工業(yè)機器人與數(shù)控專業(yè)教育融合淺析

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[摘要]在我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)依然保持穩(wěn)定發(fā)展并逐步朝智能化方向邁進的背景下，職業(yè)教育人才培養(yǎng)體系也隨之進行了一系列的變革。在數(shù)控專業(yè)教育開展的各個環(huán)節(jié)融入工業(yè)機器人等新型技術(shù)成為其教學改革的重點所在。本文在明確工業(yè)機器人技術(shù)與數(shù)控專業(yè)教育融合必要性的基礎之上，分析了實際融合中存在的一些問題，并從理論知識教學和實訓融合兩個角度對融合路徑進行了分析，以期能為培養(yǎng)新型“1+X”技能型人才起到一定的促進作用。

[關(guān)鍵詞]工業(yè)機器人技術(shù);數(shù)控技術(shù);教學改革;融合路徑

引言

應用型人才培養(yǎng)已經(jīng)成為職業(yè)院校教學目標體系的重要組成部分，對職業(yè)院校教學模式的重構(gòu)提出了更高的要求。在數(shù)控專業(yè)教育活動開展過程中，必須要明晰數(shù)控技術(shù)應用的智能化發(fā)展趨勢，以實現(xiàn)與工業(yè)機器人技術(shù)的有機融合，在完善學生知識結(jié)構(gòu)的基礎上，滿足應用型人才培養(yǎng)的現(xiàn)實要求，為社會發(fā)展培養(yǎng)出更多綜合型高素質(zhì)人才。

一、工業(yè)機器人技術(shù)與數(shù)控專業(yè)教育融合的必要性

工業(yè)機器人的廣泛應用已經(jīng)成為我國制造業(yè)企業(yè)運行模式變革的重要特征，智能制造不僅是實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益的基本路徑，還是實現(xiàn)我國工業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型的基本支撐。人才培養(yǎng)是實現(xiàn)智能制造不斷發(fā)展的重要因素，在數(shù)控專業(yè)教育體系之中，強化工業(yè)機器人技術(shù)融合是實現(xiàn)工業(yè)制造轉(zhuǎn)型的前提。在職業(yè)教育體系中，傳統(tǒng)的理論與實踐教學模式已經(jīng)無法滿足人才培養(yǎng)的要求了，當下需要更加完善的知識教育體系為學生提供系統(tǒng)的實踐訓練，這也是提升學生實操能力和創(chuàng)新意識的基本路徑。工業(yè)機器人技術(shù)與數(shù)控專業(yè)教育原本就是密不可分的技術(shù)體系，實現(xiàn)二者的有機融合也是新型人才培養(yǎng)的基本要求。

二、工業(yè)機器人技術(shù)與數(shù)控專業(yè)教育融合面臨的問題

1.人為將理論知識教學割裂

當前數(shù)控專業(yè)教學體系受行業(yè)發(fā)展影響較為明顯，專業(yè)人才培養(yǎng)與行業(yè)發(fā)展脫節(jié)，這也是限制人才培養(yǎng)水平提升的原因所在。傳統(tǒng)數(shù)控專業(yè)人才培養(yǎng)過程中過于強調(diào)對學生操作技能的培養(yǎng)，片面追求編程操作的熟練度、零部件加工訓練的難度等，導致學生的知識結(jié)構(gòu)無法滿足企業(yè)生產(chǎn)運行自動化、智能化的革新要求。理論知識教學中，數(shù)控專業(yè)知識與工業(yè)機器人技術(shù)成為互不關(guān)聯(lián)的兩門課程，學生只能從理論上掌握基礎性知識，不能形成系統(tǒng)性的理論知識結(jié)構(gòu)，也無法滿足實際工作中的一些創(chuàng)新要求。

2.教學方法應用較為滯后

理論+實踐是職業(yè)院校人才培養(yǎng)的基本模式，尤其是在當前的應用型人才培養(yǎng)體系中，多數(shù)職業(yè)院校開始嘗試校企合作基礎上的“3+2”培養(yǎng)模式，其更加側(cè)重于學生實訓能力的培養(yǎng)。但是在具體落實過程中，理論與實踐脫節(jié)現(xiàn)象較為明顯，理論指導的作用無法充分發(fā)揮出來，實踐成效也難以體現(xiàn)出來。甚至部分院校在實踐活動組織中，與企業(yè)之間的合作不夠深入，實踐活動開展成為空談。以工業(yè)機器人技術(shù)為代表的智能化技術(shù)，在生產(chǎn)中的應用水平不斷提升，要求數(shù)控專業(yè)人才培養(yǎng)要更加側(cè)重技術(shù)分析和應用能力等層面。但是多數(shù)教師還是采用灌輸式的教學模式，片面要求學生強化自己的理論知識記憶，這造成學生興趣不高，學習效果欠佳。

3.實踐訓練資源缺失

在當前數(shù)控專業(yè)教育體系中，實踐活動開展通常是采用校內(nèi)實踐和校外實踐相結(jié)合的方式。在數(shù)控技術(shù)不斷朝著智能化、集成化方向發(fā)展的背景下，學校實訓實驗室建設通常較為滯后，雖然部分院校已經(jīng)對工業(yè)機器人設備和數(shù)控設備進行了改造，嘗試建立一體化的柔性制造系統(tǒng)，但是受制于資金投入和設備更新緩慢等影響，多數(shù)職業(yè)院校在這方面的工作開展還比較滯后，無法滿足學生校內(nèi)實訓開展的相關(guān)要求。部分自動化、智能化設備應用水平較高的企業(yè)，生產(chǎn)流程中已經(jīng)不需要數(shù)控專業(yè)人員的過多參與了，這些企業(yè)通過集中控制模式就能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)流程的操作管理，而學生實踐活動更多的是觀摩形式，無法完成對應的操作，由此導致實踐活動流于形式，無法體現(xiàn)實踐訓練的成效。

4.教師指導能力有待提升

生產(chǎn)實踐是推動技術(shù)革新的基本力量，在當前數(shù)控技術(shù)發(fā)展過程中，諸多方面的技術(shù)革新都是源自于企業(yè)層面出于經(jīng)濟利益方面的考慮，同時這些技術(shù)發(fā)展通常具有保密性要求。而職業(yè)院校教師團隊雖然在理論層面具有一定優(yōu)勢，但是在具體技術(shù)應用方面依然較為滯后。部分教師在專業(yè)融合方面還存在認知上的一些偏差，受制于自身知識結(jié)構(gòu)影響，無法將理論知識有機融合起來，無法在學生學習和實踐過程中起到應有的指導作用。

三、工業(yè)機器人技術(shù)在數(shù)控專業(yè)教育理論知識教學中的融合

1.實現(xiàn)課程教學的融合

工業(yè)機器人技術(shù)與數(shù)控專業(yè)教育在課程方面的融合是實現(xiàn)人才培養(yǎng)體系全面融合的基礎。從本質(zhì)上而言，這兩個專業(yè)本身就是從加工制造業(yè)大類中延伸而來的，在工業(yè)機器人技術(shù)不斷發(fā)展的背景之下，使得二者的專業(yè)性更加明顯。但是在具體教學活動中，兩個專業(yè)在通識課及部分專業(yè)課方面都有一定的相通性。以機械基礎、機械制圖、電工電子技術(shù)等課程為例，都需要學生掌握對應的理論知識，并能夠?qū)⒗碚撝R應用于實踐中。例如柔性制造單元聯(lián)調(diào)教學，本身就是工業(yè)機器人技術(shù)和數(shù)控技術(shù)結(jié)合而來的新型技術(shù)體系，在理論層面具有相同的基礎。因此，無論是在理論課程教學還是學生實訓環(huán)節(jié)，都應當強化二者的融合度，以實訓項目體系為導向，對理論課程順序進行相應的調(diào)整。

2.要求教師拓寬自己的理論知識寬度

在職業(yè)院校應用型人才培養(yǎng)理念導向下，學生的主體地位更加突出，但是受制于學生自身基礎及數(shù)控教學體系本身特征的影響，學生還極難獨自完成理論學習和實踐訓練。這就要求教師要全面拓寬自己的理論知識寬度，更好地指導學生的實訓活動。在實訓活動開展中，可以結(jié)合實踐項目實際要求，采用多導師輔導形式，引導具有實踐能力的教師參與實踐指導。對學生理論知識應用方面存在的不足進行針對性輔導，要努力做到不僅使學生掌握基本的操作技能，還要讓學生掌握技術(shù)應用基本原理。以機床和機器人維護教學為例，學生需要在掌握拆裝、更換螺紋零件基本知識點的基礎上完成圖紙識讀、繪制等，并能在此基礎上完成螺紋編程指令和車削加工，建立真正意義上的理論聯(lián)系實踐的知識結(jié)構(gòu)體系。

3.以“1+X”證書制度引導學生自主學習

在工業(yè)機器人技術(shù)與數(shù)控專業(yè)教育的融合中，要真正實現(xiàn)學生知識結(jié)構(gòu)的完善和實踐應用能力的提升，還應當以“1+X”證書制度為導向培養(yǎng)學生的自主學習能力。在當前網(wǎng)絡學習資源不斷豐富的背景之下，學校一方面要積極加強教學資源庫建設，通過微課、慕課等為學生自主學習提供更加豐富的資源，另一方面還要引導學生學會自主尋找對應的學習資源，通過自主學習彌補課程教學中存在的一些不足之處，多途徑地豐富自己的知識獲取渠道。教師還可以多鼓勵學生努力獲取多元技能證書，全方位地提升學生的綜合能力。

四、工業(yè)機器人技術(shù)在數(shù)控專業(yè)教育實踐訓練中的融合

1.完善實訓方案

以數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)的實訓活動開展為例，實訓方案目標設定為通過實訓流程開展讓學生對數(shù)控加工智能化技術(shù)應用有更為深入的了解，能夠準確把握工業(yè)4.0智能數(shù)控教學目標。實訓內(nèi)容是基于實訓目標的，要求學生能夠使用工業(yè)機器人技術(shù)完成數(shù)控車床編程加工的自動搬運、裝卸、加工等各個流程的實訓。實訓組織形式為10人為一小組，時間為5天。將每組成員再分為兩個小組分別練習車床編程和機器人編程后，再嘗試合作完成整套系統(tǒng)的聯(lián)動操作，最后由教師根據(jù)實際完成情況進行評價，并對設計方案進行優(yōu)化，最終達到實訓目的。

2.實訓中的融合

實訓過程中工業(yè)機器人技術(shù)與數(shù)控編程的融合是實訓過程的重點所在，而機器人運行軌跡的編程是實訓過程的難點所在。學生在進行編程時需要通過合理編程控制機器人各個關(guān)節(jié)的自由度，以實現(xiàn)機器人手爪的運行。整個流程包括上料、加工、丟棄料頭、回到起點，實現(xiàn)運行過程的循環(huán)。學生在進行編程時，可以結(jié)合所學習理論知識完成系統(tǒng)化的編程，并能通過機器人動作是否規(guī)范對編程內(nèi)容進行調(diào)整。通過將理論知識與實踐活動的有機結(jié)合，實現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)的融合，為實踐活動水平的提升奠定基礎。

3.科學評價實訓效果

通過對4個實訓小組5天的實訓情況的分析，發(fā)現(xiàn)新型實訓模式有如下方面的特征：一是柔性實訓模式的實施相對于傳統(tǒng)的單一性設備實訓模式，具有聯(lián)動性強、貼近實際等特征，實訓內(nèi)容更加豐富，為學生提供了更加多元化的實訓機會。二是通過機器人編程操作，利用零件的自動化操作實訓，能夠更好地提升學生應用機器人技術(shù)的效率，使其初步掌握數(shù)控加工智能化技術(shù)，為后續(xù)學習和企業(yè)實訓流程的實施奠定良好的基礎。三是小組成員通過團隊合作模式進行實訓操作不僅提升了自身的編程作業(yè)創(chuàng)新水平，還使學生逐步積累自動化改造和應用的實際經(jīng)驗，對學生的創(chuàng)新思維培養(yǎng)起到了積極促進作用。四是新型實訓方式有效提升了學生參與實訓的積極性，引導學生初步樹立柔性制造系統(tǒng)概念符合當前數(shù)控專業(yè)應用型人才培養(yǎng)定位要求，對人才培養(yǎng)模式改革有著積極的促進作用。通過實訓過程中的觀察分析及最終實訓結(jié)果的評價反饋發(fā)現(xiàn)，在實際應用中也出現(xiàn)不同問題，需要在后續(xù)實訓組織中加以完善。一是受到設備條件影響，小組成員過多，學生能夠得到的實訓機會有限，尤其是在操作環(huán)節(jié)，每個小組實際操作時間不足兩天，造成學生的設備操作技術(shù)掌握不夠熟練。在后續(xù)實訓中，如果條件允許，可以以3至4人為一個小組，并且實際操作時間能夠達到3天。二是編程處理過程中學生對教師的依賴性比較強，尤其是部分小組在編程內(nèi)容出現(xiàn)錯誤時，無法通過自我分析找出問題，多數(shù)情況下是在教師的指導下完成的，這限制了整體實訓效果的提升。三是小組合作內(nèi)部的評價體系不夠完善，沒有對學生個體進行針對性評價，導致部分學生未能將理論知識應用于實踐操作之中。五、結(jié)語工業(yè)機器人技術(shù)與數(shù)控專業(yè)教育融合已經(jīng)成為相關(guān)專業(yè)教學改革的趨勢，相關(guān)教育工作者必須從思想層面認識二者深度融合的必要性，在積極利用現(xiàn)有條件的基礎上，從理論知識教學、實踐訓練等層面強化對學生的融合引導，如此才能在遵循現(xiàn)代教育理念的基礎上，為制造業(yè)培養(yǎng)更多高層次復合類數(shù)控專業(yè)技術(shù)人才。

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作者:鄭東梅 單位:榆林職業(yè)技術(shù)學院實訓中心