工業機器人系統集成企業實踐教學探索

林景山

(臺州職業技術學院,浙江 臺州 318000)

0 引言

工業機器人技術專業相對高職其他專業來說是一門較新的專業,相應的教學資源還不夠完善,更適合本專業的教學模式也在不斷地探索和完善中。作為該專業的一個就業方向“系統集成應用”,更是如此。

1 專業企業實踐課程差異化、導師制教學的嘗試

臺州職業技術學院工業機器人技術專業的培養方向“系統集成應用”。大二開始采用差異化、導師制教學模式[1],具體共分3 個步驟展開。

1.1 政策制定、導師人選的確定、學生分班

學院領導和專業主任制定相關政策,并確定導師人選。導師需要由具備責任心,專業綜合能力、企業溝通能力強的老師來擔任。在大二下半學期,實行雙向選擇。由學校把工業機器人技術專業的平行班分成普通班和卓越班,專業老師根據學生的學習情況,學生根據自己的興趣和意向并選擇考核進入哪一種班級。普通班目標是練好基本功,卓越班實行小班化(15 名學生)、導師制教學[2]。

1.2 導師和學生互選,項目團隊組成

卓越班在大二的下半學期編班完成,學生一起上課,大三開始由導師組織到企業實踐。一名導師帶5名學生;學生和導師可以雙向選擇。學生根據自己興趣和特長選導師,導師根據企業項目要求組織實踐團隊。一個實踐團隊成員一般由有不同專長學生組成,根據工業機器人技術系統集成方向的專業能力要求,應分別由偏機械結構設計的、偏PLC 控制的、偏機器人操作編程的學生組成,在專業方面重點學習。

1.3 導師指導下的學生企業專業項目實踐

導師帶領實踐團隊成員一起到企業實踐,完成院校合作成立公司承接的跟工業機器人系統集成相關的機器換人、智能制造等工程項目。目前,學生由不同的導師帶到不同的企業實踐。導師和實踐團隊是項目實施的主力,在工程中遇到的問題要團隊獨立想辦法解決。在這個教學環節中,合理地選擇企業實踐項目非常重要。

2 結合專業教學合理地選擇企業實踐項目

結合工業機器人技術系統集成專業人才培養目標,本研究篩選了兩個較典型的企業機器換人項目(以一組為例)。這兩個企業項目:一個要求比較基礎,需要設計的機構不多,控制簡單,不需要外在PLC 控制,直接利用機器人的輸入輸出I/O 點來進行現場信息的交互即可[3];另一個綜合性強,涉及的機構較多,控制也較復雜,在現場要用到PLC 控制,PLC 要與現場工業機器人、數控車床、壓機、觸摸屏等電氣設備進行信息交互。

2.1 企業項目一簡介及該項目實踐教學目標

2.1.1 企業項目一簡介

該項目主要任務是對某生產企業的一條風機盤管浸漆生產線進行自動化改造。

原產線生產流程是人工傳送帶取風機盤管-放旋轉支架固定-漆筒浸漆-旋轉支架甩漆-人工取出風機盤管吹漆-人工送烘房烘干。現改造方案是用2 臺錢江4 軸搬運機器人替換人工操作。其中1 臺機器人用來實現風機盤管的浸漆上下料,另1 個機器人把浸好漆的風機盤管拿到烘房烘干。現場設備擺放如圖1 所示。

圖1 風機盤管上漆項目現場平面圖

該項目比較簡單,不需要額外增加PLC 控制流程,只要實現2 臺機器人之間、機器人與旋轉支架、機器人與吹氣裝置的信息交互即可。

2.1.2 企業項目一實踐教學目標

根據工業機器人系統集成應用專業人才培養目標和本項目實踐內容,合理設置教學目標。通過該實踐項目實現的教學目標有:(1)學習整體項目方案設計;(2)機械結構設計與裝調,包括機器人夾具設計與裝調、吹漆裝置設計與裝調;(3)電氣設計與裝調,包括電氣圖紙繪制、電氣元件選型(含傳感器)、接口設計、電氣裝調等;(4)工業機器人選型與4 軸機器人編程。根據應用選擇合適機器人,并考慮機器人之間的運動干涉等問題;(5)簡單氣路的設計與裝調。

2.2 企業項目二簡介及該項目實踐教學目標

2.2.1 企業項目二簡介

該項目是對某企業的一條電機轉子壓軸和車削生產流水線進行機器換人改造。

(1)原產線生產流程:工人甲負責電機轉子鑄鋁、軸的上料;工人乙負責把轉子鑄鋁、軸放到壓軸機壓合,并把壓好的轉子拿到壓齒圈機上壓一個齒圈;工人丙負責把轉子放到數控車床上進行車削加工,再把加工好的轉子放到檢測工位上。

(2)現改造方案:先用2 臺六軸錢江工業機器人分別取代工人乙和丙,再根據生產需要增加一個鑄鋁上料臺、一個軸上料臺、一個中轉臺和壓齒圈機上料機構,并對現場的壓軸機、壓齒圈機、數控車床根據自動化控制要求進行改造。現場設備擺放如圖2 所示。

圖2 轉子壓軸車削生產線現場

考慮到控制較復雜,項目采用西門子1200 PLC 作為主控(企業要求),增加觸摸屏用于現場監控,PLC 與觸摸屏是通過profinet 通信。PLC 與機器人、數控車床、壓軸機、壓齒圈機都是硬線點對點I/O 信號交互。機器人夾具用雄克(企業要求)。

2.2.2 企業項目二實踐教學目標

該實踐項目比項目一復雜,在實現前一個項目的基礎上,通過本項目實現的教學目標有:(1)進一步學習制作整體項目方案;(2)實踐機械結構設計與裝調(solidworks),包括鑄鋁上料臺、軸上料臺、中轉臺、壓齒圈機上料機構設計與裝調;(3)相對復雜電氣線路的設計與裝調,包括電氣圖紙繪制,電氣元件選型(含傳感器),接口設計、電氣裝調;(4)熟悉西門子1200 系列PLC 編程、觸摸屏編程和調試;(5)較復雜六軸工業機器人的編程;較復雜氣路的設計與裝調。

3 在企業實踐怎樣提升學生的專業能力

3.1 企業項目的局限性

經過兩個企業項目的實踐,學生進一步了解了自己以后從事的行業,并為自己在該行業的發展打下了基礎。

但單做企業項目,也存在不少局限性。如企業一般會考慮經濟性,所以所實踐的兩個項目都采用非一線品牌的錢江機器人。另外,只有兩個項目不會涵蓋太多本專業較前沿的技術,如工業以太網、視覺檢測、物聯網、分布式遠程I/O、MES 系統、云網絡、智能倉儲物流、虛擬仿真等涉及較少,學生難以掌握真正的技術應用實踐。

3.2 借助學校競賽設備對學生專業能力進行提升

大賽設備一般能涵蓋較全面的專業能力,并具備前沿性。在學生參與企業項目的間隙時間,導師可以利用全國職業院校技能大賽的工業機器人系統集成賽項的大賽設備,指導項目組學生實踐學習,幫助學生實現專業知識方面的提升。

大賽設備以汽車行業的輪轂為產品對象,以未來智能制造工廠的定位需求為參考,優化倉庫取料、CNC 加工、打磨拋光、視覺檢測識別、分揀等生產工藝。

本大賽設備上能實現的教學目標有:(1)工業以太網應用;(2)MES 系統應用;(3)利用云網絡實現遠程監控;(4)熟悉ABB 六軸工業機器人的編程;(5)熟悉西門子數控機床的加工操作。

4 結語

學生通過這種培養方式,專業能力得到了長足進步,到企業后因適應能力強、上手快,起薪也高。導師能進一步了解本行業的發展,極大地提升了自身的專業素養。當然,作為一種教學探索,這種項目實踐法在學校政策、導師培養和選擇、企業項目遴選等方面還需要進一步完善。