應用技術(shù)大學校內(nèi)實訓基地建設探索與實踐

郭宇超 陳雷 李媛媛

摘? 要 闡述應用技術(shù)大學機器人工程專業(yè)校內(nèi)實訓基地建設的整體思考，從整體布局規(guī)劃到各訓練區(qū)功能設計，以人才培養(yǎng)方案中的實踐教學作為支撐點，搭建與生產(chǎn)實際相接軌的設備資源，構(gòu)建具有綜合性理念的頂層設計規(guī)劃方案及軟硬件條件兼容的建設新模式。

關(guān)鍵詞 應用技術(shù)大學;實訓基地;機器人工程

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）22-0132-03

Exploration and Practice on Construction of Practical Training Base in Applied Technology University//GUO Yuchao， CHEN Lei，

LI Yuanyuan

Abstract This paper expounds the overall thinking of the construc-tion of the training base of robot engineering specialty in applied technology university. From the overall layout planning to the func-tional design of each training area， the practical teaching in the talenttraining scheme is taken as the support point， and the equipment resources that are in line with the actual production are built， and the?top-level design planning scheme with comprehensive concept and the construction new construction with compatible software and hardware conditions are constructed pattern.

Key words applied technology university; training base; robot engi-neering

1 引言

進入21世紀，隨著我國社會主義市場經(jīng)濟和社會組織多元化的不斷發(fā)展，高等教育進入跨越式發(fā)展階段[1]。2002年，我國高等教育邁入大眾化進程，高級技師、工程師等高素質(zhì)高層次人才成為社會急需的人才[2]。應用技術(shù)大學作為國家培養(yǎng)應用型人才的重點輸送環(huán)節(jié)，在整個人才就業(yè)體系中具有承上啟下的作用。隨著“中國制造2025”等一系列國家重大戰(zhàn)略部署的提出和實施，新時代、新形勢下對應用型、復合型人才的需求和培養(yǎng)面臨巨大的挑戰(zhàn)與抉擇。應用型本科教育作為高等教育體系中的重要環(huán)節(jié)，是一種技術(shù)專業(yè)型教育。對于工科類專業(yè)來說，它培養(yǎng)的是具有技術(shù)創(chuàng)新意識、專業(yè)基礎理論扎實、實踐動手能力強、崗位適應能力快、面向企業(yè)生產(chǎn)的應用型工程師，能夠解決和處理生產(chǎn)實踐中的技術(shù)問題，因此，實踐能力的培養(yǎng)是學校人才培養(yǎng)方案的重點。

實習實訓基地是高等教育培養(yǎng)實踐能力的重要平臺，主要以校外實習基地和校內(nèi)實訓基地進行劃分。校外實習基地主要承擔認識實習和生產(chǎn)實習等實踐教學任務，校內(nèi)實訓基地主要承擔校內(nèi)集中性實踐環(huán)節(jié)的課程任務;前者主要依托企業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境和特點，后者更側(cè)重課程體系中的知識點總結(jié)和動手操作。兩者都是人才培養(yǎng)方案中實踐教學體系的重要組成部分，也是學生職業(yè)素養(yǎng)形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

校內(nèi)實訓基地作為應用型人才培養(yǎng)的重要場所，一方面可以加強雙師型教師的培養(yǎng)，另一方面為專業(yè)技術(shù)開發(fā)和培訓應用等進行資源配置。黑龍江東方學院機器人工程專業(yè)于2017年獲批教育部普通高等學校新增備案本科專業(yè)，2018年正式招收該專業(yè)本科生，在發(fā)揮自身辦學優(yōu)勢的同時，先后與哈爾濱展達機器人有限公司、蕪湖哈特機器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司達成校企合作專業(yè)共建協(xié)議，積極推動機器人工程專業(yè)實習實訓基地的建設。

結(jié)合國家教育部門對本科教學人才培養(yǎng)體系的指標要求，同時依據(jù)應用技術(shù)大學自身辦學定位的特點，首先確定機器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)的目標，然后制訂新修訂的專業(yè)人才培養(yǎng)方案。為滿足人才培養(yǎng)方案中實踐教學體系的實施，實踐教學資源需配置相應的實驗實訓室或校內(nèi)實訓基地，特此制訂機器人工程專業(yè)校內(nèi)實訓基地建設方案，以滿足正常教學使用。關(guān)于校內(nèi)實訓基地建設方案的提出，已充分體現(xiàn)機器人工程專業(yè)未來發(fā)展趨勢與應用動向，已考慮工業(yè)機器人在生產(chǎn)中的特點和種類，覆蓋內(nèi)容較全面。以提高學生的職業(yè)素養(yǎng)和實踐能力為目標，以就業(yè)和崗位適應性為導向，結(jié)合人才培養(yǎng)方案與硬件設施的匹配開展基地建設工作，將實訓基地建設成包含實訓設備、虛擬仿真、離線編程、創(chuàng)新訓練和師資培訓等五大類教學資源的校內(nèi)實踐基地。

2 建設規(guī)劃方案

校內(nèi)實訓基地建設，解決方案以“工業(yè)4.0”為背景，緊貼“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略，結(jié)合當前最前沿的工業(yè)機器人技術(shù)，為學校搭建一個培養(yǎng)應用型、復合型人才的平臺，同時為工業(yè)機器人技術(shù)推廣和發(fā)展提供一個展示舞臺，推進區(qū)域制造業(yè)向智能化改革的步伐[3]。

整體布局規(guī)劃? 機器人校內(nèi)實訓基地總體建設面積約1000 m2，分布在第一教學樓的四個250 m2房間，以工業(yè)機器人為主線，按教學模塊劃分，包括基礎訓練區(qū)、機器人訓練區(qū)、工業(yè)機器人綜合訓練區(qū)、創(chuàng)新實踐訓練區(qū)，具體布局情況如圖1～圖4所示。四部分區(qū)域既相互區(qū)分又相互聯(lián)系，由淺入深，由單機訓練到系統(tǒng)集成，由教學機器人到工業(yè)機器人，由實訓平臺模擬到實際工況應用。其知識結(jié)構(gòu)具有連續(xù)性，讓學生逐步掌握機器人技術(shù)、工業(yè)機器人現(xiàn)場應用與操作、工業(yè)控制與運動控制等機器人實用技術(shù)，在掌握機器人高級技術(shù)應用的同時，訓練學生的動手操作能力和故障檢測維護能力。

基礎訓練區(qū)? 本區(qū)域主要布局三類實訓設備，即機電系統(tǒng)連接與控制實訓平臺、雙軸控制實訓平臺、機器人關(guān)節(jié)和驅(qū)動器實訓平臺，如圖1所示。通過專業(yè)基礎課程的學習，學生對理論知識的理解通過實訓項目進行反饋，主要針對機電類相關(guān)的課程開設實訓項目。按照現(xiàn)有班級人數(shù)分布情況，每種設備五臺套，平均每臺安排4～5名學生實行小班授課，同一區(qū)域每次只設置一門實訓，避免相互影響，提高實訓質(zhì)量。

1）機電系統(tǒng)連接與控制實訓平臺。本單元主要包括交流伺服電機及驅(qū)動單元、步進電機及驅(qū)動單元、直流電機及調(diào)速單元、交流電機及變頻器、觸摸屏、PLC控件等。

2）雙軸控制實訓平臺。本單元采用CNC模塊控制器、XY軸執(zhí)行機構(gòu)、Z軸升降氣缸、手指氣缸、軌跡描繪機構(gòu)、步進電機及驅(qū)動器、編程軟件等部分組成。系統(tǒng)具有CNC控制器指令編程、雙軸定位運動控制、直線插補技術(shù)應用、圓弧插補技術(shù)應用、簡單物料搬運功能等。

3）機器人關(guān)節(jié)和驅(qū)動器實訓平臺。本單元采用多個串聯(lián)關(guān)節(jié)機構(gòu)模塊、控制軟件、氣動手爪及附件等組成。通過電腦控制機器人的運動，讓學生直觀地了解機器人的運動方式以及控制指令，同時可以進行二次開發(fā)。

機器人訓練區(qū)? 本區(qū)域主要布局四類實訓設備，分別是品牌機器人示教實訓平臺、VR機器人虛擬仿真實訓平臺、機器人離線編程實訓、機器人拆裝平臺，如圖2所示。機器人訓練區(qū)主要為機器人認識和操作實訓開展集中性實訓課程，每人實訓學時為兩周，從虛擬到真實過度，循序漸進，讓學生充分了解機器人的應用。ABB和KUKA是世界使用占比最大的機器人，讓學生熟悉此類機器人的功能情況，掌握生產(chǎn)中常用的示教方法和編程模式，開闊視野，與生產(chǎn)實際接軌。VR機器人虛擬仿真和機器人離線編程實訓平臺，通過VR設備和計算機輔助軟件的運用，一方面提升學生的學習興趣，另一方面緩解設備資源數(shù)量不足的情況。同時，虛擬軟件與機器人拆裝平臺是配對使用，虛實結(jié)合，每個結(jié)構(gòu)均可拆裝，使學生更深入了解機器人內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)，鍛煉學生動手和裝配機器人零部件的能力。

工業(yè)機器人綜合訓練區(qū)? 本區(qū)域主要布局六類實訓設備，包括工業(yè)機器人焊接工作站、工業(yè)機器人搬運工作站、工業(yè)機器人沖壓工作站、工業(yè)機器人視覺分揀工作站、AGV尋跡模塊和自動化生產(chǎn)線模塊，如圖3所示。各類型工作站覆蓋了常見工業(yè)機器人的類型，如六自由度關(guān)節(jié)臺面型、六自由度關(guān)節(jié)落地型、并聯(lián)機器人和SCARA機器人。同時，針對生產(chǎn)制造中工業(yè)機器人常見的工作類型進行普及，如搬運碼垛、氣體保護焊接、沖壓、快速分揀和自動化流水線等。

1）工業(yè)機器人焊接工作站，主要由六軸機器人、焊機、送絲裝置、焊槍、清槍站等組成。設備融合了工業(yè)機器人與自動焊接等先進的自動化技術(shù)于一體，采用大型鋼板落地式結(jié)構(gòu)，讓學生了解工業(yè)串聯(lián)弧焊機器人的結(jié)構(gòu)原理，熟悉機器人自動焊接（弧焊）工藝，掌握弧焊工業(yè)機器人的編程操作和日常維護作業(yè)的基本技巧與方法。

2）工業(yè)機器人搬運工作站，主要由六自由度工業(yè)機器人、裝配物料臺、電氣控制柜、安全護欄等組成，可完成工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)的認知、示教系統(tǒng)的控制模式和常用搬運作業(yè)工具的使用，實現(xiàn)零件的搬運、碼垛、裝配等操作。

3）工業(yè)機器人視覺分揀工作站，主要由并聯(lián)機器人、雙皮帶輸送線、機器視覺等組成，融合了工業(yè)機器人與機器視覺等先進技術(shù)于一體，體現(xiàn)了機器人的分揀和視覺定位跟蹤技術(shù)，把物料無序隨機地放置到輸送帶上，機器人能夠準確抓取工件，進行正確擺放。讓學生了解視覺機器的設置模式，掌握系統(tǒng)中出現(xiàn)故障問題進行診斷處理的方法。

4）自動化生產(chǎn)線模塊。系統(tǒng)可進行自動上料、識別、分揀、抓取、裝配等功能，是先進制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的深度結(jié)合，可以清楚掌握生產(chǎn)的可控性，實時正確地搜集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)以及進行合理的生產(chǎn)計劃編排等。

創(chuàng)新實踐訓練區(qū)? 本訓練區(qū)主要是為機器人工程專業(yè)學生參加課外科技創(chuàng)新競賽搭建的互動平臺，通過每學年組織的學生科技創(chuàng)新作品申報項目，經(jīng)過專家評審批準的給予經(jīng)費資助，同時為積極參加省級以上項目做準備。場地布局主要包括工具柜、設備臺以及作品展柜等，對于有特殊要求的競賽或項目，也可以搭建臨時模擬賽場，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，為學生創(chuàng)造一個實用、好用、管用的實訓環(huán)境，如圖4所示。

3 達成效果

機器人工程專業(yè)校內(nèi)實訓基地在經(jīng)過前提充分調(diào)研與論證后，于2019年完成整體建設工作，按照規(guī)劃和設想的方案，建成四個訓練區(qū)，實訓基地現(xiàn)場如圖5所示。同時，按照新版人才培養(yǎng)方案指南，先后完成機器人工程專業(yè)兩個年級的校內(nèi)實訓任務，課堂效果顯著，學生滿足度極高。

4 結(jié)語

新工科背景下的校內(nèi)實訓基地建設，以應用技術(shù)大學機器人工程專業(yè)為實例開展建設，依托人才培養(yǎng)方案中的實踐教學作為支撐點，搭建與生產(chǎn)實際相接軌的設備資源，進一步契合國家創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，保持其在人才培養(yǎng)、社會服務中的先進性、示范性和可持續(xù)發(fā)展，在多學科交叉融合及優(yōu)質(zhì)教學資源共享等方面作了前瞻性規(guī)劃與設計，并付諸實施，構(gòu)建了綜合性頂層設計方案及軟硬件條件支持的可持續(xù)發(fā)展的建設新模式，并取得較好的建設成效[4]。■

參考文獻

[1]宋幸輝，王曉琳，汪洋，等.應用型本科人才培養(yǎng)模式的探索與思考[J].鄭州牧業(yè)工程高等專科學校學報，2015（3）：28-30.

[2]朱靜，沈國良，徐鐵軍，等.培養(yǎng)應用型本科人才建設校內(nèi)實習實訓基地[J].化工時刊，2019（3）：55-57.

[3]徐生明，楊久川.校企共建智能制造生產(chǎn)性實訓基地的研究與實踐[J].農(nóng)機使用與維修，2018（12）：60-62.

[4]楊祖幸，陳艷，賴春霞.實驗教學示范中心可持續(xù)發(fā)展模式探索與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2018（7）：226-223，228.