焊接機(jī)器人職業(yè)技能培訓(xùn)鑒定教材的研究與開發(fā)

黃春榕，黃瑞生，黃棟，方乃文，李波，孫明輝

1.福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 福建福州 350028

2.哈爾濱焊接研究院有限公司 黑龍江哈爾濱 150028

1 焊接機(jī)器人職業(yè)技能教材開發(fā)背景

1.1 焊接機(jī)器人產(chǎn)業(yè)與技術(shù)

目前，高質(zhì)量發(fā)展帶來的制造業(yè)深刻變革正全面改變我國的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式[1，2]。但是，國內(nèi)焊接機(jī)器人專業(yè)人才缺口巨大，據(jù)統(tǒng)計(jì)2020年國內(nèi)焊接機(jī)器人專業(yè)人才缺口將近150萬人[3]。同時，焊接機(jī)器人職業(yè)技能培養(yǎng)體系還在起步階段，焊接機(jī)器人職業(yè)人才標(biāo)準(zhǔn)體系尚需進(jìn)一步完善，相關(guān)培訓(xùn)和鑒定教材等教學(xué)體系還不完備，這些都是制約焊接機(jī)器人技能人才培養(yǎng)的重要因素。因此，如何建立完善焊接機(jī)器人職業(yè)技能培訓(xùn)體系、加強(qiáng)技能人才鑒定考核工作是當(dāng)前我國焊接機(jī)器人教育亟待解決的關(guān)鍵問題。

1.2 焊接機(jī)器人職業(yè)技能教材開發(fā)意義

2018年，中國焊接協(xié)會牽頭起草的《國家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)——焊工》正式發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)將焊接機(jī)器人的相關(guān)技能要求進(jìn)行了明確。但是，焊接機(jī)器人職業(yè)技能體系中具體的培訓(xùn)內(nèi)容、方法以及考核標(biāo)準(zhǔn)等還亟待進(jìn)一步完善。特別是職業(yè)技能培養(yǎng)的教學(xué)體系、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和考評體系的不完善，讓相關(guān)職業(yè)院校、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)在人才培養(yǎng)及能力評定等方面缺乏科學(xué)的參照和依據(jù)，從而導(dǎo)致技能人才培養(yǎng)質(zhì)量參差不齊。因此，焊接機(jī)器人職業(yè)技能培訓(xùn)和鑒定教材的開發(fā)，能夠大力推動焊接機(jī)器人職業(yè)教育的用人、育人、考核及保障4個環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)化工作[4-6]，發(fā)揮教材在焊接機(jī)器人職業(yè)教育質(zhì)量提升中的重要意義。

1.3 焊接機(jī)器人職業(yè)技能培訓(xùn)教材編寫背景

由于我國在焊接機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)方面起步較晚，所以在焊接機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用方面的教學(xué)資源十分匱乏[7]。大多數(shù)焊接教材面向非職業(yè)教育，內(nèi)容也只是技術(shù)資料的整合，涉及面較為寬泛，針對性不強(qiáng)，特別是對理論要求高，實(shí)操要求少，不適用于職業(yè)技能教育。另外，很多教材技術(shù)內(nèi)容與行業(yè)最新技術(shù)水平相比較為滯后，培訓(xùn)人員在進(jìn)入企業(yè)后無法直接上崗操作，還需經(jīng)過企業(yè)再次培訓(xùn)。因此，中國焊接協(xié)會同中國勞動社會保障出版社，依托協(xié)會在焊接產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢和技能人才培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，研究開發(fā)了與產(chǎn)業(yè)需求對接，與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)實(shí)際融合，適用教學(xué)實(shí)踐活動的職業(yè)技能教材。

2 焊接機(jī)器人培訓(xùn)教材主要內(nèi)容

2.1 開發(fā)依據(jù)

本教材以《國家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)——焊工》（2018版）為依據(jù)，以“職業(yè)活動為導(dǎo)向、職業(yè)技能為核心”作為指導(dǎo)思想，對各等級的焊接機(jī)器人操作工的職業(yè)活動內(nèi)容所涉及的技能和理論知識水平進(jìn)行規(guī)范細(xì)致編寫。

2.2 教學(xué)培訓(xùn)體系

本教材依據(jù)《國家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)——焊工》有關(guān)規(guī)定將焊工職業(yè)分為：初級工、中級工、高級工、技師和高級技師5個等級，根據(jù)職業(yè)等級、技能要求和相關(guān)知識要求依次遞進(jìn)。以弧焊機(jī)器人為例，初級工需掌握機(jī)器人示教盒的簡單操作，對機(jī)器人機(jī)型簡單控制操作，能夠選擇坐標(biāo)系，根據(jù)工作需求移動機(jī)器人末端到達(dá)指定位置，并保持正確姿態(tài)。中級工則能運(yùn)用各類指令編制機(jī)器人弧焊工作程序，能分析并進(jìn)行單層單道平焊位置對接、搭接、角接焊縫的機(jī)器人弧焊示教編程。高級工則能夠進(jìn)行高級編程（運(yùn)用變量進(jìn)行編程），并能夠完成復(fù)雜工藝的焊接（多層多道焊焊接示教編程）。

2.3 注重實(shí)例的培訓(xùn)內(nèi)容

焊接機(jī)器人不僅是工業(yè)機(jī)器人和焊接系統(tǒng)的結(jié)合，也是從設(shè)計(jì)、工藝、流程等多個維度開展的焊接技術(shù)重構(gòu)，技能要求更加注重實(shí)踐。若將工業(yè)機(jī)器人尤其是“機(jī)器人學(xué)”的相關(guān)教材生搬硬套，則難以達(dá)到良好的焊接機(jī)器人培訓(xùn)效果，與社會需求也偏離。教材采用點(diǎn)面結(jié)合、理論聯(lián)系實(shí)際的方法，通過機(jī)器人焊接實(shí)例深化學(xué)員對于技能要求的理解與應(yīng)用。例如：以KUKA點(diǎn)焊機(jī)器人操作培訓(xùn)為例，伺服焊鉗在點(diǎn)焊過程中有時需要進(jìn)行工具零點(diǎn)標(biāo)定，標(biāo)定過程在教材中是通過逐步教學(xué)的方式進(jìn)行的，如圖1所示。操作實(shí)施步驟為：選擇零點(diǎn)標(biāo)定（在示教器中選擇千分尺，開始伺服焊鉗的零點(diǎn)標(biāo)定）→移動機(jī)器人（將機(jī)器人移動至安全位置，保證伺服焊鉗不會與周邊物體發(fā)生碰撞）→外部軸（伺服焊鉗）閉合（通過示教器對伺服焊鉗進(jìn)行閉合能夠重新獲取伺服焊鉗零點(diǎn)位置）→外部軸校準(zhǔn)調(diào)零（將當(dāng)前位置保存為零點(diǎn)位置）。

圖1 零點(diǎn)標(biāo)定過程

3 教材特色

3.1 實(shí)操性強(qiáng)

焊接機(jī)器人職業(yè)技能培訓(xùn)和教材不多，特別是存在實(shí)踐性不足、實(shí)操性不強(qiáng)的問題。本教材從開發(fā)之初就著重圍繞實(shí)踐要求，務(wù)求與生產(chǎn)一線相結(jié)合，運(yùn)用大量生產(chǎn)過程常見的焊接場景作為培訓(xùn)和鑒定內(nèi)容，并對教學(xué)效果進(jìn)行分析研究與探索。通過在操作實(shí)踐應(yīng)用中對項(xiàng)目開發(fā)、焊接工藝進(jìn)行研究，經(jīng)過各方努力，形成了豐富的操作實(shí)踐教學(xué)資源，例如機(jī)器人通信配置、焊接參數(shù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、工廠生產(chǎn)實(shí)例、機(jī)器人操作經(jīng)驗(yàn)實(shí)例素材等。同時在技師和高級技師環(huán)節(jié)，教材梳理了工藝開發(fā)流程、技術(shù)總結(jié)起草、教育培訓(xùn)等技能要求，都是一些技能人才日常用到的專業(yè)知識，有較強(qiáng)的交流、借鑒意義。圖2為機(jī)器人點(diǎn)焊修磨器示教點(diǎn)位案例。

圖2 修磨器示教點(diǎn)位

3.2 通用性強(qiáng)

教材選擇不同生產(chǎn)廠家制造的焊接機(jī)器人、焊機(jī)，提取、分析了不同品牌焊接機(jī)器人與焊機(jī)的共性與個性問題，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際使用情況，提供多種機(jī)型焊接參數(shù)選擇與講解，見表1。立足于對教學(xué)資源進(jìn)行全面、有效整合的基礎(chǔ)上，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際使用情況與需求，有計(jì)劃地選擇最適宜的焊接機(jī)器人教材內(nèi)容，保證可以在對焊接機(jī)器人課程體系內(nèi)容學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上融合多款機(jī)器人現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)例以及仿真案例，盡可能地使教材適用于各類品牌焊接機(jī)器人與焊機(jī)。

表1 機(jī)器人弧焊指令

3.3 應(yīng)用性強(qiáng)

教學(xué)活動是由“教”與“學(xué)”構(gòu)成的，機(jī)器人焊接實(shí)例是學(xué)習(xí)焊接機(jī)器人操作最直接的方法，是焊接機(jī)器人編程操作人員必須掌握的基本技能。本教材側(cè)重于焊接機(jī)器人的應(yīng)用，以機(jī)器人的現(xiàn)場操作案例、工藝軟件編程和系統(tǒng)集成學(xué)習(xí)為主。此外，編者通過與ABB等機(jī)器人生產(chǎn)制造商、汽車生產(chǎn)公司等機(jī)器人系統(tǒng)使用的用戶交流，確定相關(guān)知識與技能操作案例，編寫出符合勞動力市場需求的實(shí)用教材，不僅使學(xué)生的專業(yè)能力和學(xué)習(xí)認(rèn)知能力得到了提高，而且能夠促進(jìn)學(xué)生的就業(yè)與個人發(fā)展方向。

4 結(jié)束語

本文所介紹的焊接機(jī)器人職業(yè)技能培訓(xùn)鑒定教材具有很強(qiáng)的實(shí)踐性、通用性、應(yīng)用性，進(jìn)一步完善和提升焊接機(jī)器人職業(yè)教育體系，明確《國家職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)——焊工》職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)體系中關(guān)于焊接機(jī)器人的教學(xué)內(nèi)容，這對加快焊接機(jī)器人技能人才培養(yǎng)和考核工作有重要意義，為未來的焊接機(jī)器人教材開發(fā)奠定基礎(chǔ)。同時，在本教材開發(fā)的基礎(chǔ)上還研制焊接機(jī)器人培訓(xùn)配套的教具和工裝6套，并申請5項(xiàng)發(fā)明專利，為焊接機(jī)器人職業(yè)技能培訓(xùn)提供了更為豐富的教學(xué)資源。