陳小勤 周丹 王淑偉 謝敏

摘? 要 由于工業(yè)機器人在當前時代十分重要及其相關(guān)人才的急需，分析學校工程訓練中心工業(yè)機器人實訓室的現(xiàn)狀及實踐教學中存在的問題，對工業(yè)機器人實訓室建設、課程建設與改革進行探討，并提出幾點規(guī)劃與建議，以求取得較好的實訓效果并與產(chǎn)業(yè)發(fā)展同步。

關(guān)鍵詞 工業(yè)機器人;工程訓練;實踐教學;實訓室

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）12-0132-03

Abstract Due to the importance of industrial robots in the current era?and the urgent need for related talents， this paper analyzes the current?situation of industrial robot training rooms in college engineering training centers and problems in practical teaching. It discusses the construction of industrial robot training room， curriculum construc-tion and reform， and puts forward several plans and suggestions in order to obtain better training results and keep pace with industrial development.

Key words industrial robot; engineering training; practical teaching; training rooms

1 引言

工業(yè)機器人是智能制造業(yè)最具代表性的裝備。近年來，全球?qū)I(yè)機器人的需求明顯加快。從市場規(guī)模來看，2013—2018全球工業(yè)機器人市場規(guī)模一直處于穩(wěn)步上升趨勢。我國在2014年就已經(jīng)成為全球最大的工業(yè)機器人消費國[1-2]，預計未來幾年甚至十年，我國機器人市場會需求越來越大。面對工業(yè)機器如此大規(guī)模的被需求，迫切需要培養(yǎng)工業(yè)機器人方向的應用技術(shù)人才[1，3]，以應對中國制造產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)升級帶來的應用技術(shù)人才的大量需求。

工業(yè)機器人作為一門課程或一個專業(yè)，在很多高職院校已經(jīng)開設和創(chuàng)辦[4-7]，而普通高校的工程訓練正是理論與實踐教學內(nèi)容的結(jié)合，為培養(yǎng)應用技術(shù)人才提供了保障。因此，高校工程訓練環(huán)節(jié)開設工業(yè)機器人課程具有十分重要的意義。本文針對目前西南交通大學工程訓練中工業(yè)機器人實訓中存在的問題、實訓室建設與實踐教學課程開設等，進行較為深入的探討。

2 工業(yè)機器人實訓室現(xiàn)狀及實踐教學存在的問題

目前，西南交通大學工程訓練中心工業(yè)機器人實訓室有兩臺ABB IRB120工業(yè)機器人、一臺ABB IRB1410焊接機器人及相關(guān)工作平臺、示教器、控制柜、焊接槍等三套完整教學系統(tǒng)，均由四川紐賽特工業(yè)機器人制造有限公司提供，實驗平臺布局如圖1所示。

IRB120是一款小型工業(yè)機器人，其重量減至僅25 kg，

具有敏捷、緊湊、輕量的特點，控制精度與路徑精度俱優(yōu)，主要用于裝配、碼垛、上下料、物料搬運、包裝/擠膠。IRB1410是一款專用的焊接機器人，采用超高速六軸運行機構(gòu)，1.44 m的到達距離，加上5 kg的有效載荷，成為各種物料的理想焊接工具。IRB1410機器人較上一代產(chǎn)品優(yōu)化了電機功率和運動性能，使其運動周期明顯短于同類競爭產(chǎn)器。兩款機器人都可采用電腦離線編程，也可在線編程，可手動也可自動運行。

目前，實訓過程中上述兩款工業(yè)機器人主要用于工程訓練課程中的演示教學，采用教師操作、學生觀摩的教學方式，分別作為工程訓練中模塊化機器人與焊接兩個工種知識的擴展與補充。經(jīng)過實踐，總結(jié)發(fā)現(xiàn)教學中存在如下問題：

1）由于機器人價格昂貴，工作臺數(shù)量有限，學生僅限于觀摩，缺少實踐經(jīng)驗;

2）實訓時間有限，對機器人的學習不夠深入;

3）實訓室機器人利用率不高，造成一定程度的浪費;

4）師資力量缺乏，對現(xiàn)有工業(yè)機器人研究不夠深入且操作不夠熟練。

3 工業(yè)機器人實訓室建設方案與探討

工業(yè)機器人實訓室建設包括實驗室設備的投入（已有）、師資人員的配備、企業(yè)項目的申請、實驗室運行模式和各項制度的制訂等。西南交通大學工程訓練中心針對目前實驗設備數(shù)量較少的不足，擬采取如下方案進行改進與建設。

1）申報教育部高等教育司關(guān)于有關(guān)企業(yè)支持的產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目，項目類型為實踐條件和實踐基地建設，爭取由項目支持增加上述相同型號實訓設備的投入。

2）在原有設備的基礎(chǔ)上，更多地讓學生學習工業(yè)機器人的離線編程，將自己所編程序上傳到機器人控制箱，以驗證編程結(jié)果，從而掌握機器人的運行;配合校內(nèi)科研單位或是由中心教師自主申報，參與關(guān)于機器人的各類科研項目;結(jié)合全國大學的工程訓練大賽及其他各類競賽，如關(guān)于機械臂的設計與操作比賽，為學生提供設計思路或練手平臺。

師資方面，工程訓練中心現(xiàn)有實踐環(huán)節(jié)已開設模塊化機器人的工種，實踐證明，該課程很受學生歡迎，教師業(yè)務水平較高，深受學生認可，且有兩位教師在全校范圍內(nèi)也開設了有關(guān)機器人的選修課程。由此可見，工業(yè)機器人實訓室具備一定的師資力量，但專業(yè)的工業(yè)機器人教師缺乏。針對這一特點，仍可采取申報教育部高等教育司關(guān)于有關(guān)企業(yè)支持的產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目，項目類型為師資培訓，努力培育一批具有良好業(yè)務水平的師資隊伍。同時，可以從企業(yè)中尋找一批精通機器人編程與操作，能夠解決機器人疑難故障的企業(yè)工程師，協(xié)助完成工業(yè)機器人的實踐教學。以此形成校企混編師資隊伍，切實保證教學質(zhì)量，也讓教學內(nèi)容與產(chǎn)業(yè)發(fā)展保持同步[1]。

運行模式方面，實驗室可為工程訓練基礎(chǔ)實訓開放，也可為科研項目[8-9]或競賽等開放。后者由相關(guān)負責人主動申請，一周可提供一天的開放時間。另外，實驗室已制定了各項管理規(guī)章制度，如《工業(yè)機器人安全操作規(guī)范及注意事項》，已經(jīng)編在《工程訓練中心安全管理制度》中。該制度也可結(jié)合后續(xù)的實訓情況而改進。

綜上，前兩方面關(guān)于實驗設備和師資的建設都涉及校企協(xié)同育人項目的申報，這為企業(yè)項目的申請?zhí)峁┝似鯔C，也為培養(yǎng)出工業(yè)機器人方向的應用技術(shù)人才提供了有力的支持。上述提出的實驗室運行模式有望在很大程度上解決資源浪費的問題。

4 工業(yè)機器人實訓課程建設方案與探討

目前，西南交通大學工程訓練中心的工業(yè)機器人實訓課程僅作為模塊化機器人和焊接兩個工種的知識擴充，經(jīng)前面對工業(yè)機器人的發(fā)展形式與地位進行分析，單獨開設一門工業(yè)機器人的實訓課程十分必要。工業(yè)機器人實訓課程建設主要包括課程資源開發(fā)建設、實訓項目內(nèi)容設計、考核方式等[10]。

課程資源來自四川紐賽特工業(yè)機器人制造有限公司提供的各種文檔，包括系統(tǒng)配置、編程手冊、培訓視頻等。另外，可充分運用互聯(lián)網(wǎng)和虛擬技術(shù)，通過手機來構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”的教學服務團隊，讓虛擬技術(shù)走進現(xiàn)實課堂，以提高課堂效率[4，10]。

實訓項目內(nèi)容初步設計如圖2所示。工程訓練基礎(chǔ)實訓每一個工種總共八學時（自然學時數(shù)六小時，含一小時預習），由于學時有限，導致實訓內(nèi)容有限。因此，所有專業(yè)的實訓內(nèi)容擬選取模塊一，基于IRB120小型工業(yè)機器人，通過示教在線編程或PC機離線編程來按要求對小木塊進行碼垛。以此使學生掌握工業(yè)機器人編程，熟悉工業(yè)機器人的手動操作與自動運行，并對工業(yè)機器人的運動軌跡規(guī)劃有初步的認識，對工業(yè)機器操作時的安全注意事項有深刻的體會。這也為畢業(yè)以后從事工業(yè)機器人行業(yè)的部分學生奠定了堅實的工作基礎(chǔ)。

針對工程訓練環(huán)節(jié)的工業(yè)機器人基礎(chǔ)實訓，課程建設過程中擬采用教學過程化考核的方式對學生的實踐學習進行評價，該考核方式有利于掌握并分析學生的學習情況[1]。過程化考核內(nèi)容包括：是否能夠獨立編程并實現(xiàn)機器人的基本動作和要求（60%）;是否能夠完善項目設計并有創(chuàng)新點（20%）;是否能夠自主排查解決工業(yè)機器人故障（5%）;實訓報告完成情況（15%）。并要求無預習報告或預習檢查不合格者不得參加本次實訓，這樣有利于督促學生課下認真預習，也為安全實訓操作提供了保障。

5 結(jié)語

西南交通大學工程訓練中心工業(yè)機器人實訓課程的建設與改革迫在眉睫。本文對工業(yè)機器人的實驗建設與課程建設方案進行了探討，不僅有助于高質(zhì)高效地完成大學本科生在工程訓練中的工業(yè)機器人實訓，更為培養(yǎng)有關(guān)工業(yè)機器人的應用技術(shù)人才提供了有力支持。

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