何志權(quán) 何玉鵬 曹文明

（深圳大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院 廣東省多媒體信息服務(wù)工程技術(shù)中心 廣東深圳 518060）

引言

在加工制造業(yè)的自動化智能化升級改造的發(fā)展道路上，推進(jìn)智能制造系統(tǒng)的程度決定我國從制造強國向制造強國發(fā)展的水平。智能制造是工業(yè)制造業(yè)企業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢，也是在未來市場中占有競爭優(yōu)勢的唯一路徑，需要將生產(chǎn)、業(yè)務(wù)流程、管理模式等環(huán)節(jié)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化，通過智能機器與人構(gòu)建成人機一體化智能系統(tǒng)，可進(jìn)行智能運行，如分析、推理、判斷、決策等功能。工業(yè)機器人作為智能制造系統(tǒng)的組成部分，廣泛應(yīng)用于各種柔性化生產(chǎn)和智能系統(tǒng)生產(chǎn)線。所有領(lǐng)域都迫切需要許多高質(zhì)量、跨學(xué)科的混合技術(shù)技能。工業(yè)機器視覺和機器人視覺是工業(yè)自動化智能化的重要組成部分?？傮w而言，當(dāng)今工業(yè)機器視覺優(yōu)秀人才存在較大空缺，高校優(yōu)秀人才的整體產(chǎn)出無法滿足該領(lǐng)域的要求，亟待深層次的企業(yè)和院校進(jìn)行考察[1]。

一、工業(yè)機器視覺應(yīng)用人才職業(yè)能力及綜合素養(yǎng)要求

工業(yè)機器自動化公司對機器人視覺相關(guān)崗位提出了更加實用的規(guī)定。從公司各個崗位了解到，高校畢業(yè)生的就業(yè)崗位主要包括工業(yè)機器人視覺設(shè)計安裝和維護(hù)、產(chǎn)品銷售、視覺算法研發(fā)等。工作能力規(guī)定主要包括由常識和職業(yè)技能構(gòu)成的職業(yè)能力及其工作方法。綜合能力由職業(yè)能力和綜合素養(yǎng)組成。

1.職業(yè)能力

根據(jù)對公司權(quán)威專家訪談和調(diào)查分析得出，大學(xué)生從事工業(yè)機器視覺相關(guān)工作必須具備一定的理論基礎(chǔ)和實際操作能力。其中，圖像處理和視覺分析有關(guān)的算法研發(fā)對大學(xué)生的專業(yè)能力和理論基礎(chǔ)有著較高的要求。實際操作部分要求掌握視覺識別系統(tǒng)硬件配置的相關(guān)專業(yè)知識和PLC編程的基礎(chǔ)知識。部分實際操作要求學(xué)生具有較強的視覺效果工作平臺的維護(hù)、維護(hù)和調(diào)整、編程和操作技能。

2.綜合素養(yǎng)

公司對員工的綜合能力也有一定的規(guī)定。公司普遍重視員工的溝通、協(xié)調(diào)和團(tuán)隊合作能力，其次是自我學(xué)習(xí)和自主創(chuàng)新能力，再是拼搏、敬業(yè)的心態(tài)，最終形成安全責(zé)任感和操作規(guī)范[2]。

二、高校工業(yè)機器人視覺課程存在的問題

在專業(yè)建設(shè)方面，目前工業(yè)機器人專業(yè)雖然存在不足，但其專業(yè)建設(shè)也有一定的成效。人才培養(yǎng)模式具有一定的現(xiàn)實意義，必須根據(jù)實地人才調(diào)查的要求進(jìn)行調(diào)整。此外，工業(yè)機器人視覺課程的內(nèi)容還沒有成為一門完整的專業(yè)課程，以響應(yīng)學(xué)生就業(yè)市場對高素質(zhì)初中級技術(shù)技能人才的要求，以及工業(yè)機器人專業(yè)在各個領(lǐng)域的人才需求。大學(xué)培訓(xùn)水平，即專業(yè)技能和資質(zhì)水平，亟待加強。

1.課程定位不清晰

高校工業(yè)機器人視覺課程內(nèi)容的定位不精準(zhǔn)，沒有通過調(diào)研等方法探尋企業(yè)需求，只是從一線教師的角度或者參考其他學(xué)校課程明確教學(xué)目標(biāo)，通過此類課程內(nèi)容培養(yǎng)的學(xué)生不能與公司在該領(lǐng)域的專業(yè)人才相匹配，人才培養(yǎng)的質(zhì)量有待提高。具體表現(xiàn)在學(xué)生的實際動手操作能力較弱，對現(xiàn)場的生產(chǎn)流程和工藝環(huán)境知之甚少。

2.課程內(nèi)容典型性差

教學(xué)內(nèi)容與公司專業(yè)人才不匹配，脫離公司實際要求。現(xiàn)階段，僅有少數(shù)高校設(shè)置了詳細(xì)的機器人視覺課程內(nèi)容，且大多僅將其作為實踐課程內(nèi)容，并未按照公司典型操作流程進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)。以機器人視覺課程的內(nèi)容為實踐課，開展課堂教學(xué)。在教學(xué)內(nèi)容的選擇上，要注意采用公司典型的工作目標(biāo)，防止應(yīng)用一些過時和淘汰的工作任務(wù)。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)同工業(yè)生產(chǎn)實際相結(jié)合，有目的地發(fā)現(xiàn)與課程相關(guān)的新內(nèi)容，從而減少學(xué)員和企業(yè)的在職培訓(xùn)勞動量。

3.教材內(nèi)容的開發(fā)不能滿足教學(xué)培養(yǎng)的要求

教材內(nèi)容的開發(fā)設(shè)計不能滿足高校工業(yè)機器人視覺課堂教學(xué)和人才培養(yǎng)模式的要求。一些高校選擇與技術(shù)專業(yè)課程管理系統(tǒng)相關(guān)的可視化系統(tǒng)教材進(jìn)行課堂教學(xué)。另外一個方面，實驗環(huán)節(jié)的不足甚至缺失，教學(xué)過程同工業(yè)生產(chǎn)實際的脫節(jié)，導(dǎo)致課程內(nèi)容的空洞化和抽象化，理論不能同實踐相互結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不佳。

4.工業(yè)機器人視覺課程實踐缺乏

從實用機械設(shè)備來看，各個院校使用的實用機械設(shè)備不同，有的是集成度較高的集成視覺效果工作平臺，有的是結(jié)合獨立程序編寫的視效設(shè)備，而有些高校的視效設(shè)備存在老化現(xiàn)象。同時，高校缺乏實用的機械設(shè)備，使得大部分學(xué)生無法親自操作和體驗真實的操作環(huán)境。例如，作為工業(yè)機器人視覺中的一個重要部分，成像系統(tǒng)的設(shè)計需要一個光學(xué)成像實驗平臺，以便學(xué)生能動手完成光源、工業(yè)相機和鏡頭的選型，相機的標(biāo)定、成像參數(shù)優(yōu)化等一系列環(huán)節(jié)。經(jīng)實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，實踐培訓(xùn)大多只具有簡單實用的功能，并不能保證基礎(chǔ)理論課堂教學(xué)與專業(yè)技能實踐的真正結(jié)合。視效練習(xí)機器設(shè)備陳舊，數(shù)量少，再加上課堂教學(xué)場地的合理分割，勢必會阻礙學(xué)生專業(yè)能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生畢業(yè)后無法立即勝任工作。

5.評價手段單一

由于課題研究不完整，評價指標(biāo)體系十分薄弱。高校過分關(guān)注學(xué)生的實踐成果，缺乏以實踐能力為基礎(chǔ)的課堂教學(xué)評價方法。在教育實踐過程中，教師必須根據(jù)不同受教育者的特點，從自我評價、工作小組評價和學(xué)生評價兩個層面設(shè)計評價方法[3]。多層次、多樣化、多主體、多過程的復(fù)習(xí)，必須要有優(yōu)秀的課程內(nèi)容方法來支撐，因為高校課程開發(fā)水平相對落后，機器人視覺課程的內(nèi)容并沒有達(dá)到很高的水平。

三、對策研究

1.確定課程目標(biāo)

課程總體目標(biāo)的明確性應(yīng)與工業(yè)機器人專業(yè)人才培養(yǎng)模式相一致，屬于技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)模式。事實上，公司生產(chǎn)制造方面的權(quán)威專家和高校課程開發(fā)方面的權(quán)威專家，是根據(jù)實際崗位的典型工作目標(biāo)、崗位職責(zé)和規(guī)定，共同協(xié)商的。視效設(shè)備的硬件配置和基礎(chǔ)知識，可靈活運用于不同應(yīng)用領(lǐng)域，選擇站內(nèi)設(shè)備；熟練掌握站內(nèi)設(shè)備的連接和通訊，保證工作平臺的運行和調(diào)整，嚴(yán)格遵守我國和公司安全環(huán)保規(guī)章制度；具有良好的溝通和團(tuán)隊合作精神，培養(yǎng)了吃苦耐勞、敬業(yè)奉獻(xiàn)、熱愛工作等職業(yè)素質(zhì)，具備對基本問題進(jìn)行個別分析和處理的能力[4]。

2.選擇課程內(nèi)容

課堂教學(xué)層次是根據(jù)以下學(xué)習(xí)訓(xùn)練和工作任務(wù)設(shè)計的，包括學(xué)習(xí)內(nèi)容、專用工具、方法和組織結(jié)構(gòu)和法規(guī)。制定學(xué)習(xí)內(nèi)容的關(guān)鍵是從典型的工作目標(biāo)開始。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，公司視覺特效技術(shù)工程師的工作任務(wù)是為招標(biāo)人提供新項目的整體結(jié)構(gòu)和技術(shù)解決方案，選用視覺等非標(biāo)輔機設(shè)備，對工業(yè)機器人、攝像頭內(nèi)外主要參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，進(jìn)行智能機器人程序編程。選擇基本工作任務(wù)作為大學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，客觀上符合學(xué)生認(rèn)知能力的規(guī)律性，也符合公司的實際工作情況。學(xué)習(xí)培訓(xùn)要實事求是，參照公司具體工作要求進(jìn)行設(shè)計方案，優(yōu)化各部分學(xué)習(xí)內(nèi)容，明確提出基本規(guī)定[5]。

3.課程標(biāo)準(zhǔn)研制

由于工業(yè)機器人視覺必須靈活運用智能機器人、視覺系統(tǒng)等相關(guān)專業(yè)知識，且公司制造業(yè)應(yīng)用較多，本課程內(nèi)容的定位是技術(shù)類專業(yè)的主修課程。課程內(nèi)容的日常任務(wù)在于典型工作目標(biāo)的內(nèi)容規(guī)定。參考有價值的工作目標(biāo)可以具體指導(dǎo)如何指定課程內(nèi)容以及如何培養(yǎng)人才。第一學(xué)年，學(xué)生必須學(xué)習(xí)和培訓(xùn)《機械基礎(chǔ)》《機械識圖與CAD》《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)》《機器人編程與操作》《大學(xué)計算機基礎(chǔ)》《數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)》等技術(shù)專業(yè)課程，獲得機械設(shè)備、電子設(shè)備和智能機器人等。相關(guān)基礎(chǔ)知識和工作能力；第二學(xué)年，深入學(xué)習(xí)《PLC編程與控制技術(shù)》《氣動液壓系統(tǒng)安裝與調(diào)整技術(shù)》《工業(yè)機器人視覺應(yīng)用》《機器視覺算法基礎(chǔ)》等主要技術(shù)課程；第三學(xué)年進(jìn)行《工業(yè)機器人工作站聯(lián)合調(diào)試》《工業(yè)機器人工作站故障檢測與維修》《工業(yè)機器視覺與人工智能》等方面的學(xué)習(xí)培訓(xùn)，靈活運用前幾年的學(xué)習(xí)成果，從基本專業(yè)技能塑造，到技術(shù)專業(yè)的核心競爭力增強，最終是技術(shù)專業(yè)技能的綜合運用，由淺入深地提高學(xué)生的專業(yè)能力。

4.教學(xué)材料設(shè)計

課程目標(biāo)源于教學(xué)目標(biāo)的優(yōu)化，分為專業(yè)知識總目標(biāo)和專業(yè)技能總目標(biāo)。專業(yè)知識標(biāo)志主要包括了解并聯(lián)機器人的結(jié)構(gòu)特點和適用范圍；掌握機器視覺技術(shù)的組成和功能特點；掌握圖像采集、解析、分析、導(dǎo)出的全過程；了解機器人的簡單視覺識別程序流程圖；了解簡單的機器視覺、圖像處理和人工智能算法。通過學(xué)習(xí)培訓(xùn)，學(xué)員可以對視效機設(shè)備工作平臺進(jìn)行一些基礎(chǔ)知識儲備，有利于下一步的實際操作[6]。專業(yè)技能的總體目標(biāo)具體包括視覺識別系統(tǒng)硬件配置的連接和編程能力：精通輸送鏈跟蹤系統(tǒng)的軟件接線、設(shè)置和校準(zhǔn)；可以使用視覺識別系統(tǒng)的手機軟件進(jìn)行圖像模板設(shè)置；可以完成視覺識別系統(tǒng)與工業(yè)機器人之間的通信；熟練工業(yè)機器人的編程和編寫。當(dāng)學(xué)員靈活運用所需技術(shù)的總體目標(biāo)時，可以有效地實施公司機器人視覺相關(guān)的裝配調(diào)整工作。

5.課程評價設(shè)計

在正常的教學(xué)評價情況下，教師必須綜合考慮評價目標(biāo)的制定、評價指標(biāo)體系的多樣化、評價方法的多樣性和評價的概括性，選擇課堂教學(xué)評價為主導(dǎo)、結(jié)果評價為輔助的評價方法。主要是對受教育者的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)效率和危害課堂教學(xué)的非智力因素進(jìn)行綜合評價，更關(guān)心學(xué)生的發(fā)展。評審評價量表由個人評價表、工作小組評價表、教師評價表和公司評價表四部分組成。個人評價的評論份額是10%，工作組評論份額是20%，教師評價和公司評論份額各35%。

（1）個人評價

學(xué)生自我評價是學(xué)生進(jìn)行自我綜合評價和反思的全過程。評價量表的設(shè)計必須完善受教育者學(xué)習(xí)過程的評價指標(biāo)體系。例如，學(xué)生課堂學(xué)習(xí)狀況、對視覺工作平臺工作流程的理解程度、視覺識別裝置的安裝與調(diào)整，以及與同一組的合作情況等。綜合評分，滿分100分，主要針對機器人視覺工作流程和安裝調(diào)試的全過程進(jìn)行的。

（2）組間評價

工作組的意見有利于大學(xué)生建立更好的市場競爭和相互關(guān)系。評論設(shè)計方案從信息搜索、認(rèn)知工作、參與、學(xué)習(xí)方法、工作全過程、邏輯思維六個方面考慮。評語的整個過程更加關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)方法。在工作組行動的整個過程中，對學(xué)生工作能力和團(tuán)隊合作能力的評價非常重要。

（3）教師評價

在評價層面，教師應(yīng)全面、理性地對學(xué)生的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)全過程進(jìn)行評價。教師必須對學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)、培訓(xùn)和前期準(zhǔn)備情況進(jìn)行評分，以確保學(xué)生在進(jìn)行視覺效果調(diào)整之前有足夠的前期準(zhǔn)備。同時，教師要在學(xué)習(xí)活動的全過程中對一般工作全過程中的每一個過程進(jìn)行點評，重點關(guān)注工作流程計劃、視覺效果調(diào)整的自糾自檢、學(xué)生的工作質(zhì)量水平等。

（4）公司評價

學(xué)員的專業(yè)知識、專業(yè)技能和方法可以按照企業(yè)的評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行提升和優(yōu)化，專業(yè)能力向社會需求的轉(zhuǎn)化有利于提高素質(zhì)的人員培訓(xùn)。除了有意義的工作的全過程，公司評審更關(guān)心的是措施的實施全過程和評審呈現(xiàn)的階段，這在公司的業(yè)務(wù)中非常重要。

結(jié)語

雖然學(xué)科基礎(chǔ)理論比較完備，但公司在該領(lǐng)域的專業(yè)人才自始至終都在變化，高校教育人才培養(yǎng)模式的變化和課堂教學(xué)改革永遠(yuǎn)不會停止。雖然筆者根據(jù)調(diào)查已經(jīng)明確表示，工業(yè)機器人技術(shù)技能崗位存在空缺，但由于時間的變化，這樣的典型崗位和工作目標(biāo)都會發(fā)生變化。專業(yè)課程的內(nèi)容必須與工業(yè)企業(yè)的實際生產(chǎn)過程相結(jié)合，使培訓(xùn)效果更好地發(fā)揮高校教育人才的作用，完善人才培養(yǎng)模式，服務(wù)于國家的工業(yè)自動化和智能化升級改造。