劉海燕，蘇 宇*，蘇 磊

（1.廣西科技大學，廣西 柳州 545006；2.柳州職業(yè)技術(shù)學院，廣西 柳州 545006）

一、新職業(yè)與新職業(yè)教育

職業(yè)分類是反映經(jīng)濟結(jié)構(gòu)特別是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化以及人口、就業(yè)結(jié)構(gòu)變化的政策手段。[1-2]2019年4月，國家人社部、國家統(tǒng)計局、國家市場監(jiān)管總局三大部門聯(lián)合發(fā)布了13個新職業(yè)信息，其中，工業(yè)機器人系統(tǒng)操作員和工業(yè)機器人系統(tǒng)運維員作為工業(yè)機器人的兩個新職業(yè)受到越來越多人的關(guān)注。新職業(yè)的發(fā)布，相應(yīng)地會要求新的職業(yè)教育模式，從而加快改革發(fā)展，與之相對接。不同于傳統(tǒng)教育存在的封閉化、缺乏實踐經(jīng)驗以及對于時間嚴苛要求等問題，新職業(yè)教育具有持續(xù)化學習，智能化、碎片化、個性化等特點，注重培養(yǎng)能夠適應(yīng)社會需求的職業(yè)化人才，真正做到學以致用，用以治學。從工業(yè)機器人系統(tǒng)操作員與工業(yè)機器人系統(tǒng)運維員新職業(yè)定義標準中提煉兩種新職業(yè)的綜合要求（如圖1所示），可以看出工業(yè)機器人系統(tǒng)操作員強調(diào)的是前端的軟件應(yīng)用、操作與編程，而工業(yè)機器人系統(tǒng)運維員則強調(diào)后端的硬件開發(fā)、調(diào)試與維護。

圖1兩種新職業(yè)對比

二、工業(yè)機器人各層次人才需求現(xiàn)狀

對于開設(shè)工業(yè)機器人專業(yè)的高職以上院校來說，或多或少都存在工業(yè)機器人專業(yè)人才培養(yǎng)目標不清晰、各層次人才培養(yǎng)培育體系不完善、工業(yè)機器人開發(fā)與應(yīng)用企業(yè)的職業(yè)崗位定位不明確等諸多問題。[3-7]在工業(yè)機器人開發(fā)與應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈上，對工業(yè)機器人的人才層次和人才類型等現(xiàn)實問題都缺乏系統(tǒng)的研究。[8-13]目前活躍在工業(yè)機器人市場上的技術(shù)技能型人才主要來源于以下三種類型：第一種是自動化專業(yè)畢業(yè)生，可以從事工業(yè)機器人開發(fā)、伺服驅(qū)動技術(shù)和電氣裝配等相關(guān)職業(yè)；第二種是機電一體化相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生，可以從事工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)集成應(yīng)用等相關(guān)職業(yè)；第三種是原有的技術(shù)技能型人才，通過再培訓適應(yīng)工業(yè)機器人新崗位的職業(yè)需求。

在工業(yè)機器人專業(yè)人才需求上，需求量最大的還是基礎(chǔ)操作及維護人員，以及掌握工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)的調(diào)試工程師和更高層次的應(yīng)用工程師。專業(yè)型人才的巨大缺口成為阻礙工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最主要因素。而那些已經(jīng)完成自動化生產(chǎn)線升級改造的企業(yè)，面臨生產(chǎn)線系統(tǒng)的調(diào)試維護和工業(yè)機器人后期維護的成本等一系列問題。而目前相應(yīng)的人才儲備數(shù)量和質(zhì)量卻捉襟見肘。這就要求教育系統(tǒng)要與時俱進，制定切實可行的人才培養(yǎng)方案，建設(shè)工業(yè)機器人人才培養(yǎng)體系，提高與優(yōu)化教學實驗實訓環(huán)境的使用水平，培育大批的工業(yè)機器人專業(yè)技術(shù)技能型人才。

三、工業(yè)機器人離線編程教學優(yōu)勢

通過ABB開發(fā)的RobotStudio離線編程軟件，可以創(chuàng)建工業(yè)機器人典型行業(yè)應(yīng)用工作站，并利用RobotStudio離線編程中的Smart組件的動畫仿真功能，在工業(yè)機器人典型行業(yè)應(yīng)用綜合案例工作站中實現(xiàn)物料搬運、機床上下料、集成夾具動作、點焊、弧焊、周邊設(shè)備動作等多種動畫效果，使得工業(yè)機器人仿真工作站不僅可以與企業(yè)實際工作現(xiàn)場、工作任務(wù)、工作場景、工作時序等保持一致，還可以在工業(yè)機器人教學過程中，使學生能全面掌握典型行業(yè)企業(yè)應(yīng)用中的工業(yè)機器人安裝、布局、配置與程序調(diào)試等方法。[14-18]學生在使用ABB離線編程軟件RobotStudio的學習過程中，可以按照老師的項目式教學要求，對照行業(yè)企業(yè)典型應(yīng)用現(xiàn)場開展項目的實施。首先，一步步完成行業(yè)企業(yè)典型應(yīng)用現(xiàn)場的設(shè)備調(diào)研和布局；其次，在RobotStudio軟件中調(diào)用各個設(shè)備模型完成仿真工作站的創(chuàng)建；再其次，繼續(xù)在仿真工作站中創(chuàng)建虛擬I/O系統(tǒng)、Smart組件、工作站的邏輯連接、Rapid程序編譯、目標點示教；最后，實現(xiàn)仿真工作站的調(diào)試運行。通過上述工業(yè)機器人仿真工作站的項目實施，學生可以清晰地認識到創(chuàng)建工業(yè)機器人仿真工作站的整個流程，以及系統(tǒng)配置、機器人編程等要點，在實施過程中強化對所學知識點的理解運用，并且更具有操作性、便捷性和安全性。同時，在學習過程中學生還可以了解機械裝置的運動仿真功能和機器人運動仿真技術(shù)，在就業(yè)后開展的工業(yè)機器人產(chǎn)線布局項目中，利用離線編程技術(shù)可大大縮短項目實施周期，提高方案的可靠性和調(diào)試工作效率。

在工業(yè)機器人離線編程軟件RobotStudio中完全可以對標新職業(yè)“工業(yè)機器人系統(tǒng)操作員”的要求進行構(gòu)建，如表1所示。其中PLC可編程控制器作為外部控制設(shè)備，同樣可以在RobotStudio離線編程軟件的Smart組件中加以實現(xiàn)；對企業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備進行組態(tài)的軟件，同樣可以RobotStudio離線編程軟件中的IO邏輯鏈接加以實現(xiàn)。如果想實現(xiàn)工業(yè)機器人的遠程控制，則可以通過在Visual Studio軟件中添加ABB機器人動態(tài)鏈接庫，使用C#語言編寫上位機應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)對RobotStudio離線編程軟件中的ABB機器人的遠程控制。而對于單元功能調(diào)試和生產(chǎn)聯(lián)調(diào)，同樣在RobotStudio離線編程軟件中通過機器人目標點示教、程序編譯、路徑規(guī)劃、更換夾具、Smart組件功能、各工作單元的IO邏輯鏈接等操作，對建模布局后的工作站實現(xiàn)聯(lián)調(diào)。

表1新職業(yè)和RobotStudio離線編程的知識點對比矩陣表

四、新職業(yè)下重構(gòu)工業(yè)機器人虛擬仿真教學資源

對標新職業(yè)的職業(yè)教育模式，深化校企合作，對新職業(yè)下的工業(yè)機器人專業(yè)課程體系進行重構(gòu)，促進創(chuàng)新型技術(shù)技能型人才培養(yǎng)，著力推進工業(yè)機器人虛擬仿真課程資源的建設(shè)與實踐，并將相應(yīng)成熟的研究成果向區(qū)內(nèi)中高職學校進行推廣，成為當務(wù)之急。本研究將以操作為主的技能培養(yǎng)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐蚤_發(fā)重構(gòu)與典型工業(yè)現(xiàn)場一致的虛擬仿真教學環(huán)境及教學資源，來促進職業(yè)教育“雙師型”師資隊伍建設(shè)的目的。

（一）對標兩種新職業(yè)，提出新職業(yè)教育模式

新職業(yè)的興起，對職業(yè)教育提出了新的要求。對于工業(yè)機器人系統(tǒng)操作員和工業(yè)機器人系統(tǒng)運維員這兩種新職業(yè)來說，各職業(yè)院校在工業(yè)機器人等相關(guān)專業(yè)的設(shè)置、課程內(nèi)容、人才培養(yǎng)等方面，都不同程度地存在與制造業(yè)需求和技術(shù)發(fā)展脫節(jié)的現(xiàn)象。隨著我國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)不斷升級、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，緊跟行業(yè)企業(yè)的職業(yè)教育必須盡快適應(yīng)科技發(fā)展趨勢和市場的需求，對職業(yè)教育的現(xiàn)狀也將提升到更新、更綜合的領(lǐng)域，這對職業(yè)教育而言是個巨大的挑戰(zhàn)。恩格斯說：“社會一旦有技術(shù)上的需要，這種需要就會比十所大學更能把科學推向前進?！雹僭诖诵蝿菹拢瑢斯I(yè)機器人系統(tǒng)操作員和工業(yè)機器人系統(tǒng)運維員這兩種新職業(yè)，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺、行業(yè)企業(yè)、職業(yè)教育等多元主體共同參與的模式，共同構(gòu)建一個校企深度融合的新職業(yè)教育教學環(huán)境，已是大勢所趨。

（二）分析工業(yè)機器人專業(yè)的職業(yè)性能

進入工業(yè)機器人行業(yè)，每天要跟工業(yè)機器人及外圍設(shè)備打交道，實用性、操作性極強，如果不會動手操作，那么一切都是紙上談兵。工業(yè)機器人需要掌握以下知識面。

（1）機械類基礎(chǔ)技能：要求能看懂機械圖紙；會使用二維和三維軟件制圖，可以完成機械部件的設(shè)計工作；完成關(guān)鍵性部件的結(jié)構(gòu)分析工作；具備行業(yè)內(nèi)的專業(yè)知識等。

（2）機器人專業(yè)理論知識：掌握機器人運動中的數(shù)學計算，涉及空間描述、廣義坐標、運動學、動力學、軌跡生成、控制學等相應(yīng)的理論知識。

（3）機器人本體及編程：了解某些特定品牌的機器人本體結(jié)構(gòu)、故障處理、坐標系應(yīng)用、安全區(qū)域設(shè)定、運動指令、邏輯控制指令、機器人案例分析（搬運、碼垛、上下料、焊接、涂膠等）、IO應(yīng)用等知識。

（4）PLC電氣與編程：工業(yè)機器人本體是一個標準設(shè)備，需借助周邊設(shè)備和工業(yè)軟件的配合使用，按照現(xiàn)場實際靈活運用。一個典型的工業(yè)機器人工作站，需要工裝夾具、氣缸、氣閥、傳感器、電機、傳送帶、導軌、變位機、機床CNC等外部設(shè)備的配合才能完整運行。外圍設(shè)備的相互配合，就需要PLC進行控制協(xié)調(diào)，所以，學會通過工控PLC控制機器人的運行、停止以及程序的選擇等項目集成應(yīng)用，學會變頻器、伺服電機、變位機等工業(yè)設(shè)備的控制編程及應(yīng)用實踐知識等至關(guān)重要。

（三）深度融合的校企合作模式，提高協(xié)同育人水平

2019年初，國務(wù)院印發(fā)的《國家職業(yè)教育改革實施方案》（國發(fā)〔2019〕4號），對進一步強化校企合作，深化產(chǎn)教研融合，拓寬育人渠道，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量和社會服務(wù)能力等方面進行了新一輪部署。本研究通過共建課程資源、打造“雙師型”隊伍，使校企雙方充分發(fā)揮合作優(yōu)勢及校企雙主體育人的作用，引入先進辦學理念，通過資源整合，把產(chǎn)業(yè)項目轉(zhuǎn)化為教學案例，以具有行業(yè)代表性的典型應(yīng)用為原型，開發(fā)虛擬仿真教學環(huán)境和教學資源，以提高工業(yè)機器人專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量和水平。

解決工業(yè)機器人在生產(chǎn)制造業(yè)實際應(yīng)用的諸多問題，對工業(yè)機器人在理論和應(yīng)用上的研究有著非常重要的意義。本研究基于項目式教學的優(yōu)勢，利用現(xiàn)有的ABB多功能、多應(yīng)用實訓系統(tǒng)設(shè)備，創(chuàng)建目前工業(yè)機器人應(yīng)用中的三種至六種典型綜合案例。在應(yīng)用工業(yè)機器人集成應(yīng)用方案的前期設(shè)計、規(guī)劃和實施上，技術(shù)人員往往借助于工業(yè)機器人專業(yè)離線仿真軟件RobotStudio，對自動化生產(chǎn)線各個設(shè)備進行建模、布局及仿真研究。在項目方案實施過程中，通過仿真軟件RobotStudio實現(xiàn)對實際生產(chǎn)過程的動態(tài)模擬仿真，不斷調(diào)整從而達到更合理的配置規(guī)劃目的，同時合理評價自動化生產(chǎn)線的可行性，對降低開發(fā)成本、縮短自動化生產(chǎn)線研發(fā)周期具有非常重要的作用。

（四）機器人上下料典型案例

當前加工制造行業(yè)，常見的是將工業(yè)機器人與數(shù)控機床CNC組合起來，由工業(yè)機器人替換人工后，完成自動化上下料工作，協(xié)同作業(yè)組成一個小型的柔性智造單元（FMC）。在這樣的行業(yè)企業(yè)典型應(yīng)用現(xiàn)場，為提高生產(chǎn)節(jié)拍，改由一臺工業(yè)機器人給兩臺CNC數(shù)控機床進行自動化上下料，這就需要在RobotStudio軟件中根據(jù)實際工業(yè)現(xiàn)場搭建自動上下料仿真工作站系統(tǒng)，設(shè)計ABB機器人對CNC數(shù)控車床進行上下料的協(xié)同作業(yè)。在此工作站中需要依次完成各個設(shè)備虛擬IO信號的配置、工業(yè)機器人系統(tǒng)配置、目標點Robtarget示教、各個設(shè)備邏輯鏈接、Rapid程序編寫及調(diào)試，最終完成雙機床自動化上下料的上料-加工-下料-輸送全過程。在課程學習中，學生可以調(diào)研工業(yè)機器人與數(shù)控機床的自動化上下料應(yīng)用情況，再通過在RobotStudio軟件中雙機床自動上下料虛擬仿真工作站的學習，進一步熟悉工業(yè)機器人上下料應(yīng)用和設(shè)備選型布局技巧及上下料程序的編寫技巧。

（五）機器人點焊（含變位機）典型案例

隨著我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)市場競爭加劇和汽車生產(chǎn)線裝備水平的提高，企業(yè)對車門點焊的可靠性有了更高的要求。采用工業(yè)機器人進行車身點焊，可以大大提高汽車生產(chǎn)線的產(chǎn)能、提高車門強度、降低不良率和人工成本。目前，工業(yè)機器人點焊已經(jīng)成為轎車車門裝配的主要連接方法，且點焊質(zhì)量與焊接效率對轎車的質(zhì)量與成本有著重要影響。在機器人應(yīng)用中，變位機可改變加工工件的姿態(tài)，從而增大機器人的工作范圍，在焊接、切割等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。通過搭建機器人點焊工作站，學生不僅學會創(chuàng)建帶變位機的機器人系統(tǒng)，還能學會創(chuàng)建變位機運動軌跡并仿真運行。

在此工作站中，需要依次完成車門點焊工作站布局、點焊I/O配置、點焊系統(tǒng)的配置、點焊常用數(shù)據(jù)（點焊設(shè)備參數(shù)、工藝參數(shù)、點焊槍壓力參數(shù)）的設(shè)置、點焊常用指令（SpotL/SpotJ、SetForce、Calibrate）的使用、點焊程序的調(diào)試方法、點焊目標點的示教等，最終完成整個車門工作站的點焊工作過程。通過點焊工作站的學習，使學生熟悉工業(yè)機器人點焊基礎(chǔ)知識和應(yīng)用，學會工業(yè)機器人點焊程序的編寫技巧。

本研究為機器人專業(yè)的學生提供內(nèi)容豐富的教學資源，同樣也適合從事工業(yè)機器人應(yīng)用開發(fā)、調(diào)試、現(xiàn)場維護的工程技術(shù)人員學習和參考，特別是已經(jīng)掌握了ABB機器人基本操作、需要進一步掌握工業(yè)機器人工程應(yīng)用模擬仿真的人員參考。

五、結(jié)語

新技術(shù)、新經(jīng)濟、新業(yè)態(tài)，一定會催生新產(chǎn)業(yè)、新崗位，而新的產(chǎn)業(yè)和崗位一定需要新的職業(yè)教育和對新職教人才提出更高的要求。本文從新職業(yè)“工業(yè)機器人系統(tǒng)操作員”的職業(yè)定義和職業(yè)要求出發(fā)，提出了在工業(yè)機器人離線編程軟件RobotStudio中重構(gòu)典型工業(yè)現(xiàn)場（工業(yè)機器人上下料和工業(yè)機器人點焊）的教學資源思路。研究深度融合校企合作模式，引領(lǐng)開發(fā)工業(yè)機器人課程體系建設(shè)，不僅有助于培養(yǎng)新職業(yè)教育視角下技術(shù)技能型人才，培養(yǎng)動手實踐能力強，適應(yīng)生產(chǎn)、管理、售后等企業(yè)需求的人才；而且能提升學生的綜合素質(zhì)、專業(yè)素質(zhì)，為其從事專業(yè)技術(shù)工作奠定良好的技能基礎(chǔ)和素質(zhì)基礎(chǔ)。

注釋：

①在恩格斯著作《致瓦·博爾吉烏斯》中，恩格斯對德國大學生瓦·博爾吉烏斯提出的“技術(shù)在很大程度上依賴于科學狀況，那么科學卻在更大更多的程度上依賴于技術(shù)的狀況和需要”表示認可，并提出了“社會一旦有技術(shù)上的需要，這種需要就會比十所大學更能把科學推向前進”的論斷。