工业机器人综合实训基地建设研究与实践——以天津市经济贸易学校为例

李 燕

(天津市经济贸易学校，天津 300381)

一、研究背景

随着科技的快速发展，新一轮的工业技术革命已经开始，未来生产加工企业必将走向无人化工厂。2015年国务院印发的《中国制造2025》中提出，“坚持走中国特色新型工业化道路，以促进制造业创新发展为主题，以提质增效为中心，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求为目标，强化工业基础能力，提高综合集成水平，完善多层次多类型人才培养体系，促进产业转型升级，培育有中国特色的制造文化，实现制造业由大变强的历史跨越。”。一个制造业强国的崛起，与现代职业技术教育的发展是密不可分的。为服务区域经济发展和《中国制造2025》强国战略，天津市经济贸易学校十三五期间依托天津市提升办学能力国际先进水平中等职业学校建设项目，基于机电技术应用专业(工业机器人方向)“岗位引领，项目驱动”工学结合的人才培养模式，积极打造集“教学、实训、技能鉴定、职业教育活动体验、技能大赛、社会实践培训、科研创新”多位一体的工业机器人综合实训基地。

二、建设必要性

工业机器人综合实训基地建设的总体结构设计，符合国家中长期教育改革与发展规划纲要的主基调，服务区域经济发展，紧跟中国制造2025发展强国战略。该实训基地建设立足于培养高素质技能型人才的教育本位，统筹教学实训、技能鉴定、职业体验、技能大赛、社会培训、科研创新等多方面需求，对接职业标准和岗位规范，紧贴结合岗位实际，培养工业机器人安装、调试、维护技术人员和服务于生产一线的售前售后技术支持人才。

为找准专业建设方向与定位，了解行业企业技术水平与用人需求，学校组建项目研发小组，分赴各地参加机器人展览、论坛会议，实地走访了上海ABB工程有限公司、沈阳新松、广州数控等多家国内外知名工业机器人企业，了解国内外工业机器人发展水平。与国内开设有工业机器人相关课程或专业的上海信息技术学校、常州机电职业技术学院等多所院校进行交流学习。成立了专业建设和指导委员会，聘请高等院校和企业专家指导建设一体化工业机器人培训基地。

为充分发挥实训基地的各项功能，基地的设计和建设在一定程度上要充分考虑开放性，要在满足人才培养与教育实践教学工作需求的同时，兼顾服务经济社会发展、服务企业需求功能，以产生影响更大的资源效益及经济效益，例如用于承办大赛、技能鉴定、社会培训、创新创业和职普融通教育等活动，以达到为国家培养输送更多机电技术应用型人才的目的。

三、建设内容

(一)场地建设

实训基地建设包括场地建设和配套设施建设，占地700平米，平面设计如图1所示：

图1 实训基地平面设计图

(二)设备配置

1.工业机器人应用实训室

该实训室以工业机器人为核心，将先进制造业中所需的机械、气动、电气控制、伺服驱动、变频调速、传感检测、PLC控制技术有机整合，建有工业机器系统实训考核装备6套、工业机器人故障诊断实训装置2套、智能分拣机器人等实训装备。用于工业机器人操作、调试和编程的基础实训，满足《工业机器人技术及编程》《工业机器人现场操作与调试》等课程的教学及实训需求。使学生在学习基本技能操作的同时，模拟企业实际生产中的具体问题分析研究应用。此外该实训室可承担技能培训、等级鉴定等工作，还能承办国家、行业技能大赛的部分赛项。

2.机器人控制体验室

该体验室配备机器人互联教育套件、创新课程动力传动套装及智能控制套装。学生通过应用教学套件和配套编程软件进行项目体验，进而使初次接触机器人的学生的逻辑思维受到启发、对机器人编程的兴趣得到激发，为其后续工业机器人核心课程的学习打好基础。实训室除满足《逻辑编程》课程的教学及实训需求外，还面向社会开放，承接中、小学师生及社会相关从业人员的培训咨询服务，让普教学生可以提前了解机器人控制技术在日常生产生活与智能制造中的应用，推进普职教育深度融合。

3.工业机器人虚拟仿真实训室

该实训室利用现代信息管理技术，利用与工业机器人匹配的虚拟仿真软件和丰富的案例与场景，完成机器人在码垛、机床上下料等实际应用中需掌握的轨迹设计、规划、运动仿真、碰撞检查、姿态优化等训练，实现工业机器人实训项目的虚拟仿真教学。满足《逻辑编程》《工业机器人离线编程》《电气及 PLC 控制技术》课程的教学及实训需求。仿真实训过程中，利用与工业机器人实体站完全一致的控制器和真实示教盒，增强了参与者实际操作的真实性，激发了学习兴趣，锻炼了操作技巧和技能，从而减少了初学者因操作生疏而造成的设备出现损坏和人身财产安全。

4.机器人控制体验室

收集的研究数据采用SPSS23.0进行统计分析，计量资料行t检验，计数资料行χ2检验，以P＜0.05表示差异有统计学意义。

该体验室配备创新课程综合套装、能力源套件、机器人创新课程单片机、Robi未来型机器人等，为提高学生工业机器人操作的逻辑思维能力和编程计算思维能力，配备机器人互联教育套件、创新课程动力传动套装及智能控制套装，通过项目体验启发初次接触机器人学生的逻辑思维，激发对机器人编程的兴趣，为后续工业机器人核心课程学习打好基础。

5.工业机器人综合应用实训室

该实训室建有工业机器人PCB异形插件工作站6台，工业机器人操作与运维工作站2台，能开展演示实践教学、基本技能实训教学、项目综合实训教学，同时能够承接工业机器人技能大赛比赛、职业资格证书技能考核、1+X工业机器人集成应用职业技能等级培训及考评、师资培养、企业职工培训、产教融合等服务。

6.人工智能职业体验与实践基地

该基地突出了智慧物联和创新创业两大特色，智慧物联主要开设人工智能相关基础领域的课程，包括机械原理知识、C语言基础、创意编程、智能设计、单片机与传感器、3D打印技术等。所涉及的课程包括电子技术、机器人技术、物联网、数控加工等专业内容，融合创新、动手和共享的创客教育核心要素。课程可与现有的基础教育学科、专业技术课程教学相结合，实现多学科的知识学习。凭借丰富的软硬件资源，该基地还逐步开发更具特点的“人工智能+”课程，探索将工程实践创新教学模式应用于机器人、机电、数控专业。

7.工业机器人工作站应用实训室

该实训室紧贴产业转型升级及前沿控制技术，结合工业机器人在工厂中的真实应用，建有机床上下料、搬运码垛、铣削加工、视觉分拣、故障诊断与维护、机械拆装及运维、智能互联等工艺应用工作站。除了能够用于《搬运码垛技能训练》《机床上下料工艺设计技能训练》《铣削工艺知识技能训练》专业方向课程实习实训教学外，实训室还承担了“工业机器人系统操作员”及“工业机器人应用系统运维员”工种技能高级以上等级职业资格的鉴定工作。

(三)环境建设

实训室配备基本电源及急停开关、漏电保护、短路保护、过载保护等安全保护建设，符合相关的国家标准。

实训环境建设主要包括实训基地的文化建设，职业环境模拟、职业素养培育、规章制度的规范等方面。以合作企业的文化和发展史为环境建设基础，设计规划教学与实训工作区，工作区按照企业车间标准打造。建立和完善了包括《工业机器人仿真实训室管理制度》《工业机器人工作站应用实训室管理制度》《机器人控制体验实训室学生守则》《安全生产操作规范》等多个实训室管理制度，同时做好日常设备操作运行和维修记录，以保障实训室的正常运行。

(四)专业建设

1.改革人才培养模式、加强实践教学模式探索

为落实“1+X证书”制度试点工作，我们紧贴岗位实际工作过程，对接工业机器人维修工、操作工国家职业标准和岗位规范，对接工业机器人操作与运维和工业机器人集成应用职业技能等级标准，全面培养学生职业素质与职业技能。2020年，我校组织69名学生考取了工业机器人集成应用职业技能等级证书，取证通过率达82.6%。

在课程体系设计上，我们借鉴“德国职业教育教学法”，把德国职业教育工作过程系统化课程的教学思想中国化。学校教师与企业技术人员共同根据岗位工作任务进行职业能力分析，将企业典型的工作任务转化为教学项目，按工作过程序化课程内容，构建理论实践一体化的课程体系，并将专业课程划分为职业基础能力课程、职业核心能力课程、职业方向能力课程和岗位综合实践课程。

紧贴工业机器人操作与编程岗位技能及要领，与合作企业共同开发教学资源。我们借助企业在专业领域的优势及成果，校企共同制定完成了《工业机器人技术与编程》《工业机器人离线控制》《工业机器人现场操作与调试》三门职业核心课程的课程标准及配套教学资源。我们采用“课程+3D仿真软件+实训设备”混合式项目教学模式，实现了教材、实训设备、仿真软件三位一体，提高教学效果，调动学生的学习积极性以及提升了学生的学习兴趣。

2.双师型教学队伍建设

学校通过专业建设、课程开发、企业实践、参加各级各类竞赛等方式不断提高双师型教师专业能力、业务水平。围绕地方产业需求，我们有针对性地开展教师专业技能培训，加大与地方产业、行业、企业的匹配度，派遣专业教师进入企业学习、深造，聘请企业名师来校指导授课。通过校企合作和专业教师深入企业，教师们在实践活动中提升专业认知，实现了自我增值。2021年我校机电技术应用专业(工业机器人方向)教学团队获批天津市教师教学创新团队。

四、创新与展望

实训基地2017年立项建设，经过近五年的实际运行，已成为集产品研发与制造、工艺开发与改进、技术升级与推广和大国工匠培育四大功能为一体，服务人工智能、先进制造产业“产学研”一体化的特色人才培养基地。其建设创新总结如下：

该实训基地建设项目依托产教融合基地合作企业，将企业的先进技术与实践经验融合到学校的实训教学之中，优化课程改革，将学校教学与企业实践有机结合，推动学校的人才培养模式改革。实训基地服务学校的教学活动，也为中职院校学生实习实训、教师实践、学生就业创业、员工培训、企业技术和产品研发、成果转移转化等提供了平台。学校依托实训基地，与企业共同合作研发工业机器人相关岗位规范、质量标准等，实现了产学研资源共享。

作为一所立足于高素质技能型人才培养的中职学校，天津经济贸易学校在教学发展中，引进国际先进职业培训理念、深化多种模式的课程改革，按照国际企业标准打造集实训教学、技能认证、师资及企业职工培训、技能竞赛及产、教、研、服务为一体的校内实训基地。我们与高职院校共同探索中高职衔接的专业人才培养模式，并通过系统培养，打造了一支素质优良、业务精湛、理论与实践能力并举、专兼结合、结构合理的专业师资队伍。

未来我们将继续以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，贯彻党的十九大精神，牢固树立新发展理念，以立德树人为根本，以产教融合为主线，围绕天津市人工智能产业布局以及“制造业立市”的需要，依托实训基地探索智能赋能制造专业群建设。一是对接天津区域智能装备制造产业链，以服务天津地区先进制造业集群数字化、网络化、智能化升级为目标，以政府规划的天津16个区的产业布局图谱为指导，广泛调研、广泛合作；二是以技术输出的形式推进企业智能化改造升级，配合天津地区建设300个智能工厂和数字化车间的广阔需求而不断调整自身建设方向，结合自身特点，找准发力点，未来形成更具优势的技术输出能力；三是依托基地丰富的硬件条件，积极推动“三教”改革，培育产教高度融合的极具特色的“课堂革命”典型案例，配套开发先进理念的满足边工作边学习的活页式教材及工作手册，打造“岗课赛证”一体的课程体系，面向社会推进证书试点培训考核，力求将我校打造成为主动适应京津冀经济建设、社会发展和科技进步需要、与企业紧密联系、专业特色鲜明的机电技术应用专业工业机器人高素质技术人才培养基地。