软硬结合的工业机器人实验室建设研究Word下载.docx
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该实验室建设方案从低成本高质量的人才培养角度出发,为我国职业院校的工业机器人实验室建设提供了一个实践性强的指导方案。
【关键词】工业机器人;
仿真软件;
实验室建设一、工业机器人国内外应用现状
工业机器人被称为“制造业皇冠上的明珠”,随着“中国制造2025”的提出,工业机器人愈来愈成为一个热门的行业。
在制造业的各生产环节中几乎都可见到工业机器人的身影,在汽车制造、食品加工、物流运输以及芯片制造等各领域工业机器人均已被广泛应用,这些应用不仅降低了生产成本,提供了生产效率,还保证了生产质量。
预计未来将会有越来越多的劳动密集型产业的生产活动将被工业机器人所取代。
典型的。
比如,生产奔驰汽车的德国工厂,就是一个由约5000台工业机器人组成的智能工厂。
数据显示,2017年我国工业机器人产量达到13.1万台(套),同比2016年增長了90%以上,预计2018-2020年,国内机器人销量将分别为16万、19.5万和23.8万台。
从密度上来说,我国制造业中的工业机器人密度仅为68台/万人,接近于全球74台/万人的平均水准,但是依然低于欧洲的99台/万人,远低于日本(303台/万人)和韩国(631台/万人)的水平。
可以认为,我国的工业机器人应用具有十分广阔的市场空间。
二、工业机器人实验室及课程体系建设发展概况
淮安信息职业技术学院通过成立工业机器人企业学院,为工业机器人专业办学搭建一个上、中、下游的链式产教融合的新载体。
该企业学院教学目标的制定参照了企业生产经营目标,采取了基于技术传承的现代学徒模式,开创了“校企互融”的校企合作新模式,开辟了校企合作办学的新途径。
龙岩学院研究并探讨出一整套应用型本科院校机器人实验室建设方案。
该方案根据学生个人能力的高低和教师选择教学内容的不同,提出包含基础教学阶段、高级教学阶段和设计研究阶段等三个层次的阶梯式实验室建设内容。
他们的实验室建设方案主要体现在实验内容的合理分层上,并没有指出在硬件或软件上如何来配制。
长春汽车工业高等专科学校在深化校企合作,探索工业机器人现代学徒制方面经过了一些探索与实践。
他们的成功经验主
要表现在以下两点:
首先,通过参加现代学徒制试点班,定向培养,学生的学习方向明确,大大提升了人才的培养质量;
其次,校企合作,共建共享实训基地,尤其是合作建设了集科研、培训、教学等功能于一体机器人技术中心,保证了技术的实时更新及领先性。
三、工业机器人专业面临的机遇与挑战
我国是制造业大国,近年来,人口红利逐步丧失,导致工业机器人产量飞速增长及大量应用的背后,是以珠三角、长三角等制造业密集地区为代表的机器换人潮。
在这些地区,招聘难成为了制约当经济发展的一个瓶颈,为了吸引人才,工人的工资一加再加,仍然缓解不了“用工荒”这一局面。
工人的不足及人力成本的增加,再加上当地政府的支持,激发了传统制造业机器换人的转型升级过程。
机器换人对于缓解“用工荒”确实起到了巨大作用,但同时,对工业机器人方面的人才需求却与日俱增。
深圳市机器人协会秘书长毕亚雷曾表示,目前国内工业机器人应用人才缺口将近10万,而根据工信部发展规划,到2020年,全国工业机器人装机量将达到100万台,工业机器人操作维护、系统安装调试、系统集成等应用人才需求量将达到20万左右。
人才培养有它自身的科学规律,是一个长期的过程,对于高新技术行业而言,因为其起点较高而且技术新颖,其人才的培养更是需要经历一个个阶段,花费大量时间与成本。
在当前国内工业机器人的产业格局中,高端制造市场占有率低,人才匮乏;
在低端应用市场中,机器人作为一种具有高科技含量的智能设备,在使用过程中涉及到设计、安装、调试、操作、后期维护等工作,这些都需要大量的工业机器人专业技术人员。
教育部职业技术教育中心研究所所长杨进经过调研发现,机器人产业至少在生产与应用岗位上,是以职业院校人才为主,“比如现场编程这个岗位,手工编程中职生就可以,离线编程高职生就够了,不需要本科生,而占了岗位人才总需求30%的机器人安装调试与维护,中职生和高职生各占一半,也不需要本科生。
”在工业机器人生产与应用岗位中,以学历区分的话,中职层次大概占31%,高职占39%,应用本科只占30%的比例,这表明高职院校在培养工业机器人的人才方面占据了举足轻重的地位。
巨大的人才需求缺口,使我国工业机器人职业技术教育面临着重大的历史机遇,同时,在培养高质量的工业机器人专业人才当中,又面临如下一些挑战:
(一)昂贵的实验设备费
“由于工业机器人理论课比较枯燥、抽象,所以学生对复杂技术原理的理解相当缓慢、费力。
加之机器人设备昂贵,且存在安全风险,所以,实训教学成本高、风险大,学生实操机会非常有限。
”安徽某高校电气系李姓教师说道。
该老师坦言,目前的教学根本无法满足所有学生人手一机的实操需求。
况且工业机器人结构复杂,电气连接复杂,应用场景多元化,无法实现多场景应用教学,更没有机会让学生进行拆解实训。
因而,学生很难深入了解机器人结构原理等。
工业机器人从出现之初,其价格就一直比较高,在职业技术学院开展工业机器人实验室建设,同样需要花费高昂的建设费用,其主要表现在以下3点:
(1)购买成本
不同种类的工业机器人成套设备或部件,少则几万,多则几十万。
比如,四轴上下料机器人购买价约6万/台,而主要用于装配及加工生产线中的物料输送设备倍速链,每套价格多达几十万。
工业机器人设备种类繁多,仅购买某种类型的设备一台就需要几万乃几十万的价格,如果要购买多台设备,其价格动辄就需要几百万的投资。
可以说,如此高昂的实验室建设成本,对学校是一笔较大的负担,肯定会对工业机器人实验室的建设造成负面影响。
(2)安装部署成本
工业机器人不是说买来就能用的,其安装部署是一件专业性非常强的工作,工业机器人再怎么先进,它也只是整个生产链条中的一个环节,需要与其它的自动化产品一起才能组成整个生产系统。
部署完成后,还需专业人员对机器人进行示教编程、不断调试,最后才能得到一套相对固定的作业行为,如果后期需要对生产线进行调整或更换产品,这个过程还得再进行一次。
对于学校的实验室建设而言,尽管工业机器人不是用來进行真实生产的,但对它的安装部署同样需要花费不少时间。
(3)维护修理成本
就像日常生活中的电梯一样,工业机器人系统安装部署完成之后,需要对其进行保养及维护,当设备出现故障时,往往不是学校的老师能够解决的,需要专门的技术人才维修才行,而这些维修费用都是要花比较多钱的,而且系统一旦出现故障,对教学秩序的影响非常大,轻则停课几天,严重的话,停课十天半月都有可能,这无疑对教学产生重大影响。
(二)实训教学过程中的安全隐患
在使用工业机器人实训设备的过程中,其安全隐患主要表现在两方面。
一是产品质量问题,二是操作不当引起的人身及设备安全事故。
2018 年3月15日,赛迪机器人检测认证中心通过检测认证和技术研究,发布《机器人产
品质量6大痛点》,引起了整个行业对质量和安全问题的关注。
机器人产品质量问题主要表现在以下方面:
机器人电气关键零部件未经认证或不符合标准要求;
功能安全现状堪忧,平均危险失效率高出标准要求3-5倍;
机器人操作系统及应用软件未经严格测试,存在漏洞及质量问题,威胁到机器人系统及其应用系统的安全。
工业机器人产品质量问题直接关系到人身安全及设备安全。
工业机器人除了其智能性,最大的特点还在于其能模仿人类的行为动作,无论是进行焊接,装配,切割还是码垛,人类在置身于机器人的操作环境中时,很容易因操作不当或不注意而引发安全事故。
可以说,安全问题使得在学校在开展机器人实训教学中面临着较高的风险,会打消学校及广大师生开展实训教学的积极性。
(三)人才培养与企业要求脱节
目前,工业机器人技术课程在职业院校中往往设置为理论课程,授课过程以理论教授为主,按章节顺序授课。
由于这门课程牵涉到非常多的数学运算,这对于职业院校的学生来说难度非常大。
而且就算学会了这些理论知识,真正去操作控制机器人又要学习相关的操作规程和参数设置,这样既浪费了时间,同时授课效率又较低,而且严重脱离实际。
即使是在职业技术学院普遍存在的校企合作这种办学模式下,绝大多数也只是停留在“顶岗实习”或“订单式”层
面,没能实现深度合作,从而导致人才培养与企业要求脱节。
在工业机器人的人才培养上,是否存在一个相对科学、权威的培养标准,是许多工业机器人生产和应用企业关心的问题。
2017 年1月,教育部、人力资源社会保障部、工业和信息化部联合印发《制造业人才发展规划指南》,明确“行业企业参与人才培养的权利、责任和义务,推动制造业行业企业深度参与相关专业教学标准和人才培养方案制定、课程教材等教学资源开发、教学实施等。
支持行业组织和行业龙头企业牵头制定院校人才培养评价标准、开展质量认证工作”。
这无疑给工业机器人的培养提供了一个清晰的指导方案。
四、软硬结合的工业机器人实验室建设
软件与硬件是广泛适用于计算机科学与技术的专业术语,硬件一般指肉眼可见的实体物理设备,而软件则表示程序和数据。
硬件和软件相互独立又彼此依存,硬件是软件得以运行的物质基础,而离开了软件的硬件则基本无法使用。
本文提出了“软硬结合”的工业机器人实验室建设方案,该方案中,软指的是工业机器人仿真软件与适用于工业机器人实验室建设的实验内容;
硬指的是真实的工业机器人物理设备及与之对应的符合产业工人实战环境的实习场所。
软硬结合指的是在建设工业机器人实验室过程中,必须同时发挥出二者的优势,做到“软硬兼
施”,具体而言就是:
仿真软件必须能模拟物理设备的真实场景,内容设置必须符合产业工人的实战操作。
为达到上述要求,在实验教学内容的设置上,参照全国工业和信息化部人才培养工程课程体系“工业机器人应用工程师”的标准,学校与企业共同制订授课内容,课程以达到企业的人才培养要求为出发点,共建“教学、实训、生产”的一体化实训实习基地。
学生边生产边学习、师生与技术工人交流,从而形成了“根植企业、校企一体,产学研相结合”的校企合作方式。
下面以广东工贸职业技术学院机器人创新训练基地为例,阐述软硬结合的工业机器人实验室建设方案。
(一)教学仿真软件的使用
仿真技术可为实际操作人员提供直观、简洁的可视化界面,方便操作者进行操作。
另一方面,仿真研究可以提高工程技术人员进行实验的安全性和经济性。
目前各行业基本都有相应的仿真软件,机器人领域的主要有ABB公司的Robotstudio和KUKA公司Webots,这些仿真软件帮助相关研究人员和从业人员极大地提高了工作效率和工作质量,同时也帮助企业改善了产品品质,提高了产品的可靠性和降低了企业的生产成本。
因此,机器人仿真技术是有实际意义的,这将为机器人的研究和发展提供极大地帮助。
为降低机器人解决方案的所有
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