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工业机器人技术网络教学资源开发应用

摘要:近年来,国家在大力推行职业技术教学资源库的建设、推广和应用,工业机器人技术的网络教学资源开发对《中国制造2025》计划有着积极的推动作用。本文将《中国制造2025》和职业教育教学资源库综合进行考虑,对工业机器人技术相关网络教学资源的开发、应用和推广等问题进行探讨。

关键词:工业机器人技术;教学资源库;开发和应用

1研究背景

《中国制造2025》是中国政府实施制造强国战略第一个十年的行动纲领,通过“三步走”实现制造强国的战略目标:第一步,到2025年迈入制造强国行列;第二步,到2035年中国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平;第三步,到新中国成立100年时,综合实力进入世界制造强国前列。工业机器人技术在《中国制造2025》的实现中扮演着重要的角色。近年来,人力成本的上升,令制造业的利润不断被侵蚀,在此情况下,以机器人替代人的趋势不可避免。富士康、比亚迪等大型制造业企业已经大批量应用工业机器人替代人工操作。然而当前我国对于工业机器人技术技能人才非常缺乏,如何快速、优质地培养大量的工业机器人技术技能人才,显得越来越迫切。国家教育部近年来大力推行的职业教育教学资源库项目,对于培养技能人才有着重要作用。如何更好地开发和应用工业机器人技术相关的网络教学资源,是一个值得认真思考的课题[1-2]。

2工业机器人技术网络教学资源开发挑战

1)工业机器人技术实训设备昂贵。工业机器人作为高端仪器设备,造价昂贵。尤其是日本、欧洲、美国等地区品牌的机器人,质量好、精度高、稳定性好,价格比国产机器人高很多。另外,工业机器人往往与PLC、触摸屏、工控机等外围设备进行集成,进一步提高了工业机器人技术相关实训设备的造价。天津轻工职业技术学院共购买华航唯实、南京翼马、江苏汇博等公司的八套工业机器人实训设备,平均每套设备价值50万元左右,资金投入不菲。如此昂贵的设备,若要保证实训教学时,三名同学作为一个小组,对应一台设备,需要投入的资金巨大。2)工业机器人类型种类繁多。工业机器人最知名的品牌当属ABB、安川、发那科、库卡,业界常将这四个厂家称为工业机器人中的“四大家族”,上述厂家生产的工业机器人占据了国际市场六成以上的份额。除了上述这些国际知名品牌的机器人,还有三菱电机、那智不二越、川崎等国外品牌的机器人。国内的工业机器人品牌主要有沈阳新松机器人、广州数控机器人、埃夫特机器人、埃斯顿机器人等品牌。由于工业机器人品牌众多,导致工业机器人技术相关的实训设备也种类繁多,工业机器人系统集成等教学资源的开发往往只能针对某一种工业机器人进行开发,导致其内容相对来说狭窄,不能应用于较为广泛的受众。3)工业机器人的离线编程软件种类繁多。前文已述,工业机器人的品牌种类繁多,而不同工业机器人的生产厂商都对自己生产的工业机器人有一套配套的离线编程软件,不同品牌的工业机器人的编程指令和编程规则都不相同,工业机器人示教器的操作方法也不同,增加了开发工业机器人编程技术相关的网络教学资源时的复杂性。4)工业机器人技术作为一个新兴专业,资源开发难度大。工业机器人技术是近几年才兴起的一个专业,高职学院的教师大多数都没有相关从业经历,因此,对于开始网络资源的主要力量———高职教师来说,有一定困难。由于是一个新兴专业,当前高职院校中的老师都不是该专业科班出身,只是电气自动化、机电一体化等相关专业的教师,因此高职教师缺乏工业机器人的实践经验和理论知识,对于开发教学资源来说有一定困难。

3工业机器人技术网络教学资源开发对策

1)加强校企合作。工业机器人作为制造业替代人工作的设备,已经越来越广泛地应用到制造业中。相对于职业院校来说,制造业企业拥有更丰富的工业机器人的种类、数量和使用经验,职业院校应加强与工业机器人生产、集成和应用的企业的合作,借助于企业的资源进行网络教学资源的开发。例如,在建设工业机器人工作站系统集成这门课程的时候,该院联合北京华航唯实机器人科技股份有限公司、ABB机器人公司、天津博诺机器人技术有限公司和广州数控设备有限公司等行业企业,借助机器人行业企业现有的丰富的机器人设备资源共同开发教育教学资源库,有力地弥补了单一院校机器人设备的种类和数量不足等问题。2)选择有代表性的工业机器人品牌进行网络教学资源开发。工业机器人的品牌种类繁多,国外的著名机器人品牌有ABB、安川(YASKAWA)、发那科(FUNAC)、库卡(KUKA)、三菱、那智不二越等,国内的机器人品牌有广州数控、沈阳新松、上海新时达、埃斯顿、埃夫特等等。针对如此多的机器人品牌,而且每种机器人品牌又有诸多不同的机器人型号和种类,短时间内对每种工业机器人都开发整套的工业机器人在线编程、离线编程、维护维修、系统集成等教学资源难以实现,因此,需要选择有代表性的、应用广泛的、优质的工业机器人品牌进行相关资源开发,以满足普众性要求。例如,该院在开发机器人教学资源课时,选取ABB和广州数控等具有代表性的机器人品牌进行资源开发,进而逐步以点带面,形成网格布局。值得指出的是,工业机器人技术资源的开发者在一定程度上要考虑对国产品牌工业机器人资源优先进行开发,促进国内机器人产业的良性发展。《中国制造2025》的目标是通过努力实现中国制造向中国创造、中国速度向中国质量、中国产品向中国品牌三大转变,当前我国的工业机器人生产、研发和应用技术相对于欧美国家来说还较弱,从支持我国国产的机器人行业发展角度来看,工业机器人技术资源的开发要适当考虑促进国产工业机器人的应用,应适当向国内机器人品牌进行倾斜。3)开发虚拟化教学资源。工业机器人设备昂贵,对于学校来说,把各种品牌各种型号的工业机器人全部购买作为实训资源显然是不现实的,也是不必要的。近年来,虚拟现实技术(VR)和增强现实技术(AR)等新兴的信息化技术手段已经成熟,可利用这些技术有针对性地开发工业机器人虚拟实训设备。另外,工业机器人的初学者在操作机器人时,由于操作不熟练,往往容易产生危险,碰撞损坏设备甚至造成人身危险,利用虚拟实训资源则可方便地解决上述问题,学生在虚拟实训资源上操作熟练以后,再利用真实的工业机器人设备进行操作,实现平滑过渡。4)开展对高职院校教师的培训。工业机器人技术作为一个新兴专业,高职院校教师缺乏工业机器人的实践经验,因此要组织企业专业,有针对性地开始对高职院校教师的工业机器人技术培训,使相关教师补足工业机器人的实践经验短板。教师也应主动下企业挂职锻炼,真正在实践中学习,这样也为开发资源提供了思路,让教师理解开发资源应侧重的知识点。

4工业机器人技术相关网络教学资源应用对策

1)教学资源库建设服务于信息化教学。随着信息技术的飞速发展,课堂教学的形式发生了巨大的变化,计算机、手机、智慧屏幕、VR技术等新形态的教学设备极大丰富了信息化教学的形式。教学资源库作为一种网络在线资源,可与上述新颖的教学手段完美结合,弥补传统教学方式的不足,营造生动活泼的课堂教学氛围。在每年举行的信息化教学能力比赛赛场上,教学资源库出现的身影也越来越频繁,参赛教师利用已建成的教学资源库开发出了很多竞赛的信息化教学设计[3]。在本次新兴冠状病毒疫情期间,高校不能开学,网络教学资源库在这种特殊情形下发挥了巨大的作用。利用网络教学资源库,教师可以方便地开始远程教学,待到开学时,再平滑地过渡到现场授课,最大限度地减小了疫情对教学的影响。2)教学资源库建设服务于一带一路鲁班工坊建设。鲁班工坊是天津首创并率先主导推动实施的职业教育国际知名品牌,自2016年首个鲁班工坊在泰国成立以来,中国陆续在“一带一路”沿线国家展开合作,搭建中外职教合作的新舞台。2018年的9月3日,习近平总书记在中非合作论坛北京峰会上指出,中国计划在非洲设立10个鲁班工坊,为非洲青年提供职业技能培训。职业教育教学资源库可对鲁班工坊的培训工作提供有力支撑。3)教学资源库服务于企业职工培训。2019年10月16日,教育部等14家部门联合印发了《职业院校全面开展职业培训,促进就业创业行动计划》,该计划提出到2022年,使职业院校成为就业创业培训的重要阵地,职业院校年承担补贴性培训达到较大规模,开展各类职业培训年均达到5000万人次以上,重点培育一批校企深度合作共建的高水平实训基地,建设一大批培训资源库和典型培训项目,培养一大批能够同时承担学历教育和培训任务的教师。职业教育教学资源库可对职业院校开展的各类职业培训提供有力的支撑[4-5]。4)教学资源库服务于“1+X”证书培训。2019年4月,教育部、国家发展改革委、财政部、市场监管总局联合印发《关于在院校实施“学历证书+若干职业技能等级证书”制度试点方案》(简称《试点方案》),“1+X”证书制度试点工作正式启动。工业机器人的网络教学资源库,完全可以为“1+X”证书的培训工作提供帮助。利用已经建设的网络资源,拓宽学生的视野,助力“1+X”证书培训的开展[6]。

5结语

我国提出的《中国制造2025》计划是一项宏伟的规划,工业机器人技术在《中国制造2025》计划中可以说扮演着非常重要的角色。制造业的快速发展,需要以智能制造技术为依托。近年来,国家在大力推行职业技术教学资源库的建设、推广和应用,工业机器人技术的网络教学资源开发对《中国制造2025》计划有着积极的推动作用,对于培养更多掌握工业机器人集成、工业机器人维护和工业机器人编程等技术的技能人才有着重要的推动作用。如何建设好和应用好工业机器人技术相关的网络教学资源并进行推广,值得深入思考。

参考文献:

[1]刘梦竹,王永鹏,路大勇.中国制造2025战略背景下普通高校应用型人才培养质量提升策略研究[J].吉林化工学院学报,2019,36(10):18-21.

[2]岩淑霞,周占怀,杜书阳.“中国制造2025”背景下电气自动化技术复合型人才跨界培养的几点思考[J].河北农机,2019(11):90-91.

[3]缪桂根,蔡丽玲.职业教育专业教学资源库建设与应用对策研究[J].物流工程与管理,2019,41(10):191-192.

[4]王继革.职业教育教学资源库建设探究[J].现代职业教育,2019(20):222-223.

[5]许爱军,王亚妮.职业教育专业教学资源库的设计分析与建设策略[J].南方职业教育学刊,2019,9(4):70-76.

[6]郭黎丽.工业机器人专业的校企合作新思路[J].南方农机,2017,48(20):140.

作者:崔立鹏 于玲 陈良 单位:天津轻工职业技 术学院

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