基于1+X证书制度下高职院校机器人专业实验室建设与培养

张小光，李公文，顾宏才，谭志银

(1.滁州职业技术学院 电气工程学院，安徽 滁州 239000；2.芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司，安徽 芜湖 241000)

近期，《中国制造2025》和《机器人产业发展规划(2020-2025年)》等文件正式发布。文件指出各高校应该逐步实施工业机器人专业人才的培养，分层次、按领域布局机器人产业相关学科建设。加大工业机器人职业的培训教育力度，加快培养各个行业急需的机器人方面的人才。随之国务院印发了《国家职业教育改革实施方案》提到在职业院校、应用型本科高校启动“学历证书+若干职业技能等级证书”(即1+X证书)制度试点。作为地方高职院校需要提高为区域经济发展服务的能力，及为行业企业技术进步服务的能力，以便培养出一支数量充足、结构合理、素质优良、充满活力的制造业人才队伍〔1-3〕。高校机器人实验室应该总体规划、分步实施，建立包括基础、仿真、工作站、智能流水线等实践实训场地，整合学科建设、课程实践、人才培养、技能鉴定等多方面功能〔4〕。

1 高职机器人专业培养目标

1.1 培养体系

与本科院校机器人专业培养目标相比，高职院校以培养机器人及生产线安装、调试、维护、运行、系统集成与故障诊断等高端与技能型专门人才〔5-6〕为目标。对高职院校机器人专业学生来说要掌握机器人示教操作和离线编程，能够根据产品工艺要求，制定出合理的技术路线及技术方案，完成机器人参数设置、路径规划、程序编定等方面的工作。所以针对高职院校机器人专业人才培养体系而言，要把机器人专业调研报告、师资建设、 培养方案、 课程大纲、教学项目、配套教材等融为一体，贯穿专业建设的始终〔7-8〕。要做到注重软硬资源相结合，避免硬件堆砌；注重培养体系的系统性，避免培养体系碎片化；注重理论与实操相结合，避免只理论不实操。

1.2 课程体系

机器人应用编程中级证书考核涉及机器人编程、工业视觉、PLC、HMI、离线仿真和伺服系统等多方面的内容。而传统机器人专业课程分块进行培养，不能形成一个课程体系，很难满足工业机器人应用编程1+X证书考证要求。所以要把专业基础课程、专业核心课程与专业拓展课程相结合，把1+X证书考试作为学业课程的一部分，工业机器人课程体系如下图1所示。课程施教过程中，充分让学生在真实环境中实践操作，做到理论知识在实践操作中理解，在实践操作中掌握机器人安装调试、操作编程、系统集成、维修保养、售后技术等技能，通过合理的课程体系把学生培养成为具有较强综合职业能力的高素质技术技能型人才。

图1 机器人专业课程体系

上述课程体系(如图1)与机器人专业人才培养目标和社会需求相结合，在课程施教过程中，尤其要把实践教学放在第一位，避免多言传、少身教的问题。每门课程的考核方式分项目进行测试，把理论知识与实践操作相结合，其中实践操作的权重要大于理论知识，突出机器人应用编程1+X考证知识点的要求，把证书考核放到日常教学中去。理论教学要在实践操作中掌握，对工业机器人专业实验室建设要求较高，应该建设机器人基础实训室、操作平台、智能流水线等实训室，紧扣课程体系，打造一体化培养方案。

2 机器人实验室建设与规划

根据以培养机器人安装、调试、管理、操作、维修等各类人才的目标和机器人应用编程1+X证书考核要求，重点围绕机器人仿真、机器人实操、智能制造流水线模拟等模块开展实验室建设，采取总体规划，分步实施的思路。建设一批机器人基础与仿真实训室、机器人工作站、智能流水线等综合实训室。

2.1 基础与仿真实验室

机器人基础与仿真实验室主要包括机器人集成平台、仿真实训室及拆装平台，不仅为工业机器人专业基础课及部分核心课程提供实训，而且结合机器人应用编程证书的考核要求，学习机器人离线仿真、拆装、编程、机器视觉等方面的知识。工业机器人基础与仿真实验室设备的搭建及结构如下图2和图3所示。

图2 机器人集成平台

图3 机器人仿真实训室

机器人基础与仿真实验室是工业机器人专业基本实验室，通过机器人集成平台与仿真实训室的结合，使软硬件相互配合，软件的仿真，可以在平台中运行。该类实验室应配置数字模型仿真，半实物仿真和实物验证等系统来学习机器人基础系统参数对工业机器人应用性能的影响。上述机器人集成平台用于生产指示灯，SCARE机器人完成底座和灯芯的安装，六轴机器人完成指示灯端盖的安装，安装完成后自动通电，由机器视觉检验灯芯安装是否合格。该平台通过模拟操作工业机器人、搭建典型机器人集成应用场景等，来实现模拟仿真作业通过实际机器人应用场景来验证仿真效果，降低教学和实训成本，提高安全性。

2.2 机器人工作站

建立机器人基础与仿真实验室之后，为更好地培养机器人应用方面的专业人才，对机器人专业知识进行拓展，使之了解与机器人相结合的制造工艺，应建设典型的机器人应用工作站。工作站不仅能够学习机器人应用的基础知识，还能够学习与机器人相关的工艺，如焊接、码垛、装配、喷涂等。并通过工作站练习机器人应用编程中机器人编程、PLC等知识。工业机器人工作站如下图4和图5所示。

图4 机器人装配工作站

图5 机器人焊接工作站

建立工业机器人工作站的同时，需要加强与之配套的实训项目、教学案例、课程目标等方面的建设工作。如机器人焊接工作站，以钢板焊接为实践教学项目，学生不仅需要掌握机器人焊接编程，还应了解具体的焊接电压、焊接电流等工艺。做到机器人与工作站的应用工艺相结合，教学环境与实际生产应用相一致。

2.3 智能流水线

智能流水线作为机器人应用的场景之一，其机器人应用的工艺较为广泛，如机床上下料、码垛、焊接等领域。随着工业升级改造，MES等系统广泛的应用于各类工厂，该系统与工业机器人的结合也逐步增多。智能流水线实训室更能接近机器人在工业生产中的实际应用。

智能流水线(如图6)作为一种综合性实训室，配置了典型的工作站及常用外围设备。智能流水线应生产具体的产品，建设真实生产的实践教学基地。上述流水线以模拟生产电机，采用数控机床加工电机的外壳、端盖等部件，使用输送带传输不同的部件，机器人完成电机的组装，组装完成后根据电机的型号进行入库，并由MES系统记录产品的批次及生产合格率。流水线能够使学生掌握工业机器人系统集成技术、机器人与外围通讯、PLC主控、触摸屏应用、总线与网络通信、智能生产管理、作业流程优化等核心技术，提高学生对机器人及应用系统的掌控能力。学生可以通过流水线的实践操作，掌握机器人应用编程1+X证书机器人编程的知识。

图6 智能流水线

3 机器人实训考核模式

根据工业机器人应用编程1+X证书考证要求，结合机器人实验室的总体建设规划，在机器人实训教学中，应该建立一套符合教学规律的认知过程。

每一阶段应该有与之匹配的考核形式，以实践考核作为考核的主题，突出机器人应用编程1+X证书的考证知识点，机器人实训考核流程如下图7所示：

图7 机器人实训考核流程图

工业机器人在教学过程中突出实践教学内容，各实践环节可根据培养体系里面的课程设定，每门课程的考核方式均在机器人基础实验室、机器人工作站、智能流水线实训场地完成。课程考核要结合工业机器人应用编程1+X证书的考证需求，根据企业发布的考核标准进行实践教学，这种实践考核方式从基础到复杂，然后再到综合，这种递进式的学习与考核方式不仅能够使学生容易接受，而且考核内容与机器人实际应用场景一致，更能够培养学以致用的技能人才。

4 结语

随着机器人应用编程1+X证书的推广与实施，作为高职院校需要尽快谋划符合考证实践的机器人实验室建设方案与人才培养模式，主要体现在以下几个方面：(1) 紧密结合社会需求，改善机器人专业人才培养体系；(2) 注重实验室建设的系统性，并结合具体工业产品；(3) 实验室建设符合1+X考证需求，把1+X考试内容融入到机器人实验室建设中去；(4) 以机器人实践教学为主题，理论课程的考核方式更注重实践，把实践操作作为学生的课程成绩。针对机器人专业人才培养，各高校还应该进一步探索新的培养模式，如校企共建、双元制等方式，进一步加强机器人专业人才培养质量。