應(yīng)用技術(shù)大學(xué)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)探索與實(shí)踐

郭宇超 陳雷 李媛媛

摘? 要 闡述應(yīng)用技術(shù)大學(xué)機(jī)器人工程專業(yè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的整體思考，從整體布局規(guī)劃到各訓(xùn)練區(qū)功能設(shè)計(jì)，以人才培養(yǎng)方案中的實(shí)踐教學(xué)作為支撐點(diǎn)，搭建與生產(chǎn)實(shí)際相接軌的設(shè)備資源，構(gòu)建具有綜合性理念的頂層設(shè)計(jì)規(guī)劃方案及軟硬件條件兼容的建設(shè)新模式。

關(guān)鍵詞 應(yīng)用技術(shù)大學(xué);實(shí)訓(xùn)基地;機(jī)器人工程

中圖分類號：G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）22-0132-03

Exploration and Practice on Construction of Practical Training Base in Applied Technology University//GUO Yuchao， CHEN Lei，

LI Yuanyuan

Abstract This paper expounds the overall thinking of the construc-tion of the training base of robot engineering specialty in applied technology university. From the overall layout planning to the func-tional design of each training area， the practical teaching in the talenttraining scheme is taken as the support point， and the equipment resources that are in line with the actual production are built， and the?top-level design planning scheme with comprehensive concept and the construction new construction with compatible software and hardware conditions are constructed pattern.

Key words applied technology university; training base; robot engi-neering

1 引言

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著我國社會主義市場經(jīng)濟(jì)和社會組織多元化的不斷發(fā)展，高等教育進(jìn)入跨越式發(fā)展階段[1]。2002年，我國高等教育邁入大眾化進(jìn)程，高級技師、工程師等高素質(zhì)高層次人才成為社會急需的人才[2]。應(yīng)用技術(shù)大學(xué)作為國家培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重點(diǎn)輸送環(huán)節(jié)，在整個人才就業(yè)體系中具有承上啟下的作用。隨著“中國制造2025”等一系列國家重大戰(zhàn)略部署的提出和實(shí)施，新時(shí)代、新形勢下對應(yīng)用型、復(fù)合型人才的需求和培養(yǎng)面臨巨大的挑戰(zhàn)與抉擇。應(yīng)用型本科教育作為高等教育體系中的重要環(huán)節(jié)，是一種技術(shù)專業(yè)型教育。對于工科類專業(yè)來說，它培養(yǎng)的是具有技術(shù)創(chuàng)新意識、專業(yè)基礎(chǔ)理論扎實(shí)、實(shí)踐動手能力強(qiáng)、崗位適應(yīng)能力快、面向企業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用型工程師，能夠解決和處理生產(chǎn)實(shí)踐中的技術(shù)問題，因此，實(shí)踐能力的培養(yǎng)是學(xué)校人才培養(yǎng)方案的重點(diǎn)。

實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地是高等教育培養(yǎng)實(shí)踐能力的重要平臺，主要以校外實(shí)習(xí)基地和校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行劃分。校外實(shí)習(xí)基地主要承擔(dān)認(rèn)識實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)任務(wù)，校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地主要承擔(dān)校內(nèi)集中性實(shí)踐環(huán)節(jié)的課程任務(wù);前者主要依托企業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境和特點(diǎn)，后者更側(cè)重課程體系中的知識點(diǎn)總結(jié)和動手操作。兩者都是人才培養(yǎng)方案中實(shí)踐教學(xué)體系的重要組成部分，也是學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地作為應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要場所，一方面可以加強(qiáng)雙師型教師的培養(yǎng)，另一方面為專業(yè)技術(shù)開發(fā)和培訓(xùn)應(yīng)用等進(jìn)行資源配置。黑龍江東方學(xué)院機(jī)器人工程專業(yè)于2017年獲批教育部普通高等學(xué)校新增備案本科專業(yè)，2018年正式招收該專業(yè)本科生，在發(fā)揮自身辦學(xué)優(yōu)勢的同時(shí)，先后與哈爾濱展達(dá)機(jī)器人有限公司、蕪湖哈特機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司達(dá)成校企合作專業(yè)共建協(xié)議，積極推動機(jī)器人工程專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)。

結(jié)合國家教育部門對本科教學(xué)人才培養(yǎng)體系的指標(biāo)要求，同時(shí)依據(jù)應(yīng)用技術(shù)大學(xué)自身辦學(xué)定位的特點(diǎn)，首先確定機(jī)器人工程專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)，然后制訂新修訂的專業(yè)人才培養(yǎng)方案。為滿足人才培養(yǎng)方案中實(shí)踐教學(xué)體系的實(shí)施，實(shí)踐教學(xué)資源需配置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室或校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地，特此制訂機(jī)器人工程專業(yè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)方案，以滿足正常教學(xué)使用。關(guān)于校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)方案的提出，已充分體現(xiàn)機(jī)器人工程專業(yè)未來發(fā)展趨勢與應(yīng)用動向，已考慮工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中的特點(diǎn)和種類，覆蓋內(nèi)容較全面。以提高學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)和實(shí)踐能力為目標(biāo)，以就業(yè)和崗位適應(yīng)性為導(dǎo)向，結(jié)合人才培養(yǎng)方案與硬件設(shè)施的匹配開展基地建設(shè)工作，將實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)成包含實(shí)訓(xùn)設(shè)備、虛擬仿真、離線編程、創(chuàng)新訓(xùn)練和師資培訓(xùn)等五大類教學(xué)資源的校內(nèi)實(shí)踐基地。

2 建設(shè)規(guī)劃方案

校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，解決方案以“工業(yè)4.0”為背景，緊貼“中國制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略，結(jié)合當(dāng)前最前沿的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，為學(xué)校搭建一個培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型人才的平臺，同時(shí)為工業(yè)機(jī)器人技術(shù)推廣和發(fā)展提供一個展示舞臺，推進(jìn)區(qū)域制造業(yè)向智能化改革的步伐[3]。

整體布局規(guī)劃? 機(jī)器人校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地總體建設(shè)面積約1000 m2，分布在第一教學(xué)樓的四個250 m2房間，以工業(yè)機(jī)器人為主線，按教學(xué)模塊劃分，包括基礎(chǔ)訓(xùn)練區(qū)、機(jī)器人訓(xùn)練區(qū)、工業(yè)機(jī)器人綜合訓(xùn)練區(qū)、創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練區(qū)，具體布局情況如圖1～圖4所示。四部分區(qū)域既相互區(qū)分又相互聯(lián)系，由淺入深，由單機(jī)訓(xùn)練到系統(tǒng)集成，由教學(xué)機(jī)器人到工業(yè)機(jī)器人，由實(shí)訓(xùn)平臺模擬到實(shí)際工況應(yīng)用。其知識結(jié)構(gòu)具有連續(xù)性，讓學(xué)生逐步掌握機(jī)器人技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場應(yīng)用與操作、工業(yè)控制與運(yùn)動控制等機(jī)器人實(shí)用技術(shù)，在掌握機(jī)器人高級技術(shù)應(yīng)用的同時(shí)，訓(xùn)練學(xué)生的動手操作能力和故障檢測維護(hù)能力。

基礎(chǔ)訓(xùn)練區(qū)? 本區(qū)域主要布局三類實(shí)訓(xùn)設(shè)備，即機(jī)電系統(tǒng)連接與控制實(shí)訓(xùn)平臺、雙軸控制實(shí)訓(xùn)平臺、機(jī)器人關(guān)節(jié)和驅(qū)動器實(shí)訓(xùn)平臺，如圖1所示。通過專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對理論知識的理解通過實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行反饋，主要針對機(jī)電類相關(guān)的課程開設(shè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。按照現(xiàn)有班級人數(shù)分布情況，每種設(shè)備五臺套，平均每臺安排4～5名學(xué)生實(shí)行小班授課，同一區(qū)域每次只設(shè)置一門實(shí)訓(xùn)，避免相互影響，提高實(shí)訓(xùn)質(zhì)量。

1）機(jī)電系統(tǒng)連接與控制實(shí)訓(xùn)平臺。本單元主要包括交流伺服電機(jī)及驅(qū)動單元、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動單元、直流電機(jī)及調(diào)速單元、交流電機(jī)及變頻器、觸摸屏、PLC控件等。

2）雙軸控制實(shí)訓(xùn)平臺。本單元采用CNC模塊控制器、XY軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)、Z軸升降氣缸、手指氣缸、軌跡描繪機(jī)構(gòu)、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器、編程軟件等部分組成。系統(tǒng)具有CNC控制器指令編程、雙軸定位運(yùn)動控制、直線插補(bǔ)技術(shù)應(yīng)用、圓弧插補(bǔ)技術(shù)應(yīng)用、簡單物料搬運(yùn)功能等。

3）機(jī)器人關(guān)節(jié)和驅(qū)動器實(shí)訓(xùn)平臺。本單元采用多個串聯(lián)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)模塊、控制軟件、氣動手爪及附件等組成。通過電腦控制機(jī)器人的運(yùn)動，讓學(xué)生直觀地了解機(jī)器人的運(yùn)動方式以及控制指令，同時(shí)可以進(jìn)行二次開發(fā)。

機(jī)器人訓(xùn)練區(qū)? 本區(qū)域主要布局四類實(shí)訓(xùn)設(shè)備，分別是品牌機(jī)器人示教實(shí)訓(xùn)平臺、VR機(jī)器人虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺、機(jī)器人離線編程實(shí)訓(xùn)、機(jī)器人拆裝平臺，如圖2所示。機(jī)器人訓(xùn)練區(qū)主要為機(jī)器人認(rèn)識和操作實(shí)訓(xùn)開展集中性實(shí)訓(xùn)課程，每人實(shí)訓(xùn)學(xué)時(shí)為兩周，從虛擬到真實(shí)過度，循序漸進(jìn)，讓學(xué)生充分了解機(jī)器人的應(yīng)用。ABB和KUKA是世界使用占比最大的機(jī)器人，讓學(xué)生熟悉此類機(jī)器人的功能情況，掌握生產(chǎn)中常用的示教方法和編程模式，開闊視野，與生產(chǎn)實(shí)際接軌。VR機(jī)器人虛擬仿真和機(jī)器人離線編程實(shí)訓(xùn)平臺，通過VR設(shè)備和計(jì)算機(jī)輔助軟件的運(yùn)用，一方面提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面緩解設(shè)備資源數(shù)量不足的情況。同時(shí)，虛擬軟件與機(jī)器人拆裝平臺是配對使用，虛實(shí)結(jié)合，每個結(jié)構(gòu)均可拆裝，使學(xué)生更深入了解機(jī)器人內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)，鍛煉學(xué)生動手和裝配機(jī)器人零部件的能力。

工業(yè)機(jī)器人綜合訓(xùn)練區(qū)? 本區(qū)域主要布局六類實(shí)訓(xùn)設(shè)備，包括工業(yè)機(jī)器人焊接工作站、工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)工作站、工業(yè)機(jī)器人沖壓工作站、工業(yè)機(jī)器人視覺分揀工作站、AGV尋跡模塊和自動化生產(chǎn)線模塊，如圖3所示。各類型工作站覆蓋了常見工業(yè)機(jī)器人的類型，如六自由度關(guān)節(jié)臺面型、六自由度關(guān)節(jié)落地型、并聯(lián)機(jī)器人和SCARA機(jī)器人。同時(shí)，針對生產(chǎn)制造中工業(yè)機(jī)器人常見的工作類型進(jìn)行普及，如搬運(yùn)碼垛、氣體保護(hù)焊接、沖壓、快速分揀和自動化流水線等。

1）工業(yè)機(jī)器人焊接工作站，主要由六軸機(jī)器人、焊機(jī)、送絲裝置、焊槍、清槍站等組成。設(shè)備融合了工業(yè)機(jī)器人與自動焊接等先進(jìn)的自動化技術(shù)于一體，采用大型鋼板落地式結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生了解工業(yè)串聯(lián)弧焊機(jī)器人的結(jié)構(gòu)原理，熟悉機(jī)器人自動焊接（弧焊）工藝，掌握弧焊工業(yè)機(jī)器人的編程操作和日常維護(hù)作業(yè)的基本技巧與方法。

2）工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)工作站，主要由六自由度工業(yè)機(jī)器人、裝配物料臺、電氣控制柜、安全護(hù)欄等組成，可完成工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的認(rèn)知、示教系統(tǒng)的控制模式和常用搬運(yùn)作業(yè)工具的使用，實(shí)現(xiàn)零件的搬運(yùn)、碼垛、裝配等操作。

3）工業(yè)機(jī)器人視覺分揀工作站，主要由并聯(lián)機(jī)器人、雙皮帶輸送線、機(jī)器視覺等組成，融合了工業(yè)機(jī)器人與機(jī)器視覺等先進(jìn)技術(shù)于一體，體現(xiàn)了機(jī)器人的分揀和視覺定位跟蹤技術(shù)，把物料無序隨機(jī)地放置到輸送帶上，機(jī)器人能夠準(zhǔn)確抓取工件，進(jìn)行正確擺放。讓學(xué)生了解視覺機(jī)器的設(shè)置模式，掌握系統(tǒng)中出現(xiàn)故障問題進(jìn)行診斷處理的方法。

4）自動化生產(chǎn)線模塊。系統(tǒng)可進(jìn)行自動上料、識別、分揀、抓取、裝配等功能，是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的深度結(jié)合，可以清楚掌握生產(chǎn)的可控性，實(shí)時(shí)正確地搜集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)以及進(jìn)行合理的生產(chǎn)計(jì)劃編排等。

創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練區(qū)? 本訓(xùn)練區(qū)主要是為機(jī)器人工程專業(yè)學(xué)生參加課外科技創(chuàng)新競賽搭建的互動平臺，通過每學(xué)年組織的學(xué)生科技創(chuàng)新作品申報(bào)項(xiàng)目，經(jīng)過專家評審批準(zhǔn)的給予經(jīng)費(fèi)資助，同時(shí)為積極參加省級以上項(xiàng)目做準(zhǔn)備。場地布局主要包括工具柜、設(shè)備臺以及作品展柜等，對于有特殊要求的競賽或項(xiàng)目，也可以搭建臨時(shí)模擬賽場，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，為學(xué)生創(chuàng)造一個實(shí)用、好用、管用的實(shí)訓(xùn)環(huán)境，如圖4所示。

3 達(dá)成效果

機(jī)器人工程專業(yè)校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地在經(jīng)過前提充分調(diào)研與論證后，于2019年完成整體建設(shè)工作，按照規(guī)劃和設(shè)想的方案，建成四個訓(xùn)練區(qū)，實(shí)訓(xùn)基地現(xiàn)場如圖5所示。同時(shí)，按照新版人才培養(yǎng)方案指南，先后完成機(jī)器人工程專業(yè)兩個年級的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)任務(wù)，課堂效果顯著，學(xué)生滿足度極高。

4 結(jié)語

新工科背景下的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)，以應(yīng)用技術(shù)大學(xué)機(jī)器人工程專業(yè)為實(shí)例開展建設(shè)，依托人才培養(yǎng)方案中的實(shí)踐教學(xué)作為支撐點(diǎn)，搭建與生產(chǎn)實(shí)際相接軌的設(shè)備資源，進(jìn)一步契合國家創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，保持其在人才培養(yǎng)、社會服務(wù)中的先進(jìn)性、示范性和可持續(xù)發(fā)展，在多學(xué)科交叉融合及優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享等方面作了前瞻性規(guī)劃與設(shè)計(jì)，并付諸實(shí)施，構(gòu)建了綜合性頂層設(shè)計(jì)方案及軟硬件條件支持的可持續(xù)發(fā)展的建設(shè)新模式，并取得較好的建設(shè)成效[4]。■

參考文獻(xiàn)

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