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        工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站離線編程技術(shù)的教學(xué)與實(shí)施

        2021-09-13 19:08:19張曉芳秦婧李頲
        無(wú)線互聯(lián)科技 2021年10期
        關(guān)鍵詞:仿真教學(xué)

        張曉芳 秦婧 李頲

        摘 要:文章闡述了工業(yè)機(jī)器人設(shè)備投入經(jīng)費(fèi)大,資金短缺問題,提出了構(gòu)建工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站及實(shí)施離線仿真編程的總體方案。并從案例選取、仿真系統(tǒng)開發(fā)、教學(xué)內(nèi)容重組、仿真教學(xué)實(shí)施等幾個(gè)方面闡述了工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站離線編程教學(xué)的具體實(shí)施途徑。通過虛擬工作站離線編程的訓(xùn)練,降低教學(xué)成本,提高教學(xué)質(zhì)量,提升學(xué)生技能。

        關(guān)鍵詞:工作機(jī)器人虛擬工作站;RobtStudio;離線編程;仿真教學(xué)

        0? ? 引言

        “制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主體,是立國(guó)之本、興國(guó)之器、強(qiáng)國(guó)之基?!惫I(yè)機(jī)器人技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0的優(yōu)先發(fā)展目標(biāo)[1]。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是機(jī)械、電氣、軟件等多學(xué)科的融合,是智能制造的關(guān)鍵執(zhí)行環(huán)節(jié)。培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)人才是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略重要舉措。針對(duì)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域人才供不應(yīng)求情況,需大力推進(jìn)產(chǎn)教深度融合,提升工學(xué)結(jié)合育人水平,系統(tǒng)化地培養(yǎng)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的高端人才,應(yīng)多渠道多手段進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人技術(shù)崗位所需的知識(shí)和技能培養(yǎng)[2]。特別是信息技術(shù)廣泛應(yīng)用的時(shí)代,《國(guó)家職業(yè)教育改革方案》(職教20條)、《關(guān)于實(shí)施中國(guó)特色高水平高職學(xué)校和專業(yè)建設(shè)計(jì)劃的意見》(“雙高計(jì)劃”)都提出,“運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方式方法,推進(jìn)虛擬工廠等網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間建設(shè)和普遍應(yīng)用”。國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目提出要深化虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目的開發(fā)和建設(shè),將教學(xué)信息化作為高等教育系統(tǒng)性變革的內(nèi)生變量。深化信息技術(shù)與工業(yè)機(jī)器人技術(shù)教學(xué)深度融合,突出以學(xué)生為中心的教學(xué)理念,提升教學(xué)成效。

        1? ? 各校工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)實(shí)訓(xùn)條件現(xiàn)狀

        截止到2020年,江蘇省內(nèi)開設(shè)工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的高職院校共計(jì)40多所。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)建設(shè)投入巨大,用于教學(xué)的一臺(tái)多自由度工業(yè)機(jī)器人就需要十幾萬(wàn),且實(shí)訓(xùn)設(shè)備維護(hù)成本高[3],除常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院、無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院、南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院、南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院等省內(nèi)一流高職院校專業(yè)硬件基礎(chǔ)好,大多數(shù)院校存在設(shè)備數(shù)量難以滿足教學(xué)需求的問題。對(duì)于更高層次的工業(yè)機(jī)器人工作站集成系統(tǒng)一套動(dòng)輒上百萬(wàn),且只能滿足個(gè)別培優(yōu)教學(xué),無(wú)法滿足普適教學(xué)。為了解決工業(yè)機(jī)器人專業(yè)缺少相應(yīng)硬件條件支持的瓶頸問題,可采用模擬真實(shí)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景的虛擬工作站等技術(shù)手段來(lái)彌補(bǔ)。目前對(duì)于仿真教學(xué)案例,研究還不夠成熟,案例之間相互獨(dú)立,知識(shí)技能點(diǎn)分散,缺乏系統(tǒng)性;案例的選取達(dá)不到工程應(yīng)用要求的深度,使學(xué)生對(duì)知識(shí)技能點(diǎn)體會(huì)比較淺薄,不夠深刻,滿足不了實(shí)際企業(yè)對(duì)人才的要求。因此本課題在研究工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的基礎(chǔ)上,有序、系統(tǒng)地構(gòu)建典型工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站,通過仿真教學(xué)的研究來(lái)培養(yǎng)學(xué)生工業(yè)機(jī)器人編程及系統(tǒng)應(yīng)用能力[4]。

        2? ? 工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站離線編程的總體方案

        本文所涉及的工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站仿真編程是基于RobotStudio軟件開發(fā)的。RobotStudio是瑞士ABB公司配套的軟件,它同時(shí)兼?zhèn)浞抡婧途幊坦δ?。支持機(jī)器人的整個(gè)生命周期,使用圖形化編程、編輯和調(diào)試機(jī)器人系統(tǒng)來(lái)創(chuàng)建機(jī)器人的運(yùn)行,并模擬優(yōu)化現(xiàn)有的機(jī)器人程序[5]。在這個(gè)軟件中,機(jī)器人是以1:1 仿真建模,在此平臺(tái)進(jìn)行的程序開發(fā)可實(shí)現(xiàn)與實(shí)際平臺(tái)一致的效果。

        先通過調(diào)研,校企深度合作,選取典型的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景作為虛擬工作站案例;接著在Solidworks和RobtStudio中對(duì)工業(yè)機(jī)器人工作站進(jìn)行數(shù)字建模和離線編程設(shè)計(jì),解決技術(shù)難點(diǎn);然后重組教學(xué)內(nèi)容,把各知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)有效融入各個(gè)典型案例中;最后對(duì)工業(yè)機(jī)器人仿真教學(xué)的實(shí)施手段和形式進(jìn)行研究,建設(shè)仿真教學(xué)的立體式教學(xué)資源,構(gòu)建線上線下融合的教學(xué)方式。

        3? ? 工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站的離線編程教學(xué)具體實(shí)施途徑

        3.1? 產(chǎn)教融合找定位,甄選設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站教學(xué)案例

        深化產(chǎn)教融合、工學(xué)結(jié)合,真正實(shí)現(xiàn)工作機(jī)器人專業(yè)設(shè)置與產(chǎn)業(yè)需求對(duì)接、課程內(nèi)容與職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接、教學(xué)過程與生產(chǎn)過程對(duì)接[6]。因此我們將智能制造工廠的典型工作案例轉(zhuǎn)化為仿真案例,培養(yǎng)學(xué)生工業(yè)機(jī)器人離線編程、工作站系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。案例選取具有典型性,案例之間各有側(cè)重點(diǎn),各個(gè)案例構(gòu)成系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景。擬構(gòu)建工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用的切割、涂膠、焊接、搬運(yùn)、機(jī)床上下料等幾個(gè)虛擬工作站教學(xué)案例。通過對(duì)仿真案例的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人工作站結(jié)構(gòu)和空間驗(yàn)證、工業(yè)節(jié)拍驗(yàn)證和機(jī)器人技術(shù)研究,驗(yàn)證項(xiàng)目可實(shí)施性,反作用于生產(chǎn)實(shí)際。

        3.2? 校企合作攻難點(diǎn),開發(fā)工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站仿真系統(tǒng)

        虛擬工作站仿真系統(tǒng)開發(fā)主要包含數(shù)字建模和工業(yè)機(jī)器人離線編程兩部分,這也是工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站仿真教學(xué)的核心內(nèi)容。需要老師熟悉RobtStudio等軟件的數(shù)字建模和機(jī)器人編程技術(shù)。加強(qiáng)教師培訓(xùn)和企業(yè)實(shí)踐,鼓勵(lì)教師參與企業(yè)技術(shù)革新、技術(shù)服務(wù),鼓勵(lì)老師參加“1+X”證書試點(diǎn)及數(shù)字孿生新技術(shù)的培訓(xùn)和學(xué)習(xí),通過深度學(xué)習(xí),提高專業(yè)教師的職業(yè)能力[7]。通過校企合作、團(tuán)隊(duì)協(xié)作,攻破工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站仿真的技術(shù)難點(diǎn),共同完成教學(xué)內(nèi)容的開發(fā),工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站仿真系統(tǒng)的開發(fā)步驟如圖1所示。

        3.3 工學(xué)結(jié)合促改革,重組各虛擬工作站仿真教學(xué)內(nèi)容

        突破了虛擬工作站構(gòu)建與離線編程技術(shù)難點(diǎn)后,針對(duì)各個(gè)案例的側(cè)重點(diǎn)和典型性,對(duì)各知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)進(jìn)行有效梳理,把這些融入到各個(gè)案例中,各虛擬工作站涉及的教學(xué)內(nèi)容如表1所示。

        3.4? 學(xué)習(xí)通泛在學(xué)習(xí)為載體,研究工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站仿真教學(xué)實(shí)施

        為進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量,需加強(qiáng)學(xué)習(xí)通工業(yè)機(jī)器人資源建設(shè)和基于學(xué)習(xí)通泛在學(xué)習(xí)指導(dǎo)。教師將切割、涂膠、焊接、搬運(yùn)、機(jī)床上下料等幾個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站仿真系統(tǒng)的開發(fā)過程錄制成視頻和制作活頁(yè)操作手冊(cè),并整合各種線上和實(shí)體資源,在學(xué)習(xí)通上構(gòu)建以本班級(jí)為單位的在線學(xué)習(xí)課程。引導(dǎo)學(xué)生泛在自主學(xué)習(xí)。課前學(xué)生通過學(xué)習(xí)通在線資源的學(xué)習(xí),嘗試體驗(yàn)操作;課堂利用翻轉(zhuǎn)課堂形式,老師對(duì)學(xué)生虛擬工作站操作步驟中遇到的困難進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo),靈活應(yīng)用學(xué)習(xí)通的搶答、主題討論、測(cè)試、學(xué)習(xí)反饋等功能構(gòu)建信息化課堂教學(xué),實(shí)現(xiàn)個(gè)性化指導(dǎo);課后學(xué)生通過學(xué)習(xí)通完成老師布置的拓展任務(wù),教師通過學(xué)習(xí)通可對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià),學(xué)生也可對(duì)教學(xué)提出反饋和建議,便于老師進(jìn)一步優(yōu)化,形成完善有效的教學(xué)實(shí)施與評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

        4? ? 結(jié)語(yǔ)

        工業(yè)機(jī)器人仿真教學(xué)解決實(shí)訓(xùn)設(shè)備數(shù)量不能滿足實(shí)訓(xùn)教學(xué)需求的問題。學(xué)生可利用電腦隨時(shí)隨地進(jìn)行離線編程,通過反復(fù)練習(xí),在降低教學(xué)成本的同時(shí)提高本專業(yè)教學(xué)質(zhì)量。

        學(xué)生通過學(xué)習(xí)通智慧教室學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì),可大大提高課堂效率,充分利用課后時(shí)間,每個(gè)同學(xué)都有機(jī)會(huì)獲取資源并進(jìn)行有效學(xué)習(xí),進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和創(chuàng)新性,為后續(xù)崗位能力的提升打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        將工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站仿真系統(tǒng)教學(xué)資源放置學(xué)習(xí)通云平臺(tái),實(shí)現(xiàn)資源共享,為其他高職院校的教師提供了豐富的數(shù)字化教學(xué)資源和泛在學(xué)習(xí)的范式。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1]李偉.智能制造時(shí)代高等職業(yè)教育現(xiàn)代化探析[J].職業(yè)技術(shù)教育,2020(28):46-51.

        [2]蔣慶斌,陳小艷,周斌.工業(yè)機(jī)器人行業(yè)人才需求與高職院校專業(yè)設(shè)置分析研究[J].職業(yè)技術(shù)教育,2018(2):27-30.

        [3]譚智.高職工業(yè)機(jī)器人技術(shù)人才培養(yǎng)實(shí)訓(xùn)體系研究[J].教育現(xiàn)代化,2019(86):36-37.

        [4]蔣正炎,檀祝平.高職工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)課程教學(xué)資源開發(fā)路徑研究[J].中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育,2018(11):47-52.

        [5]劉甘霖,王慧.RobotStudio在工業(yè)機(jī)器人離線仿真中的應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊,2019(31):19.

        [6]蔣慶斌,陳小艷,周斌.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域1+X證書體系構(gòu)建研究[J].中國(guó)職業(yè)技術(shù)教育,2020(23):41-44,50.

        [7]陳益飛.基于1+X證書制度的高職工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)途徑探索與實(shí)踐[J].湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2020(5):1-5.

        (編輯 傅金睿)

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