“1+X”证书下“工业机器人打磨抛光”应用教学案例设计——以河南工业和信息化职业学院为例

董延军

（河南工业和信息化职业学院，焦作 454000）

根据《国家职业教育改革实施方案》工作内容，在职业院校、应用型本科高校启动学历证书+职业技能等级证书制度试点，即“1+X”证书制度，鼓励学生在获得学历证书的同时，积极取得多类职业技能等级证书。启动“1+X”证书制度试点是促进技术技能人才培养培训模式和评价模式改革、提高人才培养质量的重要举措，是拓展就业创业本领和缓解结构性就业矛盾的重要途径，对于构建国家资历框架、推进教育现代化以及建设人力资源强国具有重要意义[1]。

2019年10 月，河南工业和信息化职业学院入选教育部第二批“1+X”工业机器人操作与运维证书制度试点院校。“1+X”证书制度促进了高职院校教材、教法、教师改革，实现了学历证书与职业技能等级证书对接[2]，对高职院校人才培养质量的提升具有重要意义[3-4]。各高职院校应深化产教融合，校企协同育人，实现工业机器人专业人才培养创新。在此背景下，河南工业和信息化职业学院提出了“1+X”工业机器人操作与运维证书建设的研究。这要求河南工业和信息化职业学院需紧跟职业教育改革的步伐，加快工业机器人技术专业的课程教学改革。

工业机器人打磨抛光在家电、五金、汽车配件、运动器材、医疗器材、家具以及卫浴行业有广泛应用。但是，打磨抛光行业生产环境恶劣，人工打磨的产品一致性差、返工率高、人力成本高以及招工困难等，影响了产业的可持续健康发展，因此急需用工业机器人代替人工操作，实现产业转型升级[5-6]。

随着现代化技术的快速发展，现代化的机器人打磨工厂越来越多，催生了较多的相关职业岗位。系统集成企业的用人需求包括工业机器人安装调试工程师、工业机器人系统操作员以及工业机器人系统集成开发工程师。打磨应用企业的用人需求包括机器人打磨工艺规划工程师和工业机器人系统运维员。

1 案例分析

以常见面盆水龙头的机器人打磨抛光为教学实施对象，对面盆水龙头生产流程和打磨工艺进行分析。

1.1 水龙头生产流程分析

水龙头生产需经过铸造、机加工、剥皮开粗、打磨、抛光、检验以及入库等生产过程，具体生产流程如图1所示。

1.2 水龙头打磨抛光工艺分析

水龙头打磨抛光需经过40#砂、60#砂、180#砂、400#砂、800#砂进行打磨，最后用麻风轮或布风轮对所有外观进行打磨，具体工艺流程如图2所示。

2 水龙头打磨抛光案例知识技能点

水龙头打磨抛光案例包括工业机器人安全操作规范、工业机器人打磨抛光系统认知、工业机器人打磨抛光系统安装、工业机器人打磨抛光操作等4个知识技能点，具体案例详解如图3所示。

图1 水龙头生产流程

图2 水龙头打磨抛光工艺

图3 工业机器人打磨抛光工作站典型案例

2.1 工业机器人安全操作规范

打磨抛光设备安全操作要求包括必须穿戴防尘口罩、注意场地通风、注意自身与设备静电并检查安全门功能是否良好以及设备接地是否到位等。打磨抛光操作安全要求包括设备运行时严禁头、手及身体触碰设备、严禁触摸电气部件以防触电、未经培训不得操作系统、未经许可不得更改设备软、硬件的参数设定以及未经设备负责人许可不得使用手动功能操作设备等。

2.2 机器人打磨抛光系统设备认知

工业机器人打磨抛光系统认知包括工业机器人系统认知和打磨抛光系统周边设备认知两部分。工业机器人系统主要包括工业机器人本体和控制柜两部分。打磨抛光系统周边设备主要包括砂带机、抛光机、工装夹具、集尘装置、上料平台以及控制单元等。

2.3 工业机器人打磨抛光系统安装

工业机器人打磨抛光系统安装包括工业机器人系统安装和打磨抛光系统周边设备安装两部分。工业机器人系统安装主要包括工业机器人本体安装和工业机器人控制柜安装两部分。打磨抛光系统安装的周边设备主要包括砂带机胶轮、砂带、力传感器、抛光机抛光轮、抛光蜡、激光测距仪、浮动打磨头、夹具、除尘装置以及上料平台等。

2.4 工业机器人打磨抛光系统操作

工业机器人打磨抛光系统操作包括工业机器人示教器的基本操作及配置、工具TCP标定、工件坐标系标定、打磨抛光工艺应用、工业机器人打磨轨迹编程、PLC及触摸屏和生产测试与产品检测等。

2.4.1 工业机器人示教器的基本操作及配置

熟练掌握示教器使能键、急停按钮、摇杆和各个功能键的使用。

2.4.2 工具TCP标定

学生应掌握和规划合适的机器人工作方式。机器人打磨根据工件特性一般分为两种形式：一种是机器人带工具运动，工件固定；另一种是机器人带工件运动，工具不动。

2.4.3 工件坐标系标定

建立合适的工件坐标系，以便定位工件。

2.4.4 工业机器人打磨工艺应用

工业机器人打磨工艺应用包括理解客户工艺要求、制定打磨工艺以及设定机器人打磨工艺参数。

2.4.5 工业机器人打磨轨迹编程

打磨常用轨迹包括工字形轨迹、之字形轨迹、螺旋轨迹以及往复轨迹等，需根据打磨面（平面、柱面、球面、复杂曲面等）选择不同的轨迹。

2.4.6 PLC及触摸屏的编程

根据IO通信表连接相应线路，并在PLC编程软件中进行程序编写。在触摸屏上建立相应的控制画面，并设定工件材质、砂带线速度、张紧力以及抛光力度等打磨工艺参数。

2.4.7 机器人打磨抛光生产测试与产品检测

保证设备处于安全工作状态，同时人员撤离至安全区域，先手动运行测试，修正无误后再自动运行。加工完后检查打磨产品表面质量，判断是否有划痕、砂眼以及棱角，进而优化机器人程序。

3 教学手段与方法

“工业机器人打磨抛光”教学案例采用信息化教学模式，实施项目式分组教学。教师对教学内容进行讲解引导，分组进行教学过程，及时反馈教学效果，将教学目标任务分配给每个小组。教师通过讲解流程图，分析面盆水龙头生产流程和打磨工艺，进而明确知识技能点，并强调工业机器人安全操作规范，以项目小组为单位开展实训操作。小组内的组长、操作员、安检员和记录员应由小组内学生轮流担任，其中组长对整个项目任务进行分工和监控，操作员完成打磨抛光系统安装及操作，安检员严格监控操作过程的规范性及安全性，记录员完成操作数据的记录与分析。教学过程中，学生提问与教师解答和指导有机结合，使学生在“教”与“学”中掌握知识。

4 教学评价

“工业机器人打磨抛光”教学案例采用信息化过程性评价，根据学习任务和每个小组实际操作结果，给每组任务完成情况进行打分评价。组长对组员任务完成效果进行打分，最后教师根据每组得分及每个组员得分给出每个学生的最终成绩。基于工作过程的项目教学，以工作任务引领提高学生兴趣，激发学生的学习动机。在教学过程中，通过创设工作情景，做到“教、学、做”一体化，同时应加大实践实操的容量，紧密结合1+X”证书职业技能要求，加强考证的实操项目的训练，在实践实操作过程中，使学生掌握工业机器人操作与维护方法，提高学生的岗位适应能力。

5 结语

在工业机器人操作与运维“1+X”证书职业技能等级证书的背景下，分析和研究“工业机器人打磨抛光”应用教学案例，以满足各行业的职业能力培养要求。对“工业机器人打磨抛光”课程开展项目式教学，将不同的项目融入课程，可满足“1+X”证书制度下的技能考核点要求。