基于智能制造的教育部工业机器人开放式公共实训基地研究

刘泽祥，张 斌，李卫民，卢 意

（泰州职业技术学院，江苏泰州225300）

0 引言

新的一轮技术革命正在席卷而来，大数据、云计算、物联网、人工智能等新兴技术大量涌现，这为智能制造提供了很好的基础，智能制造的发展也成为工业发达国家的主要竞争领域。德国、美国等发达国家都已在先进制造技术方面进行了全方位研究和战略布局，具有明显的优势［1-2］。在人口红利缺失，劳动力成本不断攀升的背景下，2015年5月国家发布《中国制造2025》，以推进智能制造为制造业重要发展方向，构建以智能制造为重点的新兴制造体系。为响应国家制造业发展战略，培养智能制造技术人才，国内高校围绕智能制造装备、智能制造技术等开展了多方面的研究和人才培养。部分院校建立了智能制造学院，智能制造相关专业也如雨后春笋般涌现，而工业机器人作为智能制造的执行终端，在智能制造领域是不可或缺的，工业机器人技术研究、应用研究领域人才在未来10年缺口极大。国内高职院校将人才培养定位在工业机器人应用领域，开设了工业机器人技术专业。2019年，全国职业院校新增工业机器人技术专业89家，目前共有594所高职院校开设了工业机器人技术专业，其中还不包括将工业机器人技术专业作为机电一体化技术、电气自动化技术等传统专业的一个分支方向的高职院校［3］。为促进职业院校相关专业创新技术技能人才培养模式，提高专业内涵建设水平，提升教师科研及技术服务能力，2016年6月，学院开展教育部工业机器人领域职业教育合作项目，成为全国15个教育部工业机器人开放式公共实训基地之一［4］。本文结合项目建设内容与成果，探讨智能制造背景下工业机器人技术专业的建设思路。

1 建设工业机器人开放式公共实训基地的必要性

泰州职业技术学院是一所市属高职院校，学校自开办以来，以服务地方经济、为地区培养高素质技能人才为己任。在泰州地区，使用工业机器人的规模企业越来越多，使用工业机器人的企业数百家，可胜科技（泰州）有限公司2015年ABB工业机器人2 000台，到2018年，企业共投入工业机器人12 000台，其中ABB工业机器人8 000台。更多的中小型企业正在着手或计划进行应用工业机器人进行生产线的智能化改造，泰州地区急需一大批工业机器人技术技能型人才。但是由于区域位置的限制，泰州本地企业对高技能人才的吸引力不强，造成本地企业无法招聘到适合的智能制造高技能人才，这就急需建设一个工业机器人产教融合实训平台，为本地企业培养、培训急需人才。

2 建设工业机器人开放式公共实训基地所取得的主要成效

学院于2016年开设工业机器人专业，开始工业机器人实训室的建设，借助工业机器人开放式公共实训基地这一“春风”，学院规划了实训室建设内容，包含工业机器人基础认知实训室、工业机器人虚拟仿真实训室、工业机器人基础操作实训室、工业机器人基础操作实训室、工业机器人工艺应用实训室、智能制造综合应用实训室以及机器人创客空间等，并于2018年12月基地通过验收，围绕基地建设及运行，开展了一系列教学活动与人才培养方案优化、全国职业院校工业机器人专业师资培训、产教融合，极大地提高了学院知名度以及师资队伍，更好地服务学生、服务泰州经济，取得了很好的社会效应［5］。

2.1 基于开放式公共实训基地，实现专业群人才培养的优化提升

目前，在本科院校、高职院校相继成立了智能制造学院，与智能制造相关的专业建设也已经启动，与智能制造相关的大数据、物联网等新兴专业也已诞生。因此，打破传统专业的设置界线，结合智能制造相关技术，借助智能制造企业进行传统专业的转型升级，培养跨学科复合型人才势在必行［6］。

企业智能制造的第一步就是“机器人换人”，实现企业的“无人化”工厂，生产过程中简单重复性的岗位逐渐为工业机器人所替代。为了更好地适应未来产业结构调整、工作岗位的变化，学院针对“中国制造2025”之智能制造，聚焦智能制造核心岗位，将高职院校机电装备制造专业群技术人才培养定位在“智能制造设备设计、加工、装调、操作、维护、系统集成及应用”，立足专业群平台，结合合作企业需求，以传统专业为基础，对专业进行重新布局，提出“工业机器人技术+传统专业技术”专业建设方案，对传统专业的人才培养方案、课程设置、实训等方面进行了基于智能制造技术的优化调整，如图1所示，工业机器人作为先进生产工具，围绕智能制造新技术逐步进行传统专业升级，以适应未来智能制造技术发展的要求，提出“专业能力+专业拓展能力+通用能力”的培养模式。专业能力将作为传统专业的一种基本能力，根据岗位工作任务的需求，培养应对高端装备的操作、维护、集成应用等方面的能力；通用能力泛指培养学生的职业素养、创新、沟通、协作等方面的能力；而专业拓展能力，将作为一种竞争核心能力，在未来职业竞争中具有显著优势的能力。因此，根据智能制造相关技术，结合传统专业就业特点，将工业机器人技术相关课程纳入新的课程体系和培养方案，为职业发展打下基础。

依托工业机器人开放式公共实训基地，学院加强教学资源和实训教材的开发，面向工业机器人技术专业的学生，开设“工业机器人技术基础”“工业机器人现场编程”“工业机器人离线编程与仿真”“工业机器人工艺应用”“工业机器人系统集成与应用”等教学做一体化实训课程，使学生除了具备工业机器人基础知识、基本操作与编程能力外，侧重提高学生的工业机器人系统集成能力，满足高素质人才培养要求。面向机电一体化专业、数控技术专业、电气自动化专业所有学生，结合基地现有设备量身打造了“工业机器人技术及应用”教学做一体化实训课程，课程内容涉及工业机器人基础、虚拟仿真与离线编程、机器人基本操作等内容，使学生熟知工业机器人基本原理、结构、掌握工业机器人的基本操作及编程，适应未来智能制造技术、工业机器人技术应用要求。

图1 基于工业机器人开放式公共实训基地，提升专业群各专业技能培养内容

2.2 基于开放式公共实训基地，建立智能制造产教研融合实践平台

基于教育部工业机器人开放式公共实训基地，成功申报了江苏省智能制造产教融合实训平台，拓展了更多的合作企业资源，实现了深度校企合作模式，建设智能技术促进中心，建立了校中厂、智能制造产业学院，学生在校期间积极参与企业项目，参加以企业为主导的各类培训，提升了专业技能，拓展了知识面，与建立厂中校相比，学生通过顶岗实习等方式深入企业实践，将理论与实践相结合，极大地提升了专业技能，拓展了视野，同时校企紧密合作，共同开发教学资源，提升师资团队能力，形成了智能制造产教融合实践平台，如图2所示，为培养复合型技能人才打下良好的基础。

图2 智能制造产教融合实践平台

基于智能制造产教融合实践平台，学院建立了丰富的教学资源库、虚拟仿真网络实训平台、教学就创业平台和创客空间等，成了全国职业院校工业机器人师资培养基地、ABB/新时代工业机器人应用研发中心以及ABB工业机器人工程师认证中心，实现了从基本技能培养、专项技能培养到复合技能培养的复合型人才培养模式。

基于智能制造产教融合实践平台，优化了学院课程体系，提升了师资团队能力，丰富了师资团队成果，为高端技能人才的培养探索提供了基础，卓越人才班的改革，高效地开展了技能竞赛，有效地开展了科研、教研和科技服务等工作，在社会服务、人员培训、校-校对接合作等方面，取得了较好的成效。以企业真实

项目推进基地建设，其作用表现在以下几点。（1）校企合作开发特色课程。

根据区域产业需求，合理设置工业机器人及智能制造模块课程群，在课程教学内容选取上坚持课程项目“来源企业、服务教学”，充分利用企业的真实工程案例，辅以各类教学方法，重构教学内容，提高教学效果。由校企共同制订课程标准、共同完成教材的编写和教学项目实施，同时加强骨干教师专业技能、职教理念的培训，鼓励教师深入行业企业一线，及时将新知识、新技术、新工艺、新方法融入传统课程教学内容，积极开展项目化特色教材建设，以优质核心课程建设为龙头，带动项目化特色教材建设。项目开展以来，与企业共同开发3门项目化特色课程：“工业机器人应用基础-基于KUKA机器人”“工业机器人系统集成与应用”“工业机器人虚拟仿真与离线编程”。

（2）校企共同开发教学资源。

校企共同组建教学资源开发团队，校企共同开发包括工业机器人基础教材、实训教材、PPT、视频、微课、三维模型、三维虚拟仿真动画、图片等教学资源，将数字“碎片化”资源与教学知识技能点有机整合为一体，丰富教学素材，更新虚拟仿真实训平台，满足教与学的新要求。

通过校企共同开发相关资源，案例的选取、内容的安排等方面都得到了优化，所编著的教材和资源具有以下特点：

①主题鲜明，内容丰富，知识点突出，真实案例与教学方法相结合，通过真实的案例让学生从枯燥乏味的书本中解放出来，增强了学生学习的主动性及探究性。

②以企业真实案例为项目内容，少去了一些冗余的知识，使得教学内容精简，典型案例化的教与学情景，使学生们能够快速掌握专业知识，有效地完成学习任务。

③校企联合开发教材的编写，教学资源的准备，规范了学生在实训中的各种操作要领，枯草知识案例化，使学生能够通俗易懂地掌握专业知识，理解技能操作的步骤和要领。

④企业工程师根据实际工厂作业特点，准备素材和习题，能够使学生帮助学生查漏补缺，有效地提升学习水平，高效地掌握知识点和技能。

⑤真实案例丰富，为工业机器人离线编程与仿真准备了大量的素材，使学生在课余时间有目的、有思路地进行建模、工作站布局、仿真和离线编程等方面的学习。

（3）提升师资团队能力和社会服务能力。

依托智能制造产教融合实践平台，建设专业的教学团队，教师参与企业项目，提升实践能力和教学能力，同时聘请行业企业专家10名担任兼职教师。专业团队建设成效明显，在项目申报、教学团队培养、教学成果、科研服务等方面都取得了一定的成果。

适应区域高端装备制造业产业需要，依托智能制造产教融合实践平台，江苏省及周边地区的企业、培训机构、社会团体提供工业机器人应用技术相关的专业技能培训。为泰州地区高端装备制造业的设备维护及设备智能化改造提供技术服务，重点为企业开展工业机器人应用技术服务、生产线智能化改造、产品研发等技术服务，帮助企业解决技术难题，推动校企合作办学、合作育人、合作发展。充分利用学院的智力资源和门类齐全、技术先进的各种仪器设备，使实训平台成为科技成果转化基地，技术推广、技术服务、技术咨询基地。

3 结语

为期2年的教育部工业机器人开放式公共实训基地建设已经完成，并于2018年12月1日顺利通过答辩验收。通过这个项目，学院无论在硬件还是软件方面都得到了很大的提升，主要表现在以下几点：

（1）通过签约大会、全国职业院校工业机器人技术专业骨干教师培训等方式，扩大了我校在国内的影响力，拓展了更多的合作资源，基地将成为ABB机器人专业讲师认证中心。

（2）开设了工业机器人技术的相关专业课程，优化了专业群的课程体系，丰富了课程资源，进行了“工业机器人技术+传统专业”的升级，实现专业群人才培养的优化提升。

（3）基于教育部工业机器人开放式公共实训基地产教融合建立的智能制造产教融合实践平台，共同开发教学资源，提升了学院师资团队能力，丰富了师资团队成果，有效地开展了科研、教研和科技服务等工作。

总结过去方能更好地展望未来。基于现有的成果，继续挖掘其中的潜能，有关建议主要有以下几点：

（1）更好地发挥基地的作用，加强教学资源的开发，更好地服务于教学。

（2）加强师资团队建设，提高行业影响力，争取更多的优秀资源，以满足基地后期建设。

（3）加强校企合作，借助企业设备，加强工业机器人技术多方位教学，丰富教学资源，加强社会培训和技术服务工作，解决企业真实需求，打响“泰州市机器人公共技术服务平台”。