“?1+X?”《特殊焊接技術》教材點焊機器人模塊的研究與開發

劉偉 李亞展 吳忠友

摘要：對“ 1+X ” 《特殊焊接技術》教材的研究開發背景、目的意義、內容架構及主要特色進行了介紹，圍繞以專業知識為基礎，以項目應用為導向，以專業技能為核心的編寫原則，充分體現職業技能認知規律和技能等級逐級遞進的特點。指出焊接機器人的廣泛應用深刻地改變著焊接產業發展布局，隨著汽車生產行業的快速發展，對點焊機器人設備和技能人才需求不斷提高，因此，開展“ 點焊機器人 ”模塊內容的研究與開發，對于加快職業院校點焊機器人技術技能人才的培養具有重要的指導作用。

關鍵詞：1+X;特殊焊接技術;點焊機器人

中圖分類號：TG409 ? ? ?文獻標志碼：B ? ? ? ? 文章編號：1001-2003（2021）05-0030-04

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.05.06

0 ? ?前言

所謂“ 1+X ”證書泛指：“ 1 ”為學歷證書，“ X ”為若干職業技能等級證書。把學歷證書與職業技能等級證書結合起來，體現了職業教育作為一種類型教育的重要特征，是落實立德樹人根本任務、完善職業教育和培訓體系、深化產教融合校企合作的一項重要制度設計。

1 “ 1+X ”特殊焊接技術教材開發背景

1.1 國家政策導向

2019年2月，國務院發布了《國家職業教育改革實施方案》[1]，首次提出啟動“ 1+X ”證書制度試點工作，開啟了我國職業教育人才培養模式和評價模式創新發展的新階段。為貫徹落實“ 方案 ”的相關要求，教育部等四部門聯合印發了《關于在院校實施“ 學歷證書+若干職業技能等級證書 ”制度試點方案》。

1.2 教材開發的依據

按照教育部的要求，中國船舶工業集團公司科普教育中心、中船艦客教育科技（北京）有限公司作為經國務院職業教育國際聯席會議批復職業教育培訓評價組織，組織行業龍頭企業的焊接專家、院校焊接教育專家，以2019年9月教育部頒布的《特殊焊接技術職業技能鑒定標準》為依據，按照“ 1+X ”特殊焊接技術職業技能等級要求，進行活頁式教材的開發。

筆者作為“ 點焊機器人 ”模塊的主編，完成了（中級）和（高級）模塊相關內容的撰寫工作。

1.3 教材開發的意義和作用

（1）滿足點焊機器人技能崗位需求。

近年來，由于人們對傳統焊接作業從業意愿急劇下降，職業院校焊接專業生源逐年減少，造成焊接崗位人員數量和質量都難以滿足企業需求。例如：我國汽車車身及零部件生產一直是手工操作的懸掛式點焊和專機自動焊占據焊接生產的主導地位，勞動強度大，作業環境惡劣，焊接質量不易保證，而且生產的柔性也很差，無法適應現代汽車生產的需要。隨著焊接機器人等先進自動化設備的出現，加速了產業結構調整和設備的升級換代步伐，對點焊機器人技能崗位人員的需求尤為迫切。

（2）解決點焊機器人教學資源匱乏。

我國點焊機器人約占焊接機器人總數的46%[2]，然而，國內的職業院校和培訓機構普遍存在“ 重弧焊 ”“ 輕點焊 ”[2-3]現象，使得點焊機器人的教學資源非常稀少，給教學帶來困難。因此，點焊機器人操作及應用教學資源亟待開發。

（3）構建現代焊接技術職業教育體系。

2018年10月，教育部關于印發《中等職業學校焊接技術應用專業實訓教學條件建設標準》[4]等11項職業教育教學標準的通知【教職成函〔2018〕 8號】，其中包括《高等職業學校焊接及自動化專業實訓條件建設標準》[5]，提供了設備清單，有效地促進了“ 1+X ”特殊焊接技術職業技能等級證書試點工作的順利開展，對深化焊接專業內涵建設以及焊接專業復合型技術技能人才培養、評價模式的改革以及完善現代焊接技術職業教育體系，優化現代焊接技術職業教育結構具有十分重要的意義。

2 “ 1+X ” 《特殊焊接技術》教材內容

2.1 基本結構

全書由基礎知識、初級、中級、高級四部分組成，每部分又分為實操篇和應用篇。以初級為例，實操篇包括：焊條電弧焊技能訓練、熔化極氣體保護電弧焊技能訓練、鎢極氬弧焊（TIG焊）技能訓練和火焰釬焊技能訓練模塊;應用篇則列舉了實際生產中焊條電弧焊、熔化極氣體保護焊、鎢極氬弧焊和火焰釬焊等應用實例。焊接實操項目實施流程如圖1所示。

2.2 點焊機器人實操內容框架

焊接機器人課程內容根據實操等級的相關知識和技能要求，按照先弧焊模塊、后點焊模塊的順序依次遞進。“ 點焊機器人 ”模塊分為中級和高級。以點焊機器人模塊（中級）內容為例：需掌握運用插補指令進行點焊機器人示教和編程;實施對碳鋼板搭接、疊接作業。點焊機器人模塊實操內容框架如圖2所示。

2.3 點焊機器人模塊考評項目

點焊機器人模塊（中級）考評工件材質為低碳鋼，槽盒形狀。針對焊點的位置、間距，以及焊點直徑和強度進行考評，如圖3所示。

點焊機器人通過一把氣動C型點焊鉗對工件實施點焊[6]，焊鉗的移動軌跡及示教點位置示意如圖4所示。

圖中，P1～P4為示教點順序：P1—機器人待機點，P2—接近點，P3—第一個焊接點（該點要調用焊接控制器設定的焊接循環參數程序），P4—第二個焊接點（該點要調用焊接控制器的點焊參數），然后，機器人沿安全路徑返回待機點（圖略）。焊接后，根據評分標準對焊點質量進行評判。

點焊機器人模塊（高級）考評工件則選用不銹鋼材質，杯子形狀，增加了焊接難度和焊接位置難度，如圖5所示。

圖中材質為308不銹鋼（國標牌號：06Cr20Ni11），板厚為1.2 mm，搭接點焊。首先對點焊機器人焊接不銹鋼工藝進行分析，確定工藝參數，如表1所示。

焊接操作步驟：先將不銹鋼板卷成筒狀做成杯身，在杯身接合部位的搭接面進行焊接（3點），再將杯身與杯子把手（2點）焊接在一起。

2.4 點焊機器人應用案例

點焊機器人模塊（中級）應用案例遴選了“ 機器人在轎車白車身焊裝線的應用 ”，內容框架如圖6所示。

點焊機器人模塊（高級）應用篇遴選的是“ 不銹鋼電梯層門板機器人點焊 ”案例，重點掌握不銹鋼的機器人點焊工藝。

3 教材特色

3.1 創新性強

（1）體現書證融通性。反映特殊焊接技術職業崗位能力要求，與中、高職院校的相關專業課程有機銜接，實現書證融通，以滿足“ 教、學、考 ”合一的需要。

（2）采用最新國家標準。法定計量單位和最新名詞術語，形成本教材的一個新的特色。

（3）體現實用性和先進性。教材內容選取以適用性和先進性為原則，以教、學、考必需，夠用為度，同時注重知識的先進性，體現焊接新技術、新工藝、新方法、新標準、新技能[7]，以適應職業和崗位的變化，有利于提高學生可持續發展能力和職業遷移能力。

（4）突出理論與實踐一體。教材編寫突出理論與實踐的緊密結合，注重從理論與實踐結合的角度闡明基本理論以及指導實踐。以初級為例，除詳述了四種焊接方法（SMAW、GMAW、GTAW、TS）[8]基礎知識與基本操作技能外，還精選了四種焊接方法在生產實踐中的應用案例，有利于培養學生發現問題、分析問題與解決問題的能力。

（5）教材新形態。采用項目—任務式結構，每種焊接方法為一個項目，每一個項目下按由易到難的原則列舉了若干個技能操作任務，符合學生的認知規律和技能形成規律。還用“ 師傅點撥 ”或“ 安全提示 ”等插圖（文），圖文并茂、簡明扼要、通熟易懂。

3.2 實操性強

（1）標準化的實操步驟。

教學活動是由“ 教 ”與“ 學 ”構成的，點焊機器人操作是基本技能，但務必與焊接工藝相結合。如在操作前先對工件進行工藝分析，然后根據焊接位置進行焊鉗的示教點路徑規劃，一步一圖，使點焊機器人編程及焊接操作過程標準化。

（2）將典型應用變作實操項目。

運用生產過程常見的點焊生產案例作為實操內容[9]，并對點焊效果進行分析研究與評價。編者通過與安川、KUKA等機器人生產制造商以及汽車生產企業機器人操作人員進行交流，確定相關知識與技能操作內容，總結出符合生產要求的實操步驟，提高學生的實際操作能力和工藝運用能力。同時指出：點焊接機器人操作技能不僅是工業機器人和焊接系統的簡單結合， 而是從設計、工藝、流程等多個維度開展的焊接技術重構[10]，從而深化學生對于點焊機器人操作技能的理解與應用。

3.3 通用性強

“ 1+X ”《特殊焊接技術》教材點焊機器人模塊選擇了不同品牌的機器人，在中級和高級部分先后列舉安川和KUKA機器人[11]，分析不同品牌機器人的編程語言及操作特點，便于實際應用中進行參照和比較。

由于點焊機器人系統通常是將不同生產廠家的部品組合在一起，如機器人、一體式焊鉗（含變壓器）、焊接控制器等，型號繁多，因此，在立足于對教學資源進行全面、有效整合的基礎上，應結合教學實際需求，有目的地選擇最適宜的點焊機器人系統，從而使點焊機器人的學習內容能融合不同品牌機器人操作特點及焊接工藝。

3.4 應用性強

工業機器人在汽車生產的沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大生產工藝過程有廣泛應用，而點焊機器人占總焊接量90%以上，每輛汽車車身上大約有3 000～4 000個電阻點焊焊點[12]，對焊接質量要求很高。教材針對性地選取了點焊機器人在汽車行業生產案例，并參照了生產作業指導書的要求。

4 結論

“ 1+X ”證書制度是一種面向職業院校校學生的新型人才評價體系，職業院校應根據“ 1+X ”證書制度的實施要求，積極開展人才培養模式、培養方案的創新探索，系統梳理各學科專業人才培養的目標和定位，結合“ 1+X ”證書制度重構人才培養模式，重新修訂人才培養方案，明確各專業的職業技能等級證書組合系列，為教學體系的重塑指明方向，為學生的學習規劃和職業發展規劃提供科學指導，做到以證促改、以證促學。

參考文獻：

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//www.gov.cn/zhengce/content/2019-02/13/content_5365341.htm1.

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