焊接機器人職業技能培訓鑒定教材的研究與開發

黃春榕，黃瑞生，黃棟，方乃文，李波，孫明輝

1.福建省特種設備檢驗研究院 福建福州 350028

2.哈爾濱焊接研究院有限公司 黑龍江哈爾濱 150028

1 焊接機器人職業技能教材開發背景

1.1 焊接機器人產業與技術

目前，高質量發展帶來的制造業深刻變革正全面改變我國的產業結構和生產方式[1，2]。但是，國內焊接機器人專業人才缺口巨大，據統計2020年國內焊接機器人專業人才缺口將近150萬人[3]。同時，焊接機器人職業技能培養體系還在起步階段，焊接機器人職業人才標準體系尚需進一步完善，相關培訓和鑒定教材等教學體系還不完備，這些都是制約焊接機器人技能人才培養的重要因素。因此，如何建立完善焊接機器人職業技能培訓體系、加強技能人才鑒定考核工作是當前我國焊接機器人教育亟待解決的關鍵問題。

1.2 焊接機器人職業技能教材開發意義

2018年，中國焊接協會牽頭起草的《國家職業技能標準——焊工》正式發布，該標準將焊接機器人的相關技能要求進行了明確。但是，焊接機器人職業技能體系中具體的培訓內容、方法以及考核標準等還亟待進一步完善。特別是職業技能培養的教學體系、質量標準和考評體系的不完善，讓相關職業院校、培訓機構在人才培養及能力評定等方面缺乏科學的參照和依據，從而導致技能人才培養質量參差不齊。因此，焊接機器人職業技能培訓和鑒定教材的開發，能夠大力推動焊接機器人職業教育的用人、育人、考核及保障4個環節標準化工作[4-6]，發揮教材在焊接機器人職業教育質量提升中的重要意義。

1.3 焊接機器人職業技能培訓教材編寫背景

由于我國在焊接機器人應用技術方面起步較晚，所以在焊接機器人技術與應用方面的教學資源十分匱乏[7]。大多數焊接教材面向非職業教育，內容也只是技術資料的整合，涉及面較為寬泛，針對性不強，特別是對理論要求高，實操要求少，不適用于職業技能教育。另外，很多教材技術內容與行業最新技術水平相比較為滯后，培訓人員在進入企業后無法直接上崗操作，還需經過企業再次培訓。因此，中國焊接協會同中國勞動社會保障出版社，依托協會在焊接產業領域的技術優勢和技能人才培養經驗，研究開發了與產業需求對接，與行業標準和企業實際融合，適用教學實踐活動的職業技能教材。

2 焊接機器人培訓教材主要內容

2.1 開發依據

本教材以《國家職業技能標準——焊工》（2018版）為依據，以“職業活動為導向、職業技能為核心”作為指導思想，對各等級的焊接機器人操作工的職業活動內容所涉及的技能和理論知識水平進行規范細致編寫。

2.2 教學培訓體系

本教材依據《國家職業技能標準——焊工》有關規定將焊工職業分為：初級工、中級工、高級工、技師和高級技師5個等級，根據職業等級、技能要求和相關知識要求依次遞進。以弧焊機器人為例，初級工需掌握機器人示教盒的簡單操作，對機器人機型簡單控制操作，能夠選擇坐標系，根據工作需求移動機器人末端到達指定位置，并保持正確姿態。中級工則能運用各類指令編制機器人弧焊工作程序，能分析并進行單層單道平焊位置對接、搭接、角接焊縫的機器人弧焊示教編程。高級工則能夠進行高級編程（運用變量進行編程），并能夠完成復雜工藝的焊接（多層多道焊焊接示教編程）。

2.3 注重實例的培訓內容

焊接機器人不僅是工業機器人和焊接系統的結合，也是從設計、工藝、流程等多個維度開展的焊接技術重構，技能要求更加注重實踐。若將工業機器人尤其是“機器人學”的相關教材生搬硬套，則難以達到良好的焊接機器人培訓效果，與社會需求也偏離。教材采用點面結合、理論聯系實際的方法，通過機器人焊接實例深化學員對于技能要求的理解與應用。例如：以KUKA點焊機器人操作培訓為例，伺服焊鉗在點焊過程中有時需要進行工具零點標定，標定過程在教材中是通過逐步教學的方式進行的，如圖1所示。操作實施步驟為：選擇零點標定（在示教器中選擇千分尺，開始伺服焊鉗的零點標定）→移動機器人（將機器人移動至安全位置，保證伺服焊鉗不會與周邊物體發生碰撞）→外部軸（伺服焊鉗）閉合（通過示教器對伺服焊鉗進行閉合能夠重新獲取伺服焊鉗零點位置）→外部軸校準調零（將當前位置保存為零點位置）。

圖1 零點標定過程

3 教材特色

3.1 實操性強

焊接機器人職業技能培訓和教材不多，特別是存在實踐性不足、實操性不強的問題。本教材從開發之初就著重圍繞實踐要求，務求與生產一線相結合，運用大量生產過程常見的焊接場景作為培訓和鑒定內容，并對教學效果進行分析研究與探索。通過在操作實踐應用中對項目開發、焊接工藝進行研究，經過各方努力，形成了豐富的操作實踐教學資源，例如機器人通信配置、焊接參數經驗總結、工廠生產實例、機器人操作經驗實例素材等。同時在技師和高級技師環節，教材梳理了工藝開發流程、技術總結起草、教育培訓等技能要求，都是一些技能人才日常用到的專業知識，有較強的交流、借鑒意義。圖2為機器人點焊修磨器示教點位案例。

圖2 修磨器示教點位

3.2 通用性強

教材選擇不同生產廠家制造的焊接機器人、焊機，提取、分析了不同品牌焊接機器人與焊機的共性與個性問題，結合現場實際使用情況，提供多種機型焊接參數選擇與講解，見表1。立足于對教學資源進行全面、有效整合的基礎上，結合生產實際使用情況與需求，有計劃地選擇最適宜的焊接機器人教材內容，保證可以在對焊接機器人課程體系內容學習基礎上融合多款機器人現場生產實例以及仿真案例，盡可能地使教材適用于各類品牌焊接機器人與焊機。

表1 機器人弧焊指令

3.3 應用性強

教學活動是由“教”與“學”構成的，機器人焊接實例是學習焊接機器人操作最直接的方法，是焊接機器人編程操作人員必須掌握的基本技能。本教材側重于焊接機器人的應用，以機器人的現場操作案例、工藝軟件編程和系統集成學習為主。此外，編者通過與ABB等機器人生產制造商、汽車生產公司等機器人系統使用的用戶交流，確定相關知識與技能操作案例，編寫出符合勞動力市場需求的實用教材，不僅使學生的專業能力和學習認知能力得到了提高，而且能夠促進學生的就業與個人發展方向。

4 結束語

本文所介紹的焊接機器人職業技能培訓鑒定教材具有很強的實踐性、通用性、應用性，進一步完善和提升焊接機器人職業教育體系，明確《國家職業技能標準——焊工》職業技能標準體系中關于焊接機器人的教學內容，這對加快焊接機器人技能人才培養和考核工作有重要意義，為未來的焊接機器人教材開發奠定基礎。同時，在本教材開發的基礎上還研制焊接機器人培訓配套的教具和工裝6套，并申請5項發明專利，為焊接機器人職業技能培訓提供了更為豐富的教學資源。