基于1+X證書制度下高職院校機器人專業(yè)實驗室建設(shè)與培養(yǎng)

張小光，李公文，顧宏才，譚志銀

(1.滁州職業(yè)技術(shù)學院 電氣工程學院，安徽 滁州 239000；2.蕪湖安普機器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，安徽 蕪湖 241000)

近期，《中國制造2025》和《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2020-2025年)》等文件正式發(fā)布。文件指出各高校應(yīng)該逐步實施工業(yè)機器人專業(yè)人才的培養(yǎng)，分層次、按領(lǐng)域布局機器人產(chǎn)業(yè)相關(guān)學科建設(shè)。加大工業(yè)機器人職業(yè)的培訓教育力度，加快培養(yǎng)各個行業(yè)急需的機器人方面的人才。隨之國務(wù)院印發(fā)了《國家職業(yè)教育改革實施方案》提到在職業(yè)院校、應(yīng)用型本科高校啟動“學歷證書+若干職業(yè)技能等級證書”(即1+X證書)制度試點。作為地方高職院校需要提高為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展服務(wù)的能力，及為行業(yè)企業(yè)技術(shù)進步服務(wù)的能力，以便培養(yǎng)出一支數(shù)量充足、結(jié)構(gòu)合理、素質(zhì)優(yōu)良、充滿活力的制造業(yè)人才隊伍〔1-3〕。高校機器人實驗室應(yīng)該總體規(guī)劃、分步實施，建立包括基礎(chǔ)、仿真、工作站、智能流水線等實踐實訓場地，整合學科建設(shè)、課程實踐、人才培養(yǎng)、技能鑒定等多方面功能〔4〕。

1 高職機器人專業(yè)培養(yǎng)目標

1.1 培養(yǎng)體系

與本科院校機器人專業(yè)培養(yǎng)目標相比，高職院校以培養(yǎng)機器人及生產(chǎn)線安裝、調(diào)試、維護、運行、系統(tǒng)集成與故障診斷等高端與技能型專門人才〔5-6〕為目標。對高職院校機器人專業(yè)學生來說要掌握機器人示教操作和離線編程，能夠根據(jù)產(chǎn)品工藝要求，制定出合理的技術(shù)路線及技術(shù)方案，完成機器人參數(shù)設(shè)置、路徑規(guī)劃、程序編定等方面的工作。所以針對高職院校機器人專業(yè)人才培養(yǎng)體系而言，要把機器人專業(yè)調(diào)研報告、師資建設(shè)、 培養(yǎng)方案、 課程大綱、教學項目、配套教材等融為一體，貫穿專業(yè)建設(shè)的始終〔7-8〕。要做到注重軟硬資源相結(jié)合，避免硬件堆砌；注重培養(yǎng)體系的系統(tǒng)性，避免培養(yǎng)體系碎片化；注重理論與實操相結(jié)合，避免只理論不實操。

1.2 課程體系

機器人應(yīng)用編程中級證書考核涉及機器人編程、工業(yè)視覺、PLC、HMI、離線仿真和伺服系統(tǒng)等多方面的內(nèi)容。而傳統(tǒng)機器人專業(yè)課程分塊進行培養(yǎng)，不能形成一個課程體系，很難滿足工業(yè)機器人應(yīng)用編程1+X證書考證要求。所以要把專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)核心課程與專業(yè)拓展課程相結(jié)合，把1+X證書考試作為學業(yè)課程的一部分，工業(yè)機器人課程體系如下圖1所示。課程施教過程中，充分讓學生在真實環(huán)境中實踐操作，做到理論知識在實踐操作中理解，在實踐操作中掌握機器人安裝調(diào)試、操作編程、系統(tǒng)集成、維修保養(yǎng)、售后技術(shù)等技能，通過合理的課程體系把學生培養(yǎng)成為具有較強綜合職業(yè)能力的高素質(zhì)技術(shù)技能型人才。

圖1 機器人專業(yè)課程體系

上述課程體系(如圖1)與機器人專業(yè)人才培養(yǎng)目標和社會需求相結(jié)合，在課程施教過程中，尤其要把實踐教學放在第一位，避免多言傳、少身教的問題。每門課程的考核方式分項目進行測試，把理論知識與實踐操作相結(jié)合，其中實踐操作的權(quán)重要大于理論知識，突出機器人應(yīng)用編程1+X考證知識點的要求，把證書考核放到日常教學中去。理論教學要在實踐操作中掌握，對工業(yè)機器人專業(yè)實驗室建設(shè)要求較高，應(yīng)該建設(shè)機器人基礎(chǔ)實訓室、操作平臺、智能流水線等實訓室，緊扣課程體系，打造一體化培養(yǎng)方案。

2 機器人實驗室建設(shè)與規(guī)劃

根據(jù)以培養(yǎng)機器人安裝、調(diào)試、管理、操作、維修等各類人才的目標和機器人應(yīng)用編程1+X證書考核要求，重點圍繞機器人仿真、機器人實操、智能制造流水線模擬等模塊開展實驗室建設(shè)，采取總體規(guī)劃，分步實施的思路。建設(shè)一批機器人基礎(chǔ)與仿真實訓室、機器人工作站、智能流水線等綜合實訓室。

2.1 基礎(chǔ)與仿真實驗室

機器人基礎(chǔ)與仿真實驗室主要包括機器人集成平臺、仿真實訓室及拆裝平臺，不僅為工業(yè)機器人專業(yè)基礎(chǔ)課及部分核心課程提供實訓，而且結(jié)合機器人應(yīng)用編程證書的考核要求，學習機器人離線仿真、拆裝、編程、機器視覺等方面的知識。工業(yè)機器人基礎(chǔ)與仿真實驗室設(shè)備的搭建及結(jié)構(gòu)如下圖2和圖3所示。

圖2 機器人集成平臺

圖3 機器人仿真實訓室

機器人基礎(chǔ)與仿真實驗室是工業(yè)機器人專業(yè)基本實驗室，通過機器人集成平臺與仿真實訓室的結(jié)合，使軟硬件相互配合，軟件的仿真，可以在平臺中運行。該類實驗室應(yīng)配置數(shù)字模型仿真，半實物仿真和實物驗證等系統(tǒng)來學習機器人基礎(chǔ)系統(tǒng)參數(shù)對工業(yè)機器人應(yīng)用性能的影響。上述機器人集成平臺用于生產(chǎn)指示燈，SCARE機器人完成底座和燈芯的安裝，六軸機器人完成指示燈端蓋的安裝，安裝完成后自動通電，由機器視覺檢驗燈芯安裝是否合格。該平臺通過模擬操作工業(yè)機器人、搭建典型機器人集成應(yīng)用場景等，來實現(xiàn)模擬仿真作業(yè)通過實際機器人應(yīng)用場景來驗證仿真效果，降低教學和實訓成本，提高安全性。

2.2 機器人工作站

建立機器人基礎(chǔ)與仿真實驗室之后，為更好地培養(yǎng)機器人應(yīng)用方面的專業(yè)人才，對機器人專業(yè)知識進行拓展，使之了解與機器人相結(jié)合的制造工藝，應(yīng)建設(shè)典型的機器人應(yīng)用工作站。工作站不僅能夠?qū)W習機器人應(yīng)用的基礎(chǔ)知識，還能夠?qū)W習與機器人相關(guān)的工藝，如焊接、碼垛、裝配、噴涂等。并通過工作站練習機器人應(yīng)用編程中機器人編程、PLC等知識。工業(yè)機器人工作站如下圖4和圖5所示。

圖4 機器人裝配工作站

圖5 機器人焊接工作站

建立工業(yè)機器人工作站的同時，需要加強與之配套的實訓項目、教學案例、課程目標等方面的建設(shè)工作。如機器人焊接工作站，以鋼板焊接為實踐教學項目，學生不僅需要掌握機器人焊接編程，還應(yīng)了解具體的焊接電壓、焊接電流等工藝。做到機器人與工作站的應(yīng)用工藝相結(jié)合，教學環(huán)境與實際生產(chǎn)應(yīng)用相一致。

2.3 智能流水線

智能流水線作為機器人應(yīng)用的場景之一，其機器人應(yīng)用的工藝較為廣泛，如機床上下料、碼垛、焊接等領(lǐng)域。隨著工業(yè)升級改造，MES等系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于各類工廠，該系統(tǒng)與工業(yè)機器人的結(jié)合也逐步增多。智能流水線實訓室更能接近機器人在工業(yè)生產(chǎn)中的實際應(yīng)用。

智能流水線(如圖6)作為一種綜合性實訓室，配置了典型的工作站及常用外圍設(shè)備。智能流水線應(yīng)生產(chǎn)具體的產(chǎn)品，建設(shè)真實生產(chǎn)的實踐教學基地。上述流水線以模擬生產(chǎn)電機，采用數(shù)控機床加工電機的外殼、端蓋等部件，使用輸送帶傳輸不同的部件，機器人完成電機的組裝，組裝完成后根據(jù)電機的型號進行入庫，并由MES系統(tǒng)記錄產(chǎn)品的批次及生產(chǎn)合格率。流水線能夠使學生掌握工業(yè)機器人系統(tǒng)集成技術(shù)、機器人與外圍通訊、PLC主控、觸摸屏應(yīng)用、總線與網(wǎng)絡(luò)通信、智能生產(chǎn)管理、作業(yè)流程優(yōu)化等核心技術(shù)，提高學生對機器人及應(yīng)用系統(tǒng)的掌控能力。學生可以通過流水線的實踐操作，掌握機器人應(yīng)用編程1+X證書機器人編程的知識。

圖6 智能流水線

3 機器人實訓考核模式

根據(jù)工業(yè)機器人應(yīng)用編程1+X證書考證要求，結(jié)合機器人實驗室的總體建設(shè)規(guī)劃，在機器人實訓教學中，應(yīng)該建立一套符合教學規(guī)律的認知過程。

每一階段應(yīng)該有與之匹配的考核形式，以實踐考核作為考核的主題，突出機器人應(yīng)用編程1+X證書的考證知識點，機器人實訓考核流程如下圖7所示：

圖7 機器人實訓考核流程圖

工業(yè)機器人在教學過程中突出實踐教學內(nèi)容，各實踐環(huán)節(jié)可根據(jù)培養(yǎng)體系里面的課程設(shè)定，每門課程的考核方式均在機器人基礎(chǔ)實驗室、機器人工作站、智能流水線實訓場地完成。課程考核要結(jié)合工業(yè)機器人應(yīng)用編程1+X證書的考證需求，根據(jù)企業(yè)發(fā)布的考核標準進行實踐教學，這種實踐考核方式從基礎(chǔ)到復(fù)雜，然后再到綜合，這種遞進式的學習與考核方式不僅能夠使學生容易接受，而且考核內(nèi)容與機器人實際應(yīng)用場景一致，更能夠培養(yǎng)學以致用的技能人才。

4 結(jié)語

隨著機器人應(yīng)用編程1+X證書的推廣與實施，作為高職院校需要盡快謀劃符合考證實踐的機器人實驗室建設(shè)方案與人才培養(yǎng)模式，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1) 緊密結(jié)合社會需求，改善機器人專業(yè)人才培養(yǎng)體系；(2) 注重實驗室建設(shè)的系統(tǒng)性，并結(jié)合具體工業(yè)產(chǎn)品；(3) 實驗室建設(shè)符合1+X考證需求，把1+X考試內(nèi)容融入到機器人實驗室建設(shè)中去；(4) 以機器人實踐教學為主題，理論課程的考核方式更注重實踐，把實踐操作作為學生的課程成績。針對機器人專業(yè)人才培養(yǎng)，各高校還應(yīng)該進一步探索新的培養(yǎng)模式，如校企共建、雙元制等方式，進一步加強機器人專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。