周佳杰 肖莉莉

（1.廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東 廣州 510510；2.三菱電機(jī)廣州壓縮機(jī)有限公司,廣東 廣州 510730）

一直以來，加強(qiáng)學(xué)生技術(shù)實(shí)踐能力培養(yǎng)是高職院校人才培養(yǎng)非常重視的問題。但由于高職院校專業(yè)實(shí)訓(xùn)硬件設(shè)施不足，給學(xué)生技術(shù)實(shí)踐能力培養(yǎng)造成了阻礙。為有效解決這一問題，有必要推動(dòng)高職院校加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)工作，從而為學(xué)生提供更好的實(shí)訓(xùn)條件，引導(dǎo)學(xué)生參與智能制造實(shí)踐過程，不斷提升其智能制造編程、調(diào)試應(yīng)用實(shí)踐能力，為國家建設(shè)發(fā)展貢獻(xiàn)更多優(yōu)質(zhì)的智能化制造人才。

1 高職院校工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的作用價(jià)值

隨著國家“中國制造2025”戰(zhàn)略的全面推進(jìn)實(shí)施，針對(duì)當(dāng)下高職院校的技術(shù)人才培養(yǎng)也提出了更高要求。相較于其他專業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域涉及的專業(yè)技術(shù)更加復(fù)雜高端，比如編程技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人安裝調(diào)試技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)等。學(xué)生僅僅依靠理論學(xué)習(xí)，很難真正掌握這些技術(shù)的要點(diǎn)。因此還需要引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)過程中，加強(qiáng)智能制造生產(chǎn)相關(guān)技術(shù)的實(shí)踐，才能真正實(shí)現(xiàn)自身技術(shù)能力的提升。通過實(shí)施高職院校工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，能夠有效滿足學(xué)生技術(shù)實(shí)踐的需求。究其原因，高職院校工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室功能非常強(qiáng)大，為學(xué)生進(jìn)行理論知識(shí)實(shí)踐提供了豐富的軟件與硬件設(shè)施支持，為學(xué)生創(chuàng)造了一個(gè)更加真實(shí)的虛擬生產(chǎn)環(huán)境，從而讓學(xué)生能夠在其中自由進(jìn)行技術(shù)實(shí)踐，不斷提升自身智能生產(chǎn)制造相關(guān)的專業(yè)能力[1]。最終，高職院校也能成功培養(yǎng)出一批能夠投身于智能制造及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的高科技工業(yè)機(jī)器人技能人才。

為了促使高職院校工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室真正發(fā)揮上述作用價(jià)值，一方面，需要在實(shí)際建設(shè)過程中注重彰顯智能制造技術(shù)的相關(guān)主體，引入多種硬件與軟件設(shè)施，從而更好地滿足學(xué)生進(jìn)行智能制造技術(shù)相關(guān)的調(diào)試、編程等技術(shù)實(shí)訓(xùn)需求；另一方面，還應(yīng)注重滿足對(duì)工業(yè)機(jī)器人有需求的企業(yè)。如今我國人口紅利逐漸消退，生產(chǎn)制造領(lǐng)域人才缺口越來越大，因此很多企業(yè)開始逐步引入工業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人，而這些機(jī)器人的操縱同樣離不開高新技術(shù)人員的支持。正是企業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人高技能、高水平人才的需求，才使得高職院校必須加強(qiáng)自身硬件設(shè)施更新，注重建設(shè)工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室?；诖?，在實(shí)際進(jìn)行高職院校工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)時(shí)，還需要結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，從而才能推動(dòng)該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的順利建設(shè)，并發(fā)揮出其應(yīng)有的作用價(jià)值。

2 高職院校工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案

2.1 硬件設(shè)施建設(shè)方案

在實(shí)際進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室硬件建設(shè)過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照當(dāng)?shù)仄髽I(yè)對(duì)智能制造相關(guān)技術(shù)的要求來實(shí)施建設(shè)，并引入相關(guān)的硬件設(shè)施設(shè)備，做好各種操作實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)施建設(shè)工作的開展，具體可包括以下幾種。

2.1.1 工業(yè)機(jī)器人專業(yè)技能操作訓(xùn)練室硬件設(shè)施建設(shè)

為進(jìn)一步滿足高職院校機(jī)械加工裝配專業(yè)的學(xué)生對(duì)技能實(shí)訓(xùn)的要求，需要建立專門的操作訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)室，做好相關(guān)的配套硬件設(shè)施建設(shè)，比如用于機(jī)械加工和裝配的車床、銑床等硬件設(shè)備，從而幫助學(xué)生完成機(jī)械零部件的機(jī)械加工實(shí)訓(xùn)，并在這一過程中，使其能夠?qū)C(jī)械加工相關(guān)技能及理論知識(shí)有一個(gè)深刻的了解，為其后續(xù)在就業(yè)崗位上正式運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行機(jī)械加工操作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。與此同時(shí)，在相關(guān)硬件設(shè)施的幫助下，還應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生練習(xí)機(jī)械零部件的裝配，使其掌握一定的裝配技巧，從而在未來有能力對(duì)工業(yè)機(jī)器人本體進(jìn)行調(diào)整分析。

2.1.2 電工電子專業(yè)實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)施建設(shè)

在實(shí)際建設(shè)過程中，需要結(jié)合專業(yè)要求，做好相關(guān)基本工具、控制線路、儀器等硬件設(shè)備的配置等。通過做好相關(guān)的硬件設(shè)施建設(shè)，從而讓學(xué)生能夠在專業(yè)的要求下，實(shí)現(xiàn)自身技術(shù)能力的有效鍛煉與培養(yǎng)，提高學(xué)生對(duì)電子元器件的識(shí)別能力以及線路控制能力等專業(yè)能力水平，從而使其未來能夠更好地適應(yīng)存在工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用場合，推動(dòng)我國智能化生產(chǎn)制造不斷地進(jìn)步與發(fā)展。

2.1.3 工業(yè)機(jī)器人基本技能實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)施建設(shè)

對(duì)于高職院校數(shù)控加工專業(yè)而言，在相關(guān)的硬件設(shè)施建設(shè)方面，應(yīng)注重進(jìn)行數(shù)控加工車床以及各種配套的量具、刀具等設(shè)備的建設(shè)[2]，從而為學(xué)生提供一個(gè)更加良好的技能操作訓(xùn)練環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)際，合理選擇各種刀具的使用，不斷提升學(xué)生的實(shí)踐操作能力。同時(shí)，在相關(guān)硬件設(shè)備支持下，還能夠有效提升學(xué)生編程、調(diào)試等專業(yè)技術(shù)能力。

2.1.4 可編程控制器實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)施建設(shè)

在實(shí)際建設(shè)過程中，為了滿足學(xué)生對(duì)PLC實(shí)踐訓(xùn)練的要求，應(yīng)注重加大PLC總線的觸摸屏設(shè)備的引入，同時(shí)還應(yīng)促進(jìn)各種外設(shè)實(shí)際操作訓(xùn)練平臺(tái)的完善，從而便于學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過程中能夠?qū)幊炭刂破鞑僮髟碛幸粋€(gè)更加全面深刻的認(rèn)知與了解，使其熟練掌握相關(guān)指令系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用，并能夠?qū)LC程序進(jìn)行編程與調(diào)試，甚至還能結(jié)合自身實(shí)際需要，自主完成相關(guān)程序的設(shè)計(jì)。這對(duì)于學(xué)生未來更好地適應(yīng)工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)制造場合，學(xué)會(huì)進(jìn)行機(jī)器人的控制有著重要意義。

2.1.5 ARM嵌入系統(tǒng)和PLC基本技能實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)施建設(shè)

在實(shí)際進(jìn)行建設(shè)的過程中，需要注重做好ARM嵌入系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)的配置。同時(shí)，還應(yīng)充分考慮PLC實(shí)際訓(xùn)練操作要求，做好硬件設(shè)施套件的配置[3]。在ARM嵌入系統(tǒng)硬件設(shè)備設(shè)施的幫助下，學(xué)生能進(jìn)行PWM直流電機(jī)調(diào)速控制的實(shí)踐技能操作訓(xùn)練。對(duì)于PLC配套硬件設(shè)施而言，則能夠讓學(xué)生有機(jī)會(huì)參與到PLC程序調(diào)試運(yùn)行過程中，使其能夠自主進(jìn)行PLC單片機(jī)控制電路板的焊接訓(xùn)練。

2.2 軟件平臺(tái)建設(shè)方案

在高職院校工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室軟件平臺(tái)建設(shè)方面，同樣需要嚴(yán)格按照當(dāng)下企業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人技能人才提出的相關(guān)要求。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)充分考慮當(dāng)下智能制造技術(shù)中軟件應(yīng)用的整體發(fā)展趨勢(shì)，并最終以此為依據(jù)，推動(dòng)高職院校工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室軟件平臺(tái)的建設(shè)。在實(shí)際建設(shè)過程中，應(yīng)注重考慮以下三種軟件加工系統(tǒng)的內(nèi)容。

（1）零件CAM自動(dòng)加工軟件系統(tǒng)。在實(shí)際進(jìn)行軟件建設(shè)方面，可以采用Robotmaster的Master-CAM軟件，能夠有效滿足系統(tǒng)的運(yùn)行要求，為學(xué)生提供功能豐富的技能訓(xùn)練內(nèi)容。

（2）工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真離線編程系統(tǒng)[4]。針對(duì)該系統(tǒng)，有多種軟件搭建可供選擇，比如Roboguide軟件、KUKA.Sim Pro3.0軟件等，因此在進(jìn)行軟件建設(shè)時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際，科學(xué)合理地進(jìn)行選擇。

（3）CAD三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以優(yōu)先選用嵌入，這是工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室的一種最為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)軟件。為了確保相應(yīng)軟件能夠滿足學(xué)生的實(shí)訓(xùn)需求，需要結(jié)合實(shí)際，做好AutoCAD軟件、SolidWorks軟件等先進(jìn)軟件的配置，并在這一過程中，注重兼顧系統(tǒng)集成的需求，引導(dǎo)學(xué)生更好地進(jìn)行實(shí)訓(xùn)工作的開展。

除此之外，在進(jìn)行高職院校工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室軟件建設(shè)過程中，針對(duì)工業(yè)機(jī)器人本身，為引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其更好地進(jìn)行實(shí)訓(xùn)應(yīng)用，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)ABB Robotstudio虛擬仿真軟件的應(yīng)用。該仿真軟件不僅功能十分豐富，還能夠有效降低實(shí)施機(jī)器人解決方案的總成本。不僅如此，在ABB Robotstudio虛擬仿真軟件基礎(chǔ)之上，ABB公司還進(jìn)行了適合不同階段的工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真軟件產(chǎn)品家族的開發(fā)，從而能夠更好地適應(yīng)工業(yè)機(jī)器人壽命周期，滿足學(xué)生項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)需求。具體而言，在項(xiàng)目規(guī)劃與定義階段，可以在ABB Robotstudio虛擬仿真軟件的幫助下，直接進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)，并創(chuàng)造虛擬環(huán)境供其運(yùn)行。通過該軟件，還能進(jìn)一步明確機(jī)器人是否能到達(dá)所有編程位置。而在具體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，利用Robotstudio軟件能夠直接在計(jì)算機(jī)上完成工業(yè)機(jī)器人相關(guān)數(shù)據(jù)文件的創(chuàng)建、編輯等，同時(shí)，還能夠幫助用戶結(jié)合自己的個(gè)性化需要，定制生產(chǎn)用的ABB示教工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行畫面。除此之外，在ABB Robotstudio軟件中，還進(jìn)行了很多smart智能組件的配置，有利于用戶自主完成3D組件模型的配置，還可以在模型之上安裝相應(yīng)的傳感器裝置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的基本控制。

在高職院校工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室軟件建設(shè)過程中，還應(yīng)注重加強(qiáng)機(jī)器人仿真以及智能環(huán)境的搭建，同時(shí)從建模入手，實(shí)現(xiàn)基本的點(diǎn)、線、面以及立體圖形的建立。但面對(duì)一些更復(fù)雜的三維建模需要，還需要在該軟件的基礎(chǔ)上配置AutoCAD、3D MAX等軟件，從而更加便于不同專業(yè)的學(xué)生借助這些軟件完成建模操作。

在高職院校工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生還可以對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行充分的應(yīng)用，比較常見的有機(jī)器人搬運(yùn)、碼垛、弧焊、壓鑄取件等。通過依托于相應(yīng)的動(dòng)畫仿真，以各個(gè)工作站為載體，即可運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人高度仿真實(shí)際工作任務(wù)和工作場景。在這一過程中，學(xué)生能夠進(jìn)一步加深自身對(duì)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的安裝、配置等相關(guān)技術(shù)的認(rèn)知與理解，還能親自參與到典型的實(shí)驗(yàn)仿真過程中，嘗試學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人基本的應(yīng)用技巧。具體而言，基于ABB Robotstudio軟件的工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)驗(yàn)包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容。

（1）工業(yè)機(jī)器人焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在汽車等制造業(yè)中，機(jī)器人焊接已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用。一個(gè)完整的機(jī)器人焊接系統(tǒng)包括了工業(yè)機(jī)器人、焊接工裝、電焊機(jī)等，在ABB Robotstudio軟件中專門配置有相應(yīng)的工業(yè)機(jī)器人焊接指令，從而能夠與電焊機(jī)進(jìn)行合理的配合，順利完成焊接工藝的實(shí)施，并能夠保證焊接工藝的質(zhì)量。學(xué)生能夠利用該軟件參與到整體機(jī)器人焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，提高自身實(shí)訓(xùn)成果。

（2）搬運(yùn)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在如今的企業(yè)搬運(yùn)作業(yè)實(shí)施中，同樣采用了工業(yè)機(jī)器人完成相應(yīng)的自動(dòng)化搬運(yùn)作業(yè)。在這一過程中，需要工業(yè)機(jī)器人手持一種設(shè)備，然后將物品搬起，從一個(gè)加工位置，自動(dòng)搬運(yùn)到另一個(gè)加工位置。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，要為搬運(yùn)機(jī)器人配置不同的末端執(zhí)行器，從而應(yīng)對(duì)各種形狀、性質(zhì)的搬運(yùn)物品，使工業(yè)機(jī)器人能夠高效、高質(zhì)量地完成搬運(yùn)工作。在當(dāng)下企業(yè)生產(chǎn)過程中，已經(jīng)有很多工業(yè)機(jī)器人被投入到搬運(yùn)作業(yè)中，且涉及諸多作業(yè)領(lǐng)域內(nèi)容，比如機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)線、碼垛搬運(yùn)等[5]。除此之外，在一些發(fā)達(dá)國家，為了促使搬運(yùn)機(jī)器人發(fā)揮出更大的作用價(jià)值，已經(jīng)專門對(duì)人工搬運(yùn)限度進(jìn)行了制度規(guī)定，一旦超出這一限度，則要求企業(yè)必須配置自動(dòng)化搬運(yùn)機(jī)器人，負(fù)責(zé)完成相關(guān)的搬運(yùn)工作。因此在未來智能化生產(chǎn)中，關(guān)于搬運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)也是企業(yè)人才必須要掌握的一項(xiàng)技能，而學(xué)生通過ABB Robotstudio軟件，已經(jīng)能夠初步接觸這種搬運(yùn)機(jī)器人的設(shè)計(jì)過程。

（3）碼垛機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在這一實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中，主要應(yīng)用了實(shí)際生產(chǎn)中比較常見的紙箱碼垛為例。在實(shí)際設(shè)計(jì)方面，以IRB460機(jī)器人設(shè)計(jì)為例，主要負(fù)責(zé)完成雙工位碼垛任務(wù)。IRB460工業(yè)機(jī)器人是ABB公司當(dāng)下主推的一種工業(yè)機(jī)器人，該機(jī)器人在實(shí)際進(jìn)行碼垛作業(yè)時(shí)，效率非常高，可以說是目前工作效率最高的工業(yè)機(jī)器人，最高節(jié)拍能夠達(dá)到驚人的每小時(shí)2 190 次，因此非常適合在自動(dòng)化生產(chǎn)線末端進(jìn)行應(yīng)用。不僅如此，這種工業(yè)器人的搬運(yùn)距離長達(dá)2.4 m，搬運(yùn)范圍更廣。并且相較于同類工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品，其實(shí)際的占地面積更小，因此整體的搬運(yùn)效率也更高。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，可先建立傳送帶，最后與碼垛相關(guān)的外圍器件裝置合理配置。這些器件裝置本身有著良好的智能性，通常內(nèi)部均設(shè)置有先進(jìn)的傳感器裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)作的精準(zhǔn)化控制。以傳送帶器件裝置為例，當(dāng)傳送帶上的物品被搬走后，需要產(chǎn)生一個(gè)新的物料供機(jī)器人搬運(yùn)。當(dāng)物料通過傳輸帶運(yùn)輸?shù)竭_(dá)某個(gè)地點(diǎn)時(shí)，其會(huì)通過傳感器向機(jī)器人內(nèi)部系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)信號(hào)，表示現(xiàn)在有物料到達(dá)，而工業(yè)機(jī)器人便會(huì)在既定程序的控制之下，到指定地點(diǎn)搬運(yùn)物料，之后物料會(huì)被工業(yè)機(jī)器人放置在機(jī)器人系統(tǒng)指定的位置。學(xué)生可以利用上述軟件獲取機(jī)器人的各種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息，并自主進(jìn)行相關(guān)的仿真模擬設(shè)計(jì)，從而有效提升自身的創(chuàng)造能力與智能制造相關(guān)的專業(yè)技術(shù)能力。

3 結(jié)語

綜上所述，如今在信息化時(shí)代下，各種先進(jìn)的智能信息技術(shù)層出不窮，并逐漸在各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)了企業(yè)智能生產(chǎn)制造的發(fā)展。在這一背景下，為了讓學(xué)生在畢業(yè)后更好地適應(yīng)企業(yè)智能化生產(chǎn)制造工程的工作，必須要從高職院校內(nèi)部著手，加強(qiáng)高職院校工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，從而讓學(xué)生能夠有機(jī)會(huì)在實(shí)驗(yàn)室接觸、了解工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)制造的相關(guān)知識(shí)和技術(shù)內(nèi)容，掌握相關(guān)的智能生產(chǎn)技術(shù)，從而有效提升學(xué)生的核心競爭力，更好地滿足當(dāng)下企業(yè)對(duì)高端人才的需求。