“1+X”證書制度下協作機器人服務應用賽項的探索與實踐

李 輝，戴 琨，鄧三鵬

(1.天津職業技術師范大學 機械工程學院，天津 300222；2.唐山工業職業技術學院，河北 唐山 063299；3.天津市智能機器人技術及應用企業重點實驗室，天津 300353)

0 引言

為深入貫徹習近平新時代中國特色社會主義思想和黨的十九大精神，實現《中國制造2025》(國發〔2015〕28號)[1]戰略目標，為我國經濟社會發展提供有力的人才和智力支撐，2019年2月，《國家職業教育改革實施方案》(國發〔2019〕4號)[2]明確提出，從2019年開始在職業院校、應用型本科高校啟動“學歷證書+若干職業技能等級證書”制度試點工作” ，鼓勵職業院校學生在獲得學歷證書的同時，積極取得多類職業技能等級證書，拓展就業創業本領。2019年4月，教育部等四部門印發了《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》(教職成〔2019〕6號)[3]，正式啟動了“學歷證書+若干職業技能等級證書”(簡稱“1+X”證書)制度試點工作。把“1+X”證書制度作為“堅持以學生為中心，深化復合型技術技能人才培養培訓模式和評價模式改革，提高人才培養質量，暢通技術技能人才成長通道，拓展就業創業本領”的重要抓手，賦予了“1+X”證書制度賦能職業教育、提升復合型技術技能人才培養質量的重大使命。2020年9月，《職業教育提質培優行動計劃(2020—2023年)》(教職成〔2020〕7號)[4]明確提出“辦好全國職業院校技能大賽，發揮以賽促教促學的引領作用”。《國家職業教育改革實施方案》也明確提出了“按照國家有關規定加大對職業院校參加有關技能大賽成績突出畢業生的表彰獎勵力度”的措施。

職業技能競賽作為職業院校學生技能水平評價的重要手段[5-8]，對“1+X”證書制度的實施具有重要的推動作用。由人力資源和社會保障部組織開展的全國行業職業技能競賽作為全國最具影響力的職業技能大賽之一，對促進全國職業院校學生的技能水平提升起到了積極的推動作用，全國行業職業技能競賽作為對學生職業技能水平和職業素養的檢驗方式，對“1+X”證書制度的實施，在方法和技術方面提供了重要支撐[9-12]。

1 舉辦協作機器人服務應用賽項的意義

1.1 制造業發展急需大批高素質技術技能人才

《中國制造2025》是我國實施制造強國戰略第一個十年的行動綱領，新一輪科技產業革命使智能化、綠色化、服務化成為制造業發展的新趨勢，實施《中國制造2025》，將加快制造強國建設進程，促進工業由大變強。《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》(國發〔2010〕32號)[13]將“節能環保、新一代信息技術、生物、高端裝備制造、新能源、新材料、新能源汽車等”列為七大戰略性新興產業，強調要“強化基礎配套能力，積極發展以數字化、柔性化及系統集成技術為核心的智能制造裝備”。機器人被譽為“制造業皇冠頂端的明珠”，是衡量一個國家創新能力和產業競爭力的重要標志，已經成為新一輪科技和產業革命的重要切入點。《中國制造2025》以及《機器人產業發展規劃(2016—2020年)》[14]等政策，從宏觀、戰略角度構建了產業頂層設計，國家大力支持機器人產品“智能化”發展，凸顯出機器人技術對產業轉型升級的驅動作用，為機器人企業帶來了新的機遇。

《制造業人才發展規劃指南》(教職成〔2016〕9號)[15]預測到2025年，機器人相關領域人才缺口將達450萬；近幾年，通過相關院校、企業事業單位的大量調研，發現一個嚴峻的問題：即企業、職業院校對協作機器人人才需求在急速上升。但是，由于智能制造方向涵蓋的知識面廣、內容繁雜、對于人才的綜合素質要求較高，因此智能制造領域高素質技術技能人才缺口巨大。

1.2 技能大賽為實現“制造強國”培養和選拔人才

為貫徹落實習近平總書記關于技能人才工作的重要指示精神，落實《中國制造2025》和《國家職業教育改革實施方案》的戰略目標，培養支撐“制造強國”的高素質技術技能人才隊伍，弘揚精益求精的工匠精神，智能協作機器人服務應用賽項的方案設計要與行業、企業的實際工作崗位需求接軌；競賽內容要契合國家支柱產業，貼近百姓生活；競賽設備要體現新技術優勢，對接創新創業理念；競賽過程要周密部署、組織有力、有條不紊；競賽評判要科學嚴謹、公平公正；競賽宣傳要體現文化自信，助力新冠肺炎疫情防控，緊密貼合《中國制造2025》與餐飲行業現狀，形成工作崗位能力培養——競賽檢驗——選手高就業率和企業高認可度——競賽成果促進技術技能提升的成熟模式。

通過職業技能大賽，除了考核協作機器人服務應用等基本技能之外，還要重點強調對協作機器人在商業應用和服務領域所需專業技能的考核，以賦能新技術與生活服務，強化職業能力考核及大國工匠精神培養，為加速制造強國和網絡強國建設培養高素質技術技能人才。

1.3 促進餐飲行業向智慧方向發展，實現創新增效

2020年10月23日，國務院新聞辦舉行新聞發布會，工業和信息化部副部長王志軍表示：2021年工業和信息化系統將以新發展理念為引領，以推動高質量發展為主題，以深化供給側結構性改革為主線，落實“鞏固、增強、提升、暢通”八字方針，堅定不移推動制造強國和網絡強國建設。用更高質量的工業產品和更優的信息通信服務，滿足人民群眾對美好生活的需要，推動形成以國內大循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展格局，支撐全面建設社會主義現代化國家開好局起好步。

餐飲業是我國第三大支柱性產業，中國餐飲業零售額已經連續15年保持10%以上的增速，而人工智能領域未來將占到GDP的25%以上，兩者的結合將加快我國服務行業智能化轉型(如圖1)。

圖1 協作機器人服務應用賽項設計理念

傳統餐飲行業無法消除操作人員的情緒、素質、習慣、人情、工資等個人因素所造成的影響，“機器人+人工智能(AI)+5G”應用于餐飲行業可實現標準化、統一化、無菌化，以科技興國，促進民生工程，助力新冠肺炎疫情防控。

1.4 引領職業院校相關專業建設和發展

為深入貫徹習近平新時代中國特色社會主義思想和黨的十九大精神，助力推進《中國制造2025》和《國家職業教育改革實施方案》的實施，職業教育必須擔負起為國家培養大批智能制造領域高素質技能型應用人才的重擔。因此，應按照《人力資源社會保障部關于組織開展2020年全國行業職業技能競賽的通知》(人社部函〔2020〕30號)要求，聚焦“機器人+人工智能(AI)+5G”領域高素質技術技能人才培養，打造高水平的“雙師型”職業教育教學團隊，培養和選拔大批“大國工匠”，形成中國特色、世界水平的“大國工匠”培養和選拔新模式，以培養在智慧餐飲、智能制造領域從事機器人設計制造、安裝調試、操作編程、系統集成等工作的職教師資和應用型高級人才為目標，為社會培養急需的“大國工匠”，為國家職業教育和經濟發展貢獻力量。

綜上所述，智能協作機器人、5G云網可賦能職業教育創新發展，新一代信息技術能助力職業院校“三教”改革；智能協作機器人服務應用賽項旨在為廣大參賽選手提供一個匯聚創新資源、產業資源、人才資源、教學資源的全國開放平臺，激發智能協作機器人和智能餐飲行業的科技研發潛力，成為推動全國高素質技能技術人才培養的重要力量。

2 協作機器人服務應用賽項的考核內容及評分標準

2020年全國電子通信行業職業技能競賽—協作機器人服務應用賽項以協作機器人應用編程、集成應用等基本技能考核為重點，聚焦協作型服務機器人的組件設計、仿真規劃、系統操作、編程調試、機器視覺等技術的綜合應用，結合餐飲行業的實際需求設置典型工作場景與比賽任務；通過技能大賽的形式，考查選手的計算機、機器人、電氣控制及PLC應用、機電控制、工業互聯網等綜合應用能力以及團隊協作能力，聚焦協作機器人在新技術與生活服務中的應用，強化職業能力考核及大國工匠精神培養，為國家建設和社會經濟發展培養大批高素質技術技能人才。

2.1 命題方式

參照工業機器人系統操作員(職業編碼6-30-99-00)、工業機器人系統運維員(職業編碼6-31-01-10)和計算機及外部設備裝配調試員(職業編碼6-25-03-00)國家職業技能標準的要求，在協作機器人基本操作、編程和運行維護等基本技能考核的基礎上，強調協作機器人專業技能及新技術應用考核，體現新一代信息技術、協作服務機器人與餐飲行業相結合的原則，突出職業能力考核及工匠精神養成。

競賽內容包含理論知識和實際操作兩部分。

2.2 理論和實操占比

理論知識競賽滿分為100分，按20%的比例折算計入競賽總成績。賽題均為客觀題，采用機考方式實現。

實際操作競賽滿分為100分，按80%的比例折算計入競賽總成績。折算后的理論知識競賽成績與實際操作競賽成績相加得出參賽選手競賽總成績，滿分為100分。

2.3 考核模塊

本次競賽內容包含理論知識和實際操作兩部分。

2.3.1 理論知識競賽模塊

該模塊由大賽組委會組織專家組統一命題，以協作機器人技術基本知識的掌握為主，電氣自動化技術、機電一體化技術和機械設計、機器人控制與計算機視覺技術等相關知識為輔。賽題分為3種類型：單項選擇題、多項選擇題和判斷題，采用線上機考方式，競賽考核時間為60分鐘。

2.3.2 實際操作競賽模塊

實際操作競賽包含兩個模塊：機器人智慧餐廳仿真創新設計、協作機器人服務系統編程調試及應用。

(1)模塊一：機器人智慧餐廳仿真創新設計

如圖2所示，在IRobotSIM博智仿真軟件上進行“機器人智慧餐廳仿真創新設計”搭建，并利用軟件中提供的模型，進行“餐吧”創意設計。利用IRobotSIM博智仿真軟件完成機器人制餐、送餐、語音點餐、與客人交互等服務系統的搭建、編程與動畫制作。

圖2 機器人智慧餐廳仿真創新設計平臺

協作機器人智能配餐服務系統分別由設備本體、BN-i5協作機器人、五谷破壁機、自動封口機、五谷儲存區、牛奶咸菜儲存區、蒸鍋等組成。該平臺支持掃碼在線點餐、預約等功能，將訂單信息發送至控制系統，進行信息交互并轉給平臺上各個模塊，由機器人接收指令完成五谷豆漿制作、蒸蛋、蒸包制備、牛奶及咸菜制備并出餐。

IRobotSIM 仿真軟件能在虛擬環境中對協作機器人的運動軌跡、位姿等進行仿真，能逼真模擬協作機器人集成系統的節拍和運動，具有API和數字孿生開發功能，能夠實現智能制造生產線的分析與規劃，支持用戶模型導入和定制、傳感器仿真，實現大場景的優秀仿真效果。

競賽內容：智慧餐廳空間布局創意設計；協作機器人智能制餐服務系統仿真；送餐服務機器人系統仿真；智慧餐廳人機交互系統仿真；智慧餐廳動畫設計。

考核的能力：創意設計能力；協作機器人運動學與動力學仿真能力；協作機器人離線編程能力；送餐機器人路徑規劃仿真能力；周邊設備模型運算與仿真能力。

(2)模塊二：智能協作機器人服務系統編程調試及應用

協作機器人智能配餐服務系統由BN-i5協作機器人、智能相機、五谷豆漿制備系統、包子制備系統、蒸蛋制備系統、牛奶咸菜制備系統和編程工作站等組成，系統平臺布局如圖3所示。考核任務主要通過手機點餐系統開發界面(如圖4)，調用協作機器人制餐服務系統，實現編程調試及應用。

圖3 協作機器人智能配餐服務系統

圖4 手機點餐系統

競賽內容：數據庫創建；軟件界面開發；軟件功能實現(用戶管理、菜單管理、訂單管理、庫存管理、網絡通信、訂單隊列、手機掃碼下單、消息監聽、優惠套餐、數據可視化報表、數據分析、推薦算法—營養搭配、模糊算法—評價體系)；通信配置； PLC控制系統編程調試；智能視覺系統編程調試；協作機器人編程調試；制餐任務聯調與優化(五谷豆漿制備、蒸蛋制備、牛奶制備、咸菜制備、蒸包制備)。

考核的能力：程序代碼編寫(JAVA、C#代碼的編寫)；邏輯思維(軟件功能實現邏輯能力)；程序理解(對編程語言的思考與熟練運用)；算法分析(對AI算法的理解和使用)；糾正錯誤(在開發過程中獨立解決錯誤的能力)；需求分析(根據軟件需求架構軟件、通過工具創建數據庫、搭建編程環境、通過細分需求實現對軟件功能的拆分)；以太網通信組網能力；PLC編程與組態設計、現場總線應用能力；協作機器人系統安裝、應用編程、操作調試、運動學與動力學標定、腳本分析等協作機器人應用開發能力；智能視覺系統編程調試與運算能力；整機聯調、程序優化能力。

3 全國協作機器人服務應用賽項的競賽成績分析

3.1 協作機器人服務應用賽項的基本情況

2020年全國電子通信行業職業技能競賽—協作機器人服務應用賽項決賽于2020年12月26日在河北省唐山工業職業技術學院舉行，賽項順利完成了所有任務，達到了預期效果，圓滿成功。賽項由工業和信息化部教育與考試中心、中國就業培訓技術指導中心共同主辦，唐山市人民政府、河北省工業和信息化廳、河北省人力資源和社會保障廳承辦，唐山工業職業技術學院、天津博諾機器人技術有限公司、遨博(北京)智能科技有限公司協辦，該賽項是中國首次協作機器人應用領域的全國性官方賽事，是對協作機器人服務應用行業發展水平的一次集中檢閱。

協作機器人服務應用賽項決賽為雙人團體賽，分為職工組和學生組，先后在重慶、湖北、天津、廣西舉辦了4場省級選拔賽，選拔賽組隊情況：重慶市組隊20支、湖北省組隊16支、天津市組隊37支、廣西壯族自治區組隊20支。在河北省唐山工業職業技術學院舉行了全國決賽，參加全國總決賽的隊數為44，其中職工組23個隊，學生組21個隊。共有來自全國67個院校與企業的115支參賽隊伍、230人參加了省選拔賽與全國總決賽，共有326人參加了集訓。

3.2 協作機器人服務應用賽項全國總決賽成績分布情況統計

協作機器人服務應用賽項決賽分為理論與實操兩個部分，經過激烈角逐，共有4支代表隊獲得團體競賽一等獎，12支代表隊獲得二等獎，14支代表隊獲得三等獎，4名職工選手上報人力資源和社會保障部，申請 “全國技術能手”榮譽稱號。比賽成績分析如下：

職工組：團體總分成績平均為66.93分，最高分為98.38分，最低分為29.93分，職工組總成績分布情況如圖5所示。理論成績平均分數為80.26分，最高分為97.5分，最低分為48.5分，職工組理論成績分布情況如圖6所示。職工組實操成績平均分數為63.72分，最高分為98.6分，最低分為25.29分，職工組實操成績分布情況如圖7所示。

圖5 職工組總成績分布情況

圖6 職工組理論成績分布情況

圖7 職工組實操成績分布情況

學生組：團體總分成績平均為62.81分，最高分為96.46分，最低分為33.16分，學生組總成績分布情況如圖8所示。學生組理論成績平均分數為78.86分，最高分為96分，最低分為38分，學生組理論成績分布情況如圖9所示。學生組實操成績平均分為59.86分，最高分為98.45分，最低分為26.9分，學生組實操成績分布情況如圖10所示。

圖8 學生組總成績分布情況

圖9 學生組理論成績分布情況

圖10 學生組實操成績分布情況

3.3 協作機器人服務應用賽項全國總決賽成績分析

3.3.1 單項技能較強，系統綜合應用能力有待提高

協作機器人服務應用賽項實操內容分為兩個階段：

第一階段為系統仿真，含3個任務：任務1是協作機器人智能配餐服務系統場景搭建、餐吧創意設計；任務2是添加運動關系；任務3是腳本編寫。任務1和任務2得分率均在76%，任務3得分率為52%。

第二階段為協作機器人智能配餐服務系統調試及應用，含5個任務：任務1是基礎配置；任務2是軟件編程與調試；任務3是PLC編程與調試；任務4是協作機器人編程與調試；任務5是整機運行。任務1、任務2、任務3得分率均在60%以上，任務4得分率為35%，任務5得分率為13%，說明選手的仿真腳本編寫、協作機器人集成應用等綜合應用能力有待提高。

3.3.2 參賽選手的實操技能水平差距較大

參賽選手理論分數差距較小，但實操分數差距較大，說明參賽選手專業理論知識基礎比較扎實，但技能水平還需加強訓練，有待提高。

3.3.3 安全文明生產意識好

協作機器人服務應用賽項分別從著裝規范整潔、操作規范、遵守賽場紀律、工位保持清潔、物品整齊等幾個方面考查選手安全文明生產意識與安全操作，從結果來看，只有3隊略有扣分，其他隊均取得滿分。

4 結語

根據2020年全國電子通信行業職業技能競賽—協作機器人服務應用賽項決賽的舉辦情況，為深入貫徹落實《國家職業教育改革實施方案》，為實現“制造強國”培養高素質技術技能人才，弘揚精益求精的工匠精神，需進一步做好以下幾點：

4.1 建立職業技能競賽長效機制

為全面提升參賽選手協作機器人服務應用能力，需保持此類賽項的連續性，加強行業資源、企業資源和教學資源的有機融合，爭取提升賽項規格，擴大賽項關鍵技術覆蓋范圍，為院校、企業、市場的精準對接提供長效平臺。

4.2 推動專業能力提升

將大賽成果轉化為教學資源，開展線上、線下職業技能培訓，持續賦能協作機器人人才培養，推動院校積極開展協作型智能機器人教學體系的探索與實踐，為院校開展創新創業教育工作提供協同創新思路與模式；進一步提升協作機器人領域師資團隊的創新教學能力，引領院校專業建設與課程改革，提高專業建設水平；建立院校專業人才培養與企業員工培訓對接模式，建立參賽團隊長期培訓平臺。

4.3 擴大職業技能競賽的影響力

將大賽建設成為產教融合的平臺、技能展示的平臺、技術交流的平臺，創新與宣傳媒體的合作模式，力爭增強比賽宣傳效果，加強協作機器人、人工智能、智能視覺應用等高質量科技成果在賽項中的應用，推動協作機器人產業鏈的可持續發展。