论文部分内容阅读
摘要：工业机器人实训基地的建设水平直接关系到工业机器人技术专业人才培养的质量。首先介绍了工业机器人实训基地的基本情况及建设原则，接着重点阐述了实训基地建设规划方案，包括基础教学实训室、离线编程仿真实训室和综合应用实训室三部分。最后总结工业机器人实训基地建设的重要意义及发展方向。
关键词：工业机器人；实训基地；高职高专
中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）23-0151-03
工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体生产设备，在现代制造业中发挥着重要作用。现在广泛应用的工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约原材料消耗、降低生产成本以及加快产品的更新换代，同时对促进产业结构调整、发展方式转变和工业转型升级具有重要意义。
近年来，我国不断出台新的政策支持工业机器人产业的发展。2015年5月，国务院发布《中国制造2025》，战略任务和重点中提出大力推进重点领域突破发展，确定发展高档数控机床和机器人；2015年9月，国家制造强国战略咨询委员会正式发布《中国制造2025重点领域技术线路图》，高档数控机床和机器人被确定为未来十年十大重点发展领域之一，力争到2025年从制造大国迈入制造强国行列。
高职教育要实现高质量的人才培养目标，必须重视实训基地的建设与可持续发展。本文旨在以服务高职高专工业机器人技术专业人才培养目标为核心，研究探讨高职高专工业机器人技术专业实训基地的建设方案，指导实训基地建设沿着规范、高效的方向发展，为提高专业教育质量提供有力保障。
1 工业机器人实训基地简介
高等职业教育是培养职业人的摇篮，因此从某种意义上说工业机器人实训基地的建设水平直接关系到制造类人才培养的质量。目前工业机器人实训基地的主要功能是教学、培训和科研，承担实践教学和学生职业素质培养、开展职业技能培训、鉴定和职业资格认证等。工业机器人实训基地将企业实际生产任务搬到实训基地作为任务，让学生提前感受工作的实际压力，在压力的驱动下，培养学生的责任感、社会使命感和成就感，提前融入社会。
实训基地是保证实训教学过程得以实现，用于在校学生通过工学结合学习实践技能的场所，实训基地一般可分为校内实训基地和校外实训基地两种形式。本文的研究面向校内实训基地。工业机器人校内实訓基地主要承担我校工业机器人专业的专业技能课程的实训教学任务。可以开展工业机器人原理、构成相关知识 、操作工业机器人运动 、进行现场在线示教编程、进行工业机器人离线编程、相关器件的维护技能、结合工业机器人实现综合应用等实训内容。
2 实训基地建设原则
（1）“技能培训与技能鉴定相结合”的原则
我国的职业教育实行学历证书与职业资格证书并重的制度，是按照国家制定的职业技能标准或任职资格条件，对接受职业教育的学生开展职业技能鉴定，使学生毕业时能同时获得相应的学历证书和职业资格证书，在职业教育院校开展职业技能鉴定工作，是职业教育主动适应经济发展和劳动就业准入制度的需要，也是学生求职就业的迫切要求。所以实训基地的建设必须考虑此原则。
（2） “基于工作过程的理、虚、实一体化架构”的原则
建成“理、虚、实”一体化系统，“理”是指围绕典型应用案例（称为贯穿案例）及其工作过程构建的、以教学资源和实验指导资料为核心的课程资源包。“虚”是指采用世界领先的虚拟现实技术开发的工业机器人虚拟仿真实训软件。“实”是指工业机器人及其典型应用案例的实物实训装备。采用虚拟仿真软件，在理论教学和实物实训之间搭建起一个过渡的“桥梁”， 从而有效地解决理论教学与实物实训难以有效融合的问题，使“理实一体”的教学与实训理念得以有效贯彻。
图1所示的理、虚、实一体化实训中心主要由两个功能区域构成：一是教学仿真区，承担理论教学与虚拟仿真实训，主要由计算机、PAD、投影仪及配套教学办公设备组成。二是实物实训区，承担工业机器人实物操作训练，由工业机器人实物及综合实训项目装备组成。另外，在两个区域均布置展板、触摸液晶屏等。条件允许的情况下，可将理论教学（含虚拟仿真实训）与实物实训规划在同一个区域内。教学示范、虚拟实训、实物实训的同步实施，实现“理、虚、实”的高度融合。
“理、虚、实”一体化系统是职业学校专业教学中探索创新出来的一种新型的教学模式，突破了以往理论与实践相脱节的现象，教学环节相对集中。它强调充分发挥学生的自主能力，通过教师设定教学任务和教学目标，让师生双方边教、边学、边做，全程构建素质和技能培养框架，丰富理论教学和实践教学环节，提高教学质量。
工业机器人实训基地建设以“工业4.0”为背景，紧贴“中国制造2025”发展战略，结合当前最前沿的工业机器人技术，以智慧工厂和智能制造为主题，搭建一个培养工业机器人技术应用人才的平台。实训基地建设以工业机器人专业课程体系为主线，配套所需的软硬件，实现专业人才的培养。根据不同功能，分为工业机器人基础教学实训室、工业机器人离线编程仿真实训室和工业机器人综合应用实训室三部分。图 2 工业机器人实训基地建设方案布局图。
3 实训基地建设规划
（1）工业机器人基础教学实训室
工业机器人基础教学实训室以《工业机器人技术基础》和《工业机器人现场编程》两门专业核心课程为主线，配套工业机器人多功能教学工作站为实践硬件平台，包含丰富的教学资源和实验指导资料。该实训室以培养工业机器人技术基础应用人才为目标，可以提供工业机器人结构认知、关键部件组成、基本设置及操作、在线示教编程、简单轨迹规划、工作站结构了解及搭建、工业机器人模拟工艺应用实践等内容的教学工作，面对对象主要包括在校工业机器人技术专业及机械类、电气控制类等专业的学生。可以进行基础教学和知识技能的培训。图3为工业机器人基础教学工作站效果图。 （2）工业机器人离线编程仿真实训室
工业机器人离线编程仿真实训室以《工业机器人离线编程仿真技术及应用》这门专业核心课程为主线，配套工业机器人离线编程仿真实训工作站为实践硬件平台。该实训室以培养工业机器人技术高级应用人才为目标，以工业机器人离线编程仿真技术为核心，可以提供工业机器人虚拟教学、离线编程仿真及应用等内容的教学工作，面对对象主要包括具有较高学习能力和技能水平的在校学生，使其深入学习工业机器人离线编程仿真技术，利用离线编程软件配合工业机器人基础教学实训室中的硬件设备完成应用实践，充分了解离线编程相对于在线示教编程的优势，掌握工业机器人高级应用中的复杂轨迹编程仿真方法。图 4为工业机器人离线编程仿真实训资源包。
（3）工业机器人综合应用实训室
工业机器人综合应用实训室以机床加工上下料实训工作站、工业机器人码垛工作站和组合式柔性生产线等为实践硬件平台。该实训室以培养工业机器人系统集成及应用人才为目标，可以提供工业机器人系统构成、工艺实现方式、工作站设计方法、多站配合调试等内容的教学工作，面对对象主要包括在校具有工业机器人基本操作和编程能力的学生。
机床加工上下料实训工作站可承担多种零件（如轴、盘类零件）的数控车、铣自动化协同加工任务。机器人除进行上下料工作外，还通过转料盘进行工序间的零件传送。更进一步地，还可承担单台机器人或两台机器人联动的零件装配项目实训。教学及实训内容包括：项目设备、工装、夹具认知，柔性制造任务的设计与实施方案，机器人抓取、上料装夹、搬运、单机装配、双机协同装配编程，编制接收、发出IO的程序，编制末端工具动作的程序，编制控制工件转料盘等相关设备的逻辑与动作的程序。
组合式柔性生产线以数控车、数控铣两个基本生产工位为核心，三台机器人与机床、生产线装备（如转料盘、传送线等）协同工作，完成各种零件的自动化加工任务，构成灵活多变的综合应用实训项目。生产线规划了预留加工区域，可灵活配置其他加工工序，如焊接等。
4 总结
把工业机器人技术专业的实训基地建设成为实训、教学体系合理、开放共享、特色鲜明、培养高素质人才的重要平台。学生可了解常用工业机器人的组成部分和特性，掌握其使用方法，掌握多种机器人在不同行业的应用需求并掌握其使用技巧，为毕业生进入系统集成企业并快速为企业和社会带来价值提供了必要的条件。
目前工业机器人实训基地的主要功能是完成校内的教学、培训和科研。而工业机器人实训基地承担社会小规模生产任务正是今后努力规划的一项新功能，实训基地的创收也可以用于实训基地的再建设。
参考文献：
[1] 管小清，王纪东.高等职业教育中工业机器人实训基础建设的实践与探索——以汽车制造专业為例.第六届ABB杯全国自动化系统工程师论文大赛，2016：230-232.
[2] 郭黎丽.对工业机器人应用技术专业实训基地建设的探索与实践[J].电子测量与技术，2013（9）：124-126.
[3] 赵凤申.高职院校工业机器人实训室建设初探[J].电气电子教学学报.2010（8）：115-119.
[4] 刘莹.机器人实训模式探索与研究[J].自动化与仪器仪表，2016（11）.
[5] 郭永涛.工业机器人专业实训基地建设调研报告[J].技术论坛，2015：281-283.
[6] 熊隽.工业机器人实训室的建设与研究[J].职业教育，2014（8）：95-96.
【通联编辑：王力】
关键词：工业机器人；实训基地；高职高专
中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）23-0151-03
工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体生产设备，在现代制造业中发挥着重要作用。现在广泛应用的工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约原材料消耗、降低生产成本以及加快产品的更新换代，同时对促进产业结构调整、发展方式转变和工业转型升级具有重要意义。
近年来，我国不断出台新的政策支持工业机器人产业的发展。2015年5月，国务院发布《中国制造2025》，战略任务和重点中提出大力推进重点领域突破发展，确定发展高档数控机床和机器人；2015年9月，国家制造强国战略咨询委员会正式发布《中国制造2025重点领域技术线路图》，高档数控机床和机器人被确定为未来十年十大重点发展领域之一，力争到2025年从制造大国迈入制造强国行列。
高职教育要实现高质量的人才培养目标，必须重视实训基地的建设与可持续发展。本文旨在以服务高职高专工业机器人技术专业人才培养目标为核心，研究探讨高职高专工业机器人技术专业实训基地的建设方案，指导实训基地建设沿着规范、高效的方向发展，为提高专业教育质量提供有力保障。
1 工业机器人实训基地简介
高等职业教育是培养职业人的摇篮，因此从某种意义上说工业机器人实训基地的建设水平直接关系到制造类人才培养的质量。目前工业机器人实训基地的主要功能是教学、培训和科研，承担实践教学和学生职业素质培养、开展职业技能培训、鉴定和职业资格认证等。工业机器人实训基地将企业实际生产任务搬到实训基地作为任务，让学生提前感受工作的实际压力，在压力的驱动下，培养学生的责任感、社会使命感和成就感，提前融入社会。
实训基地是保证实训教学过程得以实现，用于在校学生通过工学结合学习实践技能的场所，实训基地一般可分为校内实训基地和校外实训基地两种形式。本文的研究面向校内实训基地。工业机器人校内实訓基地主要承担我校工业机器人专业的专业技能课程的实训教学任务。可以开展工业机器人原理、构成相关知识 、操作工业机器人运动 、进行现场在线示教编程、进行工业机器人离线编程、相关器件的维护技能、结合工业机器人实现综合应用等实训内容。
2 实训基地建设原则
（1）“技能培训与技能鉴定相结合”的原则
我国的职业教育实行学历证书与职业资格证书并重的制度，是按照国家制定的职业技能标准或任职资格条件，对接受职业教育的学生开展职业技能鉴定，使学生毕业时能同时获得相应的学历证书和职业资格证书，在职业教育院校开展职业技能鉴定工作，是职业教育主动适应经济发展和劳动就业准入制度的需要，也是学生求职就业的迫切要求。所以实训基地的建设必须考虑此原则。
（2） “基于工作过程的理、虚、实一体化架构”的原则
建成“理、虚、实”一体化系统，“理”是指围绕典型应用案例（称为贯穿案例）及其工作过程构建的、以教学资源和实验指导资料为核心的课程资源包。“虚”是指采用世界领先的虚拟现实技术开发的工业机器人虚拟仿真实训软件。“实”是指工业机器人及其典型应用案例的实物实训装备。采用虚拟仿真软件，在理论教学和实物实训之间搭建起一个过渡的“桥梁”， 从而有效地解决理论教学与实物实训难以有效融合的问题，使“理实一体”的教学与实训理念得以有效贯彻。
图1所示的理、虚、实一体化实训中心主要由两个功能区域构成：一是教学仿真区，承担理论教学与虚拟仿真实训，主要由计算机、PAD、投影仪及配套教学办公设备组成。二是实物实训区，承担工业机器人实物操作训练，由工业机器人实物及综合实训项目装备组成。另外，在两个区域均布置展板、触摸液晶屏等。条件允许的情况下，可将理论教学（含虚拟仿真实训）与实物实训规划在同一个区域内。教学示范、虚拟实训、实物实训的同步实施，实现“理、虚、实”的高度融合。
“理、虚、实”一体化系统是职业学校专业教学中探索创新出来的一种新型的教学模式，突破了以往理论与实践相脱节的现象，教学环节相对集中。它强调充分发挥学生的自主能力，通过教师设定教学任务和教学目标，让师生双方边教、边学、边做，全程构建素质和技能培养框架，丰富理论教学和实践教学环节，提高教学质量。
工业机器人实训基地建设以“工业4.0”为背景，紧贴“中国制造2025”发展战略，结合当前最前沿的工业机器人技术，以智慧工厂和智能制造为主题，搭建一个培养工业机器人技术应用人才的平台。实训基地建设以工业机器人专业课程体系为主线，配套所需的软硬件，实现专业人才的培养。根据不同功能，分为工业机器人基础教学实训室、工业机器人离线编程仿真实训室和工业机器人综合应用实训室三部分。图 2 工业机器人实训基地建设方案布局图。
3 实训基地建设规划
（1）工业机器人基础教学实训室
工业机器人基础教学实训室以《工业机器人技术基础》和《工业机器人现场编程》两门专业核心课程为主线，配套工业机器人多功能教学工作站为实践硬件平台，包含丰富的教学资源和实验指导资料。该实训室以培养工业机器人技术基础应用人才为目标，可以提供工业机器人结构认知、关键部件组成、基本设置及操作、在线示教编程、简单轨迹规划、工作站结构了解及搭建、工业机器人模拟工艺应用实践等内容的教学工作，面对对象主要包括在校工业机器人技术专业及机械类、电气控制类等专业的学生。可以进行基础教学和知识技能的培训。图3为工业机器人基础教学工作站效果图。 （2）工业机器人离线编程仿真实训室
工业机器人离线编程仿真实训室以《工业机器人离线编程仿真技术及应用》这门专业核心课程为主线，配套工业机器人离线编程仿真实训工作站为实践硬件平台。该实训室以培养工业机器人技术高级应用人才为目标，以工业机器人离线编程仿真技术为核心，可以提供工业机器人虚拟教学、离线编程仿真及应用等内容的教学工作，面对对象主要包括具有较高学习能力和技能水平的在校学生，使其深入学习工业机器人离线编程仿真技术，利用离线编程软件配合工业机器人基础教学实训室中的硬件设备完成应用实践，充分了解离线编程相对于在线示教编程的优势，掌握工业机器人高级应用中的复杂轨迹编程仿真方法。图 4为工业机器人离线编程仿真实训资源包。
（3）工业机器人综合应用实训室
工业机器人综合应用实训室以机床加工上下料实训工作站、工业机器人码垛工作站和组合式柔性生产线等为实践硬件平台。该实训室以培养工业机器人系统集成及应用人才为目标，可以提供工业机器人系统构成、工艺实现方式、工作站设计方法、多站配合调试等内容的教学工作，面对对象主要包括在校具有工业机器人基本操作和编程能力的学生。
机床加工上下料实训工作站可承担多种零件（如轴、盘类零件）的数控车、铣自动化协同加工任务。机器人除进行上下料工作外，还通过转料盘进行工序间的零件传送。更进一步地，还可承担单台机器人或两台机器人联动的零件装配项目实训。教学及实训内容包括：项目设备、工装、夹具认知，柔性制造任务的设计与实施方案，机器人抓取、上料装夹、搬运、单机装配、双机协同装配编程，编制接收、发出IO的程序，编制末端工具动作的程序，编制控制工件转料盘等相关设备的逻辑与动作的程序。
组合式柔性生产线以数控车、数控铣两个基本生产工位为核心，三台机器人与机床、生产线装备（如转料盘、传送线等）协同工作，完成各种零件的自动化加工任务，构成灵活多变的综合应用实训项目。生产线规划了预留加工区域，可灵活配置其他加工工序，如焊接等。
4 总结
把工业机器人技术专业的实训基地建设成为实训、教学体系合理、开放共享、特色鲜明、培养高素质人才的重要平台。学生可了解常用工业机器人的组成部分和特性，掌握其使用方法，掌握多种机器人在不同行业的应用需求并掌握其使用技巧，为毕业生进入系统集成企业并快速为企业和社会带来价值提供了必要的条件。
目前工业机器人实训基地的主要功能是完成校内的教学、培训和科研。而工业机器人实训基地承担社会小规模生产任务正是今后努力规划的一项新功能，实训基地的创收也可以用于实训基地的再建设。
参考文献：
[1] 管小清，王纪东.高等职业教育中工业机器人实训基础建设的实践与探索——以汽车制造专业為例.第六届ABB杯全国自动化系统工程师论文大赛，2016：230-232.
[2] 郭黎丽.对工业机器人应用技术专业实训基地建设的探索与实践[J].电子测量与技术，2013（9）：124-126.
[3] 赵凤申.高职院校工业机器人实训室建设初探[J].电气电子教学学报.2010（8）：115-119.
[4] 刘莹.机器人实训模式探索与研究[J].自动化与仪器仪表，2016（11）.
[5] 郭永涛.工业机器人专业实训基地建设调研报告[J].技术论坛，2015：281-283.
[6] 熊隽.工业机器人实训室的建设与研究[J].职业教育，2014（8）：95-96.
【通联编辑：王力】