工业机器人应用技术实训中心的建设与探索

高孝书 张凤霞

[摘           要]  工业机器人是“中国制造2025”的重要支柱之一，要使工业机器人落地生效，核心是人才。培养高素质高技能的工业机器人应用技术人才，关键在于高起点、高水平的实训中心建设。从工业机器人实训中心建设的意义和必要性出发，阐述实训中心建设的理念及方案，探索实训中心建设与人才培养深度融合的机制与路径，推进工业机器人高技能应用技术人才的培养。

[关    键   词]  工业机器人;实训中心建设;高职教育

[中图分类号]  G717                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2019）06-0046-02

习近平总书记在两院院士大会上指出“机器人革命”将创造数万亿美元的市场。机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。随着“中国制造2025”的推进，中国已成为全球第一大工业机器人市场。工业机器人应用技术人才的巨大需求与相关人才匮乏的矛盾日益凸显，作为高技能应用技术人才培养摇篮的高职教育，正是解决此矛盾的关键所在。而学校培养素质高技能的工业机器人应用技术人才，关键在于高起点、高水平的实训中心建设[1]。

一、实训中心建设的意义和必要性

随着制造业的高速发展，工业机器人已经广泛应用到制造业中。在生产中使用工业机器人可以降低產品废品率，降低人工生产成本，减少人为操作失误和人为不可控因素影响，提高企业竞争力和生产效率等，尤其是在执行高危任务或特种作业环境中，工业机器人比传统的自动化控制更加先进可靠。

工业机器人实训中心是集“教学、培训、科研、生产”四位于一体的应用技术中心，给学生提供实践操作的基本条件，营造智能制造技术综合应用的职业环境，在建设高职实训体系、推动技术技能进步、促进专业群转型、服务地方经济发展等方面具有全方位的引领示范作用。

人社部工业机器人专业的培养目标是培养具有在生产一线从事工业机器人设备的安装、操作、编程、调试与维护的应用型技术人才[2]。要达到上述培养目标，除了对学生进行理论教学外，必须进行充分的专业技能训练。工业机器人专业实训教学是培养学生在工业机器人领域实际工作技能和能力的关键环节，是培养学生创新创业能力和分析解决问题能力的有效手段，也是提高学生就业能力和就业水平的根本途径。因此，只有建设高起点、高水平的工业机器人实训中心，才能为学生专业技能训练提供必要的基础条件，为高技能应用技术人才的培养提供合适的职业环境。

从对宁夏地区开设工业机器人应用专业的调研情况看，工业机器人及其相关的实训设备配套不足是制约工业机器人专业发展的重要因素之一。此实训中心建设填补了宁夏地区工业机器人实训条件的空白，为学生参与智能制造领域的技能大赛搭建平台，为区域实训条件共享和区域相关专业发展提供了硬件支撑。

二、实训中心建设理念和方案探索

（一）校企联合共建实训中心

工业机器人实训中心建设所需投资大、技术门槛高、系统集成度高，单纯依靠学校的力量显得较薄弱，需采取校企联合、合作共建的模式，联合武汉华中数控并对接宁夏地区企业需求，将企业的机器人实际应用方案、项目及案例与学校的教学模式相结合，共同推进工业机器人专业高技能人才培养[3]。

工业机器人应用技术实训中心的建设理念是以国家职业标准为依据，以高技能人才培养为核心，以基础技能实训及应用技术实训为主，生产及科研为辅，坚持方便实训教学原则、循序渐进原则、统筹协调原则、生产与大赛兼顾原则，统一规划，分步实施。

工业机器人应用技术实训中心的建设构架是：（1）工业机器人基本技能实训室包括机电基础技能实训设施、基础机器人实训套件、高级机器人实训套件。（2）工业机器人应用技能工作室包括多控制四轴码垛机器人系统、多关节机器人和视觉系统、AGV机器人、其他辅助设备、工业机器人离线编程软件。（3）工业机器人综合技能工作室包括数字仿真实训设施、工业机器人机械系统拆装实训平台、工业机器人电气系统拆装实训平台、智能生产工作岛。（4）工业机器人辅助实训资源包括教学资源库平台、师资培训包、软件开发包、教材包。

（二）以开放促合作创新发展

随着宁夏产业结构调整和经济发展方式的转变，需要大量高技能型人才，尤其是智能制造领域的高技能人才。旺盛的社会需求和良好的实训条件是高技能人才培养的有力保障。

利用工业机器人实训中心设施条件，根据国家和宁夏相关政策，通过资源共享和师资互聘，联合培养高技能人才。构建“技术导入，项目实践，分层次递进”的校企合作模式，加大工业机器人实训中心的开放力度，依托全国首家机械行业“智能制造师资培训基地”，充分释放实训中心的潜力，增强社会服务能力，为学校、企业及社会提供技术支持和培训服务。在为本校智能制造相关专业学生提供实训条件的同时，在全校范围内开展智能制造通识教育，在宁夏职业院校间开展实训资源共享，在相关企业间开展职业技能培训。通过“请进来，走出去”，一方面，聘请行业、企业优秀技术专家来校讲学，搭建“技能大师工作站”交流合作平台;另一方面，培养并支持本校智能制造“双师型”专业教师“走出去”，服务企业和社会。

在工业机器人实训中心的基础上搭建各类智能制造技能大赛平台，以赛促学、以赛促教、以赛促改、以赛促发展，激发学生的学习兴趣，开阔学生的视野，提高学生的专业技能，提升专业教师的教学科研水平。通过大赛还可以促进校企合作、校校合作，提高职业院校人才培养的针对性和实用性，完善工业机器人专业课程体系建设，为建设工业机器人实践教学中心奠定基础。

（三）数字仿真实训平台先行建设

在新形势下，传统教学模式已无法满足工业机器人教学的客观要求，构建“信息化、智能化”教学环境势在必行。借助信息化手段先行建设工业机器人数字仿真实训室，不仅有利于提高学生的参与性、教学的有效性、实训的经济性和设备的安全性，还可以缓解大量设施投入所带来的经济压力，缩短上机实操时间，提高上机熟练度，降低学生初次上机操作的心理恐慌与担忧，避免新手对设备的撞击与破坏。

采用全虚拟数字仿真实训或半虚拟数字仿真实训，学生可以自主学习和探究工业机器人的使用方法，模拟训练机器人运动模型创建、运动指令编写、点到点运动精度控制、IO控制应用，对末端夹具、节拍时间、工作范围等实施验证[4]。还可以进行虚拟产品及工艺设计、虚拟与动手实训、模拟操作考核，多层次整合教学资源，融合不同基础实训资源，实现信息资源共享。

通过数字仿真实训培养学生的安全操作意识和规范操作意识，学生在实操前已初步掌握与工业机器人“打交道”的方法，巧妙突破实训教学的重难点，有效避免实际操作的易错点，从而不断优化解决方案，增加人机交互深度。

（四）智能制造实训设施融合建设

工业机器人是集机械、电气、数控、信息、传感技术、人工智能于一体的集成产品，技术含量高、理论跨度大、涉及范围广。要掌握工业机器人必须从基础抓起，从理论认知规律出发，夯实实训中心的基础设施设备建设，融合建设智能制造专业群相关基础实训设施，优化一体化实训教学环境，系统规划、高端引领、分步实施。

智能制造专业群相关基础技能实训设施由机电基础技能实训设施、基础机器人实训套件、高级机器人实训套件三部分组成。机电基础技能实训设施是所有实训设施的基础，主要包括电气控制实训室、电子装接室、传感器实训室、单片机室、PLC室、调速室、网络实训室、液压与气动室、CAD/CAM实训室、数控机床实训室、机械拆装室等基础实训设施。鉴于工业机器人的集成性和复杂性，实训教学中须以机电基础技能实训为抓手，以项目化教学方法为切入点，在扎实融合智能制造专业群相关基础技能之后，方能熟练地驾驭工业机器人。

在智能制造产线的引领下，学生由单一产线操作技术向智能化多线控制技术转型，由机电基础技能人才向智能制造综合应用高技能人才转型[5]。因此，实训中须以工业机器人实训中心建设为龙头，以智能制造实训基地建设为纽带，以智能制造专业群融合建设为突破口，促进多专业知识与技能的交叉综合应用，不仅能够培养学生适应未来企业全方位技能的需求，还能提升专业教师的教学水平和创新能力，跟紧智能制造发展趋势和最新技术，助力高职专业群协同改革和创新发展。

（五）工业机器人综合应用实训建设

工业机器人一般是工业生产中的中间环节，要想在生产中发挥更大作用，需配合机器人的各种末端，组成智能生产工作岛。为此，工业机器人实训中心需要设置智能制造综合生产设施，即外围应用技术设施。本实训中心的外围应用技术设施主要包括数控车床、数控加工中心、在线检测系统、数字化料仓、RFID系统、智能生产管理系统、产线大数据，这些外围应用技术设施与工业机器人共同构成智能生产工作岛。

工业机器人应用技术实训中心建设是一个复杂的系统工程，不是将外围应用技术设施简单组合起来就能用，需要对其进行编程，把工业机器人本体与控制系统、应用软件、外围应用技术设施等结合起来，组成一个完整的智能生产工作岛，才能进行生产和实训。即使学生通过数字仿真实训设施学会了工业机器人的操作，并不等于学生掌握了工业机器人的应用[6]。因为工业机器人通常是生产系统中间环节的工具，不是终端，调试与应用必须在整个生产系统中进行。因此，学生只有通过智能生产工作岛的多种典型产品加工综合训练，才能增强工业机器人硬件和软件的衔接，学会工业机器人常见应用程序的编写和调试，熟悉外围应用技术设施的使用与维护，掌握完整的智能制造生产加工方法和技能，最终从工业机器人的初学者成长为具备一定知识与能力的“熟练工”。

三、结语

随着我国人口红利逐渐消失，人工成本上涨和人口老龄化加剧，以工業机器人为代表的智能制造应用到各行各业，实现“机器换人”是大势所趋;工业机器人高技能人才培养和工业机器人实训中心建设的深度融合是关键;智能制造专业群基础实训设施、智能制造综合生产设施与工业机器人的有机融合是根本;构建科学规划、校企合作、开放共赢、产学研用一体、深度有机融合的工业机器人应用技术实训中心，培养满足智能制造创新发展要求的高技能人才是宁夏地区工业转型升级的重要助推力。

参考文献：

[1]张建国.工业机器人实训基地的构建与探索[J].机械职业教育，2016（6）：40-42.

[2]王照信.工业机器人实训基地的建设与研究[J].职业，2018（4）：97-98.

[3]张国新.产教深度融合实训基地建设路径与机制的探索[J].机械职业教育，2018（4）：37-39.

[4]陈盛.工业机器人实训中心系统集成技术的应用研究[D].电子科技大学，2016.

[5]徐畅.高职院校智能制造实训中心建设探讨[J].轻工科技，2018，34（1）：156-157.

[6]孟广斐.一体化课改理念下的技师学院校内实训基地建设[D].浙江工业大学，2016.

◎编辑 冯永霞