曲永印，艾學(xué)忠，高興泉，劉 麒

(吉林化工學(xué)院，吉林 吉林 132022)

制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國之本，興國之器，強(qiáng)國之基.在《中國制造2025》和德國工業(yè)4.0的大力推動下，智能制造無疑是新一輪工業(yè)革命的核心，通過信息技術(shù)與制造技術(shù)的深度交叉融合，才能帶動制造業(yè)數(shù)字化水平和智能化水平的大幅提升[1].其中工業(yè)機(jī)器人是智能制造業(yè)最具代表性的裝備，其作為智能制造的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級、智慧跨越的關(guān)鍵[2].而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵則是掌握工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的人才培養(yǎng)地方工科院校，它代表著我國智能制造行業(yè)發(fā)展的平均水平，同時在科技創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了不可替代的作用.因此本文從地方工科院校的視角分析當(dāng)前國內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀，利用工業(yè)機(jī)器人多學(xué)科交叉融合的特點(diǎn)，基于智能制造的產(chǎn)業(yè)先驅(qū)工業(yè)機(jī)器人，提出培養(yǎng)寬口徑、高素質(zhì)、復(fù)合型、一體化實(shí)踐育人體系的構(gòu)想，滿足新工科人才培養(yǎng)需求，并逐步落實(shí)，適應(yīng)新一輪工業(yè)革命的發(fā)展[3].

1 國外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

由于發(fā)達(dá)國家的勞動力出現(xiàn)地比較早，環(huán)境的因素也促使他們很早就開始發(fā)展工業(yè)機(jī)器人，從而形成了先發(fā)的優(yōu)勢.比如美國，從上世紀(jì)50年代已經(jīng)提出了“工業(yè)機(jī)器人”的概念；而日本在70年代就已經(jīng)形成了工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展.他們有深厚的技術(shù)積累，包括一些關(guān)鍵部件的核心技術(shù)[4].

1.1 美國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展動態(tài)

美國是機(jī)器人的誕生地.1954年，美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，并申請了專利.1958年，被譽(yù)為“工業(yè)機(jī)器人之父”的Joseph F.Engel Berger參與設(shè)計了第一臺Unimate機(jī)器人.1962年，研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人[5].比起號稱機(jī)器人王國的日本起步至少要早五、六年.20世紀(jì)60年代到70年代期間，美國的工業(yè)機(jī)器人主要立足于基礎(chǔ)研究，只有幾所大學(xué)和少數(shù)公司開展了相關(guān)的研究工作.隨著日本工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，美國感到形勢緊迫，才開始真正重視機(jī)器人.經(jīng)過40多年的發(fā)展，美國現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn).據(jù)統(tǒng)計，截止到2009年底，美國運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器人大約有19.4萬臺.目前，美國工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)商有Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation等公司.據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(UNECE)和國際機(jī)器人聯(lián)合會(IFR)的統(tǒng)計，美國制造業(yè)中，每1萬雇員擁有63個工業(yè)機(jī)器人.盡管從排名上說，美國已經(jīng)進(jìn)入世界前十名，但其與前幾名仍然有著很大的差距，僅相當(dāng)于德國的43%，意大利的54%，歐盟的68%.與普通的制造業(yè)相比，美國汽車工業(yè)中每萬個產(chǎn)業(yè)工人擁有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量大大提高，達(dá)到740個，但仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于日本(1 400個機(jī)器人)和德國(1 000個機(jī)器人)[6].

近年來，美國針對機(jī)器人技術(shù)研發(fā)，推出了DARPA的自主機(jī)器人研究計劃、聯(lián)合機(jī)器人研究計劃等，大力推動機(jī)器人在軍事、工業(yè)等各個領(lǐng)域的應(yīng)用，美國的先進(jìn)制造伙伴計劃，明確提出建立美國在新一代機(jī)器人方面的領(lǐng)先地位，重點(diǎn)研發(fā)新一代與人緊密協(xié)作的機(jī)器人，提升產(chǎn)業(yè)工人、健康保健從業(yè)者、手術(shù)醫(yī)生以及宇航員完成困難任務(wù)的能力[7].盡管在工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展上，美國走了一條重理論研究，輕應(yīng)用開發(fā)的曲折道路，但與其他國家相比，美國機(jī)器人的技術(shù)更加全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng).此外，美國機(jī)器人的智能技術(shù)發(fā)展也很快，其視覺、觸覺等人工智能技術(shù)已在航天、汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用.高智能、高難度的軍用機(jī)器人、太空機(jī)器人等發(fā)展迅速，已實(shí)際應(yīng)用于掃雷、布雷、偵察、站崗及太空探測等方面[8].

1.2 日本工業(yè)機(jī)器人發(fā)展動態(tài)

日本素有“機(jī)器人王國”之稱，自1968年從美國引進(jìn)機(jī)器人及其相關(guān)技術(shù)之后，就開始了自主研發(fā)和生產(chǎn)機(jī)器人的道路.經(jīng)過40余年的發(fā)展，日本工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域出現(xiàn)了FANUC、安川、川崎、OTC、松下、不二越等國際知名品牌，技術(shù)領(lǐng)先，質(zhì)量可靠性強(qiáng).據(jù)統(tǒng)計，目前全世界投入使用的機(jī)器人大約有95萬臺，其中日本就占了38%，位居各國之首，可以說占據(jù)了世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的半壁江山[9].日本在2014年《新經(jīng)濟(jì)增長戰(zhàn)略》中把機(jī)器人產(chǎn)業(yè)作為本國經(jīng)濟(jì)增長的重要支柱，通過擴(kuò)大機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域、設(shè)立“實(shí)現(xiàn)機(jī)器人革命會議”、出臺放寬限制的政策等，促進(jìn)機(jī)器人使用.日本制定了到2020年制造業(yè)機(jī)器人使用量增加2倍、市場規(guī)模達(dá)到2.85萬億日元的目標(biāo).

日本機(jī)器人的種類齊全，主要分為兩大類：工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)型機(jī)器人.工業(yè)機(jī)器人用于生產(chǎn)工作，日本的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品按應(yīng)用領(lǐng)域劃分為四類，分別是噴涂機(jī)器人、原材料運(yùn)輸機(jī)器人、裝配機(jī)器人、清潔機(jī)器人.按照工業(yè)分支應(yīng)用的比例為：自動化零部件工業(yè)占35.1%；電機(jī)械制造工業(yè)占27.3%；塑料制品工業(yè)占9.7%.數(shù)據(jù)顯示工業(yè)機(jī)器人在汽車和電子領(lǐng)域的應(yīng)用比例高達(dá)62.4%，這兩類產(chǎn)業(yè)是推動日本國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)增速的引擎.而服務(wù)型機(jī)器人則幫助人解決生活中的問題[10].近幾年，日本的工業(yè)機(jī)器人在食品、藥品、化妝品所謂“三品產(chǎn)業(yè)”領(lǐng)域的應(yīng)用有較快的發(fā)展.與汽車和電子行業(yè)的應(yīng)用不同，這些產(chǎn)業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)更高，而解決這些衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)等諸多問題需要有更先進(jìn)的技術(shù)支持.應(yīng)用于制造業(yè)以外的機(jī)器人大多都可歸入服務(wù)型機(jī)器人范疇.在服務(wù)型機(jī)器人開發(fā)領(lǐng)域，日本同樣領(lǐng)導(dǎo)著世界潮流，索尼、日立等30多家企業(yè)和早稻田大學(xué)、九州大學(xué)等十多所大學(xué)，在服務(wù)型機(jī)器人開發(fā)方面取得重要進(jìn)展.

總體而言，日本機(jī)器人位居世界前列得益于其齊全的機(jī)器人種類，繁多的知名企業(yè)，以及龐大的產(chǎn)業(yè)和完整的產(chǎn)業(yè)鏈.

1.3 德國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展動態(tài)

20世紀(jì)70年代中后期，德國政府采用的積極行政手段為工業(yè)機(jī)器人的推廣開辟道路，如在“改善勞動條件計劃”中規(guī)定，對于一些危險、有毒、有害的工作崗位，必須由機(jī)器人來代替.這個計劃為機(jī)器人的應(yīng)用開拓了廣泛的市場，并推動了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展[11].

德國工業(yè)4.0的提出極大地鼓舞了德國制造業(yè)向著更高、質(zhì)量更好的方向前進(jìn)，同時機(jī)器人這一工業(yè)科技時代“標(biāo)志性硬件”的普及，使人工勞動力得到了極大的解放.例如，大眾汽車在德國被稱為“國民的汽車”，其受歡迎程度可見一斑.而在位于薩爾茨吉特的大眾汽車發(fā)動機(jī)制造廠里高低起伏中的工業(yè)機(jī)械機(jī)器人手臂無不展示德國工業(yè)的強(qiáng)力實(shí)力，透過這些機(jī)器的觸角，德國已將“工業(yè)4.0”注入制造業(yè)的每一方土地.在一條條生產(chǎn)線旁，機(jī)器人們在專業(yè)而毫無怨言地忙碌著.一眼望去，整個車間只有寥寥數(shù)名工人，一個個小型“變形金剛”在富有節(jié)奏感的機(jī)械聲中大顯身手，恍如未來工廠.機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，不僅讓制造成本得到有效降低，平均生產(chǎn)每臺發(fā)動機(jī)所消耗的能量和污染排放分別降低了67%和70%.因此，在德國“人機(jī)協(xié)作”早已成為德國現(xiàn)代工廠生產(chǎn)發(fā)展的主流，不論是作為“領(lǐng)頭羊”的大型企業(yè)，還是甘當(dāng)“隱形冠軍”的中小企業(yè)，都無一例外地乘上了“智能化”這輛超級快車，積極踐行著德國工業(yè)的超級版圖“工業(yè)4.0”[12].

最近，歐盟啟動了全球最大民用機(jī)器人研發(fā)計劃——“SPARC”，計劃到2020年投入28億歐元，創(chuàng)造24萬個就業(yè)崗位，目標(biāo)是將歐洲機(jī)器人產(chǎn)業(yè)占全球總產(chǎn)值比重由2014年的35%提升到2020年的42%.該計劃將有200多家公司、1.2萬研發(fā)人員參與，包含機(jī)器人在各個領(lǐng)域的應(yīng)用.而以德國為代表的工業(yè)機(jī)器人行業(yè)顯示，該行業(yè)從2010年至2017年期間該行業(yè)年平均增長幅度為10%，同期銷售額幾乎翻了一番.預(yù)計2018年機(jī)器人和自動化設(shè)備的銷量將達(dá)到158億歐元(約合185億美元)[13].

綜上所述，世界正處于第四次工業(yè)革命時期，國際上工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用范圍越來越廣闊，其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的程度也越來越高，功能越來越強(qiáng)，正向著成套技術(shù)和裝備的方向發(fā)展.與此同時，隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣的方向發(fā)展以及智能化水平的提高，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用已從傳統(tǒng)制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到諸如采礦、農(nóng)業(yè)、災(zāi)難救援等非制造行業(yè)，而且在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)、教育娛樂等領(lǐng)域，服務(wù)機(jī)器人也嶄露頭角，有望成為未來服務(wù)行業(yè)的主流手段與力量.根據(jù)全球機(jī)器人應(yīng)用行業(yè)的市場份額圖，如圖1所示，更加說明目前工業(yè)機(jī)器人的當(dāng)今應(yīng)用發(fā)展的趨勢[14].

圖1 全球機(jī)器人應(yīng)用行業(yè)市場份額圖

2 國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀

相對于工業(yè)強(qiáng)國，中國工業(yè)機(jī)器人的起步比較晚.我國于1972年開始研制自己的工業(yè)機(jī)器人，先后研制出了裝配、噴漆、切割、包裝、碼垛、搬運(yùn)、焊接、科研以及教學(xué)、機(jī)床加工等各種用途的工業(yè)機(jī)器人，形成了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地并實(shí)施了機(jī)器人應(yīng)用工程，為我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的騰飛莫定了基礎(chǔ)[15].國內(nèi)很多研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)開展了大量工作，在機(jī)構(gòu)、驅(qū)動和控制等方面取得了豐富成果，為國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ).圖2顯示了截止到2016年中國工業(yè)機(jī)器人的市場銷量及國產(chǎn)機(jī)器人的銷量.據(jù)估計，工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量將從2016年底的180萬增加到2020年的300萬，年均增長率為14%.2016年以來，最大的工業(yè)機(jī)器人安裝基地在中國.到2020年，中國工業(yè)機(jī)器人數(shù)量將達(dá)到近100萬個，預(yù)計在亞洲所有地區(qū)的機(jī)器人數(shù)量將達(dá)到190萬個，幾乎相當(dāng)于2016年全球工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量[16].然而，作為衡量一個國家自動化水平的重要標(biāo)準(zhǔn)，我國每萬名產(chǎn)業(yè)工人所擁有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量仍然遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家.以我國1億制造業(yè)產(chǎn)業(yè)工人總數(shù)計算，預(yù)計到2020年，達(dá)到目前世界發(fā)達(dá)國家機(jī)器人裝機(jī)密度中等水平，我國需增加機(jī)器人裝機(jī)量130萬臺；到2030年，達(dá)到目前世界發(fā)達(dá)國家機(jī)器人裝機(jī)密度先進(jìn)水平，我國需增加機(jī)器人裝機(jī)量250萬臺.各項數(shù)據(jù)都表明數(shù)年以后世界范圍內(nèi)的機(jī)器人需求會保持增長狀態(tài)[17].

圖2 中國工業(yè)機(jī)器人的市場銷量及國產(chǎn)機(jī)器人的銷量

據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會數(shù)據(jù)顯示，自2013年起，中國已連續(xù)兩年成為機(jī)器人第一消費(fèi)大國，并預(yù)計2015年增長率30%，2016～2018年預(yù)估每年平均增長大于25%．在巨大的市場規(guī)模誘惑下，國際機(jī)器人巨頭如ABB等將生產(chǎn)研發(fā)中心，并大力發(fā)展上下游合作伙伴、集成商，帶動了整個產(chǎn)業(yè)鏈條上本土機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展[15].中國制造2025的提出，是新時期我國政府實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的重要行動綱領(lǐng)，制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主體，沒有強(qiáng)大的制造業(yè)，就打造不出具有國際競爭力的產(chǎn)品和品牌，是我國技術(shù)和產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)從0到1質(zhì)變的過程，對技術(shù)的需求和要求更高，在加速技術(shù)攻關(guān)的同時，我國也積極支持機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化基地的建設(shè).沈陽新松、廣州數(shù)控、哈爾濱博實(shí)等企業(yè)在工業(yè)機(jī)器人本體生產(chǎn)制造和系統(tǒng)集成方面不斷發(fā)展壯大，開發(fā)出弧焊、點(diǎn)焊、碼垛、裝配、搬運(yùn)、注塑、沖壓、噴漆等工業(yè)機(jī)器人.我國也初步形成了工業(yè)機(jī)器人伺服電機(jī)、減速器、伺服驅(qū)動器、控制器等核心零部件產(chǎn)業(yè)鏈[18].但是，從創(chuàng)新技術(shù)角度來看，我國與發(fā)達(dá)國家之間差距明顯，工業(yè)智能化的發(fā)展存在諸多不足，在自主創(chuàng)新能力、能源的高效利用、集成智能化等領(lǐng)域較世界先進(jìn)水平還有很大一段距離.所以需要進(jìn)一步通過信息技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合，加強(qiáng)新型機(jī)器人整機(jī)集成技術(shù)能力，驅(qū)動器、電機(jī)、伺服系統(tǒng)、減速器等關(guān)鍵部件的發(fā)展，要在繼續(xù)支持攻關(guān)的基礎(chǔ)上，充分利用國際資源，通過并購合作的方式，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵零部件產(chǎn)品的升級跨越，以支撐機(jī)器人整機(jī)發(fā)展才能帶動制造業(yè)數(shù)字化水平和智能化水平的提升.同時，應(yīng)該加大對智能控制、導(dǎo)航定位、移動通訊、大數(shù)據(jù)、人機(jī)交互等核心關(guān)鍵技術(shù)研究的支持力度，抓住發(fā)展機(jī)遇，穩(wěn)固世界制造業(yè)大國地位，向世界智能制造強(qiáng)國邁進(jìn).

3 工業(yè)機(jī)器人育人體系建設(shè)思路

隨著工業(yè)機(jī)器人先進(jìn)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的智能化程度越來越高.在我國，某些關(guān)鍵技術(shù)已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平，中國工業(yè)機(jī)器人在世界領(lǐng)域中已占有一席之地.而對于人才的培養(yǎng)也需要與時俱進(jìn)，才能適應(yīng)日新月異的技術(shù)需求.因此地方工科院校承擔(dān)著為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供人才支撐的重任，應(yīng)該緊跟時代需求，制定校企一體化方案來規(guī)劃工業(yè)機(jī)器人的育人體系，總體構(gòu)想如下：

工業(yè)機(jī)器人是集電子、機(jī)械、控制、計算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)自動化設(shè)備.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用是典型的多學(xué)科交叉融合的行業(yè)，所以就需要學(xué)校建立仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備，設(shè)計自動化生產(chǎn)線，建設(shè)工業(yè)實(shí)訓(xùn)基地，創(chuàng)辦工業(yè)實(shí)訓(xùn)工廠，保證硬件條件建設(shè).在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建并開設(shè)多層次-遞進(jìn)式理論實(shí)踐教學(xué)體系，引導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生基本能力、工程能力、創(chuàng)新能力、個性能力.通過與企業(yè)協(xié)同訂單式的聯(lián)合培養(yǎng)及就業(yè)，不斷反饋學(xué)生與職業(yè)的匹配度修正教學(xué)體系，使培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人一體化體系形成閉環(huán)反饋系統(tǒng)，促進(jìn)現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展.具體構(gòu)想如下：

3.1 基本理論與基本實(shí)驗(yàn)一體化

按照“理論適用，能力為重”的原則，合理地設(shè)置通識課程和專業(yè)基礎(chǔ)課程的內(nèi)容并對應(yīng)確定實(shí)驗(yàn)課程比例，搭建基本教學(xué)理論及基本實(shí)驗(yàn)平臺.該工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)一體化平臺應(yīng)具有配套課程標(biāo)準(zhǔn)、課程教案、多媒體課件、實(shí)訓(xùn)手冊等完善的教學(xué)資源庫，形成了更加集成、高效、系統(tǒng)化的集教學(xué)和管理功能為一體的軟硬結(jié)合的工業(yè)4.0數(shù)字教學(xué)資源平臺，如圖3所示.目的是掌握工業(yè)機(jī)器人的基本功能以及涉及到相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)知識，同時掌握并強(qiáng)化基本操作的技能，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力.

圖3 教學(xué)資源平臺構(gòu)架圖

實(shí)驗(yàn)室每個設(shè)備應(yīng)當(dāng)采用的當(dāng)下現(xiàn)代化工廠的主流控制器、傳感器、工業(yè)執(zhí)行器，并設(shè)有獨(dú)立的PLC系統(tǒng)，編程監(jiān)控電腦，故障設(shè)置模塊、故障排除模塊、上件工位、系統(tǒng)操作箱、指示燈等，這些設(shè)備可以單獨(dú)完成與基本知識相關(guān)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn).

3.2 綜合理論與工程教育一體化

構(gòu)建專業(yè)基礎(chǔ)綜合知識和專業(yè)綜合理論體系，培養(yǎng)工程能力，并與工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用企業(yè)協(xié)同共建，側(cè)重學(xué)生工程研究、設(shè)計、應(yīng)用等內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)生的工程能力，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建工程教育一體化平臺.由于工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)平臺貫穿應(yīng)用型工程師整個人才培養(yǎng)過程，實(shí)現(xiàn)了由簡單到復(fù)雜，由單一到綜合的循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)過程.這就要求高校建立以工業(yè)機(jī)器人與工業(yè)4.0“智能制造”理念和內(nèi)涵為出發(fā)點(diǎn)的工業(yè)機(jī)器人智能制造實(shí)驗(yàn)室，如圖4所示，實(shí)驗(yàn)室基本組成包括：工業(yè)機(jī)器人三維仿真與離線編程軟件區(qū)、工業(yè)機(jī)器人教學(xué)管理系統(tǒng)及教學(xué)資源區(qū)、工業(yè)機(jī)器人裝配與維護(hù)3D虛擬仿真區(qū)、工業(yè)機(jī)器人真實(shí)器件安裝調(diào)試區(qū).在基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以數(shù)字化設(shè)計為核心，提供現(xiàn)代智能制造及數(shù)字化設(shè)計的綜合實(shí)驗(yàn)研發(fā)平臺，把學(xué)生所學(xué)的綜合理論知識轉(zhuǎn)化到實(shí)踐應(yīng)用，就需要到實(shí)驗(yàn)室仿真與軟件編程區(qū)進(jìn)行實(shí)際的仿真操作如圖5所示，通過使用軟硬結(jié)合的工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)，即所有分站以及機(jī)器人實(shí)物單元的3D虛擬仿真模型，教師提供實(shí)際案例，學(xué)生在虛擬仿真軟件環(huán)境中中動手操作，將編寫的程序?qū)懭胲浖械奶摂M智能生產(chǎn)系統(tǒng)，測試其工作過程是否與設(shè)計目標(biāo)一致，如一致才會將程序?qū)懭胝鎸?shí)硬件系統(tǒng)中(具體流程如圖6所示)，這種方法可以完成模擬工業(yè)4.0“智能生產(chǎn)”過程，提供給學(xué)生更多實(shí)踐實(shí)訓(xùn)的自由學(xué)習(xí)空間，提高學(xué)生綜合實(shí)踐能力.

圖4 一體化實(shí)驗(yàn)室仿真圖

圖5 3D虛擬仿真實(shí)訓(xùn)軟件

圖63D虛擬仿真實(shí)訓(xùn)軟件的虛實(shí)一體教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺

3.3 交叉理論與創(chuàng)新實(shí)踐的一體化

針對工業(yè)機(jī)器人多學(xué)科交叉融合的特點(diǎn)，利用跨專業(yè)的綜合知識，通過校企聯(lián)合的創(chuàng)新實(shí)踐基地、企業(yè)研究院、企業(yè)工作站等多渠道建立工業(yè)機(jī)器人各類典型應(yīng)用工作站，推動學(xué)生參與實(shí)際應(yīng)用的科研項目、新產(chǎn)品的開發(fā)與研制，最終實(shí)現(xiàn)研究-設(shè)計-組裝-實(shí)驗(yàn)-實(shí)踐一體化教學(xué)模式.同時根據(jù)客戶需求提供電子產(chǎn)品智能制造生產(chǎn)線，可使學(xué)生學(xué)習(xí)智慧工廠等智能制造系統(tǒng)相關(guān)知識與技能，提高學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人在各種行業(yè)應(yīng)用等知識與技能能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，同時也為學(xué)生的個性能力奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ).

4 加快推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人教育的舉措

為了盡快將上述工業(yè)機(jī)器人一體化育人體系構(gòu)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，我校積極研究具體落實(shí)措施，在成立學(xué)術(shù)組織、硬件條件建設(shè)、加強(qiáng)師資培訓(xùn)、增加招生方向、構(gòu)建課程體系等方面做了諸多卓有成效的工作.

4.1 校企聯(lián)合成立相關(guān)產(chǎn)業(yè)研究機(jī)構(gòu)

根據(jù)開展科技創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)校企聯(lián)合、高校強(qiáng)省，產(chǎn)學(xué)研一體化建設(shè)需求，由吉林市20余家企事業(yè)單位聯(lián)合發(fā)起和申報成立了吉林市人工智能與機(jī)器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)用技術(shù)研究院，我校校長當(dāng)選首屆理事會理事長，機(jī)電工程學(xué)院、信息與控制工程學(xué)院、航空工程學(xué)院等多位教師當(dāng)選首屆理事會理事.

此前，由吉林市科技局發(fā)起，吉林市27家企業(yè)負(fù)責(zé)人和吉林市其他4所高校聯(lián)合成立了吉林市智能制造及物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用技術(shù)研究院，我校副院長當(dāng)選為研究院理事長，信息與控制工程學(xué)院院長當(dāng)選為執(zhí)行院長.

這兩個學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的成立，為推動工業(yè)機(jī)器人校企聯(lián)合研究與發(fā)展機(jī)器人技術(shù)提供了組織保證，我校作為理事長單位必將加大人財物投入力度，加快跟蹤當(dāng)前機(jī)器人技術(shù)發(fā)展步伐，積極培育掌握相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用型人才.

4.2 強(qiáng)化育人硬件條件建設(shè)

2017年，我校申報的中央地方共建項目“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)平臺”獲得400萬元建設(shè)經(jīng)費(fèi)支持，目前所有設(shè)備均已安裝調(diào)試完成投入教學(xué)使用，該機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，為廣大師生及企業(yè)提供了一個集科學(xué)研究、專業(yè)教學(xué)、大學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練以及新技術(shù)新產(chǎn)品的開發(fā)、生產(chǎn)等功能于一體的學(xué)科研究平臺.經(jīng)過平臺訓(xùn)練的學(xué)生參加學(xué)科競賽，共獲省特等獎1項，省一等獎3項，省二等獎5項.

為了進(jìn)一步拓展機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域，我校與北京大學(xué)聯(lián)合建設(shè)了“仿生機(jī)器魚”實(shí)驗(yàn)室，豐富了機(jī)器人育人體系.同時，我校積極與達(dá)內(nèi)集團(tuán)商討共建人工智能學(xué)院事宜，現(xiàn)已確認(rèn)了校企雙方共同努力共建人工智能學(xué)院項目的模式，使學(xué)校快速響應(yīng)人工智能相關(guān)專業(yè)的建設(shè)需求，加快培養(yǎng)符合人工智能領(lǐng)域發(fā)展需要的創(chuàng)新型應(yīng)用型人才.

4.3 大力加強(qiáng)軟件相關(guān)條件建設(shè)

育人大計教師為本，為了盡快培養(yǎng)機(jī)器人教育所需師資，學(xué)校選派優(yōu)秀教師分批次到有關(guān)高校進(jìn)行研修，學(xué)習(xí)機(jī)器人相關(guān)課程，與導(dǎo)師開展合作研究，提高機(jī)器人教育教學(xué)水平.

學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)及時與相關(guān)教學(xué)院溝通，明確要先在招生計劃中增加機(jī)器人方向，搶占育人先機(jī)，同時加快申請機(jī)器人專業(yè)的步伐.

信息與控制工程學(xué)院根據(jù)機(jī)器人方向教學(xué)需要，適時修訂了相關(guān)專業(yè)的培養(yǎng)方案，調(diào)整課程體系，以滿足新方向教學(xué)需求.

5 結(jié) 論

隨著工業(yè)化的大力發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，李克強(qiáng)總理在2015年提出了實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的第一個十年計劃—“中國制造2025”.該計劃以創(chuàng)新為基礎(chǔ)，質(zhì)量為保證，綠色發(fā)展為手段，培養(yǎng)知識型、技術(shù)型、創(chuàng)新型人才為主要目標(biāo)，以“政府引導(dǎo)，市場主導(dǎo)”為基本原則，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，力爭到2025年達(dá)到制造業(yè)世界強(qiáng)國水平，基本實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化.為了迎接新技術(shù)的挑戰(zhàn)，地方院校要緊跟時代步伐，加快育人體系與育人平臺建設(shè)，大力培養(yǎng)滿足社會需求的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)人才.