高職工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)建設(shè)探討

牛志斌

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院　山西　長(zhǎng)治　046011）

高職工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)建設(shè)探討

牛志斌

（山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院山西長(zhǎng)治046011）

介紹了工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r、人才需求，對(duì)國(guó)內(nèi)高職院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)設(shè)置、培養(yǎng)目標(biāo)及課程設(shè)置進(jìn)行了說明。

工業(yè)機(jī)器人；工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)；專業(yè)設(shè)置；課程體系

工業(yè)機(jī)器人是指面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人，是技術(shù)發(fā)展最成熟、應(yīng)用領(lǐng)域最多的一類機(jī)器人。高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人被列入《中國(guó)制造2025》十大領(lǐng)域之一，工信部《關(guān)于推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出，2020年我國(guó)將形成較為完善的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)體系，機(jī)器人密度將達(dá)到100以上，工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)量將達(dá)到100萬臺(tái)。當(dāng)前，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人人才需求旺盛，全國(guó)很多高職院校均已開始工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)招生。

一、工業(yè)機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r

工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用于焊接、搬運(yùn)、裝配、噴涂和機(jī)床上下料等工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。目前，國(guó)內(nèi)使用的工業(yè)機(jī)器人主要分為日系和歐系兩種，具體可分為“四大（市場(chǎng)占比約50%）”和“四小”兩個(gè)陣營(yíng)：“四大”即為瑞典ABB、日本FANUC及YASKAWA（安川）、德國(guó)KUKA，“四小”為日本OTC、PANASONIC、NACHI及KAWASAKI。國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人（市場(chǎng)占比約20%）生產(chǎn)廠商主要有沈陽新松、南京艾斯頓和廣州數(shù)控等。

全球工業(yè)機(jī)器人年裝機(jī)量如圖1所示，2014年全球工業(yè)機(jī)器人密度如圖2所示，國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人保有量如下頁圖3所示，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人不同領(lǐng)域的需求情況如下頁圖4所示。

精密減速機(jī)、交流伺服電機(jī)和控制器是機(jī)器人的關(guān)鍵核心部件。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人與世界水平相比，高精度機(jī)器人減速機(jī)基本依賴進(jìn)口，伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器大多需要進(jìn)口，機(jī)器人控制器性能與國(guó)外差距較大。未來工業(yè)機(jī)器人總體應(yīng)用趨勢(shì)為：重載、高速、高精度；智能化；信息化和網(wǎng)絡(luò)化。

圖1　全球工業(yè)機(jī)器人年裝機(jī)量示意圖

圖2　2014年全球工業(yè)機(jī)器人密度示意圖

圖3　國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人保有量示意圖

圖4　我國(guó)工業(yè)機(jī)器人不同領(lǐng)域需求示意圖

二、工業(yè)機(jī)器人的人才需求

近年來，我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，銷量以年均25%的速度增長(zhǎng)，2014年以來，我國(guó)連續(xù)兩年成為全球第一大工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)，2015年國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人保有量更是達(dá)到23.5萬臺(tái)。我國(guó)已成為全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)最受矚目的市場(chǎng)之一，人才缺口巨大。

從2011年開始，我國(guó)已經(jīng)超過美國(guó)成為全球制造業(yè)產(chǎn)出第一大國(guó)，但隨著我國(guó)人口老齡化趨勢(shì)加劇，工作年齡人口開始逐年下降。綜合多種因素，我國(guó)制造業(yè)的未來，急需發(fā)展工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，急需大量的機(jī)器人專業(yè)人才。據(jù)機(jī)械工業(yè)信息研究院的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2013年我國(guó)數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人專業(yè)畢業(yè)生為20.8萬人，年度缺口20萬人，到2020年大概需要20萬工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用人才。廣發(fā)證券發(fā)展研究中心對(duì)我國(guó)2015—2020年工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用專業(yè)人才需求情況的預(yù)測(cè)如圖5所示。

由于機(jī)器人及智能裝備產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，對(duì)機(jī)器人專業(yè)人才的需求越來越大，工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，將成為“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。因此，緊跟技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)需求，為企業(yè)培養(yǎng)急需的工業(yè)機(jī)器人高端技術(shù)技能型人才，是高職院校當(dāng)前的重要任務(wù)之一。

圖5　工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用人才需求情況預(yù)測(cè)圖（單位：萬人）

三、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)設(shè)置情況

據(jù)教育部專業(yè)備案平臺(tái)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)高職院校開設(shè)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的情況是：2013年有2所，2014年有9所，2015年有45所 （其中江蘇省有10所），2016年可望達(dá)到100所，具體如圖6所示。

圖6　　工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)開設(shè)院校數(shù)示意圖

目前，在國(guó)內(nèi)高職院校中，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)剛剛起步，多數(shù)院校都是在2013年后開始該專業(yè)招生工作。由此可見，構(gòu)建合理有效、適應(yīng)企業(yè)崗位人才需求的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)人才培養(yǎng)模式，加強(qiáng)該專業(yè)課程體系建設(shè)、實(shí)訓(xùn)室建設(shè)和師資隊(duì)伍建設(shè)，成為高職院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)相關(guān)專業(yè)建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急。

四、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)定位分析

（一）工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈分析

由下頁圖7可知，在工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈中，從事工程安裝調(diào)試、項(xiàng)目設(shè)計(jì)集成以及后續(xù)服務(wù)的下游產(chǎn)業(yè)是適應(yīng)高職院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)需求的。

（二）在職人員、中職中專、高職高專及應(yīng)用型本科工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)是：培養(yǎng)機(jī)器人研發(fā)（博士/碩士）、工程設(shè)計(jì)（本科）、機(jī)器人及生產(chǎn)線安裝、調(diào)試、維護(hù)、運(yùn)行、系統(tǒng)集成與故障診斷（高職/技師）等高端技能型專門人才。

圖7　工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈圖

高職院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)應(yīng)面向制造類、應(yīng)用類等企業(yè)，培養(yǎng)從事工業(yè)機(jī)器人安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維修和維護(hù)保養(yǎng)等工作的技術(shù)技能型人才。該專業(yè)畢業(yè)生應(yīng)掌握機(jī)械設(shè)計(jì)裝調(diào)、PLC、智能傳感、伺服變頻、機(jī)器人仿真與編程和自動(dòng)化控制系統(tǒng)集成等知識(shí)和技能要求，需要具備電氣與機(jī)械方面的綜合應(yīng)用能力。具體如圖8所示。

圖8　不同類型職業(yè)院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)（ABB公司技術(shù)資料）示意圖

五、高職工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)課程設(shè)置范例

（一）工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)課程體系

某高職院校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)課程體系如圖9所示。根據(jù)當(dāng)?shù)毓I(yè)機(jī)器人技術(shù)人才需求市場(chǎng)調(diào)研，確定了該校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)人才的目標(biāo)定位，是面向制造類、應(yīng)用類、集成類企業(yè)，培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人的編程、維護(hù)、集成能力，主要從事的工作是：工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)場(chǎng)編程、離線編程、系統(tǒng)維護(hù)及故障診斷維修；工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)的安裝與調(diào)試；工業(yè)機(jī)器人銷售和售后服務(wù)工作。該專業(yè)主要就業(yè)崗位為：中小型企業(yè)技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品升級(jí)設(shè)計(jì)與制造、系統(tǒng)集成應(yīng)用及經(jīng)營(yíng)管理等工作的項(xiàng)目主管及工程師；在國(guó)家大中型企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線機(jī)器人工位從事安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維修和維護(hù)保養(yǎng)等技術(shù)工作的機(jī)電維修工。

圖9　工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)課程體系圖

（二）實(shí)訓(xùn)條件建設(shè)

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)條件建設(shè)投資巨大，可以充分利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)設(shè)備，逐步逐年進(jìn)行規(guī)劃、完善，建設(shè)的基本原則是：總體規(guī)劃、分步實(shí)施。實(shí)訓(xùn)室建設(shè)依次分為基礎(chǔ)、仿真、工作站、簡(jiǎn)單系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)等，具體由機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)室、機(jī)器人技術(shù)仿真實(shí)訓(xùn)室、機(jī)器人編程與操作實(shí)訓(xùn)室、機(jī)器人系統(tǒng)集成實(shí)訓(xùn)室及機(jī)器人智能制造綜合實(shí)訓(xùn)室等組成。

1.機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)室

配置全開放的教學(xué)機(jī)器人平臺(tái)，學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，掌握機(jī)器人典型機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制架構(gòu)和軟件操作方法，設(shè)備注重開放性及可參與性，學(xué)生可親自動(dòng)手對(duì)機(jī)器人進(jìn)行拆裝組合，鍛煉學(xué)生的識(shí)圖能力、工具使用能力和裝配工藝能力。其承擔(dān)的主要實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目有：工業(yè)機(jī)器人基本認(rèn)識(shí)，電機(jī)選型與性能測(cè)試，機(jī)電設(shè)備典型傳動(dòng)與元器件選型，機(jī)器人機(jī)電系統(tǒng)拆裝與聯(lián)接，減速器減速原理與安裝，工業(yè)機(jī)器人構(gòu)形與應(yīng)用，機(jī)電設(shè)備安裝與調(diào)試，PLC與人機(jī)界面編程與通訊，氣動(dòng)元器件選型與管路連接，典型傳感器安裝與應(yīng)用及機(jī)電設(shè)備故障診斷與處理等。

2.機(jī)器人技術(shù)仿真實(shí)訓(xùn)室

配置數(shù)字模型仿真、半實(shí)物仿真和實(shí)物驗(yàn)證系統(tǒng)，學(xué)習(xí)機(jī)器人系統(tǒng)參數(shù)對(duì)性能的影響，模擬操作機(jī)器人、搭建典型機(jī)器人工作站和生產(chǎn)線等，可實(shí)現(xiàn)模擬仿真作業(yè)。通過實(shí)際機(jī)器人工作站驗(yàn)證仿真效果，降低教學(xué)和實(shí)訓(xùn)成本，提高安全性。其承擔(dān)的主要實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目有：機(jī)器人編程與操作，CAD建模與導(dǎo)入，仿真過程操作，機(jī)器人作業(yè)應(yīng)用仿真和虛擬仿真操作機(jī)器人等。

3.機(jī)器人編程與操作實(shí)訓(xùn)室

配置各種典型的工業(yè)機(jī)器人和簡(jiǎn)單的作業(yè)工具，學(xué)習(xí)操作單獨(dú)的機(jī)器人，熟練掌握工業(yè)機(jī)器人的編程操作。其承擔(dān)的主要實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目有：工業(yè)機(jī)器人示教器編程操作，工業(yè)機(jī)器人示教指令和參數(shù)設(shè)定，機(jī)器人坐標(biāo)系的建立，工業(yè)機(jī)器人I/O控制應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人簡(jiǎn)單外設(shè)，簡(jiǎn)單軌跡運(yùn)行編程與示教，工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)、裝配、焊接、碼垛編程與示教及并聯(lián)機(jī)器人分揀作業(yè)編程等。

4.機(jī)器人系統(tǒng)集成實(shí)訓(xùn)室

配置各種典型的工業(yè)機(jī)器人工作站，學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的系統(tǒng)成站技術(shù)、各種典型的作業(yè)工藝、典型的外設(shè)和通信接口技術(shù)等。其承擔(dān)的主要實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目有：工業(yè)機(jī)器人初始化與參數(shù)設(shè)置，工業(yè)機(jī)器人I/O分配與接線，工業(yè)機(jī)器人與PLC的I/O通訊，工業(yè)機(jī)器人安裝與接線，工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試，工業(yè)機(jī)器人上下料、焊接、打磨、噴涂工作站安裝與接線，工業(yè)機(jī)器人上下料、焊接、打磨、噴涂工作站編程與調(diào)試，工業(yè)機(jī)器人上下料、焊接、打磨、噴涂工作站夾具選擇與設(shè)計(jì)及工業(yè)機(jī)器人維修保養(yǎng)等。

5.機(jī)器人智能制造綜合實(shí)訓(xùn)室

配置典型多工業(yè)機(jī)器人工作站及常用外圍設(shè)備，學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)成線技術(shù)，掌握智能生產(chǎn)管理、PLC主控、總線與網(wǎng)絡(luò)通信、人機(jī)交互（HMI）、作業(yè)流程優(yōu)化等核心技術(shù)，提高大系統(tǒng)掌控能力。其承擔(dān)的主要實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目有：生產(chǎn)線綜合維護(hù)，復(fù)雜自動(dòng)化系統(tǒng)安裝，HMI編程，工業(yè)機(jī)器人安裝與調(diào)試，PLC編程與網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，系統(tǒng)故障診斷與維護(hù)等。

［1］蘭虎.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

［2］徐揚(yáng)生，閻鏡予.機(jī)器人技術(shù)的新進(jìn)展［J］.集成技術(shù)，2012（1）：8-12.

［3］王田苗，陶永.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略［J］.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014（9）：1-13.

［4］譚民，王碩.機(jī)器人技術(shù)研究進(jìn)展［J］.自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2013（7）：33-42.

［5］孫英飛，羅愛華.我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展研究［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2012（12）：144-150.

（責(zé)任編輯：王恒）

Construction and Discussion of Industrial Robot Technical Specialty in Higher Vocational Colleges

NIU Zhi-bin
（Shaanxi Institute ofMechanical&Electrical Engineering，Changzhi Shaanxi046011，China）

This paper introduces the development status and talent demand of the industrial robot and expounds the specialty construction，training goal and curriculum of industrial robot technology in higher vocational colleges.

industrial robot；industrial robot technology specialty；specialty construction；curriculum system

G718

A

1672-5727（2016）10-0033-04

牛志斌（1971—），男，碩士，山西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，研究方向?yàn)閿?shù)控機(jī)床維修、數(shù)控技術(shù)教學(xué)。