許 偉 ， 羅明鳳 ， 蔣亞風(fēng)

（四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 611830）

0 引言

為深入貫徹《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》中關(guān)于在職業(yè)院校、應(yīng)用型本科高校實(shí)施“1+X”制度試點(diǎn)工作要求[1]，提高工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，向企業(yè)輸送優(yōu)秀工業(yè)機(jī)器人技術(shù)技能人才，助力“中國(guó)智造”，四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院于2019年積極申報(bào)并獲批成為“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程”證書試點(diǎn)院校，密切聯(lián)合企業(yè)，共同研究與制定將證書培訓(xùn)內(nèi)容深度融入工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)現(xiàn)有課程體系的建設(shè)方案。

目前，搬運(yùn)作業(yè)已發(fā)展成為了工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最大的領(lǐng)域，廣泛地應(yīng)用在汽車、食品、電子電氣、鑄造等行業(yè)，涉及的環(huán)節(jié)包括制造、加工、裝配、包裝、物流輸送、碼垛、倉(cāng)儲(chǔ)等。采用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行搬運(yùn)工作，解放了人類雙手，改善了人們的工作環(huán)境；降低了運(yùn)營(yíng)成本，極大地提高了生產(chǎn)效率；安全可靠，降低了搬運(yùn)過程中的產(chǎn)品損壞率；實(shí)現(xiàn)了柔性生產(chǎn)，保證了生產(chǎn)效益的最大化。

“1+X”證書“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程”職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的初、中、高三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)應(yīng)用做了具體職業(yè)技能要求。其中，中級(jí)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求：能夠根據(jù)工作任務(wù)要求，編制工業(yè)機(jī)器人多工藝流程的搬運(yùn)應(yīng)用程序并能夠?qū)Τ绦蜻M(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化；能夠根據(jù)工作任務(wù)要求，實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)應(yīng)用的虛擬仿真和離線編程與應(yīng)用調(diào)試。

1 教學(xué)案例分析

教學(xué)案例以校內(nèi)輕工智能線為綜合教學(xué)設(shè)備，輕工智能線的整體布局如圖1所示。

圖1 輕工智能線的整體布局圖

1.1 輕工智能線簡(jiǎn)介

輕工智能線主要用于物料的檢測(cè)、分類等。例如，可實(shí)現(xiàn)不同顏色的豆子、瓜子的檢測(cè)、分類，以及相關(guān)數(shù)量的統(tǒng)計(jì)。產(chǎn)線具備智能化的生產(chǎn)制造SCADA系統(tǒng)，具備物料跟蹤識(shí)別功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。輕工智能線主要由操作站、備料區(qū)、上料盒單元、投料單元、視覺檢測(cè)單元、執(zhí)行單元、空托盤放置單元、堆垛單元、分揀單元等組成，總體結(jié)構(gòu)效果如圖2所示。

圖2 總體結(jié)構(gòu)效果

1.2 搬運(yùn)案例分析

輕工智能線是綜合教學(xué)設(shè)備，涵蓋了機(jī)器人編程與仿真技術(shù)、PLC與觸摸屏應(yīng)用技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、MES應(yīng)用技術(shù)等應(yīng)用技術(shù)。搬運(yùn)案例主要用于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)大二第一學(xué)期工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程與調(diào)試課程教學(xué)，而PLC與觸摸屏應(yīng)用技術(shù)、伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)等課程還未學(xué)習(xí)。因此，搬運(yùn)案例主要以機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)編程與調(diào)試為教學(xué)中心任務(wù)，主要涉及產(chǎn)線中的執(zhí)行單元、視覺檢測(cè)單元、異常處理單元、空托盤放置單元、堆垛單元、分揀單元。

執(zhí)行單元采用ABB IRB1200型工業(yè)機(jī)器人，負(fù)載7 kg，工作范圍900 mm，能夠勝任搬運(yùn)料盒和托盤的工作。為提高機(jī)器人編程效率，減少示教點(diǎn)，綜合成本等，在機(jī)器人夾爪上安裝了漫反射型光電開關(guān)，其檢測(cè)距離為5 cm。

用于分揀的物料選用豆子，球形，重5 g，有紅、黃、綠、藍(lán)4種顏色。盛放豆子的料盒有大小料盒兩種規(guī)格，小料盒的長(zhǎng)寬高為100 mm×100 mm×50 mm，大料盒的長(zhǎng)寬高為200 mm×100 mm×50 mm；盛放料盒的托盤為長(zhǎng)方體，中間安放了便于機(jī)器人抓取的固定件，長(zhǎng)寬高為260 mm×260 mm×20 mm，分別可以盛放4個(gè)小料盒，2個(gè)大料盒。

訂單產(chǎn)生后，上料盒單元工作，輸送料盒；進(jìn)入投料單元，投放訂單所要求顏色及重量的豆子；進(jìn)入視覺檢測(cè)單元，檢測(cè)是否是訂單要求的物料，主要檢測(cè)豆子顏色，如果豆子顏色錯(cuò)誤或有其他顏色的豆子，機(jī)器人將盛放豆子的料盒搬運(yùn)至異常處理單元，后回到工作原點(diǎn)等待；如果視覺檢測(cè)結(jié)果符合訂單顏色要求，機(jī)器人搬運(yùn)料盒放入托盤；待托盤已滿或符合訂單要求的重量時(shí)，機(jī)器人搬運(yùn)堆垛單元，堆垛單元繼續(xù)將托盤運(yùn)送至分揀單元，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置，分揀出庫(kù)。

2 搬運(yùn)案例知識(shí)、技能、素質(zhì)目標(biāo)

搬運(yùn)案例對(duì)標(biāo)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的國(guó)家專業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)[2]，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)操作員國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的中級(jí)工、高級(jí)工對(duì)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)操作與編程調(diào)試方面的要求，依據(jù)“1+X”證書“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程”中級(jí)職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)機(jī)器人搬運(yùn)作業(yè)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)編程、系統(tǒng)離線編程與測(cè)試等技能方面的要求，貫徹執(zhí)行國(guó)家要求將思政教育貫徹教學(xué)全過程的有關(guān)政策[3-4]，優(yōu)化出課政融通的知識(shí)、技能、素質(zhì)目標(biāo)，具體如下。

1）知識(shí)目標(biāo)：①描述輕工智能線系統(tǒng)整體框架及工作流程；②概述機(jī)器人規(guī)范操作章程和實(shí)驗(yàn)室“7S”管理標(biāo)準(zhǔn)；③歸納工具、工件坐標(biāo)系設(shè)置與修改方法；④闡明I/O信號(hào)配置過程；⑤分類、選用工業(yè)機(jī)器人編程指令；⑥總結(jié)機(jī)器人程序的示教編程與調(diào)試步驟；⑦運(yùn)用編程指令進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)程序的編寫與調(diào)試；⑧學(xué)會(huì)利用機(jī)器人仿真軟件進(jìn)行離線編程與動(dòng)畫仿真。

2）技能目標(biāo)：①能看懂工業(yè)機(jī)器人技術(shù)手冊(cè)等資料；②能完成機(jī)器人夾爪、傳感器的安裝及接線任務(wù)；③能根據(jù)工藝要求，熟練操作機(jī)器人進(jìn)行工具、工件坐標(biāo)設(shè)置以及I/O信號(hào)配置等系統(tǒng)設(shè)置；④能根據(jù)工藝流程，靈活運(yùn)用機(jī)器人指令，熟練操作機(jī)器人進(jìn)行搬運(yùn)任務(wù)示教編程與調(diào)試；⑤能進(jìn)一步完善優(yōu)化程序；⑥能運(yùn)用機(jī)器人仿真軟件完成動(dòng)畫仿真、離線編程和在線編程。

3）素質(zhì)目標(biāo)（含思政）：①激發(fā)民族自豪感，增強(qiáng)職業(yè)認(rèn)同，將個(gè)人成長(zhǎng)與國(guó)家發(fā)展相統(tǒng)一，勇?lián)腥A民族偉大復(fù)興的重?fù)?dān)；②逐步養(yǎng)成吃苦耐勞、專心致志、求真務(wù)實(shí)、精益求精的工匠精神；③激發(fā)潛能，能運(yùn)用相關(guān)的專業(yè)知識(shí)、方法和技能解決工作和學(xué)習(xí)中的實(shí)際問題；④樹立忠于職守、愛崗敬業(yè)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、開拓創(chuàng)新的職業(yè)道德；⑤樹立標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)、綠色意識(shí)、責(zé)任意識(shí)，養(yǎng)成文明生產(chǎn)、規(guī)范操作的職業(yè)素養(yǎng)。

3 教學(xué)設(shè)計(jì)

基于成果導(dǎo)向（OBE）教育理念設(shè)計(jì)以學(xué)生為中心的教學(xué)任務(wù)[5]，實(shí)施“理虛實(shí)”一體化教學(xué)，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)案例的知識(shí)、技能、素質(zhì)目標(biāo)的達(dá)成。將搬運(yùn)案例分解為輕工智能線認(rèn)知、機(jī)器人夾爪系統(tǒng)的安裝與調(diào)試、機(jī)器人搬運(yùn)程序編寫與調(diào)試3個(gè)任務(wù)，共16學(xué)時(shí)。

3.1 輕工智能線認(rèn)知

任務(wù)1輕工智能線認(rèn)知，設(shè)置2學(xué)時(shí)，從硬件和軟件兩個(gè)方向認(rèn)識(shí)輕工智能線，掌握系統(tǒng)框架，熟悉工藝流程，拓展對(duì)智能線的認(rèn)知，增強(qiáng)民族自信，加強(qiáng)學(xué)生的職業(yè)認(rèn)同，為后續(xù)安裝與調(diào)試、示教編程以及思政教育奠定基礎(chǔ)。

3.2 機(jī)器人夾爪系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

任務(wù)2機(jī)器人夾爪系統(tǒng)的安裝與調(diào)試，設(shè)置4學(xué)時(shí)，設(shè)計(jì)夾具工作原理、結(jié)構(gòu)、選用、安裝調(diào)試以及光電傳感器工作原理與安裝調(diào)試兩個(gè)子任務(wù)，拓展智能抓取搬運(yùn)設(shè)計(jì)能力，強(qiáng)化理論指導(dǎo)實(shí)踐，知行合一，注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作、規(guī)范操作等職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

3.3 機(jī)器人搬運(yùn)程序編寫與調(diào)試

任務(wù)3機(jī)器人搬運(yùn)程序編寫與調(diào)試，設(shè)置10學(xué)時(shí)，分解為工藝路線構(gòu)建與優(yōu)化（2學(xué)時(shí)）、機(jī)器人參數(shù)設(shè)置與信號(hào)配置（2學(xué)時(shí)）、料盒搬運(yùn)程序編寫與調(diào)試（2學(xué)時(shí)）、托盤智能抓取程序編寫與調(diào)試（2學(xué)時(shí)）、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與優(yōu)化（2學(xué)時(shí)），采用“理論指導(dǎo)+虛擬仿真+實(shí)踐操作”一體化教學(xué)，層層遞進(jìn)，全程融入工匠精神、職業(yè)素養(yǎng)與道德教育，解決教學(xué)重難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)目標(biāo)的高度達(dá)成。

基于學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣，采用線上線下混合教學(xué)模式，設(shè)置課前知識(shí)準(zhǔn)備、課中實(shí)踐強(qiáng)化、課后拓展拔高3個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。課前，使用學(xué)習(xí)通等信息化手段，發(fā)布課程任務(wù)、討論及測(cè)試題，了解學(xué)情，實(shí)時(shí)更新并調(diào)整課中教學(xué)任務(wù)；課中，采用“評(píng)—引—思—學(xué)—練—評(píng)”教學(xué)流程，以學(xué)生為中心，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，強(qiáng)化實(shí)踐，促成良好職業(yè)素養(yǎng)和工匠精神的養(yǎng)成，并借助信息化工具做好過程性評(píng)價(jià)，記錄學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)；課后，通過學(xué)習(xí)通發(fā)布拓展拔高任務(wù)，學(xué)生可借助虛擬仿真軟件或開放實(shí)驗(yàn)室完成拓展拔高任務(wù)，通過學(xué)習(xí)通等信息化平臺(tái)上傳作業(yè)或?qū)で髱椭笇?dǎo)，便于教師及時(shí)掌握學(xué)情，調(diào)整下一次課程教學(xué)計(jì)劃，最終形成基于成果導(dǎo)向（OBE）教育理念的閉環(huán)教學(xué)設(shè)計(jì)。

4 教學(xué)評(píng)價(jià)

教學(xué)評(píng)價(jià)基于信息化手段，采用自我評(píng)價(jià)、小組評(píng)價(jià)（組內(nèi)及組間）和總結(jié)性評(píng)價(jià)（教師）相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)體系[6]。其中，總結(jié)性評(píng)價(jià)側(cè)重過程性評(píng)價(jià)，借鑒“1+X”證書“工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程”職業(yè)技能等級(jí)考核標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)操作員國(guó)家職業(yè)資格考核標(biāo)準(zhǔn)，將職業(yè)素養(yǎng)和工匠精神納入評(píng)價(jià)范圍，依托內(nèi)嵌實(shí)操數(shù)據(jù)采集的輕工仿真產(chǎn)線軟件、學(xué)習(xí)通、教學(xué)攝像機(jī)等信息化手段，全程支撐過程性評(píng)價(jià)。

5 結(jié)語

實(shí)踐表明，基于“1+X”的工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)教學(xué)案例設(shè)計(jì)，提升了教學(xué)的針對(duì)性。實(shí)施“理虛實(shí)”一體化教學(xué)模式和基于信息化手段的多元教學(xué)評(píng)價(jià)，充分發(fā)揮了學(xué)生作為課堂主角的作用，積極調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的辯證統(tǒng)一，較好地實(shí)現(xiàn)知識(shí)、技能及素質(zhì)目標(biāo)的達(dá)成，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程、參加“1+X”技能等級(jí)考核及就業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。