工業機器人應用技術實訓中心的建設與探索

高孝書 張鳳霞

[摘? ? ? ? ? ?要]? 工業機器人是“中國制造2025”的重要支柱之一，要使工業機器人落地生效，核心是人才。培養高素質高技能的工業機器人應用技術人才，關鍵在于高起點、高水平的實訓中心建設。從工業機器人實訓中心建設的意義和必要性出發，闡述實訓中心建設的理念及方案，探索實訓中心建設與人才培養深度融合的機制與路徑，推進工業機器人高技能應用技術人才的培養。

[關? ? 鍵? ?詞]? 工業機器人;實訓中心建設;高職教育

[中圖分類號]? G717? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）06-0046-02

習近平總書記在兩院院士大會上指出“機器人革命”將創造數萬億美元的市場。機器人是“制造業皇冠頂端的明珠”，其研發、制造、應用是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志。隨著“中國制造2025”的推進，中國已成為全球第一大工業機器人市場。工業機器人應用技術人才的巨大需求與相關人才匱乏的矛盾日益凸顯，作為高技能應用技術人才培養搖籃的高職教育，正是解決此矛盾的關鍵所在。而學校培養素質高技能的工業機器人應用技術人才，關鍵在于高起點、高水平的實訓中心建設[1]。

一、實訓中心建設的意義和必要性

隨著制造業的高速發展，工業機器人已經廣泛應用到制造業中。在生產中使用工業機器人可以降低產品廢品率，降低人工生產成本，減少人為操作失誤和人為不可控因素影響，提高企業競爭力和生產效率等，尤其是在執行高危任務或特種作業環境中，工業機器人比傳統的自動化控制更加先進可靠。

工業機器人實訓中心是集“教學、培訓、科研、生產”四位于一體的應用技術中心，給學生提供實踐操作的基本條件，營造智能制造技術綜合應用的職業環境，在建設高職實訓體系、推動技術技能進步、促進專業群轉型、服務地方經濟發展等方面具有全方位的引領示范作用。

人社部工業機器人專業的培養目標是培養具有在生產一線從事工業機器人設備的安裝、操作、編程、調試與維護的應用型技術人才[2]。要達到上述培養目標，除了對學生進行理論教學外，必須進行充分的專業技能訓練。工業機器人專業實訓教學是培養學生在工業機器人領域實際工作技能和能力的關鍵環節，是培養學生創新創業能力和分析解決問題能力的有效手段，也是提高學生就業能力和就業水平的根本途徑。因此，只有建設高起點、高水平的工業機器人實訓中心，才能為學生專業技能訓練提供必要的基礎條件，為高技能應用技術人才的培養提供合適的職業環境。

從對寧夏地區開設工業機器人應用專業的調研情況看，工業機器人及其相關的實訓設備配套不足是制約工業機器人專業發展的重要因素之一。此實訓中心建設填補了寧夏地區工業機器人實訓條件的空白，為學生參與智能制造領域的技能大賽搭建平臺，為區域實訓條件共享和區域相關專業發展提供了硬件支撐。

二、實訓中心建設理念和方案探索

（一）校企聯合共建實訓中心

工業機器人實訓中心建設所需投資大、技術門檻高、系統集成度高，單純依靠學校的力量顯得較薄弱，需采取校企聯合、合作共建的模式，聯合武漢華中數控并對接寧夏地區企業需求，將企業的機器人實際應用方案、項目及案例與學校的教學模式相結合，共同推進工業機器人專業高技能人才培養[3]。

工業機器人應用技術實訓中心的建設理念是以國家職業標準為依據，以高技能人才培養為核心，以基礎技能實訓及應用技術實訓為主，生產及科研為輔，堅持方便實訓教學原則、循序漸進原則、統籌協調原則、生產與大賽兼顧原則，統一規劃，分步實施。

工業機器人應用技術實訓中心的建設構架是：（1）工業機器人基本技能實訓室包括機電基礎技能實訓設施、基礎機器人實訓套件、高級機器人實訓套件。（2）工業機器人應用技能工作室包括多控制四軸碼垛機器人系統、多關節機器人和視覺系統、AGV機器人、其他輔助設備、工業機器人離線編程軟件。（3）工業機器人綜合技能工作室包括數字仿真實訓設施、工業機器人機械系統拆裝實訓平臺、工業機器人電氣系統拆裝實訓平臺、智能生產工作島。（4）工業機器人輔助實訓資源包括教學資源庫平臺、師資培訓包、軟件開發包、教材包。

（二）以開放促合作創新發展

隨著寧夏產業結構調整和經濟發展方式的轉變，需要大量高技能型人才，尤其是智能制造領域的高技能人才。旺盛的社會需求和良好的實訓條件是高技能人才培養的有力保障。

利用工業機器人實訓中心設施條件，根據國家和寧夏相關政策，通過資源共享和師資互聘，聯合培養高技能人才。構建“技術導入，項目實踐，分層次遞進”的校企合作模式，加大工業機器人實訓中心的開放力度，依托全國首家機械行業“智能制造師資培訓基地”，充分釋放實訓中心的潛力，增強社會服務能力，為學校、企業及社會提供技術支持和培訓服務。在為本校智能制造相關專業學生提供實訓條件的同時，在全校范圍內開展智能制造通識教育，在寧夏職業院校間開展實訓資源共享，在相關企業間開展職業技能培訓。通過“請進來，走出去”，一方面，聘請行業、企業優秀技術專家來校講學，搭建“技能大師工作站”交流合作平臺;另一方面，培養并支持本校智能制造“雙師型”專業教師“走出去”，服務企業和社會。

在工業機器人實訓中心的基礎上搭建各類智能制造技能大賽平臺，以賽促學、以賽促教、以賽促改、以賽促發展，激發學生的學習興趣，開闊學生的視野，提高學生的專業技能，提升專業教師的教學科研水平。通過大賽還可以促進校企合作、校校合作，提高職業院校人才培養的針對性和實用性，完善工業機器人專業課程體系建設，為建設工業機器人實踐教學中心奠定基礎。

（三）數字仿真實訓平臺先行建設

在新形勢下，傳統教學模式已無法滿足工業機器人教學的客觀要求，構建“信息化、智能化”教學環境勢在必行。借助信息化手段先行建設工業機器人數字仿真實訓室，不僅有利于提高學生的參與性、教學的有效性、實訓的經濟性和設備的安全性，還可以緩解大量設施投入所帶來的經濟壓力，縮短上機實操時間，提高上機熟練度，降低學生初次上機操作的心理恐慌與擔憂，避免新手對設備的撞擊與破壞。

采用全虛擬數字仿真實訓或半虛擬數字仿真實訓，學生可以自主學習和探究工業機器人的使用方法，模擬訓練機器人運動模型創建、運動指令編寫、點到點運動精度控制、IO控制應用，對末端夾具、節拍時間、工作范圍等實施驗證[4]。還可以進行虛擬產品及工藝設計、虛擬與動手實訓、模擬操作考核，多層次整合教學資源，融合不同基礎實訓資源，實現信息資源共享。

通過數字仿真實訓培養學生的安全操作意識和規范操作意識，學生在實操前已初步掌握與工業機器人“打交道”的方法，巧妙突破實訓教學的重難點，有效避免實際操作的易錯點，從而不斷優化解決方案，增加人機交互深度。

（四）智能制造實訓設施融合建設

工業機器人是集機械、電氣、數控、信息、傳感技術、人工智能于一體的集成產品，技術含量高、理論跨度大、涉及范圍廣。要掌握工業機器人必須從基礎抓起，從理論認知規律出發，夯實實訓中心的基礎設施設備建設，融合建設智能制造專業群相關基礎實訓設施，優化一體化實訓教學環境，系統規劃、高端引領、分步實施。

智能制造專業群相關基礎技能實訓設施由機電基礎技能實訓設施、基礎機器人實訓套件、高級機器人實訓套件三部分組成。機電基礎技能實訓設施是所有實訓設施的基礎，主要包括電氣控制實訓室、電子裝接室、傳感器實訓室、單片機室、PLC室、調速室、網絡實訓室、液壓與氣動室、CAD/CAM實訓室、數控機床實訓室、機械拆裝室等基礎實訓設施。鑒于工業機器人的集成性和復雜性，實訓教學中須以機電基礎技能實訓為抓手，以項目化教學方法為切入點，在扎實融合智能制造專業群相關基礎技能之后，方能熟練地駕馭工業機器人。

在智能制造產線的引領下，學生由單一產線操作技術向智能化多線控制技術轉型，由機電基礎技能人才向智能制造綜合應用高技能人才轉型[5]。因此，實訓中須以工業機器人實訓中心建設為龍頭，以智能制造實訓基地建設為紐帶，以智能制造專業群融合建設為突破口，促進多專業知識與技能的交叉綜合應用，不僅能夠培養學生適應未來企業全方位技能的需求，還能提升專業教師的教學水平和創新能力，跟緊智能制造發展趨勢和最新技術，助力高職專業群協同改革和創新發展。

（五）工業機器人綜合應用實訓建設

工業機器人一般是工業生產中的中間環節，要想在生產中發揮更大作用，需配合機器人的各種末端，組成智能生產工作島。為此，工業機器人實訓中心需要設置智能制造綜合生產設施，即外圍應用技術設施。本實訓中心的外圍應用技術設施主要包括數控車床、數控加工中心、在線檢測系統、數字化料倉、RFID系統、智能生產管理系統、產線大數據，這些外圍應用技術設施與工業機器人共同構成智能生產工作島。

工業機器人應用技術實訓中心建設是一個復雜的系統工程，不是將外圍應用技術設施簡單組合起來就能用，需要對其進行編程，把工業機器人本體與控制系統、應用軟件、外圍應用技術設施等結合起來，組成一個完整的智能生產工作島，才能進行生產和實訓。即使學生通過數字仿真實訓設施學會了工業機器人的操作，并不等于學生掌握了工業機器人的應用[6]。因為工業機器人通常是生產系統中間環節的工具，不是終端，調試與應用必須在整個生產系統中進行。因此，學生只有通過智能生產工作島的多種典型產品加工綜合訓練，才能增強工業機器人硬件和軟件的銜接，學會工業機器人常見應用程序的編寫和調試，熟悉外圍應用技術設施的使用與維護，掌握完整的智能制造生產加工方法和技能，最終從工業機器人的初學者成長為具備一定知識與能力的“熟練工”。

三、結語

隨著我國人口紅利逐漸消失，人工成本上漲和人口老齡化加劇，以工業機器人為代表的智能制造應用到各行各業，實現“機器換人”是大勢所趨;工業機器人高技能人才培養和工業機器人實訓中心建設的深度融合是關鍵;智能制造專業群基礎實訓設施、智能制造綜合生產設施與工業機器人的有機融合是根本;構建科學規劃、校企合作、開放共贏、產學研用一體、深度有機融合的工業機器人應用技術實訓中心，培養滿足智能制造創新發展要求的高技能人才是寧夏地區工業轉型升級的重要助推力。

參考文獻：

[1]張建國.工業機器人實訓基地的構建與探索[J].機械職業教育，2016（6）：40-42.

[2]王照信.工業機器人實訓基地的建設與研究[J].職業，2018（4）：97-98.

[3]張國新.產教深度融合實訓基地建設路徑與機制的探索[J].機械職業教育，2018（4）：37-39.

[4]陳盛.工業機器人實訓中心系統集成技術的應用研究[D].電子科技大學，2016.

[5]徐暢.高職院校智能制造實訓中心建設探討[J].輕工科技，2018，34（1）：156-157.

[6]孟廣斐.一體化課改理念下的技師學院校內實訓基地建設[D].浙江工業大學，2016.

◎編輯 馮永霞