“1+X”證書下“工業機器人打磨拋光”應用教學案例設計
——以河南工業和信息化職業學院為例

董延軍

（河南工業和信息化職業學院，焦作 454000）

根據《國家職業教育改革實施方案》工作內容，在職業院校、應用型本科高校啟動學歷證書+職業技能等級證書制度試點，即“1+X”證書制度，鼓勵學生在獲得學歷證書的同時，積極取得多類職業技能等級證書。啟動“1+X”證書制度試點是促進技術技能人才培養培訓模式和評價模式改革、提高人才培養質量的重要舉措，是拓展就業創業本領和緩解結構性就業矛盾的重要途徑，對于構建國家資歷框架、推進教育現代化以及建設人力資源強國具有重要意義[1]。

2019年10 月，河南工業和信息化職業學院入選教育部第二批“1+X”工業機器人操作與運維證書制度試點院校。“1+X”證書制度促進了高職院校教材、教法、教師改革，實現了學歷證書與職業技能等級證書對接[2]，對高職院校人才培養質量的提升具有重要意義[3-4]。各高職院校應深化產教融合，校企協同育人，實現工業機器人專業人才培養創新。在此背景下，河南工業和信息化職業學院提出了“1+X”工業機器人操作與運維證書建設的研究。這要求河南工業和信息化職業學院需緊跟職業教育改革的步伐，加快工業機器人技術專業的課程教學改革。

工業機器人打磨拋光在家電、五金、汽車配件、運動器材、醫療器材、家具以及衛浴行業有廣泛應用。但是，打磨拋光行業生產環境惡劣，人工打磨的產品一致性差、返工率高、人力成本高以及招工困難等，影響了產業的可持續健康發展，因此急需用工業機器人代替人工操作，實現產業轉型升級[5-6]。

隨著現代化技術的快速發展，現代化的機器人打磨工廠越來越多，催生了較多的相關職業崗位。系統集成企業的用人需求包括工業機器人安裝調試工程師、工業機器人系統操作員以及工業機器人系統集成開發工程師。打磨應用企業的用人需求包括機器人打磨工藝規劃工程師和工業機器人系統運維員。

1 案例分析

以常見面盆水龍頭的機器人打磨拋光為教學實施對象，對面盆水龍頭生產流程和打磨工藝進行分析。

1.1 水龍頭生產流程分析

水龍頭生產需經過鑄造、機加工、剝皮開粗、打磨、拋光、檢驗以及入庫等生產過程，具體生產流程如圖1所示。

1.2 水龍頭打磨拋光工藝分析

水龍頭打磨拋光需經過40#砂、60#砂、180#砂、400#砂、800#砂進行打磨，最后用麻風輪或布風輪對所有外觀進行打磨，具體工藝流程如圖2所示。

2 水龍頭打磨拋光案例知識技能點

水龍頭打磨拋光案例包括工業機器人安全操作規范、工業機器人打磨拋光系統認知、工業機器人打磨拋光系統安裝、工業機器人打磨拋光操作等4個知識技能點，具體案例詳解如圖3所示。

圖1 水龍頭生產流程

圖2 水龍頭打磨拋光工藝

圖3 工業機器人打磨拋光工作站典型案例

2.1 工業機器人安全操作規范

打磨拋光設備安全操作要求包括必須穿戴防塵口罩、注意場地通風、注意自身與設備靜電并檢查安全門功能是否良好以及設備接地是否到位等。打磨拋光操作安全要求包括設備運行時嚴禁頭、手及身體觸碰設備、嚴禁觸摸電氣部件以防觸電、未經培訓不得操作系統、未經許可不得更改設備軟、硬件的參數設定以及未經設備負責人許可不得使用手動功能操作設備等。

2.2 機器人打磨拋光系統設備認知

工業機器人打磨拋光系統認知包括工業機器人系統認知和打磨拋光系統周邊設備認知兩部分。工業機器人系統主要包括工業機器人本體和控制柜兩部分。打磨拋光系統周邊設備主要包括砂帶機、拋光機、工裝夾具、集塵裝置、上料平臺以及控制單元等。

2.3 工業機器人打磨拋光系統安裝

工業機器人打磨拋光系統安裝包括工業機器人系統安裝和打磨拋光系統周邊設備安裝兩部分。工業機器人系統安裝主要包括工業機器人本體安裝和工業機器人控制柜安裝兩部分。打磨拋光系統安裝的周邊設備主要包括砂帶機膠輪、砂帶、力傳感器、拋光機拋光輪、拋光蠟、激光測距儀、浮動打磨頭、夾具、除塵裝置以及上料平臺等。

2.4 工業機器人打磨拋光系統操作

工業機器人打磨拋光系統操作包括工業機器人示教器的基本操作及配置、工具TCP標定、工件坐標系標定、打磨拋光工藝應用、工業機器人打磨軌跡編程、PLC及觸摸屏和生產測試與產品檢測等。

2.4.1 工業機器人示教器的基本操作及配置

熟練掌握示教器使能鍵、急停按鈕、搖桿和各個功能鍵的使用。

2.4.2 工具TCP標定

學生應掌握和規劃合適的機器人工作方式。機器人打磨根據工件特性一般分為兩種形式：一種是機器人帶工具運動，工件固定；另一種是機器人帶工件運動，工具不動。

2.4.3 工件坐標系標定

建立合適的工件坐標系，以便定位工件。

2.4.4 工業機器人打磨工藝應用

工業機器人打磨工藝應用包括理解客戶工藝要求、制定打磨工藝以及設定機器人打磨工藝參數。

2.4.5 工業機器人打磨軌跡編程

打磨常用軌跡包括工字形軌跡、之字形軌跡、螺旋軌跡以及往復軌跡等，需根據打磨面（平面、柱面、球面、復雜曲面等）選擇不同的軌跡。

2.4.6 PLC及觸摸屏的編程

根據IO通信表連接相應線路，并在PLC編程軟件中進行程序編寫。在觸摸屏上建立相應的控制畫面，并設定工件材質、砂帶線速度、張緊力以及拋光力度等打磨工藝參數。

2.4.7 機器人打磨拋光生產測試與產品檢測

保證設備處于安全工作狀態，同時人員撤離至安全區域，先手動運行測試，修正無誤后再自動運行。加工完后檢查打磨產品表面質量，判斷是否有劃痕、砂眼以及棱角，進而優化機器人程序。

3 教學手段與方法

“工業機器人打磨拋光”教學案例采用信息化教學模式，實施項目式分組教學。教師對教學內容進行講解引導，分組進行教學過程，及時反饋教學效果，將教學目標任務分配給每個小組。教師通過講解流程圖，分析面盆水龍頭生產流程和打磨工藝，進而明確知識技能點，并強調工業機器人安全操作規范，以項目小組為單位開展實訓操作。小組內的組長、操作員、安檢員和記錄員應由小組內學生輪流擔任，其中組長對整個項目任務進行分工和監控，操作員完成打磨拋光系統安裝及操作，安檢員嚴格監控操作過程的規范性及安全性，記錄員完成操作數據的記錄與分析。教學過程中，學生提問與教師解答和指導有機結合，使學生在“教”與“學”中掌握知識。

4 教學評價

“工業機器人打磨拋光”教學案例采用信息化過程性評價，根據學習任務和每個小組實際操作結果，給每組任務完成情況進行打分評價。組長對組員任務完成效果進行打分，最后教師根據每組得分及每個組員得分給出每個學生的最終成績。基于工作過程的項目教學，以工作任務引領提高學生興趣，激發學生的學習動機。在教學過程中，通過創設工作情景，做到“教、學、做”一體化，同時應加大實踐實操的容量，緊密結合1+X”證書職業技能要求，加強考證的實操項目的訓練，在實踐實操作過程中，使學生掌握工業機器人操作與維護方法，提高學生的崗位適應能力。

5 結語

在工業機器人操作與運維“1+X”證書職業技能等級證書的背景下，分析和研究“工業機器人打磨拋光”應用教學案例，以滿足各行業的職業能力培養要求。對“工業機器人打磨拋光”課程開展項目式教學，將不同的項目融入課程，可滿足“1+X”證書制度下的技能考核點要求。