǒng)安裝調(diào)試等崗位的頂崗實(shí)習(xí)，鞏固所學(xué)知識。

教材建設(shè)：與安川電機(jī)、亞龍科技等企業(yè)共同開發(fā)《工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成》十二五職業(yè)教育國家規(guī)劃教材，已正式出版。并將工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)的各類技術(shù)手冊作為輔助教材。

師資條件：通過課程建設(shè)鍛煉了一批校內(nèi)專職教師和企業(yè)兼職教師，其中高級職稱3人、中級職稱5人，雙師型教師5人。兼職教師在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域有著豐富的工作經(jīng)驗(yàn)。課程開發(fā)與教學(xué)由專職教師與兼職教師共同承擔(dān)。

（3）教學(xué)模式

教學(xué)設(shè)計(jì)理念：在整個教學(xué)過程中始終貫徹基于工作過程的教學(xué)理念，將相關(guān)知識和技能融入到每一個任務(wù)中，實(shí)現(xiàn)“理論知識與實(shí)踐技能結(jié)合、教室與實(shí)訓(xùn)室結(jié)合、學(xué)習(xí)與工作結(jié)合”的三結(jié)合。

教學(xué)過程：每一個工作任務(wù)通過任務(wù)書發(fā)布、資料查詢、知識輔導(dǎo)、技能訓(xùn)練、任務(wù)考核等教學(xué)過程來組織實(shí)施。

教學(xué)方法與教學(xué)手段：在教學(xué)實(shí)施過程中，以學(xué)生為主體，把課堂交給學(xué)生，采用引導(dǎo)法、分組討論法、情境法等教學(xué)方法，充分利用教學(xué)課件、技術(shù)資料、實(shí)訓(xùn)設(shè)備、課程資源庫等教學(xué)資源，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

（4）課程評價

課程評價，包括學(xué)習(xí)效果評價和教學(xué)效果評價。其中對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果評價注重過程考核，包括學(xué)習(xí)態(tài)度、任務(wù)完成情況等。理實(shí)一體化課程中過程考核比重占50%，期末理論考試占50%；實(shí)訓(xùn)課程全程采用過程考核。教學(xué)效果評價采用學(xué)生評價、專家評價等形式，來綜合評價教師的教學(xué)效果。這是校外專家、校內(nèi)督導(dǎo)以及學(xué)生的評價結(jié)果。

4 單元教學(xué)設(shè)計(jì)

下面以任務(wù)“工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)工作站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)”為例，闡述單元教學(xué)的過程。

（1）工作任務(wù)：本單元的工作任務(wù)是設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)工作站硬件控制系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，并進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。

（2）教學(xué)目標(biāo)：本單元的教學(xué)目標(biāo)就是讓學(xué)生能夠設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人與外部設(shè)備的接口電路和程序，能夠解決在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題。

（3）重點(diǎn)與難點(diǎn)：本單元教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是工業(yè)機(jī)器人與PLC的接口信號配置和電路設(shè)計(jì)以及程序的設(shè)計(jì)。

（4）學(xué)情分析：經(jīng)過前期的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)熟悉了機(jī)器人搬運(yùn)工作站的構(gòu)成，掌握了機(jī)器人控制的要點(diǎn)，渴望了解究竟是如何控制機(jī)器人運(yùn)行的，喜歡實(shí)踐操作，不愛長時間聽老師講課。

針對這樣的學(xué)情，我們采取了相應(yīng)的應(yīng)對措施。

課前網(wǎng)上發(fā)布任務(wù)書，加強(qiáng)課前預(yù)習(xí)；在教學(xué)過程中充分利用視頻、圖片、實(shí)訓(xùn)設(shè)備等課程資源，采用針對性的教學(xué)方法；課中加強(qiáng)過程考核，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

（5）教學(xué)過程

單元的教學(xué)過程包括6個階段。

1-復(fù)習(xí)與預(yù)習(xí)（20分鐘）：采用鼓勵教學(xué)法，選取學(xué)生由學(xué)生對上次課的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，對本次課的任務(wù)內(nèi)容進(jìn)行敘述，提出問題及解決方案；教師對其進(jìn)行點(diǎn)評。

2-任務(wù)分析（5分鐘）：采用引導(dǎo)法，教師對工作任務(wù)進(jìn)行分析，明確工作任務(wù)要求。

3-知識講解（65分鐘）：利用實(shí)訓(xùn)設(shè)備以及視頻、圖片等教學(xué)手段，采用案例教學(xué)法、引導(dǎo)法等教學(xué)方法，分析工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)工作站的硬件電路和運(yùn)行程序，讓學(xué)生掌握機(jī)器人搬運(yùn)工作站的硬件系統(tǒng)的配置和控制程序的特點(diǎn)。

通過視頻，演示搬運(yùn)工作站的工作過程，讓學(xué)生了解工作站是怎樣運(yùn)行的。利用圖片和現(xiàn)場觀摩，重點(diǎn)分析工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)工作站的接口信號配置以及電路連接。利用圖片和現(xiàn)場演示，重點(diǎn)分析工業(yè)機(jī)器人外部控制程序設(shè)計(jì)的思路以及特點(diǎn)。

4-方案制定（45分鐘）：在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生分組討論，制定機(jī)器人搬運(yùn)工作站的控制方案，并闡述其方案的合理性，組織學(xué)生討論、點(diǎn)評。通過方案制定，使學(xué)生掌握機(jī)器人工作站控制方案制定的方法。

5-方案實(shí)施 （270分鐘） ：采用分組教學(xué)法、討論法、引導(dǎo)法等教學(xué)方法，指導(dǎo)學(xué)生按照制定的控制方案，進(jìn)行工作站硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行調(diào)試；在實(shí)施過程中教師對學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查、點(diǎn)評，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。

6-考核評價（45分鐘）：采用鼓勵教學(xué)法，組織學(xué)生對本次課程的任務(wù)完成情況進(jìn)行分組考核并進(jìn)行總結(jié)，布置作業(yè)及下一次課程的任務(wù)。

5 課程建設(shè)展望

（1） 課程建設(shè)成效

經(jīng)過課程建設(shè)取得了一定的成果。在學(xué)生學(xué)習(xí)成效方面，通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本掌握了機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成技術(shù)，調(diào)動了學(xué)習(xí)興趣，為頂崗實(shí)習(xí)等后續(xù)課程奠定基礎(chǔ)。

2011年被列為國家骨干院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)重點(diǎn)建設(shè)課程，2014年，通過國家高職骨干院校建設(shè)驗(yàn)收。

課程教材被選為“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材，以及江蘇省高等學(xué)校重點(diǎn)教材立項(xiàng)。

2013年，《機(jī)器人焊接系統(tǒng)安裝調(diào)試》獲得全國機(jī)械職業(yè)教育實(shí)踐性教學(xué)成果二等獎。

（2） 課程特色

課程通過多年的建設(shè)，形成了自己的特色：包括基于“項(xiàng)目引領(lǐng)，崗位實(shí)境”的項(xiàng)目課程以及國家級資源庫的資源支撐。

（3） 存在問題及改進(jìn)措施

在課程建設(shè)過程中，還存在著一些問題與不足：

一是課程教學(xué)資源需要進(jìn)一步完善。將依托2014年國家職業(yè)教育工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫的建設(shè)，進(jìn)一步開發(fā)與課程相關(guān)的視頻、動畫、圖片、案例等教學(xué)資源，并進(jìn)行整合，提高教學(xué)資源的相互融合，方便教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)使用。

二是教學(xué)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目需要進(jìn)一步優(yōu)化。加強(qiáng)與企業(yè)合作，進(jìn)一步完善教學(xué)項(xiàng)目，開發(fā)更加符合工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

6 結(jié)束語

“工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成”課程的改革使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性通過項(xiàng)目載體被激發(fā)了出來；學(xué)生的學(xué)習(xí)能力在自主學(xué)習(xí)中得到了充分的鍛煉；學(xué)生分析問題解決問題的能力在具體的工業(yè)機(jī)器人工作站控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中得到了提高，學(xué)到了許多過去課堂學(xué)不到的經(jīng)驗(yàn)性的知識；并且培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、與人溝通的能力，養(yǎng)成了較好的工作習(xí)慣。

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