焊接機器人系列教材開發(fā)與應(yīng)用

劉偉郭廣磊

作者簡介：劉偉（1963-），男，遼寧鞍山人，高級工程師，焊接從業(yè)25年，中國焊接協(xié)會焊接裝備分會專家委員，研究方向：焊接機器人及自動化。

摘要：文中對本地區(qū)焊接技能人才的需求現(xiàn)狀和現(xiàn)代焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢進行分析，對焊接機器人系列教材及應(yīng)用等方面的教研實踐活動進行論述。本文同時作為“2014年福建省中青年教師教育科研項目B類社科研究（職業(yè)教育研究專項）課題‘機器人應(yīng)用系列教材（課題立項批準(zhǔn)號JBS14536）課題成果”。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢；焊接機器人；教材開發(fā)；教研實踐

中圖分類號：TG409文獻標(biāo)志碼：A文章編號：2095-9214（2016）11-0280-02

一、人才需求及產(chǎn)業(yè)升級

我國的鋼產(chǎn)量已達到8.2億噸，連續(xù)多年位居世界第一，迅速發(fā)展的金屬加工企業(yè)對中高級焊工的需求量逐年遞增。然而，焊工崗位人員的從業(yè)意愿卻逐年下降。隨著焊接機器人等現(xiàn)代焊接設(shè)備在企業(yè)的應(yīng)用，提高了產(chǎn)能、質(zhì)量和生產(chǎn)效率，改善了勞動條件。借鑒國際機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史經(jīng)驗，當(dāng)機器人售價與年人工人工成本出現(xiàn)交匯點時，企業(yè)對于機器人的需求將出現(xiàn)大幅上升。

福建省是臺資企業(yè)、出口加工、汽車制造和工程機械制造業(yè)較為集中的地區(qū)。近年以來，隨著勞動力成本逐年提高，市場競爭加劇，致使長期以來生產(chǎn)低附加值產(chǎn)品的勞動密集型企業(yè)難以為繼。機器人成為企業(yè)轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式、解決招工難及提高生產(chǎn)效益的最佳選則。焊接機器人在福建省各產(chǎn)業(yè)所占比例如圖1所示：

圖1：福建省焊接機器人各產(chǎn)業(yè)占比

二、焊接機器人系列教材

福建省是國內(nèi)工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的一個縮影。隨著產(chǎn)業(yè)升級步伐加快，傳統(tǒng)的焊接作業(yè)方式逐漸被以機器人為代表的自動化焊接設(shè)備所取代將成為必然趨勢。由于我國的焊接機器人應(yīng)用技術(shù)起步較晚，機器人焊接方面的教學(xué)資源十分匱乏、滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，可供學(xué)習(xí)的專業(yè)資料非常有限。2011年以來，集美職校與高校和企業(yè)組成編寫團隊，焊接機器人操作應(yīng)用系列教材陸續(xù)在國內(nèi)一類出版社出版，如圖2所示：

圖2：焊接機器人系列教材（從左至右依次為1～4冊）

第一冊《焊接機器人基本操作及應(yīng)用》（第2版）主要講述弧焊機器人軟、硬件方面的基礎(chǔ)知識和示教編程的操作及應(yīng)用，通過100課時的理論和實訓(xùn)課程學(xué)習(xí)，能夠掌握機器人編程和焊接技能。

第二冊《機器人離線編程及仿真系統(tǒng)應(yīng)用》詳細講述在不接觸機器人及機器人作業(yè)環(huán)境的情況下，通過圖形技術(shù)在計算機上提供一個和機器人進行交互作用的虛擬現(xiàn)實環(huán)境，在計算機上編寫的程序并直接傳輸給現(xiàn)場的機器人系統(tǒng)運行，大大減低了現(xiàn)場示教編程人員的勞動強度，提高編程效率。對于沒有機器人的學(xué)校和個人可以通過隨書光盤中的“DTPS離線編程試用版軟件”進行機器人編程學(xué)習(xí)。

第三冊《點焊機器人系統(tǒng)及編程應(yīng)用》主要講述點焊原理、點焊機器人系統(tǒng)構(gòu)成、點焊機器人編程應(yīng)用方法與步驟、安裝調(diào)試以及點焊機器人在生產(chǎn)中的應(yīng)用案例。

第四冊《焊接機器人操作編程及應(yīng)用》針對各品牌機器人編程語言不同，操作方法各異等特點，在教材普適性方面受到一定的局限。為此，市場占有率較高的五種機器人品牌作為統(tǒng)編教材，增強了教材的普適性，便于操作者進行比較、理解、分析和掌握。

上述四冊焊接機器人系列教材榮獲2014年職業(yè)教育國家級教學(xué)成果二等獎。被中國焊接協(xié)會確定為培訓(xùn)基地指定教材。

三、焊接機器人教研實踐

手工焊接實訓(xùn)是學(xué)習(xí)焊接機器人操作的前導(dǎo)課程，是焊接機器人編程操作人員必須掌握的基本技能。傳統(tǒng)的焊接實訓(xùn)過程中，由于弧光、煙塵、飛濺，以及實訓(xùn)成本高、演示和觀摩受限等方面的因素，給焊接訓(xùn)練及教學(xué)帶來諸多困難。仿真實訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)能夠有效地解決這些問題。學(xué)生通過虛擬焊接系統(tǒng)進行反復(fù)練習(xí)，老師可以在現(xiàn)場或遠程顯示屏觀察學(xué)生實施焊接過程的參數(shù)波動和虛擬焊縫成型，及時了解學(xué)生掌握焊接技能的熟練程度，并給予針對性指導(dǎo)。通過挖掘焊接機器人離線編程教學(xué)價值，使其視覺優(yōu)勢充分在教學(xué)中反映出來，教學(xué)效果發(fā)生明顯變化，我們選取三種教學(xué)模式在實訓(xùn)環(huán)節(jié)進行對比，如表1所示：

表1：三種種教學(xué)模式在實訓(xùn)環(huán)節(jié)的對比

四、目標(biāo)與展望

機器人數(shù)量已經(jīng)成為衡量一個國家、一個企業(yè)加工能力的標(biāo)志。近年，國家工信部、發(fā)改委組織制訂我國機器人技術(shù)路線圖及機器人產(chǎn)業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃，力爭到2020年，形成較為完善的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)體系，到2017年市場銷量將達到10萬臺，工業(yè)機器人保有量超過40萬臺。”為此，職業(yè)技術(shù)教育擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)現(xiàn)代焊接技術(shù)技能人才的使命，針對焊接機器人應(yīng)用職業(yè)教育教材開發(fā)和課程體系的構(gòu)建具有十分重要的意義。

（作者單位：1.中國焊接協(xié)會機器人焊接（廈門）培訓(xùn)基地；2.廈門市集美職業(yè)技術(shù)學(xué)校）

參考文獻：

[1]林尚揚等.焊接機器人及其應(yīng)用.機械工業(yè)出版社，2000年7月.

[2]吳九澎等.機器人應(yīng)用手冊.機械工業(yè)出版社，2014年6月.

[3]中國焊接協(xié)會.中國焊接自動化技術(shù)分析，2014年4月.