基于項目任務(wù)設(shè)計的工業(yè)機(jī)器人實訓(xùn)基地建設(shè)研究

鄒火軍

摘 要：工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用型人才需求日益突出，而高素質(zhì)的工業(yè)機(jī)器人人才培養(yǎng)離不開一流的實訓(xùn)基地建設(shè)。本文從實訓(xùn)基地建設(shè)及一體化教學(xué)模式的指導(dǎo)思想入手，著重探討了工業(yè)機(jī)器人實訓(xùn)基地建設(shè)及教學(xué)的建設(shè)方案，詳細(xì)規(guī)劃了實訓(xùn)室的建設(shè)內(nèi)容，一體化教學(xué)環(huán)境建設(shè)方案及機(jī)器人專業(yè)教學(xué)的建設(shè)方案。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人站；實訓(xùn)項目；職業(yè)院校；一體化；實訓(xùn)基地

自20世紀(jì)60年代初第一臺工業(yè)機(jī)器人問世到現(xiàn)在，短短50多年，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和周邊配套應(yīng)用得到了迅速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)在自動化、智能化、定制化生產(chǎn)制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著“中國制造2025”提出了我國邁向制造強國的發(fā)展戰(zhàn)略，應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，立足我國轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式實際需要，圍繞創(chuàng)新驅(qū)動、智能轉(zhuǎn)型、強化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展、人才為本等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以及先進(jìn)制造、高端裝備等重點領(lǐng)域，提出了加快制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提升增效的重大戰(zhàn)略任務(wù)和重大政策舉措，工業(yè)機(jī)器人在其中發(fā)揮了不可替代的作用。工信部于2013年發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》中提出，到2020年，要形成較為完善的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)體系，使得工業(yè)機(jī)器人及自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)面臨前所未有的發(fā)展時機(jī)。

工業(yè)機(jī)器人作為一種高科技集成裝備，對專業(yè)人才有著多層次的需求，在工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才需求中，需求量最大的是基礎(chǔ)的操作及維護(hù)人員以及掌握基本工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的調(diào)試工程師，中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，中國當(dāng)前機(jī)器人應(yīng)用人才缺口20萬，并且以每年20%～30%的速度持續(xù)遞增。針對面臨如此大的機(jī)器人應(yīng)用類的高技能人才缺口，職業(yè)院校的教學(xué)實訓(xùn)基地將要更加著力于符合市場需求的工業(yè)機(jī)器人專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，同時基地應(yīng)具備教學(xué)、科研、培訓(xùn)、生產(chǎn)等多功能的綜合實訓(xùn)場所。

1實訓(xùn)基地整體規(guī)劃

實訓(xùn)基地建設(shè)整體設(shè)計采用教育部在職業(yè)院校推行的“學(xué)做教”一體化教學(xué)模式，站在專業(yè)課程建設(shè)的角度規(guī)劃各種教學(xué)資源的配套與技術(shù)實施，把來自企業(yè)實際的工作任務(wù)進(jìn)行教學(xué)化處理，形成適合教學(xué)與訓(xùn)練的系統(tǒng)性項目課程，并配套相關(guān)的教學(xué)設(shè)備與訓(xùn)練實踐環(huán)境，再將教材與其他教學(xué)資源根據(jù)課程與設(shè)備進(jìn)行配套提供，這就形成了以專業(yè)建設(shè)為目的的一體化實訓(xùn)基地建設(shè)。

一體化實訓(xùn)基地以工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)工作站為主體，以機(jī)器人為核心，將機(jī)械、氣動、運動控制、PLC控制技術(shù)有機(jī)地進(jìn)行整合，結(jié)構(gòu)模塊化，便于組合。為了方便實訓(xùn)教學(xué)，系統(tǒng)進(jìn)行了專門的設(shè)計，可以完成各類機(jī)器人單項訓(xùn)練和綜合性項目訓(xùn)練?？梢赃M(jìn)行六軸機(jī)器人示教、定位、抓取、裝配等訓(xùn)練。

1.1一體化教學(xué)環(huán)境建設(shè)方案

一體化教學(xué)體系，就是整理融會教學(xué)環(huán)節(jié)，把培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力的理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)作為一個整體考慮，單獨制定教學(xué)計劃與大綱，構(gòu)建職業(yè)能力整體培養(yǎng)目標(biāo)體系，通過各個教學(xué)環(huán)節(jié)的落實來保證整體目標(biāo)的實現(xiàn)。一體化教學(xué)環(huán)境根據(jù)其教學(xué)特點的要求，分別設(shè)置了授課區(qū)、討論區(qū)、資訊區(qū)、實訓(xùn)區(qū)（機(jī)器人工作站）、物料管理區(qū)等部分，一體化教學(xué)環(huán)境布局效果如圖1所示

1.2專業(yè)教學(xué)建設(shè)方案

工業(yè)機(jī)器人專業(yè)教學(xué)建設(shè)方案分為工業(yè)機(jī)器人工作站、工業(yè)機(jī)器人離線編程仿真及數(shù)字化教學(xué)資源平臺，方案建設(shè)模式示意圖如圖2所示。工業(yè)機(jī)器人培訓(xùn)基地的教學(xué)以工業(yè)機(jī)器人實訓(xùn)工作站為基礎(chǔ)，用來完成工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和操作的教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)學(xué)生從工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的門外漢到了解工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)知識、掌握工業(yè)機(jī)器人基本操作、實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)搭建和調(diào)試、利用工業(yè)機(jī)器人完成各種工藝應(yīng)用的實訓(xùn)。工業(yè)機(jī)器人離線編程仿真，使學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人最新技術(shù)；軟件利用虛擬三維環(huán)境快速生成復(fù)雜工作路徑，利用工藝包設(shè)置相關(guān)參數(shù)，仿真工業(yè)機(jī)器人運動后優(yōu)化軌跡和姿態(tài)，提高工作效率，避免發(fā)生碰撞危險等問題，最后輸出工業(yè)機(jī)器人控制器所需執(zhí)行代碼文件，完成編程工作；其中包含的豐富教學(xué)資源，利用網(wǎng)絡(luò)化互動式虛擬教學(xué)平臺，將傳統(tǒng)的講授式教學(xué)革新為沉浸式教學(xué)，通過項目任務(wù)式驅(qū)動教學(xué)方法使學(xué)生愛上學(xué)習(xí)。

2工業(yè)機(jī)器人工作站

工業(yè)機(jī)器人工作站主要由針對工業(yè)機(jī)器人教學(xué)的ABB標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人工作站構(gòu)成，用來教學(xué)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中本體結(jié)構(gòu)和零部件構(gòu)成、系統(tǒng)搭建和外圍應(yīng)用技術(shù)。該工作站的典型工作任務(wù)來源于實際工廠中的生產(chǎn)任務(wù)，集合了工業(yè)機(jī)器人多種常用應(yīng)用方式，可以完成所有工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)操作訓(xùn)練，同時配合各種機(jī)電設(shè)備完成復(fù)雜的生產(chǎn)線模擬動作，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)基本操作時模擬真實生產(chǎn)中的相關(guān)應(yīng)用，增強學(xué)習(xí)效果。

我院建設(shè)的工業(yè)機(jī)器人工作站主要由ABB機(jī)器人系統(tǒng)、電氣控制板、模型實訓(xùn)平臺、繪圖筆夾具、抓手吸盤夾具、雙吸盤夾具、車窗吸盤夾具、軌跡訓(xùn)練模型、工件安裝模型、車窗涂膠安裝模塊、零件碼垛操作對象、圖塊搬運模塊、檢測排列模塊、安全護(hù)欄、實訓(xùn)任務(wù)存儲箱、工具收納墻和空氣壓縮機(jī)等組成；覆蓋模擬工業(yè)機(jī)器人的各方面的應(yīng)用，實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)操作、工作站調(diào)試和搭建、工業(yè)機(jī)器人編程和通訊等內(nèi)容的實訓(xùn)。

3離線編程仿真實訓(xùn)

工業(yè)機(jī)器人離線編程仿真技術(shù)集成了計算機(jī)三維顯示技術(shù)、系統(tǒng)仿真技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人離線編程技術(shù)、運動軌跡生成和優(yōu)化技術(shù)等核心技術(shù)，使得工業(yè)機(jī)器人獲得了更加強大的“大腦”，可以輕松應(yīng)對復(fù)雜軌跡的高精度生成和復(fù)現(xiàn)，可以在計算機(jī)上完成軌跡設(shè)計、規(guī)劃、運動仿真、碰撞檢查、姿態(tài)優(yōu)化，最后直接生成工業(yè)機(jī)器人控制器所需的執(zhí)行運動代碼，同時還提供了方便的空間校準(zhǔn)算法，縮短了工業(yè)機(jī)器人的停機(jī)調(diào)試時間。為方便使用ABB標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人工作站進(jìn)行教學(xué)工作，針對工業(yè)機(jī)器人的操作特點和工作站的組成，設(shè)計了多項實訓(xùn)任務(wù)，實現(xiàn)任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)技能的過程中明確目標(biāo)、在挑戰(zhàn)中完成學(xué)習(xí)，同時還可以解決實訓(xùn)基地的實訓(xùn)工位不足的局面，節(jié)省了投入資金。

4工業(yè)機(jī)器人教學(xué)資源

為保證工業(yè)機(jī)器人專業(yè)教學(xué)的正常開展，還需要針對當(dāng)前實訓(xùn)設(shè)備及實訓(xùn)環(huán)境，建立工業(yè)機(jī)器人課程體系，配套一體化教學(xué)課程及教學(xué)工作頁，配套工業(yè)機(jī)器人數(shù)字化教學(xué)資源庫。利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，依托學(xué)院的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，將各個實訓(xùn)項目及教學(xué)的主要環(huán)節(jié)通過微課、視頻、PPT、交互式動畫的方式進(jìn)行展示，方便學(xué)生更清晰地學(xué)習(xí)機(jī)器人編程和操作、維護(hù)相關(guān)知識，通過智能制造仿真實訓(xùn)基地的虛擬仿真平臺，構(gòu)建虛擬工業(yè)機(jī)器人工作環(huán)境，展示工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域最新技術(shù)。在工作站的各個項目模塊粘貼能獲取詳細(xì)知識信息及技能信息的二維碼，學(xué)生可通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使用計算機(jī)或手機(jī)APP進(jìn)行線上線下學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性及學(xué)習(xí)效果。

5小結(jié)

工業(yè)機(jī)器人實訓(xùn)基地建設(shè)，既要關(guān)注現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，又要著眼未來工業(yè)機(jī)器人新技術(shù)。通過技術(shù)合作、優(yōu)勢互補，加強校企合作實訓(xùn)基地建設(shè)，并以此為依托，工業(yè)機(jī)器人實訓(xùn)基地最終希望建設(shè)成為教學(xué)、科研、技術(shù)服務(wù)和培訓(xùn)相結(jié)合的多功能綜合實訓(xùn)基地。

作為制造業(yè)大國，我們應(yīng)抓住《中國制造2025》機(jī)遇與挑戰(zhàn)，建設(shè)符合職業(yè)院校專業(yè)建設(shè)及教學(xué)模式改革需求及發(fā)展的工業(yè)機(jī)器人實訓(xùn)基地，為國家和地方培養(yǎng)更優(yōu)秀的高素質(zhì)、高技能型人才。

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