工业机器人系统集成企业实践教学探索

林景山

(台州职业技术学院,浙江 台州 318000)

0 引言

工业机器人技术专业相对高职其他专业来说是一门较新的专业,相应的教学资源还不够完善,更适合本专业的教学模式也在不断地探索和完善中。作为该专业的一个就业方向“系统集成应用”,更是如此。

1 专业企业实践课程差异化、导师制教学的尝试

台州职业技术学院工业机器人技术专业的培养方向“系统集成应用”。大二开始采用差异化、导师制教学模式[1],具体共分3 个步骤展开。

1.1 政策制定、导师人选的确定、学生分班

学院领导和专业主任制定相关政策,并确定导师人选。导师需要由具备责任心,专业综合能力、企业沟通能力强的老师来担任。在大二下半学期,实行双向选择。由学校把工业机器人技术专业的平行班分成普通班和卓越班,专业老师根据学生的学习情况,学生根据自己的兴趣和意向并选择考核进入哪一种班级。普通班目标是练好基本功,卓越班实行小班化(15 名学生)、导师制教学[2]。

1.2 导师和学生互选,项目团队组成

卓越班在大二的下半学期编班完成,学生一起上课,大三开始由导师组织到企业实践。一名导师带5名学生;学生和导师可以双向选择。学生根据自己兴趣和特长选导师,导师根据企业项目要求组织实践团队。一个实践团队成员一般由有不同专长学生组成,根据工业机器人技术系统集成方向的专业能力要求,应分别由偏机械结构设计的、偏PLC 控制的、偏机器人操作编程的学生组成,在专业方面重点学习。

1.3 导师指导下的学生企业专业项目实践

导师带领实践团队成员一起到企业实践,完成院校合作成立公司承接的跟工业机器人系统集成相关的机器换人、智能制造等工程项目。目前,学生由不同的导师带到不同的企业实践。导师和实践团队是项目实施的主力,在工程中遇到的问题要团队独立想办法解决。在这个教学环节中,合理地选择企业实践项目非常重要。

2 结合专业教学合理地选择企业实践项目

结合工业机器人技术系统集成专业人才培养目标,本研究筛选了两个较典型的企业机器换人项目(以一组为例)。这两个企业项目:一个要求比较基础,需要设计的机构不多,控制简单,不需要外在PLC 控制,直接利用机器人的输入输出I/O 点来进行现场信息的交互即可[3];另一个综合性强,涉及的机构较多,控制也较复杂,在现场要用到PLC 控制,PLC 要与现场工业机器人、数控车床、压机、触摸屏等电气设备进行信息交互。

2.1 企业项目一简介及该项目实践教学目标

2.1.1 企业项目一简介

该项目主要任务是对某生产企业的一条风机盘管浸漆生产线进行自动化改造。

原产线生产流程是人工传送带取风机盘管-放旋转支架固定-漆筒浸漆-旋转支架甩漆-人工取出风机盘管吹漆-人工送烘房烘干。现改造方案是用2 台钱江4 轴搬运机器人替换人工操作。其中1 台机器人用来实现风机盘管的浸漆上下料,另1 个机器人把浸好漆的风机盘管拿到烘房烘干。现场设备摆放如图1 所示。

图1 风机盘管上漆项目现场平面图

该项目比较简单,不需要额外增加PLC 控制流程,只要实现2 台机器人之间、机器人与旋转支架、机器人与吹气装置的信息交互即可。

2.1.2 企业项目一实践教学目标

根据工业机器人系统集成应用专业人才培养目标和本项目实践内容,合理设置教学目标。通过该实践项目实现的教学目标有:(1)学习整体项目方案设计;(2)机械结构设计与装调,包括机器人夹具设计与装调、吹漆装置设计与装调;(3)电气设计与装调,包括电气图纸绘制、电气元件选型(含传感器)、接口设计、电气装调等;(4)工业机器人选型与4 轴机器人编程。根据应用选择合适机器人,并考虑机器人之间的运动干涉等问题;(5)简单气路的设计与装调。

2.2 企业项目二简介及该项目实践教学目标

2.2.1 企业项目二简介

该项目是对某企业的一条电机转子压轴和车削生产流水线进行机器换人改造。

(1)原产线生产流程:工人甲负责电机转子铸铝、轴的上料;工人乙负责把转子铸铝、轴放到压轴机压合,并把压好的转子拿到压齿圈机上压一个齿圈;工人丙负责把转子放到数控车床上进行车削加工,再把加工好的转子放到检测工位上。

(2)现改造方案:先用2 台六轴钱江工业机器人分别取代工人乙和丙,再根据生产需要增加一个铸铝上料台、一个轴上料台、一个中转台和压齿圈机上料机构,并对现场的压轴机、压齿圈机、数控车床根据自动化控制要求进行改造。现场设备摆放如图2 所示。

图2 转子压轴车削生产线现场

考虑到控制较复杂,项目采用西门子1200 PLC 作为主控(企业要求),增加触摸屏用于现场监控,PLC 与触摸屏是通过profinet 通信。PLC 与机器人、数控车床、压轴机、压齿圈机都是硬线点对点I/O 信号交互。机器人夹具用雄克(企业要求)。

2.2.2 企业项目二实践教学目标

该实践项目比项目一复杂,在实现前一个项目的基础上,通过本项目实现的教学目标有:(1)进一步学习制作整体项目方案;(2)实践机械结构设计与装调(solidworks),包括铸铝上料台、轴上料台、中转台、压齿圈机上料机构设计与装调;(3)相对复杂电气线路的设计与装调,包括电气图纸绘制,电气元件选型(含传感器),接口设计、电气装调;(4)熟悉西门子1200 系列PLC 编程、触摸屏编程和调试;(5)较复杂六轴工业机器人的编程;较复杂气路的设计与装调。

3 在企业实践怎样提升学生的专业能力

3.1 企业项目的局限性

经过两个企业项目的实践,学生进一步了解了自己以后从事的行业,并为自己在该行业的发展打下了基础。

但单做企业项目,也存在不少局限性。如企业一般会考虑经济性,所以所实践的两个项目都采用非一线品牌的钱江机器人。另外,只有两个项目不会涵盖太多本专业较前沿的技术,如工业以太网、视觉检测、物联网、分布式远程I/O、MES 系统、云网络、智能仓储物流、虚拟仿真等涉及较少,学生难以掌握真正的技术应用实践。

3.2 借助学校竞赛设备对学生专业能力进行提升

大赛设备一般能涵盖较全面的专业能力,并具备前沿性。在学生参与企业项目的间隙时间,导师可以利用全国职业院校技能大赛的工业机器人系统集成赛项的大赛设备,指导项目组学生实践学习,帮助学生实现专业知识方面的提升。

大赛设备以汽车行业的轮毂为产品对象,以未来智能制造工厂的定位需求为参考,优化仓库取料、CNC 加工、打磨抛光、视觉检测识别、分拣等生产工艺。

本大赛设备上能实现的教学目标有:(1)工业以太网应用;(2)MES 系统应用;(3)利用云网络实现远程监控;(4)熟悉ABB 六轴工业机器人的编程;(5)熟悉西门子数控机床的加工操作。

4 结语

学生通过这种培养方式,专业能力得到了长足进步,到企业后因适应能力强、上手快,起薪也高。导师能进一步了解本行业的发展,极大地提升了自身的专业素养。当然,作为一种教学探索,这种项目实践法在学校政策、导师培养和选择、企业项目遴选等方面还需要进一步完善。