工業(yè)機器人編程與調(diào)試一體化實訓室的建設研究

盛世岳 王心發(fā)

（臺州技師學院（籌） 浙江·臺州 318000）

0 引言

“中國制造2025”規(guī)劃明確指出，工業(yè)機器人將在制造業(yè)革命和供給端改革中發(fā)揮重要作用，并促使產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。因此，最近幾年來，全國各地都相繼出臺了“機器換人”戰(zhàn)略，工業(yè)機器人行業(yè)得到了迅速的發(fā)展。但是，現(xiàn)在一個越來越大的問題擺在我們面前，那就是工業(yè)機器人作為多項技術的高度集成設備，其專業(yè)人才嚴重缺失。目前，國內(nèi)對于工業(yè)機器人的職業(yè)教育仍然處于起步階段，還未形成指導標準和樣板工程。因此，當前該行業(yè)用工的普遍現(xiàn)象是：工業(yè)機器人雖然很熱門，但是人才缺口巨大，由于教育滯后的原因，很多學校沒有建立以產(chǎn)品任務線為載體的工業(yè)機器人工作站實訓室，導致企業(yè)出現(xiàn)“無人可用”的尷尬局面。當前從事工業(yè)機器人裝配與維護、現(xiàn)場編程與調(diào)試、自動化生產(chǎn)線維修等崗位的人員主要來自機電一體化、電氣自動化等專業(yè)畢業(yè)生的二次培訓，并且短期培訓都難以達到崗位的實際需求。這些都表明了我國職業(yè)院校所培養(yǎng)的工業(yè)機器人專業(yè)人才已經(jīng)明顯落后于國內(nèi)工業(yè)發(fā)展對于高技能人才的需求。

1 工業(yè)機器人實訓室建設現(xiàn)狀

國內(nèi)的工業(yè)機器人雖然現(xiàn)在已經(jīng)圍繞著機械、傳感以及控制三大部分逐漸發(fā)展成熟，但工業(yè)機器人跟數(shù)控機床等專用設備不一樣。它是柔性自動化生產(chǎn)線的核心單元，需要與現(xiàn)場的其他設備緊密配合才能完成工藝要求，因此它要求從業(yè)人員不僅能夠掌握工業(yè)機器人的基本操作，而且還要圍繞著工藝應用開展學習工業(yè)控制、應用工藝、傳感器技術等相關內(nèi)容。而目前國內(nèi)職業(yè)院校的工業(yè)機器人實訓室存在以下不足：（1）資金緊張的職業(yè)院校，其實訓室所訓練的實操技能比較單一，與工業(yè)機器人企業(yè)實際可提供的工作崗位不相匹配。目前，大部分的職業(yè)院校工業(yè)機器人實訓室僅提供工業(yè)機器人的基本操作訓練，而無法提供完整的應用工藝實訓。（2）資金充足的職業(yè)院校，將企業(yè)的自動化生產(chǎn)線直接復制到學校中，卻沒有認真考慮師資能力和學生學情，導致該生產(chǎn)線無法真正投入到教學應用，只能淪為對外展示的參觀場所。工業(yè)機器人的專業(yè)技能包含了運動控制、編程仿真、機械設計、機構優(yōu)化、電氣接線、通訊聯(lián)調(diào)等各種應用技能，因此要想培養(yǎng)一名合格的工業(yè)機器人專業(yè)人才，必須要配備以典型的實際生產(chǎn)應用案例為核心的工業(yè)機器人實訓室，讓學生從中掌握工業(yè)機器人基礎操作、工藝訓練、設備聯(lián)調(diào)等技能，從而獲得豐富的工業(yè)機器人應用經(jīng)驗和周邊設備使用能力。

2 一體化實訓室建設原則

一體化實訓室是推動一體化教學改革最重要的教學資源，它與傳統(tǒng)實訓室存在著較大的不同。一體化實訓室必須充分將學習場所和工作環(huán)境整合起來，強調(diào)學生做中學，必須充分滿足一體化教學系統(tǒng)性和全面性的要求。因此，一體化實訓室設備和布局必須嚴格按照工作過程進行設計和布置。其建設流程如下所示：首先一體化實訓室建設項目分析行業(yè)情況和人才培養(yǎng)目標進。然后，對工作崗位進行分析，從工作崗位分析中歸納出典型工作任務。其次對典型工作任務所使用的設備進行分析，由于該專業(yè)設備不能直接用于教學，需進行設備轉(zhuǎn)換，形成一體化教學案例，然后根據(jù)教學要求進行設備的擺放和布局并融入企業(yè)文化。最后，由學校實訓教學主管部門召開專家論證會，進行方案審核與驗證。

3 一體化實訓室建設方案

3.1 實訓室布局與功能設計

工業(yè)機器人編程與調(diào)試是工業(yè)機器人專業(yè)的專業(yè)核心課程，因此本文重點研究該課程的一體化實訓室建設。一體化實訓室的功能設計與布局首先要參照工作過程進行；然后，每一個實訓室要根據(jù)能力培養(yǎng)目標的不同，選擇不同類型的設備進行集中放置，充分將學習環(huán)境和工作環(huán)境進行整合。在這個基礎上，要保證每一個學生都有相應的工位，即實訓工位的容量要大于班級學生數(shù)量。工業(yè)機器人現(xiàn)場編程與維護一體化實訓室，主要用于工業(yè)機器人的基礎教學，主要培養(yǎng)學生工業(yè)機器人的編程與調(diào)試、系統(tǒng)參數(shù)設置、機器人夾具的使用、機器人的維日常護等職業(yè)能力。該實訓室的布局方案如下圖所示，其功能區(qū)塊可劃分為：集中教學區(qū)、分組教學區(qū)、資料查詢區(qū)、工具存放區(qū)、耗材存放區(qū)。集中教學區(qū)，配備多媒體設備和黑板等實物教具，用于視頻和課件的播放和教師的集中講授，每張六角桌配備一臺電腦，方便學生查詢和制作相關資料；分組學習區(qū)，每個工位配備了ABBIRB120工業(yè)機器人系統(tǒng)集成設備，用于學生的技能訓練和小組討論。資料查詢區(qū)，配備了ABB IRB120工業(yè)機器人學習的相關工作頁、使用說明書等，用于學生的資料的查詢和自主學習；工具存放區(qū)，配備工業(yè)機器人拆裝工具；耗材存放區(qū)，配備電氣線纜、各種規(guī)格的螺母與螺栓等。

圖1：工業(yè)機器人編程與調(diào)試一體化實訓室布局

3.2 設備選型

實訓設備的選型直接影響著一體化教學項目的實施，因此在建設工業(yè)機器人編程與調(diào)試一體化實訓室的時候，就應該要考慮工業(yè)機器人的品牌選擇、應用領域、任務載體，并且具有一定的前瞻性和柔性化。基于以上分析，該實訓室選擇桌面型機器人基本操作工作站，其中工業(yè)機器人選用 ABB IRB120機器人，PLC選用西門子S7-1200，如下圖所示。該設備以3C電子產(chǎn)品的制作過程為載體，選擇3C行業(yè)最典型的異形芯片插件工藝過程為任務主線，配備桌面式關節(jié)型六軸串聯(lián)機器人，在操作平臺的四周合理分布不同工藝應用的機器人工具以及涂膠單元、碼垛單元、3C芯片裝配單元、視覺檢測單元、螺絲供料單元、總控系統(tǒng)以及操作面板等組件。該實訓設備融合了工業(yè)機器人維護及操作、系統(tǒng)安裝及調(diào)試、現(xiàn)場示教編程及調(diào)試、離線編程及應用等技能要求。

圖2：桌面型機器人基本操作工作站

3.3 一體化教學項目

工業(yè)機器人編程與調(diào)試一體化實訓室的教學項目是基于“做中學，做中教”的一體化教學模式進行設計的，其主要教學項目如下表所示。在教學過程中，營造真實的崗位環(huán)境，以學生為中心，將工業(yè)機器人編程與調(diào)試崗位的工作流程及技能要求滲透到課程中，使學生真正學習該專業(yè)的核心能力。

表1：工業(yè)機器人編程與調(diào)試一體化實訓室主要教學項目

4 總結(jié)與結(jié)論

本文基于一體化實訓室的建設理念，主要研究了工業(yè)機器人編程與調(diào)試一體化實訓室的布局與功能設計、選擇以ABBIRB120桌面型工業(yè)機器人為核心、以異形芯片插件工藝過程為任務主線的機器人工作站為教學實訓設備，并以此為基礎開發(fā)了主要的教學項目。該一體化實訓室將學習場所和工作環(huán)境有效的整合起來，真正體現(xiàn)“做中學，學中做”的教學理念，全面培養(yǎng)學生的職業(yè)核心能力。