基于智能制造的教育部工業機器人開放式公共實訓基地研究

劉澤祥，張 斌，李衛民，盧 意

（泰州職業技術學院，江蘇泰州225300）

0 引言

新的一輪技術革命正在席卷而來，大數據、云計算、物聯網、人工智能等新興技術大量涌現，這為智能制造提供了很好的基礎，智能制造的發展也成為工業發達國家的主要競爭領域。德國、美國等發達國家都已在先進制造技術方面進行了全方位研究和戰略布局，具有明顯的優勢［1-2］。在人口紅利缺失，勞動力成本不斷攀升的背景下，2015年5月國家發布《中國制造2025》，以推進智能制造為制造業重要發展方向，構建以智能制造為重點的新興制造體系。為響應國家制造業發展戰略，培養智能制造技術人才，國內高校圍繞智能制造裝備、智能制造技術等開展了多方面的研究和人才培養。部分院校建立了智能制造學院，智能制造相關專業也如雨后春筍般涌現，而工業機器人作為智能制造的執行終端，在智能制造領域是不可或缺的，工業機器人技術研究、應用研究領域人才在未來10年缺口極大。國內高職院校將人才培養定位在工業機器人應用領域，開設了工業機器人技術專業。2019年，全國職業院校新增工業機器人技術專業89家，目前共有594所高職院校開設了工業機器人技術專業，其中還不包括將工業機器人技術專業作為機電一體化技術、電氣自動化技術等傳統專業的一個分支方向的高職院校［3］。為促進職業院校相關專業創新技術技能人才培養模式，提高專業內涵建設水平，提升教師科研及技術服務能力，2016年6月，學院開展教育部工業機器人領域職業教育合作項目，成為全國15個教育部工業機器人開放式公共實訓基地之一［4］。本文結合項目建設內容與成果，探討智能制造背景下工業機器人技術專業的建設思路。

1 建設工業機器人開放式公共實訓基地的必要性

泰州職業技術學院是一所市屬高職院校，學校自開辦以來，以服務地方經濟、為地區培養高素質技能人才為己任。在泰州地區，使用工業機器人的規模企業越來越多，使用工業機器人的企業數百家，可勝科技（泰州）有限公司2015年ABB工業機器人2 000臺，到2018年，企業共投入工業機器人12 000臺，其中ABB工業機器人8 000臺。更多的中小型企業正在著手或計劃進行應用工業機器人進行生產線的智能化改造，泰州地區急需一大批工業機器人技術技能型人才。但是由于區域位置的限制，泰州本地企業對高技能人才的吸引力不強，造成本地企業無法招聘到適合的智能制造高技能人才，這就急需建設一個工業機器人產教融合實訓平臺，為本地企業培養、培訓急需人才。

2 建設工業機器人開放式公共實訓基地所取得的主要成效

學院于2016年開設工業機器人專業，開始工業機器人實訓室的建設，借助工業機器人開放式公共實訓基地這一“春風”，學院規劃了實訓室建設內容，包含工業機器人基礎認知實訓室、工業機器人虛擬仿真實訓室、工業機器人基礎操作實訓室、工業機器人基礎操作實訓室、工業機器人工藝應用實訓室、智能制造綜合應用實訓室以及機器人創客空間等，并于2018年12月基地通過驗收，圍繞基地建設及運行，開展了一系列教學活動與人才培養方案優化、全國職業院校工業機器人專業師資培訓、產教融合，極大地提高了學院知名度以及師資隊伍，更好地服務學生、服務泰州經濟，取得了很好的社會效應［5］。

2.1 基于開放式公共實訓基地，實現專業群人才培養的優化提升

目前，在本科院校、高職院校相繼成立了智能制造學院，與智能制造相關的專業建設也已經啟動，與智能制造相關的大數據、物聯網等新興專業也已誕生。因此，打破傳統專業的設置界線，結合智能制造相關技術，借助智能制造企業進行傳統專業的轉型升級，培養跨學科復合型人才勢在必行［6］。

企業智能制造的第一步就是“機器人換人”，實現企業的“無人化”工廠，生產過程中簡單重復性的崗位逐漸為工業機器人所替代。為了更好地適應未來產業結構調整、工作崗位的變化，學院針對“中國制造2025”之智能制造，聚焦智能制造核心崗位，將高職院校機電裝備制造專業群技術人才培養定位在“智能制造設備設計、加工、裝調、操作、維護、系統集成及應用”，立足專業群平臺，結合合作企業需求，以傳統專業為基礎，對專業進行重新布局，提出“工業機器人技術+傳統專業技術”專業建設方案，對傳統專業的人才培養方案、課程設置、實訓等方面進行了基于智能制造技術的優化調整，如圖1所示，工業機器人作為先進生產工具，圍繞智能制造新技術逐步進行傳統專業升級，以適應未來智能制造技術發展的要求，提出“專業能力+專業拓展能力+通用能力”的培養模式。專業能力將作為傳統專業的一種基本能力，根據崗位工作任務的需求，培養應對高端裝備的操作、維護、集成應用等方面的能力；通用能力泛指培養學生的職業素養、創新、溝通、協作等方面的能力；而專業拓展能力，將作為一種競爭核心能力，在未來職業競爭中具有顯著優勢的能力。因此，根據智能制造相關技術，結合傳統專業就業特點，將工業機器人技術相關課程納入新的課程體系和培養方案，為職業發展打下基礎。

依托工業機器人開放式公共實訓基地，學院加強教學資源和實訓教材的開發，面向工業機器人技術專業的學生，開設“工業機器人技術基礎”“工業機器人現場編程”“工業機器人離線編程與仿真”“工業機器人工藝應用”“工業機器人系統集成與應用”等教學做一體化實訓課程，使學生除了具備工業機器人基礎知識、基本操作與編程能力外，側重提高學生的工業機器人系統集成能力，滿足高素質人才培養要求。面向機電一體化專業、數控技術專業、電氣自動化專業所有學生，結合基地現有設備量身打造了“工業機器人技術及應用”教學做一體化實訓課程，課程內容涉及工業機器人基礎、虛擬仿真與離線編程、機器人基本操作等內容，使學生熟知工業機器人基本原理、結構、掌握工業機器人的基本操作及編程，適應未來智能制造技術、工業機器人技術應用要求。

圖1 基于工業機器人開放式公共實訓基地，提升專業群各專業技能培養內容

2.2 基于開放式公共實訓基地，建立智能制造產教研融合實踐平臺

基于教育部工業機器人開放式公共實訓基地，成功申報了江蘇省智能制造產教融合實訓平臺，拓展了更多的合作企業資源，實現了深度校企合作模式，建設智能技術促進中心，建立了校中廠、智能制造產業學院，學生在校期間積極參與企業項目，參加以企業為主導的各類培訓，提升了專業技能，拓展了知識面，與建立廠中校相比，學生通過頂崗實習等方式深入企業實踐，將理論與實踐相結合，極大地提升了專業技能，拓展了視野，同時校企緊密合作，共同開發教學資源，提升師資團隊能力，形成了智能制造產教融合實踐平臺，如圖2所示，為培養復合型技能人才打下良好的基礎。

圖2 智能制造產教融合實踐平臺

基于智能制造產教融合實踐平臺，學院建立了豐富的教學資源庫、虛擬仿真網絡實訓平臺、教學就創業平臺和創客空間等，成了全國職業院校工業機器人師資培養基地、ABB/新時代工業機器人應用研發中心以及ABB工業機器人工程師認證中心，實現了從基本技能培養、專項技能培養到復合技能培養的復合型人才培養模式。

基于智能制造產教融合實踐平臺，優化了學院課程體系，提升了師資團隊能力，豐富了師資團隊成果，為高端技能人才的培養探索提供了基礎，卓越人才班的改革，高效地開展了技能競賽，有效地開展了科研、教研和科技服務等工作，在社會服務、人員培訓、校-校對接合作等方面，取得了較好的成效。以企業真實

項目推進基地建設，其作用表現在以下幾點。（1）校企合作開發特色課程。

根據區域產業需求，合理設置工業機器人及智能制造模塊課程群，在課程教學內容選取上堅持課程項目“來源企業、服務教學”，充分利用企業的真實工程案例，輔以各類教學方法，重構教學內容，提高教學效果。由校企共同制訂課程標準、共同完成教材的編寫和教學項目實施，同時加強骨干教師專業技能、職教理念的培訓，鼓勵教師深入行業企業一線，及時將新知識、新技術、新工藝、新方法融入傳統課程教學內容，積極開展項目化特色教材建設，以優質核心課程建設為龍頭，帶動項目化特色教材建設。項目開展以來，與企業共同開發3門項目化特色課程：“工業機器人應用基礎-基于KUKA機器人”“工業機器人系統集成與應用”“工業機器人虛擬仿真與離線編程”。

（2）校企共同開發教學資源。

校企共同組建教學資源開發團隊，校企共同開發包括工業機器人基礎教材、實訓教材、PPT、視頻、微課、三維模型、三維虛擬仿真動畫、圖片等教學資源，將數字“碎片化”資源與教學知識技能點有機整合為一體，豐富教學素材，更新虛擬仿真實訓平臺，滿足教與學的新要求。

通過校企共同開發相關資源，案例的選取、內容的安排等方面都得到了優化，所編著的教材和資源具有以下特點：

①主題鮮明，內容豐富，知識點突出，真實案例與教學方法相結合，通過真實的案例讓學生從枯燥乏味的書本中解放出來，增強了學生學習的主動性及探究性。

②以企業真實案例為項目內容，少去了一些冗余的知識，使得教學內容精簡，典型案例化的教與學情景，使學生們能夠快速掌握專業知識，有效地完成學習任務。

③校企聯合開發教材的編寫，教學資源的準備，規范了學生在實訓中的各種操作要領，枯草知識案例化，使學生能夠通俗易懂地掌握專業知識，理解技能操作的步驟和要領。

④企業工程師根據實際工廠作業特點，準備素材和習題，能夠使學生幫助學生查漏補缺，有效地提升學習水平，高效地掌握知識點和技能。

⑤真實案例豐富，為工業機器人離線編程與仿真準備了大量的素材，使學生在課余時間有目的、有思路地進行建模、工作站布局、仿真和離線編程等方面的學習。

（3）提升師資團隊能力和社會服務能力。

依托智能制造產教融合實踐平臺，建設專業的教學團隊，教師參與企業項目，提升實踐能力和教學能力，同時聘請行業企業專家10名擔任兼職教師。專業團隊建設成效明顯，在項目申報、教學團隊培養、教學成果、科研服務等方面都取得了一定的成果。

適應區域高端裝備制造業產業需要，依托智能制造產教融合實踐平臺，江蘇省及周邊地區的企業、培訓機構、社會團體提供工業機器人應用技術相關的專業技能培訓。為泰州地區高端裝備制造業的設備維護及設備智能化改造提供技術服務，重點為企業開展工業機器人應用技術服務、生產線智能化改造、產品研發等技術服務，幫助企業解決技術難題，推動校企合作辦學、合作育人、合作發展。充分利用學院的智力資源和門類齊全、技術先進的各種儀器設備，使實訓平臺成為科技成果轉化基地，技術推廣、技術服務、技術咨詢基地。

3 結語

為期2年的教育部工業機器人開放式公共實訓基地建設已經完成，并于2018年12月1日順利通過答辯驗收。通過這個項目，學院無論在硬件還是軟件方面都得到了很大的提升，主要表現在以下幾點：

（1）通過簽約大會、全國職業院校工業機器人技術專業骨干教師培訓等方式，擴大了我校在國內的影響力，拓展了更多的合作資源，基地將成為ABB機器人專業講師認證中心。

（2）開設了工業機器人技術的相關專業課程，優化了專業群的課程體系，豐富了課程資源，進行了“工業機器人技術+傳統專業”的升級，實現專業群人才培養的優化提升。

（3）基于教育部工業機器人開放式公共實訓基地產教融合建立的智能制造產教融合實踐平臺，共同開發教學資源，提升了學院師資團隊能力，豐富了師資團隊成果，有效地開展了科研、教研和科技服務等工作。

總結過去方能更好地展望未來。基于現有的成果，繼續挖掘其中的潛能，有關建議主要有以下幾點：

（1）更好地發揮基地的作用，加強教學資源的開發，更好地服務于教學。

（2）加強師資團隊建設，提高行業影響力，爭取更多的優秀資源，以滿足基地后期建設。

（3）加強校企合作，借助企業設備，加強工業機器人技術多方位教學，豐富教學資源，加強社會培訓和技術服務工作，解決企業真實需求，打響“泰州市機器人公共技術服務平臺”。