張建國

【摘 要】工業(yè)機器人將成為中國制造2025重點戰(zhàn)略任務之一，要使這一重點任務的落地，關鍵在于人才。培養(yǎng)造就當今企業(yè)急需的工業(yè)機器人應用與維護技術人才，學校建設工業(yè)機器人實訓基地是保障。文章從對工業(yè)機器人的認知過程出發(fā)，系統(tǒng)地闡述了工業(yè)機器人實訓基地的建設思路。

【關鍵詞】工業(yè)機器人實訓基地 建設架構 背景 必要性 特殊性

2014年6月，國家主席習近平在兩院大會上指出：“機器人革命有望成為第三次工業(yè)革命的一個切入點和重要增長點，將影響全球的制造業(yè)格局。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)新與高端制造業(yè)水平的重要標志?！彪S著中國制造業(yè)的迅猛發(fā)展，工業(yè)機器人在制造業(yè)領域中的重要作用越來越凸顯。中高等職業(yè)教育是培養(yǎng)新技術人才的搖籃，因此工業(yè)機器人實訓基地的建設在人才培養(yǎng)中起著至關重要的作用。

一、實訓基地建設的背景與現(xiàn)狀

（一）實訓基地建設的背景

據國際機器人聯(lián)合會統(tǒng)計，2012年外資企業(yè)在華銷售工業(yè)機器人總量超過2.7萬臺，較上年增長20%。2014年中國市場共銷售工業(yè)機器人近5.6萬臺，占全球銷量的四分之一，成為全球第一大工業(yè)機器人市場。國際機器人聯(lián)合會預測，不超過2016年，中國全球機器人保有量有望超過13萬臺，同時也是全球需求最大的市場。伴隨著我國大量工業(yè)機器人投入使用，另一個隱憂隨之浮出水面，那就是工業(yè)機器人應用的高技能人才出現(xiàn)青黃不接的荒地。哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所所長、教育部長江學者孫立寧教授指出：“按照目前中國機器人安裝量增長速度，人才需求早處于干渴狀態(tài)了?！笔卒撃新镜臈顚毶浇浝肀硎荆骸安粌H其客戶需要工業(yè)機器人現(xiàn)場編程、應用操作及機器人自動化線維護等方面的人才，公司本身也需要大量從事工業(yè)機器人安裝調試和售后服務等工作的專門人才?！辫b于國際、國內工業(yè)機器人市場的現(xiàn)狀，筆者認為，要解決工業(yè)機器人的高技術人才匱乏，必須首抓人才的培養(yǎng)，而人才培養(yǎng)的主要途徑靠學校，因此學校建設好相應的專業(yè)實訓基地是當務之急。

（二）實訓基地建設的現(xiàn)狀

工業(yè)機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。由于工業(yè)機器人擁有著靈活的多關節(jié)機械手，其自由度相當大，因此人們可以直接使用預設流程的程序進行運行操控。隨著工業(yè)機器人的不斷進步，人工智能技術的成熟，工業(yè)機器人還可以自由判斷其最有利的工作路徑和方式，來提高工作效率和性能質量。為了使學生掌握工業(yè)機器人的應用與維護技能，目前多數(shù)學校利用原有的機械拆裝實訓室、電工電子裝接實訓室、PLC控制編程實訓室、液壓氣動實訓室及網絡通信實訓室作為基礎實訓室，再添加幾臺工業(yè)機器人工作站組建成工業(yè)機器人實訓室或實訓中心。這種實訓室往往由于受到資金的限制，同一方案的機器人臺數(shù)較少甚至只有一臺，因此，實施技能教學想要學生人人動手，難度較大，教學效果不夠理想。當然也有些學校為了降低設備的投入成本，選用了教學用的機器人。由于這種串聯(lián)型機器人的控制系統(tǒng)采用步進電機等，與目前企業(yè)大多用的六關節(jié)機器人差距較大，缺少核心，顯然很難做到實訓教學與崗位工作無縫對接。

二、實訓基地建設的必要性和特殊性

（一）實訓基地的建設是培養(yǎng)高技術人才的重要基礎

實訓教學不僅是培養(yǎng)學生專業(yè)領域實際工作的基本能力、基本技能和職業(yè)素質的關鍵環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學生創(chuàng)造能力、開發(fā)能力、獨立分析和解決問題能力的有效手段，是職業(yè)教育實現(xiàn)以就業(yè)為導向，學生優(yōu)質就業(yè)的根本途徑。要使專業(yè)實訓教學正常開展，學校必須提供與其專業(yè)相適應的具有一定職業(yè)環(huán)境的實訓條件。

（二）實訓基地的設備是制約人才培養(yǎng)的重要因素之一

筆者從對江蘇、浙江、上海、廣東等省市已開設工業(yè)機器人應用專業(yè)的學校調研情況看，與工業(yè)機器人相關的實訓設備配套不足或對設備的選型不當，是制約工業(yè)機器人專業(yè)學生的培養(yǎng)質量重要因素之一。根據人力資源和社會保障部的專業(yè)培養(yǎng)目標，工業(yè)機器人應用與維護要培養(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。要達到上述目標，除了對學生進行理論教學外，必須進行充分的基礎技能訓練與專業(yè)技能訓練，而要達成實際操作訓練要求，足量及適型的實訓設備是保障。

（三）實訓基地的建設是一個復雜的系統(tǒng)工程

工業(yè)機器人是一個復雜的系統(tǒng)工程，不是買來就能用的，需要對其進行編程，把機器人本體與控制軟件、應用軟件、周邊設備等結合起來，組成一個完整的工作站，才能進行生產。而這個生產又不同于原有的生產，它常常是在一個閉環(huán)系統(tǒng)中進行，一旦設置調試完畢，它便周而復始地循環(huán)生產。即使學生通過仿真軟件或示教器學會了編寫機器人程序，但也不等于學生掌握了機器人的應用。因為機器人通常是生產系統(tǒng)中間環(huán)節(jié)的工具，不是終端，因此它的調試與應用都必須是在整個生產系統(tǒng)中進行。

三、實訓基地的建設架構

在當前工業(yè)機器人急需操作與應用人才，而職業(yè)教育又面臨滯后的情況下，要加快推動機器人專業(yè)人才的培養(yǎng)，單純依靠學校的力量，已經顯得較為薄弱。因此實訓基地的建設采取校企聯(lián)合、合作共建的模式，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)。在建設校內實訓室時應注意掌握以下原則：方便實訓教學原則、循序漸進原則、模塊化設計利于集成原則、項目源于工程原則、支持仿真教學原則。校內實訓室建設以基礎技能及工作站為主，綜合應用為輔，統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施。

為使學生成為從事工業(yè)機器人設備安裝、編程、調試的高級技能人才，筆者通過對嘉興技師學院工業(yè)機器人實訓基地建設的策劃、探索與實踐，采用了以下建設架構：

（一）通用技能實訓室是基礎

工業(yè)機器人是機電合一的高技術含量的產品，要駕馭其設備必須以機、電等基礎技能為抓手。按照高技能人才培養(yǎng)的要求，本著“實際、實踐、實用”為原則，設置通用技能實訓室，如：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、機械拆裝室等。通過實訓，使學生完成通用工作的基礎技能操作并達到其要求，為工業(yè)機器人的基本技能實訓打下良好的基礎。

（二）微型機器人實訓室是興奮劑

為激發(fā)學生學習機器人的興趣，提高學生的探究能力，創(chuàng)設微型機器人實訓室。以微型機器人為實訓對象，創(chuàng)新實訓教學內容、方法和手段，全面引進先進教學實訓模式，使學生能在“玩中學、學中玩”，提高學生的探究能力、創(chuàng)新能力和動手能力，提升整個教學實訓水平，并不斷地擴展和延伸，使之能夠廣泛適用于各個專業(yè)教學實踐和創(chuàng)新要求。讓學生在認識和學習機器人基礎知識的過程中形成系統(tǒng)化的認識，并將所學到的機械、電路、信號、檢測、控制、軟件與系統(tǒng)等課程的內容融會貫通，理論聯(lián)系實踐。學生通過搭建各種自動機構與機械手等建立工程自動化機器和自動化系統(tǒng)，提升學生對零件、機構、機器、電氣、編程及信息的理解與聯(lián)系，為真正進入工業(yè)機器人的學習奠定扎實的基礎。

（三）數(shù)字仿真實訓室是潤滑劑

工業(yè)機器人虛擬仿真實訓室的建立，有利于提高學生的參與性，同時對經濟的有效性及設備安全性均有較大的提高。通過建虛擬仿真實訓室，可以緩解大量設備的投入所帶來的經濟壓力，縮短上機時間，還可以避免因新學專業(yè)而對設備的撞擊與破壞，也可以避免學生初次操作心理的恐慌與擔憂。虛擬仿真又分兩種方式，一種全虛擬的，另一種是半虛擬的。全虛擬即機器人本體、控制器及示教器全部是虛擬的；而半虛擬，除機器人本體虛擬外，其余部分是實體的，可以實施一機多臺，這樣學生操作時有手感并且將來適應面廣。通過虛擬實訓室的實訓學生可以掌握機器人的運動模型創(chuàng)建、點到點與運動精度的控制，還可對末端夾具、節(jié)拍時間、工作范圍等實施驗證，從而不斷優(yōu)化解決方案，實現(xiàn)人機交互。

（四）工業(yè)機器人基本技能實訓室是紐帶

工業(yè)機器人的基本技能實訓室是將原來單一專業(yè)方向的實習向復合方向實習過渡與轉換的關鍵環(huán)節(jié)，通過簡易單體的機器人操作，加強學生安全意識與規(guī)范意識的培養(yǎng)，讓學生初步掌握如何與工業(yè)機器人“打交道”，知道如何使機器人動起來。在工業(yè)機器人基本實訓中心，學生通過這個環(huán)節(jié)的實訓，掌握工業(yè)機器人示教器的安全與規(guī)范操作，以及點位示教、基本運動指令編寫、常用參數(shù)的設置、IO控制應用及多種場合下線面程序的編輯等操作本領。

（五）工業(yè)機器人應用實訓中心是核心

工業(yè)機器人一般是工業(yè)生產中的中間環(huán)節(jié)，目前主要起到的作用大多是搬運功能，要想在生產中發(fā)揮更大的作用，就必須配合機器人的各種末端組成應用工作站，為此在規(guī)劃工業(yè)機器人實訓中心時有必要設置應用實訓中心。通過中心的實訓，學生從工業(yè)機器人的基本技能的初學者成長為具備一定知識與操作技能并能解決簡單問題的“熟練工”。在這個實訓環(huán)境中，主要通過工業(yè)機器人多種典型的工作任務，如分揀、碼垛、上下料、焊接、裝配和噴涂等基礎應用單元的學習，讓學生加強工業(yè)機器人硬件系統(tǒng)和配套軟件的銜接，熟悉包含機器人本體以外的外設機電系統(tǒng)的應用與維護。在工作站中，要求學生掌握工業(yè)機器人本體與控制器的安裝接線、工業(yè)機器人初始化與參數(shù)恢復、工業(yè)機器人與PLC的IO通訊、工業(yè)機器人的IO接線、工業(yè)機器人常見應用程序的編寫與調試及工業(yè)機器人控制末端的選擇等的操作與基本應用技術。

（六）工業(yè)機器人綜合應用實訓中心是翅膀

機器人工作站多數(shù)用在產品生產工藝簡單的場合，對于產品工藝復雜的生產，常用綜合應用中心或自動生產線，它可以實施多臺機器人間的協(xié)作作業(yè)從而實現(xiàn)自動化生產。學生在工業(yè)機器人綜合應用實訓中心或生產線現(xiàn)場，可以通過大量的案例操作，學習到工業(yè)機器人在多領域應用的系統(tǒng)，其中包括機器人本體的裝調、外設自動化機電設備的裝調、單元程序的設計、控制電氣單元的設計及末端控制器的選擇、設計與調試等任務的學習。這時需要與真實加工生產線一致的多數(shù)量、多種類的工業(yè)機器人綜合系統(tǒng)來進行“實戰(zhàn)訓練”，通過對真實的自動化生產線的操作、保養(yǎng)、維護及維修推動專業(yè)綜合知識與技能的學習與提升。實現(xiàn)這個目標是一個漸進的過程，需要通過大量的實訓、實習來獲取技能，從而促進學生的綜合分析能力與解決問題能力的全面提高。

機器人是集機械、電氣、信息、傳感器及氣動于一體的集成產品，技術含量高，理論跨度大。要掌握應用與維護機器人必須從基礎抓起，從理論認知規(guī)律出發(fā)，夯實實訓基地的基礎設施設備，優(yōu)化一體化教學的實訓環(huán)境，系統(tǒng)規(guī)劃，高端引領，分步實施。

在“機器人革命有望成為第三次工業(yè)革命的一個切入點和重要增長點，將影響全球的制造業(yè)格局”的今天，工業(yè)機器人的實訓基地建設尤為重要。筆者認為：如果實訓基地的建設采用科學規(guī)劃、合理造型、校企合作、產學研用一體，就能為快速培養(yǎng)出合格的企業(yè)急需的專業(yè)人才奠定基礎，就能讓職業(yè)教育更好地服務于工業(yè)的轉型升級！

【參考文獻】

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[3]廣東三向集團有限公司.工業(yè)機器人應用與維護專業(yè)建設整體解決方案[Z].