基于OBE 的“機(jī)器人系統(tǒng)集成”實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開發(fā)

陳文科，朱志偉

（長沙民政職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410004）

0 引言

2021 年，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于推動(dòng)現(xiàn)代職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展的意見》提出完善“崗課賽證”綜合育人機(jī)制，要求按照生產(chǎn)實(shí)際和崗位需求設(shè)計(jì)開發(fā)課程。OBE 理念是一種以成果為導(dǎo)向的教育教學(xué)理念，要求采用逆向思維方式進(jìn)行課程體系建設(shè)，通過分析學(xué)生所需達(dá)成的學(xué)習(xí)成果產(chǎn)出，反向開展教學(xué)的設(shè)計(jì)、實(shí)施與評價(jià)等，正好契合此要求[1-3]。近年來，OBE 理念被廣泛應(yīng)用于職業(yè)院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，一定程度上激發(fā)了學(xué)生實(shí)訓(xùn)熱情，保障了實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果，為職業(yè)院校實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供了參考與借鑒。

工業(yè)機(jī)器人作為新興技術(shù)的重要載體和現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵裝備，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化發(fā)展、智能化升級(jí)，不斷孕育新產(chǎn)業(yè)新模式新業(yè)態(tài)[4]。湖南在以智能制造為主攻方向，打造先進(jìn)制造業(yè)高地過程中離不開工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用支撐，亟需大量具備工匠精神且精操作、懂工藝、會(huì)管理、善協(xié)作、能創(chuàng)新，能及時(shí)解決現(xiàn)場問題的工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場工程師。工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場工程師技術(shù)技能的培養(yǎng)、職業(yè)素養(yǎng)的形成離不開對接崗位的實(shí)訓(xùn)教學(xué)[5]。基于此，將OBE 理念應(yīng)用于“機(jī)器人系統(tǒng)集成”課程實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，按照“崗賽證”技術(shù)技能及素養(yǎng)要求設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

1 現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目存在的問題

“機(jī)器人系統(tǒng)集成”是高職工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的一門核心課程，其目標(biāo)是使學(xué)生掌握工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、硬件安裝、程序調(diào)試，具備解決現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)維問題的能力。目前，該課程采用理實(shí)一體化模式展開教學(xué)，較傳統(tǒng)理實(shí)分離教學(xué)或純理論教學(xué)具有一定的先進(jìn)性，但仍存在一定的問題亟待解決。

1.1 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目滯后于崗位要求

實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)為傳統(tǒng)教學(xué)儀器設(shè)備廠商所生產(chǎn)，其設(shè)備配置往往低于工業(yè)現(xiàn)場實(shí)際需求，且其技術(shù)、工藝無法與生產(chǎn)現(xiàn)場對接。因此，依托該平臺(tái)所設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目具有先天不足，無法真正對接企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目。以工業(yè)機(jī)器人第七軸集成調(diào)試項(xiàng)目為例，工業(yè)現(xiàn)場一般采用精度較高的伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，而實(shí)訓(xùn)設(shè)備中為了降低成本多采用步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)[6]。

1.2 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目缺乏系統(tǒng)性

課程中的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容通常相互獨(dú)立、內(nèi)容零碎，前后實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目之間缺乏邏輯關(guān)聯(lián)，基礎(chǔ)性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目與綜合性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目之間缺少邏輯關(guān)聯(lián)，純粹為了湊足實(shí)訓(xùn)課時(shí)而設(shè)計(jì)。學(xué)生無法通過實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目體驗(yàn)真實(shí)工作任務(wù)、工作流程，學(xué)生無法體驗(yàn)真實(shí)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成項(xiàng)目開發(fā)與應(yīng)用的體驗(yàn)環(huán)境。

2 OBE 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開發(fā)流程

傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)課程項(xiàng)目開發(fā)是基于學(xué)科專業(yè)體系確定課程知識(shí)框架，進(jìn)而設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，是一種“正向”設(shè)計(jì)模式。這種模式下，學(xué)生通過實(shí)訓(xùn)教學(xué)獲取更多的是知識(shí)體系，難以構(gòu)建能力體系及適應(yīng)職場要求。基于OBE 的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開發(fā)的邏輯起點(diǎn)是職場能力要求，是一種“反向”設(shè)計(jì)模式，能更好地幫助學(xué)生獲取職業(yè)崗位所需要的能力。“機(jī)器人系統(tǒng)集成”課程中的OBE 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開發(fā)流程如圖1 所示，其邏輯起點(diǎn)為崗位要求、職業(yè)技能大賽要求、職業(yè)技能等級(jí)證書要求，通過將這些要求整合、優(yōu)化為課程標(biāo)準(zhǔn)中的能力結(jié)構(gòu)，并據(jù)此對實(shí)訓(xùn)教學(xué)載體進(jìn)行開發(fā)或遴選，最終完成實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目的開發(fā)[7-8]。同時(shí)，研制實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目的考核評價(jià)，以此動(dòng)態(tài)調(diào)整實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目，完成職業(yè)能力評估的閉環(huán)控制。

圖1 基于OBE 理念開發(fā)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目框架圖

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)崗位要求是通過對湖南區(qū)域內(nèi)頭部先進(jìn)制造業(yè)企業(yè)三一重工股份有限公司、中聯(lián)重科股份有限公司、山河智能股份有限公司等企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研、問卷調(diào)查、頂崗調(diào)查而來。職業(yè)等級(jí)證書要求源于現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人職業(yè)技能等級(jí)證書（中級(jí)）要求，典型證書包括工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)操作員、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)維員等。職業(yè)技能競賽要求源于全國職業(yè)院校技能大賽涵蓋工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的相關(guān)賽項(xiàng)，典型賽項(xiàng)為“機(jī)器人系統(tǒng)集成”“工業(yè)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用”兩個(gè)賽項(xiàng)。崗位要求、證書要求、競賽要求三者相互融合，歸類總結(jié)成為人才培養(yǎng)方案、課程教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)中的能力結(jié)構(gòu)，為開發(fā)或遴選教學(xué)載體奠定基礎(chǔ)，為實(shí)施實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開發(fā)提供依據(jù)。

3 教學(xué)載體及實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開發(fā)

實(shí)訓(xùn)教學(xué)離不開教學(xué)載體的支撐。教學(xué)載體中應(yīng)該涵蓋工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)，能夠?qū)嵤┕I(yè)生產(chǎn)中的先進(jìn)工藝，能夠真實(shí)反映智能制造領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用場景。基于此原則，結(jié)合團(tuán)隊(duì)成員企業(yè)服務(wù)經(jīng)歷，聘請企業(yè)專家共同研發(fā)兼具生產(chǎn)與實(shí)訓(xùn)功能的基于工業(yè)機(jī)器人的數(shù)控加工智能產(chǎn)線。該產(chǎn)線具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示，基于模塊化+網(wǎng)絡(luò)化的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體包括定節(jié)距上料單元、帶地軌的工業(yè)機(jī)器人單元、數(shù)控加工單元、PLC 總控單元以及下料單元。該產(chǎn)線直接對標(biāo)智能制造中的智能化數(shù)控加工產(chǎn)線，通過工業(yè)機(jī)器人替代人工上下物料，實(shí)現(xiàn)了制造加工流程的自動(dòng)化和智能化。該產(chǎn)線既可以用于學(xué)生實(shí)訓(xùn)，還可以用于企業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)載體與生產(chǎn)設(shè)備的對接，有利于學(xué)生真實(shí)職業(yè)場景的體驗(yàn)。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

基于OBE 的理念，采用逆向設(shè)計(jì)對基于工業(yè)機(jī)器人的數(shù)控加工智能產(chǎn)線進(jìn)行分析，對學(xué)生所需能力進(jìn)行分解，如圖3 所示。設(shè)計(jì)并交付該產(chǎn)線主要要具備方案設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試、文檔撰寫等職業(yè)能力，具體每項(xiàng)能力又可以進(jìn)一步細(xì)分，如方案設(shè)計(jì)能力包括需求分析能力、總體方案設(shè)計(jì)能力、各單元方案設(shè)計(jì)能力。

圖3 能力分解

基于逆向設(shè)計(jì)完成能力分解后，設(shè)計(jì)了如圖4 所示的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目總體框架。該課程中設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、核心實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目、綜合性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目以及生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。各個(gè)項(xiàng)目之間不是孤立的，而是相互貫通的，前面的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目是后面實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)，前面的實(shí)訓(xùn)成果可以用于后面的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中。具體實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目安排見表1。以電氣裝調(diào)項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目需要多各單元電氣硬件進(jìn)行安裝以及手動(dòng)調(diào)試；而PLC 控制實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目則在各單元硬件基礎(chǔ)上進(jìn)行程序流程設(shè)計(jì)、程序代碼設(shè)計(jì)；最后在產(chǎn)線集成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中，對各個(gè)單元電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立調(diào)試；當(dāng)各個(gè)單元獨(dú)立調(diào)試完畢后，需要進(jìn)行產(chǎn)線集成調(diào)試。通過貫通式的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目實(shí)施，學(xué)生可以體驗(yàn)產(chǎn)線集成開發(fā)的全流程，能夠錘煉職業(yè)素養(yǎng)與創(chuàng)新意識(shí)[9-10]。

表1 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目安排表

圖4 實(shí)訓(xùn)教學(xué)項(xiàng)目框架

4 結(jié)語

OBE 教育理念是一種以結(jié)果為導(dǎo)向的先進(jìn)教學(xué)理念，我國職業(yè)教育屆的許多專家和學(xué)者已對其進(jìn)行了大量理論和實(shí)踐研究，也取得了一定的研究成果，為教學(xué)改革提供了大量的研究基礎(chǔ)。在分析現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)教學(xué)中存在問題的基礎(chǔ)上，對區(qū)域內(nèi)制造業(yè)頭部企業(yè)進(jìn)行大量調(diào)研，結(jié)合職業(yè)技能競賽、職業(yè)等級(jí)證書要求，歸納總結(jié)出相關(guān)職業(yè)能力，并聯(lián)合相關(guān)企業(yè)專家開發(fā)對接生產(chǎn)的先進(jìn)性實(shí)訓(xùn)教學(xué)載體。依托教學(xué)載體，設(shè)計(jì)了基于OBE 理念的貫通式實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，為學(xué)生體驗(yàn)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)、研發(fā)場景奠定了基礎(chǔ)。項(xiàng)目實(shí)施以來，學(xué)生的職業(yè)能力得到一定提升，主要體現(xiàn)在學(xué)生就業(yè)率穩(wěn)步增長，2022 年初次就業(yè)率達(dá)到了96%，較前一年度增長5 個(gè)百分點(diǎn)。