浅谈产教融合背景下工业机器人实训中心建设

作者:未知

  [摘           要]  结合真实的学校建设方案,提炼出一套符合职业院校特点的机器人实训中心建设方案,方案根据学生能力培养过程,设置实训环节,由基础到复杂,实现循序渐进式的培养。通过深度融合工业场景的再现式教育模式,一方面可充分训练学生的上机动手能力,熟悉真实工业环境,另一方面也可作为青年教师教研、教改课题的支撑。
  [关    键   词]  产教融合;工业机器人;实训中心
  [中图分类号]  G717                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603(2019)11-0242-02
   一、引言
   2015年5月8日,国务院正式发布了《中国制造2025》,对我国制造业转型升级和跨越发展作出了整体部署,《中国制造2025》所提出的十大重点领域就包括机器人。2016年3月,工信部、财政部、发改委三部委联合发布的《机器人产业发展规划(2016—2020年)》中明确指出要组织实施机器人产业人才培养计划,加强大专院校机器人相关专业学科建设,加大机器人职业培训教育力度,加快培养机器人行业急需的高层次技术研发、管理、操作、维修等各类人才。
   工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备,也是国家重点支持的高新技术领域。据不完全统计,全国目前开设机器人相关专业的中、高职院校达300所,重点培养机器人操作、维修等应用型人才。实训环节作为职业教育的重要一环,机器人实训中心的建设是职业教育培养高技能人才的重要保障,是教学、科研、培训、生产等多功能的实训场所,如何建设一个符合职业教育规律、适应学生学习过程、全方位提升技术技能水平的一流专业实训中心将是一个值得探讨的问题。
   二、建设原则与规划思路
   (一)坚持实习实训与技能鉴定相结合
   按照我国职业教育学历证书与职业资格证书并重的制度,在安排学生进行实习实训时,对照相应的职业技能标准或任职资格条件,对接受职业教育的学生开展职业技能鉴定,使学生毕业获得毕业证书时,同时取得相应的职业资格证书,所以实训基地的建设必须考虑此原则。
   (二)坚持基于工作过程的理、虚、实一体化架构
   建成“理、虚、实”一体化系统,“理”是指按教学大纲要求进行相应的理论教学,以教学资源和实验指导资料为核心的课程资源包。“虚”是指采用世界领先的虚拟现实技术开发的工业机器人虚拟仿真实训软件。“实”是指工业机器人及其典型应用案例的实物实训装备。采用虚拟仿真软件,在理论教学和实物实训之间搭建一个过渡的“桥梁”,从而有效解决理论教学与实物实训难以有效融合的问题,使“理实一体化”教学与实训理念得以有效贯彻。
   (三)坚持以学生认识规律和能力形成过程开设实训科目
   依据学生学习认知规律和能力形成过程,以技能操作作为实训手段,培养工业机器人应用操作、维修、保养、市场推广等方面的应用型人才;以科目为单元组织教学内容,构造基础实习实训平台;构造功能可方便重组、内容可调整、可扩充的机器人典型应用工作站;构建具有可灵活转换工业生产线特征的实训实景环境,增强训练针对性和趣味性。
   三、人才培养课程体系构思
   围绕培养目标,经调研,了解到工业机器人应用岗位主要有机器人操作与维修、机器人售后、机器人作业现场管理、工业机器人装配调试、本体系统开发、销售服务、工业机器人集成项目经理等岗位。对这些岗位信息进行工作任务分析,从机械识图、仪器仪表使用、电路识图等基础能力,到现场编程、PLC编程、人机界面开发、上位机开发、系统调试运行等专项能力,再到故障诊断、单工作站及产线维护等综合能力,构建“任务驱动,能力递进”专业课程体系,除了一些专业基础课程之外,还开设了与本专业直接关联的课程,如工业机器人应用技术、工业机器人离线编程及仿真、工业机器人操作及编程、工业机器人装调、工业机器人工作站系统集成等。而这些课程无一例外都需要相应的实训设备来支持,所以职业院校所建立的实训中心首先要能为这些课程服务。
   四、机器人实训中心建设方案
   工业机器人实训中心是根据芜湖安普机器人产业技术研究院依据企业实际工作任务,结合学校教学需求进行设计、归纳总结得出的,机器人实训中心在建设过程中需秉持“做结合,边学边做,以练为主;仿真与实操结合,以应用为主”的教学理念。总体分为机器人基础编程实训室、机器人装调与维修实训室、机器人典型应用实训室、机器人综合应用实训室及交流讨论区等。
   (一)机器人基础编程实训区
   配置一定數量的机器人半实物仿真平台、相应匹配的实物综合实训平台,充分实现“理—实—虚”一体化教学,半实物仿真平台可以配备公司自主研发仿真软件,可以对国际品牌ABB机器人、国内自主品牌埃夫特机器人进行仿真编程,由于是半实物虚拟设备且性价比较高,采用半实物仿真平台不仅降低了学生操作机器人安全性问题,同时兼顾机器人品牌多样性问题,更有效地解决了设备台套数不足的问题。配置若干套工业机器人综合实训平台,分别选用ABB机器人、埃夫特机器人,学生可以通过半实物平台仿真的程序导出可以直接用于真实机器人运行,同时配套相应教材,可有效训练学生对机器人编程的掌握,实现机器人“虚—实”双向编程应用,增加学生的编程实战经验。    (二)机器人装调与维修实训区
   配置一定数量的机器人装调与维修设备,让学生实际动手拆装机器人,熟练掌握机器人结构,针对本拆装的零部件要求学生进行手工测绘,逆向画出三维修图、画装配图,配合机器人拆装3D软件及拆装教程,让学生快速掌握机器人机械结构。针对控制系统的拆装,要求学生在给出原理图、接线图的情况下可以熟练完成机器人控制系统的装配,使学生可以快速查找、定位机器人控制系统的故障。
   (三)机器人典型应用实训区
   工业机器人一般应用于可重复性且劳动强度大、作业环境恶劣的环境,为此在规划工业机器人实训中心时有必要根据不同应用场景设置贴近真实工业场景教学环境,主要通过工业机器人多种典型的工作任务,如分拣、码垛、上下料、焊接、装配和喷涂等的基础应用单元的学习,配套相应周边外围设备,包含机器人本体以外的外设机电系统的应用与维护。
   在工作站中,要求學生掌握工业机器人本体与控制器的安装接线、工业机器人初始化与参数恢复、工业机器人与PLC的IO通讯、工业机器人的IO接线、工业机器人常见应用程序的编写与调试及工业机器人控制末端的选择等操作与基本应用技术,让学生快速具备机器人单工作站系统集成能力。
   (四)机器人综合应用实训区
   该实训区中,模拟真实工业场景的智能制造生产线中的各个机器人,可联动操作,也可单独控制。在单独控制中可以解决工业机器人基础教学过程中涉及的教学点和技能点,可同时容纳更多的学生同步操作,配合上述单工作站的应用,进一步提升设备利用率;而联动控制,则可以将学生前面所学的各种基础知识,如机械、电气控制、PLC、传感、气动等与工业机器人结合综合应用,有助于学生系统地学习工业机器人的集成应用,完善技术操作技能,满足多层次个性化教学需求,同时也可以作为青年教师教研、教改的支撑基地。
   五、管理制度建设
   实训中心的建设不仅要加强专业实训设备的配置和结构合理的师资队伍建设,还要具有完善的管理制度。通过科学的管理,能够有效提升工作效率和质量。目前,我国高职院校的实训中心有学校统一管理的公共实训中心、校外实训基地、各个系分别管理的实训基地等模式。
   职业院校实训中心制度建设主要包括以下几个方面的内容:(1)管理制度建设,明确实训基地的功能、定位、服务方向、运行模式,使各种资源得以整合与优化利用;(2)实训教师管理制度建设,包括教师理论知识、教学组织能力、实践操作能力等方面;(3)实训学生管理制度建设,包括在保障学生正常的实训、人身安全、取得良好的实训效果的前提下明确学生应该做哪些工作和不能够做哪些工作;(4)实训室教学管理制度,包括实训教学的计划、基本环节、成绩的考核等。
   六、结论
   工业机器人是未来制造业的发展趋势,作为制造业大国,我们应抓住《中国制造2025》机遇与挑战,期望本文有助于机器人实训中心建设的想法能够得到更多职业院校的广泛认同并得到切实应用,为我国职业院校的机器人领域人才培养工作起到添砖加瓦的作用,为国家和地方培养更优秀的高素质、高技能型人才。
   参考文献:
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  编辑 冯永霞
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