摘? 要? 校企共同開發(fā)的港口集裝箱擺渡系統(tǒng)裝置和改造的工業(yè)機器人料倉裝置與生產(chǎn)實際接軌，解決了實訓(xùn)場景單一、人機比低、維修成本高等問題，既提升了教師團隊的教研教改能力，又為日常實訓(xùn)教學(xué)、社會培訓(xùn)、比賽訓(xùn)練提供了綜合性訓(xùn)練設(shè)備，可以滿足學(xué)生、企業(yè)員工和社會學(xué)習(xí)者多重學(xué)習(xí)需求，助力專業(yè)技術(shù)人員技能水平提升。

關(guān)鍵詞? 產(chǎn)教融合；校企合作；實驗實訓(xùn)裝置；港口擺渡

系統(tǒng)智能化裝置；工業(yè)機器人；料倉輸送

中圖分類號：G712? ? 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）07-0029-03

1? 研發(fā)背景及意義

1.1? 國內(nèi)外背景及現(xiàn)狀

2017年，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于深化產(chǎn)教融合的若干意見》，明確指出要“深化‘引企入教改革，鼓勵引企駐校、引校進企、校企一體，校企共建共享，開展生產(chǎn)性實習(xí)實訓(xùn)”。2019年，國務(wù)院印發(fā)《國家職業(yè)教育改革實施方案》，明確要求“教師高水平地完成實踐教學(xué)、社會培訓(xùn)、企業(yè)培訓(xùn)和社會技術(shù)服務(wù)……積極借鑒德國、日本、瑞士等國家的經(jīng)驗，探索創(chuàng)新實訓(xùn)基地運營模式”。這一改革實施方案從國家層面凸顯了校企合作，進行企業(yè)真實任務(wù)生產(chǎn)，開展校內(nèi)外生產(chǎn)性實訓(xùn)的重要意義。

德國雙元制模式的主要特點是專業(yè)理論與技術(shù)技能培訓(xùn)相結(jié)合，學(xué)生每周兩天在學(xué)校教師指導(dǎo)下完成專業(yè)理論學(xué)習(xí)，三天在企業(yè)能工巧匠的帶領(lǐng)下完成真實完整的學(xué)習(xí)任務(wù)。如何依據(jù)我國國情，借鑒德國職教雙元制教育模式，建立校內(nèi)外生產(chǎn)性實習(xí)實訓(xùn)基地，讓學(xué)生免于奔波就可以學(xué)到科學(xué)合理、先進實用的技能技術(shù)及工作標(biāo)準(zhǔn)，提升技能型人才的培養(yǎng)質(zhì)量？

當(dāng)前，企業(yè)參與校企共建的熱情不高，已建立的生產(chǎn)性實習(xí)實訓(xùn)基地存在資金不足、功能單一、技術(shù)難題無法解決等問題，在日常教學(xué)中部分裝置不好用、不能用、不敢用。如何調(diào)動企業(yè)參與的積極性，建立與企業(yè)實際環(huán)境一致的生產(chǎn)場景，將這些實訓(xùn)裝置進行改造、再造，成為亟待解決的難題。為此，青島市技師學(xué)院在進行大量行業(yè)企業(yè)調(diào)研和參觀學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，積極與青島地區(qū)制造產(chǎn)業(yè)對接，與三家企業(yè)洽談并簽訂合作協(xié)議，優(yōu)化教學(xué)環(huán)境、合作研發(fā)實驗實訓(xùn)裝置，開展產(chǎn)教融合、校企合作探索與實踐。截至目前已開展三年，先后研制出兩款新的實驗實訓(xùn)裝置，取得國家發(fā)明專利；改造一款教學(xué)裝置，取得實用新型專利。這些實驗實訓(xùn)裝置可以為機電專業(yè)、工業(yè)機器人應(yīng)用與維護專業(yè)近千名學(xué)生以及400名企業(yè)技術(shù)人員和200名社會學(xué)習(xí)者提供全方位安裝、運維訓(xùn)練，滿足崗位需求。

1.2? 研究意義

通過校企共同研發(fā)、改造實驗實訓(xùn)裝置，把新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合，實現(xiàn)虛擬世界和物理世界的無縫連接，有計劃地對原有教具進行數(shù)字化、信息化、智能化再造，解決了實訓(xùn)設(shè)備昂貴、實訓(xùn)場景單一、人機比低、實訓(xùn)存在安全隱患、維護維修成本高、缺乏趣味性等問題，為日常實訓(xùn)教學(xué)、假期培訓(xùn)、比賽訓(xùn)練和生產(chǎn)性實訓(xùn)基地運行提供物質(zhì)基礎(chǔ)，同時打造出一支高水平專兼相結(jié)合的教師隊伍，進一步推進智能制造業(yè)發(fā)展，提高學(xué)院辦學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量。接下來分別介紹港口擺渡系統(tǒng)智能化裝置和工業(yè)機器人料倉輸送組合教學(xué)模塊的研發(fā)過程及應(yīng)用情況。

2? 港口擺渡系統(tǒng)智能化裝置研發(fā)與應(yīng)用

2.1? 研發(fā)背景及研發(fā)過程

港口碼頭集裝箱裝運[1]正在實現(xiàn)無人操作、智能化自動裝運，只要擺渡設(shè)備安裝調(diào)試達到技術(shù)要求，操作人員就只需在電腦前進行遠程控制即可完成整個裝運工作。智能制造學(xué)院師生依據(jù)機電設(shè)備安裝與維修專業(yè)實際，結(jié)合青島地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和青島港用工需求，確定機電設(shè)備安裝與維修服務(wù)港口產(chǎn)業(yè)這一專業(yè)發(fā)展規(guī)劃。因此，對于機電設(shè)備安裝與維護專業(yè)的學(xué)生來說，教學(xué)中急需能夠高度模擬港口碼頭集裝箱裝運系統(tǒng)的實驗實訓(xùn)裝置，實現(xiàn)所學(xué)專業(yè)與港口產(chǎn)業(yè)對接，能夠安全熟練準(zhǔn)確地進行港口裝運設(shè)備安裝、運維、保養(yǎng)等特種操作。

專業(yè)核心課程“工廠電氣控制技術(shù)”和“機床電氣控制線路”分別涉及不同類型橋式起重機這一港口集裝箱設(shè)備的內(nèi)容，總學(xué)時高達120學(xué)時，包含橋式起重機基本知識講解、控制線路操作和設(shè)備故障檢修。但在實踐中，學(xué)校缺乏設(shè)備，企業(yè)的設(shè)備占地面積又很大，學(xué)生只學(xué)到理論，到港口見到集裝箱擺渡系統(tǒng)才發(fā)現(xiàn)自己對于智能化理解不深，操作和檢修更是無從談起，在學(xué)校學(xué)習(xí)和港口見習(xí)實習(xí)工作中遇到相關(guān)問題無法解決。同時，企業(yè)也需要相關(guān)實驗實訓(xùn)裝置對技術(shù)人員進行培訓(xùn)提升。

為此，校企簽訂合作協(xié)議，企業(yè)技術(shù)人員與教師一起研制適合學(xué)校教學(xué)及企業(yè)培訓(xùn)的港口擺渡自動化、智能化系統(tǒng)，在學(xué)生就業(yè)、職工培訓(xùn)方面進行深度合作。在研發(fā)過程中，教師多次實地考察該裝置的運行過程，大學(xué)生技師班的優(yōu)秀代表也參與其中，團隊按照集裝箱擺渡系統(tǒng)的實際工作流程確定三種設(shè)計方案，討論優(yōu)化形成最終方案后開始選材組裝，編寫梯形圖進行電腦仿真無誤后輸入程序。最后完成調(diào)試工作后，校企人員進行兩次會商，補充完善手動單步操作，便于不同層次人員安裝調(diào)試，使研發(fā)出的裝置更科學(xué)實用。

2.2? 創(chuàng)新之處

傳統(tǒng)的港口集裝箱裝運使用凸輪控制器操作桁車，操作不到位易出現(xiàn)配合不協(xié)調(diào)的安全事故。教師與企業(yè)人員采用安全可靠的PLC來控制擺渡送貨系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)繼電控制設(shè)備安全性差的缺點，可手動單步操作，可以在手動、自動循環(huán)之間進行切換。以手動單步操作為例，分五個操作步驟完成：

第一步，下放吊鉤抓取集裝箱；

第二步，橫梁和縱向滑板啟動運行，感應(yīng)開關(guān)檢測到位置PLC發(fā)出指令，橫梁和縱向滑板停止移動；

第三步，吊鉤下放，集裝箱下放到AGV小車位置后釋放；

第四步，吊鉤上升；

第五步，橫梁和縱向滑板移動回到初始位置。

分步驟操作便于進行設(shè)備調(diào)試和發(fā)現(xiàn)問題后及時查找故障，學(xué)生或操作技術(shù)工人通過反復(fù)拆裝調(diào)試可迅速了解結(jié)構(gòu)組成。如采取隨機設(shè)置故障點，學(xué)生和社會學(xué)習(xí)者查找故障的練習(xí)方式，經(jīng)過不斷練習(xí)，學(xué)生和社會學(xué)習(xí)者設(shè)備檢修能力提升明顯。

2.3? 運行實踐

該實訓(xùn)裝置能夠體現(xiàn)機電一體化、電氣自動化等專業(yè)的專業(yè)核心課程“電動機繼電控制線路安裝與檢修”“常用機床線路安裝與檢修”“可編程控制器”的重要教學(xué)內(nèi)容。該實驗實訓(xùn)裝置在教學(xué)及培訓(xùn)中自動和手動控制比較完善，能夠?qū)崿F(xiàn)三維控制，配合位置控制、時間控制等控制方式20多種，現(xiàn)場演示呈現(xiàn)形式40多種。例如：在“電動機繼電控制線路安裝與檢修”教學(xué)中，該裝置可以演示點動、連續(xù)正轉(zhuǎn)控制、行程控制、時間控制等常見的控制方式；在“常用機床線路安裝與檢修”教學(xué)中，該裝置可以進行橋式起重機控制線路的安裝與檢修作業(yè)；在“可編程控制器”教學(xué)中，該裝置可以利用多種編程方式進行程序設(shè)計、安裝、調(diào)試等操作。該裝置還具有綜合性強的特點，在實踐中用作大賽班的訓(xùn)練設(shè)備，既可以練習(xí)安裝工藝與檢修流程，又可以突出創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此被廣泛應(yīng)用于學(xué)校技能大賽、青島港工人技能培訓(xùn)和青島市社會培訓(xùn)中。

三年六個學(xué)期的教學(xué)實踐證明，該實驗實訓(xùn)裝置既滿足了日常兩門專業(yè)核心課程的教學(xué)需要，也為企業(yè)技術(shù)人員技能提升培訓(xùn)提供了重要的學(xué)習(xí)載體，還作為大學(xué)生技師班學(xué)生研究的課題進行設(shè)備升級改造，更是成為市技能大賽和青島港工人技能大比武排故項目的考試內(nèi)容。5 000元成本制作的實驗實訓(xùn)裝置產(chǎn)生的經(jīng)濟效益達到20萬，培養(yǎng)的學(xué)生和技術(shù)工人超過3 000人。

在機電設(shè)備安裝與調(diào)試、機電一體化等專業(yè)，該設(shè)備現(xiàn)場呈現(xiàn)了大部分控制方式，特別是與港口集裝箱裝運系統(tǒng)高度融合。因此，該教學(xué)裝置既可以為教師日常教學(xué)、學(xué)生實訓(xùn)提供保證，也能夠為相關(guān)企業(yè)員工培訓(xùn)提供服務(wù)，對特種行業(yè)如橋式起重機操作員、維修員培訓(xùn)具有較大幫助，存在很高的推廣價值。

3? 工業(yè)機器人料倉輸送組合教學(xué)模塊的開

發(fā)與應(yīng)用

3.1? 研發(fā)背景及研發(fā)過程

本教學(xué)模塊涉及一種工業(yè)機器人料倉輸送組合，用于教學(xué)、實訓(xùn)領(lǐng)域，使用時可以采用多種組合方式，滿足多功能需求。目前，工業(yè)機器人實訓(xùn)臺被廣泛應(yīng)用在教學(xué)、實訓(xùn)領(lǐng)域，為了方便教學(xué)，教師通常會把實訓(xùn)臺拼在一起教學(xué)，增加教學(xué)模式。但現(xiàn)有的方形實訓(xùn)臺拼在一起后占地面積大，不利于教師統(tǒng)一指導(dǎo)教學(xué)，并且組合方式單一，無法滿足多功能需求。

為了更好地進行料倉輸送教學(xué)，把工業(yè)機器人和料倉輸送組合成教學(xué)模塊進行教學(xué)。料倉輸送教學(xué)模塊中料倉灌裝時，儲存罐的進口與料倉斗的出口經(jīng)常發(fā)生錯位，使得不便于灌裝。在研發(fā)過程中，企業(yè)人員提出驅(qū)動電機的輸出端[2]轉(zhuǎn)動可以通過傳送皮帶實現(xiàn)帶傳動進行物料輸送，通過排料管和電磁控制閥的設(shè)置控制料倉斗內(nèi)部的物料下落，通過增加第一電動伸縮桿伸縮可以帶動兩個主動三角塊移動，直接實現(xiàn)兩個擋板之間的間距調(diào)節(jié)，擋住存儲罐，使存儲罐的管口與排料管的下料口對齊，通過工業(yè)機器人和夾具的設(shè)置可以將存儲罐夾住，有效解決現(xiàn)有技術(shù)中儲存罐的進口與料倉斗的出口經(jīng)常發(fā)生錯位的問題。

3.2? 創(chuàng)新之處及運行實踐

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本料倉輸送組合教學(xué)模塊通過增加第一電動伸縮桿伸縮，可以帶動兩個主動三角塊移動，主動調(diào)節(jié)兩個擋板之間的間距，擋住存儲罐，使得存儲罐的進口與排料管的出口對齊，通過工業(yè)機器人和夾具的設(shè)置可以將存儲罐夾住。同時，通過增加第二電動伸縮桿伸縮，可以調(diào)節(jié)底板的高度；通過調(diào)節(jié)底板的高度，從而便于裝置的教學(xué)；通過T型限位塊在T型限位槽內(nèi)滑動，可以使底板移動更平穩(wěn)；通過設(shè)置萬向輪，可以使裝置便于移動。

3.3? 運行實踐

隨著工業(yè)4.0時代的到來，社會急需工業(yè)機器人運行與維護方面的專業(yè)人才。通過該實訓(xùn)裝置的改進，可以更好地進行料倉輸送教學(xué)，解決了工業(yè)機器人料倉輸送組合教學(xué)模塊教學(xué)中儲存罐的進口與料倉斗的出口經(jīng)常發(fā)生錯位，不便于灌裝的難題。在運行實踐中，通過第二電動伸縮桿伸縮，可以帶動底板升降；通過T型限位塊在T型限位槽內(nèi)滑動，可以使底板移動更平穩(wěn)。兩個第一電動伸縮桿伸長帶動安裝條移動，安裝條移動帶動兩個主動三角塊移動，主動三角塊移動推動從動三角塊移動，從動三角塊移動帶動移動套移動，移動套移動壓縮彈簧，移動套移動帶動擋板移動，通過兩個擋板相靠近移動，可以控制兩個擋板之間的距離，啟動驅(qū)動電機，驅(qū)動電機的輸出端轉(zhuǎn)動帶動其中一個鏈輪轉(zhuǎn)動，這一鏈輪轉(zhuǎn)動帶動鏈條轉(zhuǎn)動，鏈條轉(zhuǎn)動帶動多個鏈輪同時轉(zhuǎn)動，鏈輪轉(zhuǎn)動帶動傳動輥轉(zhuǎn)動，傳動輥轉(zhuǎn)動帶動傳送皮帶轉(zhuǎn)動，將存儲罐放置在傳送皮帶上，傳送皮帶轉(zhuǎn)動帶動存儲罐移動，通過兩個擋板可以將存儲罐擋住，打開排料管的上電磁控制閥，使得料倉斗內(nèi)的物料落至存儲罐內(nèi)，當(dāng)檢料傳感器檢測到存儲罐中的物料裝滿時，關(guān)閉電磁控制閥，兩個第一電動伸縮桿收縮復(fù)原至原來的位置，兩個擋板分別通過兩個彈簧的彈力復(fù)原至原來的位置，啟動工業(yè)機器人，工業(yè)機器人調(diào)節(jié)夾具的位置，將存儲罐夾住輸送。

整個運行過程實現(xiàn)上下內(nèi)外頂端底部的三維運動，可以拆卸連接，也可以固定連接或一體連接，同時涉及電連接、機械連接，也有媒介間接相連，既解決了錯位問題，又練習(xí)了機電設(shè)備安裝、維修的技能，對于機電設(shè)備安裝與檢修及工業(yè)機器人專業(yè)學(xué)生的安裝調(diào)試方向培養(yǎng)和訓(xùn)練有很大幫助。

4? 結(jié)束語

“生產(chǎn)進校園”給教師帶來的不僅是教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，教師可以借助校企合作平臺，主動向企業(yè)師傅學(xué)習(xí)，俯下身子搞教改、做項目，進行專業(yè)知識和技能的鉆研，制作的教學(xué)裝置既滿足了日常教學(xué)，也為學(xué)生提升技能水平進行綜合實訓(xùn)提供了保障。同時，這些教學(xué)裝置與企業(yè)實際生產(chǎn)接軌，也有利于對企業(yè)職工進行技能培訓(xùn)。

教學(xué)裝置解教學(xué)實訓(xùn)之急，破學(xué)生學(xué)習(xí)之憂，創(chuàng)新性地將一部分技能水平高、動手能力強、善于分析問題的學(xué)生吸收入團隊中，他們在企業(yè)師傅和教師指導(dǎo)下總結(jié)方法、制作產(chǎn)品，積極參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽，教賽結(jié)合，教學(xué)相長。

制作使用的兩項教學(xué)實訓(xùn)裝置于2018年12月在廣州參加全國技工院校實訓(xùn)裝置教學(xué)比賽，獲得二等獎，很多院校和企業(yè)積極要求開展合作。下一步，將進一步進行設(shè)備功能升級改造，提升更多專業(yè)技術(shù)人員的技能水平，為實現(xiàn)“中國制造2025”目標(biāo)作出自己的貢獻。

參考文獻

[1] 李玉杰.橋式起重機小車零部件的合理性布置設(shè)計[J].山東冶金，2017（6）：76-77，79.

[2] 常發(fā)亮，劉增曉，辛征，等.自動化立體倉庫揀選作業(yè)路徑優(yōu)化問題研究[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2007（2）：139-143．

作者：安麗紅，青島市技師學(xué)院，研究方向為常用機電控制設(shè)備的維修實踐與教學(xué)（266229）。