工业机器人编程与调试一体化实训室的建设研究

盛世岳 王心发

（台州技师学院（筹） 浙江·台州 318000）

0 引言

“中国制造2025”规划明确指出，工业机器人将在制造业革命和供给端改革中发挥重要作用，并促使产业快速发展。因此，最近几年来，全国各地都相继出台了“机器换人”战略，工业机器人行业得到了迅速的发展。但是，现在一个越来越大的问题摆在我们面前，那就是工业机器人作为多项技术的高度集成设备，其专业人才严重缺失。目前，国内对于工业机器人的职业教育仍然处于起步阶段，还未形成指导标准和样板工程。因此，当前该行业用工的普遍现象是：工业机器人虽然很热门，但是人才缺口巨大，由于教育滞后的原因，很多学校没有建立以产品任务线为载体的工业机器人工作站实训室，导致企业出现“无人可用”的尴尬局面。当前从事工业机器人装配与维护、现场编程与调试、自动化生产线维修等岗位的人员主要来自机电一体化、电气自动化等专业毕业生的二次培训，并且短期培训都难以达到岗位的实际需求。这些都表明了我国职业院校所培养的工业机器人专业人才已经明显落后于国内工业发展对于高技能人才的需求。

1 工业机器人实训室建设现状

国内的工业机器人虽然现在已经围绕着机械、传感以及控制三大部分逐渐发展成熟，但工业机器人跟数控机床等专用设备不一样。它是柔性自动化生产线的核心单元，需要与现场的其他设备紧密配合才能完成工艺要求，因此它要求从业人员不仅能够掌握工业机器人的基本操作，而且还要围绕着工艺应用开展学习工业控制、应用工艺、传感器技术等相关内容。而目前国内职业院校的工业机器人实训室存在以下不足：（1）资金紧张的职业院校，其实训室所训练的实操技能比较单一，与工业机器人企业实际可提供的工作岗位不相匹配。目前，大部分的职业院校工业机器人实训室仅提供工业机器人的基本操作训练，而无法提供完整的应用工艺实训。（2）资金充足的职业院校，将企业的自动化生产线直接复制到学校中，却没有认真考虑师资能力和学生学情，导致该生产线无法真正投入到教学应用，只能沦为对外展示的参观场所。工业机器人的专业技能包含了运动控制、编程仿真、机械设计、机构优化、电气接线、通讯联调等各种应用技能，因此要想培养一名合格的工业机器人专业人才，必须要配备以典型的实际生产应用案例为核心的工业机器人实训室，让学生从中掌握工业机器人基础操作、工艺训练、设备联调等技能，从而获得丰富的工业机器人应用经验和周边设备使用能力。

2 一体化实训室建设原则

一体化实训室是推动一体化教学改革最重要的教学资源，它与传统实训室存在着较大的不同。一体化实训室必须充分将学习场所和工作环境整合起来，强调学生做中学，必须充分满足一体化教学系统性和全面性的要求。因此，一体化实训室设备和布局必须严格按照工作过程进行设计和布置。其建设流程如下所示：首先一体化实训室建设项目分析行业情况和人才培养目标进。然后，对工作岗位进行分析，从工作岗位分析中归纳出典型工作任务。其次对典型工作任务所使用的设备进行分析，由于该专业设备不能直接用于教学，需进行设备转换，形成一体化教学案例，然后根据教学要求进行设备的摆放和布局并融入企业文化。最后，由学校实训教学主管部门召开专家论证会，进行方案审核与验证。

3 一体化实训室建设方案

3.1 实训室布局与功能设计

工业机器人编程与调试是工业机器人专业的专业核心课程，因此本文重点研究该课程的一体化实训室建设。一体化实训室的功能设计与布局首先要参照工作过程进行；然后，每一个实训室要根据能力培养目标的不同，选择不同类型的设备进行集中放置，充分将学习环境和工作环境进行整合。在这个基础上，要保证每一个学生都有相应的工位，即实训工位的容量要大于班级学生数量。工业机器人现场编程与维护一体化实训室，主要用于工业机器人的基础教学，主要培养学生工业机器人的编程与调试、系统参数设置、机器人夹具的使用、机器人的维日常护等职业能力。该实训室的布局方案如下图所示，其功能区块可划分为：集中教学区、分组教学区、资料查询区、工具存放区、耗材存放区。集中教学区，配备多媒体设备和黑板等实物教具，用于视频和课件的播放和教师的集中讲授，每张六角桌配备一台电脑，方便学生查询和制作相关资料；分组学习区，每个工位配备了ABBIRB120工业机器人系统集成设备，用于学生的技能训练和小组讨论。资料查询区，配备了ABB IRB120工业机器人学习的相关工作页、使用说明书等，用于学生的资料的查询和自主学习；工具存放区，配备工业机器人拆装工具；耗材存放区，配备电气线缆、各种规格的螺母与螺栓等。

图1：工业机器人编程与调试一体化实训室布局

3.2 设备选型

实训设备的选型直接影响着一体化教学项目的实施，因此在建设工业机器人编程与调试一体化实训室的时候，就应该要考虑工业机器人的品牌选择、应用领域、任务载体，并且具有一定的前瞻性和柔性化。基于以上分析，该实训室选择桌面型机器人基本操作工作站，其中工业机器人选用 ABB IRB120机器人，PLC选用西门子S7-1200，如下图所示。该设备以3C电子产品的制作过程为载体，选择3C行业最典型的异形芯片插件工艺过程为任务主线，配备桌面式关节型六轴串联机器人，在操作平台的四周合理分布不同工艺应用的机器人工具以及涂胶单元、码垛单元、3C芯片装配单元、视觉检测单元、螺丝供料单元、总控系统以及操作面板等组件。该实训设备融合了工业机器人维护及操作、系统安装及调试、现场示教编程及调试、离线编程及应用等技能要求。

图2：桌面型机器人基本操作工作站

3.3 一体化教学项目

工业机器人编程与调试一体化实训室的教学项目是基于“做中学，做中教”的一体化教学模式进行设计的，其主要教学项目如下表所示。在教学过程中，营造真实的岗位环境，以学生为中心，将工业机器人编程与调试岗位的工作流程及技能要求渗透到课程中，使学生真正学习该专业的核心能力。

表1：工业机器人编程与调试一体化实训室主要教学项目

4 总结与结论

本文基于一体化实训室的建设理念，主要研究了工业机器人编程与调试一体化实训室的布局与功能设计、选择以ABBIRB120桌面型工业机器人为核心、以异形芯片插件工艺过程为任务主线的机器人工作站为教学实训设备，并以此为基础开发了主要的教学项目。该一体化实训室将学习场所和工作环境有效的整合起来，真正体现“做中学，学中做”的教学理念，全面培养学生的职业核心能力。