焊接機器人系列教材開發與應用

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25年，中國焊接協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：文中對本地區焊接技能人才的需求現狀和現代焊接技術的發展趨勢進行分析，對焊接機器人系列教材及應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（職業教育研究專項）課題‘機器人應用系列教材（課題立項批準號JBS14536）課題成果”。

關鍵詞：產業發展趨勢；焊接機器人；教材開發；教研實踐

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

一、人才需求及產業升級

我國的鋼產量已達到8.2億噸，連續多年位居世界第一，迅速發展的金屬加工企業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意愿卻逐年下降。隨著焊接機器人等現代焊接設備在企業的應用，提高了產能、質量和生產效率，改善了勞動條件。借鑒國際機器人產業發展的歷史經驗，當機器人售價與年人工人工成本出現交匯點時，企業對于機器人的需求將出現大幅上升。

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

圖1：福建省焊接機器人各產業占比

二、焊接機器人系列教材

福建省是國內工業經濟發展的一個縮影。隨著產業升級步伐加快，傳統的焊接作業方式逐漸被以機器人為代表的自動化焊接設備所取代將成為必然趨勢。由于我國的焊接機器人應用技術起步較晚，機器人焊接方面的教學資源十分匱乏、滯后現象嚴重，可供學習的專業資料非常有限。2011年以來，集美職校與高校和企業組成編寫團隊，焊接機器人操作應用系列教材陸續在國內一類出版社出版，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用》（第2版）主要講述弧焊機器人軟、硬件方面的基礎知識和示教編程的操作及應用，通過100課時的理論和實訓課程學習，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應用》詳細講述在不接觸機器人及機器人作業環境的情況下，通過圖形技術在計算機上提供一個和機器人進行交互作用的虛擬現實環境，在計算機上編寫的程序并直接傳輸給現場的機器人系統運行，大大減低了現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”進行機器人編程學習。

第三冊《點焊機器人系統及編程應用》主要講述點焊原理、點焊機器人系統構成、點焊機器人編程應用方法與步驟、安裝調試以及點焊機器人在生產中的應用案例。

第四冊《焊接機器人操作編程及應用》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年職業教育國家級教學成果二等獎。被中國焊接協會確定為培訓基地指定教材。

三、焊接機器人教研實踐

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

表1：三種種教學模式在實訓環節的對比

四、目標與展望

機器人數量已經成為衡量一個國家、一個企業加工能力的標志。近年，國家工信部、發改委組織制訂我國機器人技術路線圖及機器人產業“十三五”發展規劃，力爭到2020年，形成較為完善的工業機器人產業體系，到2017年市場銷量將達到10萬臺，工業機器人保有量超過40萬臺。”為此，職業技術教育擔負著培養現代焊接技術技能人才的使命，針對焊接機器人應用職業教育教材開發和課程體系的構建具有十分重要的意義。

（作者單位：1.中國焊接協會機器人焊接（廈門）培訓基地；2.廈門市集美職業技術學校）

參考文獻：

[1]林尚揚等.焊接機器人及其應用.機械工業出版社，2000年7月.

[2]吳九澎等.機器人應用手冊.機械工業出版社，2014年6月.

[3]中國焊接協會.中國焊接自動化技術分析，2014年4月.