杜俊+牟占斌

摘 要：各類資訊和大量文獻(xiàn)表明：世界正處于以信息技術(shù)為核心的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，機(jī)器人等技術(shù)的重大突破正在重構(gòu)制造業(yè)技術(shù)體系，智能制造成為制造業(yè)發(fā)展的方向。中國成為世界制造業(yè)大國，《中國制造2025》為中國制造實(shí)現(xiàn)“中國創(chuàng)造”指明了方向。中國工業(yè)進(jìn)入了“機(jī)器換人”時(shí)代，職業(yè)學(xué)校機(jī)械大類專業(yè)對接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，精心設(shè)計(jì)、開設(shè)實(shí)踐平臺(tái)課程《機(jī)器人拆裝與編程》，營造“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的氛圍，培養(yǎng)滿足制造業(yè)創(chuàng)新需求的、生產(chǎn)第一線具有創(chuàng)新意識和獨(dú)立思考能力的多樣化技術(shù)技能人才，這些要求使得職業(yè)學(xué)校專業(yè)升級成為必然選擇。

關(guān)鍵詞：智能制造；中國制造2025；機(jī)器人平臺(tái)課程開發(fā)

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】1008-1216（2017）04B-0051-04

中國作為世界公認(rèn)的制造業(yè)大國，發(fā)展以工業(yè)機(jī)器人為核心的智能制造技術(shù)成為快速推進(jìn)工業(yè)化進(jìn)程的必由之路。據(jù)中國報(bào)告大廳發(fā)布的《2013-2017年中國工業(yè)機(jī)器人行業(yè)競爭格局分析及發(fā)展趨勢研究報(bào)告》指出，中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，加速傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，這將帶來一場新的產(chǎn)業(yè)變革。清華大學(xué)負(fù)責(zé)國家機(jī)器人項(xiàng)目的院士認(rèn)為：在“工業(yè)4.0”時(shí)代，中國制造業(yè)實(shí)現(xiàn)彎道超車的關(guān)鍵之一就是以機(jī)器人為代表的智能化發(fā)展。

一、 智能制造是未來工業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢

中國——德國工業(yè)4.0解決方案論壇暨中德高科技投資對接會(huì)于2016年 7月29日在深圳舉辦，德國多家先進(jìn)智能制造企業(yè)和多名專家匯集深圳，展示工業(yè)4.0的先進(jìn)技術(shù)解決方案和先進(jìn)高科技產(chǎn)品，并與中國企業(yè)面對面交流探討，使中國企業(yè)零距離了解德國工業(yè)企業(yè)的領(lǐng)先技術(shù)和市場模式。中德工業(yè)主打智能制造的“工業(yè)4.0”不僅在德國也在中國成為備受關(guān)注的話題，智能制造被公認(rèn)為是未來工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的方向，是“中國制造”智能升級，由大到強(qiáng)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)“中國創(chuàng)造”的必經(jīng)之路。

（一）智能制造的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

大量文獻(xiàn)表明：世界正處于以信息技術(shù)為核心的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，機(jī)器人、云制造、3D打印等技術(shù)的重大突破正在重構(gòu)制造業(yè)技術(shù)體系；物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大規(guī)模生產(chǎn)與個(gè)性化定制結(jié)合、精準(zhǔn)供應(yīng)鏈等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)制造模式正在重塑產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈體系；全球制造業(yè)孕育著制造技術(shù)體系、制造模式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)和價(jià)值鏈的巨大變革。

人類已經(jīng)歷了三次工業(yè)革命：工業(yè)1.0蒸汽機(jī)時(shí)代，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化；工業(yè) 2.0電氣化時(shí)代，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化；工業(yè) 3.0信息化時(shí)代，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化。工業(yè)4.0 就是綜合運(yùn)用信息物理系統(tǒng)（CPS，Cyber-Physical-Systems）將資源、信息、物品和人進(jìn)行互聯(lián)，從而創(chuàng)造物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)，進(jìn)而，將這種服務(wù)模式用于工業(yè)領(lǐng)域，促進(jìn)制造業(yè)智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。面對制造業(yè)的新挑戰(zhàn)，各個(gè)國家和區(qū)域都采取了一些措施：

美國，2011年推出 “AMP計(jì)劃”，重振美國制造業(yè)，互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合制造業(yè)，依托科技進(jìn)步，推動(dòng)高端制造業(yè)發(fā)展，占領(lǐng)世界制造業(yè)制高點(diǎn)。英國，推出英國制造2050，發(fā)展高價(jià)值制造。德國，2012年推動(dòng)“工業(yè)4.0計(jì)劃”，目的在于確保德國制造業(yè)的國際競爭力，推動(dòng)德國制造業(yè)從圍繞產(chǎn)品生產(chǎn)，向數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用基礎(chǔ)上的智能模式轉(zhuǎn)變，打造全球領(lǐng)先的市場與供應(yīng)商。日本，2013年提出 “日本產(chǎn)業(yè)重振計(jì)劃”，通過設(shè)備和研發(fā)重振制造業(yè)。韓國，2014年提出“制造業(yè)創(chuàng)新3.0策略”，協(xié)助中小企業(yè)建立智慧化與優(yōu)化生產(chǎn)程序。印度，提出實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)政策，打造印度制造，實(shí)現(xiàn)數(shù)字印度。中國，2015年推出 “中國制造2025”，力爭從制造大國邁入制造強(qiáng)國。由此可知，世界強(qiáng)國紛紛提出制造業(yè)對策有兩個(gè)共同點(diǎn)：一是應(yīng)用智能自動(dòng)化技術(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)流程，節(jié)省能源與成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。二是推進(jìn)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用。全球進(jìn)入了以信息技術(shù)為核心的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，智能制造成為世界制造業(yè)發(fā)展的客觀趨勢。智能制造也是我國制造業(yè)發(fā)展的內(nèi)在要求和實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級的必然選擇。

（二）“中國制造2025”是中國邁向制造強(qiáng)國的第一步

“中國制造2025”被譽(yù)為中國版工業(yè)4.0，智能制造是“中國制造2025”的核心。我國工業(yè)化進(jìn)程分三個(gè)時(shí)期：初期，90年以前；中期到2020年，基本實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；后期是2020年以后進(jìn)入后工業(yè)發(fā)展時(shí)期。后工業(yè)發(fā)展時(shí)期分三步走：第一步到2025年，工業(yè)發(fā)展水平進(jìn)入世界第二陣營；2035年進(jìn)入世界第二陣營前列，達(dá)到德國水平；到2050年建國100周年，進(jìn)入世界第一陣營，與美國并駕齊驅(qū)。目前我國與世界強(qiáng)國同樣站在新一輪工業(yè)革命機(jī)遇面前，但我國工業(yè)發(fā)展水平不均衡，工業(yè) 2.0、工業(yè) 3.0、工業(yè) 4.0 并行的發(fā)展背景下，“中國制造2025”提出了走積極探索、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量效益高、綠色制造、服務(wù)型制造的新型工業(yè)道路，推進(jìn)工業(yè)化和信息化高質(zhì)量融合，吹響了邁上第一臺(tái)階的號角。

工業(yè)機(jī)器人是智能制造騰飛的代表與象征。2015年，中國每10000名制造工人中僅有36臺(tái)機(jī)器人，世界排名第28位。2016年，中國以8.5萬臺(tái)的工業(yè)機(jī)器人訂單量位居全球工業(yè)機(jī)器人訂單總量的首位（去展網(wǎng)），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過日本、韓國、德國等第二陣營國家。中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)會(huì)長王瑞祥近日表示，到2020年，中國每10000名制造工人中的機(jī)器人數(shù)量將提高到150臺(tái)，也就是說，中國準(zhǔn)備在2020年打造10萬臺(tái)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)業(yè)機(jī)器人?？萍嫉倪M(jìn)步與發(fā)展實(shí)現(xiàn)了人類童話故事中上天、入地、千里眼、順風(fēng)耳等很多夢想，現(xiàn)代科技使機(jī)器人走到我們的身邊，又一次使人類千百年來追求的夢想成為現(xiàn)實(shí)。機(jī)器人作為智能制造的代表，已經(jīng)成為人們工作生活中的親密朋友，它們幫助人們到海洋搜索資源、到太空作業(yè)、深山搜救、戰(zhàn)場偵察、手術(shù)開刀等等急難險(xiǎn)重的場所，可謂無處不在，無所不能；在生活中它們幫助我們照顧老人、清理地板，提供各種舒心服務(wù)，還有很多的機(jī)器人玩具、機(jī)器人坦克，極受幼兒、青少年的喜愛。隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，促使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性變化，將對人類社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。中國已經(jīng)進(jìn)入“機(jī)器換人”的大潮，成為全球機(jī)器人消費(fèi)大國，中國進(jìn)入了全球產(chǎn)業(yè)革命的“工業(yè)4.0”時(shí)代，正邁著堅(jiān)定的步伐由 “制造大國”走向“智造大國”。endprint

“中國制造2025”把創(chuàng)新擺在制造業(yè)發(fā)展全局的核心位置，推動(dòng)跨領(lǐng)域、跨行業(yè)的系統(tǒng)創(chuàng)新。創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的本質(zhì)在于人，質(zhì)量的保證要靠人，綠色發(fā)展的基礎(chǔ)在于人，結(jié)構(gòu)優(yōu)化也需要人去推進(jìn)。對于制造業(yè)，創(chuàng)新來源于生產(chǎn)實(shí)踐，來自于生產(chǎn)第一線，技能型人才是制造業(yè)創(chuàng)新的主體，是推動(dòng)制造業(yè)創(chuàng)新性發(fā)展的基礎(chǔ)。因此，職業(yè)學(xué)校要營造“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的氛圍，要培養(yǎng)具有獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新意識的多樣化專業(yè)技術(shù)人才，提升為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級服務(wù)的能力。

二、職業(yè)學(xué)校開設(shè)“機(jī)器人組裝與編程”課程的思考

（一）智能制造時(shí)代發(fā)展的趨勢

我國正在推動(dòng)“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，“工業(yè)4.0”，《中國制造2025》戰(zhàn)略的核心就是實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備、產(chǎn)品三者之間實(shí)時(shí)聯(lián)通和相互有效交流，構(gòu)建一個(gè)高度靈活的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、個(gè)性化的智能制造時(shí)代。作為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代原住民的00后，中職學(xué)生熟悉并適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，不愿意從事簡單的重復(fù)勞作，“機(jī)器換人”已成為社會(huì)發(fā)展的重要趨勢，是時(shí)代發(fā)展的必然狀態(tài)。如果說曾經(jīng)的機(jī)器人主要替代重體力勞動(dòng)和復(fù)雜勞動(dòng)，解放并延展了人類的四肢，今天智能制造背景下的機(jī)器人則開發(fā)了人類的大腦，延伸了人類的智慧，機(jī)器人可以思考、判斷、選擇、決策，機(jī)器人像智能手機(jī)一樣會(huì)影響、改變?nèi)祟惖纳罘绞健?/p>

在美國、德國、日本等國家，中小學(xué)開設(shè)了機(jī)器人課程，2016年7月28日，我國第16屆中國青少年機(jī)器人競賽落下帷幕，全國30個(gè)省市的約500支參賽隊(duì)伍，參加了主題為“絲路圓夢”的機(jī)器人綜合技能比賽，主題為“變廢為寶”的FLL機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽等五個(gè)項(xiàng)目的比賽。機(jī)器人技術(shù)的廣泛應(yīng)用、機(jī)器人課程的全面開發(fā)、機(jī)器人活動(dòng)與競賽的大規(guī)模舉辦已經(jīng)成為全球智能制造時(shí)代的特征。

（二）職業(yè)學(xué)校專業(yè)升級的職責(zé)

順應(yīng)“中國制造2025”、德國工業(yè)4.0的時(shí)代背景，學(xué)校設(shè)置與“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)的專業(yè)，構(gòu)建與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的專業(yè)群，培養(yǎng)更加緊密對接區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求的人才，是職業(yè)學(xué)校專業(yè)對接產(chǎn)業(yè)升級，加強(qiáng)專業(yè)建設(shè)的職責(zé)。同時(shí)，開設(shè)機(jī)器人校本平臺(tái)課程，為學(xué)生提供多樣化的課程選擇，全面培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力、綜合應(yīng)用能力和社會(huì)適應(yīng)能力，也是職業(yè)學(xué)校人才培養(yǎng)不可推卸的責(zé)任。

機(jī)器人課程和相關(guān)競賽具有的鮮明特點(diǎn)和獨(dú)特的育人功能，以及學(xué)校開設(shè)普及性機(jī)器人科技教育課程，激發(fā)學(xué)生對工程技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣，積極參與機(jī)器人競賽。今年的第16屆機(jī)器人大賽就涌現(xiàn)出很多創(chuàng)意獨(dú)特的機(jī)器人作品和多樣化的完整的解決方案，幫助學(xué)生成長。機(jī)器人教育是創(chuàng)新精神和動(dòng)手能力的載體，職業(yè)學(xué)校開設(shè)相關(guān)課程是服務(wù)制造業(yè)升級、服務(wù)社會(huì)、服務(wù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然選擇，要打造“職業(yè)學(xué)校玩機(jī)器人”的教學(xué)特色。

開發(fā)和開設(shè)機(jī)器人課程是學(xué)校的一項(xiàng)教育科研工作，在此過程中，教師通過設(shè)計(jì)教學(xué)項(xiàng)目、研究教學(xué)策略、開發(fā)校本教材，發(fā)現(xiàn)問題，并通過問題導(dǎo)向解決教學(xué)實(shí)際中的難題，提高教育質(zhì)量和教師綜合素質(zhì)，促進(jìn)教師的專業(yè)發(fā)展，搭建一個(gè)培養(yǎng)與提升師生“智能制造技能”的有效平臺(tái)。

（三）學(xué)生成長內(nèi)在動(dòng)力的需要

中等職業(yè)學(xué)校學(xué)生大都是中考落榜生，存在著文化基礎(chǔ)差、行為習(xí)慣不好、學(xué)習(xí)內(nèi)在動(dòng)力不足等特點(diǎn)，他們的人生定向和職業(yè)定向不明確，但作為15-18歲的青少年、互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的原住民，他們也具備思維活躍、精力充沛、追求創(chuàng)新和個(gè)性發(fā)展，對新鮮事物充滿好奇等特征，學(xué)校開設(shè)機(jī)器人平臺(tái)課程，以行動(dòng)教學(xué)理論為指導(dǎo)，采用“做中學(xué)”的方式，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)的積極性，鼓勵(lì)學(xué)生樹立追求卓越的精神和態(tài)度，為學(xué)生職業(yè)生涯中工匠精神的形成奠定基礎(chǔ)。

三、“機(jī)器人組裝與編程”升級課程的開發(fā)

“機(jī)器人組裝與編程”課程是智能制造模式的載體，具備智能和技術(shù)集成的應(yīng)用環(huán)境，展現(xiàn)機(jī)器人感知能力、記憶與思維能力、學(xué)習(xí)能力及自適應(yīng)能力，借助計(jì)算機(jī)模擬人類的智能活動(dòng)，取代或延伸部分腦力勞動(dòng)，進(jìn)行分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策，通過收集、存儲(chǔ)、處理、共享等功能，繼承和發(fā)展人類制造智能。學(xué)校在職業(yè)教育專家指導(dǎo)下，廣泛調(diào)研機(jī)械制造企業(yè)，研究大量文獻(xiàn)，制定課程開發(fā)方案，開設(shè)了機(jī)械大類專業(yè)升級智能制造平臺(tái)課程——機(jī)器人組裝與編程。

（一）確定課程目標(biāo)

“機(jī)器人組裝與編程”從引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與動(dòng)機(jī)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造欲望為切入點(diǎn)，面向未來，結(jié)合社會(huì)、職業(yè)和學(xué)生三者發(fā)展需要，通過智能機(jī)器人設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試等教學(xué)活動(dòng)，關(guān)注學(xué)生職業(yè)精神、職業(yè)思維、職業(yè)行為、職業(yè)語言和職業(yè)情感的形成，課程目標(biāo)確定為培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)特質(zhì)。

堅(jiān)持學(xué)生為學(xué)習(xí)主體，教師為主導(dǎo)，幫助學(xué)生采用自主學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)、討論探究學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)等多種方式，通過持久的訓(xùn)練，養(yǎng)成一種習(xí)慣，轉(zhuǎn)變學(xué)生思維方式，樹立終身學(xué)習(xí)觀念，逐步建立主動(dòng)的、自主的學(xué)習(xí)和心理模式。

（二）篩選課程項(xiàng)目

“機(jī)器人組裝與編程”課程的內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)的載體，學(xué)校選擇時(shí)尚的、有趣的、適度的內(nèi)容作為課程項(xiàng)目，由培養(yǎng)階段、提高階段和創(chuàng)新階段三部分組成。

1.培養(yǎng)階段意在培養(yǎng)學(xué)生對機(jī)器人的初步認(rèn)識和基礎(chǔ)知識與技能的掌握，為后期高程度的教學(xué)階段做理論鋪墊，課程項(xiàng)目如下。

2.提高階段是以Mdrawbot繪圖機(jī)器人、ultimate高級可編程機(jī)器人為主的綜合性實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生對開源軟硬件實(shí)現(xiàn)從認(rèn)識到熟悉，進(jìn)而，掌握機(jī)械零件的組裝工藝、激光打印的原理及應(yīng)用、mdraw繪圖軟件的使用。

（三）明確教學(xué)策略

教學(xué)采用過程導(dǎo)向的項(xiàng)目教學(xué)法，鼓勵(lì)學(xué)生樹立追求卓越的精神與態(tài)度。

（四）配備教學(xué)設(shè)施（略）

（五）教學(xué)實(shí)施與評價(jià)

教學(xué)實(shí)施包括任務(wù)描述、任務(wù)分析、制定計(jì)劃、任務(wù)實(shí)施、展示與評價(jià)、任務(wù)拓展等環(huán)節(jié)。

四、“MDROW BOT”任務(wù)的教學(xué)實(shí)施

（一）任務(wù)描述

按照圖紙說明，完成MDROW BOT機(jī)械及電機(jī)部分裝配，編寫程序，安裝驅(qū)動(dòng)，書寫校名。

（二）任務(wù)分析

小組成員進(jìn)行圖紙分析、裝配工藝分析、編程分析、過程分析，確保 “MDROW BOT安裝與編程”任務(wù)的完成。

（三）制定計(jì)劃

小組收集資料和信息，討論、研究，每個(gè)人都要提出意見，制定任務(wù)實(shí)施計(jì)劃，明確小組成員分工、完成時(shí)間和工作標(biāo)準(zhǔn)，并做好記錄。見下表：

（四）任務(wù)實(shí)施

1.準(zhǔn)備器材。

2.裝配。

3.電子接線。

4.編程并下載。

5.作品展示。

6.任務(wù)評價(jià)。

7.任務(wù)拓展。

利用MDROW機(jī)器人的組建，查閱資料，設(shè)計(jì)一款樓宇自動(dòng)玻璃清洗機(jī)。

五、課程資源的優(yōu)化與完善

經(jīng)過一段時(shí)間的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)校要在建立機(jī)器人資源庫、建立機(jī)器人創(chuàng)客中心、完善課程標(biāo)準(zhǔn)、編寫校本教材方面做積極地探索和研究，參加全國青少年機(jī)器人競賽，推動(dòng)學(xué)校教學(xué)改革，從學(xué)校的實(shí)際出發(fā)，提升學(xué)校服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的能力和水平。

參考文獻(xiàn)：

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