基于工業(yè)機(jī)器人“1+X”證書的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)及運(yùn)行

摘要：分析了工業(yè)機(jī)器人“1+X”證書制度的現(xiàn)狀，并根據(jù)工信部的發(fā)展規(guī)劃中“工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維”和“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程”職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，研究開發(fā)了工業(yè)機(jī)器人綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，培養(yǎng)了合格的師資，為社會(huì)服務(wù)和教學(xué)考證提供了軟硬件平臺(tái)，為校企合作互惠共贏提供了良好的機(jī)制，提升了教學(xué)質(zhì)量，提高了學(xué)校培訓(xùn)服務(wù)的能力。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人“1+X”證書實(shí)驗(yàn)平臺(tái)智能制造

ConstructionandOperationofAnExperimentalPlatformBasedonthe"1+X"CertificateOfIndustrialRobots

TANGMeiling

（HangzhouWanxiangVocationalandTechnicalCollege，Hangzhou，ZhejiangProvince，310023China）

Abstract：Thisarticleanalyzesthecurrentsituationofthe"1+X"certificatesystemforindustrialrobots，anddevelopsanindustrialrobotexperimentalplatformbasedontheoccupationalskilllevelstandardsof"industrialrobotoperationandmaintenance"and"industrialrobotapplicationprogramming".Theplatformisverifiedandtested，providingapracticaltrainingplatformforteachingpractice.

KeyWords：Industrialrobots;1+Xcertificate;Experimentalplatform;&ne56ac8bd61adb07fb8e0c4d73809de09f5f7d4125e7b872ce6e047e1844d0d9absp;Intelligentmanufacturing

中圖分類號(hào)：TM46

隨著工業(yè)機(jī)器人研究向更深、更廣方向的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用在智能制造業(yè)中越來越廣泛，大大節(jié)省了人力，節(jié)約了成本，顯著提高了產(chǎn)品制造的加工精度和質(zhì)量。2019年1月，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》中提出：“深化復(fù)合型技術(shù)技能人才培養(yǎng)培訓(xùn)模式改革，借鑒國(guó)際職業(yè)教育培訓(xùn)普遍做法，制訂工作方案和具體管理辦法，啟動(dòng)1+X證書制度試點(diǎn)工作[1]。”

1工業(yè)機(jī)器人“1+X”證書制度研究現(xiàn)狀分析

根據(jù)工信部的發(fā)展規(guī)劃，至2025年，我國(guó)需求工業(yè)機(jī)器人的量將超過1000萬臺(tái)，需要大量對(duì)應(yīng)的研發(fā)、銷售、安裝調(diào)試、技術(shù)支持、調(diào)試維護(hù)、操作編程等技能人才[2]。隨著各職業(yè)院校工業(yè)機(jī)器人專業(yè)建設(shè)發(fā)展，急需大量應(yīng)用于工業(yè)實(shí)際的工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品，為學(xué)生提供一個(gè)開放性的可參與性強(qiáng)的平臺(tái)，使學(xué)生能真正參與技能訓(xùn)練，掌握所學(xué)知識(shí)和技能，并將它們快速、有效地運(yùn)用到社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐中。

《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》確定了“1＋X”證書制度作為類職業(yè)教育型教育基本制度的設(shè)計(jì)。教育部頒布了《關(guān)于在院校實(shí)施“學(xué)歷證書＋若干職業(yè)技能等級(jí)書”制度試點(diǎn)方案》，“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程”和“工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維”證書被納入第二批制度試點(diǎn)。

浙江鉑創(chuàng)機(jī)器人科技有限公司、杭州琦星機(jī)器人科技有限公司和江蘇匯博機(jī)器人公司等積極地參與到“1+X”證書的課程改革中來，于2019年組織了多期工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程職業(yè)技能等級(jí)證書培訓(xùn)班，為培養(yǎng)一支具有先進(jìn)職業(yè)教育理念、掌握先進(jìn)技術(shù)技能的高素質(zhì)教師隊(duì)伍提供了服務(wù)。

各大院校也都積極響應(yīng)政策需求，設(shè)立了“1+X”證書試點(diǎn)，投入了大量的人力和物力建設(shè)證書培訓(xùn)考核基地，派出骨干教師進(jìn)行技能培訓(xùn)。這大大促進(jìn)了人才培養(yǎng)模式的完善、師資隊(duì)伍的優(yōu)化、校企合作服務(wù)的提升等；有利于促進(jìn)學(xué)歷教育與培訓(xùn)的融合，深化人才培養(yǎng)模式改革，更好地服務(wù)于制造業(yè)的發(fā)展；有利于高職院校將先進(jìn)工藝技術(shù)和最新的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)新融入人才培養(yǎng)過程，提高職業(yè)教育人才培養(yǎng)的水平。

2工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)

2019年9月，工信部教育與考試中心公布了四類機(jī)器人職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程，工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)裝調(diào)，工業(yè)機(jī)器人集成應(yīng)用。本課題主要針對(duì)“工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維”和“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程”標(biāo)準(zhǔn)建立實(shí)驗(yàn)室，培養(yǎng)具備機(jī)器人編程、安裝、調(diào)試、操作、維修、管理等技能的技能人才。標(biāo)準(zhǔn)的要求如表1所示。

能設(shè)定工業(yè)機(jī)器人單元參數(shù)，能夠控制工業(yè)機(jī)器人和外圍設(shè)備，能編寫工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用程序，能離線編程典型機(jī)器人模塊，能從事編程、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)維等工作。

3工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)應(yīng)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

本項(xiàng)目根據(jù)“工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維”和“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程”標(biāo)準(zhǔn)，主要從機(jī)器人基礎(chǔ)操作平臺(tái)、機(jī)器人單項(xiàng)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、機(jī)器人綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)等開展實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[3]，培養(yǎng)具備機(jī)器人編程、安裝、調(diào)試、管理、操作與維修技能的人才。實(shí)驗(yàn)室實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目具體如表2所示。

2.1機(jī)器人基礎(chǔ)操作平臺(tái)建設(shè)

機(jī)器人基礎(chǔ)操作平臺(tái)建設(shè)主要包括機(jī)器人綜合平臺(tái)、仿真實(shí)訓(xùn)單元及拆裝平臺(tái)的建設(shè)，其不僅為工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)單的課程內(nèi)容提供了實(shí)操練習(xí)，也基于機(jī)器人應(yīng)用編程證書標(biāo)準(zhǔn)體系練習(xí)機(jī)器人模型仿真、拆裝、編程、機(jī)器視覺等方面的技能。該類實(shí)訓(xùn)單元配置了虛擬仿真模型，通過模型仿真和實(shí)物測(cè)試等系統(tǒng)，主要完成對(duì)工藝機(jī)器人的入門認(rèn)知與基礎(chǔ)操作，包含仿真基本指令、指令運(yùn)動(dòng)、仿真運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)用波形板、編程偏移指令、應(yīng)用程序數(shù)組、寫屏指令、離線軌跡編程、工件離線編程、虛擬中斷等10個(gè)虛擬仿真工作站；主要完成對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的認(rèn)知、對(duì)系統(tǒng)機(jī)械電路圖的識(shí)讀，學(xué)會(huì)基本的指令和編程，能完成機(jī)器人六關(guān)節(jié)的各方位運(yùn)行，可對(duì)接工業(yè)機(jī)器人操作員崗位。

2.2機(jī)器人單項(xiàng)訓(xùn)練平臺(tái)建設(shè)

為了進(jìn)一步鞏固和拓展機(jī)器人專業(yè)知識(shí)，使基礎(chǔ)知識(shí)與智能制造工藝相結(jié)合，應(yīng)進(jìn)一步建設(shè)機(jī)器人單項(xiàng)訓(xùn)練平臺(tái)，即機(jī)器人應(yīng)用工作站的建設(shè)，如上料、搬運(yùn)、裝配、焊接、視覺分揀、碼垛、倉儲(chǔ)等，并通過工作站的訓(xùn)練，掌握站點(diǎn)系統(tǒng)的構(gòu)成，讀懂原理圖，能夠拆裝站點(diǎn)系統(tǒng)，能夠分析和排除站點(diǎn)系統(tǒng)故障，同時(shí)掌握站點(diǎn)機(jī)器人應(yīng)用編程、PLC控制編程、觸摸屏組態(tài)設(shè)計(jì)等工控知識(shí)。機(jī)器人工作站建立的同時(shí)，需要完成與站點(diǎn)相關(guān)的技能的課程任務(wù)設(shè)計(jì)及課程資料的建設(shè)，如配套機(jī)械電氣圖紙、元器件的拆裝與調(diào)試步驟和要求、設(shè)備故障的分析與排除方法、編程等方面的工作。例如，機(jī)器人焊接站點(diǎn)，以鋼板焊接為教學(xué)項(xiàng)目，學(xué)生一方面要掌握機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、元器件的安裝與調(diào)試、系統(tǒng)故障分析與排除，還要掌握焊接編程及焊接工藝，還需要完成站點(diǎn)實(shí)訓(xùn)任務(wù)的報(bào)告。機(jī)器人工作站訓(xùn)練可對(duì)接工業(yè)機(jī)器人運(yùn)維與編程崗位[4-5]。

2.3機(jī)器人綜合訓(xùn)練平臺(tái)建設(shè)

本課題中機(jī)器人綜合訓(xùn)練平臺(tái)建設(shè)主要完成如圖1所示的機(jī)器人柔性生產(chǎn)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的建設(shè)。平臺(tái)包括智能裝配生產(chǎn)系統(tǒng)、自動(dòng)包裝系統(tǒng)、自動(dòng)化立體倉庫與智能物流系統(tǒng)、自動(dòng)檢測(cè)機(jī)質(zhì)量控制系統(tǒng)、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，是一個(gè)完整的智能工廠模擬裝置，融合了電、機(jī)、光、氣，包含了機(jī)器人、PLC、傳感器、氣動(dòng)、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制、計(jì)算機(jī)等諸多技術(shù)領(lǐng)域，是一個(gè)以機(jī)器人本體為核心的綜合性實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，既可以滿足機(jī)器人綜合性項(xiàng)目訓(xùn)練的要求，又能較好地滿足培訓(xùn)、科研和工程訓(xùn)練的需要。

機(jī)器人柔性生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由5個(gè)單元組成：顆粒上料單元，加蓋擰蓋加工單元，視覺分揀單元，工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)包裝單元，智能物料存儲(chǔ)單元，其流程框圖如圖2所示。

2.3.1顆粒上料單元

該單元包含空瓶供料和顆粒分揀兩部分。顆粒料空瓶被輸送帶傳送到主輸送帶，循環(huán)篩料裝置將物料推出后篩揀。當(dāng)空瓶到達(dá)裝料位后，頂瓶機(jī)構(gòu)固定空瓶，主皮帶停止，上料填裝模塊將顆粒物料吸放至空瓶里。當(dāng)顆粒裝至設(shè)定量時(shí)，頂瓶機(jī)構(gòu)松開，主皮帶運(yùn)行，將瓶子傳送至下一工位。

2.3.2加蓋擰蓋加工單元

該單元包含加蓋機(jī)構(gòu)和擰蓋機(jī)構(gòu)兩部分。瓶子被輸送到加蓋機(jī)構(gòu)下，加蓋位的頂瓶機(jī)構(gòu)將瓶子固定好。然后，加蓋裝置將蓋子加到瓶子上，擰蓋機(jī)構(gòu)將瓶蓋擰緊。

2.3.3視覺檢測(cè)篩揀單元

該單元包含視覺檢測(cè)和廢料分揀兩部分。對(duì)于完成擰蓋的瓶子，通過視覺攝像判斷瓶蓋顏色、是否擰好、瓶?jī)?nèi)顆粒顏色和數(shù)目。合格的瓶子被輸送到皮帶末端，不合格的被篩揀運(yùn)送到廢品皮帶上。

2.3.4工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)包裝單元

該單元包含包裝盒、機(jī)器人和包裝盒蓋3部分。兩個(gè)升降裝置儲(chǔ)存包裝盒和包裝盒蓋。一升降裝置將包裝盒傳送至物料臺(tái)，機(jī)器人提取瓶子放入包裝盒里。包裝盒里放滿瓶子后，機(jī)器人從二升降裝置里吸拿盒蓋，將其蓋在包裝盒上，完成包裝。成品機(jī)械手旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)至成品拾取位。

2.3.5智能物料存儲(chǔ)單元

該單元即智能成品倉庫。搬運(yùn)機(jī)械手將物料臺(tái)上的包裝盒吸取出來，并按要求依次放入倉儲(chǔ)相應(yīng)倉位。

機(jī)器人柔性生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作為一種復(fù)合型實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，是配置了包含機(jī)器人編程、PLC編程、機(jī)器視覺，觸摸屏等關(guān)鍵技術(shù)的典型工作站，其能夠使學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人“1+X”證書的對(duì)應(yīng)的職業(yè)技能，如工業(yè)機(jī)器人編程仿真技術(shù)、機(jī)器人通訊組網(wǎng)、PLC編程、觸摸屏組態(tài)、總線與網(wǎng)絡(luò)通信、柔性生產(chǎn)線管理等核心技術(shù)，同時(shí)也可以進(jìn)行機(jī)械部件、電氣控制電路、氣動(dòng)系統(tǒng)和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試、機(jī)器人和PLC的編程、系統(tǒng)故障分析與排除、系統(tǒng)操作與運(yùn)維，能較好地滿足實(shí)訓(xùn)教學(xué)和工程訓(xùn)練的需要。機(jī)器人柔性生產(chǎn)線的訓(xùn)練可以使學(xué)生達(dá)到“工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維”和“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程”的職業(yè)技能標(biāo)準(zhǔn)，能夠勝任兩類證書要求的工作任務(wù)。

3師資培訓(xùn)提升

項(xiàng)目組3位教師借助實(shí)驗(yàn)平臺(tái)參加了“工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維”“1+X”技能等級(jí)培訓(xùn)，并獲得了證書，為浙江省高校實(shí)驗(yàn)室工作研究項(xiàng)目“基于工業(yè)機(jī)器人‘1+X’證書的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)”的立項(xiàng)奠定了基礎(chǔ)，為后續(xù)機(jī)器人“1+X”實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)培養(yǎng)了師資。

4機(jī)器人“1+X”證書實(shí)驗(yàn)平臺(tái)試點(diǎn)運(yùn)行

機(jī)器人“1+X”證書實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建成后，即進(jìn)入機(jī)器人“1+X”證書試點(diǎn)運(yùn)行階段。試點(diǎn)運(yùn)行階段主要完成了以下任務(wù)。

4.1機(jī)器人“1+X”證書的課程設(shè)計(jì)

基于證書標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)行理論課程設(shè)計(jì)、實(shí)踐教學(xué)模塊設(shè)計(jì)、教學(xué)資源庫建設(shè)及考核模式的完善。在課程中，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)要求的知識(shí)和技能，通過從簡(jiǎn)單到系統(tǒng)再到綜合這種由淺入深的學(xué)習(xí)與考核方式，使學(xué)生接受知識(shí)、掌握技能，將知識(shí)和技能要求落實(shí)到實(shí)處。

4.2機(jī)器人“1+X”證書的模擬考證

考證是對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)功用的延伸和檢驗(yàn)，也是對(duì)學(xué)生知識(shí)和技能的檢驗(yàn)。該階段的主要任務(wù)是建設(shè)與標(biāo)準(zhǔn)配套的試題庫，試題主要以項(xiàng)目和子任務(wù)的方式貫穿智能機(jī)器人流水線涉及的機(jī)器人編程、PLC編程、觸摸屏組態(tài)設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝與調(diào)試、故障分析與排除、工作站點(diǎn)工藝要求等知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)。考證結(jié)果要能夠全面、綜合地評(píng)判學(xué)生的知識(shí)和技能水平。同時(shí)，該階段也要完成學(xué)生與社會(huì)的對(duì)接，讓社會(huì)認(rèn)可證書的質(zhì)量，同時(shí)反饋意見，便于基地與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和師資的進(jìn)一步完善[6]。

5結(jié)語

項(xiàng)目完成了工業(yè)機(jī)器人“1+X”證書制度研究現(xiàn)狀的分析、完成了項(xiàng)目資源庫的建設(shè)、完成了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)和試點(diǎn)運(yùn)行、完成了師資訓(xùn)練，為培養(yǎng)有創(chuàng)新、創(chuàng)造力的人才提供了硬件和軟件平臺(tái)，為校企互惠共贏建立了良好的機(jī)制，提升了教師的教學(xué)能力和教學(xué)質(zhì)量，提高了學(xué)校培訓(xùn)服務(wù)的能力。

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