焊接機(jī)器人系列教材開發(fā)與應(yīng)用

劉偉郭廣磊

作者簡介：劉偉（1963-），男，遼寧鞍山人，高級(jí)工程師，焊接從業(yè)25年，中國焊接協(xié)會(huì)焊接裝備分會(huì)專家委員，研究方向：焊接機(jī)器人及自動(dòng)化。

摘要：文中對(duì)本地區(qū)焊接技能人才的需求現(xiàn)狀和現(xiàn)代焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，對(duì)焊接機(jī)器人系列教材及應(yīng)用等方面的教研實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行論述。本文同時(shí)作為“2014年福建省中青年教師教育科研項(xiàng)目B類社科研究（職業(yè)教育研究專項(xiàng)）課題‘機(jī)器人應(yīng)用系列教材（課題立項(xiàng)批準(zhǔn)號(hào)JBS14536）課題成果”。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)；焊接機(jī)器人；教材開發(fā)；教研實(shí)踐

中圖分類號(hào)：TG409文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：2095-9214（2016）11-0280-02

一、人才需求及產(chǎn)業(yè)升級(jí)

我國的鋼產(chǎn)量已達(dá)到8.2億噸，連續(xù)多年位居世界第一，迅速發(fā)展的金屬加工企業(yè)對(duì)中高級(jí)焊工的需求量逐年遞增。然而，焊工崗位人員的從業(yè)意愿卻逐年下降。隨著焊接機(jī)器人等現(xiàn)代焊接設(shè)備在企業(yè)的應(yīng)用，提高了產(chǎn)能、質(zhì)量和生產(chǎn)效率，改善了勞動(dòng)條件。借鑒國際機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)機(jī)器人售價(jià)與年人工人工成本出現(xiàn)交匯點(diǎn)時(shí)，企業(yè)對(duì)于機(jī)器人的需求將出現(xiàn)大幅上升。

福建省是臺(tái)資企業(yè)、出口加工、汽車制造和工程機(jī)械制造業(yè)較為集中的地區(qū)。近年以來，隨著勞動(dòng)力成本逐年提高，市場競爭加劇，致使長期以來生產(chǎn)低附加值產(chǎn)品的勞動(dòng)密集型企業(yè)難以為繼。機(jī)器人成為企業(yè)轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式、解決招工難及提高生產(chǎn)效益的最佳選則。焊接機(jī)器人在福建省各產(chǎn)業(yè)所占比例如圖1所示：

圖1：福建省焊接機(jī)器人各產(chǎn)業(yè)占比

二、焊接機(jī)器人系列教材

福建省是國內(nèi)工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)縮影。隨著產(chǎn)業(yè)升級(jí)步伐加快，傳統(tǒng)的焊接作業(yè)方式逐漸被以機(jī)器人為代表的自動(dòng)化焊接設(shè)備所取代將成為必然趨勢(shì)。由于我國的焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)起步較晚，機(jī)器人焊接方面的教學(xué)資源十分匱乏、滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，可供學(xué)習(xí)的專業(yè)資料非常有限。2011年以來，集美職校與高校和企業(yè)組成編寫團(tuán)隊(duì)，焊接機(jī)器人操作應(yīng)用系列教材陸續(xù)在國內(nèi)一類出版社出版，如圖2所示：

圖2：焊接機(jī)器人系列教材（從左至右依次為1～4冊(cè)）

第一冊(cè)《焊接機(jī)器人基本操作及應(yīng)用》（第2版）主要講述弧焊機(jī)器人軟、硬件方面的基礎(chǔ)知識(shí)和示教編程的操作及應(yīng)用，通過100課時(shí)的理論和實(shí)訓(xùn)課程學(xué)習(xí)，能夠掌握機(jī)器人編程和焊接技能。

第二冊(cè)《機(jī)器人離線編程及仿真系統(tǒng)應(yīng)用》詳細(xì)講述在不接觸機(jī)器人及機(jī)器人作業(yè)環(huán)境的情況下，通過圖形技術(shù)在計(jì)算機(jī)上提供一個(gè)和機(jī)器人進(jìn)行交互作用的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，在計(jì)算機(jī)上編寫的程序并直接傳輸給現(xiàn)場的機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行，大大減低了現(xiàn)場示教編程人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高編程效率。對(duì)于沒有機(jī)器人的學(xué)校和個(gè)人可以通過隨書光盤中的“DTPS離線編程試用版軟件”進(jìn)行機(jī)器人編程學(xué)習(xí)。

第三冊(cè)《點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)及編程應(yīng)用》主要講述點(diǎn)焊原理、點(diǎn)焊機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成、點(diǎn)焊機(jī)器人編程應(yīng)用方法與步驟、安裝調(diào)試以及點(diǎn)焊機(jī)器人在生產(chǎn)中的應(yīng)用案例。

第四冊(cè)《焊接機(jī)器人操作編程及應(yīng)用》針對(duì)各品牌機(jī)器人編程語言不同，操作方法各異等特點(diǎn)，在教材普適性方面受到一定的局限。為此，市場占有率較高的五種機(jī)器人品牌作為統(tǒng)編教材，增強(qiáng)了教材的普適性，便于操作者進(jìn)行比較、理解、分析和掌握。

上述四冊(cè)焊接機(jī)器人系列教材榮獲2014年職業(yè)教育國家級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。被中國焊接協(xié)會(huì)確定為培訓(xùn)基地指定教材。

三、焊接機(jī)器人教研實(shí)踐

手工焊接實(shí)訓(xùn)是學(xué)習(xí)焊接機(jī)器人操作的前導(dǎo)課程，是焊接機(jī)器人編程操作人員必須掌握的基本技能。傳統(tǒng)的焊接實(shí)訓(xùn)過程中，由于弧光、煙塵、飛濺，以及實(shí)訓(xùn)成本高、演示和觀摩受限等方面的因素，給焊接訓(xùn)練及教學(xué)帶來諸多困難。仿真實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)能夠有效地解決這些問題。學(xué)生通過虛擬焊接系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，老師可以在現(xiàn)場或遠(yuǎn)程顯示屏觀察學(xué)生實(shí)施焊接過程的參數(shù)波動(dòng)和虛擬焊縫成型，及時(shí)了解學(xué)生掌握焊接技能的熟練程度，并給予針對(duì)性指導(dǎo)。通過挖掘焊接機(jī)器人離線編程教學(xué)價(jià)值，使其視覺優(yōu)勢(shì)充分在教學(xué)中反映出來，教學(xué)效果發(fā)生明顯變化，我們選取三種教學(xué)模式在實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)進(jìn)行對(duì)比，如表1所示：

表1：三種種教學(xué)模式在實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的對(duì)比

四、目標(biāo)與展望

機(jī)器人數(shù)量已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家、一個(gè)企業(yè)加工能力的標(biāo)志。近年，國家工信部、發(fā)改委組織制訂我國機(jī)器人技術(shù)路線圖及機(jī)器人產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃，力爭到2020年，形成較為完善的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)體系，到2017年市場銷量將達(dá)到10萬臺(tái)，工業(yè)機(jī)器人保有量超過40萬臺(tái)?！睘榇?，職業(yè)技術(shù)教育擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)現(xiàn)代焊接技術(shù)技能人才的使命，針對(duì)焊接機(jī)器人應(yīng)用職業(yè)教育教材開發(fā)和課程體系的構(gòu)建具有十分重要的意義。

（作者單位：1.中國焊接協(xié)會(huì)機(jī)器人焊接（廈門）培訓(xùn)基地；2.廈門市集美職業(yè)技術(shù)學(xué)校）

參考文獻(xiàn)：

[1]林尚揚(yáng)等.焊接機(jī)器人及其應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2000年7月.

[2]吳九澎等.機(jī)器人應(yīng)用手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，2014年6月.

[3]中國焊接協(xié)會(huì).中國焊接自動(dòng)化技術(shù)分析，2014年4月.