新工科背景下產(chǎn)教融合基地工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目建設(shè)分析

寧博文 嚴(yán)保康 盧少武 劉江

摘??要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)型調(diào)整，對(duì)機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)的發(fā)展提出了新的需求。本文分析了新工科背景下機(jī)器人實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目建設(shè)的必要性，介紹了機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)、工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐平臺(tái)、工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)踐平臺(tái)、智能制造電子裝配實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)情況，該實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目建設(shè)有利于更好培養(yǎng)機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)高層次人才。

關(guān)鍵詞：新工科;工業(yè)機(jī)器人;產(chǎn)教融合;實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

1?建設(shè)背景

近年來(lái)，世界科學(xué)技術(shù)得到了快速發(fā)展，信息化、智能化和工業(yè)化不斷融合，以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命正在興起。為應(yīng)對(duì)以智能制造為代表的新一輪科技和產(chǎn)業(yè)變革，我國(guó)的工程教育也需要做出相應(yīng)改革，以創(chuàng)建與之相適應(yīng)的工程教育體系，重點(diǎn)培養(yǎng)具有可持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力的實(shí)踐和創(chuàng)新人才，滿(mǎn)足未來(lái)新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)所需的復(fù)合型專(zhuān)業(yè)人才需求，進(jìn)一步服務(wù)和支撐“中國(guó)制造2025”“一帶一路”“互聯(lián)網(wǎng)+”等國(guó)家重大戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)[1]。

在這個(gè)背景下，教育部于2016年首次提出了“新工科”的概念，并在2017年2月于復(fù)旦大學(xué)召開(kāi)的綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)上達(dá)成了“復(fù)旦共識(shí)”，標(biāo)志著“新工科”項(xiàng)目建設(shè)的正式啟動(dòng)。隨后，全國(guó)高校對(duì)“新工科”建設(shè)紛紛快速響應(yīng)，教育部相關(guān)指導(dǎo)性文件和“天大行動(dòng)”、“北京指南”等重要理念相繼發(fā)布，明確了“新工科”建設(shè)的目標(biāo)要求，確立了行動(dòng)路線(xiàn)和項(xiàng)目研究指南，為工程教育指明了改革方向[2]。

當(dāng)前，以機(jī)器人產(chǎn)業(yè)為代表的智能制造產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展，成為各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)，也成為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新增長(zhǎng)點(diǎn)。機(jī)器人是《中國(guó)制造2025》規(guī)劃的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，同時(shí)按照工信部關(guān)于機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，到2020年我國(guó)機(jī)器人裝機(jī)量將達(dá)100萬(wàn)臺(tái)，需要至少20萬(wàn)機(jī)器人應(yīng)用相關(guān)從業(yè)技術(shù)人員，且這個(gè)數(shù)量還將以每年20%-30%的增長(zhǎng)量持續(xù)遞增，因此培養(yǎng)優(yōu)秀全面的機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)人才是十分必要的。機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)是典型的新工科專(zhuān)業(yè)，該專(zhuān)業(yè)的設(shè)置有利于完善專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化教育資源，對(duì)于滿(mǎn)足我國(guó)機(jī)器人與智能制造相關(guān)專(zhuān)業(yè)的工程技術(shù)人才需求具有重要的意義。

2?建設(shè)必要性

在新工科理念的指導(dǎo)下，同時(shí)為響應(yīng)國(guó)家提出的智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)戰(zhàn)略，加快培養(yǎng)適用于新時(shí)代的應(yīng)用技術(shù)人才，我校作為試點(diǎn)院校，參與了由教育部學(xué)校規(guī)劃建設(shè)發(fā)展中心組織實(shí)施的“互聯(lián)網(wǎng)+中國(guó)制造2025”產(chǎn)教融合計(jì)劃。通過(guò)參與產(chǎn)教融合項(xiàng)目建設(shè)，旨在打造集智能制造人才培養(yǎng)、科研創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)服務(wù)于一體的智能制造應(yīng)用創(chuàng)新基地，提升高等學(xué)校主動(dòng)服務(wù)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的能力。工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)中心項(xiàng)目是產(chǎn)教融合基地建設(shè)的重要組成部分，同時(shí)該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的課程和實(shí)踐環(huán)節(jié)也是機(jī)器人工程及相關(guān)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的重要部分，為完成我校機(jī)器人工程專(zhuān)業(yè)的系統(tǒng)性教學(xué)培養(yǎng)提供了保障，達(dá)到為國(guó)家培養(yǎng)輸送更多的現(xiàn)代工業(yè)高層次機(jī)器人工程技術(shù)人才的目的[3-5]。

3??產(chǎn)教融合基地工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目建設(shè)分析

產(chǎn)教融合基地由學(xué)院統(tǒng)籌管理，其中工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目由機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)、工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐平臺(tái)、工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真實(shí)踐平臺(tái)和智能制造電子裝配實(shí)踐平臺(tái)所組成，占地面積超過(guò)1500平米，用以完成機(jī)器人工程以及相關(guān)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的各類(lèi)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

3.1?機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)

機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)由工業(yè)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)認(rèn)知實(shí)訓(xùn)工作站、工業(yè)機(jī)器人電氣結(jié)構(gòu)認(rèn)知實(shí)訓(xùn)工作站、工業(yè)機(jī)器人VR創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、可編程迎賓講解機(jī)器人、可編程可重構(gòu)模塊化機(jī)器人等所組成，該創(chuàng)新平臺(tái)可以完成初識(shí)機(jī)器人的教學(xué)工作和實(shí)訓(xùn)。通過(guò)對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣連接拆裝的實(shí)訓(xùn)認(rèn)知操作，可以了解工業(yè)機(jī)器人的核心功能部件，熟悉工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式以及整體的機(jī)械和電氣結(jié)構(gòu)組成，提升對(duì)機(jī)械本體和電氣控制部分的認(rèn)知。通過(guò)認(rèn)知機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)伺服電機(jī)的運(yùn)行方式，可以了解機(jī)器人的不同運(yùn)動(dòng)控制模式，加深對(duì)工業(yè)機(jī)器人工作方式的理解。而通過(guò)該結(jié)構(gòu)認(rèn)知實(shí)踐，還可以了解工業(yè)機(jī)器人的典型機(jī)械和電氣故障以及故障的排錯(cuò)方式，初步掌握機(jī)器人機(jī)械和電氣設(shè)備的基本維護(hù)手段。利用VR創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，可以應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)的方式將實(shí)訓(xùn)基地的各實(shí)踐平臺(tái)和實(shí)訓(xùn)工作站整體的呈現(xiàn)出來(lái)，使得學(xué)生能身臨其境的體驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，完成模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的各類(lèi)實(shí)訓(xùn)任務(wù)。此外，利用可編程機(jī)器人可以初步認(rèn)知機(jī)器人的各種編程方式，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人之間的互動(dòng)與交互。

3.2?工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐平臺(tái)

工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐平臺(tái)分為工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)工作站和工業(yè)機(jī)器人去毛刺實(shí)驗(yàn)工作站。工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)教學(xué)工作站采用ABB公司的IRB120型機(jī)器人控制系統(tǒng)，并配以靈活、可靠、可配置的基礎(chǔ)教學(xué)、智能料庫(kù)、視覺(jué)檢測(cè)、碼垛等功能模塊，用來(lái)完成工業(yè)機(jī)器人教學(xué)的工作和任務(wù)。利用該工作站的基礎(chǔ)教學(xué)模塊，可以熟悉工業(yè)機(jī)器人的編程方式、坐標(biāo)系設(shè)定、運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)定以及工具夾I/O接口配置等操作，掌握和拓展機(jī)器人基本操作的編程技能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的常用搬運(yùn)作業(yè)。在此基礎(chǔ)上，利用基礎(chǔ)教學(xué)工作站的智能料庫(kù)和視覺(jué)檢測(cè)等教學(xué)模塊，可以完成視覺(jué)分揀的認(rèn)知、視覺(jué)系統(tǒng)的設(shè)定以及視覺(jué)分揀程序的編程操作，將工業(yè)機(jī)器人與視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用相結(jié)合，達(dá)到模擬自動(dòng)化流水線(xiàn)自動(dòng)分揀的實(shí)訓(xùn)效果，進(jìn)一步與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用相貼近。此外，通過(guò)碼垛模塊開(kāi)展更深入的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，可以鍛煉工業(yè)機(jī)器人編程的程序架構(gòu)規(guī)劃能力、程序流程規(guī)劃能力、坐標(biāo)系規(guī)劃能力，提升工業(yè)機(jī)器人整體編程的應(yīng)用能力。

工業(yè)機(jī)器人去毛刺實(shí)驗(yàn)工作站采用的是ABB公司的IRB1410型機(jī)器人控制系統(tǒng)，并配備了去毛刺功能模塊和防護(hù)裝置，用來(lái)實(shí)現(xiàn)去毛刺工藝在工業(yè)上的應(yīng)用。通過(guò)在該工作站上開(kāi)展實(shí)訓(xùn)，在認(rèn)知去毛刺工具、空氣壓縮機(jī)、氣源處理裝置和工業(yè)吸塵器等工作站主要設(shè)備組成及其用途的基礎(chǔ)上，了解去毛刺工作站的優(yōu)點(diǎn)、作用以及意義。通過(guò)學(xué)習(xí)人機(jī)界面與參數(shù)設(shè)置、示教編程、坐標(biāo)系設(shè)置、軌跡優(yōu)化編輯以及去毛刺程序編程等，熟練掌握該工作站去毛刺工藝的基本操作，完成對(duì)輪轂、殼體、連桿等不同復(fù)雜工件的去毛刺處理實(shí)訓(xùn)。依靠上述工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐平臺(tái)，可以開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)認(rèn)知性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，由淺入深地鍛煉學(xué)生針對(duì)機(jī)器人典型應(yīng)用的編程能力，并在工業(yè)機(jī)器人實(shí)踐平臺(tái)完成各種實(shí)訓(xùn)，使得學(xué)生熟練掌握工業(yè)機(jī)器人的基本操作及應(yīng)用。