劉 坤 劉 娣 畢云蕊

南京工程學(xué)院 江蘇南京 211167

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)作為高端智能制造的代表，在新一輪工業(yè)革命中將成為制造模式變革的核心和推進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)。近年來，我國已經(jīng)成為工業(yè)機(jī)器人增長(zhǎng)最快的國家之一。我國政府十分重視機(jī)器人技術(shù)的研究與開發(fā)，尤其是自“863計(jì)劃”啟動(dòng)以來，一直將機(jī)器人作為重點(diǎn)支持的主題方向。伴隨而來的是工業(yè)機(jī)器人專業(yè)應(yīng)用工程師的缺乏問題。機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用正呈爆炸性增長(zhǎng)趨勢(shì)，而能夠在機(jī)器人技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域從事系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)、技術(shù)集成、系統(tǒng)安裝、維護(hù)和技術(shù)管理等工作的高層次專業(yè)技術(shù)人才卻捉襟見肘[1]。因此，面向智能制造如何建立一套新的機(jī)器人專業(yè)教育理念、學(xué)科體系和培養(yǎng)模式已成為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)繼續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。

1 機(jī)器人專業(yè)人才需求及教育現(xiàn)狀

1.1 機(jī)器人專業(yè)人才需求

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用(系統(tǒng)集成)是典型的多學(xué)科交叉融合的行業(yè)，其特征是“三高一低”，即高技術(shù)門檻、高人才門檻、高資金門檻，低產(chǎn)出。這就決定了其應(yīng)用很難從一個(gè)行業(yè)直接推廣到另一個(gè)行業(yè)。目前，客戶對(duì)使用機(jī)器人的要求無外乎是熟練掌握某個(gè)或幾個(gè)品牌工業(yè)機(jī)器人的操作應(yīng)用技術(shù)，能綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)分析和解決工業(yè)機(jī)器人行業(yè)中的實(shí)際問題，并能結(jié)合制造工藝流程具有一定的二次開發(fā)能力，同時(shí)具備一定的項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)，最好是軟硬件結(jié)合。這樣的要求能最大程度降低“試錯(cuò)”成本，提高設(shè)備的周轉(zhuǎn)率和加快項(xiàng)目實(shí)施速度。但這樣一個(gè)機(jī)器人高端集成應(yīng)用的技術(shù)人才從目前來講屬于鳳毛麟角，隨著工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，掌握機(jī)器人專業(yè)技術(shù)知識(shí)的人才將越來越緊缺。對(duì)于應(yīng)用型本科高校來說，目前的首要任務(wù)，是培養(yǎng)大量熟悉機(jī)器人專業(yè)技術(shù)知識(shí)，同時(shí)能結(jié)合不同行業(yè)的工藝要求實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)的應(yīng)用型工程人才，加快機(jī)器人市場(chǎng)的開拓。

1.2 國外教育現(xiàn)狀

在美國，為了適應(yīng)市場(chǎng)的需求，許多大學(xué)都開設(shè)了機(jī)器人專業(yè)課程，包括麻省理工學(xué)院、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校和斯坦福大學(xué)等。這些大學(xué)主要以研究開發(fā)新型智能機(jī)器人為主，研究出來了如自動(dòng)駕駛車、復(fù)制動(dòng)物行為的機(jī)器人、單輪陀螺式探測(cè)機(jī)器人、月球探測(cè)機(jī)器人等一系列高端機(jī)器人。另外，這些大學(xué)在本科教育方面也一直推動(dòng)機(jī)器人專業(yè)教育，開設(shè)了相應(yīng)的機(jī)器人專業(yè)的網(wǎng)上公開課，讓更多喜歡機(jī)器人專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的相關(guān)知識(shí)。旨在讓更多學(xué)生了解機(jī)器人技術(shù)，其中包括機(jī)器人交互、感知和人工智能等方面。

1.3 國內(nèi)教育現(xiàn)狀

國內(nèi)除了一些研究型大學(xué)開設(shè)機(jī)器人研究外，主要有部分高職院校有工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用方面的對(duì)口專業(yè)。本專業(yè)研究型本科院校著重培養(yǎng)的是理論知識(shí)扎實(shí)、專業(yè)技能強(qiáng)的高素質(zhì)的具有可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Φ难芯啃腿瞬?。該類院校在為更高層次的研究生教育提供生源的基礎(chǔ)上，更多注重的是與機(jī)器人專業(yè)相關(guān)的博碩士研究生的培養(yǎng)。對(duì)一些機(jī)器人應(yīng)用行業(yè)來說，崗位針對(duì)性不高。另外，高職類院校雖然行業(yè)針對(duì)性強(qiáng)，但主要培養(yǎng)的僅僅是面向生產(chǎn)第一線的技能型工業(yè)人才，他們理論知識(shí)相對(duì)匱乏，自學(xué)能力欠缺，結(jié)合工藝要求的開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用能力相對(duì)較弱，可持續(xù)發(fā)展性又比較薄弱[2]。開設(shè)年限也僅為1年和2年，所以亟須培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的高端技能型人才，以滿足相關(guān)企業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專門人才的需求。南京工程學(xué)院作為應(yīng)用型本科院校，于2013年在自動(dòng)化專業(yè)下，首批開辦了機(jī)器人專業(yè)方向。其人才培養(yǎng)既區(qū)別于研究型專業(yè)人才培養(yǎng)模式的研究型專業(yè)院校，又區(qū)別于培養(yǎng)操作技能型人才模式的高職類院校，其培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有一定的理論基礎(chǔ)知識(shí)、具有較高的綜合素質(zhì)、具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力和適應(yīng)性、可進(jìn)行機(jī)器人技術(shù)的集成應(yīng)用與創(chuàng)新、具備解決實(shí)際工程問題能力的現(xiàn)場(chǎng)工程師和管理人員[3]。

2 應(yīng)用型本科機(jī)器人專業(yè)課程體系的探索

2.1 課程體系建設(shè)思路

《中國制造2025》的頒布與實(shí)施給現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式的制訂帶來新的挑戰(zhàn)。我們的高等教育要培養(yǎng)出高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才才能適應(yīng)第三次工業(yè)革命的需求。因此機(jī)器人專業(yè)的課程教學(xué)體系建設(shè)應(yīng)以人才市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，依據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求制訂[4]。即首先對(duì)行業(yè)需求進(jìn)行調(diào)研，分析本專業(yè)畢業(yè)生面向的就業(yè)崗位以及對(duì)其能力的要求，在此基礎(chǔ)上建立適合的理論與實(shí)踐課程教學(xué)體系，最后再反饋到企業(yè)，進(jìn)行學(xué)校與企業(yè)的共同論證。

調(diào)查用人單位今后對(duì)各學(xué)歷層次人才可能的需求情況、用人單位目前最亟須的人才類型、現(xiàn)階段專業(yè)本科生最需加強(qiáng)的基礎(chǔ)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、現(xiàn)在及未來專業(yè)本科生最需加強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)、現(xiàn)階段專業(yè)本科畢業(yè)生最需加強(qiáng)的能力等內(nèi)容。在廣泛深入調(diào)查的基礎(chǔ)上獲得了大量來自生產(chǎn)第一線的寶貴建議，并在理論課程體系的制訂中加以落實(shí)。理論教學(xué)體系的制定應(yīng)圍繞公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課三大部分展開。

2.2 理論課程體系建設(shè)的內(nèi)容

基于專業(yè)特點(diǎn)及行業(yè)背景，要求機(jī)器人專業(yè)學(xué)生需要能夠從系統(tǒng)工程的角度理解所學(xué)知識(shí)。在建立理論課程體系過程中，為了開闊學(xué)生視野，需要強(qiáng)調(diào)電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、機(jī)械制造以及自動(dòng)化等幾個(gè)相關(guān)學(xué)科間的橫向聯(lián)系[5]。因此，本專業(yè)學(xué)生應(yīng)具有較扎實(shí)的工科基礎(chǔ)知識(shí)、控制工程學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)和工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)技術(shù)知識(shí)，掌握工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)與控制技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成技術(shù)、檢測(cè)與機(jī)器人傳感器技術(shù)、機(jī)器人編程等專業(yè)知識(shí)；具有綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)分析和解決工業(yè)機(jī)器人及相關(guān)系統(tǒng)實(shí)際問題的能力；能勝任工業(yè)自動(dòng)化，特別是工業(yè)機(jī)器人相關(guān)領(lǐng)域的集成應(yīng)用、技術(shù)開發(fā)、編程調(diào)試、操作、維護(hù)及管理等崗位工作[6]。

基于應(yīng)用型本科機(jī)器人的培養(yǎng)目標(biāo)，在保證工科數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、大學(xué)物理與計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)以及力學(xué)與機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過六方面探討機(jī)器人專業(yè)的理論課程體系。機(jī)器人本體部分主要包含關(guān)鍵部件和機(jī)構(gòu)學(xué)，對(duì)應(yīng)課程為機(jī)器人機(jī)械基礎(chǔ)及機(jī)構(gòu)學(xué)。電器控制系統(tǒng)部分主要包括傳感技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)，對(duì)應(yīng)理論課程為檢測(cè)與機(jī)器人傳感器技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)。理論與技術(shù)部分主要包括理論基礎(chǔ)和技術(shù)應(yīng)用，支撐課程包括數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、電路原理、自動(dòng)控制理論以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制等。示教與編程部分主要包括編程應(yīng)用與示教實(shí)訓(xùn)，對(duì)應(yīng)工業(yè)機(jī)器人編程與應(yīng)用課程。系統(tǒng)集成部分主要包括機(jī)器人嵌入自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域拓展部分，以工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成綜合實(shí)習(xí)為支撐。綜合水平提升部分主要包括并聯(lián)機(jī)器人和智能機(jī)器人。

2.3 實(shí)踐課程體系建設(shè)的內(nèi)容

實(shí)踐環(huán)節(jié)包括獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)教學(xué)、項(xiàng)目訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)知識(shí)與能力提升各環(huán)節(jié)，實(shí)踐教學(xué)體系按照課程模塊設(shè)計(jì)，體系中除課程實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)外，注重了綜合性工程實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，體現(xiàn)從基礎(chǔ)實(shí)踐層次、綜合實(shí)踐層次、工程認(rèn)知層次到創(chuàng)新實(shí)踐層次逐層深入的實(shí)踐教育特色。

具體實(shí)踐環(huán)節(jié)主要包括電子線路CAD實(shí)習(xí)、EDA實(shí)習(xí)、機(jī)器人組裝與調(diào)試實(shí)習(xí)、工業(yè)機(jī)器人編程與操作實(shí)習(xí)、MATLAB與機(jī)器人仿真項(xiàng)目訓(xùn)練、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成綜合項(xiàng)目訓(xùn)練、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐、機(jī)器人電氣安裝調(diào)試、微處理器應(yīng)用課程實(shí)習(xí)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制項(xiàng)目訓(xùn)練、電氣控制與PLC項(xiàng)目訓(xùn)練、控制理論應(yīng)用項(xiàng)目訓(xùn)練、工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等。

3 結(jié)語

本文針對(duì)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的迅猛發(fā)展以及高層次人才的迫切需求問題，分析了國內(nèi)外研究型高校、高職類院校的專業(yè)教育現(xiàn)狀，提出了應(yīng)用型本科教育中機(jī)器人專業(yè)方向發(fā)展的必要性，探索如何建立一套新的機(jī)器人專業(yè)教育理念、學(xué)科體系和培養(yǎng)模式，為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)繼續(xù)發(fā)展提供了理論支持和教育支撐。