智能制造背景下地方高校工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的人才培養(yǎng)

胡洪鈞

（寧德師范學(xué)院 信息與機(jī)電工程學(xué)院，福建 寧德352100）

目前，世界性的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正形成歷史性的交匯期，以物聯(lián)網(wǎng)和智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命已經(jīng)到來(lái)。從1978年到現(xiàn)在，中國(guó)制造業(yè)已經(jīng)歷了四次轉(zhuǎn)型。隨著“中國(guó)制造2025”的提出，我國(guó)將全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，其根本目標(biāo)就是要改變中國(guó)制造業(yè)“大而不強(qiáng)”的局面。而工業(yè)機(jī)器人作為最先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備，在智能制造領(lǐng)域發(fā)揮著無(wú)可替代的作用，因此，當(dāng)今世界對(duì)工業(yè)機(jī)器人的制造和應(yīng)用提出了全新的要求。

隨著人力成本的快速上升和全球產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的深度調(diào)整，越來(lái)越多的企業(yè)通過(guò)運(yùn)用像機(jī)器人這樣的自動(dòng)化設(shè)備來(lái)提高產(chǎn)能和降低人力成本［1-2］。中國(guó)已成為世界上第一大將工業(yè)機(jī)器人用于制造業(yè)的國(guó)家。隨著工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才缺乏的短板已經(jīng)凸顯出來(lái)，人才缺口不斷擴(kuò)大，但是國(guó)內(nèi)高校在機(jī)器人專業(yè)人才的培養(yǎng)方面還沒有形成完整的體系［3-5］。因此，在培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才方面進(jìn)行全方位的改革是地方高校應(yīng)關(guān)注的課題。

1 工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才供需與培養(yǎng)現(xiàn)狀

1.1 工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才的供需現(xiàn)狀

隨著傳統(tǒng)制造業(yè)的改造升級(jí)和人工成本的快速上升，工業(yè)機(jī)器人及智能裝備產(chǎn)業(yè)正面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇，工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)的規(guī)模也在日益擴(kuò)大。工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要大量的技能型人才，但機(jī)器人專業(yè)的人才儲(chǔ)備明顯不足［6］。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：目前國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人技能型人才的需求量將近10萬(wàn)，缺口很大。按照工信部的發(fā)展規(guī)劃，到2025年，全國(guó)工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量將達(dá)到1 700萬(wàn)臺(tái)，這大概需要100多萬(wàn)應(yīng)用、調(diào)試和維護(hù)工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)從業(yè)人員。

由于目前國(guó)內(nèi)高校很少開設(shè)有關(guān)工業(yè)機(jī)器人操作應(yīng)用方面的課程，人才培養(yǎng)相對(duì)滯后，從事工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的人員大多來(lái)自通過(guò)一定時(shí)期培訓(xùn)的機(jī)械電子工程、控制工程等專業(yè)的畢業(yè)生或產(chǎn)業(yè)工人，但這種培訓(xùn)很難達(dá)到崗位技能要求。因此，工業(yè)機(jī)器人的人才需求結(jié)構(gòu)化矛盾異常突出，技能型人才嚴(yán)重短缺（圖1）。

圖1 工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才需求的矛盾

1.2 工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

諸多因素推動(dòng)了我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。目前面臨的最大挑戰(zhàn)是專業(yè)人才的培養(yǎng)。工業(yè)機(jī)器人作為一種高度集成的自動(dòng)化裝備，對(duì)專業(yè)人才有著多層次的需求，包括機(jī)器人制造工程師、機(jī)器人應(yīng)用工程師和機(jī)器人調(diào)試維護(hù)工程師等。目前國(guó)內(nèi)很多高校已建立了機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室或研究中心，例如，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京航空航天大學(xué)機(jī)械學(xué)院的智能技術(shù)與機(jī)器人聯(lián)合研究中心、廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院的微柏工業(yè)機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。它們盡管在機(jī)器人研究方面都有所建樹，但還是以培養(yǎng)研究生為主，培養(yǎng)的主要是機(jī)器人制造人員或系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員。

企業(yè)需要實(shí)踐能力強(qiáng)、懂得應(yīng)用和維護(hù)機(jī)器人的工程師來(lái)操作機(jī)器人，因此在專業(yè)人才需求中，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)工程師的需求量最大。雖然有些本科院校依托機(jī)械電子類專業(yè)培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用人才，并通過(guò)設(shè)置機(jī)器人學(xué)和機(jī)器人技術(shù)等課程來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)［7-9］，但由于機(jī)器人技術(shù)發(fā)展得很快，機(jī)器人學(xué)和機(jī)器人技術(shù)等課程中有的教學(xué)內(nèi)容已不適應(yīng)當(dāng)今培養(yǎng)社會(huì)急需的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用人才的需要。根據(jù)我市機(jī)械電子行業(yè)的發(fā)展情況，我院把培養(yǎng)“地方性、應(yīng)用型、創(chuàng)新型”人才作為辦學(xué)定位，以加快培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才的速度，實(shí)現(xiàn)寧德地區(qū)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

2 以工作崗位為導(dǎo)向設(shè)置課程體系

根據(jù)寧德地區(qū)制造業(yè)的特點(diǎn)，我院以服務(wù)區(qū)域產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)為宗旨設(shè)置培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才的課程體系。

寧德位于長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲、臺(tái)灣省三大經(jīng)濟(jì)區(qū)的中間位置，該地區(qū)的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)群包括電機(jī)電器制造、船舶修造和汽摩配件制造等企業(yè)，其中不少企業(yè)的生產(chǎn)自動(dòng)化水平比較低，高科技自動(dòng)化設(shè)備短缺。有些企業(yè)雖然有意購(gòu)買像工業(yè)機(jī)器人這樣的自動(dòng)化設(shè)備來(lái)提高產(chǎn)能，但由于缺乏能夠操作和應(yīng)用這些自動(dòng)化設(shè)備的員工而不得不放棄購(gòu)買自動(dòng)化設(shè)備的計(jì)劃。

針對(duì)這一情況，我院在設(shè)置機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)（機(jī)器人方向）的核心課程時(shí)，以當(dāng)?shù)仄髽I(yè)職業(yè)崗位群為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力和素質(zhì)為核心，以行業(yè)職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)領(lǐng)域職業(yè)能力要求為依據(jù)，構(gòu)建了工作崗位群對(duì)應(yīng)工作崗位、工作崗位對(duì)應(yīng)從業(yè)技能、從業(yè)技能對(duì)應(yīng)專業(yè)核心課程的“三對(duì)應(yīng)”課程體系。

通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)仄髽I(yè)走訪和調(diào)查，筆者發(fā)現(xiàn)目前工業(yè)機(jī)器人操作、自動(dòng)化生產(chǎn)線的安裝和調(diào)試、編程與維護(hù)及應(yīng)用開發(fā)等典型工作崗位急需大量人才。根據(jù)工作崗位技能，筆者給出了工作技能與專業(yè)課程對(duì)應(yīng)關(guān)系（表1）。

表1 工作技能與專業(yè)課程對(duì)應(yīng)關(guān)系

根據(jù)專業(yè)人員的反饋意見、企業(yè)的調(diào)研結(jié)果及到國(guó)內(nèi)相關(guān)院校的學(xué)習(xí)和交流，我院確定了以高等數(shù)學(xué)、機(jī)械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、C程序設(shè)計(jì)、電工學(xué)和機(jī)器人學(xué)等課程為機(jī)器人專業(yè)的基礎(chǔ)課程，確定了以機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)三維軟件、機(jī)械控制工程基礎(chǔ)、電氣控制與PLC、工業(yè)機(jī)器人操作與編程、工業(yè)機(jī)器人裝配與調(diào)試、工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線設(shè)計(jì)與應(yīng)用等課程為機(jī)器人專業(yè)的核心課程，構(gòu)建了如圖2所示的培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才的課程體系。

圖2 工業(yè)機(jī)器人專業(yè)課程體系

3 教學(xué)方法改革

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)作為機(jī)電一體化技術(shù)的延伸，專業(yè)知識(shí)涉及范圍廣，實(shí)踐能力要求高。因此，必須改變傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方法，采取具有創(chuàng)造性、能夠激發(fā)學(xué)生潛能和求知欲望的教學(xué)方式，授課規(guī)?？梢圆捎眯“嘀?，同時(shí)增加實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)的課時(shí)。

根據(jù)不同專業(yè)課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容，筆者采用了項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法［10］、任務(wù)式理實(shí)一體化教學(xué)法和仿真教學(xué)法開展教學(xué)活動(dòng)。例如：在工業(yè)機(jī)器人操作與編程教學(xué)中，筆者采取項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法，先把學(xué)生分成若干個(gè)小組（每組4～5人），然后給每個(gè)小組布置不同的任務(wù)，讓各小組學(xué)生為機(jī)器人編程，操作機(jī)器人畫出不同形狀的物體；在工業(yè)機(jī)器人裝配與調(diào)試教學(xué)中，筆者采用任務(wù)式理實(shí)一體化教學(xué)法，把學(xué)生分成若干組，先讓每個(gè)小組觀看和分析機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成和原理，然后調(diào)試機(jī)器人完成預(yù)設(shè)功能，同時(shí)，指導(dǎo)每個(gè)小組各負(fù)責(zé)一臺(tái)機(jī)器人，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上拆解機(jī)器人機(jī)械本體，對(duì)各零部件進(jìn)行測(cè)繪，完成機(jī)器人組裝；在軟件及操作教學(xué)中，筆者采用仿真教學(xué)法，指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)機(jī)器人教學(xué)仿真軟件搭建虛擬仿真平臺(tái)，學(xué)生可以通過(guò)仿真平臺(tái)進(jìn)行離線編程，將寫好的程序?qū)霗C(jī)器人運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)仿真和操作的無(wú)縫連接。

4 師資隊(duì)伍建設(shè)

由于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力要求較高，在教學(xué)模式和方法上都對(duì)教師提出了更高的要求，教師應(yīng)具有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)和豐富的實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。因此，師資隊(duì)伍建設(shè)可以從兩方面入手，一方面培養(yǎng)和提高校內(nèi)專職教師的專業(yè)技能，一方面聘請(qǐng)企業(yè)專家作為兼職教師。

4.1 培訓(xùn)校內(nèi)專職教師

以校企合作為依托，通過(guò)學(xué)校自身的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)開展不定期的機(jī)器人技術(shù)培訓(xùn)，促進(jìn)專職教師的知識(shí)更新和技能提升，定期安排專業(yè)教師參加企業(yè)組織的專業(yè)技能培訓(xùn)和每年不少于1個(gè)月的企業(yè)實(shí)踐。例如，在2017年寒暑假期間，我院先后選派3名年輕教師到泉州華中科技大學(xué)智能制造研究院進(jìn)修，以此提高他們的機(jī)器人專業(yè)技能。

4.2 聘請(qǐng)企業(yè)兼職教師

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展迅速、應(yīng)用領(lǐng)域不斷延伸，而專業(yè)教師的知識(shí)更新比較滯后。為解決這一矛盾，我院聘請(qǐng)了企業(yè)高級(jí)工程師擔(dān)任兼職教師，給他們安排一些要求理論掌握比較全面、動(dòng)手能力比較強(qiáng)的課程。這樣可以結(jié)合企業(yè)的應(yīng)用，培養(yǎng)更具有針對(duì)性的機(jī)器人專業(yè)人才。

5 實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)

考慮到我院主要是為地方企業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才，根據(jù)寧德地區(qū)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才的需求狀況，我院建立了機(jī)器人實(shí)訓(xùn)基地，該實(shí)訓(xùn)基地包括工業(yè)機(jī)器人操作與編程實(shí)訓(xùn)區(qū)和基礎(chǔ)教育機(jī)器人設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)區(qū)，其作用有兩個(gè)：一是為學(xué)生提供實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所，幫助學(xué)生完成教學(xué)期間正常的實(shí)訓(xùn)任務(wù)。二是定期對(duì)學(xué)生開放，為學(xué)生提供更多的實(shí)踐訓(xùn)練機(jī)會(huì)，促進(jìn)他們不斷提高自己的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和解決問題的能力。在校內(nèi)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)基地，教師與學(xué)生將實(shí)現(xiàn)以下教學(xué)目標(biāo)：

1）通過(guò)拆裝 HSR-CZ612 機(jī)器人本體[圖 3（a）]教學(xué)，使學(xué)生了解工業(yè)機(jī)器人拆卸及裝配工藝等知識(shí)，熟悉工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵零部件及其結(jié)構(gòu)組成，掌握工業(yè)機(jī)器人裝配精度測(cè)試和調(diào)整方法。

2）通過(guò)拆裝 SCARA機(jī)器人的控制系統(tǒng)[圖 3（b）]的教學(xué)，使學(xué)生了解工業(yè)機(jī)器人電氣接線、電氣系統(tǒng)組成、電氣控制、系統(tǒng)調(diào)試和維修、關(guān)鍵控制部件結(jié)構(gòu)形式等知識(shí)。

3）通過(guò)HSR-JR605工業(yè)機(jī)器人視覺工作站[圖3（c）]的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生操作機(jī)器人的能力，掌握離線編程的方法以及機(jī)器人與視覺配合的操作技能。

4）通過(guò)組裝和調(diào)試教育機(jī)器人系統(tǒng)的教學(xué)，使學(xué)生了解機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)造、控制原理、傳感技術(shù)和編程方法，初步建立包含物質(zhì)、能量、信息和控制的工程系統(tǒng)模型。

5）通過(guò)機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)指令、檢驗(yàn)示教機(jī)器人坐標(biāo)系以及示教工具點(diǎn)的教學(xué)，使學(xué)生了解機(jī)器人和PC機(jī)之間的通信方式以及上位機(jī)編程技巧。

圖3 工業(yè)機(jī)器人教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

另外，我校通過(guò)與企業(yè)合作，建立了兩處校外實(shí)訓(xùn)基地，實(shí)現(xiàn)了學(xué)校與企業(yè)的無(wú)縫對(duì)接，學(xué)生可以在真實(shí)的企業(yè)環(huán)境中完成企業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)。

6 結(jié)束語(yǔ)

在我國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)過(guò)程中，工業(yè)機(jī)器人越來(lái)越廣泛地被用于工業(yè)制造，將會(huì)進(jìn)一步提高產(chǎn)能和效率，同時(shí)需要大量的工業(yè)機(jī)器人技能型人才，因此加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人技能型人才的培養(yǎng)是至關(guān)重要的。為了適應(yīng)寧德地區(qū)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)對(duì)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用人才的旺盛需求，筆者對(duì)我院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)（機(jī)器人方向）的課程體系設(shè)置、教學(xué)方法改革、師資隊(duì)伍和實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)等方面進(jìn)行了探索，以此促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)技能型人才的培養(yǎng)。