基于數(shù)字化與開(kāi)源技術(shù)的機(jī)器人工程人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐

靳孝峰 司國(guó)斌

（焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河南 焦作454003）

現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，科技在工業(yè)生產(chǎn)中的影響逐漸深刻。 就工業(yè)機(jī)器人而言，作為“中國(guó)制造2025”的主要技術(shù)，其在先進(jìn)制造業(yè)中的應(yīng)用不可或缺。 近年來(lái)，數(shù)字化與開(kāi)源技術(shù)的應(yīng)用，使得工業(yè)機(jī)器人獲得了迅速發(fā)展，這對(duì)于培養(yǎng)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)的人才提出了較高要求。 新經(jīng)濟(jì)形態(tài)下，進(jìn)行數(shù)字化與開(kāi)源技術(shù)下的機(jī)器人工程人才培養(yǎng)已成為我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)乃至高端制造業(yè)發(fā)展的必然要求，本文就此展開(kāi)分析。

1.數(shù)字化與開(kāi)源技術(shù)的基本內(nèi)涵

數(shù)字化與開(kāi)源技術(shù)是當(dāng)前機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本特征，同時(shí)，也是其主要的技術(shù)應(yīng)用所在。實(shí)踐過(guò)程中，數(shù)字化與開(kāi)源技術(shù)的應(yīng)用包含以下具體內(nèi)容。

1.1 數(shù)字化

數(shù)字化是信息時(shí)代的基本特征。 其以復(fù)雜多變的信息為基礎(chǔ)，在離散序列的應(yīng)用下，使得其轉(zhuǎn)化為可以進(jìn)行度量測(cè)算的數(shù)字和數(shù)據(jù)，并且在數(shù)字化模型建立的基礎(chǔ)上，將其進(jìn)行二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換，然后將其輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一處理時(shí)，數(shù)字化的應(yīng)用過(guò)程得以實(shí)現(xiàn)。 實(shí)踐過(guò)程中，采樣定理是數(shù)字化應(yīng)用的基本前提。

1.2 開(kāi)源技術(shù)

開(kāi)源技術(shù)又稱為開(kāi)放源代碼技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)代碼軟件散布的一種基本形式。 一般情況下，普通的軟件僅能進(jìn)行編譯過(guò)后的二進(jìn)制執(zhí)行，而程序的原始碼由作者或著作權(quán)所有者擁有。 現(xiàn)代化發(fā)展條件下，部分軟件的作者會(huì)在設(shè)定公開(kāi)原始碼的條件限制的基礎(chǔ)上，將其原始碼進(jìn)行部分或整體公開(kāi)，此即為開(kāi)放源代碼技術(shù)[1]。 就IT 行業(yè)而言，開(kāi)源技術(shù)的應(yīng)用使得行業(yè)整體的信息通訊技術(shù)發(fā)生了重大改革，推動(dòng)了IT 行業(yè)開(kāi)放創(chuàng)新、共同創(chuàng)新以及人本創(chuàng)新的全面發(fā)展。

2. 數(shù)字化與開(kāi)源技術(shù)下機(jī)器人工程人才培養(yǎng)的必要性

傳統(tǒng)工業(yè)建設(shè)模式下，中國(guó)制造是世界認(rèn)知度最高的標(biāo)簽之一。 在其影響下，我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)具有最終改變高消耗、高污染、廉價(jià)出口的局面的基本特征。 而在《中國(guó)制造2025》體系下，中國(guó)制造“新版圖”的建設(shè)要求工業(yè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行專(zhuān)長(zhǎng)突破，避免重復(fù)建設(shè)。 基于此，以工業(yè)機(jī)器人為支撐的先進(jìn)制造業(yè)迅速發(fā)展。 當(dāng)前環(huán)境下，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的需求量十分巨大，僅2015 年，市場(chǎng)工業(yè)機(jī)器人的需求量就已經(jīng)達(dá)到了64200臺(tái)，占到全球應(yīng)用總量的30%。 同時(shí)，與機(jī)器相關(guān)的企業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)，2018 年6 月， 全國(guó)機(jī)器人相關(guān)企業(yè)就已經(jīng)達(dá)到了7544 家[2]。

較大規(guī)模的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用對(duì)機(jī)器人工程人才的培養(yǎng)建設(shè)提出較高要求。 尤其在數(shù)字化與開(kāi)源技術(shù)的支撐下，機(jī)器人研發(fā)應(yīng)用基礎(chǔ)資源的開(kāi)放程度不斷提升， 這就使得在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，必須注重人才的培養(yǎng)與應(yīng)用，唯有如此，才能實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的開(kāi)放創(chuàng)新、共同創(chuàng)新和人本創(chuàng)新。 然而實(shí)踐過(guò)程中，我國(guó)機(jī)器人工程的人才培養(yǎng)存在較多問(wèn)題，具體表現(xiàn)如下：其一，人才培養(yǎng)總量不足，且結(jié)構(gòu)性矛盾凸顯。 就AI 人才結(jié)構(gòu)而言，我國(guó)工程機(jī)器人領(lǐng)域AI 人才中的領(lǐng)英人才、專(zhuān)家和總?cè)瞬艛?shù)與國(guó)外存在明顯差距，具體人才分布如表1 所示；其二，業(yè)務(wù)熟練的專(zhuān)門(mén)人才相對(duì)比較缺失。 具體而言，在《中國(guó)制造2025》要求下，我國(guó)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)比較頻繁，工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中的使用規(guī)模不斷擴(kuò)大。 然而，技術(shù)工作人員的缺失使得其整體應(yīng)用過(guò)程受到阻礙，企業(yè)的機(jī)器人在安裝、編程、維護(hù)等方面出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題，阻礙了其工業(yè)應(yīng)用水平的提升；其三，機(jī)器人技術(shù)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的對(duì)接尚未充分完成。 工業(yè)機(jī)器人研發(fā)應(yīng)用的目的在于生產(chǎn)條件的改善和生產(chǎn)水平的提升。 然而在實(shí)踐過(guò)程中，機(jī)器人工程的人才培養(yǎng)側(cè)重于理論研究，而對(duì)于整體應(yīng)用水平的培養(yǎng)較為淡漠，因此造成了培養(yǎng)人員實(shí)際操作能力不強(qiáng)，機(jī)器人技術(shù)難以充分應(yīng)用于區(qū)域工業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的狀況[3]?；诖?，進(jìn)行數(shù)字化與開(kāi)源技術(shù)下的實(shí)用型機(jī)器人工程人才培養(yǎng)勢(shì)在必行。

表1 全球各個(gè)AI 人才分布排行

3. 數(shù)字化與開(kāi)源技術(shù)下機(jī)器人工程人才培養(yǎng)的路徑分析

3.1 進(jìn)行人才崗位分析，明確人才培養(yǎng)目標(biāo)

不同的工作崗位對(duì)于人才的技能要求存在差異性。 譬如，對(duì)于機(jī)器人操作人員而言，其必須詳細(xì)掌握各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)際操作技能， 而對(duì)于機(jī)器人應(yīng)用開(kāi)發(fā)崗位而言， 其掌握的技能就包含了自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)與應(yīng)用、工作站裝調(diào)、工作站設(shè)計(jì)與改造等內(nèi)容。只有確保這些技能的合理掌握，才能確保人才與崗位的實(shí)際匹配[4]。 因此，在具體的人才培養(yǎng)過(guò)程中， 專(zhuān)業(yè)建設(shè)人員就必須注重人才培養(yǎng)目標(biāo)的設(shè)置。

當(dāng)前環(huán)境下，實(shí)用型、復(fù)合型人才培養(yǎng)是我國(guó)機(jī)器人工程人才培養(yǎng)的根本目標(biāo)。 具體而言，在培養(yǎng)實(shí)踐中，機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)應(yīng)以機(jī)器人為主要對(duì)象，進(jìn)行相關(guān)工具系統(tǒng)、軟件和算法的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用工程師的培養(yǎng)， 并且在人才要求上，確保其具備較強(qiáng)的基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)字控制技術(shù)和信息技術(shù)知識(shí)， 從而能夠全面保證機(jī)器人的設(shè)計(jì)、分析、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用水平的不斷提升。

3.2 強(qiáng)化核心課程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)技能保證

傳統(tǒng)人才培養(yǎng)模式下， 機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)置存在模糊性。一方面，其設(shè)置的內(nèi)容范圍較為廣闊，且概念性、理論性的學(xué)習(xí)較為集中，這對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐造成較大阻礙， 學(xué)生難以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)、核心技能的有效掌握；另一方面，在核心課程設(shè)置上，其整體的特色化、階段化不全，人才培養(yǎng)體系的建設(shè)較為混亂， 機(jī)器人人才的專(zhuān)業(yè)能力難以得到循序漸進(jìn)的提升。 數(shù)字化開(kāi)源技術(shù)應(yīng)用下， 機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)就必須強(qiáng)化核心課程的規(guī)范建設(shè)，在確保核心課程特色化、階段化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)學(xué)生專(zhuān)業(yè)技能的有效掌握。具體而言， 機(jī)器人系統(tǒng)以及智能技術(shù)是其應(yīng)用的核心所在[5]， 課程設(shè)置人員應(yīng)注重其三個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的具體設(shè)置：其一，以機(jī)器人體系模塊學(xué)校為中心的基礎(chǔ)概念學(xué)習(xí)；其二，以機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用為中心的進(jìn)階課程學(xué)校；其三，以機(jī)器人系統(tǒng)開(kāi)發(fā)為中心的系統(tǒng)課程規(guī)劃。唯有如此，才能確保核心課程設(shè)置的合理化，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人工程人才的高效培養(yǎng)。

3.3 改革教學(xué)組織方式，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代產(chǎn)學(xué)結(jié)合

與其他專(zhuān)業(yè)相比，機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)理論性極強(qiáng)，且抽象性較高。 因此，在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，現(xiàn)代教師必須注重人性化教學(xué)，在轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)的基礎(chǔ)上， 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，進(jìn)而確保產(chǎn)學(xué)結(jié)合的有效落實(shí)[6-7]。 具體而言，在充分保證現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室教學(xué)、實(shí)物教學(xué)、多媒體教學(xué)、 視頻教學(xué)及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等教學(xué)手段的基礎(chǔ)上，機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)的教學(xué)開(kāi)展還應(yīng)注重分層次、螺旋式教學(xué)實(shí)踐結(jié)構(gòu)的具體應(yīng)用。 要求學(xué)生在低年級(jí)掌握基本的機(jī)器人概念，而在高年級(jí)轉(zhuǎn)變過(guò)程中能夠充分利用試驗(yàn)室、機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)、應(yīng)用企業(yè)以及設(shè)計(jì)大賽進(jìn)行具體實(shí)踐，確?，F(xiàn)代化人才培養(yǎng)模式的充分完善。現(xiàn)代化機(jī)器人工程人才培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室如圖1 所示。

圖1 現(xiàn)代化機(jī)器人工程人才培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室

3.4 注重?cái)?shù)字技術(shù)應(yīng)用，普及開(kāi)源技術(shù)實(shí)踐

數(shù)字化與開(kāi)源技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人研發(fā)應(yīng)用的重要支撐[8-9]。 作為基本的行業(yè)建設(shè)內(nèi)容，在機(jī)器人工程人才培養(yǎng)過(guò)程中，人才培養(yǎng)管理人員就必須注重這兩種技術(shù)在教學(xué)實(shí)踐中的具體應(yīng)用。 在保證學(xué)生能夠進(jìn)行復(fù)雜信息數(shù)字轉(zhuǎn)化和處理的基礎(chǔ)上， 進(jìn)行現(xiàn)代化程序代碼的分析、研究和開(kāi)發(fā)，進(jìn)而確保自主創(chuàng)新、開(kāi)放創(chuàng)新、共同創(chuàng)新以及人本創(chuàng)新的全面實(shí)現(xiàn)。 譬如，以單軸伺服驅(qū)動(dòng)控制而言，機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)在人才培養(yǎng)過(guò)程中，可通過(guò)數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行多段式曲線規(guī)劃速度調(diào)節(jié)示意圖的繪制，并在分析其具體特征的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)其相關(guān)原理的掌握，從而為程序代碼研發(fā)提供保證。

4.結(jié)論

新經(jīng)濟(jì)形態(tài)下，數(shù)字化與開(kāi)源技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用不斷普及，這對(duì)機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)提出了較高要求。 對(duì)于整體行業(yè)建設(shè)而言， 機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)只有充分認(rèn)識(shí)到專(zhuān)業(yè)性、實(shí)用型人才培養(yǎng)的必要性，在分析我國(guó)機(jī)器人工程人才培養(yǎng)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，確立高效化、現(xiàn)代化人才培養(yǎng)模式，才能有效提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。