人機協作背景下高職電子專業變革與反思

談敏 沈燦鋼

摘 要：當前，全球機器人市場規模持續擴大，產業發展勢頭迅猛，伴隨人機協作不斷深入，產品在多種領域的應用持續拓展，進而帶來了機器人應用人才缺口巨大，高職電子專業應該利用自身優勢，順勢而為，合理進行課程設置變革和人才培養反思，從而可以拓寬本專業人才就業市場，實現人才培養與企業需求良好對接。

關鍵詞：人機協作；課程設置變革；人才培養反思；企業需求

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.210

0 引言

2015年，《中國制造2025》規劃提出順應“互聯網+”的發展勢頭，以信息化與工業化深度融合為主線，國家要重點發展機器人等10大領域。同年工信部《關于推進工業機器人產業發展的指導意見》里明確指出，到2020年，要形成較為完善的工業機器人產業體系，機器人密度要達到100以上，工業機器人裝機量達到100萬臺。

2016年，工信部、國家發展改革委、財政部聯合印發了《機器人產業發展規劃（2016-2020）》，規劃到2020年，自主品牌工業機器人年產量達到10萬臺，六軸及以上工業機器人產量達到5萬臺以上。

按照上述發展規劃，“機器換人”是目前我們國家實現從制造大國到制造強國的必由之路。據測算，到2020年為止我國大概需要20萬工業機器人應用相關從業人才，工業機器人專業儼然成為當下的一個熱點技術專業，電子專業應該順勢而為。

1 “機器換人”發展必然歷程：“人機協作”——智能化

傳統工業機器人由于無法感知周圍情況的變化，通常被安裝在保護圍欄或者其他屏障之后，以確保人的安全，這極大地限制了工業機器人的應用效果。隨著標準化結構、集成一體化關節、靈活人機交互等技術的完善，工業機器人的易用性與穩定性，與人協同工作愈發受到重視，成為重點研發和突破的領域，人機協作將人的認知能力與機器人的效率結合在一起，從而使人可以安全、簡便的進行使用[1]。例如，瑞士ABB的雙臂人機協作機器人YuMi可與工人一起協同工作，在感知到人的觸碰后，會立刻放慢速度，最終停止運動。德國庫卡（KUKA）的協作機器人LBRiiwa可以以每秒10毫米或50毫米的速度抵近物體，并在遇到阻礙后立刻停止運動。美國瑞森可的智能協作機器人Sawyer能夠像人類一樣主動適應現實環境的不斷變化，并快速改變應用，以更安全、更精準、更靈活的方式工作。丹麥優傲（Universal Robots）UR10型六關節機器人具有直接牽引機械臂編程示教及機械臂反向驅動功能，每個關節可實現正負360度的運動，通過設置安全參數，可在不增加安全圍欄條件下滿足人機協作應用需求。德國宇航中心機器人研究所的Kinfinity Glove機器人手套可由操作者穿戴，并遠程同步控制一臺具有兩條手臂的機器人。

當前，工業機器人的應用場景愈加廣泛，苛刻的生產環境對機器人的體積、重量、靈活度等提出了更高的要求。工業機器人變得更小、更輕、更靈活。與此同時，隨著研發水平不斷提升、工藝設計不斷創新，以及新材料相繼投入使用，工業機器人正朝著小型化、輕型化、柔性化的方向發展。

2 電子技術的發展現狀與機遇

傳統的電子技術專業致力于培養電子、家電、綠色電源、智能家居等智能電子產品設計、研發與制作的高級應用型電子專業技術人才，培養學生具備扎實的專業技能和較強的社會能力。

專業培養目標定位在培養掌握智能電子產品設計，具備智能電子產品的電路設計、電路板制作、焊接、調試、檢測、維修等技能，能熟練操作各類電子設備、儀器和專業軟件，具有較強的智能電子產品設計與研發能力以及電子行業的檢測、調試、維護和管理的能力。培養掌握電子產品及其線路綜合設計知識，電子產品設計軟件及通用芯片使用技術，電子產品生產工藝及技術規范，電子生產設備的運行原理及操作技能，具備良好的職業素養、責任意識的高素質技術技能型人才。

隨著機器人易用性、穩定性以及智能水平的不斷提升，機器人的應用領域逐漸由搬運、焊接、裝配等操作型任務向加工型任務拓展，人機協作正在成為工業機器人研發的重要方向。

以2006年深度學習模型的提出為標志，隨著信息技術快速發展和互聯網快速普及，人工智能迎來了第三次高速發展。與此同時，機器人的應用場景和服務模式正依托人工智能技術不斷拓展，帶動機器人市場規模高速增長[2]。

通常機器人技術專業是在原機電一體化技術專業或電氣自動化專業發展而來，面對我國機器人產業發展勢頭迅猛，產業規模和市場空間不斷擴大，整個產業鏈呈現較為良好的發展態勢。作為電子技術專業也應該在機器人產業發展中順勢進行課程設置變革和人才培養反思，努力適應新常態。傳統的電子技術專業伴隨著智能技術的快速發展，必將會助力“人機協作”走向深入，培養具有“互聯網+”思維的技能人才，促進人機共融更進一步[3]。

3 “人機協作”對電子專業課程設置的三點變革

3.1 信息采集數據化

實現人機協作—智能化的前提是信息采集數據化。隨著工業4.0時代的到來，機器視覺使用光學非接觸式感應設備自動接收并解釋真實場景的圖像以獲得信息進而控制機器或流程，實現流程自動化和質量的改進，在智能制造業領域的作用越來越重要。而虛擬技術則利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用，能靈活高效地創建完全自定義的用戶界面。綜合這兩種技術的特點，在傳統的《傳感器技術與應用》課程的基礎上增加《機器視覺技術》，《虛擬儀器技術》等兩門課程，可以更好地配合工業機器人的人機協作——智能化，實現信息采集的數據化。

3.2 通信傳輸網絡化

隨著工業機器人設備和配套的傳感器、伺服器、執行器等不斷增加，基于工業互聯網的現場控制及網絡應用需求越來越多。一方面，在生產現場工業互聯網可以使各種單個的分散的機器人設備相互通信和協作。另一方面，工業互聯網實現數據的遠程管理和共享。

“物聯網技術”的核心和基礎仍然是“互聯網技術”，是在互聯網技術基礎上的延伸和擴展的一種網絡技術，按約定的協議，將任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、追蹤、監控和管理的一種網絡技術。

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，用于實現對其他設備的控制、監視或管理等功能。為實現我國先進制造企業兩化深度融合，綜合這兩種技術的特點，在傳統的《單片機應用系統設計與調試》課程的基礎上增加《物聯網技術》，《嵌入式系統開發》等兩門課程，有力地配合工業機器人的人機協作——智能化，實現通信傳輸網絡化。

3.3 終端應用移動化

在工業控制中，PC機通常用來對執行機構的控制與數據處理等問題。隨著智能手機和iPad等移動終端設備的普及，人們逐漸習慣了使用移動客戶端上網的方式。Android系統是Google公司開發的免費開源的智能系統，目前主要應用于智能手機和上網本等系統終端。Android系統的高級編程語言——Java是當今世界上廣泛流行的免費開源面向對象的代碼平臺，控制終端移動化使得操作更方便，實用性更強。

而設計界面友好，功能強大的移動APP就需要學生具備相關的知識，從而實現移動終端發送功能指令、接收應答數據，并實時顯示通信過程。結合這種趨勢特點，在傳統的《C#高級語言設計與應用》課程的基礎上增加了《JAVA編程基礎》，《android開發》等兩門課程，很好地配合工業機器人的人機協作——智能化，實現控制終端移動化。

通過對信息采集數據化，通信傳輸網絡化以及終端應用移動化的認識，并對課程設置做相應的變革調整，課程注重實踐，理實一體教學，采用實訓室授課，吸引學生興趣，讓學生快樂地學習。電子專業的學生一定也能夠在工業機器人的時代找到一個自己的著力點，能夠更好地適應時代的變革與發展[4]。

4 電子專業在“人機協作”背景下人才培養的三點反思

4.1 師資培訓常態化

高職教育兼有教育和職業雙重特性，其職業特性決定了其與社會經濟發展密切相關，因此，高職教育的社會服務功能總是隨著社會經濟發展而發展。教學的主體是教師，教師教學水平的提升是極其重要的，怎樣將學校所學與企業生產實際相結合，是非常重要的一個環節，常態化師資培訓，綜合利用學校資源，并結合教師自身的特點和特色，積極通過多渠道、多途徑來提升教師的教學水平變得尤為重要。

高職院校師資隊伍只有與區域經濟產業發展動態對接，才能發揮其職業人才培養的教育功能。學校教師走出去，增加教師的企業實踐經驗；行業專家走進來，定期參與技術交流，專兼結合，聯合育人，相互合作。只有努力提高團隊教師指導實踐教學能力，提高專業課程教學質量才能不斷提升自身可持續發展能力并適應人才培養要求。

4.2 學生培養社團化

隨著“機器換人”的進程推進，傳統培養某一專門崗位技能的高職教育人才培養規格已經不適應社會經濟發展的需要。高職學生教育應該更加注重培養一專多精、具有寬泛專業知識的“復合型”技術技能人才，以與社會需求有效對接，避免工作崗位被機器替代而失業。

因此學生的培養要結合“現代學徒制”，進行社團化培養。這樣能夠依靠團隊的力量，更好地將學生的師傅從“一個”變成“多個”，幫助學生提升自身接受新事物、快速更新，掌握新知識的能力，讓學生具備可持續發展的職業能力。即便將來工作一旦被自動化設備所替代，只要接受再培訓，快速學習新知識，也能夠盡早實現再就業。

4.3 工程應用現場化

在“機器換人”引發工業機器人應用領域人才短缺的情況下，高職院校要充分發揮其社會服務功能，為區域經濟發展培養高素質的技能人才。要進行相關人才培養，其中一個重要環節、就是要進行相關實訓室的建設，采用現場化的實際教學，增強學生的工程應用能力。有些設備的價格相對合適，學校可以模擬企業的生產工作環境，將課堂打造成實際的工作情境，通過現場化的情境教學，讓學生更能夠實實在在地感受到學有所用，用有所地。

但是高職院校自身購買能力又十分有限，有些相關設備價格昂貴而要解決這個難題，必須建立產學研合作平臺并依托地方企業的人力、物力和財力等便利條件，探索基于“互聯網+”的教學新手段，企業專家實地現場授課，解決學生遠程學習大型和較昂貴的設備的難題，同時要實現遠程考核，提高學生實際工程應用的能力[5]。

社會經濟信息化和智能化程度不斷提升，高職教育社會服務功能也要與時俱進、人才培養思路要不斷拓展，以適應區域經濟新形勢的需求以提升自身社會價值，保證自身可持續發展，并與社會發展需求有效對接，盡快提升人才工程實際應用的培養規格[6]。

5 結論

21世紀是人工智能的新紀元，智能制造成為傳統制造業轉型升級、高端裝備制造業走出去及降低企業運營成本的必由之路，機器人及智能裝備制造產業將享用前所未有的發展機遇。機器人編程、生產線維護、修理等需要大批專業技術技能人才，電子專業應該有效利用自身優質資源，合理進行課程設置改革，反思人才培養進而拓寬本專業人才就業市場，實現人才培養與企業需求良好對接。

參考文獻：

[1]張萍，沈燦鋼.“機器換人”背景下高職教育發展面臨的挑戰與應對[J].機械職業教育，2018（09）：11-14.

[2]王壽斌.“機器換人”：總有一些機會屬于職業教育[J].江蘇教育，2016（36）：35-36.

[3]李敏.智能制造背景下高職人才培養研究[J].烏魯木齊職業大學學報，2018（02）：61-64.

[4]周俊嫵.高等職業教育教學團隊師資隊伍建設芻議[J].人才資源開發，2018（22）：47-48.

[5]趙明安.高職教育師資隊伍建設若干問題的思考[J].武漢船舶職業技術學院學報，2010（02）：64-67+70.

[6]李佳忱，劉紹龍.高職工業機器人技術專業人才培養創新研究[J].教育教學論壇，2018（13）：252-253.

基金項目：1、2016年江蘇高校哲學社會科學研究課題《以工業機器人等先進自動化技術促進蘇南制造業轉型升級緩解招工難》，項目編號：2016SJD790020。

2、江蘇省教育科學十三五規劃課題重點課題名稱《中外合作國際職業資格認證背景下高職自動化專業技術技能人才培養的實踐與研究》，課題批準號：C-b/2016/03/18。

作者簡介：談敏（1980-），女，江蘇常州人，碩士，講師，研究方向：電子技術應用與嵌入式控制技術。