工業機器人元素嵌入電氣自動化專業領域的分析

卜令濤 吳江壽

摘 要 本文對電氣自動化專業設置工業機器人方向進行了課程體系的分析，以工作嵌入的六維度矩陣分析法分析了電氣自動化專業領域和工業機器人領域中結合緊密的專業元素，尤其在Link（關聯）、Fit（匹配）、Sacrifice（犧牲）等方面的影響進行了量化分析，通過分析將工業機器人編程、PLC、傳感器應用、伺服驅動、工業機器人應用仿真等課程納入到電氣自動化專業領域向工業機器人應用方向發展的核心位置。

【關鍵詞】電氣自動化 工業機器人 工作嵌入 新工科

“人力成本的逐年上漲，將刺激制造業對機器人的需求。”工業和信息化部裝備工業司副司長王衛明如是說，代表著先進制造業的電氣自動化專業向工業機器人應用領域發展顯得刻不容緩。而在培養人才的這一環，高校需要培養出復合性工科人才，自動化與機器人這兩個領域的結合則是中國智造2025的需要。

1 工業機器人與電氣自動化專業領域的工作嵌入關系

工作嵌入的概念是指個體和組織內外所有與工作相關的情境之間所形成關系網絡的密切程度，它從非主觀和工作之外的因素入手，為我們理解組織行為提供了一個全新的視角。傳統的視野集中在人力資源管理學的領域，但從高校教育的專業科目領域角度，我們完全也可以將概念中的“個體”解讀為工業機器人領域中的各個元素，而“組織”則為電氣自動化專業體系，這個“情境”既指中國智造2025。

同樣，工作嵌入概念的三個核心也可以在專業科目體系中得到體現，針對電氣自動化專業，Link（聯接）解讀為工業機器人領域中的各個元素與電氣自動化專業以及專業課程體系中的各個元素之間的關聯度；fit（匹配）解讀為工業機器人領域中的各個元素融合到電氣自動化專業課程體系中的科學性和合理度；Sacrifice（犧牲）解讀為電氣自動化專業體系在缺失工業機器人元素后，它在現代制造業中的成色或是含金量的降低程度。

工作嵌入有兩個層面的子要素：專業領域嵌入（工作內嵌入）與社會認可度嵌入（工作外嵌入）；前者指電氣自動化專業領域植入工業機器人元素的嵌入程度，后者指植入電氣自動化領域中的工業機器人元素與人類社會的嵌入程度（或理解其是否為人類社會所接受）。

以上三個核心與兩個層面構成了3X2六維度的矩陣結構（如圖1）。

科學技術的發展使得第二列的三個維度相比以前顯得更加緊密，而且以后還會更加緊密，只要機器人的研發原則仍遵循1942年美國作家艾薩克阿西莫夫提出的“機器人三定律”。這里需要指出的是并不是所有的制造類工業都為我們人類社會一直所接受，比如膠卷相機、卡帶錄像機等正逐步淡出我們的生活，這就是第6維度的緊密性降低所致。

2 工作嵌入的多維度矩陣的分析

為培養合格的復合型新工科人才，我們需要通過工作嵌入的六維度分析，找出工業機器人專業領域中適合（fit）并在邏輯上相近（link）的元素嵌入到電氣自動化課程體系中。工業機器人專業領域中的元素非常多，但其總體的構架系統不外乎有機械系統、驅動系統、控制系統、感知系統這四大部分。在這四大部分中，機械系統內容重點在于生產研發和制造，控制系統源于自動控制領域的分支，感知系統則傾向于市場推廣和應用，而驅動系統本就是電氣自動化領域的一個重要內容。電氣自動化專業的重點是通過自動化的控制來實現生產過程的智能制造尤其是大規模的工業化生產，因此與工業機器人體系中的控制和感知系統的關聯度更高，驅動系統則同為工業機器人和電氣自動化的核心內容。

電氣自動化專業的核心體系主要集中在掌握如何實現生產制造控制的自動化，因此其核心是圍繞著PLC、變頻、組態、伺服這些內容來展開，構成這些核心內容的基本元素則為電機、梯形圖、類似C的編程語言等。比如組態王的腳本編寫涉及的If-Else、While等語句與ABB機器人RAPID編程語句的應用并無質的區別。而圍繞工業機器人體系的控制系統和感知系統，從應用角度必須掌握的是編程語言、傳感技術、PLC等基本元素，再精分細化，編程語言如ABB的RAPID、安川的INFORM、三菱的MELFA-BASIC4等編程語言，傳感技術如視覺傳感、力度反饋等。工業機器人如果需要在制造業的各個領域無障礙應用推廣，還不能忽略另外一個關鍵技術，那就是工業機器人手臂末端法蘭盤上需要裝配的夾具，這個夾具的設計制造人才是當前工業機器人大范圍在各行各業推廣的瓶頸，需要在高校中著力培養。

綜合以上內容，導入工作嵌入的六維度矩陣結構分析，可以得到編程語言這個元素的關聯度和合理度最高，因此工業級機器人的編程在電氣自動化課程體系中不僅非常重要而且也可以做到無縫嵌入，幾乎所有的高校都將其列為體系中的核心課程，在教學實施中只需不拘泥于C、VB、RAPID等語言結構，而突出語言編程的共性和實效，即可舉一反三、融會貫通。PLC的梯形圖和電機的伺服驅動是另兩個關聯度和合理度最高的元素，但其并非是工業機器人體系中所特有的，相反它們是電氣自動化專業傳統體系中一直強調的重點，是工業機器人能夠發展到現在這種程度的支撐。基于傳感技術的視覺和力覺元素在矩陣中的關聯度和合理度約低于上述幾個元素，它們都不屬于工業機器人的本體技術，它居于電氣自動化和工業機器人體系的非核心課程，但卻不可忽略，是未來的發展方向，屬于不可犧牲的那部分。工業機器人夾具建模設計在六維度的矩陣中具有很高的合理度，也是當下非常緊缺的元素，但其在電氣自動化課程體系中的關聯度并不高，這加大了教學實施的難度，實踐教學中引入3D快速成型技術，跨越了一些基礎的機械制造知識，可以在一定程度上降低教學難度系數。

融入電氣自動化專業課程體系的工業機器人元素一覽如表1所示。

3 總結

如同一個組織的核心競爭力來源于組織知識的創新，電氣自動化要在智能制造2025保持領先地位離不開專業體系的更新，而最終的核心競爭力源于課程變革的與時俱進和創新，參與課程體系創新的新課程新元素作為專業課程體系中的關鍵載體，其與工作的嵌入程度對這些新課程和新元素在專業課程體系創新中所發揮出的效果影響越來越明顯，因此借助工作嵌入分析電氣自動化與工業機器人在專業領域之間知識轉化通用的影響，是電氣自動化專業課程體系也是新工科課程體系創新的有效手段。

參考文獻

[1]王芳，張鑫，翟羽佳.國內外信息源選擇研究述評及一個整合的理論模型[J].中國圖書館學報，2017（03）：96-116.

[2]楊啟亮，馬曉星等.軟件自適應：基于控制理論的方法[J].計算機學報，2016（11）：2189-2215.

[3]趙博.電氣工程自動化背景下的發電廠改造研究[J].電子技術與軟件工程，2017（12）：138-139.

[4]卜令濤.基于PSD技術的布長精確測量系統研究與設計[D].南京：南京理工大學，2011（08）.

[5]劉瑞林.基于自來水廠生產過程中自動化控制系統的設計與實現[J].低碳世界，2016（33）：270-271.

[6]李堅.中國制造2025、德國工業4.0、美國工業互聯網戰略與我國塑料機械行業[J].橡塑技術與裝備，2015（20）：1-14.

作者簡介

卜令濤（1968-），江蘇省連云港市人。副教授，碩士本科學歷，高級技師。研究方向為電子電工。

吳江壽（1984-），浙江省麗水市人。大學本科學歷。工程師，高級技師。研究方向為電工電氣。

作者單位

浙江東方職業技術學院 浙江省溫州市 325011