摘? 要? 校企共同開(kāi)發(fā)的港口集裝箱擺渡系統(tǒng)裝置和改造的工業(yè)機(jī)器人料倉(cāng)裝置與生產(chǎn)實(shí)際接軌,解決了實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景單一、人機(jī)比低、維修成本高等問(wèn)題,既提升了教師團(tuán)隊(duì)的教研教改能力,又為日常實(shí)訓(xùn)教學(xué)、社會(huì)培訓(xùn)、比賽訓(xùn)練提供了綜合性訓(xùn)練設(shè)備,可以滿足學(xué)生、企業(yè)員工和社會(huì)學(xué)習(xí)者多重學(xué)習(xí)需求,助力專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員技能水平提升。
關(guān)鍵詞? 產(chǎn)教融合;校企合作;實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置;港口擺渡
系統(tǒng)智能化裝置;工業(yè)機(jī)器人;料倉(cāng)輸送
中圖分類(lèi)號(hào):G712? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1671-489X(2022)07-0029-03
1? 研發(fā)背景及意義
1.1? 國(guó)內(nèi)外背景及現(xiàn)狀
2017年,國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于深化產(chǎn)教融合的若干意見(jiàn)》,明確指出要“深化‘引企入教改革,鼓勵(lì)引企駐校、引校進(jìn)企、校企一體,校企共建共享,開(kāi)展生產(chǎn)性實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)”。2019年,國(guó)務(wù)院印發(fā)《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》,明確要求“教師高水平地完成實(shí)踐教學(xué)、社會(huì)培訓(xùn)、企業(yè)培訓(xùn)和社會(huì)技術(shù)服務(wù)……積極借鑒德國(guó)、日本、瑞士等國(guó)家的經(jīng)驗(yàn),探索創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)基地運(yùn)營(yíng)模式”。這一改革實(shí)施方案從國(guó)家層面凸顯了校企合作,進(jìn)行企業(yè)真實(shí)任務(wù)生產(chǎn),開(kāi)展校內(nèi)外生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)的重要意義。
德國(guó)雙元制模式的主要特點(diǎn)是專(zhuān)業(yè)理論與技術(shù)技能培訓(xùn)相結(jié)合,學(xué)生每周兩天在學(xué)校教師指導(dǎo)下完成專(zhuān)業(yè)理論學(xué)習(xí),三天在企業(yè)能工巧匠的帶領(lǐng)下完成真實(shí)完整的學(xué)習(xí)任務(wù)。如何依據(jù)我國(guó)國(guó)情,借鑒德國(guó)職教雙元制教育模式,建立校內(nèi)外生產(chǎn)性實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地,讓學(xué)生免于奔波就可以學(xué)到科學(xué)合理、先進(jìn)實(shí)用的技能技術(shù)及工作標(biāo)準(zhǔn),提升技能型人才的培養(yǎng)質(zhì)量?
當(dāng)前,企業(yè)參與校企共建的熱情不高,已建立的生產(chǎn)性實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地存在資金不足、功能單一、技術(shù)難題無(wú)法解決等問(wèn)題,在日常教學(xué)中部分裝置不好用、不能用、不敢用。如何調(diào)動(dòng)企業(yè)參與的積極性,建立與企業(yè)實(shí)際環(huán)境一致的生產(chǎn)場(chǎng)景,將這些實(shí)訓(xùn)裝置進(jìn)行改造、再造,成為亟待解決的難題。為此,青島市技師學(xué)院在進(jìn)行大量行業(yè)企業(yè)調(diào)研和參觀學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,積極與青島地區(qū)制造產(chǎn)業(yè)對(duì)接,與三家企業(yè)洽談并簽訂合作協(xié)議,優(yōu)化教學(xué)環(huán)境、合作研發(fā)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置,開(kāi)展產(chǎn)教融合、校企合作探索與實(shí)踐。截至目前已開(kāi)展三年,先后研制出兩款新的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置,取得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利;改造一款教學(xué)裝置,取得實(shí)用新型專(zhuān)利。這些實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置可以為機(jī)電專(zhuān)業(yè)、工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)專(zhuān)業(yè)近千名學(xué)生以及400名企業(yè)技術(shù)人員和200名社會(huì)學(xué)習(xí)者提供全方位安裝、運(yùn)維訓(xùn)練,滿足崗位需求。
1.2? 研究意義
通過(guò)校企共同研發(fā)、改造實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置,把新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合,實(shí)現(xiàn)虛擬世界和物理世界的無(wú)縫連接,有計(jì)劃地對(duì)原有教具進(jìn)行數(shù)字化、信息化、智能化再造,解決了實(shí)訓(xùn)設(shè)備昂貴、實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景單一、人機(jī)比低、實(shí)訓(xùn)存在安全隱患、維護(hù)維修成本高、缺乏趣味性等問(wèn)題,為日常實(shí)訓(xùn)教學(xué)、假期培訓(xùn)、比賽訓(xùn)練和生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)基地運(yùn)行提供物質(zhì)基礎(chǔ),同時(shí)打造出一支高水平專(zhuān)兼相結(jié)合的教師隊(duì)伍,進(jìn)一步推進(jìn)智能制造業(yè)發(fā)展,提高學(xué)院辦學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。接下來(lái)分別介紹港口擺渡系統(tǒng)智能化裝置和工業(yè)機(jī)器人料倉(cāng)輸送組合教學(xué)模塊的研發(fā)過(guò)程及應(yīng)用情況。
2? 港口擺渡系統(tǒng)智能化裝置研發(fā)與應(yīng)用
2.1? 研發(fā)背景及研發(fā)過(guò)程
港口碼頭集裝箱裝運(yùn)[1]正在實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作、智能化自動(dòng)裝運(yùn),只要擺渡設(shè)備安裝調(diào)試達(dá)到技術(shù)要求,操作人員就只需在電腦前進(jìn)行遠(yuǎn)程控制即可完成整個(gè)裝運(yùn)工作。智能制造學(xué)院師生依據(jù)機(jī)電設(shè)備安裝與維修專(zhuān)業(yè)實(shí)際,結(jié)合青島地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和青島港用工需求,確定機(jī)電設(shè)備安裝與維修服務(wù)港口產(chǎn)業(yè)這一專(zhuān)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。因此,對(duì)于機(jī)電設(shè)備安裝與維護(hù)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō),教學(xué)中急需能夠高度模擬港口碼頭集裝箱裝運(yùn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置,實(shí)現(xiàn)所學(xué)專(zhuān)業(yè)與港口產(chǎn)業(yè)對(duì)接,能夠安全熟練準(zhǔn)確地進(jìn)行港口裝運(yùn)設(shè)備安裝、運(yùn)維、保養(yǎng)等特種操作。
專(zhuān)業(yè)核心課程“工廠電氣控制技術(shù)”和“機(jī)床電氣控制線路”分別涉及不同類(lèi)型橋式起重機(jī)這一港口集裝箱設(shè)備的內(nèi)容,總學(xué)時(shí)高達(dá)120學(xué)時(shí),包含橋式起重機(jī)基本知識(shí)講解、控制線路操作和設(shè)備故障檢修。但在實(shí)踐中,學(xué)校缺乏設(shè)備,企業(yè)的設(shè)備占地面積又很大,學(xué)生只學(xué)到理論,到港口見(jiàn)到集裝箱擺渡系統(tǒng)才發(fā)現(xiàn)自己對(duì)于智能化理解不深,操作和檢修更是無(wú)從談起,在學(xué)校學(xué)習(xí)和港口見(jiàn)習(xí)實(shí)習(xí)工作中遇到相關(guān)問(wèn)題無(wú)法解決。同時(shí),企業(yè)也需要相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)提升。
為此,校企簽訂合作協(xié)議,企業(yè)技術(shù)人員與教師一起研制適合學(xué)校教學(xué)及企業(yè)培訓(xùn)的港口擺渡自動(dòng)化、智能化系統(tǒng),在學(xué)生就業(yè)、職工培訓(xùn)方面進(jìn)行深度合作。在研發(fā)過(guò)程中,教師多次實(shí)地考察該裝置的運(yùn)行過(guò)程,大學(xué)生技師班的優(yōu)秀代表也參與其中,團(tuán)隊(duì)按照集裝箱擺渡系統(tǒng)的實(shí)際工作流程確定三種設(shè)計(jì)方案,討論優(yōu)化形成最終方案后開(kāi)始選材組裝,編寫(xiě)梯形圖進(jìn)行電腦仿真無(wú)誤后輸入程序。最后完成調(diào)試工作后,校企人員進(jìn)行兩次會(huì)商,補(bǔ)充完善手動(dòng)單步操作,便于不同層次人員安裝調(diào)試,使研發(fā)出的裝置更科學(xué)實(shí)用。
2.2? 創(chuàng)新之處
傳統(tǒng)的港口集裝箱裝運(yùn)使用凸輪控制器操作桁車(chē),操作不到位易出現(xiàn)配合不協(xié)調(diào)的安全事故。教師與企業(yè)人員采用安全可靠的PLC來(lái)控制擺渡送貨系統(tǒng),改變傳統(tǒng)繼電控制設(shè)備安全性差的缺點(diǎn),可手動(dòng)單步操作,可以在手動(dòng)、自動(dòng)循環(huán)之間進(jìn)行切換。以手動(dòng)單步操作為例,分五個(gè)操作步驟完成:
第一步,下放吊鉤抓取集裝箱;
第二步,橫梁和縱向滑板啟動(dòng)運(yùn)行,感應(yīng)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到位置PLC發(fā)出指令,橫梁和縱向滑板停止移動(dòng);
第三步,吊鉤下放,集裝箱下放到AGV小車(chē)位置后釋放;
第四步,吊鉤上升;
第五步,橫梁和縱向滑板移動(dòng)回到初始位置。
分步驟操作便于進(jìn)行設(shè)備調(diào)試和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)查找故障,學(xué)生或操作技術(shù)工人通過(guò)反復(fù)拆裝調(diào)試可迅速了解結(jié)構(gòu)組成。如采取隨機(jī)設(shè)置故障點(diǎn),學(xué)生和社會(huì)學(xué)習(xí)者查找故障的練習(xí)方式,經(jīng)過(guò)不斷練習(xí),學(xué)生和社會(huì)學(xué)習(xí)者設(shè)備檢修能力提升明顯。
2.3? 運(yùn)行實(shí)踐
該實(shí)訓(xùn)裝置能夠體現(xiàn)機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)核心課程“電動(dòng)機(jī)繼電控制線路安裝與檢修”“常用機(jī)床線路安裝與檢修”“可編程控制器”的重要教學(xué)內(nèi)容。該實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置在教學(xué)及培訓(xùn)中自動(dòng)和手動(dòng)控制比較完善,能夠?qū)崿F(xiàn)三維控制,配合位置控制、時(shí)間控制等控制方式20多種,現(xiàn)場(chǎng)演示呈現(xiàn)形式40多種。例如:在“電動(dòng)機(jī)繼電控制線路安裝與檢修”教學(xué)中,該裝置可以演示點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)正轉(zhuǎn)控制、行程控制、時(shí)間控制等常見(jiàn)的控制方式;在“常用機(jī)床線路安裝與檢修”教學(xué)中,該裝置可以進(jìn)行橋式起重機(jī)控制線路的安裝與檢修作業(yè);在“可編程控制器”教學(xué)中,該裝置可以利用多種編程方式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試等操作。該裝置還具有綜合性強(qiáng)的特點(diǎn),在實(shí)踐中用作大賽班的訓(xùn)練設(shè)備,既可以練習(xí)安裝工藝與檢修流程,又可以突出創(chuàng)新能力的培養(yǎng),因此被廣泛應(yīng)用于學(xué)校技能大賽、青島港工人技能培訓(xùn)和青島市社會(huì)培訓(xùn)中。
三年六個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐證明,該實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置既滿足了日常兩門(mén)專(zhuān)業(yè)核心課程的教學(xué)需要,也為企業(yè)技術(shù)人員技能提升培訓(xùn)提供了重要的學(xué)習(xí)載體,還作為大學(xué)生技師班學(xué)生研究的課題進(jìn)行設(shè)備升級(jí)改造,更是成為市技能大賽和青島港工人技能大比武排故項(xiàng)目的考試內(nèi)容。5 000元成本制作的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到20萬(wàn),培養(yǎng)的學(xué)生和技術(shù)工人超過(guò)3 000人。
在機(jī)電設(shè)備安裝與調(diào)試、機(jī)電一體化等專(zhuān)業(yè),該設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)呈現(xiàn)了大部分控制方式,特別是與港口集裝箱裝運(yùn)系統(tǒng)高度融合。因此,該教學(xué)裝置既可以為教師日常教學(xué)、學(xué)生實(shí)訓(xùn)提供保證,也能夠?yàn)橄嚓P(guān)企業(yè)員工培訓(xùn)提供服務(wù),對(duì)特種行業(yè)如橋式起重機(jī)操作員、維修員培訓(xùn)具有較大幫助,存在很高的推廣價(jià)值。
3? 工業(yè)機(jī)器人料倉(cāng)輸送組合教學(xué)模塊的開(kāi)
發(fā)與應(yīng)用
3.1? 研發(fā)背景及研發(fā)過(guò)程
本教學(xué)模塊涉及一種工業(yè)機(jī)器人料倉(cāng)輸送組合,用于教學(xué)、實(shí)訓(xùn)領(lǐng)域,使用時(shí)可以采用多種組合方式,滿足多功能需求。目前,工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)臺(tái)被廣泛應(yīng)用在教學(xué)、實(shí)訓(xùn)領(lǐng)域,為了方便教學(xué),教師通常會(huì)把實(shí)訓(xùn)臺(tái)拼在一起教學(xué),增加教學(xué)模式。但現(xiàn)有的方形實(shí)訓(xùn)臺(tái)拼在一起后占地面積大,不利于教師統(tǒng)一指導(dǎo)教學(xué),并且組合方式單一,無(wú)法滿足多功能需求。
為了更好地進(jìn)行料倉(cāng)輸送教學(xué),把工業(yè)機(jī)器人和料倉(cāng)輸送組合成教學(xué)模塊進(jìn)行教學(xué)。料倉(cāng)輸送教學(xué)模塊中料倉(cāng)灌裝時(shí),儲(chǔ)存罐的進(jìn)口與料倉(cāng)斗的出口經(jīng)常發(fā)生錯(cuò)位,使得不便于灌裝。在研發(fā)過(guò)程中,企業(yè)人員提出驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端[2]轉(zhuǎn)動(dòng)可以通過(guò)傳送皮帶實(shí)現(xiàn)帶傳動(dòng)進(jìn)行物料輸送,通過(guò)排料管和電磁控制閥的設(shè)置控制料倉(cāng)斗內(nèi)部的物料下落,通過(guò)增加第一電動(dòng)伸縮桿伸縮可以帶動(dòng)兩個(gè)主動(dòng)三角塊移動(dòng),直接實(shí)現(xiàn)兩個(gè)擋板之間的間距調(diào)節(jié),擋住存儲(chǔ)罐,使存儲(chǔ)罐的管口與排料管的下料口對(duì)齊,通過(guò)工業(yè)機(jī)器人和夾具的設(shè)置可以將存儲(chǔ)罐夾住,有效解決現(xiàn)有技術(shù)中儲(chǔ)存罐的進(jìn)口與料倉(cāng)斗的出口經(jīng)常發(fā)生錯(cuò)位的問(wèn)題。
3.2? 創(chuàng)新之處及運(yùn)行實(shí)踐
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本料倉(cāng)輸送組合教學(xué)模塊通過(guò)增加第一電動(dòng)伸縮桿伸縮,可以帶動(dòng)兩個(gè)主動(dòng)三角塊移動(dòng),主動(dòng)調(diào)節(jié)兩個(gè)擋板之間的間距,擋住存儲(chǔ)罐,使得存儲(chǔ)罐的進(jìn)口與排料管的出口對(duì)齊,通過(guò)工業(yè)機(jī)器人和夾具的設(shè)置可以將存儲(chǔ)罐夾住。同時(shí),通過(guò)增加第二電動(dòng)伸縮桿伸縮,可以調(diào)節(jié)底板的高度;通過(guò)調(diào)節(jié)底板的高度,從而便于裝置的教學(xué);通過(guò)T型限位塊在T型限位槽內(nèi)滑動(dòng),可以使底板移動(dòng)更平穩(wěn);通過(guò)設(shè)置萬(wàn)向輪,可以使裝置便于移動(dòng)。
3.3? 運(yùn)行實(shí)踐
隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái),社會(huì)急需工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行與維護(hù)方面的專(zhuān)業(yè)人才。通過(guò)該實(shí)訓(xùn)裝置的改進(jìn),可以更好地進(jìn)行料倉(cāng)輸送教學(xué),解決了工業(yè)機(jī)器人料倉(cāng)輸送組合教學(xué)模塊教學(xué)中儲(chǔ)存罐的進(jìn)口與料倉(cāng)斗的出口經(jīng)常發(fā)生錯(cuò)位,不便于灌裝的難題。在運(yùn)行實(shí)踐中,通過(guò)第二電動(dòng)伸縮桿伸縮,可以帶動(dòng)底板升降;通過(guò)T型限位塊在T型限位槽內(nèi)滑動(dòng),可以使底板移動(dòng)更平穩(wěn)。兩個(gè)第一電動(dòng)伸縮桿伸長(zhǎng)帶動(dòng)安裝條移動(dòng),安裝條移動(dòng)帶動(dòng)兩個(gè)主動(dòng)三角塊移動(dòng),主動(dòng)三角塊移動(dòng)推動(dòng)從動(dòng)三角塊移動(dòng),從動(dòng)三角塊移動(dòng)帶動(dòng)移動(dòng)套移動(dòng),移動(dòng)套移動(dòng)壓縮彈簧,移動(dòng)套移動(dòng)帶動(dòng)擋板移動(dòng),通過(guò)兩個(gè)擋板相靠近移動(dòng),可以控制兩個(gè)擋板之間的距離,啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī),驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)其中一個(gè)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng),這一鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鏈條轉(zhuǎn)動(dòng),鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)多個(gè)鏈輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng),鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)傳動(dòng)輥轉(zhuǎn)動(dòng),傳動(dòng)輥轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)傳送皮帶轉(zhuǎn)動(dòng),將存儲(chǔ)罐放置在傳送皮帶上,傳送皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)存儲(chǔ)罐移動(dòng),通過(guò)兩個(gè)擋板可以將存儲(chǔ)罐擋住,打開(kāi)排料管的上電磁控制閥,使得料倉(cāng)斗內(nèi)的物料落至存儲(chǔ)罐內(nèi),當(dāng)檢料傳感器檢測(cè)到存儲(chǔ)罐中的物料裝滿時(shí),關(guān)閉電磁控制閥,兩個(gè)第一電動(dòng)伸縮桿收縮復(fù)原至原來(lái)的位置,兩個(gè)擋板分別通過(guò)兩個(gè)彈簧的彈力復(fù)原至原來(lái)的位置,啟動(dòng)工業(yè)機(jī)器人,工業(yè)機(jī)器人調(diào)節(jié)夾具的位置,將存儲(chǔ)罐夾住輸送。
整個(gè)運(yùn)行過(guò)程實(shí)現(xiàn)上下內(nèi)外頂端底部的三維運(yùn)動(dòng),可以拆卸連接,也可以固定連接或一體連接,同時(shí)涉及電連接、機(jī)械連接,也有媒介間接相連,既解決了錯(cuò)位問(wèn)題,又練習(xí)了機(jī)電設(shè)備安裝、維修的技能,對(duì)于機(jī)電設(shè)備安裝與檢修及工業(yè)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)學(xué)生的安裝調(diào)試方向培養(yǎng)和訓(xùn)練有很大幫助。
4? 結(jié)束語(yǔ)
“生產(chǎn)進(jìn)校園”給教師帶來(lái)的不僅是教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變,教師可以借助校企合作平臺(tái),主動(dòng)向企業(yè)師傅學(xué)習(xí),俯下身子搞教改、做項(xiàng)目,進(jìn)行專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能的鉆研,制作的教學(xué)裝置既滿足了日常教學(xué),也為學(xué)生提升技能水平進(jìn)行綜合實(shí)訓(xùn)提供了保障。同時(shí),這些教學(xué)裝置與企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)接軌,也有利于對(duì)企業(yè)職工進(jìn)行技能培訓(xùn)。
教學(xué)裝置解教學(xué)實(shí)訓(xùn)之急,破學(xué)生學(xué)習(xí)之憂,創(chuàng)新性地將一部分技能水平高、動(dòng)手能力強(qiáng)、善于分析問(wèn)題的學(xué)生吸收入團(tuán)隊(duì)中,他們?cè)谄髽I(yè)師傅和教師指導(dǎo)下總結(jié)方法、制作產(chǎn)品,積極參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽,教賽結(jié)合,教學(xué)相長(zhǎng)。
制作使用的兩項(xiàng)教學(xué)實(shí)訓(xùn)裝置于2018年12月在廣州參加全國(guó)技工院校實(shí)訓(xùn)裝置教學(xué)比賽,獲得二等獎(jiǎng),很多院校和企業(yè)積極要求開(kāi)展合作。下一步,將進(jìn)一步進(jìn)行設(shè)備功能升級(jí)改造,提升更多專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的技能水平,為實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造2025”目標(biāo)作出自己的貢獻(xiàn)。
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作者:安麗紅,青島市技師學(xué)院,研究方向?yàn)槌S脵C(jī)電控制設(shè)備的維修實(shí)踐與教學(xué)(266229)。