楊飛

摘 要：目前各個行業(yè)都在用機器人大批量代替人工以降低人工成本，但是由于機器人需求量激增，導致沒有足夠工程技術人員支持整個機器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。職業(yè)教育抓住這一機遇大力發(fā)展機器人職業(yè)教育，但是有面對院校機器人資源緊缺的局面以及其他教學問題。而工業(yè)機器人模擬仿真技術在職業(yè)教育中的應用將很好地解決這一難題。

關鍵詞：工業(yè)機器人;模擬;仿真;職業(yè)教育

中圖分類號： G63 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2016）30-147-2

1 ?工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

目前國內(nèi)機器人企業(yè)接近400家，間接從事機器人的企業(yè)約4000家;國家高新區(qū)近40家規(guī)劃了機器人產(chǎn)業(yè)園區(qū);有36個城市將機器人產(chǎn)業(yè)列為重點發(fā)展對象;從事機器人相關的研究院所300余家。

工業(yè)機器人作為一種新型勞動力正改變著制造業(yè)的用工模式，以人為主的生產(chǎn)模式正逐漸向以機器人為主的模式轉(zhuǎn)變。工業(yè)機器人性價比越來越高、投資回報周期的縮短使得企業(yè)用機器人替代人類的愿望越來越強烈。

過去機器人主要用于汽車制造行業(yè)，現(xiàn)在已經(jīng)開始用在毛坯制造、機械加工、熱處理、表面涂覆、上下料、裝配檢測及自動化物流倉儲作業(yè)等過程中。機器人作為一種標準自動化設備得到廣泛應用。社會、企業(yè)對機器人生產(chǎn)線設計、集成、安裝、維護、使用、操作等作業(yè)人才的需求極為迫切。這對機器人教學方式和教學效果提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。

我國已經(jīng)成為工業(yè)機器人第一生產(chǎn)國和消費國并且依然在快速增長，但是工業(yè)機器人行業(yè)整體水平還很落后?，F(xiàn)階段我國工業(yè)機器人密度平均30臺/萬人，而歐美日等國家工業(yè)機器人密度達到150-350臺/萬人。

2 ?工業(yè)機器人工程技術人才培養(yǎng)現(xiàn)狀

工業(yè)機器人市場以每年30%的速度增長，很多企業(yè)迫切需要轉(zhuǎn)型升級，轉(zhuǎn)換生產(chǎn)方式也迫切需要大量專業(yè)的技術型人才來提供保障而且目前相應的人才儲備數(shù)量和質(zhì)量遠遠滿足不了社會需求。

工程教育與產(chǎn)業(yè)需求依然存在脫節(jié)現(xiàn)象而且產(chǎn)業(yè)需求的專業(yè)和課程設置反應不夠迅速，人才培養(yǎng)跟不上產(chǎn)業(yè)發(fā)展的節(jié)奏。企業(yè)需要大量人力財力進行再次培訓，但是存在人力流失率很高，以至于企業(yè)不愿培養(yǎng)的普遍現(xiàn)象。產(chǎn)教融合、校企合作機制不完善，企業(yè)往往缺乏參與的積極性、校企互動深度不夠。

師資隊伍實踐經(jīng)驗不足，經(jīng)驗豐富的工程人才從企業(yè)到高校的流動存在很多壁壘。

未來8年內(nèi)機器人相關行業(yè)崗位需求200萬人左右，工信部規(guī)劃，2020年中國機器人保有量達100萬臺，需要20萬專業(yè)人員，研發(fā)人員約15000人，行業(yè)工程師約20000人，因此人才缺口巨大。

3 ?工業(yè)機器人職業(yè)教育過程中存在的問題

機器人教學設備昂貴，學校無法大量購買，導致教學資源有限，而機器人教學設備數(shù)量有限，導致很多學生沒有真正的實踐機會，達不到教學的目的。機器人教學過程中存在誤操作容易損壞設備，因此老師會要求學生按照指定的步驟操作或者只在規(guī)定的范圍內(nèi)做一些簡單的練習，這樣大大降低了學生的積極性和學習效果。最后在工程中也存在機器人工作區(qū)域可達性、夾具設計可靠性等無法驗證機器人編程、調(diào)試周期長、程序優(yōu)化煩瑣等問題。

4 ?工業(yè)機器人模擬仿真技術應用背景

模擬仿真技術可以很好地解決以上問題！ 由機器人模擬仿真軟件和實際的控制器、示教器構成一個完整的模擬仿真系統(tǒng)。該統(tǒng)在沒有實際機器人本體的基礎上，通過設備間的實時通訊，操作示教器便可控制仿真軟件中虛擬機器人運動;同時使用者在示教器上編程，仿真軟件中虛擬機器人可再現(xiàn)程序的運行軌跡。這樣，借助于模擬系統(tǒng)，使用者既可以熟練掌握機器人操作，又可以掌握機器人編程。

5 ?工業(yè)機器人模擬仿真技術簡介

工業(yè)機器人模擬仿真技術是通過計算機運行軟件對實際的機器人系統(tǒng)進行仿真模擬。機器人模擬仿真主要是對機器人的動力學、運動學、軌跡規(guī)劃、控制算法分析研究及工作站設計、碰撞檢測、離線編程等。充分發(fā)揮工業(yè)級數(shù)字化仿真、先進虛擬制造技術軟硬件設備可以有效解決實訓設備短缺的瓶頸。

工業(yè)級的仿真已經(jīng)被世界上很多企業(yè)廣泛地應用到工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，對企業(yè)提高開發(fā)效率，加強數(shù)據(jù)采集、分析、處理能力，減少決策失誤，降低企業(yè)風險起到了重要的作用。學校在教學活動充分利用工業(yè)仿真、虛擬制造等技術可及時了解和學習先進制造技術相關技能，并解決學校開展教學活動高端實訓設備不足的問題。

6 ?國內(nèi)主要模擬仿真軟件介紹

機器人本體生產(chǎn)廠家的軟件主要有ABB的 RobotStudio、Fanuc的RoboGuide、KUKA的KUKASim等。通用類的模擬仿真軟件有RobotMaster、Robosim 、RobCAD 、Delmia等。

RobotStudio是ABB制作的一款面向ABB機器人變成的仿真模擬軟件，其軟件的優(yōu)點是虛擬示教器和真實示教器具有相同的功能，便于學習操作ABB機器人;RobotStudio軟件集成了建模、編程、仿真等功能，功能比較全面。但是RobotStudio最大的缺點是只支持ABB機器人，機器人間的兼容性差。機器人本體廠商的仿真軟件都有相似的特點。

RobotMaster是由加拿大軟件公司Jabez研發(fā)的主要用于焊接、打磨、拋光、去毛刺等應用的工業(yè)機器人模擬仿真軟件。軟件的特點是軌跡優(yōu)化功能，運動學規(guī)劃和碰撞檢測非常精確支持外部軸，如直線導軌系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)支持大多數(shù)品牌的機器人，但是它不支持多機器人同時模擬仿真。

Robosim簡介：Robosim主要用于教學培訓和工業(yè)應用。教學培訓主要針對機器人的操作、編程。工業(yè)應用主要針對搬運、碼垛、打磨、焊接等應用的模擬仿真。Robosim的優(yōu)點是支持機器人運動學建模、軌跡規(guī)劃，并且持基于python的二次開發(fā)，支持大多數(shù)品牌的機器人。Robosim的缺點是不支持建模功能。

7 ?工業(yè)機器人職業(yè)教育中的模擬仿真技術應用的意義

許多學校機器人教學中可能存在以下問題：機器人資源有限，卻沒有充足的資金購買大量的機器人，但是教學人又必須有大量的機器人滿足學生同時使用的需求;機器人教學過程中存在誤操作容易損壞設備，也存在安全隱患;同時學生在學習過程中機器人工作區(qū)域可達性、夾具設計可靠性等無法驗證，機器人編程、調(diào)試周期長、程序優(yōu)化煩瑣。

而機器人仿真技術恰好能有效地解決這些問題，因為模擬仿真技術可以彌補學校機器人教學資源不足的缺點，機器人初學者可以通過模擬仿真系統(tǒng)快速掌握機器人（操作、編程、調(diào)試），為項目的前期方案規(guī)劃提供技術支持，驗證機器人工作區(qū)域的可達性、工作夾具的可靠性、運用到工業(yè)中也可以縮短了機器人編程調(diào)試周期、縮短了項目周期，提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量。

8 ?工業(yè)機器人職業(yè)教育中的模擬仿真技術應用

大專院校組建機器人實驗室時可以只需要在教室廠房只放置1-2臺機械手，多臺電腦安裝機器人虛擬系統(tǒng)或模擬軟件。學生可以在電腦仿真軟件上對機器人進行編程并在仿真環(huán)境下調(diào)試運行。當學生調(diào)試完成，并在老師檢查無誤安全后可以聯(lián)網(wǎng)下載到機械手并運行。通過這樣的方式機能保證學生的人身安全、教學效果又能解決許多學校建立機器人實訓室的資金問題。這對于院校希望快速經(jīng)濟的建立機器人實訓是一個很好的方案。

參 考 文 獻

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[3] 駱敏舟，方健，趙江海.工業(yè)機器人的技術發(fā)展及其應用[J].機械制造與自動化，2015（01）.