高职院校工业机器人技术实训基地建设的思考

张涛　汤荣秀　肖军　王青叶

[摘           要]  截至2019年1月，全国有616所高等院校获批开办“工业机器人技术”专业（专业代码：560309），建设校内的工业机器人技术实训基地是确保专业教学和提升人才培养质量的必由之路。针对该实训基地的建设提出建设原则、建设步骤和参考意见，对高职院校的工业机器人技术实训基地建设具有一定的指导作用。

[关    键   词]  工业机器人;实训基地;建设原则;建设步骤;建议

[中图分类号]  G717                 [文献标志码]  A               [文章编号]  2096-0603（2019）22-0130-02

工业机器人作为智能制造重要的基础设备，其应用涵盖汽车、电子、航空制造等众多领域。目前，我国已经成为全球最大的工业机器人市场，预计到2020年，工业机器人装机量将达到100万台，需要20万名工业机器人应用相关从业人员。为满足该专业教学需求，建设工业机器人技术实训基地是必不可少的。

工业机器人技术实训基地建设具有技术综合性高、资金投入大、对场地环境要求高和操作安全问题突出等特点，需要在建设之初进行广泛的社会调研、缜密思考后拿出切实可行的建设方案。该方案既要满足建设资金的合理分配利用，又要满足专业教学、社会培训和教师科研的现实需求，又能兼顾《中国制造2025》的两化融合的长远规划，实现虚实结合、理实一体、校企共建、产学研用一体的建设目标。

笔者通过调研统计多数高职院校的工业机器人技术实训基地由三部分构成，即工业机器人虚拟仿真、工业机器人基础操作和工业机器人系统集成，以满足该专业不同课程教学的需求。这三部分可以分别建成三个独立的实训室，也可以在一个车间里按功能合理地划分为三个区域。对建设顺序，笔者认为按照分期分批逐步建设的理念，先行建设工业机器人基础操作和工业机器人虚拟仿真实训室，之后再建设工业机器人系统集成实训室。

一、工业机器人技术实训基地的建设原则

工业机器人技术实训基地建设应遵循以下5个原则。

1.统一性原则。对于工业机器人虚拟仿真实训室、工业机器人基础操作实训室的工业机器人选型尽可能选购同一品牌的产品、同一型号产品，便于开展专业基础类课程的教学。

2.通用、开放性原则。根据各职业院校的现状，该实训基地的建设不但满足专业教学的需求，还要考虑面向不同行业、企业的职工培训，使之成为学校对外交流的窗口和对外服务的基地。

3.多样性原则。对工业机器人系统集成实训室建设，考虑到工业机器人应用涵盖汽车、机械加工、物流、电子产品制造等多个领域，且不同领域有不同的应用;同时也要考虑学生毕业后所接触到的工业机器人产品的品牌、种类绝不会是单一的，建议系统集成实训室选购的工业机器人为多品牌（ABB、KUKA等）、多类型（桁架式、串联、并联、SCARA、AGV等）、多应用场景（焊接、搬运、装配、上下料等），也有利于学校开展社会培训和服务。

4.循序漸进性原则。工业机器人技术实训基地投入资金较大，建设周期长，需要分期分批建设。第一期建设工业机器人虚拟仿真实训室和工业机器人基础操作实训室，用于教师的先期培训和一、二年级专业课程的教学需求。工业机器人系统集成实训室作为第二期建设项目。工业机器人的采购本着先确定品牌，再确定类型和型号，最后确定集成商的顺序来考虑。

5.示范性原则。考虑到该基地建成后有助于提升学校的办学实力和声誉，有助于拉动专业的招生。所以在建设实训室时，除了考虑所采购设备的实用性和先进性之外，还要综合考虑实训室的形象与企业文化建设，在本地区的高职院校中具有一定的示范性。

二、工业机器人技术实训基地的建设步骤

1.针对工业机器人的企业用户进行调研。企业用户是指工业机器人应用的制造型企业，也是学生未来就业的企业。调研的内容包括两方面：（1）企业的工业机器人岗位需求的调研，与企业工程技术人员合作开展岗位职业能力分析，综合调研企业的需求，从而形成该专业的课程体系。（2）对企业所使用的工业机器人的品牌、种类、型号及应用场景进行调研，形成实训基地建设的基础数据。

2.向开办工业机器人技术专业的院校取经。多数高职院校的工业机器人技术专业是在2010年以后陆续开办的，在开办的初期都经历了一没师资二没设备三没经验的阶段，是在不断地学习和探索过程中积累了大量的经验。通过向这些院校取经，沟通实训基地建设的思路、实训室建设方案、设备及应用场景的选择等，逐渐形成自己的建设思路。

3.与知名工业机器人制造商、集成商开展校企合作。在完成前两步调研的基础上可以寻求与工业机器人的本体制造商、项目的集成商开展校企合作共同建设实训基地。国内知名的工业机器人本体制造商有十余家，而为制造商提供系统集成服务的厂商有数千家之多，寻求校企合作一定从制造商开始。国外知名的工业机器人制造商有ABB、KUKA（库卡）、FANUC（发那科）、Yaskawa（安川）等公司，这些企业在中国境内均有分公司和制造基地。国内知名的工业机器人本体制造商有新松、埃夫特、新时达、埃斯顿等公司，这些国内企业在研发和制造能力上位列前茅。这些国内公司一般设有专门的机构与学校对接校企合作。通过走访工业机器人本体制造商，可以考察厂商的综合实力、校企合作开展情况及产品类型、系列，从市场的占有率、产品的多样性和校企合作的支持力度等多方面因素考虑，最终遴选2～3家工业机器人本体制造商作为校企合作的合作伙伴。

因为多数工业机器人的制造商仅提供工业机器人本体的制造，具体的应用场景设计和项目施工多由集成商完成。在确定合作的制造商的基础上，再由制造商推荐3家以上有实力的集成商完成项目的落地。

4.制定工业机器人技术实训基地建设方案。由学校、制造商、集成商三方共同制定工业机器人技术实训基地的建设方案。这个过程需要三方反复沟通多次研讨，拿出三方认可的初步建设方案，再经过学校与合作企业以外的第三方专家组论证审核通过，最终确定实训基地建设方案。

5.实施政府公开采购完成实训基地建设。由于工业机器人技术实训基地建设资金较大，一般采用政府公开招标的方式进行设备的采购。在学校制定的招标文件的商务需求中要明确一些要求，如学校与中标的工业机器人本体制造商、集成商签订校企合作协议，共建专业、提供原厂的师资培训、共同开发课程及其教学资源等要求。参加投标的企业提供与本体制造商的合作协议及所投产品的厂家授权书等。在招标文件中的技术需求中把所采购设备的技术参数描述要详尽，确保能够采购到自己满意的产品。

三、工业机器人技术实训基地建设的建议

1.鉴于工业机器人技术实训基地建设投入资金较大，建议学校要组建专门建设团队，统一思想、深入调研、顶层设计、超前规划。在对工业机器人的企业用户、相关院校的工业机器人实训室、工业机器人制造商和集成商进行充分调研后，制订实训基地的初步建设方案，再聘请第三方专家进行研讨、论证，形成实施方案。

2.工业机器人基础操作实训室承担工业机器人的专业基础课程的教学。利用工业机器人基础操作平台设备主要完成工业机器人示教器的在线编程教学，让学生掌握工业机器人编程操作的基础技能。该平台采用六自由度工业机器人，配合相应的机器人夹具、TCP标定模块、轨迹规划模块、码垛模块等，让学生了解工业机器人的结构、运行方式、坐标系建立、简单轨迹的编辑，通过实际操作和练习，提高学生的动手能力以及对空间位置关系的理解。所选工业机器人的荷重约在3Kg，工作范围在0.6m。该实训室的占地面积在150～200m2，以每班40人规划，教学时每4人为一组，则配置10套，每套设备价格在25～30万元。

3.工业机器人虚拟仿真实训室主要满足工业机器人技术专业的初期教学和后期的虚拟仿真设计需要，其优点是：对初学者可以提高操作安全，对熟练者培养工程设计能力。所选择的工业机器人虚拟仿真软件要与工业机器人基础操作实训室所选购的工业机器人配套，如ABB公司的Robot Studio软件、FANUC公司的Roboguide软件、Yaskawa公司的Robot MotoSim EG软件、KUKA公司的KUKA Sim软件等，具体以所购置的工业机器人品牌来确定。如果是第三方的仿真软件，如华航唯实公司的Robot Art软件，该软件要兼容你所选用的工业机器人的品牌、型号。在采购工业机器人本体达到一定数量时，厂家会赠送仿真软件。该实训室的占地面积在100-120m2，以每班40人规划，配置41台高性能计算机，安装虚拟仿真软件，再配套一台工业机器人基础操作实训室的基础操作工作台。该工作台的工业机器人要连入实训室的局域网，使虚拟仿真软件设计的项目能够下载到机器人进行实际演示，达到虚实结合的效果。

4.对工业机器人系统集成实训室，考虑到工业机器人应用场景主要是汽车、电气电子、制药、食品、轻工、冶金等领域，不同领域有不同的应用，同时也要考虑到学生毕业后所接触到的工业机器人产品绝不会是单一品牌、单一类型，建议系统集成实训室选购的工业机器人为多品牌（2～4个品牌，如欧系与日系，国外与国内）、多类型（市场上常见的工业机器人有4轴、6轴的串联机器人、并联机器人、人机协作机器人、SCARA机器人、AGV机器人、复合型机器人等）、多型号（同一品牌同一类型的不同型号）、多应用（焊接、分拣、搬运、码垛等）。

考虑到工业机器人系统集成实训室建设的实用性、通用性和安全性，笔者建议选用的工业机器人系统集成工作站包括：

（1）工业机器人的弧焊工作站（严重考虑安全问题）。

（2）工业机器人的点焊工作站（严重考虑安全问题）。

（3）工业机器人的搬运、堆垛工作站。

（4）工业机器人的自动装配工作站（双机器人同步协调工作）。

（5）并联机器人带视觉系统的分拣、装箱和码垛工作站。

（6）SCARA 机器人的装配和搬运工作站。

（7）工业机器人的打磨、抛光及去毛刺工作站。

（8）3D打印机工作站

工业机器人系统集成工作站也可以根据场地、资金的原因分批建设，选用的工业机器人品牌、种类多样化，这样可以让学生掌握多品牌、多类型工业机器人的项目系统集成能力。

建议配置4～6套不同应用场景的工作站，系统集成实训室的占地面积大约在300～400m2，每台工作站的价格在40～70万左右。教学时采用项目式教学法，每個工作站就是一个项目，将学生分成4～6组，每组对应一个项目，完成一个项目再进行轮换，这样每组完成3个以上的项目就可以基本具备工业机器人系统集成的能力。

5.操控工业机器人具有一定的危险性，为确保操作人员的安全，可以采用围栏等物理防护手段和光幕等电子防护手段。对设备安全要考虑防潮、防尘等因素，车间的顶棚漏雨、门窗的缝隙要解决。在选择工业机器人焊接、喷涂、材料加工等工作站时，会使用带有压力的危险性气体，在加工过程中会产生废气、废液和废料，要重点做好人身安全防护和三废的处理。

6.开设工业机器人技术专业的院系，把智能制造作为专业群的建设方向，结合工业机器人技术实训基地建设，需要超前规划体现工业4.0的智能制造工程中心。该工程中心基于工业物联网、云计算和大数据等新一代信息技术，通过“互联网+制造”实现线上线下相结合，体现从客户的网络下单、产品的数字化设计与虚拟仿真、智能化制造、智能仓储到智能物流的制造全流程。可以看出，工业机器人只是智能制造中的重要设备，但它本身不能代表智能制造。在建设工业机器人技术实训基地时可以结合智能制造工程中心的建设超前规划，尤其是在工业机器人工作站的设计中，可以把智能制造的理念与之结合，以某个真实产品的定制化小批量生产为主，以工艺与数据为流程，结合不同类型的工业机器人产品，实现智能制造各个环节的展示。

工业机器人技术实训基地有力地保障了工业机器人技术专业的教学和人才培养质量的提升，也能满足机电一体化技术、电气自动化技术等多个专业的教学需求。以工业机器人技术实训基地建设为契机，加强顶层设计、超前规划，融合更多信息化技术，最终完成智能制造工程中心的建设。

◎编辑 冯永霞