基于企業調研的中職工業機器人應用與維修課程開發淺析

李靜

課題：本文系2016年廣西職業教育教學改革研究項目（重點）“《工業機器人應用與維修》課程開發與建設”的階段性成果。

《中國制造2025》指出“制造業是國民經濟的主體，是科技創新的主戰場，是立國之本、興國之器、強國之基。”《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》明確提出：“以服務為宗旨，以就業為導向，推進教育教學改革。”

現階段，職業教育擔負著為我國制造業發展提供人力支撐的重要責任，急需輸送合格的“工業機器人應用與維修”應用型人才，開發中職《工業機器人應用與維修》課程具有重大的實際價值。

一、機器人及工業機器人的定義

機器人（Robota）一詞最早出現于1920年捷克作家Karel Capek的劇本《羅薩姆的萬能機器人》中，意為“苦力”“勞役”，是一種人造勞動者。真正的工業機器人始于20世紀40年代的美國橡樹嶺國家實驗室搬運核原料的遙控機械操作手。1954年美國人George.C.Devol設計、制作了可編程序的關節型搬運裝置，并獲得專利。

1984年ISO（國際標準化組織）對機器人的定義為：機器人是一種可反復編程和多功能的用來搬運材料，零件、工具的操作機或為了執行不同任務而具有可改變和可編程的動作的專門系統。

我國國家標準GB/T12643-90將工業機器人定義為：是一種能自動定位控制，可重復編程的、多自由度的操作機。能搬運材料、零件或操持工具，用以完成各種作業。

二、工業機器人在企業、行業應用的調查及分析

我國工業機器人的發展趨勢，正如ABB董事長兼總裁顧純元所說：“工業機器人以現實本土化的需求為導向”，即將相關技術從碎片化的狀態融合到中國制造的具體行業或工藝上。

中職《工業機器人應用與維修》課程開發的關鍵，是通過調查工業機器人在企業、行業對人才的需求情況，找到“工業機器人應用與維修”崗位職業能力體系，確定“工業機器人應用與維修”人才培養方向。為此，項目組成員深入廣西柳州、廣東、深圳等城市運用工業機器人的企業，實地參觀及發放調查問卷，然后對問卷結果進行細致分析處理，得出結論。

從統計數據看到，工業機器人最多應用于搬運，占總數的38%，其次是焊接，占總數的29%，第三是裝配，占總數的10%，第四是噴涂，占總數的4%。

通過分析和比對，我們發現：占工業機器人應用總數98%的搬運、焊接、裝配和噴涂工作都有一個共同的特點，即對工作點進行準確定位。工業機器人在做搬運、焊接、裝配和噴涂等工作時，其工作任務經常發生一定的改變。

比如，同樣是搬運工作，但是被搬運的物件、搬運物件的起始位置、搬運物件擺放的終點位置等都有可能根據不同的要求而發生改變。實現這個改變，企業沒有必要重新編寫全部程序，更不需要另外再買一個工業機器人，只需要調出工業機器人原有程序，在原程序中找到相應定位點的位置指令，將這個指令按照新的位置數據進行變更即可。只要程序正確，工業機器人就能夠按照變更后的程序從事新的工作。

此外，項目組還發現工業機器人應用的另外一種情況，就是企業根據自身生產需要，進行簡單工業機器人的研發。比如一些要求不高的裝配工作，用步進電機、私服電機，結合一個芯片所做的工業機器人就可以完成生產要求。企業自主研發的工業機器人不僅能快速投入生產，而且還能有效降低成本。這對企業來說，無疑是很好的選擇。

根據國家統計局數據顯示，最近三年——2015年、2016年、2017年，國內人均GDP分別約為7131美元、8123.26美元、8582.94美元。依據涂爾干社會論和經濟學中人力資本理論，人均GDP在6000～11000美元，處于工業化后期，對人才的需求由勞動密集型向集約型、智能型轉變，對技術技能水平要求較高的工作越來越多。

開發中職《工業機器人應用與維修》課程，要有利于我國職業教育質量的提升，其定位需要與我國經濟發展水平相適應，同時具備一定的先進性。

三、中職工業機器人應用與維修課程開發方向

中等職業教育主要培養技能型人才。他們在生產、服務和建設一線，一部分在組織管理生產、建設、服務等實踐活動中從事現場技術服務工作，另一部分從事產品的制造、復雜設備的操作、生產工具、機器、設備的運行與維護等。完成這些工作，他們需要接受系統科學的訓練及掌握一定的專業理論知識和文化知識，并有一定的人文素養。

1.工業機器人應用與維修課程開發內容

中職教育有別于高等教育，主要強調技能的熟練程度，而技術的難度低于高職。此外，工業機器人并不是一項全新的技術，與學校原有的專業及設備存在著千絲萬縷的聯系，需要兼顧學校現有設備。因此工業機器人應用與維修課程開發內容的內容分為兩個部分。

（1）開發新內容。根據上述對工業機器人在企業、行業應用的調查及分析情況，項目組將中職工業機器人應用與維修課程開發新內容確定為兩個方面。

一是對現成工業機器人的教學內容開發。具體為選擇目前應用最廣、性能最好，最具有代表性的工業機器人（比如華數工業機器人和ABB工業機器人）進行工業機器人拆裝技能訓練開發；解讀工業機器人的應用程序，可以選擇一些典型的應用實例，比如工業機器人碼垛、工業機器人彈鋼琴等，重點放在識讀它的程序，訓練學生根據定位點不同快速改變原程序的能力。

二是研發簡單的工業機器人的內容開發，具體為學校配備步進電機、私服電機及相應芯片，教師設計一些簡單的工作任務，學生根據任務要求，將三者適當連接并編寫一些簡單的應用程序，進行研發式教學。

（2）兼顧學校現有的設備。引入控制中心，對現有電氣設備進行改造升級。學校現有一個PLC實驗室，內置18臺三菱MELSEC FX3u-48M；一個光機電一體化實驗室，內置5套光機電一體化設備。

從兩個實驗室的設備中選出部分設備，讓每臺設備能獨立運作并完成某個特定功能。比如一臺能進行液體混合、另一臺能進行遠程恒壓供水，某生產線能進行物料分揀，某路口能進行紅、綠燈時間控制等。所有的設備獨立運行，單獨控制與操作，沒有任何關聯。

現在將選出的設備的PLC輸入輸出端口與電氣設備集成系統的監控中心連接，將各部分的動作聯系起來進行統一的監控，每一臺設備的運行狀態即時呈現在控制中心的顯示屏幕上。顯示運行狀態的觸摸屏組態程序，需要根據所監測的PLC型號及其通訊方式進行同步編寫。

2.工業機器人應用與維修課程開發方法

我國中等職業教育發展迅猛，CBE/ACUM課程開發模式的應用卻相對穩定，自20世紀90年代引入我國以來，一直是公認的具有代表性的中職課程開發模式。工業機器人應用與維修課程開發仍然使用CBE/DACUM課程模式。

CBE/DACUM課程模式主要有三個步驟：第一步是找準典型工作任務，第二步是確定學習領域，第三步是構建教學內容和體系。其中找準典型工作任務是課程開發的起始點和立足點，尤為重要。

典型工作任務來源于真實工作過程，卻不是真實工作過程。將真實的工作過程的各個離散的工作環節和工作任務進行歸納和概括，使之間形成一定的邏輯關系，突出其主要工作環節和典型特征才能成為典型工作過程。即“典型工作過程是按照職業規范、生產工藝和職業資格要求等歸納的必要的和能突出工作流程典型特征的工作過程。”

不僅如此，工作過程還是主體的心理機制指導下通過動覺系統對客體進行改造和加工的系列化活動。與典型工作過程和工作主體心理機制相對應的工作任務才是典型工作任務。

項目組將深入生產一線，收集各個具體的工業機器人應用和維修的工作任務，整理出每一個工作任務主體的工作過程，挖掘工作過程中存在的外顯的、可觀察到的、具體的行為程序，及內隱的、不易觀察到的、抽象的心理機制的參與。

比如，機械手原來加工的材料是金屬材料，現在加工的材料是塑料材料，需要對工業機器人進行調整。這個任務顯現的工作是識別兩種探測器并進行更換和調試至調試成功；隱性的工作是是否主動、迅速做出反應，能否組織團隊或協助團隊，大家共同完成整個調整工作，調整成功之后能否對工作的效果進行檢測及客觀的評價，以指導和改進今后的工作等。

開發的課程將以學生的認知規律和職業能力形成規律為輔助線索，按由易到難、由簡到繁的順序編排。在教學過程中，教師逐漸減少參與的工作量、逐漸提升參與的層次，從而在較為容易的學習情境中逐漸培養學習者良好的學習習慣、行動規則、職業規范、思維方法和解決問題策略等，從而形成中職層次職業教育的專業課程。

四、小結

眾所周知，職業教育是培養應用型人才和提高職業技能的關鍵手段，新技術的不斷涌現促使職業教育的課程開發向前發展。項目組以國內外最新課程開發方式為依據，結合工業機器人在企業、行業的應用，找到人才需求的關鍵點，科學、有效地確定了中職工業機器人應用與維修課程開發方向。