工業(yè)機器人應用技術實訓中心的建設與探索

高孝書 張鳳霞

[摘? ? ? ? ? ?要]? 工業(yè)機器人是“中國制造2025”的重要支柱之一，要使工業(yè)機器人落地生效，核心是人才。培養(yǎng)高素質高技能的工業(yè)機器人應用技術人才，關鍵在于高起點、高水平的實訓中心建設。從工業(yè)機器人實訓中心建設的意義和必要性出發(fā)，闡述實訓中心建設的理念及方案，探索實訓中心建設與人才培養(yǎng)深度融合的機制與路徑，推進工業(yè)機器人高技能應用技術人才的培養(yǎng)。

[關? ? 鍵? ?詞]? 工業(yè)機器人;實訓中心建設;高職教育

[中圖分類號]? G717? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）06-0046-02

習近平總書記在兩院院士大會上指出“機器人革命”將創(chuàng)造數(shù)萬億美元的市場。機器人是“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其研發(fā)、制造、應用是衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標志。隨著“中國制造2025”的推進，中國已成為全球第一大工業(yè)機器人市場。工業(yè)機器人應用技術人才的巨大需求與相關人才匱乏的矛盾日益凸顯，作為高技能應用技術人才培養(yǎng)搖籃的高職教育，正是解決此矛盾的關鍵所在。而學校培養(yǎng)素質高技能的工業(yè)機器人應用技術人才，關鍵在于高起點、高水平的實訓中心建設[1]。

一、實訓中心建設的意義和必要性

隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，工業(yè)機器人已經廣泛應用到制造業(yè)中。在生產中使用工業(yè)機器人可以降低產品廢品率，降低人工生產成本，減少人為操作失誤和人為不可控因素影響，提高企業(yè)競爭力和生產效率等，尤其是在執(zhí)行高危任務或特種作業(yè)環(huán)境中，工業(yè)機器人比傳統(tǒng)的自動化控制更加先進可靠。

工業(yè)機器人實訓中心是集“教學、培訓、科研、生產”四位于一體的應用技術中心，給學生提供實踐操作的基本條件，營造智能制造技術綜合應用的職業(yè)環(huán)境，在建設高職實訓體系、推動技術技能進步、促進專業(yè)群轉型、服務地方經濟發(fā)展等方面具有全方位的引領示范作用。

人社部工業(yè)機器人專業(yè)的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)具有在生產一線從事工業(yè)機器人設備的安裝、操作、編程、調試與維護的應用型技術人才[2]。要達到上述培養(yǎng)目標，除了對學生進行理論教學外，必須進行充分的專業(yè)技能訓練。工業(yè)機器人專業(yè)實訓教學是培養(yǎng)學生在工業(yè)機器人領域實際工作技能和能力的關鍵環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和分析解決問題能力的有效手段，也是提高學生就業(yè)能力和就業(yè)水平的根本途徑。因此，只有建設高起點、高水平的工業(yè)機器人實訓中心，才能為學生專業(yè)技能訓練提供必要的基礎條件，為高技能應用技術人才的培養(yǎng)提供合適的職業(yè)環(huán)境。

從對寧夏地區(qū)開設工業(yè)機器人應用專業(yè)的調研情況看，工業(yè)機器人及其相關的實訓設備配套不足是制約工業(yè)機器人專業(yè)發(fā)展的重要因素之一。此實訓中心建設填補了寧夏地區(qū)工業(yè)機器人實訓條件的空白，為學生參與智能制造領域的技能大賽搭建平臺，為區(qū)域實訓條件共享和區(qū)域相關專業(yè)發(fā)展提供了硬件支撐。

二、實訓中心建設理念和方案探索

（一）校企聯(lián)合共建實訓中心

工業(yè)機器人實訓中心建設所需投資大、技術門檻高、系統(tǒng)集成度高，單純依靠學校的力量顯得較薄弱，需采取校企聯(lián)合、合作共建的模式，聯(lián)合武漢華中數(shù)控并對接寧夏地區(qū)企業(yè)需求，將企業(yè)的機器人實際應用方案、項目及案例與學校的教學模式相結合，共同推進工業(yè)機器人專業(yè)高技能人才培養(yǎng)[3]。

工業(yè)機器人應用技術實訓中心的建設理念是以國家職業(yè)標準為依據，以高技能人才培養(yǎng)為核心，以基礎技能實訓及應用技術實訓為主，生產及科研為輔，堅持方便實訓教學原則、循序漸進原則、統(tǒng)籌協(xié)調原則、生產與大賽兼顧原則，統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施。

工業(yè)機器人應用技術實訓中心的建設構架是：（1）工業(yè)機器人基本技能實訓室包括機電基礎技能實訓設施、基礎機器人實訓套件、高級機器人實訓套件。（2）工業(yè)機器人應用技能工作室包括多控制四軸碼垛機器人系統(tǒng)、多關節(jié)機器人和視覺系統(tǒng)、AGV機器人、其他輔助設備、工業(yè)機器人離線編程軟件。（3）工業(yè)機器人綜合技能工作室包括數(shù)字仿真實訓設施、工業(yè)機器人機械系統(tǒng)拆裝實訓平臺、工業(yè)機器人電氣系統(tǒng)拆裝實訓平臺、智能生產工作島。（4）工業(yè)機器人輔助實訓資源包括教學資源庫平臺、師資培訓包、軟件開發(fā)包、教材包。

（二）以開放促合作創(chuàng)新發(fā)展

隨著寧夏產業(yè)結構調整和經濟發(fā)展方式的轉變，需要大量高技能型人才，尤其是智能制造領域的高技能人才。旺盛的社會需求和良好的實訓條件是高技能人才培養(yǎng)的有力保障。

利用工業(yè)機器人實訓中心設施條件，根據國家和寧夏相關政策，通過資源共享和師資互聘，聯(lián)合培養(yǎng)高技能人才。構建“技術導入，項目實踐，分層次遞進”的校企合作模式，加大工業(yè)機器人實訓中心的開放力度，依托全國首家機械行業(yè)“智能制造師資培訓基地”，充分釋放實訓中心的潛力，增強社會服務能力，為學校、企業(yè)及社會提供技術支持和培訓服務。在為本校智能制造相關專業(yè)學生提供實訓條件的同時，在全校范圍內開展智能制造通識教育，在寧夏職業(yè)院校間開展實訓資源共享，在相關企業(yè)間開展職業(yè)技能培訓。通過“請進來，走出去”，一方面，聘請行業(yè)、企業(yè)優(yōu)秀技術專家來校講學，搭建“技能大師工作站”交流合作平臺;另一方面，培養(yǎng)并支持本校智能制造“雙師型”專業(yè)教師“走出去”，服務企業(yè)和社會。

在工業(yè)機器人實訓中心的基礎上搭建各類智能制造技能大賽平臺，以賽促學、以賽促教、以賽促改、以賽促發(fā)展，激發(fā)學生的學習興趣，開闊學生的視野，提高學生的專業(yè)技能，提升專業(yè)教師的教學科研水平。通過大賽還可以促進校企合作、校校合作，提高職業(yè)院校人才培養(yǎng)的針對性和實用性，完善工業(yè)機器人專業(yè)課程體系建設，為建設工業(yè)機器人實踐教學中心奠定基礎。

（三）數(shù)字仿真實訓平臺先行建設

在新形勢下，傳統(tǒng)教學模式已無法滿足工業(yè)機器人教學的客觀要求，構建“信息化、智能化”教學環(huán)境勢在必行。借助信息化手段先行建設工業(yè)機器人數(shù)字仿真實訓室，不僅有利于提高學生的參與性、教學的有效性、實訓的經濟性和設備的安全性，還可以緩解大量設施投入所帶來的經濟壓力，縮短上機實操時間，提高上機熟練度，降低學生初次上機操作的心理恐慌與擔憂，避免新手對設備的撞擊與破壞。

采用全虛擬數(shù)字仿真實訓或半虛擬數(shù)字仿真實訓，學生可以自主學習和探究工業(yè)機器人的使用方法，模擬訓練機器人運動模型創(chuàng)建、運動指令編寫、點到點運動精度控制、IO控制應用，對末端夾具、節(jié)拍時間、工作范圍等實施驗證[4]。還可以進行虛擬產品及工藝設計、虛擬與動手實訓、模擬操作考核，多層次整合教學資源，融合不同基礎實訓資源，實現(xiàn)信息資源共享。

通過數(shù)字仿真實訓培養(yǎng)學生的安全操作意識和規(guī)范操作意識，學生在實操前已初步掌握與工業(yè)機器人“打交道”的方法，巧妙突破實訓教學的重難點，有效避免實際操作的易錯點，從而不斷優(yōu)化解決方案，增加人機交互深度。

（四）智能制造實訓設施融合建設

工業(yè)機器人是集機械、電氣、數(shù)控、信息、傳感技術、人工智能于一體的集成產品，技術含量高、理論跨度大、涉及范圍廣。要掌握工業(yè)機器人必須從基礎抓起，從理論認知規(guī)律出發(fā)，夯實實訓中心的基礎設施設備建設，融合建設智能制造專業(yè)群相關基礎實訓設施，優(yōu)化一體化實訓教學環(huán)境，系統(tǒng)規(guī)劃、高端引領、分步實施。

智能制造專業(yè)群相關基礎技能實訓設施由機電基礎技能實訓設施、基礎機器人實訓套件、高級機器人實訓套件三部分組成。機電基礎技能實訓設施是所有實訓設施的基礎，主要包括電氣控制實訓室、電子裝接室、傳感器實訓室、單片機室、PLC室、調速室、網絡實訓室、液壓與氣動室、CAD/CAM實訓室、數(shù)控機床實訓室、機械拆裝室等基礎實訓設施。鑒于工業(yè)機器人的集成性和復雜性，實訓教學中須以機電基礎技能實訓為抓手，以項目化教學方法為切入點，在扎實融合智能制造專業(yè)群相關基礎技能之后，方能熟練地駕馭工業(yè)機器人。

在智能制造產線的引領下，學生由單一產線操作技術向智能化多線控制技術轉型，由機電基礎技能人才向智能制造綜合應用高技能人才轉型[5]。因此，實訓中須以工業(yè)機器人實訓中心建設為龍頭，以智能制造實訓基地建設為紐帶，以智能制造專業(yè)群融合建設為突破口，促進多專業(yè)知識與技能的交叉綜合應用，不僅能夠培養(yǎng)學生適應未來企業(yè)全方位技能的需求，還能提升專業(yè)教師的教學水平和創(chuàng)新能力，跟緊智能制造發(fā)展趨勢和最新技術，助力高職專業(yè)群協(xié)同改革和創(chuàng)新發(fā)展。

（五）工業(yè)機器人綜合應用實訓建設

工業(yè)機器人一般是工業(yè)生產中的中間環(huán)節(jié)，要想在生產中發(fā)揮更大作用，需配合機器人的各種末端，組成智能生產工作島。為此，工業(yè)機器人實訓中心需要設置智能制造綜合生產設施，即外圍應用技術設施。本實訓中心的外圍應用技術設施主要包括數(shù)控車床、數(shù)控加工中心、在線檢測系統(tǒng)、數(shù)字化料倉、RFID系統(tǒng)、智能生產管理系統(tǒng)、產線大數(shù)據，這些外圍應用技術設施與工業(yè)機器人共同構成智能生產工作島。

工業(yè)機器人應用技術實訓中心建設是一個復雜的系統(tǒng)工程，不是將外圍應用技術設施簡單組合起來就能用，需要對其進行編程，把工業(yè)機器人本體與控制系統(tǒng)、應用軟件、外圍應用技術設施等結合起來，組成一個完整的智能生產工作島，才能進行生產和實訓。即使學生通過數(shù)字仿真實訓設施學會了工業(yè)機器人的操作，并不等于學生掌握了工業(yè)機器人的應用[6]。因為工業(yè)機器人通常是生產系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)的工具，不是終端，調試與應用必須在整個生產系統(tǒng)中進行。因此，學生只有通過智能生產工作島的多種典型產品加工綜合訓練，才能增強工業(yè)機器人硬件和軟件的銜接，學會工業(yè)機器人常見應用程序的編寫和調試，熟悉外圍應用技術設施的使用與維護，掌握完整的智能制造生產加工方法和技能，最終從工業(yè)機器人的初學者成長為具備一定知識與能力的“熟練工”。

三、結語

隨著我國人口紅利逐漸消失，人工成本上漲和人口老齡化加劇，以工業(yè)機器人為代表的智能制造應用到各行各業(yè)，實現(xiàn)“機器換人”是大勢所趨;工業(yè)機器人高技能人才培養(yǎng)和工業(yè)機器人實訓中心建設的深度融合是關鍵;智能制造專業(yè)群基礎實訓設施、智能制造綜合生產設施與工業(yè)機器人的有機融合是根本;構建科學規(guī)劃、校企合作、開放共贏、產學研用一體、深度有機融合的工業(yè)機器人應用技術實訓中心，培養(yǎng)滿足智能制造創(chuàng)新發(fā)展要求的高技能人才是寧夏地區(qū)工業(yè)轉型升級的重要助推力。

參考文獻：

[1]張建國.工業(yè)機器人實訓基地的構建與探索[J].機械職業(yè)教育，2016（6）：40-42.

[2]王照信.工業(yè)機器人實訓基地的建設與研究[J].職業(yè)，2018（4）：97-98.

[3]張國新.產教深度融合實訓基地建設路徑與機制的探索[J].機械職業(yè)教育，2018（4）：37-39.

[4]陳盛.工業(yè)機器人實訓中心系統(tǒng)集成技術的應用研究[D].電子科技大學，2016.

[5]徐暢.高職院校智能制造實訓中心建設探討[J].輕工科技，2018，34（1）：156-157.

[6]孟廣斐.一體化課改理念下的技師學院校內實訓基地建設[D].浙江工業(yè)大學，2016.

◎編輯 馮永霞