基于工业4.0背景下的工业机器人人才研究分析及解决策略

彭宽栋

摘要： 为贯彻落实“中国制造2025”和“互联网+”战略，实现智能制造强国的战略目标，研究分析工业机器人人才需求、健全工业机器人人才培养体系具有重要研究意义。开展了工业4.0战略的深度分析与研究，梳理了工业4.0战略计划与工业机器人人才需求的关系，概括了我国工业机器人使用情况，全面分析了我国工业机器人人才需求。研究探索了工业机器人人才培养策略，提出了我国工业机器人人才培养的理念、目标及多角度系统性的培养体系，可展开推广实施。

Abstract： In order implement the "Made in China 2025" and "Internet +" strategy， and to achieve the strategic goal of intelligent manufacturing power， it is of great significance to study and analyze the talent demand of industrial robots and improve the training system of industrial robots. In-depth analysis and research of industry 4.0strategy is carried out， the relationship between the strategic plan of industry 4.0 and the demand of industrial robots is analyzed， the use of industrial robots in China is summed up， and China's demand for industrial robot talents is comprehensively analyzed. This paper explores the strategy of cultivating talents of industrial robots， and puts forward the concept， goal and multi-angle system of cultivating talents of industrial robots in China， which can be popularized and implemented.

关键词： 中国制造2025；工业机器人；工业4.0战略；人才培养体系

Key words： made in China 2025；industrial robot；industrial 4.0 strategy；talent training system

中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）24-0171-04

0 引言

“工业4.0”战略是以智能制造为主导的第四次工业革命，它描述了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变[1-2]。其主要分为两大主题，一是“智慧工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。旨在通过充分利用信息通信技术和网络空间虚拟系统-信息物理系统（CPS）相结合的手段，建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并产生各种新的活动领域和合作形式，创造新价值的过程将发生改变，产业链分工将被重组，从而将制造业向智能化转型，如图1所示为工业革命发展历程。

“智慧工厂”是以信息物理系统（CPS）为核心的新一代制造业模式，其核心是3C（Computing、Communication、Control）的融合技术如图2所示。

其全部生产活动由计算机进行控制，生产第一线配有工业机器人而无需配备工人，生产命令和原料从工厂一端输进，经过产品设计、工艺设计、生产加工和检验包装，最后从工厂另一端输出产品。所有工作都由计算机控制的工业机器人、数控机床、无人运输小车和自动化仓库来实现，工业机器人也不再被固定在安全工作地点，而是与人一起协同工作。

工业机器人属于上述信息物理融合系统（CPS）的"物理计算"（Physical Computing）领域[3-4]。工业机器人是“工业4.0”战略体系的重要特征之一，也是实现“中国制造2025”规划的重要工具。据统计，目前全世界大约有100万机器人在工作，特别是在人类难以胜任的危险环境里。日本是机器人密度最高的国家，每10万人中就有295台机器人如图3所示。目前工业机器人的销量高速增加，全球制造业工业机器人密度为55，而中国工业机器人密度仅为21，远低于日韩德美等发达国家，工业机器人市场有很大的增长空间[5]。在“工业4.0”战略、“中国制造2025”和“互联网+”战略的背景下，客观研究分析我国工业机器人行业人才发展、需求现状及解决策略具有重要的意义。

1 中国工业机器人发展概况

在“工业4.0”战略发展模式的驱动下，智能制造成为工业制造转型的重中之重，从而加快推进了工业机器人的应用发展。

1.1 政策环境导向

基于全球新一轮制造业变革及“工业4.0”战略在德国的快速发展，目前工信部已经完成了智能制造顶层设计，研究制定智能制造发展战略。国务院印发了《中国制造2025》战略发展规划，各省也纷纷制定了智能制造发展行动纲要。“机器换人”政策在全国各地快速响应。在这些宏观政策指导在，工业机器人应用不断得到推广，我国迅速成为工业机器人消费大国，从2014年起连续两年成为全球第一大工业机器人消费市场。汽车制造、电子、军工、橡胶塑料、航空制造、食品工业、医药设备与金属制品等领域均大量应用工业机器人。作为全球汽車工业最大国家的中国在汽车制造领域使用的工业机器人比例达已超过40%如图4所示。

1.2 市场规模剖析 工业机器人能在人的控制下进行智能工作，能完美替代人力在生产线上工作的多自由度的半自主或全自主的机器装置。与人力相比，工业机器人具备低成本、高危环境作业、高效率以及24小时连续工作等优点。近年，随着国内经济不断发展，劳动力成本快速上涨，导致制造业人力优势不再明显。在制造业升级的大背景下，2014年工业机器人销量超过45500台，同比增长35%以上。工业机器人整机规模市场价值为40亿～60亿人民币，考虑加上软件、零部件、系统集成等工业机器人市场价值为100亿～300亿人民币，国外为300亿～500亿美元[6]，国内市场需求很非常大。2015年-2016年继续保持高速发展态势如图5所示。专家预测到2030年，我国每一万名产业工人拥有的工业机器人数量达到300台左右[7]。

鉴于中国工业机器人强大的应用市场，工业机器人“四大家族”（发那科、ABB、KUKA、安川），为扩大领先优势，加快布局了中国市场，均已在中国设立了生产基地。国内沈阳新松、华中数控、秦川机床、大连机床、智云股份、沈阳机床、科远股份、天通股份、广州数控等公司的工业机器人也取得了较好发展，格力、美的等集团也纷纷加入工业机器人研发制造队伍，但目前市场上使用的大部分还是国外的品牌，然而使用工业机器人的厂家却需要6月以上的订货周期才能使用。

2 工业机器人才需求分析

虽然工业机器人能加快“工业4.0”战略快速实施，但其发展仍需要专业技术人才进行设计研发，需要专业技能人才操作、维护维修。因此客观分析工业机器人人才需求，对工业机器人的发展十分必要，具有重要研究意义。

2.1 专业技术人才

工业机器人由机械本体、驱动系统、控制系统三部分构成，是多学科交叉融合的行业，也是一项复杂的高科技系统工程[8-9]。具有高技术、高人才、高资金等门槛特征，很难从高校直接培养出有专业水准的工业机器人人才，且开展工业机器人学科教学的院校、科研机构数量也不多。工业机器人相关专业毕业的学生还需要积累大量工程经验及相关设计数据才能从事机器人技术研发，工业机器人人才的缺乏，直接导致我们工业机器人产量及质量，工业机器人大部分核心技术仍然需要依赖国外，尤其在减速电机、伺服电机、控制器等核心零部件上，直接影响我国工业机器人的发展，需要建立一批高技术专业团队逐一攻破这些技术瓶颈。

2.2 专业技能人才

目前一台工业机器人能否投入到产业中，以及能发挥多大的效果，取决于生产工艺的复杂性，产品的多样性还有周边设施的配套程度。而解决这些问题却需要3到5名相关的操作维护和集成应用技能人才。目前，机器人在汽车制造以外的工业领域应用需求快速增长，而相应的专业技能人才储备数量和质量却捉襟见肘。富士康集团曾预用“百万机器人”计划来解决工厂日益上涨的人力成本，但是从目前的情况来看，由于缺乏工业机器人专业技艺精湛的技能应用型人才，产业线上实现全自动无人操作还需要大量技术攻破，导致 “百万机器人”计划受挫。培养掌握工业机器人系统知识且能与各产业链工艺要求吻合的专业技能人才十分必要。虽然当前工业机器人很热，需要大量的应用型技能人才，但教学内容繁多，传统教育模式不适合等原因造成学生对工业机器人专业认可度不高，开设工业机器人专业的高职院校也很少。

3 工业机器人人才培养策略探讨

在工业4.0战略的时代背景下，信息化与全球化融合、个性化和定制化生产方式和生活方式以及大数据、云计算、虚拟化生活等等新技术的和理念的涌现[10]，都给工业机器人应用人才培养模式带来新的挑战。然而目前开设工业机器人学科和专业的院校基本上都通过机械电子工程、电气自动化工程、过程装备与控制工程等改设的，主要讲述的也都是工业机器人的工作原理、结构设计、运动学、动力学、雅克比矩阵、单片机、PLC、传感器等基础知识。从而很难培养出社会需求的工业机器人人才，需要重新研究探索工业机器人人才培养的教育新模式。

3.1 工业机器人人才培养理念

虽然工业4.0战略描绘了一张新的宏伟蓝图，依托工业机器人改变人类传统的设计制造模式，但工业机器人的人才培养理念仍需遵循教育规律和人才成长规律，核心仍是提升人才的综合素质和专业素养。可运用大数据、云教育、云计算等新兴的平台，结合各工业机器人综合应用的案例经验，以多学科交叉融合的视野和个性化差异的思维去制定培养方案，以知识的学习和技能的提升为轴绘制培养计划，以创新意识、协同意识、服务意识、发展意识为纲优化教学方式。以工业机器人产业的需求为链驱动教学革新。

3.2 工业机器人人才培养目标

根据目前各产业对工业机器人的不同要求，结合各产业生产实践经验，工业机器人人才培养的目标要与各产业的实际需求结合起来[11]，形成与工业机器人产业发展需求的人力资源建设格局。培养和造就一支数量充足、结构合理、素质优良、充满活力的工业机器人人才队伍，不仅要满足产业的需求，还要实现产业与教育融合发展。

3.3 工业机器人人才培养策略

根据工业机器人人才培养理念和人才培养目标，可依托以下途径建立人才培养体系：

①完善工业机器人人才供给机构改革。尝试从小学开始，加大实践动手课程，以娱乐机器人为导向逐步将工业机器人的基础知识贯穿到通用技术课程中，将具备开展工业机器人学科、专业的高校与初、高中建立教学联盟，激起挖掘各类型学生，打通工业机器人各类人才成长通道。

②保障工业机器人人才培养平台建设。国家相关部门应根据区域发展情况，逐步建立共享的工业机器人研发及应用公共实训基地，组建工业机器人专家理事会，由工业机器人专业的人才去管理维护运营实训基地，保障设备与技术能与企业需求同步。鼓励高校建设机器人学院，以机器人学院的全院力量能更综合的培养工业机器人人才。

③尝试工业机器人人才联合培养机制。采用三方联动即由“政府+企业+院校”，“学校+家长+学生”，“师傅+教师+学生”的新型政校企协同育人模式。创新课程体系，更新教材内容，共同制定人才培养方案，共同落實人才培养计划，保障培养的全过程中学生能以不同的角色、在不同的地方探索研究学习。

④依托科研、大赛同步差异个性化培养人才。为实施工业机器人人才创新能力和创新素质的发展，培养个性化人才的目标，把工业机器人各知识模块分解展开搭建工业机器人科研、大赛联动平台，错位发展完善教学体系，因材施教。

⑤多校联动协同育人、职教联盟模块化育人。鼓励具有开设工业机器人学科的高校、科研机构多方联动协同发展，集各方优势建立工业机器人育人新中心。对具备有工业机器人专业教学能力和条件的重点企业与职业学校共同组建一批深度融合、特色鲜明、效益显著的工业机器人职业教育集团，充分发挥职业教育集团成员单位中行业企业的作用，推进办学模式、培养模式、教学模式、评价模式改革，促进工业机器人产业链、岗位链、教学链深度融合。

⑥持续教育大力培育工业机器人工匠精神。以工业机器人大国工匠为引领，弘扬工业机器人优秀工业文化，完善企业终身教育体系，企业要把培育精益求精的工业机器人工匠精神作为职工继续教育的重要内容，增强职工对工业机器人职业理念、职业责任和职业使命的认识与理解。推进工业机器人工匠精神进校园、进课堂，帮助学生树立崇高的职业理想和良好的职业道德，培养崇尚劳动、敬业守信、精益求精、敢于创新的工业机器人人才。

⑦多国元素“一带一路”助推工业机器人人才发展。建设一批新型工业机器人人才示范培育研发基地，加大吸引国外高端工业机器人人才来华创新创业。多元化的工业机器人人才投入机制更加健全，以工业机器人为媒介，加大工业机器人人才交流频次，保障“一带一路”-工业机器人人才培养工程全面发展。

4 结束语

本文深度研究分析工业4.0战略内涵及与工业机器人对制造业的影响发展。全面系统性研究分析了我国工业机器人使用情况、市场前景及人才需求。基于客观深度的研究分析的基础上，提出了工业机器人人才培养的新理念、新目标，探索提出了7大块工业机器人人才培养策略，所推导的人才培养策略具有一定的全局性、前瞻性、科学性及实用性，可为日后的工进机器人人才培养提供重要的参考实施策略。在下一阶段，本文将进一步完善实行工业机器人人才培养体系中的7大工程，深入研究并提出我国工业机器人人才培养指南。

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