機器人焊接技術課程在職業院校中的建設探索

朱宏志

摘 要：焊接技術應用專業是筆者學校在國家中等職業教育改革發展示范校建設項目工作中的建設專業之一。筆者學校在焊接專業建設的方向、內涵、人才培養方案和課程體系改革等方面進行了廣泛調研，深入研究，確立了機器人焊接技術的應用是社會發展的需要，機器人焊接技術人才的培養是行業企業進步的需求，機器人焊接技術底蘊的積累是中國制造2025建設的基礎工作之一。本文就機器人焊接技術課程在職業院校中的建設進行探討。

關鍵詞：機器人焊接技術 課程建設 人才培養 中職教育

焊接作為制造業的基礎工藝與技術，在20世紀為工業經濟的發展作出了重要的貢獻。在航空航天、核能利用、海洋鉆探、高層建筑等各個領域，都離不開焊接技術的制造手段。

一、焊接機器人發展的狀況與需求

焊接制造工藝由于其工藝的復雜性、勞動強度、產品質量、批量等要求，使得焊接工藝對于自動化、智能化的要求極為迫切，實現機器人焊接代替人工操作就越來越成為理想的目標。

工業機器人全面進入中國制造的各個領域。2015年，國務院印發《中國制造2025》行動綱領，明確提出要發展高端數控機床及機器人等創新產業，目標在2016～2020年中國工業機器人年復合增長率達到15%。預計到2020年，我國機器人銷售量將達到15萬臺，總保有量將達到80萬臺。隨著工業機器人產業的快速發展，工業機器人應用與維護技能型人才的需求缺口日益凸顯，迫切需要職業院校開設相關專業培養符合市場需求的技能型人才作為支撐。

焊接機器人是工業機器人大家庭中的望族，在各國工業機器人應用比例中占總數的25%～50%。這與筆者學校在國家中等職業教育改革發展示范學校建設工作中的調研結果吻合。機器人焊接技術正在廣泛應用，以適應智能制造、柔性制造、高質量制造的需求。但在職業教育中此類技能型人才的培養還不夠充分，此類人才的社會儲備不夠豐富，底蘊不足，勢必會約束企業發展的需求。

二、焊接專業內涵需變化，課程體系建設有需求

職業院校傳統的焊接專業，以熔焊基礎、焊接工藝及焊接結構生產理論為基礎，對學生進行以手工操作技能訓練為主線，培養適應當時條件下的焊接制造行業需求的人才。而今天，在高質量制造、降低勞動強度的需求下，一些高自動化程度的設備，大量投入企業生產。同時由于一些新材料的不斷普及應用，使焊接專業對原有的范疇和內涵需做出調整，配套的新型技能需要訓練，以培養出適應全新制造行業要求的技能型人才。焊接專業課程體系應適應科技進步及技能發展要求，進行深層改革，機器人焊接技術課程建設就是課程體系改革中的重點工作。

現代的機器人焊接技術可以通過激光掃描視覺傳感器等裝置及自動控制技術，進行焊接接頭類型識別和特征參數提取，通過智能控制技術，焊接機器人可以進行焊接熔池動態信息提取、動態過程的實時智能控制等。南昌大學的尤帥等人在研究狹小的船艙格子間作業時，利用超聲波傳感器技術和機器人焊接技術，解決了焊接初始定位主要靠人力的問題，并發表了《平面自主移動焊接機器人初始位置檢測定位》的論文，證明傳感器技術及自動化技術會使機器人焊接技術的應用越來越廣泛，越來越智能。在這樣的趨勢下，機器人焊接技術及人才培養，必須充實到現代職業院校的焊接技術應用專業中來。

職業院校的教學與企業生產在技術和設備上會有一定的滯后或差距，但在人才培養意識方面不能滯后。職業院校培養人才除了要與當前企業需求相符合，也應該在人才培養方案上有一定的前瞻性或寬容度，這要通過調研分析，促進課程體系改革，調整課程設置及技能訓練，使職業院校在人才培養方面有先進性，也為相應專業建設發展奠定了堅實的基礎。

三、機器人焊接技術課程的建設內容

圍繞著焊接機器人的編程操作及焊接理論、操作技術的應用，以實操能力為目標，兼顧多種設備或機器人聯合操作的基本能力，調整課程設置及訓練。

1.基礎課程

首先做好安全課程的教學。安全課程內容包括機器人及外圍設施連接與特性，它能保證人員和設備的安全，意義非凡。基礎課程主體為焊接機器人的基本編程操作、離線編程及程序導入;焊接數據庫設定，焊接機器人工藝分析等，通過編程把焊接的熔焊理論、實操要領應用在焊接機器人的操作上，實現機器人替代人工。通過基礎課程的學習，學生可以掌握焊接機器人各種坐標系的使用、焊接參數的設定。

2.實訓課程建設

在基礎課程學習的基礎上，教師設定某些具體項目進行實操訓練，比如各種位置的薄板對接焊接、角焊縫焊接、管板焊接、厚板平板對接多層多道焊等訓練。也可以通過調研本院校所服務的地區、企業，根據其生產的技術特點，設定特有的典型工作任務，作為機器人焊接技術課程的高端或綜合的實訓項目。

機器人的焊接操作是完成人工的焊接操作。不管用什么樣的設備完成焊接操作，最終目的都要落在焊接效果一定要符合焊接工藝要求上，而不是編程等軌跡設計的神秘外表上。焊接機器人的自動操作，只是穩定了焊接參數，提高了工藝質量。因此，懂焊接工藝的學生操作焊接機器人時，能夠全面衡量機器人焊接的工藝目標，并在其執行過程中，對其焊接效果進行評價、檢驗、校正，得到完美的焊接效果，這就是焊接專業開設此課程的優勢所在。在諸多機器人焊接技術比賽中，焊接專業的學生容易獲一等獎，與焊接專業學生熟悉焊接工藝及操作要領有很大關系。

3.拓展課程建設

隨著柔性制造、智能制造和機器人焊接技術的進步，多機器人協同操作或焊接機器人與多種設備協同生產，已經實現。因此有必要設置控制類課程如PLC編程、傳感器應用等課程的學習和訓練，使學生具備多種機器協同操作的基本能力。或許五年后的工業中，機器人編程、PLC編程等知識將非常普及，其操作將成為基本能力，因此像PLC編程這種拓展課程的實踐能力也很重要。

四、教學形式

機器人焊接技術課程在教學形式上主要采用理實一體教學方式，多采用項目、模塊化教學模式，以一個個可以分解出來的具體的任務為驅動，讓學生完成學習任務，使學生對設備操作、焊接理論應用能夠有很好理解和記憶，形成操作技能，真正做到做中學。在完成項目任務過程中，以具體項目來約束、調用知識的應用，達到知識夠用的目的和評判。在典型工作任務中，除了達到上述目的，更要強調學生的主導作用、主體作用，教師或教師組（群）僅僅起到輔導、技術支持作用。在典型任務環節中，積極發揮學生的自主能力，使學生學會自主學習方法，養成自主學習習慣，培養終生學習的意識和能力，是行之有效的學生素質養成教育的方法。

五、師資的培養

成熟的師資隊伍是機器人焊接技術課程建設的雄厚基礎，師資隊伍的培養，從以下幾個方面進行比較有利。

1.積極培訓

到所用品牌機器人的企業進行專門性技術培訓，達到相當的技能水平;在上述基礎上，積極參加國內較高水平的機器人培訓班學習，掌握各種品牌機器人使用，使教師的知識和技能既深且廣。

2.企業實踐

到兩類企業實踐，一是到所用品牌機器人的企業實踐，在企業中不斷地接受培訓，了解所用機器人的技術進步和設備更新狀況。筆者學校在2013年和2018年派教師到廣州數控學習焊接機器人。二是到生產企業實踐，在實踐中鍛煉實操能力，提高解決問題的綜合水平。

3.積極參與比賽

教師或組織學生，或自身積極參加國內甚至國際比賽。通過大賽，促進教師學習，鍛煉自身能力，提高教學水平。

六、校企合作

校企合作是職業教育，也是機器人焊接技術課程建設的點睛之筆。從課程建設出發，校企合作目標主要是兩類企業。一是生產企業，學校為企業輸送合用之人，對技術人員日常培訓提供服務和幫助，學校從企業獲得實際操作指導、課程建設指導，建設教師保持企業學習鍛煉的平臺。二是機器人制造企業。引進焊接機器人設備，并深化校企合作，推廣機器人制造企業產品，獲得制造商的技術支持，創新培養模式，同時提高師資隊伍建設的質量，最終確定適合本院校的機器人焊接技術課程的教學方案。

七、結論

第一，職業院校在人才培養上要緊跟社會需求，符合發展趨勢，有必要大力發展焊接機器人技術，做好人才培養與儲備。

第二，焊接專業因有理論和實操為基礎，開設此類課程收獲的實際效果優勢明顯。

第三，機器人焊接技術課程的設置，發展了焊接專業的理念，擴大了社會影響力，吸引了社會的關注，利于專業建設和人才培養的發展。

參考文獻：

[1]葉暉，管小清.工業機器人實操與應用技巧[M].北京：機械工業出版社，2010.

[2]葉暉等.工業機器人工程應用虛擬住址教程[M].北京：機械工業出版社，

[3]葉暉.工業機器人典型應用案例精析[M].北京：機械工業出版社，2013.

[4]林尚揚.焊接機器人及其應用[M].北京：機械工業出版社，2000.

[5]尤帥.平面自主移動焊接機器人初始位置檢測定位[J].焊接，2018（10）.

[6]孔萌等.數字化焊接技術——機器人焊接智能化技術的現狀與最新發展[J].航空制造技術，2008（8）.

（作者單位：遼寧省勞動經濟學校）