基于產教融合、校企合作理念的實驗實訓裝置研發和改造

摘? 要? 校企共同開發的港口集裝箱擺渡系統裝置和改造的工業機器人料倉裝置與生產實際接軌，解決了實訓場景單一、人機比低、維修成本高等問題，既提升了教師團隊的教研教改能力，又為日常實訓教學、社會培訓、比賽訓練提供了綜合性訓練設備，可以滿足學生、企業員工和社會學習者多重學習需求，助力專業技術人員技能水平提升。

關鍵詞? 產教融合；校企合作；實驗實訓裝置；港口擺渡

系統智能化裝置；工業機器人；料倉輸送

中圖分類號：G712? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）07-0029-03

1? 研發背景及意義

1.1? 國內外背景及現狀

2017年，國務院辦公廳印發《關于深化產教融合的若干意見》，明確指出要“深化‘引企入教改革，鼓勵引企駐校、引校進企、校企一體，校企共建共享，開展生產性實習實訓”。2019年，國務院印發《國家職業教育改革實施方案》，明確要求“教師高水平地完成實踐教學、社會培訓、企業培訓和社會技術服務……積極借鑒德國、日本、瑞士等國家的經驗，探索創新實訓基地運營模式”。這一改革實施方案從國家層面凸顯了校企合作，進行企業真實任務生產，開展校內外生產性實訓的重要意義。

德國雙元制模式的主要特點是專業理論與技術技能培訓相結合，學生每周兩天在學校教師指導下完成專業理論學習，三天在企業能工巧匠的帶領下完成真實完整的學習任務。如何依據我國國情，借鑒德國職教雙元制教育模式，建立校內外生產性實習實訓基地，讓學生免于奔波就可以學到科學合理、先進實用的技能技術及工作標準，提升技能型人才的培養質量？

當前，企業參與校企共建的熱情不高，已建立的生產性實習實訓基地存在資金不足、功能單一、技術難題無法解決等問題，在日常教學中部分裝置不好用、不能用、不敢用。如何調動企業參與的積極性，建立與企業實際環境一致的生產場景，將這些實訓裝置進行改造、再造，成為亟待解決的難題。為此，青島市技師學院在進行大量行業企業調研和參觀學習的基礎上，積極與青島地區制造產業對接，與三家企業洽談并簽訂合作協議，優化教學環境、合作研發實驗實訓裝置，開展產教融合、校企合作探索與實踐。截至目前已開展三年，先后研制出兩款新的實驗實訓裝置，取得國家發明專利；改造一款教學裝置，取得實用新型專利。這些實驗實訓裝置可以為機電專業、工業機器人應用與維護專業近千名學生以及400名企業技術人員和200名社會學習者提供全方位安裝、運維訓練，滿足崗位需求。

1.2? 研究意義

通過校企共同研發、改造實驗實訓裝置，把新一代信息技術與制造技術深度融合，實現虛擬世界和物理世界的無縫連接，有計劃地對原有教具進行數字化、信息化、智能化再造，解決了實訓設備昂貴、實訓場景單一、人機比低、實訓存在安全隱患、維護維修成本高、缺乏趣味性等問題，為日常實訓教學、假期培訓、比賽訓練和生產性實訓基地運行提供物質基礎，同時打造出一支高水平專兼相結合的教師隊伍，進一步推進智能制造業發展，提高學院辦學水平和教學質量。接下來分別介紹港口擺渡系統智能化裝置和工業機器人料倉輸送組合教學模塊的研發過程及應用情況。

2? 港口擺渡系統智能化裝置研發與應用

2.1? 研發背景及研發過程

港口碼頭集裝箱裝運[1]正在實現無人操作、智能化自動裝運，只要擺渡設備安裝調試達到技術要求，操作人員就只需在電腦前進行遠程控制即可完成整個裝運工作。智能制造學院師生依據機電設備安裝與維修專業實際，結合青島地區經濟發展和青島港用工需求，確定機電設備安裝與維修服務港口產業這一專業發展規劃。因此，對于機電設備安裝與維護專業的學生來說，教學中急需能夠高度模擬港口碼頭集裝箱裝運系統的實驗實訓裝置，實現所學專業與港口產業對接，能夠安全熟練準確地進行港口裝運設備安裝、運維、保養等特種操作。

專業核心課程“工廠電氣控制技術”和“機床電氣控制線路”分別涉及不同類型橋式起重機這一港口集裝箱設備的內容，總學時高達120學時，包含橋式起重機基本知識講解、控制線路操作和設備故障檢修。但在實踐中，學校缺乏設備，企業的設備占地面積又很大，學生只學到理論，到港口見到集裝箱擺渡系統才發現自己對于智能化理解不深，操作和檢修更是無從談起，在學校學習和港口見習實習工作中遇到相關問題無法解決。同時，企業也需要相關實驗實訓裝置對技術人員進行培訓提升。

為此，校企簽訂合作協議，企業技術人員與教師一起研制適合學校教學及企業培訓的港口擺渡自動化、智能化系統，在學生就業、職工培訓方面進行深度合作。在研發過程中，教師多次實地考察該裝置的運行過程，大學生技師班的優秀代表也參與其中，團隊按照集裝箱擺渡系統的實際工作流程確定三種設計方案，討論優化形成最終方案后開始選材組裝，編寫梯形圖進行電腦仿真無誤后輸入程序。最后完成調試工作后，校企人員進行兩次會商，補充完善手動單步操作，便于不同層次人員安裝調試，使研發出的裝置更科學實用。

2.2? 創新之處

傳統的港口集裝箱裝運使用凸輪控制器操作桁車，操作不到位易出現配合不協調的安全事故。教師與企業人員采用安全可靠的PLC來控制擺渡送貨系統，改變傳統繼電控制設備安全性差的缺點，可手動單步操作，可以在手動、自動循環之間進行切換。以手動單步操作為例，分五個操作步驟完成：

第一步，下放吊鉤抓取集裝箱；

第二步，橫梁和縱向滑板啟動運行，感應開關檢測到位置PLC發出指令，橫梁和縱向滑板停止移動；

第三步，吊鉤下放，集裝箱下放到AGV小車位置后釋放；

第四步，吊鉤上升；

第五步，橫梁和縱向滑板移動回到初始位置。

分步驟操作便于進行設備調試和發現問題后及時查找故障，學生或操作技術工人通過反復拆裝調試可迅速了解結構組成。如采取隨機設置故障點，學生和社會學習者查找故障的練習方式，經過不斷練習，學生和社會學習者設備檢修能力提升明顯。

2.3? 運行實踐

該實訓裝置能夠體現機電一體化、電氣自動化等專業的專業核心課程“電動機繼電控制線路安裝與檢修”“常用機床線路安裝與檢修”“可編程控制器”的重要教學內容。該實驗實訓裝置在教學及培訓中自動和手動控制比較完善，能夠實現三維控制，配合位置控制、時間控制等控制方式20多種，現場演示呈現形式40多種。例如：在“電動機繼電控制線路安裝與檢修”教學中，該裝置可以演示點動、連續正轉控制、行程控制、時間控制等常見的控制方式；在“常用機床線路安裝與檢修”教學中，該裝置可以進行橋式起重機控制線路的安裝與檢修作業；在“可編程控制器”教學中，該裝置可以利用多種編程方式進行程序設計、安裝、調試等操作。該裝置還具有綜合性強的特點，在實踐中用作大賽班的訓練設備，既可以練習安裝工藝與檢修流程，又可以突出創新能力的培養，因此被廣泛應用于學校技能大賽、青島港工人技能培訓和青島市社會培訓中。

三年六個學期的教學實踐證明，該實驗實訓裝置既滿足了日常兩門專業核心課程的教學需要，也為企業技術人員技能提升培訓提供了重要的學習載體，還作為大學生技師班學生研究的課題進行設備升級改造，更是成為市技能大賽和青島港工人技能大比武排故項目的考試內容。5 000元成本制作的實驗實訓裝置產生的經濟效益達到20萬，培養的學生和技術工人超過3 000人。

在機電設備安裝與調試、機電一體化等專業，該設備現場呈現了大部分控制方式，特別是與港口集裝箱裝運系統高度融合。因此，該教學裝置既可以為教師日常教學、學生實訓提供保證，也能夠為相關企業員工培訓提供服務，對特種行業如橋式起重機操作員、維修員培訓具有較大幫助，存在很高的推廣價值。

3? 工業機器人料倉輸送組合教學模塊的開

發與應用

3.1? 研發背景及研發過程

本教學模塊涉及一種工業機器人料倉輸送組合，用于教學、實訓領域，使用時可以采用多種組合方式，滿足多功能需求。目前，工業機器人實訓臺被廣泛應用在教學、實訓領域，為了方便教學，教師通常會把實訓臺拼在一起教學，增加教學模式。但現有的方形實訓臺拼在一起后占地面積大，不利于教師統一指導教學，并且組合方式單一，無法滿足多功能需求。

為了更好地進行料倉輸送教學，把工業機器人和料倉輸送組合成教學模塊進行教學。料倉輸送教學模塊中料倉灌裝時，儲存罐的進口與料倉斗的出口經常發生錯位，使得不便于灌裝。在研發過程中，企業人員提出驅動電機的輸出端[2]轉動可以通過傳送皮帶實現帶傳動進行物料輸送，通過排料管和電磁控制閥的設置控制料倉斗內部的物料下落，通過增加第一電動伸縮桿伸縮可以帶動兩個主動三角塊移動，直接實現兩個擋板之間的間距調節，擋住存儲罐，使存儲罐的管口與排料管的下料口對齊，通過工業機器人和夾具的設置可以將存儲罐夾住，有效解決現有技術中儲存罐的進口與料倉斗的出口經常發生錯位的問題。

3.2? 創新之處及運行實踐

與現有技術相比，本料倉輸送組合教學模塊通過增加第一電動伸縮桿伸縮，可以帶動兩個主動三角塊移動，主動調節兩個擋板之間的間距，擋住存儲罐，使得存儲罐的進口與排料管的出口對齊，通過工業機器人和夾具的設置可以將存儲罐夾住。同時，通過增加第二電動伸縮桿伸縮，可以調節底板的高度；通過調節底板的高度，從而便于裝置的教學；通過T型限位塊在T型限位槽內滑動，可以使底板移動更平穩；通過設置萬向輪，可以使裝置便于移動。

3.3? 運行實踐

隨著工業4.0時代的到來，社會急需工業機器人運行與維護方面的專業人才。通過該實訓裝置的改進，可以更好地進行料倉輸送教學，解決了工業機器人料倉輸送組合教學模塊教學中儲存罐的進口與料倉斗的出口經常發生錯位，不便于灌裝的難題。在運行實踐中，通過第二電動伸縮桿伸縮，可以帶動底板升降；通過T型限位塊在T型限位槽內滑動，可以使底板移動更平穩。兩個第一電動伸縮桿伸長帶動安裝條移動，安裝條移動帶動兩個主動三角塊移動，主動三角塊移動推動從動三角塊移動，從動三角塊移動帶動移動套移動，移動套移動壓縮彈簧，移動套移動帶動擋板移動，通過兩個擋板相靠近移動，可以控制兩個擋板之間的距離，啟動驅動電機，驅動電機的輸出端轉動帶動其中一個鏈輪轉動，這一鏈輪轉動帶動鏈條轉動，鏈條轉動帶動多個鏈輪同時轉動，鏈輪轉動帶動傳動輥轉動，傳動輥轉動帶動傳送皮帶轉動，將存儲罐放置在傳送皮帶上，傳送皮帶轉動帶動存儲罐移動，通過兩個擋板可以將存儲罐擋住，打開排料管的上電磁控制閥，使得料倉斗內的物料落至存儲罐內，當檢料傳感器檢測到存儲罐中的物料裝滿時，關閉電磁控制閥，兩個第一電動伸縮桿收縮復原至原來的位置，兩個擋板分別通過兩個彈簧的彈力復原至原來的位置，啟動工業機器人，工業機器人調節夾具的位置，將存儲罐夾住輸送。

整個運行過程實現上下內外頂端底部的三維運動，可以拆卸連接，也可以固定連接或一體連接，同時涉及電連接、機械連接，也有媒介間接相連，既解決了錯位問題，又練習了機電設備安裝、維修的技能，對于機電設備安裝與檢修及工業機器人專業學生的安裝調試方向培養和訓練有很大幫助。

4? 結束語

“生產進校園”給教師帶來的不僅是教學模式的轉變，教師可以借助校企合作平臺，主動向企業師傅學習，俯下身子搞教改、做項目，進行專業知識和技能的鉆研，制作的教學裝置既滿足了日常教學，也為學生提升技能水平進行綜合實訓提供了保障。同時，這些教學裝置與企業實際生產接軌，也有利于對企業職工進行技能培訓。

教學裝置解教學實訓之急，破學生學習之憂，創新性地將一部分技能水平高、動手能力強、善于分析問題的學生吸收入團隊中，他們在企業師傅和教師指導下總結方法、制作產品，積極參加創新創業比賽，教賽結合，教學相長。

制作使用的兩項教學實訓裝置于2018年12月在廣州參加全國技工院校實訓裝置教學比賽，獲得二等獎，很多院校和企業積極要求開展合作。下一步，將進一步進行設備功能升級改造，提升更多專業技術人員的技能水平，為實現“中國制造2025”目標作出自己的貢獻。

參考文獻

[1] 李玉杰.橋式起重機小車零部件的合理性布置設計[J].山東冶金，2017（6）：76-77，79.

[2] 常發亮，劉增曉，辛征，等.自動化立體倉庫揀選作業路徑優化問題研究[J].系統工程理論與實踐，2007（2）：139-143．

作者：安麗紅，青島市技師學院，研究方向為常用機電控制設備的維修實踐與教學（266229）。