工业机器人技术应用高技能人才培养的实践

　　工业机器人是最典型的机电一体化、数字化装备，是现代制造业的基础设备。随着工业机器人在我国的快速推进和广泛使用，工业机器人技术应用高技能人才的缺乏突显出来。如何培养这项具有前瞻性、战略性的高新技术领域的高技能人才，已成为技工院校面临的一个新挑战和发展机遇。为探索这方面人才的培养和培训，笔者所在学校几年来做了大量的努力和尝试，积累了一些经验，也取得了较为显著的成效。

 

　　1 工业机器人概述

 

　　工业机器人是最典型的机电一体化、数字化装备，是现代制造业的基础设备。工业机器人技术综合了工业技术、计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，技术附加值很高，应用范围广。工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。其最显著的特点如下。

 

　　可编程：工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用。

 

　　拟人化：工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分;在控制上有计算机系统。智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。

 

　　通用性：一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器便可执行不同的作业任务。

 

　　2 工业机器人在国内外的应用概况

 

　　工业机器人作为现代制造业主要的自动化装备，已广泛应用于汽车、摩托车、工程机械、电子信息、家电、化工等行业(图表1);进行焊接、装配、搬运、加工、喷涂、码垛、铸造等复杂作业(图表2)。其中焊接领域工业机器人占工业机器人应用总量的40%以上(图表2)。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。

 

　　中国是制造业大国，随着人力成本的增加，以机器人为主导的自动化设备越来越受欢迎;随着我国制造业转型升级，工业机器人是实现转型升级强有力的技术手段。据专家预测，中国到2014年将将成为全球最大的工业机器人消费国。预计到2015年，中国机器人市场需求量将达3.5万台，占全球总量的16.9%，成为规模最大的机器人市场。未来3年中国工业机器人市场复合增速可达30%。

 

　　3 国内工业机器人应用型人才的情况

 

　　随着工业机器人在我国的快速推进和广泛使用，制约其推广使用的瓶颈突显出来，即国内在这方面的人才储备却几乎为零，许多企业因为找不到这方面相关人才，只能选择推迟或者放弃工业机器人的使用。目前，处于生产一线的各种工业机器人应用技术的人才据调研主要有二个来源：一是大学、高职和技工院校的机电一体化或数控技术应用等专业的毕业生，他们具有不同程度的英语、计算机、机械和电气基础理论知识和一定的动手能力，但缺少学校难以提供的工艺经验，同时，由于学校教育的专业课程分工过窄，这些人仍然难以满足企业对机器人具体应用技术等复合型人才的要求。另一来源就是从企业现有员工中挑选人员参加不同层次的工业机器人技术应用中、短期培训，以适应企业对该类应用型人才的急需，这些人员一般具有企业所需的工艺背景，有比较丰富的实践经验，但是他们大部分也是传统的机、电类专业的毕业生，对计算机、自动控制类的知识知之较少，特别是对机器人系统和应用集成系统不太了解。

 

　　工业机器人技术应用型高技能人才的严重缺乏，制约着工业机器人在我国快速和有效的推广应用，培养这方面的高技能人才迫在眉睫。为探索这方面人才的培养和培训，笔者所在学校几年来做了大量的努力和尝试，积累了一些经验，也取得了较为显著的成效。

 

　　4 工业机器人应用型高技能人才的培养

 

　　4.1 做好专业建设开发

 

　　专业建设开发水平决定着人才培养的格局与办学水平，必须主动适应职业教育发展的新形势和我国经济社会发展与产业结构调整对专业发展的实际需求，更好的服务于区域经济建设和社会发展。

 

　　(1)立足学校自身专业优势。由于工业机器人技术是现代工业中尖端自动化技术高度集成体现。因此，一个学校工业机器人技术应用专业的开设必须有机电一体化和自动控制方面专业作为支撑，专业的具体应用也必须有相应的专业与之相对应。电气自动化专业和焊接专业是我校的传统优势专业，开设时间久，具备良好的师资和设备设施基础，因此，开设工业机器人焊接专业对我校来说优势明显，既可以实现设备设施和师资资源的共享和快速转化，节省人力和物力的投入，又可加快专业的开发建设步伐，缩短开发建设时间。(2)进行充分的市场调研。随着工业机器人技术的进步和发展，工业机器人的应用范围相当广泛，从国内工业机器人的应用来看，汽车、电子工业仍是主要的应用领域;搬运、装配等机器人的应用也呈逐年增长的趋势;近年，在机床业的应用也出现突飞猛进之势;军事、精细外科和危险作业等领域的应用也将逐步展开。不同地区由于工业发展的侧重点不同，对工业机器人具体的应用也不一样。因此，专业开发必须进行充分的市场调研，了解当地工业机器人应用的主要领域及应用趋势，了解各应用岗位所需要的职业要求和技能特点，才能找到专业的切入点，突破点。

 

　　笔者所在学校地处广州，开办本专业前，对本地区工业机器人的应用进行了充分的调研，了解到：①广州地区汽车工业发达(北有东风日产、南有广汽丰田，东有广汽本田、西有一汽大众)，物流业也十分发达，焊接机器人和搬运码垛机器人被广泛应用;②汽车总装厂的焊接主要以点焊为主，汽车零部件厂则以弧焊为主;③合资或独资企业对工业机器人的品牌有一定的选择性：本国品牌工业机器人是首选。④被调研企业对这方面的人才需求情况;⑤企业的规模和自动化水平高低与岗位技能的关系：规模较小、自动化程度较低的企业，对这方面人才的要求较高—“全加专”;自动化程度高、规模较大的企业，由于分工精细明确，对这方面人才的要求是“专且精”……。这些调研结果对专业方向的确定、课程的设置提供了现实、科学的依据。

 

　　(3)做好校企合作这篇大文章。学校与企业的紧密合作符合技工教育发展的内在规律，有利于促进技工教育健康发展，通过开展紧密的校企合作，实现校企双方信息、资源的共享和互补，达到校企“双赢”。为做好工业机器人焊接专业的开发建设，笔者所在学校先后与上海ABB工程有限公司，东风日产乘用车有限公司、广汽本田汽车有限公司、珠海固得自动化焊接设备有限公司等企业进行了合作，合作企业贯穿整个机器人产业链：生产商、集成商、用户。合作企业在市场调研、师资培训、课程设置、实训室的建设等方面给予了我们很大的支持和帮助，企业的一些工程技术人员被聘请为学校的兼职教师。通过校企合作使我们的专业开发、实训中心的建设能顺利有效的进行，避免了走弯路。目前，学校工业机器人技术应用实训中心已成为上海ABB公司华南地区的产品推广和客户培训中心，东风日产公司企业员工工业机器人的培训中心，珠海固得自动化焊接设备有限公司用户技术培训中心，真正实现了校企“双赢”局面。

 

　　4.2 创新人才的培养模式

 

　　(1)加强一体化师资的培训。工业机器人技术的前沿性、高端性、操作性特点，决定了必须有一支掌握本技术的一体化师资来充实教师队伍。学校在专业建设开发中“兵马未动、粮草先行”，先后多次派遣机电、焊接类教师到上海ABB公司、珠海固得公司、东风日产公司参加培训学习，也邀请这些公司的工程技术人员来学校进行培训、讲座。通过鼓励教师自己解决教学过程中遇到的各种技术问题、参与企业员工的培训工作、兼任ABB公司用户培训师等方法与手段，促进了我们教师的技术业务水平的快速提高，为后期开展教学和培训奠定了良好的基础。

 

　　(2)开发一体化课程。工业机器人技术应用作为一项高新技术专业，其技术性和应用性的特点决定培养模式必须创新，必须以促进学生就业为导向，以培养学生的职业岗位能力为目标，打破传统的学科课程模式。

 

　　为做好工业机器人焊接专业的一体化课程开发，学校邀请合作企业的人力资源专家和工程技术人员共同参与，成立课程开发团队，开发基于工作过程的一体化课程。

 

　　①确定课程目标。通过分析工业机器人技术应用职业岗位(群)中操作技术工人、维修技术人员及程序开发工程师的工作任务和任职所需的专业能力、方法能力和社会能力，并以此确定课程目标。本专业课程的特定工作情境为焊接机器人一线操作工和维修工，其工作岗位(群)的岗位要求是根据生产要求选择焊接材料，设定焊接参数，编写机器人工作程序，并能根据样品调整焊接参数，修改焊接程序，能对工业机器人和外围设备进行日常的维护保养工作;能对普通的电气故障进行检测和维修。

 

　　②确定课程内容。通过广泛的网络调研、企业实地调研，与合作企业专家研讨，对专业课程分为钳工与钣金、手工焊作业、自动化控制和机器人焊接四大部分，确定具体的课程内容。先后与ABB公司合作编制了《工业机器人基础编程与实训》，以具体的企业案例和项目为载体编制了《工业机器人焊接典型案例实训》等校本教材，知识全面适度、技术先进;设计开发《电气部分一体化工作页》，《钳工钣金部分一体化工作页》《手工焊部分一体化工作页》、《机器人焊接部分一体化工作页》，开发了工业机器人基础操作示教视频以及基础操作与焊接操作教学多媒体课件。

 

　　③实现“教、学、做”一体化。在教学的实施过程中，将教学过程与工作过程融为一体，教师与工程师融为一体，学生与员工融为一体，理论教材与实训教材融为一体，教学环境与工作环境融为一体。由此形成融知识传授、能力培养和生产服务于一体的“教、学、做”一体化教学模式。

 

　　4.3 以开放性和共享性的思维做好一体化实训中心的建设

 

　　在建设校内实训室的过程中，按照“一次规划、分步实施”的原则。从工业机器人应用最广泛的领域——机器人焊接技术为切入点、突破口，构建培养培训工业机器人焊接技术的高技能公共实训、职业研发平台。夯实平台，以点带面，逐步开发机器人其他的应用领域，逐步形成一个以工业机器人技术应用为核心的专业群。(图3)

 

　　第一期已经建设了四个实训室：“焊接基础实训室”“工业机器人基础操作与应用开发实训室”，“工业机器人模拟仿真实训室”、“工业机器人焊接实训室”;配置了一批处于世界领先水平的ABB、FUNAC工业机器人和ABB模拟仿真软件(50套)以及福尼斯焊接设备;同时，按照一体化教学的要求进行实训室的设计和布局：安排有教学区、实训区、讨论区;按照企业的6S工作要求和氛围对实训室进行了美化布置。按照学校规划，我们第二期工业机器人搬运码垛、分拣包装实训室建设也在积极的筹备之中。

 

　　4.4 积极开展企业员工培训

 

　　企业和社会对工业机器人技术应用型人才的迫切需求，为开展企业员工培训提供了巨大的市场空间。利用学校工业机器人技术应用实训中心这个先进平台，通过与ABB公司合作，按照企业培训需要和要求，我们设置了短期、中期的工业机器人应用技术培训课程。

 

　　两年来学校先后为东风日产、安利纽崔莱等十多家企业的工程技术人员进行了培训，培训人数将近200人，对培训合格者颁发由学校和ABB公司共同认证的课程证书，获得了企业社会的一致好评。通过这些培训，不仅解决企业的燃眉之急，促进学校教师队伍业务和技术水平的提高、推进工学结合的人才培养模式的创新，同时也促进校企的深度融合，构建校企合作的“立交桥”。

 

　　5 结语

 

　　几年来，学校对于工业机器人技术应用专业开发和高技能人才的培养做了不懈的努力，该专业正不断成长壮大，且日趋成熟。工业机器人技术应用属高新技术领域专业，随着技术的发展，需要在实践中不断的创新：根据社会经济的发展，按照企业所需人才的要求，及时更新该专业高技能人才的培养模式和教学内容，同时，教师的业务和技术水平也要紧跟先进技术发展的步伐，与时俱进，不断提高，只有这样，才能为企业、为社会培养出更多的工业机器人应用技术的高技能人才。

 

　　作者：陶维友 来源：中国科技纵横 2014年6期

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