高職院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的思考

張濤　湯榮秀　肖軍　王青葉

[摘? ? ? ? ? ?要]? 截至2019年1月，全國(guó)有616所高等院校獲批開辦“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)”專業(yè)（專業(yè)代碼：560309），建設(shè)校內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地是確保專業(yè)教學(xué)和提升人才培養(yǎng)質(zhì)量的必由之路。針對(duì)該實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)提出建設(shè)原則、建設(shè)步驟和參考意見(jiàn)，對(duì)高職院校的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)具有一定的指導(dǎo)作用。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 工業(yè)機(jī)器人;實(shí)訓(xùn)基地;建設(shè)原則;建設(shè)步驟;建議

[中圖分類號(hào)]? G717? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號(hào)]? 2096-0603（2019）22-0130-02

工業(yè)機(jī)器人作為智能制造重要的基礎(chǔ)設(shè)備，其應(yīng)用涵蓋汽車、電子、航空制造等眾多領(lǐng)域。目前，我國(guó)已經(jīng)成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)，預(yù)計(jì)到2020年，工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)量將達(dá)到100萬(wàn)臺(tái)，需要20萬(wàn)名工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用相關(guān)從業(yè)人員。為滿足該專業(yè)教學(xué)需求，建設(shè)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地是必不可少的。

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)具有技術(shù)綜合性高、資金投入大、對(duì)場(chǎng)地環(huán)境要求高和操作安全問(wèn)題突出等特點(diǎn)，需要在建設(shè)之初進(jìn)行廣泛的社會(huì)調(diào)研、縝密思考后拿出切實(shí)可行的建設(shè)方案。該方案既要滿足建設(shè)資金的合理分配利用，又要滿足專業(yè)教學(xué)、社會(huì)培訓(xùn)和教師科研的現(xiàn)實(shí)需求，又能兼顧《中國(guó)制造2025》的兩化融合的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合、理實(shí)一體、校企共建、產(chǎn)學(xué)研用一體的建設(shè)目標(biāo)。

筆者通過(guò)調(diào)研統(tǒng)計(jì)多數(shù)高職院校的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地由三部分構(gòu)成，即工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真、工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)操作和工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成，以滿足該專業(yè)不同課程教學(xué)的需求。這三部分可以分別建成三個(gè)獨(dú)立的實(shí)訓(xùn)室，也可以在一個(gè)車間里按功能合理地劃分為三個(gè)區(qū)域。對(duì)建設(shè)順序，筆者認(rèn)為按照分期分批逐步建設(shè)的理念，先行建設(shè)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)操作和工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室，之后再建設(shè)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成實(shí)訓(xùn)室。

一、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)原則

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)應(yīng)遵循以下5個(gè)原則。

1.統(tǒng)一性原則。對(duì)于工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室、工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)操作實(shí)訓(xùn)室的工業(yè)機(jī)器人選型盡可能選購(gòu)?fù)黄放频漠a(chǎn)品、同一型號(hào)產(chǎn)品，便于開展專業(yè)基礎(chǔ)類課程的教學(xué)。

2.通用、開放性原則。根據(jù)各職業(yè)院校的現(xiàn)狀，該實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)不但滿足專業(yè)教學(xué)的需求，還要考慮面向不同行業(yè)、企業(yè)的職工培訓(xùn)，使之成為學(xué)校對(duì)外交流的窗口和對(duì)外服務(wù)的基地。

3.多樣性原則。對(duì)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成實(shí)訓(xùn)室建設(shè)，考慮到工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用涵蓋汽車、機(jī)械加工、物流、電子產(chǎn)品制造等多個(gè)領(lǐng)域，且不同領(lǐng)域有不同的應(yīng)用;同時(shí)也要考慮學(xué)生畢業(yè)后所接觸到的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品的品牌、種類絕不會(huì)是單一的，建議系統(tǒng)集成實(shí)訓(xùn)室選購(gòu)的工業(yè)機(jī)器人為多品牌（ABB、KUKA等）、多類型（桁架式、串聯(lián)、并聯(lián)、SCARA、AGV等）、多應(yīng)用場(chǎng)景（焊接、搬運(yùn)、裝配、上下料等），也有利于學(xué)校開展社會(huì)培訓(xùn)和服務(wù)。

4.循序漸進(jìn)性原則。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地投入資金較大，建設(shè)周期長(zhǎng)，需要分期分批建設(shè)。第一期建設(shè)工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室和工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)操作實(shí)訓(xùn)室，用于教師的先期培訓(xùn)和一、二年級(jí)專業(yè)課程的教學(xué)需求。工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成實(shí)訓(xùn)室作為第二期建設(shè)項(xiàng)目。工業(yè)機(jī)器人的采購(gòu)本著先確定品牌，再確定類型和型號(hào)，最后確定集成商的順序來(lái)考慮。

5.示范性原則?？紤]到該基地建成后有助于提升學(xué)校的辦學(xué)實(shí)力和聲譽(yù)，有助于拉動(dòng)專業(yè)的招生。所以在建設(shè)實(shí)訓(xùn)室時(shí)，除了考慮所采購(gòu)設(shè)備的實(shí)用性和先進(jìn)性之外，還要綜合考慮實(shí)訓(xùn)室的形象與企業(yè)文化建設(shè)，在本地區(qū)的高職院校中具有一定的示范性。

二、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)步驟

1.針對(duì)工業(yè)機(jī)器人的企業(yè)用戶進(jìn)行調(diào)研。企業(yè)用戶是指工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的制造型企業(yè)，也是學(xué)生未來(lái)就業(yè)的企業(yè)。調(diào)研的內(nèi)容包括兩方面：（1）企業(yè)的工業(yè)機(jī)器人崗位需求的調(diào)研，與企業(yè)工程技術(shù)人員合作開展崗位職業(yè)能力分析，綜合調(diào)研企業(yè)的需求，從而形成該專業(yè)的課程體系。（2）對(duì)企業(yè)所使用的工業(yè)機(jī)器人的品牌、種類、型號(hào)及應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)研，形成實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.向開辦工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的院校取經(jīng)。多數(shù)高職院校的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)是在2010年以后陸續(xù)開辦的，在開辦的初期都經(jīng)歷了一沒(méi)師資二沒(méi)設(shè)備三沒(méi)經(jīng)驗(yàn)的階段，是在不斷地學(xué)習(xí)和探索過(guò)程中積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)向這些院校取經(jīng)，溝通實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的思路、實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方案、設(shè)備及應(yīng)用場(chǎng)景的選擇等，逐漸形成自己的建設(shè)思路。

3.與知名工業(yè)機(jī)器人制造商、集成商開展校企合作。在完成前兩步調(diào)研的基礎(chǔ)上可以尋求與工業(yè)機(jī)器人的本體制造商、項(xiàng)目的集成商開展校企合作共同建設(shè)實(shí)訓(xùn)基地。國(guó)內(nèi)知名的工業(yè)機(jī)器人本體制造商有十余家，而為制造商提供系統(tǒng)集成服務(wù)的廠商有數(shù)千家之多，尋求校企合作一定從制造商開始。國(guó)外知名的工業(yè)機(jī)器人制造商有ABB、KUKA（庫(kù)卡）、FANUC（發(fā)那科）、Yaskawa（安川）等公司，這些企業(yè)在中國(guó)境內(nèi)均有分公司和制造基地。國(guó)內(nèi)知名的工業(yè)機(jī)器人本體制造商有新松、埃夫特、新時(shí)達(dá)、埃斯頓等公司，這些國(guó)內(nèi)企業(yè)在研發(fā)和制造能力上位列前茅。這些國(guó)內(nèi)公司一般設(shè)有專門的機(jī)構(gòu)與學(xué)校對(duì)接校企合作。通過(guò)走訪工業(yè)機(jī)器人本體制造商，可以考察廠商的綜合實(shí)力、校企合作開展情況及產(chǎn)品類型、系列，從市場(chǎng)的占有率、產(chǎn)品的多樣性和校企合作的支持力度等多方面因素考慮，最終遴選2～3家工業(yè)機(jī)器人本體制造商作為校企合作的合作伙伴。

因?yàn)槎鄶?shù)工業(yè)機(jī)器人的制造商僅提供工業(yè)機(jī)器人本體的制造，具體的應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)和項(xiàng)目施工多由集成商完成。在確定合作的制造商的基礎(chǔ)上，再由制造商推薦3家以上有實(shí)力的集成商完成項(xiàng)目的落地。

4.制定工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)方案。由學(xué)校、制造商、集成商三方共同制定工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)方案。這個(gè)過(guò)程需要三方反復(fù)溝通多次研討，拿出三方認(rèn)可的初步建設(shè)方案，再經(jīng)過(guò)學(xué)校與合作企業(yè)以外的第三方專家組論證審核通過(guò)，最終確定實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)方案。

5.實(shí)施政府公開采購(gòu)?fù)瓿蓪?shí)訓(xùn)基地建設(shè)。由于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)資金較大，一般采用政府公開招標(biāo)的方式進(jìn)行設(shè)備的采購(gòu)。在學(xué)校制定的招標(biāo)文件的商務(wù)需求中要明確一些要求，如學(xué)校與中標(biāo)的工業(yè)機(jī)器人本體制造商、集成商簽訂校企合作協(xié)議，共建專業(yè)、提供原廠的師資培訓(xùn)、共同開發(fā)課程及其教學(xué)資源等要求。參加投標(biāo)的企業(yè)提供與本體制造商的合作協(xié)議及所投產(chǎn)品的廠家授權(quán)書等。在招標(biāo)文件中的技術(shù)需求中把所采購(gòu)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)描述要詳盡，確保能夠采購(gòu)到自己滿意的產(chǎn)品。

三、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的建議

1.鑒于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)投入資金較大，建議學(xué)校要組建專門建設(shè)團(tuán)隊(duì)，統(tǒng)一思想、深入調(diào)研、頂層設(shè)計(jì)、超前規(guī)劃。在對(duì)工業(yè)機(jī)器人的企業(yè)用戶、相關(guān)院校的工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室、工業(yè)機(jī)器人制造商和集成商進(jìn)行充分調(diào)研后，制訂實(shí)訓(xùn)基地的初步建設(shè)方案，再聘請(qǐng)第三方專家進(jìn)行研討、論證，形成實(shí)施方案。

2.工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)操作實(shí)訓(xùn)室承擔(dān)工業(yè)機(jī)器人的專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)。利用工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)操作平臺(tái)設(shè)備主要完成工業(yè)機(jī)器人示教器的在線編程教學(xué)，讓學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人編程操作的基礎(chǔ)技能。該平臺(tái)采用六自由度工業(yè)機(jī)器人，配合相應(yīng)的機(jī)器人夾具、TCP標(biāo)定模塊、軌跡規(guī)劃模塊、碼垛模塊等，讓學(xué)生了解工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、坐標(biāo)系建立、簡(jiǎn)單軌跡的編輯，通過(guò)實(shí)際操作和練習(xí)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力以及對(duì)空間位置關(guān)系的理解。所選工業(yè)機(jī)器人的荷重約在3Kg，工作范圍在0.6m。該實(shí)訓(xùn)室的占地面積在150～200m2，以每班40人規(guī)劃，教學(xué)時(shí)每4人為一組，則配置10套，每套設(shè)備價(jià)格在25～30萬(wàn)元。

3.工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)室主要滿足工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的初期教學(xué)和后期的虛擬仿真設(shè)計(jì)需要，其優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)初學(xué)者可以提高操作安全，對(duì)熟練者培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)能力。所選擇的工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真軟件要與工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)操作實(shí)訓(xùn)室所選購(gòu)的工業(yè)機(jī)器人配套，如ABB公司的Robot Studio軟件、FANUC公司的Roboguide軟件、Yaskawa公司的Robot MotoSim EG軟件、KUKA公司的KUKA Sim軟件等，具體以所購(gòu)置的工業(yè)機(jī)器人品牌來(lái)確定。如果是第三方的仿真軟件，如華航唯實(shí)公司的Robot Art軟件，該軟件要兼容你所選用的工業(yè)機(jī)器人的品牌、型號(hào)。在采購(gòu)工業(yè)機(jī)器人本體達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，廠家會(huì)贈(zèng)送仿真軟件。該實(shí)訓(xùn)室的占地面積在100-120m2，以每班40人規(guī)劃，配置41臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)，安裝虛擬仿真軟件，再配套一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)操作實(shí)訓(xùn)室的基礎(chǔ)操作工作臺(tái)。該工作臺(tái)的工業(yè)機(jī)器人要連入實(shí)訓(xùn)室的局域網(wǎng)，使虛擬仿真軟件設(shè)計(jì)的項(xiàng)目能夠下載到機(jī)器人進(jìn)行實(shí)際演示，達(dá)到虛實(shí)結(jié)合的效果。

4.對(duì)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成實(shí)訓(xùn)室，考慮到工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景主要是汽車、電氣電子、制藥、食品、輕工、冶金等領(lǐng)域，不同領(lǐng)域有不同的應(yīng)用，同時(shí)也要考慮到學(xué)生畢業(yè)后所接觸到的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品絕不會(huì)是單一品牌、單一類型，建議系統(tǒng)集成實(shí)訓(xùn)室選購(gòu)的工業(yè)機(jī)器人為多品牌（2～4個(gè)品牌，如歐系與日系，國(guó)外與國(guó)內(nèi)）、多類型（市場(chǎng)上常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)器人有4軸、6軸的串聯(lián)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人、人機(jī)協(xié)作機(jī)器人、SCARA機(jī)器人、AGV機(jī)器人、復(fù)合型機(jī)器人等）、多型號(hào)（同一品牌同一類型的不同型號(hào)）、多應(yīng)用（焊接、分揀、搬運(yùn)、碼垛等）。

考慮到工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成實(shí)訓(xùn)室建設(shè)的實(shí)用性、通用性和安全性，筆者建議選用的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成工作站包括：

（1）工業(yè)機(jī)器人的弧焊工作站（嚴(yán)重考慮安全問(wèn)題）。

（2）工業(yè)機(jī)器人的點(diǎn)焊工作站（嚴(yán)重考慮安全問(wèn)題）。

（3）工業(yè)機(jī)器人的搬運(yùn)、堆垛工作站。

（4）工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)裝配工作站（雙機(jī)器人同步協(xié)調(diào)工作）。

（5）并聯(lián)機(jī)器人帶視覺(jué)系統(tǒng)的分揀、裝箱和碼垛工作站。

（6）SCARA 機(jī)器人的裝配和搬運(yùn)工作站。

（7）工業(yè)機(jī)器人的打磨、拋光及去毛刺工作站。

（8）3D打印機(jī)工作站

工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成工作站也可以根據(jù)場(chǎng)地、資金的原因分批建設(shè)，選用的工業(yè)機(jī)器人品牌、種類多樣化，這樣可以讓學(xué)生掌握多品牌、多類型工業(yè)機(jī)器人的項(xiàng)目系統(tǒng)集成能力。

建議配置4～6套不同應(yīng)用場(chǎng)景的工作站，系統(tǒng)集成實(shí)訓(xùn)室的占地面積大約在300～400m2，每臺(tái)工作站的價(jià)格在40～70萬(wàn)左右。教學(xué)時(shí)采用項(xiàng)目式教學(xué)法，每個(gè)工作站就是一個(gè)項(xiàng)目，將學(xué)生分成4～6組，每組對(duì)應(yīng)一個(gè)項(xiàng)目，完成一個(gè)項(xiàng)目再進(jìn)行輪換，這樣每組完成3個(gè)以上的項(xiàng)目就可以基本具備工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成的能力。

5.操控工業(yè)機(jī)器人具有一定的危險(xiǎn)性，為確保操作人員的安全，可以采用圍欄等物理防護(hù)手段和光幕等電子防護(hù)手段。對(duì)設(shè)備安全要考慮防潮、防塵等因素，車間的頂棚漏雨、門窗的縫隙要解決。在選擇工業(yè)機(jī)器人焊接、噴涂、材料加工等工作站時(shí)，會(huì)使用帶有壓力的危險(xiǎn)性氣體，在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生廢氣、廢液和廢料，要重點(diǎn)做好人身安全防護(hù)和三廢的處理。

6.開設(shè)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的院系，把智能制造作為專業(yè)群的建設(shè)方向，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，需要超前規(guī)劃體現(xiàn)工業(yè)4.0的智能制造工程中心。該工程中心基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，通過(guò)“互聯(lián)網(wǎng)+制造”實(shí)現(xiàn)線上線下相結(jié)合，體現(xiàn)從客戶的網(wǎng)絡(luò)下單、產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)與虛擬仿真、智能化制造、智能倉(cāng)儲(chǔ)到智能物流的制造全流程?？梢钥闯觯I(yè)機(jī)器人只是智能制造中的重要設(shè)備，但它本身不能代表智能制造。在建設(shè)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地時(shí)可以結(jié)合智能制造工程中心的建設(shè)超前規(guī)劃，尤其是在工業(yè)機(jī)器人工作站的設(shè)計(jì)中，可以把智能制造的理念與之結(jié)合，以某個(gè)真實(shí)產(chǎn)品的定制化小批量生產(chǎn)為主，以工藝與數(shù)據(jù)為流程，結(jié)合不同類型的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)智能制造各個(gè)環(huán)節(jié)的展示。

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地有力地保障了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的教學(xué)和人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升，也能滿足機(jī)電一體化技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)等多個(gè)專業(yè)的教學(xué)需求。以工業(yè)機(jī)器人技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)為契機(jī)，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)、超前規(guī)劃，融合更多信息化技術(shù)，最終完成智能制造工程中心的建設(shè)。

◎編輯 馮永霞