高職院校工業機器人技術實訓基地建設的思考

張濤　湯榮秀　肖軍　王青葉

[摘? ? ? ? ? ?要]? 截至2019年1月，全國有616所高等院校獲批開辦“工業機器人技術”專業（專業代碼：560309），建設校內的工業機器人技術實訓基地是確保專業教學和提升人才培養質量的必由之路。針對該實訓基地的建設提出建設原則、建設步驟和參考意見，對高職院校的工業機器人技術實訓基地建設具有一定的指導作用。

[關? ? 鍵? ?詞]? 工業機器人;實訓基地;建設原則;建設步驟;建議

[中圖分類號]? G717? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號]? 2096-0603（2019）22-0130-02

工業機器人作為智能制造重要的基礎設備，其應用涵蓋汽車、電子、航空制造等眾多領域。目前，我國已經成為全球最大的工業機器人市場，預計到2020年，工業機器人裝機量將達到100萬臺，需要20萬名工業機器人應用相關從業人員。為滿足該專業教學需求，建設工業機器人技術實訓基地是必不可少的。

工業機器人技術實訓基地建設具有技術綜合性高、資金投入大、對場地環境要求高和操作安全問題突出等特點，需要在建設之初進行廣泛的社會調研、縝密思考后拿出切實可行的建設方案。該方案既要滿足建設資金的合理分配利用，又要滿足專業教學、社會培訓和教師科研的現實需求，又能兼顧《中國制造2025》的兩化融合的長遠規劃，實現虛實結合、理實一體、校企共建、產學研用一體的建設目標。

筆者通過調研統計多數高職院校的工業機器人技術實訓基地由三部分構成，即工業機器人虛擬仿真、工業機器人基礎操作和工業機器人系統集成，以滿足該專業不同課程教學的需求。這三部分可以分別建成三個獨立的實訓室，也可以在一個車間里按功能合理地劃分為三個區域。對建設順序，筆者認為按照分期分批逐步建設的理念，先行建設工業機器人基礎操作和工業機器人虛擬仿真實訓室，之后再建設工業機器人系統集成實訓室。

一、工業機器人技術實訓基地的建設原則

工業機器人技術實訓基地建設應遵循以下5個原則。

1.統一性原則。對于工業機器人虛擬仿真實訓室、工業機器人基礎操作實訓室的工業機器人選型盡可能選購同一品牌的產品、同一型號產品，便于開展專業基礎類課程的教學。

2.通用、開放性原則。根據各職業院校的現狀，該實訓基地的建設不但滿足專業教學的需求，還要考慮面向不同行業、企業的職工培訓，使之成為學校對外交流的窗口和對外服務的基地。

3.多樣性原則。對工業機器人系統集成實訓室建設，考慮到工業機器人應用涵蓋汽車、機械加工、物流、電子產品制造等多個領域，且不同領域有不同的應用;同時也要考慮學生畢業后所接觸到的工業機器人產品的品牌、種類絕不會是單一的，建議系統集成實訓室選購的工業機器人為多品牌（ABB、KUKA等）、多類型（桁架式、串聯、并聯、SCARA、AGV等）、多應用場景（焊接、搬運、裝配、上下料等），也有利于學校開展社會培訓和服務。

4.循序漸進性原則。工業機器人技術實訓基地投入資金較大，建設周期長，需要分期分批建設。第一期建設工業機器人虛擬仿真實訓室和工業機器人基礎操作實訓室，用于教師的先期培訓和一、二年級專業課程的教學需求。工業機器人系統集成實訓室作為第二期建設項目。工業機器人的采購本著先確定品牌，再確定類型和型號，最后確定集成商的順序來考慮。

5.示范性原則。考慮到該基地建成后有助于提升學校的辦學實力和聲譽，有助于拉動專業的招生。所以在建設實訓室時，除了考慮所采購設備的實用性和先進性之外，還要綜合考慮實訓室的形象與企業文化建設，在本地區的高職院校中具有一定的示范性。

二、工業機器人技術實訓基地的建設步驟

1.針對工業機器人的企業用戶進行調研。企業用戶是指工業機器人應用的制造型企業，也是學生未來就業的企業。調研的內容包括兩方面：（1）企業的工業機器人崗位需求的調研，與企業工程技術人員合作開展崗位職業能力分析，綜合調研企業的需求，從而形成該專業的課程體系。（2）對企業所使用的工業機器人的品牌、種類、型號及應用場景進行調研，形成實訓基地建設的基礎數據。

2.向開辦工業機器人技術專業的院校取經。多數高職院校的工業機器人技術專業是在2010年以后陸續開辦的，在開辦的初期都經歷了一沒師資二沒設備三沒經驗的階段，是在不斷地學習和探索過程中積累了大量的經驗。通過向這些院校取經，溝通實訓基地建設的思路、實訓室建設方案、設備及應用場景的選擇等，逐漸形成自己的建設思路。

3.與知名工業機器人制造商、集成商開展校企合作。在完成前兩步調研的基礎上可以尋求與工業機器人的本體制造商、項目的集成商開展校企合作共同建設實訓基地。國內知名的工業機器人本體制造商有十余家，而為制造商提供系統集成服務的廠商有數千家之多，尋求校企合作一定從制造商開始。國外知名的工業機器人制造商有ABB、KUKA（庫卡）、FANUC（發那科）、Yaskawa（安川）等公司，這些企業在中國境內均有分公司和制造基地。國內知名的工業機器人本體制造商有新松、埃夫特、新時達、埃斯頓等公司，這些國內企業在研發和制造能力上位列前茅。這些國內公司一般設有專門的機構與學校對接校企合作。通過走訪工業機器人本體制造商，可以考察廠商的綜合實力、校企合作開展情況及產品類型、系列，從市場的占有率、產品的多樣性和校企合作的支持力度等多方面因素考慮，最終遴選2～3家工業機器人本體制造商作為校企合作的合作伙伴。

因為多數工業機器人的制造商僅提供工業機器人本體的制造，具體的應用場景設計和項目施工多由集成商完成。在確定合作的制造商的基礎上，再由制造商推薦3家以上有實力的集成商完成項目的落地。

4.制定工業機器人技術實訓基地建設方案。由學校、制造商、集成商三方共同制定工業機器人技術實訓基地的建設方案。這個過程需要三方反復溝通多次研討，拿出三方認可的初步建設方案，再經過學校與合作企業以外的第三方專家組論證審核通過，最終確定實訓基地建設方案。

5.實施政府公開采購完成實訓基地建設。由于工業機器人技術實訓基地建設資金較大，一般采用政府公開招標的方式進行設備的采購。在學校制定的招標文件的商務需求中要明確一些要求，如學校與中標的工業機器人本體制造商、集成商簽訂校企合作協議，共建專業、提供原廠的師資培訓、共同開發課程及其教學資源等要求。參加投標的企業提供與本體制造商的合作協議及所投產品的廠家授權書等。在招標文件中的技術需求中把所采購設備的技術參數描述要詳盡，確保能夠采購到自己滿意的產品。

三、工業機器人技術實訓基地建設的建議

1.鑒于工業機器人技術實訓基地建設投入資金較大，建議學校要組建專門建設團隊，統一思想、深入調研、頂層設計、超前規劃。在對工業機器人的企業用戶、相關院校的工業機器人實訓室、工業機器人制造商和集成商進行充分調研后，制訂實訓基地的初步建設方案，再聘請第三方專家進行研討、論證，形成實施方案。

2.工業機器人基礎操作實訓室承擔工業機器人的專業基礎課程的教學。利用工業機器人基礎操作平臺設備主要完成工業機器人示教器的在線編程教學，讓學生掌握工業機器人編程操作的基礎技能。該平臺采用六自由度工業機器人，配合相應的機器人夾具、TCP標定模塊、軌跡規劃模塊、碼垛模塊等，讓學生了解工業機器人的結構、運行方式、坐標系建立、簡單軌跡的編輯，通過實際操作和練習，提高學生的動手能力以及對空間位置關系的理解。所選工業機器人的荷重約在3Kg，工作范圍在0.6m。該實訓室的占地面積在150～200m2，以每班40人規劃，教學時每4人為一組，則配置10套，每套設備價格在25～30萬元。

3.工業機器人虛擬仿真實訓室主要滿足工業機器人技術專業的初期教學和后期的虛擬仿真設計需要，其優點是：對初學者可以提高操作安全，對熟練者培養工程設計能力。所選擇的工業機器人虛擬仿真軟件要與工業機器人基礎操作實訓室所選購的工業機器人配套，如ABB公司的Robot Studio軟件、FANUC公司的Roboguide軟件、Yaskawa公司的Robot MotoSim EG軟件、KUKA公司的KUKA Sim軟件等，具體以所購置的工業機器人品牌來確定。如果是第三方的仿真軟件，如華航唯實公司的Robot Art軟件，該軟件要兼容你所選用的工業機器人的品牌、型號。在采購工業機器人本體達到一定數量時，廠家會贈送仿真軟件。該實訓室的占地面積在100-120m2，以每班40人規劃，配置41臺高性能計算機，安裝虛擬仿真軟件，再配套一臺工業機器人基礎操作實訓室的基礎操作工作臺。該工作臺的工業機器人要連入實訓室的局域網，使虛擬仿真軟件設計的項目能夠下載到機器人進行實際演示，達到虛實結合的效果。

4.對工業機器人系統集成實訓室，考慮到工業機器人應用場景主要是汽車、電氣電子、制藥、食品、輕工、冶金等領域，不同領域有不同的應用，同時也要考慮到學生畢業后所接觸到的工業機器人產品絕不會是單一品牌、單一類型，建議系統集成實訓室選購的工業機器人為多品牌（2～4個品牌，如歐系與日系，國外與國內）、多類型（市場上常見的工業機器人有4軸、6軸的串聯機器人、并聯機器人、人機協作機器人、SCARA機器人、AGV機器人、復合型機器人等）、多型號（同一品牌同一類型的不同型號）、多應用（焊接、分揀、搬運、碼垛等）。

考慮到工業機器人系統集成實訓室建設的實用性、通用性和安全性，筆者建議選用的工業機器人系統集成工作站包括：

（1）工業機器人的弧焊工作站（嚴重考慮安全問題）。

（2）工業機器人的點焊工作站（嚴重考慮安全問題）。

（3）工業機器人的搬運、堆垛工作站。

（4）工業機器人的自動裝配工作站（雙機器人同步協調工作）。

（5）并聯機器人帶視覺系統的分揀、裝箱和碼垛工作站。

（6）SCARA 機器人的裝配和搬運工作站。

（7）工業機器人的打磨、拋光及去毛刺工作站。

（8）3D打印機工作站

工業機器人系統集成工作站也可以根據場地、資金的原因分批建設，選用的工業機器人品牌、種類多樣化，這樣可以讓學生掌握多品牌、多類型工業機器人的項目系統集成能力。

建議配置4～6套不同應用場景的工作站，系統集成實訓室的占地面積大約在300～400m2，每臺工作站的價格在40～70萬左右。教學時采用項目式教學法，每個工作站就是一個項目，將學生分成4～6組，每組對應一個項目，完成一個項目再進行輪換，這樣每組完成3個以上的項目就可以基本具備工業機器人系統集成的能力。

5.操控工業機器人具有一定的危險性，為確保操作人員的安全，可以采用圍欄等物理防護手段和光幕等電子防護手段。對設備安全要考慮防潮、防塵等因素，車間的頂棚漏雨、門窗的縫隙要解決。在選擇工業機器人焊接、噴涂、材料加工等工作站時，會使用帶有壓力的危險性氣體，在加工過程中會產生廢氣、廢液和廢料，要重點做好人身安全防護和三廢的處理。

6.開設工業機器人技術專業的院系，把智能制造作為專業群的建設方向，結合工業機器人技術實訓基地建設，需要超前規劃體現工業4.0的智能制造工程中心。該工程中心基于工業物聯網、云計算和大數據等新一代信息技術，通過“互聯網+制造”實現線上線下相結合，體現從客戶的網絡下單、產品的數字化設計與虛擬仿真、智能化制造、智能倉儲到智能物流的制造全流程。可以看出，工業機器人只是智能制造中的重要設備，但它本身不能代表智能制造。在建設工業機器人技術實訓基地時可以結合智能制造工程中心的建設超前規劃，尤其是在工業機器人工作站的設計中，可以把智能制造的理念與之結合，以某個真實產品的定制化小批量生產為主，以工藝與數據為流程，結合不同類型的工業機器人產品，實現智能制造各個環節的展示。

工業機器人技術實訓基地有力地保障了工業機器人技術專業的教學和人才培養質量的提升，也能滿足機電一體化技術、電氣自動化技術等多個專業的教學需求。以工業機器人技術實訓基地建設為契機，加強頂層設計、超前規劃，融合更多信息化技術，最終完成智能制造工程中心的建設。

◎編輯 馮永霞