“1+X”證書下“工業(yè)機(jī)器人打磨拋光”應(yīng)用教學(xué)案例設(shè)計(jì)
——以河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院為例

董延軍

（河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，焦作 454000）

根據(jù)《國家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》工作內(nèi)容，在職業(yè)院校、應(yīng)用型本科高校啟動(dòng)學(xué)歷證書+職業(yè)技能等級(jí)證書制度試點(diǎn)，即“1+X”證書制度，鼓勵(lì)學(xué)生在獲得學(xué)歷證書的同時(shí)，積極取得多類職業(yè)技能等級(jí)證書。啟動(dòng)“1+X”證書制度試點(diǎn)是促進(jìn)技術(shù)技能人才培養(yǎng)培訓(xùn)模式和評價(jià)模式改革、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要舉措，是拓展就業(yè)創(chuàng)業(yè)本領(lǐng)和緩解結(jié)構(gòu)性就業(yè)矛盾的重要途徑，對于構(gòu)建國家資歷框架、推進(jìn)教育現(xiàn)代化以及建設(shè)人力資源強(qiáng)國具有重要意義[1]。

2019年10 月，河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院入選教育部第二批“1+X”工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維證書制度試點(diǎn)院校。“1+X”證書制度促進(jìn)了高職院校教材、教法、教師改革，實(shí)現(xiàn)了學(xué)歷證書與職業(yè)技能等級(jí)證書對接[2]，對高職院校人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升具有重要意義[3-4]。各高職院校應(yīng)深化產(chǎn)教融合，校企協(xié)同育人，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才培養(yǎng)創(chuàng)新。在此背景下，河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院提出了“1+X”工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維證書建設(shè)的研究。這要求河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院需緊跟職業(yè)教育改革的步伐，加快工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的課程教學(xué)改革。

工業(yè)機(jī)器人打磨拋光在家電、五金、汽車配件、運(yùn)動(dòng)器材、醫(yī)療器材、家具以及衛(wèi)浴行業(yè)有廣泛應(yīng)用。但是，打磨拋光行業(yè)生產(chǎn)環(huán)境惡劣，人工打磨的產(chǎn)品一致性差、返工率高、人力成本高以及招工困難等，影響了產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展，因此急需用工業(yè)機(jī)器人代替人工操作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)[5-6]。

隨著現(xiàn)代化技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代化的機(jī)器人打磨工廠越來越多，催生了較多的相關(guān)職業(yè)崗位。系統(tǒng)集成企業(yè)的用人需求包括工業(yè)機(jī)器人安裝調(diào)試工程師、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)操作員以及工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成開發(fā)工程師。打磨應(yīng)用企業(yè)的用人需求包括機(jī)器人打磨工藝規(guī)劃工程師和工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)維員。

1 案例分析

以常見面盆水龍頭的機(jī)器人打磨拋光為教學(xué)實(shí)施對象，對面盆水龍頭生產(chǎn)流程和打磨工藝進(jìn)行分析。

1.1 水龍頭生產(chǎn)流程分析

水龍頭生產(chǎn)需經(jīng)過鑄造、機(jī)加工、剝皮開粗、打磨、拋光、檢驗(yàn)以及入庫等生產(chǎn)過程，具體生產(chǎn)流程如圖1所示。

1.2 水龍頭打磨拋光工藝分析

水龍頭打磨拋光需經(jīng)過40#砂、60#砂、180#砂、400#砂、800#砂進(jìn)行打磨，最后用麻風(fēng)輪或布風(fēng)輪對所有外觀進(jìn)行打磨，具體工藝流程如圖2所示。

2 水龍頭打磨拋光案例知識(shí)技能點(diǎn)

水龍頭打磨拋光案例包括工業(yè)機(jī)器人安全操作規(guī)范、工業(yè)機(jī)器人打磨拋光系統(tǒng)認(rèn)知、工業(yè)機(jī)器人打磨拋光系統(tǒng)安裝、工業(yè)機(jī)器人打磨拋光操作等4個(gè)知識(shí)技能點(diǎn)，具體案例詳解如圖3所示。

圖1 水龍頭生產(chǎn)流程

圖2 水龍頭打磨拋光工藝

圖3 工業(yè)機(jī)器人打磨拋光工作站典型案例

2.1 工業(yè)機(jī)器人安全操作規(guī)范

打磨拋光設(shè)備安全操作要求包括必須穿戴防塵口罩、注意場地通風(fēng)、注意自身與設(shè)備靜電并檢查安全門功能是否良好以及設(shè)備接地是否到位等。打磨拋光操作安全要求包括設(shè)備運(yùn)行時(shí)嚴(yán)禁頭、手及身體觸碰設(shè)備、嚴(yán)禁觸摸電氣部件以防觸電、未經(jīng)培訓(xùn)不得操作系統(tǒng)、未經(jīng)許可不得更改設(shè)備軟、硬件的參數(shù)設(shè)定以及未經(jīng)設(shè)備負(fù)責(zé)人許可不得使用手動(dòng)功能操作設(shè)備等。

2.2 機(jī)器人打磨拋光系統(tǒng)設(shè)備認(rèn)知

工業(yè)機(jī)器人打磨拋光系統(tǒng)認(rèn)知包括工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)認(rèn)知和打磨拋光系統(tǒng)周邊設(shè)備認(rèn)知兩部分。工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)主要包括工業(yè)機(jī)器人本體和控制柜兩部分。打磨拋光系統(tǒng)周邊設(shè)備主要包括砂帶機(jī)、拋光機(jī)、工裝夾具、集塵裝置、上料平臺(tái)以及控制單元等。

2.3 工業(yè)機(jī)器人打磨拋光系統(tǒng)安裝

工業(yè)機(jī)器人打磨拋光系統(tǒng)安裝包括工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)安裝和打磨拋光系統(tǒng)周邊設(shè)備安裝兩部分。工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)安裝主要包括工業(yè)機(jī)器人本體安裝和工業(yè)機(jī)器人控制柜安裝兩部分。打磨拋光系統(tǒng)安裝的周邊設(shè)備主要包括砂帶機(jī)膠輪、砂帶、力傳感器、拋光機(jī)拋光輪、拋光蠟、激光測距儀、浮動(dòng)打磨頭、夾具、除塵裝置以及上料平臺(tái)等。

2.4 工業(yè)機(jī)器人打磨拋光系統(tǒng)操作

工業(yè)機(jī)器人打磨拋光系統(tǒng)操作包括工業(yè)機(jī)器人示教器的基本操作及配置、工具TCP標(biāo)定、工件坐標(biāo)系標(biāo)定、打磨拋光工藝應(yīng)用、工業(yè)機(jī)器人打磨軌跡編程、PLC及觸摸屏和生產(chǎn)測試與產(chǎn)品檢測等。

2.4.1 工業(yè)機(jī)器人示教器的基本操作及配置

熟練掌握示教器使能鍵、急停按鈕、搖桿和各個(gè)功能鍵的使用。

2.4.2 工具TCP標(biāo)定

學(xué)生應(yīng)掌握和規(guī)劃合適的機(jī)器人工作方式。機(jī)器人打磨根據(jù)工件特性一般分為兩種形式：一種是機(jī)器人帶工具運(yùn)動(dòng)，工件固定；另一種是機(jī)器人帶工件運(yùn)動(dòng)，工具不動(dòng)。

2.4.3 工件坐標(biāo)系標(biāo)定

建立合適的工件坐標(biāo)系，以便定位工件。

2.4.4 工業(yè)機(jī)器人打磨工藝應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器人打磨工藝應(yīng)用包括理解客戶工藝要求、制定打磨工藝以及設(shè)定機(jī)器人打磨工藝參數(shù)。

2.4.5 工業(yè)機(jī)器人打磨軌跡編程

打磨常用軌跡包括工字形軌跡、之字形軌跡、螺旋軌跡以及往復(fù)軌跡等，需根據(jù)打磨面（平面、柱面、球面、復(fù)雜曲面等）選擇不同的軌跡。

2.4.6 PLC及觸摸屏的編程

根據(jù)IO通信表連接相應(yīng)線路，并在PLC編程軟件中進(jìn)行程序編寫。在觸摸屏上建立相應(yīng)的控制畫面，并設(shè)定工件材質(zhì)、砂帶線速度、張緊力以及拋光力度等打磨工藝參數(shù)。

2.4.7 機(jī)器人打磨拋光生產(chǎn)測試與產(chǎn)品檢測

保證設(shè)備處于安全工作狀態(tài)，同時(shí)人員撤離至安全區(qū)域，先手動(dòng)運(yùn)行測試，修正無誤后再自動(dòng)運(yùn)行。加工完后檢查打磨產(chǎn)品表面質(zhì)量，判斷是否有劃痕、砂眼以及棱角，進(jìn)而優(yōu)化機(jī)器人程序。

3 教學(xué)手段與方法

“工業(yè)機(jī)器人打磨拋光”教學(xué)案例采用信息化教學(xué)模式，實(shí)施項(xiàng)目式分組教學(xué)。教師對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行講解引導(dǎo)，分組進(jìn)行教學(xué)過程，及時(shí)反饋教學(xué)效果，將教學(xué)目標(biāo)任務(wù)分配給每個(gè)小組。教師通過講解流程圖，分析面盆水龍頭生產(chǎn)流程和打磨工藝，進(jìn)而明確知識(shí)技能點(diǎn)，并強(qiáng)調(diào)工業(yè)機(jī)器人安全操作規(guī)范，以項(xiàng)目小組為單位開展實(shí)訓(xùn)操作。小組內(nèi)的組長、操作員、安檢員和記錄員應(yīng)由小組內(nèi)學(xué)生輪流擔(dān)任，其中組長對整個(gè)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行分工和監(jiān)控，操作員完成打磨拋光系統(tǒng)安裝及操作，安檢員嚴(yán)格監(jiān)控操作過程的規(guī)范性及安全性，記錄員完成操作數(shù)據(jù)的記錄與分析。教學(xué)過程中，學(xué)生提問與教師解答和指導(dǎo)有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生在“教”與“學(xué)”中掌握知識(shí)。

4 教學(xué)評價(jià)

“工業(yè)機(jī)器人打磨拋光”教學(xué)案例采用信息化過程性評價(jià)，根據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)和每個(gè)小組實(shí)際操作結(jié)果，給每組任務(wù)完成情況進(jìn)行打分評價(jià)。組長對組員任務(wù)完成效果進(jìn)行打分，最后教師根據(jù)每組得分及每個(gè)組員得分給出每個(gè)學(xué)生的最終成績。基于工作過程的項(xiàng)目教學(xué)，以工作任務(wù)引領(lǐng)提高學(xué)生興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。在教學(xué)過程中，通過創(chuàng)設(shè)工作情景，做到“教、學(xué)、做”一體化，同時(shí)應(yīng)加大實(shí)踐實(shí)操的容量，緊密結(jié)合1+X”證書職業(yè)技能要求，加強(qiáng)考證的實(shí)操項(xiàng)目的訓(xùn)練，在實(shí)踐實(shí)操作過程中，使學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人操作與維護(hù)方法，提高學(xué)生的崗位適應(yīng)能力。

5 結(jié)語

在工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維“1+X”證書職業(yè)技能等級(jí)證書的背景下，分析和研究“工業(yè)機(jī)器人打磨拋光”應(yīng)用教學(xué)案例，以滿足各行業(yè)的職業(yè)能力培養(yǎng)要求。對“工業(yè)機(jī)器人打磨拋光”課程開展項(xiàng)目式教學(xué)，將不同的項(xiàng)目融入課程，可滿足“1+X”證書制度下的技能考核點(diǎn)要求。