1+X證書制度下工業機器人技術實訓項目探討

■譚 娟

(武漢交通職業學院智能制造學院，湖北 武漢 430065)

2019年的《國家職業教育改革實施方案》明確提出，在職業院校、應用型本科高校啟動“學歷證書+若干職業技能等級證書”（以下稱1+x證書）制度試點工作[1]，要求試點院校在學歷教育的過程中，加強對學生職業技能和就業創業能力的培養[2]。實訓教學在培育學生職業技能、實踐經驗、創新意識和就業能力等方面具有重要作用[3]。

一、1+X證書制度和工業機器人技術實訓教學研究概述

通過對1+x證書制度試點院校的調研，發現深圳職業技術學院在信息通信技術類專業與華為技術有限公司協同育人，提出“課證共生共長”人才培養模式，將企業認證融入專業人才培養中，實現課程開發與證書標準的共生共長，采用“三分”課程體系，為學生提供模塊化、階梯化的課程套餐[4]。廣東工商職業技術大學在試點物流管理職業技能證書中，通過加強課證融通建設，在核心課程中引入技能點的授課內容，在專業綜合實訓項目中引入合作企業的行業背景和崗位技能要求，在選修課程中增設職業安全和職業道德課程[5]。天津城市建設管理職業技術學院在試點建筑信息模型（BIM）職業技能等級證書中，將BIM課程的開設方式分為開設獨立BIM課程和在既有課程植入BIM模塊，并要求在既有實踐教學課程體系中納入BIM技能模塊[6]。

通過對工業機器人技術實訓教學的調研，無論是泰州職業技術學院的“校企一體化”辦學模式，還是成都工業職業技術學院“一院一園”辦學模式，無論是天津中德應用技術大學“CBE+CDIO”教育模式，還是北京電子科技職業學院的“分級制”教育模式，它們的共同點都以培養學生的職業技能開展實訓教學，差異僅在于采用的手段和措施不盡相同。實訓教學項目的探索是實現“1+x證書制度”提出的強化學生職業技能和提高學生就業創業能力的實踐。

二、工業機器人技術實訓教學現狀分析

據國際機器人聯合會（IFR）統計，中國在2013年已經成為全球最大的工業機器人消費國，2018年中國工業機器人安裝量約15.4萬臺，占全球市場裝機量的36%[7]。然而工業機器人教育嚴重滯后，工業機器人操作維護、系統安裝調試、系統集成等應用人才需求缺口越來越大。截至2020年，有707所高職院校增設了工業機器人技術專業[8]，作為培養工業機器人實踐應用能力的實訓教學已然成了當前人才培養必不可少的重要環節。

目前工業機器人技術實訓教學主要是圍繞教學大綱、實訓指導書和實訓任務書開展，而這些教學指導資料并不能保證實訓項目的設計與企業規范、職業技能標準對接，也不能及時將企業新技術、新工藝、新標準納入到實訓教學中來，容易導致教學與生產實際脫節。在工業機器人技術實訓教學過程中，使用的教學設備成本高、占地面積大、實訓安全風險高，況且多數高職院校工業機器人技術實訓教學條件建設并不達標，存在實訓場地不夠、設備品種單一、設備數量嚴重不足等問題[9]，導致學生實操機會非常有限。而且工業機器人本體結構復雜、控制精度要求高，無法提供機會讓學生進行拆裝實訓，學生很難深入了解工業機器人的結構與工作原理。在工業機器人配套軟件方面（如示教編程、離線仿真與編程），存在編程軟件品牌多、針對性強、通用性差的特點，實訓教學很難全面覆蓋。適用于高職院校工業機器人技術信息化實訓教學資源不夠豐富，工業機器人技術師資來源單一、知識結構體系不全、職后培訓體系不完善，致使實訓教學效果不良。傳統的課堂教學模式根深蒂固，存在工業機器人技術實訓課時少，單列實訓項目不多、實訓項目之間銜接差、分類不清層次不明；實訓項目內容“一刀切”，不能體現個性化培養、差異性教學；實訓室開放程度不夠，學生課外實訓少等諸多問題。

三、工業機器人1+X證書制度理論概述

當下與工業機器人技術緊密相關的傳統職業資格證書（相對于1+x證書而言）或技能等級證書（如工業機器人操作調整工、工業機器人裝調維修工）并未融合到學歷教育（即工業機器人技術）人才培養方案中，更多見的是獨立于學歷教育之外的職業技能培訓，它無法通過書證融通與學分認定、積累和轉換來實現學歷教育與職業技能培訓的互認和銜接。

1+x證書制度的本質內涵是學習者在獲得工業機器人技術專業學歷證書的同時，取得若干職業技能等級證書[10]，要求同一教育過程獲得兩個證書。1+x證書制度的基本特征在于學歷證書和職業技能等級證書的互通銜接[11]，要求不同層次的職業教育（中等職業教育、高等職業專科教育、高等職業本科教育）與職業技能等級（初級、中級、高級）相對應，兼具考慮個體之間的差異性；要求教學內容與職業技能標準、教學過程與生產過程相對接[12]。1+x證書制度的核心在于增強職業院校人才供給能力，要求職業院校在改善實訓教學課程體系的過程中，堅持“以生產現場工作過程為導向，以企業規范和職業技能標準為依托”的課程設計原則，及時將新技術、新工藝、新規范納入課程體系；要求在組織教學的過程中，依據企業行業規范和職業技能標準，加強職業技能的訓練和應用，注重生產工藝和操作流程的訓練和熟練程度；要求在社會評價機構指導下，結合職業技能標準和自身實際情況，改善“三教”（即教師、教材、教法）基礎建設[13-14]。

四、1+X證書制度下工業機器人技術實訓項目設計

通過調研工業機器人制造廠商、工業機器人系統集成商和工業機器人應用企業，了解到工業機器人技術應用人才崗位分布情況：50%分布在安裝、調試、維護工程師崗位，主要從事工業機器人及系統的管理、運行與維護等方面的工作；30%分布在技術支持工程師崗位，要求能獨立從事工業機器人及系統的裝調、編程、開發等技術方面的工作；僅20%分布在系統集成開發工程師和項目經理崗位。結合上述崗位分布情況，不難發現，與工業機器人操作與運維相關的崗位占比80%，這給工業機器人技術實訓項目的設計指明了方向。再者，通過調研工業機器人操作與運維“1+x證書制度”試點院校、評價組織和職教培訓典型企業，總結歸納了工業機器人操作與運維職業技能培養規格（如表1所示）。

表1 工業機器人操作與運維職業技能培養規格

本文在1+x試點證書“工業機器人操作與運維職業技能等級標準”的指導下，依托我院的工業機器人技術應用實訓平臺，針對技術崗位的各等級職業技能需求進行實訓項目的開發。

（一）實訓平臺簡介

職業技能是訓練出來的，必須借助適宜的職業活動或工作任務[15]。本院工業機器人技術應用實訓平臺是由工業機器人、AGV小車、碼垛機立體倉庫、托盤流水線、裝配流水線和視覺系統等六大系統組成，可以實現物料的出庫、搬運、檢測、分揀、裝配和入庫等動作。涉及的技術有機器人、PLC、傳感器、電氣控制、伺服驅動、氣動、視覺檢測、現場總線、工控組態等。可以訓練學生識讀機械裝配圖、電氣線路圖、氣動原理圖和工藝指導文件的能力，訓練工業機器人安全操作、安裝調試、標定、維護保養、故障處理的能力，以及訓練工業機器人編程操作能力。

（二）實訓教學項目和教學內容的設計

1+x證書制度強調以職業技能的考評認證促學習。因此在教學項目設計時，應以工作過程為導向，以職業技能為核心，結合學生生源不同、基礎參差不齊、學習能力不一致的特點，采用模塊化的結構設計。這樣可以根據技術應用與發展進行靈活調整，提高其實用性。

根據“工業機器人操作與運維職業技能等級標準”，結合本院工業機器人技術人才培養方案，遵循循序漸進的原則，將教學項目劃分為專業基礎技能實訓、專業提升技能實訓和專業拓展技能實訓3個不同的模塊，不同模塊對接不同技能等級。

1.專業基礎技能實訓模塊

專業基礎技能實訓模塊主要包括工業機器人的認知、安裝、基本操作和示教編程，其項目設計和教學內容如表2所示。能力培養目標為：能正確識讀機械裝配圖、電氣線路圖、液壓氣動原理圖及工藝指導文件，選擇各種規格工具進行機械和電氣安裝；能執行機器人安全操作規范、遵守安全操作要求；能熟知示教器的按鍵功能和操作界面，正確運用示教器完成機器人的零點校對、工具標定和手動操作等；能掌握工業機器人程序及文件管理方法；能掌握工業機器人數據備份及恢復；能掌握常用編程指令，比如運動指令、輸入/輸出（I/O）指令和延時指令等；能利用示教器完成工業機器人簡單動作的編程與操作。

表2 專業基礎技能實訓模塊

2.專業提升技能實訓模塊

專業提升技能實訓模塊主要以工業機器人的實際應用為背景，模擬真實的工作任務和工作場景。專業提升技能實訓項目設計和教學內容如表3所示。能力培養目標為：能夠根據工業機器人應用項目，分析其工藝特點，并對機器人運動做好規劃，根據規劃配置I/O并能對其進行監控；能正確理解工業機器人坐標系，會建立工具坐標系、工件坐標系，并能精準測試標定工具坐標系和工件坐標系；能根據項目需求設定TCP過渡位置和目標位置；能夠掌握運動控制程序的新建、編輯和加載方法，能手動調試、自動運行工業機器人程序；能在工業機器人異常情況下，進行緊急制動和復位等操作；能通過手動、自動模式控制工業機器人對工件進行搬運、碼垛、裝配等操作；能對工業機器人進行常規檢查和日常保養維護；能夠查看工業機器人信息提示和事件日志，會分析處理常見故障及系統報警等。

表3 專業提升技能實訓模塊

3.專業拓展技能實訓模塊

專業拓展技能實訓模塊項目設計思路，主要是結合“工業機器人操作與運維（高級）職業技能等級標準”和“全國職業院校技能大賽——工業機器人技術應用賽項（高職組）”進行，體現學生個性化發展需求，項目內容可隨實訓平臺的進一步完善、機器人本體周邊外圍設備的增加而調整。專業拓展技能實訓項目設計和教學內容如表4所示。能力培養目標為：能夠依據技術文件要求，熟練安裝、定位AGV機器人磁導條，熟練安裝AGV機器人并調試；能熟練查找出機器人在裝配、調整中出現的精度偏差，并進行分析；能熟練選用并安裝傳感器；能夠利用PLC控制步進電機的啟動、停止及正反轉；能夠利用智能相機軟件連接和配置相機，攝取圖像信號，并對圖像進行標定和樣本學習；能正確配置Modbus，根據任務要求設計觸摸屏界面，實現PLC、HMI、工業機器人的聯調測試。

表4 專業拓展技能實訓模塊

（三）實訓項目的實施

1+x證書制度下，實訓教學的特點是以職業技能的訓練為主，它以某專業職業技能人員的工作領域、工作任務和職業技能要求為標準，考評學生是否達到安全規范要求和技術規程的要求，包括核心素養和專項職業能力。學生職業技能的獲取不僅需要足夠的實訓學時保障，而且還需要指導老師采用合理的教學組織和教學方法。

由于本院的工業機器人技術應用實訓平臺綜合性強，涵蓋六大系統，因此，為了提高教學效率和教學質量，在實際教學過程中，可以采用如下手段：

（1）采用小組教學組織形式。實訓指導老師應事先了解待實訓學生的能力基礎，根據學生情況進行優劣生搭配分組，3～5人一組，各小組設定組長一職，培養學生自我管理、相互幫帶、樂于學習、善于合作的能力。為了提高實訓教學質量，課前集中對組長進行培訓。

（2）采用翻轉課堂結合任務驅動的教學模式。指導老師根據實訓任務，將實訓項目中涉及的理論知識點、示范操作、技能要求、安全規范等，錄制成翻轉課堂微視頻，上傳到線上線下教學平臺，學生在課前通過互聯網觀看教學視頻，就相關任務在網絡平臺上互動交流，而課堂上通過職業技能訓練、討論、團隊合作完成任務。這種教學模式延伸了課堂學習的時間和空間，把寶貴的課堂實訓時間用于學生職業技能的訓練和應用，有利于學生綜合職業技能的培養。

（3）專業拓展技能實訓模塊中采用并行作業、小組輪換的教學組織。由于實訓平臺中的工業機器人、AGV小車、碼垛機立體倉庫、托盤流水線、裝配流水線和視覺系統相對獨立，可在同一時間開展多個項目的實訓，小組成員完成當前項目經考核達到能力目標后，可有序輪換至下一項目。這種教學組織可最大化地利用實訓設備，提高實訓教學效率和效果。

1+x證書制度背景下，引入模塊化的工業機器人技術實訓教學項目設計，將理論與實踐結合、學習與生產結合。通過基礎、提升、拓展三個層次不斷地訓練，使學生操作工業機器人的能力和熟練度不斷加強，學生技能技術水平得到提升。通過實訓項目的實施，我院學子在2018—2019年的湖北省職業院校技能大賽（高職組）“工業機器人技術應用”賽項中，抽測隊獲一等獎一次、三等獎一次，推薦隊獲三等獎兩次。