高職院校工業(yè)機器人虛擬仿真實訓室建設

周佳杰 肖莉莉

（1.廣東工貿職業(yè)技術學院,廣東 廣州 510510；2.三菱電機廣州壓縮機有限公司,廣東 廣州 510730）

一直以來，加強學生技術實踐能力培養(yǎng)是高職院校人才培養(yǎng)非常重視的問題。但由于高職院校專業(yè)實訓硬件設施不足，給學生技術實踐能力培養(yǎng)造成了阻礙。為有效解決這一問題，有必要推動高職院校加強工業(yè)機器人虛擬仿真實驗室的建設工作，從而為學生提供更好的實訓條件，引導學生參與智能制造實踐過程，不斷提升其智能制造編程、調試應用實踐能力，為國家建設發(fā)展貢獻更多優(yōu)質的智能化制造人才。

1 高職院校工業(yè)機器人虛擬仿真實驗室建設的作用價值

隨著國家“中國制造2025”戰(zhàn)略的全面推進實施，針對當下高職院校的技術人才培養(yǎng)也提出了更高要求。相較于其他專業(yè)領域，工業(yè)機器人領域涉及的專業(yè)技術更加復雜高端，比如編程技術、工業(yè)機器人安裝調試技術、虛擬仿真技術等。學生僅僅依靠理論學習，很難真正掌握這些技術的要點。因此還需要引導學生在實際學習過程中，加強智能制造生產相關技術的實踐，才能真正實現自身技術能力的提升。通過實施高職院校工業(yè)機器人虛擬仿真實驗室建設，能夠有效滿足學生技術實踐的需求。究其原因，高職院校工業(yè)機器人虛擬仿真實驗室功能非常強大，為學生進行理論知識實踐提供了豐富的軟件與硬件設施支持，為學生創(chuàng)造了一個更加真實的虛擬生產環(huán)境，從而讓學生能夠在其中自由進行技術實踐，不斷提升自身智能生產制造相關的專業(yè)能力[1]。最終，高職院校也能成功培養(yǎng)出一批能夠投身于智能制造及其相關產業(yè)的高科技工業(yè)機器人技能人才。

為了促使高職院校工業(yè)機器人虛擬仿真實驗室真正發(fā)揮上述作用價值，一方面，需要在實際建設過程中注重彰顯智能制造技術的相關主體，引入多種硬件與軟件設施，從而更好地滿足學生進行智能制造技術相關的調試、編程等技術實訓需求；另一方面，還應注重滿足對工業(yè)機器人有需求的企業(yè)。如今我國人口紅利逐漸消退，生產制造領域人才缺口越來越大，因此很多企業(yè)開始逐步引入工業(yè)生產機器人，而這些機器人的操縱同樣離不開高新技術人員的支持。正是企業(yè)對工業(yè)機器人高技能、高水平人才的需求，才使得高職院校必須加強自身硬件設施更新，注重建設工業(yè)機器人虛擬仿真實訓室?；诖耍趯嶋H進行高職院校工業(yè)機器人虛擬仿真實驗室建設時，還需要結合企業(yè)生產實際，從而才能推動該虛擬仿真實驗室的順利建設，并發(fā)揮出其應有的作用價值。

2 高職院校工業(yè)機器人虛擬仿真實驗室建設方案

2.1 硬件設施建設方案

在實際進行工業(yè)機器人虛擬仿真實驗室硬件建設過程中，應嚴格按照當地企業(yè)對智能制造相關技術的要求來實施建設，并引入相關的硬件設施設備，做好各種操作實驗室硬件設施建設工作的開展，具體可包括以下幾種。

2.1.1 工業(yè)機器人專業(yè)技能操作訓練室硬件設施建設

為進一步滿足高職院校機械加工裝配專業(yè)的學生對技能實訓的要求，需要建立專門的操作訓練實驗室，做好相關的配套硬件設施建設，比如用于機械加工和裝配的車床、銑床等硬件設備，從而幫助學生完成機械零部件的機械加工實訓，并在這一過程中，使其能夠對機械加工相關技能及理論知識有一個深刻的了解，為其后續(xù)在就業(yè)崗位上正式運用工業(yè)機器人進行機械加工操作奠定堅實的基礎。與此同時，在相關硬件設施的幫助下，還應注重引導學生練習機械零部件的裝配，使其掌握一定的裝配技巧，從而在未來有能力對工業(yè)機器人本體進行調整分析。

2.1.2 電工電子專業(yè)實訓實驗室硬件設施建設

在實際建設過程中，需要結合專業(yè)要求，做好相關基本工具、控制線路、儀器等硬件設備的配置等。通過做好相關的硬件設施建設，從而讓學生能夠在專業(yè)的要求下，實現自身技術能力的有效鍛煉與培養(yǎng)，提高學生對電子元器件的識別能力以及線路控制能力等專業(yè)能力水平，從而使其未來能夠更好地適應存在工業(yè)機器人的應用場合，推動我國智能化生產制造不斷地進步與發(fā)展。

2.1.3 工業(yè)機器人基本技能實訓實驗室硬件設施建設

對于高職院校數控加工專業(yè)而言，在相關的硬件設施建設方面，應注重進行數控加工車床以及各種配套的量具、刀具等設備的建設[2]，從而為學生提供一個更加良好的技能操作訓練環(huán)境，引導學生結合實際，合理選擇各種刀具的使用，不斷提升學生的實踐操作能力。同時，在相關硬件設備支持下，還能夠有效提升學生編程、調試等專業(yè)技術能力。

2.1.4 可編程控制器實訓實驗室硬件設施建設

在實際建設過程中，為了滿足學生對PLC實踐訓練的要求，應注重加大PLC總線的觸摸屏設備的引入，同時還應促進各種外設實際操作訓練平臺的完善，從而便于學生在實訓過程中能夠對編程控制器操作原理有一個更加全面深刻的認知與了解，使其熟練掌握相關指令系統(tǒng)的實踐應用，并能夠對PLC程序進行編程與調試，甚至還能結合自身實際需要，自主完成相關程序的設計。這對于學生未來更好地適應工業(yè)機器人生產制造場合，學會進行機器人的控制有著重要意義。

2.1.5 ARM嵌入系統(tǒng)和PLC基本技能實訓實驗室硬件設施建設

在實際進行建設的過程中，需要注重做好ARM嵌入系統(tǒng)開發(fā)平臺的配置。同時，還應充分考慮PLC實際訓練操作要求，做好硬件設施套件的配置[3]。在ARM嵌入系統(tǒng)硬件設備設施的幫助下，學生能進行PWM直流電機調速控制的實踐技能操作訓練。對于PLC配套硬件設施而言，則能夠讓學生有機會參與到PLC程序調試運行過程中，使其能夠自主進行PLC單片機控制電路板的焊接訓練。

2.2 軟件平臺建設方案

在高職院校工業(yè)機器人虛擬仿真實驗室軟件平臺建設方面，同樣需要嚴格按照當下企業(yè)對工業(yè)機器人技能人才提出的相關要求。在此基礎上，還應充分考慮當下智能制造技術中軟件應用的整體發(fā)展趨勢，并最終以此為依據，推動高職院校工業(yè)機器人虛擬仿真實驗室軟件平臺的建設。在實際建設過程中，應注重考慮以下三種軟件加工系統(tǒng)的內容。

（1）零件CAM自動加工軟件系統(tǒng)。在實際進行軟件建設方面，可以采用Robotmaster的Master-CAM軟件，能夠有效滿足系統(tǒng)的運行要求，為學生提供功能豐富的技能訓練內容。

（2）工業(yè)機器人虛擬仿真離線編程系統(tǒng)[4]。針對該系統(tǒng)，有多種軟件搭建可供選擇，比如Roboguide軟件、KUKA.Sim Pro3.0軟件等，因此在進行軟件建設時，需要結合實際，科學合理地進行選擇。

（3）CAD三維設計系統(tǒng)可以優(yōu)先選用嵌入，這是工業(yè)機器人虛擬仿真實訓實驗室的一種最為基礎的設計軟件。為了確保相應軟件能夠滿足學生的實訓需求，需要結合實際，做好AutoCAD軟件、SolidWorks軟件等先進軟件的配置，并在這一過程中，注重兼顧系統(tǒng)集成的需求，引導學生更好地進行實訓工作的開展。

除此之外，在進行高職院校工業(yè)機器人虛擬仿真實驗室軟件建設過程中，針對工業(yè)機器人本身，為引導學生對其更好地進行實訓應用，還應加強對ABB Robotstudio虛擬仿真軟件的應用。該仿真軟件不僅功能十分豐富，還能夠有效降低實施機器人解決方案的總成本。不僅如此，在ABB Robotstudio虛擬仿真軟件基礎之上，ABB公司還進行了適合不同階段的工業(yè)機器人虛擬仿真軟件產品家族的開發(fā)，從而能夠更好地適應工業(yè)機器人壽命周期，滿足學生項目實訓需求。具體而言，在項目規(guī)劃與定義階段，可以在ABB Robotstudio虛擬仿真軟件的幫助下，直接進行工業(yè)機器人設計，并創(chuàng)造虛擬環(huán)境供其運行。通過該軟件，還能進一步明確機器人是否能到達所有編程位置。而在具體的設計環(huán)節(jié)，利用Robotstudio軟件能夠直接在計算機上完成工業(yè)機器人相關數據文件的創(chuàng)建、編輯等，同時，還能夠幫助用戶結合自己的個性化需要，定制生產用的ABB示教工業(yè)機器人的運行畫面。除此之外，在ABB Robotstudio軟件中，還進行了很多smart智能組件的配置，有利于用戶自主完成3D組件模型的配置，還可以在模型之上安裝相應的傳感器裝置，從而實現對工業(yè)機器人的基本控制。

在高職院校工業(yè)機器人虛擬仿真實驗室軟件建設過程中，還應注重加強機器人仿真以及智能環(huán)境的搭建，同時從建模入手，實現基本的點、線、面以及立體圖形的建立。但面對一些更復雜的三維建模需要，還需要在該軟件的基礎上配置AutoCAD、3D MAX等軟件，從而更加便于不同專業(yè)的學生借助這些軟件完成建模操作。

在高職院校工業(yè)機器人虛擬仿真實驗室中，學生還可以對工業(yè)機器人進行充分的應用，比較常見的有機器人搬運、碼垛、弧焊、壓鑄取件等。通過依托于相應的動畫仿真，以各個工作站為載體，即可運用工業(yè)機器人高度仿真實際工作任務和工作場景。在這一過程中，學生能夠進一步加深自身對工業(yè)機器人應用的安裝、配置等相關技術的認知與理解，還能親自參與到典型的實驗仿真過程中，嘗試學習工業(yè)機器人基本的應用技巧。具體而言，基于ABB Robotstudio軟件的工業(yè)機器人虛擬仿真實驗包括以下幾點內容。

（1）工業(yè)機器人焊接系統(tǒng)設計。在汽車等制造業(yè)中，機器人焊接已經得到了較為廣泛的應用。一個完整的機器人焊接系統(tǒng)包括了工業(yè)機器人、焊接工裝、電焊機等，在ABB Robotstudio軟件中專門配置有相應的工業(yè)機器人焊接指令，從而能夠與電焊機進行合理的配合，順利完成焊接工藝的實施，并能夠保證焊接工藝的質量。學生能夠利用該軟件參與到整體機器人焊接系統(tǒng)設計過程中，提高自身實訓成果。

（2）搬運機器人系統(tǒng)設計。在如今的企業(yè)搬運作業(yè)實施中，同樣采用了工業(yè)機器人完成相應的自動化搬運作業(yè)。在這一過程中，需要工業(yè)機器人手持一種設備，然后將物品搬起，從一個加工位置，自動搬運到另一個加工位置。在實際設計過程中，要為搬運機器人配置不同的末端執(zhí)行器，從而應對各種形狀、性質的搬運物品，使工業(yè)機器人能夠高效、高質量地完成搬運工作。在當下企業(yè)生產過程中，已經有很多工業(yè)機器人被投入到搬運作業(yè)中，且涉及諸多作業(yè)領域內容，比如機床上下料、沖壓機自動生產線、碼垛搬運等[5]。除此之外，在一些發(fā)達國家，為了促使搬運機器人發(fā)揮出更大的作用價值，已經專門對人工搬運限度進行了制度規(guī)定，一旦超出這一限度，則要求企業(yè)必須配置自動化搬運機器人，負責完成相關的搬運工作。因此在未來智能化生產中，關于搬運機器人的設計也是企業(yè)人才必須要掌握的一項技能，而學生通過ABB Robotstudio軟件，已經能夠初步接觸這種搬運機器人的設計過程。

（3）碼垛機器人系統(tǒng)設計。在這一實訓項目中，主要應用了實際生產中比較常見的紙箱碼垛為例。在實際設計方面，以IRB460機器人設計為例，主要負責完成雙工位碼垛任務。IRB460工業(yè)機器人是ABB公司當下主推的一種工業(yè)機器人，該機器人在實際進行碼垛作業(yè)時，效率非常高，可以說是目前工作效率最高的工業(yè)機器人，最高節(jié)拍能夠達到驚人的每小時2 190 次，因此非常適合在自動化生產線末端進行應用。不僅如此，這種工業(yè)器人的搬運距離長達2.4 m，搬運范圍更廣。并且相較于同類工業(yè)機器人產品，其實際的占地面積更小，因此整體的搬運效率也更高。在實際設計時，可先建立傳送帶，最后與碼垛相關的外圍器件裝置合理配置。這些器件裝置本身有著良好的智能性，通常內部均設置有先進的傳感器裝置，能夠實現動作的精準化控制。以傳送帶器件裝置為例，當傳送帶上的物品被搬走后，需要產生一個新的物料供機器人搬運。當物料通過傳輸帶運輸到達某個地點時，其會通過傳感器向機器人內部系統(tǒng)發(fā)送一個信號，表示現在有物料到達，而工業(yè)機器人便會在既定程序的控制之下，到指定地點搬運物料，之后物料會被工業(yè)機器人放置在機器人系統(tǒng)指定的位置。學生可以利用上述軟件獲取機器人的各種動態(tài)數據信息，并自主進行相關的仿真模擬設計，從而有效提升自身的創(chuàng)造能力與智能制造相關的專業(yè)技術能力。

3 結語

綜上所述，如今在信息化時代下，各種先進的智能信息技術層出不窮，并逐漸在各個生產領域中得到了廣泛的應用，推動了企業(yè)智能生產制造的發(fā)展。在這一背景下，為了讓學生在畢業(yè)后更好地適應企業(yè)智能化生產制造工程的工作，必須要從高職院校內部著手，加強高職院校工業(yè)機器人虛擬仿真實驗室的建設，從而讓學生能夠有機會在實驗室接觸、了解工業(yè)機器人生產制造的相關知識和技術內容，掌握相關的智能生產技術，從而有效提升學生的核心競爭力，更好地滿足當下企業(yè)對高端人才的需求。