三菱RV-3SD機器人搬運作業編程項目一體化教學設計

蔡干杰 王偉雄 顧曄

摘要：三菱RV-3SD機器人搬運作業編程項目是獲全國職業院校現代制造及自動化技術教師大賽一等獎作品，也是智能制造專業群工業機器人一體化教學中的基礎課程。筆者以在企業技術改造項目的內容作為本教學項目，讓學生在“學中做、做中學”，通過資訊、決策、計劃、實施、檢查、評價和教學成果展示的教學環節設計，來培養學生掌握工業機器人編程的技能。

關鍵詞：搬運作業編程 工業機器人 教學設計

課題：本文系2018年江西省教育廳科學技術研究項目“以太網+三菱RV- 3SD搬運工業機器人的通訊裝置試驗研究”（立項編號GJJ161362）、江西省機電技師學院校級課題“工業機器人技術專業建設的研究與實踐”（立項編號|X|DXY-17-04）、江西省機電技師學院校級課題“基于多專業創新能力培養需求的逆向工程開發與研究”（立項編號JXJDXY-18-10）的階段性研究成果。

基于行動導向教學理念，以筆者在企業技術改造項目的典型內容作為本教學項目，讓學生在“學中做、做中學”，通過資訊、決策、計劃、實施、檢查、評價和教學成果展示的教學過程設計，來綜合培養學生的職業能力。

一、教學目標

基于以上的教學思路，本文認為三菱RV-3SD機器人搬運作業編程項目學習要和工業機器人技術應用企業對職業崗位能力資格的實際需求，來確定學習項目的教學目標。

1.工作能力

會對工業機器人搬運、碼垛作業編程;會使用工業機器人的常用典型指令;通過項目工作導向教學過程，養成良好的7S管理的清潔、清掃的職業習慣和道德。

2.方法能力

通過“編程一仿真一調試一優化調試”等實際工作過程體驗，養成發揮創造性思維優化工作工序的獨立解決問題的能力;能提高機器人工作效率，使其在最優狀態運行;通過小組成員間互相協作學習，借助教材、學材、學習任務書制訂計劃并加以實施，養成手腦并用、主動探究的“做中學，學中做”的學習習慣。

3.社會能力

小組成員互相協作學習，學會交流，學會合作，增強團隊意識;評價分步跟進，引導學生手腦并用、主動參與、促進思維、優化學法、提高興趣。養成“思而行”的習慣，形成樂思、樂做、樂學的專業素養。

二、學情分析

本項目的學習對象為高技工班機電一體化技術（工業機器人應用方向）專業二年級學生，共40人。通過問卷調查和對基礎薄弱的學生進行訪談，考察了學生以往學過的知識與即將學習的新知識有直接或內在聯系的題目，考核了單片機、C語言、工業機器人機械結構和工業機器人自動線安裝等與本項目相關基礎課程的基本知識，具備了相關知識基礎，學習積極性很高，有利于項目任務的順利實施和職業能力的形成。為了使本教學項目更貼近崗位職業能力需求，符合高職學生認知水平和規律，為此把項目教學內容進行由淺入深的分解細化，確定了四個子任務及分別所要學會的知識點和技能點，通過魚骨圖的形式展現給學生，方便學生自主學習。

三、教學過程設計

基于以上分析，本項目擬采用教學方法有：理實一體化項目教學法，分小組探究式學習，任務驅動式學習。帶領學生到企業現場操作，提高學生的感性認識和學習興趣。靈活運用了講授法、討論法、演示教學法、頭腦風暴法在教學過程中的每個環節，使學生能更高效地學習本項目知識。

教學的硬件環境為理論實踐一體化教室，包括：理論教學區、生產實訓區、信息查詢區和工具存放區。根據所擁有的10套教學設備，將40名學生分為10組，每組4人，4人中選舉一個為組長，其他3人為組員。按照“做中學、學中做”的行動導向方法積極開展教學，以學生為主體，通過教師的引導完成技能知識的學習。

在教學的進行過程中兩位教師同時參與教學與組織管理，在一位教師進行授課時，另一位教師對學生進行監督評價，及時提醒與糾正較差學生的懈怠行為，以保證教學環節有效進行，從而提高學生對理論知識的接受理解能力。在進行實際操作訓練時，兩位教師各負責5組學生的指導工作，這樣可減輕教師的工作負荷，提高指導學生實踐的工作效率，增加教學實施的可行性與學生實際操作的安全性。

以下是筆者實施本項目教學過程的六個階段。

1創設情境、明確任務（資訊）20分鐘

（1）教學內容。教師為學生制定了詳細的工作任務書，學生分組、技術準備、理解本項目的學習任務、小組協作進行資訊階段，學習討論如何編程、安全操作注意事項、講解機器人搬運、碼垛作業使用到的相關控制程序命令。

（2）教師活動。通過動畫模擬機器人搬運作業的運動軌跡，在理實一體化教室，即模擬工廠里的工業機器人搬運作業出現故障，程序丟失（由此故障引出工業機器人的搬運作業進行人工編程），教師指導小組完成操作，編程相關軟件和設備工具準備。向學生提問分析如何解決故障？教師發放4個任務工作書，巡回指導，穿插講解機器人語言規格。引導學生提問：手工編程應該從何入手，思路如何建立？

（3）學生活動。完成分組，4人一組，共分10組，每組一套設備，每組選一個組長，完成記錄并參與初步討論，學生機器人命令語句知識準備，討論查閱資料，傾聽與思考問題。

2.分析任務，決策方案（30分鐘）

這一環節筆者給出項目相關的資源目錄及在程序編寫中用到的新知識和新技術，如通過SolidWorks平臺添加插件使機器人程序自動生成，再通過小組討論，集體決策，最終確定決策方案，

（1）教學內容。制定決策方案，完成程序編寫路線設計，介紹最新的編程方法和新技術（學院又暫時無法實施的新技術）

通過SolidWorks平臺添加MELFA-Works軟件進行機器人程序自動生成功能，建立三維仿真模型。

（2）教師活動。教師給出本階段的資源目錄及在程序編寫路線中用到的新知識和新技術，強調考慮實施過程中的注意事項，安全操作規程。

（3）學生活動。每個學生制定一個程序編寫路線，小組討論，若有質疑，可向教師提問，匯總一份小組編程路線。

3.做好準備（計劃）20分鐘

根據以上決策方案制訂詳細的、可操作的執行計劃。

（1）教學內容。完成控制程序流程圖的編制，學生完成工作任務計劃。

（2）教師活動。演示一個簡單的控制程序編寫和仿真的案例，要求學生完成控制程序流程圖的編寫，重點講解：子程序應用。

（3）學生活動。由組長主持進行組內分工，每個組員要求完成1到2個主要工作任務，組長完善整個項目的程序流程圖，完成工作任務計劃。

4.實施計劃（60分鐘）

這一環節是要學生將制訂的計劃付諸實踐，檢驗計劃的準確性，培養學生在工作崗位上的現場編程能力和實際動手能力。根據各任務程序流程圖，進入實施階段，按照流程進行現場編程，仿真運行程序，解決程序運行中出現的問題。

（1）教學內容。根據各任務程序流程圖，進入實施階段，按照流程進行現場編程，仿真運行程序，解決程序運行中出現的問題。

（2）教師活動。要求學生按照程序流程完成現場編程，按流程圖來編寫控制程序，程序流程圖，難點講解。

（3）學生活動。實踐操作，按程序流程進行現場編程，以小組為單位，共同討論項目，完成項目。

5.檢查控制（10分鐘）

通過檢查控制的環節，進一步加強學生對工業機器人編程調試的能力以及發現問題、解決問題的能力。

（1）教學內容。完成成果報告，小組討論與記錄，設備檢查與關閉。

（2）教師活動。教師指導學生完成報告，檢查程序問題，檢查和關閉設備。

（3）學生活動。學生按任務要求對程序進行運行檢查，完成報告，檢查和關閉設備。

6.評價與總結（20分鐘）

通過學生自我評價、小組互評、教師點評等環節，使學生進一步加深所學知識的理解，最終達到提高綜合能力的目標。

（1）學生學習評價。先由學生自評和組內互評與小結，再由教師點評和總結;并填寫自評表、互評表和書面總結，達成學習目標。

（2）教師教學評價。重視學生的參與，以學生為主體，激發了學生的學習興趣;教師引導學生主動參與教學活動.構建和諧課堂，達到了教學目的。

三、教學成果

近年來，筆者學校工業機器人項目一體化教學設計在相關的各課程教學進行推廣實施后，促進了學校人才培養質量。工業機器人技術專業學生在技能大賽上獲得了國家級省級大賽獎36項，其中筆者學校在首屆全國工業機器人技術應用技能大賽中包攬了職工組學生組雙第一名;在全國首屆電切削工職業技能競賽總決賽獲得了第一名;在2018年中國技能大賽

全國智能制造技術技能大賽省賽上包攬了職工組學生組雙第一名和國賽二等獎，使得筆者學校技術技能人才培養質量顯著提升。在師資隊伍方面，榮獲了國家級技能大師工作室1個，國務院特殊津貼專家2人，全國技術能手2人，江西省技能大師工作室2個，江西省技術能手5人，江西省首席技師4人;在專業建設方面智能制造專業群中的兩個專業于2018年獲批江西省高水平高等職業院校優勢特色專業建設立項。

參考文獻：

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