高職工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)建設(shè)探討

牛志斌

（山西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院　山西　長治　046011）

高職工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)建設(shè)探討

牛志斌

（山西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院山西長治046011）

介紹了工業(yè)機器人的發(fā)展?fàn)顩r、人才需求，對國內(nèi)高職院校工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)設(shè)置、培養(yǎng)目標(biāo)及課程設(shè)置進(jìn)行了說明。

工業(yè)機器人；工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)；專業(yè)設(shè)置；課程體系

工業(yè)機器人是指面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機械手或多自由度機器人，是技術(shù)發(fā)展最成熟、應(yīng)用領(lǐng)域最多的一類機器人。高檔數(shù)控機床和機器人被列入《中國制造2025》十大領(lǐng)域之一，工信部《關(guān)于推進(jìn)工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出，2020年我國將形成較為完善的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)體系，機器人密度將達(dá)到100以上，工業(yè)機器人裝機量將達(dá)到100萬臺。當(dāng)前，我國工業(yè)機器人人才需求旺盛，全國很多高職院校均已開始工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)招生。

一、工業(yè)機器人發(fā)展?fàn)顩r

工業(yè)機器人主要應(yīng)用于焊接、搬運、裝配、噴涂和機床上下料等工業(yè)自動化領(lǐng)域。目前，國內(nèi)使用的工業(yè)機器人主要分為日系和歐系兩種，具體可分為“四大（市場占比約50%）”和“四小”兩個陣營：“四大”即為瑞典ABB、日本FANUC及YASKAWA（安川）、德國KUKA，“四小”為日本OTC、PANASONIC、NACHI及KAWASAKI。國內(nèi)工業(yè)機器人（市場占比約20%）生產(chǎn)廠商主要有沈陽新松、南京艾斯頓和廣州數(shù)控等。

全球工業(yè)機器人年裝機量如圖1所示，2014年全球工業(yè)機器人密度如圖2所示，國內(nèi)工業(yè)機器人保有量如下頁圖3所示，我國工業(yè)機器人不同領(lǐng)域的需求情況如下頁圖4所示。

精密減速機、交流伺服電機和控制器是機器人的關(guān)鍵核心部件。我國工業(yè)機器人與世界水平相比，高精度機器人減速機基本依賴進(jìn)口，伺服電機和驅(qū)動器大多需要進(jìn)口，機器人控制器性能與國外差距較大。未來工業(yè)機器人總體應(yīng)用趨勢為：重載、高速、高精度；智能化；信息化和網(wǎng)絡(luò)化。

圖1　全球工業(yè)機器人年裝機量示意圖

圖2　2014年全球工業(yè)機器人密度示意圖

圖3　國內(nèi)工業(yè)機器人保有量示意圖

圖4　我國工業(yè)機器人不同領(lǐng)域需求示意圖

二、工業(yè)機器人的人才需求

近年來，我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，銷量以年均25%的速度增長，2014年以來，我國連續(xù)兩年成為全球第一大工業(yè)機器人市場，2015年國內(nèi)工業(yè)機器人保有量更是達(dá)到23.5萬臺。我國已成為全球機器人產(chǎn)業(yè)最受矚目的市場之一，人才缺口巨大。

從2011年開始，我國已經(jīng)超過美國成為全球制造業(yè)產(chǎn)出第一大國，但隨著我國人口老齡化趨勢加劇，工作年齡人口開始逐年下降。綜合多種因素，我國制造業(yè)的未來，急需發(fā)展工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)，急需大量的機器人專業(yè)人才。據(jù)機械工業(yè)信息研究院的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2013年我國數(shù)控機床和機器人專業(yè)畢業(yè)生為20.8萬人，年度缺口20萬人，到2020年大概需要20萬工業(yè)機器人應(yīng)用人才。廣發(fā)證券發(fā)展研究中心對我國2015—2020年工業(yè)機器人應(yīng)用專業(yè)人才需求情況的預(yù)測如圖5所示。

由于機器人及智能裝備產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，對機器人專業(yè)人才的需求越來越大，工業(yè)機器人的廣泛應(yīng)用，將成為“中國制造”向“中國創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。因此，緊跟技術(shù)進(jìn)步和社會需求，為企業(yè)培養(yǎng)急需的工業(yè)機器人高端技術(shù)技能型人才，是高職院校當(dāng)前的重要任務(wù)之一。

圖5　工業(yè)機器人應(yīng)用人才需求情況預(yù)測圖（單位：萬人）

三、工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)設(shè)置情況

據(jù)教育部專業(yè)備案平臺統(tǒng)計，全國高職院校開設(shè)工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)的情況是：2013年有2所，2014年有9所，2015年有45所 （其中江蘇省有10所），2016年可望達(dá)到100所，具體如圖6所示。

圖6　　工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)開設(shè)院校數(shù)示意圖

目前，在國內(nèi)高職院校中，工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)剛剛起步，多數(shù)院校都是在2013年后開始該專業(yè)招生工作。由此可見，構(gòu)建合理有效、適應(yīng)企業(yè)崗位人才需求的工業(yè)機器人技術(shù)人才培養(yǎng)模式，加強該專業(yè)課程體系建設(shè)、實訓(xùn)室建設(shè)和師資隊伍建設(shè)，成為高職院校工業(yè)機器人技術(shù)相關(guān)專業(yè)建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急。

四、工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)定位分析

（一）工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈分析

由下頁圖7可知，在工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈中，從事工程安裝調(diào)試、項目設(shè)計集成以及后續(xù)服務(wù)的下游產(chǎn)業(yè)是適應(yīng)高職院校工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)需求的。

（二）在職人員、中職中專、高職高專及應(yīng)用型本科工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)

工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)是：培養(yǎng)機器人研發(fā)（博士/碩士）、工程設(shè)計（本科）、機器人及生產(chǎn)線安裝、調(diào)試、維護(hù)、運行、系統(tǒng)集成與故障診斷（高職/技師）等高端技能型專門人才。

圖7　工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈圖

高職院校工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)應(yīng)面向制造類、應(yīng)用類等企業(yè)，培養(yǎng)從事工業(yè)機器人安裝、調(diào)試、運行、維修和維護(hù)保養(yǎng)等工作的技術(shù)技能型人才。該專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)掌握機械設(shè)計裝調(diào)、PLC、智能傳感、伺服變頻、機器人仿真與編程和自動化控制系統(tǒng)集成等知識和技能要求，需要具備電氣與機械方面的綜合應(yīng)用能力。具體如圖8所示。

圖8　不同類型職業(yè)院校工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)（ABB公司技術(shù)資料）示意圖

五、高職工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)課程設(shè)置范例

（一）工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)課程體系

某高職院校工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)課程體系如圖9所示。根據(jù)當(dāng)?shù)毓I(yè)機器人技術(shù)人才需求市場調(diào)研，確定了該校工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)人才的目標(biāo)定位，是面向制造類、應(yīng)用類、集成類企業(yè)，培養(yǎng)工業(yè)機器人的編程、維護(hù)、集成能力，主要從事的工作是：工業(yè)機器人的現(xiàn)場編程、離線編程、系統(tǒng)維護(hù)及故障診斷維修；工業(yè)機器人集成系統(tǒng)的安裝與調(diào)試；工業(yè)機器人銷售和售后服務(wù)工作。該專業(yè)主要就業(yè)崗位為：中小型企業(yè)技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品升級設(shè)計與制造、系統(tǒng)集成應(yīng)用及經(jīng)營管理等工作的項目主管及工程師；在國家大中型企業(yè)自動化生產(chǎn)線機器人工位從事安裝、調(diào)試、運行、維修和維護(hù)保養(yǎng)等技術(shù)工作的機電維修工。

圖9　工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)課程體系圖

（二）實訓(xùn)條件建設(shè)

工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)實訓(xùn)條件建設(shè)投資巨大，可以充分利用現(xiàn)有實驗、實訓(xùn)設(shè)備，逐步逐年進(jìn)行規(guī)劃、完善，建設(shè)的基本原則是：總體規(guī)劃、分步實施。實訓(xùn)室建設(shè)依次分為基礎(chǔ)、仿真、工作站、簡單系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)等，具體由機器人技術(shù)基礎(chǔ)實訓(xùn)室、機器人技術(shù)仿真實訓(xùn)室、機器人編程與操作實訓(xùn)室、機器人系統(tǒng)集成實訓(xùn)室及機器人智能制造綜合實訓(xùn)室等組成。

1.機器人技術(shù)基礎(chǔ)實訓(xùn)室

配置全開放的教學(xué)機器人平臺，學(xué)習(xí)工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)知識，掌握機器人典型機械結(jié)構(gòu)、控制架構(gòu)和軟件操作方法，設(shè)備注重開放性及可參與性，學(xué)生可親自動手對機器人進(jìn)行拆裝組合，鍛煉學(xué)生的識圖能力、工具使用能力和裝配工藝能力。其承擔(dān)的主要實訓(xùn)項目有：工業(yè)機器人基本認(rèn)識，電機選型與性能測試，機電設(shè)備典型傳動與元器件選型，機器人機電系統(tǒng)拆裝與聯(lián)接，減速器減速原理與安裝，工業(yè)機器人構(gòu)形與應(yīng)用，機電設(shè)備安裝與調(diào)試，PLC與人機界面編程與通訊，氣動元器件選型與管路連接，典型傳感器安裝與應(yīng)用及機電設(shè)備故障診斷與處理等。

2.機器人技術(shù)仿真實訓(xùn)室

配置數(shù)字模型仿真、半實物仿真和實物驗證系統(tǒng)，學(xué)習(xí)機器人系統(tǒng)參數(shù)對性能的影響，模擬操作機器人、搭建典型機器人工作站和生產(chǎn)線等，可實現(xiàn)模擬仿真作業(yè)。通過實際機器人工作站驗證仿真效果，降低教學(xué)和實訓(xùn)成本，提高安全性。其承擔(dān)的主要實訓(xùn)項目有：機器人編程與操作，CAD建模與導(dǎo)入，仿真過程操作，機器人作業(yè)應(yīng)用仿真和虛擬仿真操作機器人等。

3.機器人編程與操作實訓(xùn)室

配置各種典型的工業(yè)機器人和簡單的作業(yè)工具，學(xué)習(xí)操作單獨的機器人，熟練掌握工業(yè)機器人的編程操作。其承擔(dān)的主要實訓(xùn)項目有：工業(yè)機器人示教器編程操作，工業(yè)機器人示教指令和參數(shù)設(shè)定，機器人坐標(biāo)系的建立，工業(yè)機器人I/O控制應(yīng)用，工業(yè)機器人簡單外設(shè)，簡單軌跡運行編程與示教，工業(yè)機器人搬運、裝配、焊接、碼垛編程與示教及并聯(lián)機器人分揀作業(yè)編程等。

4.機器人系統(tǒng)集成實訓(xùn)室

配置各種典型的工業(yè)機器人工作站，學(xué)習(xí)工業(yè)機器人的系統(tǒng)成站技術(shù)、各種典型的作業(yè)工藝、典型的外設(shè)和通信接口技術(shù)等。其承擔(dān)的主要實訓(xùn)項目有：工業(yè)機器人初始化與參數(shù)設(shè)置，工業(yè)機器人I/O分配與接線，工業(yè)機器人與PLC的I/O通訊，工業(yè)機器人安裝與接線，工業(yè)機器人編程與調(diào)試，工業(yè)機器人上下料、焊接、打磨、噴涂工作站安裝與接線，工業(yè)機器人上下料、焊接、打磨、噴涂工作站編程與調(diào)試，工業(yè)機器人上下料、焊接、打磨、噴涂工作站夾具選擇與設(shè)計及工業(yè)機器人維修保養(yǎng)等。

5.機器人智能制造綜合實訓(xùn)室

配置典型多工業(yè)機器人工作站及常用外圍設(shè)備，學(xué)習(xí)工業(yè)機器人系統(tǒng)成線技術(shù)，掌握智能生產(chǎn)管理、PLC主控、總線與網(wǎng)絡(luò)通信、人機交互（HMI）、作業(yè)流程優(yōu)化等核心技術(shù)，提高大系統(tǒng)掌控能力。其承擔(dān)的主要實訓(xùn)項目有：生產(chǎn)線綜合維護(hù)，復(fù)雜自動化系統(tǒng)安裝，HMI編程，工業(yè)機器人安裝與調(diào)試，PLC編程與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，系統(tǒng)故障診斷與維護(hù)等。

［1］蘭虎.工業(yè)機器人技術(shù)及其應(yīng)用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2015.

［2］徐揚生，閻鏡予.機器人技術(shù)的新進(jìn)展［J］.集成技術(shù)，2012（1）：8-12.

［3］王田苗，陶永.我國工業(yè)機器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略［J］.機械工程學(xué)報，2014（9）：1-13.

［4］譚民，王碩.機器人技術(shù)研究進(jìn)展［J］.自動化學(xué)報，2013（7）：33-42.

［5］孫英飛，羅愛華.我國工業(yè)機器人發(fā)展研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2012（12）：144-150.

（責(zé)任編輯：王恒）

Construction and Discussion of Industrial Robot Technical Specialty in Higher Vocational Colleges

NIU Zhi-bin
（Shaanxi Institute ofMechanical&Electrical Engineering，Changzhi Shaanxi046011，China）

This paper introduces the development status and talent demand of the industrial robot and expounds the specialty construction，training goal and curriculum of industrial robot technology in higher vocational colleges.

industrial robot；industrial robot technology specialty；specialty construction；curriculum system

G718

A

1672-5727（2016）10-0033-04

牛志斌（1971—），男，碩士，山西機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，研究方向為數(shù)控機床維修、數(shù)控技術(shù)教學(xué)。