智能化材控及焊接專業(yè)人才培養(yǎng)模式的探究

王吉孝

（廣東石油化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 茂名 525000）

1 研究現(xiàn)狀

材控及焊接專業(yè)作為傳統(tǒng)專業(yè)，全國(guó)很多高校開設(shè)了該門專業(yè)。目前，全國(guó)本科院校開設(shè)焊接專業(yè)約有50所高校，包括哈爾濱工業(yè)大學(xué)，安徽工業(yè)大學(xué)，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，廣東石油化工學(xué)院等。科研院所及一些企業(yè)，都開展了各種先進(jìn)焊接技術(shù)研究、先進(jìn)焊接材料研制、特種焊機(jī)研發(fā)、各種技術(shù)檢測(cè)等，例如哈爾濱焊接研究院有限公司、天津大橋焊材集團(tuán)有限公司、酒鋼集團(tuán)蘭州長(zhǎng)虹焊接材料有限責(zé)任公司等，都開展了焊接技術(shù)相關(guān)研究。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)焊接專業(yè)開展了高效焊接方法、焊接過程質(zhì)量傳感與智能控制，遙控焊接技術(shù)、焊接機(jī)器人與自動(dòng)化系統(tǒng)集成技術(shù)及應(yīng)用研究。表1列舉了哈爾濱工業(yè)大學(xué)等十所高校焊接專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)要求、主要專業(yè)核心課程。從表中可以看出，各個(gè)高校的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)基本都是能夠具備解決工程領(lǐng)域焊接技術(shù)問題，并能具備在焊接技術(shù)方面可以研究、設(shè)計(jì)管理的能力。培養(yǎng)要求主要是解決焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備開發(fā)、工藝制定等焊接相關(guān)領(lǐng)域的工程問題。各個(gè)高校開展核心課程方面有些差別，部分高校在開展智能焊接方面，包括機(jī)器人焊接等，因培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)要求的側(cè)重點(diǎn)不同，開展這方面的課程比較少。因此開展這方面的相關(guān)課程，并結(jié)合較為先進(jìn)的教學(xué)方法、教學(xué)模式等進(jìn)行改革研究，同時(shí)結(jié)合相關(guān)課程的思政元素，對(duì)發(fā)展和提高智能化焊接及裝備制造業(yè)具有重要的指導(dǎo)意義。

表1 國(guó)內(nèi)一些高校焊接專業(yè)培養(yǎng)方案對(duì)比

2 智能制造背景下焊接高技能人才培養(yǎng)分析

現(xiàn)階段，機(jī)械制造生產(chǎn)領(lǐng)域，人們對(duì)高精密工藝關(guān)注度較高，嘗試強(qiáng)化構(gòu)件性能，解決原有生產(chǎn)工藝的制造能效低、加工流程多、工藝粗糙、安全隱患大等問題。機(jī)器人焊接在智能制造中快速應(yīng)用并成為主要的焊接加工方法，主要是由于傳統(tǒng)手工焊接方法導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高。這些都對(duì)機(jī)器人焊接相關(guān)人才有較強(qiáng)的需求，主要在機(jī)器人焊接編程與焊接工藝、設(shè)備的維護(hù)及操作崗位人員管理等方面?，F(xiàn)代焊接機(jī)器人都配備了相關(guān)軟件，可以完全控制生產(chǎn)過程，產(chǎn)品的焊接質(zhì)量對(duì)操作人員的技能依賴度不大。機(jī)器人焊接方向的高技能人才培養(yǎng)，需要具備與焊接類相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)和工業(yè)機(jī)器人兩方面的知識(shí)結(jié)構(gòu)。教學(xué)課程需要相應(yīng)調(diào)整，以滿足智能化焊接的要求[1]。傳統(tǒng)焊接作業(yè)由技術(shù)人員操作焊槍進(jìn)行，焊接質(zhì)量極大依賴于技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，很難保持穩(wěn)定，成本投入大、焊接效率不高。此外，焊接中會(huì)產(chǎn)生有毒有害煙塵、弧光，對(duì)人體健康存在威脅。利用焊接機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)可極大提高生產(chǎn)效率，保證焊接質(zhì)量，減少對(duì)技術(shù)人員健康的危害[2]。

焊接智能化，采用多源傳感器獲取焊接過程數(shù)據(jù)，在焊接造過程中引入信息流，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接動(dòng)態(tài)過程的多模態(tài)信息感知、知識(shí)判斷與智能化控制等；同時(shí)圍繞弧焊?jìng)鞲?、焊接多智能體，構(gòu)建一個(gè)具有與實(shí)際焊接過程相同物理元素的運(yùn)行狀態(tài)，即焊接數(shù)字孿生系統(tǒng)。該系統(tǒng)可模擬、監(jiān)控、設(shè)計(jì)和控制實(shí)際焊接過程和運(yùn)行狀態(tài)[3]。焊接質(zhì)量智能檢測(cè)系統(tǒng)為了解決傳統(tǒng)檢測(cè)方法泛化能力較差的問題，更好適應(yīng)工藝生產(chǎn)線的復(fù)雜變化。激光焊接作為一種高精度、非接觸式的焊接工藝，已成為工業(yè)生產(chǎn)制造中不可或缺的焊接方法，但如何評(píng)價(jià)激光焊接的質(zhì)量也一直是人們關(guān)注的問題[4]。智能制造技術(shù)的應(yīng)用，可以顯著提升工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)流程與效率，利用各類智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化與智能化的目的。通過引入智能制造技術(shù)，可以顯著降低人為因素的干擾，控制人工成本，優(yōu)化生產(chǎn)流程，進(jìn)一步提升工作效率，提高質(zhì)量與安全水平的目的。因此，有必要做好智能制造技術(shù)在工業(yè)自動(dòng)化中應(yīng)用的研究[5]。

3 教學(xué)改革探究

近十幾年來，焊接技術(shù)應(yīng)用越來越多，許多現(xiàn)代化企業(yè)引進(jìn)了各種國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的焊接技術(shù)、儀器和設(shè)備，特別是沿海發(fā)達(dá)地區(qū)，對(duì)焊接技術(shù)人才需要非常迫切，焊接類專業(yè)畢業(yè)生供不應(yīng)求。但是智能焊接技術(shù)專業(yè)屬于技能型很強(qiáng)的專業(yè)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，學(xué)生和家長(zhǎng)對(duì)焊接的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，如何提高認(rèn)識(shí)，還需要在人才培養(yǎng)途徑方面做出一些改革和實(shí)踐[6]。

人才培養(yǎng)模式從通才教育人才培養(yǎng)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)椴目丶昂附討?yīng)用型工程技術(shù)培養(yǎng)模式。面向工程的應(yīng)用型材控及焊接專業(yè)人才體系建設(shè)及改革方案如圖1所示。從圖中可以看出，通過建立學(xué)科基礎(chǔ)核心課程群、專業(yè)核心課程群和專業(yè)智能化的創(chuàng)新體系，可以培養(yǎng)材控及焊接專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新工程實(shí)踐能力。廣東石油化工學(xué)院焊接技術(shù)與工程，該專業(yè)目標(biāo)是培養(yǎng)應(yīng)用型的焊接工程師，針對(duì)專業(yè)課程的特點(diǎn)，建立了比較合理的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)要求，在課程設(shè)置方面，增加一些計(jì)算機(jī)及機(jī)器人方面的輔修課程。保證材控及焊接實(shí)習(xí)學(xué)生安全的前提下，盡可能實(shí)際動(dòng)手操作，這些都有利于開展創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

圖1 材控及焊接專業(yè)人才體系建設(shè)及改革方案[8]

（1）創(chuàng)新教學(xué)方法及教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

材控及焊接技術(shù)的重要發(fā)展和應(yīng)用方向是智能工作站、自動(dòng)化生產(chǎn)線，建立先進(jìn)機(jī)器人工作站和培養(yǎng)具有高技能高素質(zhì)的教師隊(duì)伍。做到材控及焊接專業(yè)和學(xué)科基礎(chǔ)并重，提升材控及焊接工程實(shí)踐能力。材控及焊接專業(yè)開展多體系試驗(yàn)，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)建立智能化專業(yè)團(tuán)隊(duì)。利用先進(jìn)材控及焊接設(shè)備與科研相結(jié)合，形成智能化的創(chuàng)新體系。在實(shí)踐教學(xué)中開展材控及焊接實(shí)訓(xùn)，建立完備的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)及校外認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地體系。同時(shí)將課程思政理念融入課程的關(guān)鍵在于教師隊(duì)伍建設(shè)[7]。開展形式多樣的教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)教師成長(zhǎng)。成立智能焊接課程思政團(tuán)隊(duì)。組織團(tuán)隊(duì)教師參加各級(jí)各類培訓(xùn)，學(xué)習(xí)先進(jìn)的專業(yè)知識(shí)和教學(xué)理念，提高職業(yè)素養(yǎng)。

（2）建立并完善專業(yè)智能化創(chuàng)新模式

結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容，把理論與實(shí)踐聯(lián)系起來。要大力開拓具有較大規(guī)模的材控及焊接實(shí)習(xí)基地企業(yè)，同時(shí)要有先進(jìn)的材控及焊接設(shè)備和智能化操作。學(xué)校與企業(yè)簽署實(shí)習(xí)合作協(xié)議，學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)應(yīng)該在具有較高的智能化材控及焊接企業(yè)中完成，培養(yǎng)智能化意識(shí)并付諸實(shí)踐，這些都有利于開展創(chuàng)新人才培養(yǎng)。開展智能化材控及焊接課程，提升學(xué)生的專業(yè)興趣和材控及焊接知識(shí)綜合運(yùn)用能力。采用多學(xué)科交叉，并跟蹤材控及焊接專業(yè)學(xué)生就業(yè)信息反饋，檢驗(yàn)和改正教學(xué)中的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為材控及焊接專業(yè)實(shí)現(xiàn)從通才教育轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ虘?yīng)用人才培養(yǎng)模式而不斷探索[8]。

（3）調(diào)整材控及焊接專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)要求及課程

材控及焊接專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)掌握一定基礎(chǔ)理論和先進(jìn)合理的專業(yè)知識(shí)和解決工程技術(shù)問題能力。專業(yè)培養(yǎng)要求是具有良好的分析問題和解決問題的基本能力，掌握一定的電學(xué)、力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)及測(cè)試分析技術(shù)等。主干課程包含有基礎(chǔ)課程和專業(yè)核心課程，學(xué)生在掌握材控及焊接類基礎(chǔ)的知識(shí)之上，主要偏向機(jī)器人焊接技能、質(zhì)量檢測(cè)、PLC原理與應(yīng)用、檢測(cè)技術(shù)與控制工程、Solidworks/UG、電工電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)、工業(yè)機(jī)器人、材控及焊接機(jī)器人離線編程技術(shù)應(yīng)用、材控及焊接工裝夾具與設(shè)計(jì)、材控及焊接機(jī)器人工作站安裝調(diào)試、材控及焊接設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)與生產(chǎn)管理等。

4 結(jié)語

材控及焊接專業(yè)人才培養(yǎng)不僅需要合理的課程設(shè)置，還需要教師精通智能化相關(guān)專業(yè)知識(shí)，進(jìn)而把一些思政元素融入到課堂中。廣東石油化工學(xué)院材控及焊接專業(yè)實(shí)驗(yàn)室購(gòu)置了先進(jìn)的機(jī)器人設(shè)備、先進(jìn)的顯微鏡分析儀器力學(xué)性能測(cè)試等設(shè)備，學(xué)校還建有實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中心，這些條件可以保證材控及焊接專業(yè)教學(xué)的正常開展，同時(shí)建立了以廣東茂化建集團(tuán)有限公司為主體的實(shí)習(xí)基地。今后的工作有望逐步開展國(guó)際焊接工程師和無損檢測(cè)技術(shù)的培訓(xùn)，對(duì)提高專業(yè)建設(shè)也有很大幫助。智能化材控及焊接的發(fā)展，可以提高學(xué)生對(duì)材控及焊接專業(yè)的認(rèn)識(shí)，增加對(duì)本專業(yè)的興趣，這有助于更多的學(xué)生從事本專業(yè)工作，因此對(duì)提高材控及焊接專業(yè)的招生和就業(yè)具有重要意義，材控及焊接智能化更有助于本領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。