基于工業4.0背景下的工業機器人人才研究分析及解決策略

彭寬棟

摘要： 為貫徹落實“中國制造2025”和“互聯網+”戰略，實現智能制造強國的戰略目標，研究分析工業機器人人才需求、健全工業機器人人才培養體系具有重要研究意義。開展了工業4.0戰略的深度分析與研究，梳理了工業4.0戰略計劃與工業機器人人才需求的關系，概括了我國工業機器人使用情況，全面分析了我國工業機器人人才需求。研究探索了工業機器人人才培養策略，提出了我國工業機器人人才培養的理念、目標及多角度系統性的培養體系，可展開推廣實施。

Abstract： In order implement the "Made in China 2025" and "Internet +" strategy， and to achieve the strategic goal of intelligent manufacturing power， it is of great significance to study and analyze the talent demand of industrial robots and improve the training system of industrial robots. In-depth analysis and research of industry 4.0strategy is carried out， the relationship between the strategic plan of industry 4.0 and the demand of industrial robots is analyzed， the use of industrial robots in China is summed up， and China's demand for industrial robot talents is comprehensively analyzed. This paper explores the strategy of cultivating talents of industrial robots， and puts forward the concept， goal and multi-angle system of cultivating talents of industrial robots in China， which can be popularized and implemented.

關鍵詞： 中國制造2025；工業機器人；工業4.0戰略；人才培養體系

Key words： made in China 2025；industrial robot；industrial 4.0 strategy；talent training system

中圖分類號：TP242.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）24-0171-04

0 引言

“工業4.0”戰略是以智能制造為主導的第四次工業革命，它描述了由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉變[1-2]。其主要分為兩大主題，一是“智慧工廠”，重點研究智能化生產系統及過程，以及網絡化分布式生產設施的實現；二是“智能生產”，主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及3D技術在工業生產過程中的應用等。旨在通過充分利用信息通信技術和網絡空間虛擬系統-信息物理系統（CPS）相結合的手段，建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式。在這種模式中，傳統的行業界限將消失，并產生各種新的活動領域和合作形式，創造新價值的過程將發生改變，產業鏈分工將被重組，從而將制造業向智能化轉型，如圖1所示為工業革命發展歷程。

“智慧工廠”是以信息物理系統（CPS）為核心的新一代制造業模式，其核心是3C（Computing、Communication、Control）的融合技術如圖2所示。

其全部生產活動由計算機進行控制，生產第一線配有工業機器人而無需配備工人，生產命令和原料從工廠一端輸進，經過產品設計、工藝設計、生產加工和檢驗包裝，最后從工廠另一端輸出產品。所有工作都由計算機控制的工業機器人、數控機床、無人運輸小車和自動化倉庫來實現，工業機器人也不再被固定在安全工作地點，而是與人一起協同工作。

工業機器人屬于上述信息物理融合系統（CPS）的"物理計算"（Physical Computing）領域[3-4]。工業機器人是“工業4.0”戰略體系的重要特征之一，也是實現“中國制造2025”規劃的重要工具。據統計，目前全世界大約有100萬機器人在工作，特別是在人類難以勝任的危險環境里。日本是機器人密度最高的國家，每10萬人中就有295臺機器人如圖3所示。目前工業機器人的銷量高速增加，全球制造業工業機器人密度為55，而中國工業機器人密度僅為21，遠低于日韓德美等發達國家，工業機器人市場有很大的增長空間[5]。在“工業4.0”戰略、“中國制造2025”和“互聯網+”戰略的背景下，客觀研究分析我國工業機器人行業人才發展、需求現狀及解決策略具有重要的意義。

1 中國工業機器人發展概況

在“工業4.0”戰略發展模式的驅動下，智能制造成為工業制造轉型的重中之重，從而加快推進了工業機器人的應用發展。

1.1 政策環境導向

基于全球新一輪制造業變革及“工業4.0”戰略在德國的快速發展，目前工信部已經完成了智能制造頂層設計，研究制定智能制造發展戰略。國務院印發了《中國制造2025》戰略發展規劃，各省也紛紛制定了智能制造發展行動綱要。“機器換人”政策在全國各地快速響應。在這些宏觀政策指導在，工業機器人應用不斷得到推廣，我國迅速成為工業機器人消費大國，從2014年起連續兩年成為全球第一大工業機器人消費市場。汽車制造、電子、軍工、橡膠塑料、航空制造、食品工業、醫藥設備與金屬制品等領域均大量應用工業機器人。作為全球汽車工業最大國家的中國在汽車制造領域使用的工業機器人比例達已超過40%如圖4所示。

1.2 市場規模剖析 工業機器人能在人的控制下進行智能工作，能完美替代人力在生產線上工作的多自由度的半自主或全自主的機器裝置。與人力相比，工業機器人具備低成本、高危環境作業、高效率以及24小時連續工作等優點。近年，隨著國內經濟不斷發展，勞動力成本快速上漲，導致制造業人力優勢不再明顯。在制造業升級的大背景下，2014年工業機器人銷量超過45500臺，同比增長35%以上。工業機器人整機規模市場價值為40億～60億人民幣，考慮加上軟件、零部件、系統集成等工業機器人市場價值為100億～300億人民幣，國外為300億～500億美元[6]，國內市場需求很非常大。2015年-2016年繼續保持高速發展態勢如圖5所示。專家預測到2030年，我國每一萬名產業工人擁有的工業機器人數量達到300臺左右[7]。

鑒于中國工業機器人強大的應用市場，工業機器人“四大家族”（發那科、ABB、KUKA、安川），為擴大領先優勢，加快布局了中國市場，均已在中國設立了生產基地。國內沈陽新松、華中數控、秦川機床、大連機床、智云股份、沈陽機床、科遠股份、天通股份、廣州數控等公司的工業機器人也取得了較好發展，格力、美的等集團也紛紛加入工業機器人研發制造隊伍，但目前市場上使用的大部分還是國外的品牌，然而使用工業機器人的廠家卻需要6月以上的訂貨周期才能使用。

2 工業機器人才需求分析

雖然工業機器人能加快“工業4.0”戰略快速實施，但其發展仍需要專業技術人才進行設計研發，需要專業技能人才操作、維護維修。因此客觀分析工業機器人人才需求，對工業機器人的發展十分必要，具有重要研究意義。

2.1 專業技術人才

工業機器人由機械本體、驅動系統、控制系統三部分構成，是多學科交叉融合的行業，也是一項復雜的高科技系統工程[8-9]。具有高技術、高人才、高資金等門檻特征，很難從高校直接培養出有專業水準的工業機器人人才，且開展工業機器人學科教學的院校、科研機構數量也不多。工業機器人相關專業畢業的學生還需要積累大量工程經驗及相關設計數據才能從事機器人技術研發，工業機器人人才的缺乏，直接導致我們工業機器人產量及質量，工業機器人大部分核心技術仍然需要依賴國外，尤其在減速電機、伺服電機、控制器等核心零部件上，直接影響我國工業機器人的發展，需要建立一批高技術專業團隊逐一攻破這些技術瓶頸。

2.2 專業技能人才

目前一臺工業機器人能否投入到產業中，以及能發揮多大的效果，取決于生產工藝的復雜性，產品的多樣性還有周邊設施的配套程度。而解決這些問題卻需要3到5名相關的操作維護和集成應用技能人才。目前，機器人在汽車制造以外的工業領域應用需求快速增長，而相應的專業技能人才儲備數量和質量卻捉襟見肘。富士康集團曾預用“百萬機器人”計劃來解決工廠日益上漲的人力成本，但是從目前的情況來看，由于缺乏工業機器人專業技藝精湛的技能應用型人才，產業線上實現全自動無人操作還需要大量技術攻破，導致 “百萬機器人”計劃受挫。培養掌握工業機器人系統知識且能與各產業鏈工藝要求吻合的專業技能人才十分必要。雖然當前工業機器人很熱，需要大量的應用型技能人才，但教學內容繁多，傳統教育模式不適合等原因造成學生對工業機器人專業認可度不高，開設工業機器人專業的高職院校也很少。

3 工業機器人人才培養策略探討

在工業4.0戰略的時代背景下，信息化與全球化融合、個性化和定制化生產方式和生活方式以及大數據、云計算、虛擬化生活等等新技術的和理念的涌現[10]，都給工業機器人應用人才培養模式帶來新的挑戰。然而目前開設工業機器人學科和專業的院?；旧隙纪ㄟ^機械電子工程、電氣自動化工程、過程裝備與控制工程等改設的，主要講述的也都是工業機器人的工作原理、結構設計、運動學、動力學、雅克比矩陣、單片機、PLC、傳感器等基礎知識。從而很難培養出社會需求的工業機器人人才，需要重新研究探索工業機器人人才培養的教育新模式。

3.1 工業機器人人才培養理念

雖然工業4.0戰略描繪了一張新的宏偉藍圖，依托工業機器人改變人類傳統的設計制造模式，但工業機器人的人才培養理念仍需遵循教育規律和人才成長規律，核心仍是提升人才的綜合素質和專業素養。可運用大數據、云教育、云計算等新興的平臺，結合各工業機器人綜合應用的案例經驗，以多學科交叉融合的視野和個性化差異的思維去制定培養方案，以知識的學習和技能的提升為軸繪制培養計劃，以創新意識、協同意識、服務意識、發展意識為綱優化教學方式。以工業機器人產業的需求為鏈驅動教學革新。

3.2 工業機器人人才培養目標

根據目前各產業對工業機器人的不同要求，結合各產業生產實踐經驗，工業機器人人才培養的目標要與各產業的實際需求結合起來[11]，形成與工業機器人產業發展需求的人力資源建設格局。培養和造就一支數量充足、結構合理、素質優良、充滿活力的工業機器人人才隊伍，不僅要滿足產業的需求，還要實現產業與教育融合發展。

3.3 工業機器人人才培養策略

根據工業機器人人才培養理念和人才培養目標，可依托以下途徑建立人才培養體系：

①完善工業機器人人才供給機構改革。嘗試從小學開始，加大實踐動手課程，以娛樂機器人為導向逐步將工業機器人的基礎知識貫穿到通用技術課程中，將具備開展工業機器人學科、專業的高校與初、高中建立教學聯盟，激起挖掘各類型學生，打通工業機器人各類人才成長通道。

②保障工業機器人人才培養平臺建設。國家相關部門應根據區域發展情況，逐步建立共享的工業機器人研發及應用公共實訓基地，組建工業機器人專家理事會，由工業機器人專業的人才去管理維護運營實訓基地，保障設備與技術能與企業需求同步。鼓勵高校建設機器人學院，以機器人學院的全院力量能更綜合的培養工業機器人人才。

③嘗試工業機器人人才聯合培養機制。采用三方聯動即由“政府+企業+院?！?，“學校+家長+學生”，“師傅+教師+學生”的新型政校企協同育人模式。創新課程體系，更新教材內容，共同制定人才培養方案，共同落實人才培養計劃，保障培養的全過程中學生能以不同的角色、在不同的地方探索研究學習。

④依托科研、大賽同步差異個性化培養人才。為實施工業機器人人才創新能力和創新素質的發展，培養個性化人才的目標，把工業機器人各知識模塊分解展開搭建工業機器人科研、大賽聯動平臺，錯位發展完善教學體系，因材施教。

⑤多校聯動協同育人、職教聯盟模塊化育人。鼓勵具有開設工業機器人學科的高校、科研機構多方聯動協同發展，集各方優勢建立工業機器人育人新中心。對具備有工業機器人專業教學能力和條件的重點企業與職業學校共同組建一批深度融合、特色鮮明、效益顯著的工業機器人職業教育集團，充分發揮職業教育集團成員單位中行業企業的作用，推進辦學模式、培養模式、教學模式、評價模式改革，促進工業機器人產業鏈、崗位鏈、教學鏈深度融合。

⑥持續教育大力培育工業機器人工匠精神。以工業機器人大國工匠為引領，弘揚工業機器人優秀工業文化，完善企業終身教育體系，企業要把培育精益求精的工業機器人工匠精神作為職工繼續教育的重要內容，增強職工對工業機器人職業理念、職業責任和職業使命的認識與理解。推進工業機器人工匠精神進校園、進課堂，幫助學生樹立崇高的職業理想和良好的職業道德，培養崇尚勞動、敬業守信、精益求精、敢于創新的工業機器人人才。

⑦多國元素“一帶一路”助推工業機器人人才發展。建設一批新型工業機器人人才示范培育研發基地，加大吸引國外高端工業機器人人才來華創新創業。多元化的工業機器人人才投入機制更加健全，以工業機器人為媒介，加大工業機器人人才交流頻次，保障“一帶一路”-工業機器人人才培養工程全面發展。

4 結束語

本文深度研究分析工業4.0戰略內涵及與工業機器人對制造業的影響發展。全面系統性研究分析了我國工業機器人使用情況、市場前景及人才需求?；诳陀^深度的研究分析的基礎上，提出了工業機器人人才培養的新理念、新目標，探索提出了7大塊工業機器人人才培養策略，所推導的人才培養策略具有一定的全局性、前瞻性、科學性及實用性，可為日后的工進機器人人才培養提供重要的參考實施策略。在下一階段，本文將進一步完善實行工業機器人人才培養體系中的7大工程，深入研究并提出我國工業機器人人才培養指南。

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