焊接机器人系列教材开发与应用

刘伟郭广磊

作者简介：刘伟（1963-），男，辽宁鞍山人，高级工程师，焊接从业25年，中国焊接协会焊接装备分会专家委员，研究方向：焊接机器人及自动化。

摘要：文中对本地区焊接技能人才的需求现状和现代焊接技术的发展趋势进行分析，对焊接机器人系列教材及应用等方面的教研实践活动进行论述。本文同时作为“2014年福建省中青年教师教育科研项目B类社科研究（职业教育研究专项）课题‘机器人应用系列教材（课题立项批准号JBS14536）课题成果”。

关键词：产业发展趋势；焊接机器人；教材开发；教研实践

中图分类号：TG409文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）11-0280-02

一、人才需求及产业升级

我国的钢产量已达到8.2亿吨，连续多年位居世界第一，迅速发展的金属加工企业对中高级焊工的需求量逐年递增。然而，焊工岗位人员的从业意愿却逐年下降。随着焊接机器人等现代焊接设备在企业的应用，提高了产能、质量和生产效率，改善了劳动条件。借鉴国际机器人产业发展的历史经验，当机器人售价与年人工人工成本出现交汇点时，企业对于机器人的需求将出现大幅上升。

福建省是台资企业、出口加工、汽车制造和工程机械制造业较为集中的地区。近年以来，随着劳动力成本逐年提高，市场竞争加剧，致使长期以来生产低附加值产品的劳动密集型企业难以为继。机器人成为企业转变生产方式、解决招工难及提高生产效益的最佳选则。焊接机器人在福建省各产业所占比例如图1所示：

图1：福建省焊接机器人各产业占比

二、焊接机器人系列教材

福建省是国内工业经济发展的一个缩影。随着产业升级步伐加快，传统的焊接作业方式逐渐被以机器人为代表的自动化焊接设备所取代将成为必然趋势。由于我国的焊接机器人应用技术起步较晚，机器人焊接方面的教学资源十分匮乏、滞后现象严重，可供学习的专业资料非常有限。2011年以来，集美职校与高校和企业组成编写团队，焊接机器人操作应用系列教材陆续在国内一类出版社出版，如图2所示：

图2：焊接机器人系列教材（从左至右依次为1～4册）

第一册《焊接机器人基本操作及应用》（第2版）主要讲述弧焊机器人软、硬件方面的基础知识和示教编程的操作及应用，通过100课时的理论和实训课程学习，能够掌握机器人编程和焊接技能。

第二册《机器人离线编程及仿真系统应用》详细讲述在不接触机器人及机器人作业环境的情况下，通过图形技术在计算机上提供一个和机器人进行交互作用的虚拟现实环境，在计算机上编写的程序并直接传输给现场的机器人系统运行，大大减低了现场示教编程人员的劳动强度，提高编程效率。对于没有机器人的学校和个人可以通过随书光盘中的“DTPS离线编程试用版软件”进行机器人编程学习。

第三册《点焊机器人系统及编程应用》主要讲述点焊原理、点焊机器人系统构成、点焊机器人编程应用方法与步骤、安装调试以及点焊机器人在生产中的应用案例。

第四册《焊接机器人操作编程及应用》针对各品牌机器人编程语言不同，操作方法各异等特点，在教材普适性方面受到一定的局限。为此，市场占有率较高的五种机器人品牌作为统编教材，增强了教材的普适性，便于操作者进行比较、理解、分析和掌握。

上述四册焊接机器人系列教材荣获2014年职业教育国家级教学成果二等奖。被中国焊接协会确定为培训基地指定教材。

三、焊接机器人教研实践

手工焊接实训是学习焊接机器人操作的前导课程，是焊接机器人编程操作人员必须掌握的基本技能。传统的焊接实训过程中，由于弧光、烟尘、飞溅，以及实训成本高、演示和观摩受限等方面的因素，给焊接训练及教学带来诸多困难。仿真实训教学系统能够有效地解决这些问题。学生通过虚拟焊接系统进行反复练习，老师可以在现场或远程显示屏观察学生实施焊接过程的参数波动和虚拟焊缝成型，及时了解学生掌握焊接技能的熟练程度，并给予针对性指导。通过挖掘焊接机器人离线编程教学价值，使其视觉优势充分在教学中反映出来，教学效果发生明显变化，我们选取三种教学模式在实训环节进行对比，如表1所示：

表1：三种种教学模式在实训环节的对比

四、目标与展望

机器人数量已经成为衡量一个国家、一个企业加工能力的标志。近年，国家工信部、发改委组织制订我国机器人技术路线图及机器人产业“十三五”发展规划，力争到2020年，形成较为完善的工业机器人产业体系，到2017年市场销量将达到10万台，工业机器人保有量超过40万台。”为此，职业技术教育担负着培养现代焊接技术技能人才的使命，针对焊接机器人应用职业教育教材开发和课程体系的构建具有十分重要的意义。

（作者单位：1.中国焊接协会机器人焊接（厦门）培训基地；2.厦门市集美职业技术学校）

参考文献：

[1]林尚扬等.焊接机器人及其应用.机械工业出版社，2000年7月.

[2]吴九澎等.机器人应用手册.机械工业出版社，2014年6月.

[3]中国焊接协会.中国焊接自动化技术分析，2014年4月.