淺談智能工業(yè)機(jī)器手實(shí)訓(xùn)室建設(shè)
一、智能工業(yè)機(jī)器手機(jī)器人技術(shù)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀
機(jī)器人產(chǎn)業(yè)被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已成為世界各國(guó)搶占未來經(jīng)濟(jì)科技制高點(diǎn)的國(guó)家戰(zhàn)略。隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用呈逐年快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。2013 年4 月，德國(guó)政府提出“工業(yè) 4.0”戰(zhàn)略，并在 2013 年4 月的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式推出，其目的是為了提高德國(guó)工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機(jī)。德國(guó)學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為，“工業(yè) 4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，該戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)—信息物理系統(tǒng)相結(jié)合的手段 ，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。
全球工業(yè)機(jī)器人增長(zhǎng)迅猛，市場(chǎng)規(guī)模300億美元，全球工業(yè)機(jī)器人在2017年銷量為38.7萬臺(tái)，同比增長(zhǎng)31%，中國(guó)則安裝了約13.8萬臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，需求增長(zhǎng)58%，相比歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，德國(guó)增長(zhǎng)了8%，美國(guó)只增長(zhǎng)6%，這數(shù)據(jù)來自國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)。
在2018年，機(jī)器人技術(shù)支出將達(dá)到940億美元，占整個(gè)2017-2021年預(yù)測(cè)支出的90%以上。2018年全球機(jī)器人和無人機(jī)解決方案的支出將達(dá)到1031億美元，比2017年增長(zhǎng)22.1%。
2019年，有關(guān)機(jī)器人的離散制造業(yè)和流程將成為支出總額超過800億美元的主要行業(yè)。工業(yè)機(jī)器人解決方案將占機(jī)器人支出的最大份額(超過70%)，其次是服務(wù)機(jī)器人和消費(fèi)機(jī)器人。
2020年，全球?qū)⒂?00多萬臺(tái)工業(yè)機(jī)器人投入使用，增長(zhǎng)速度令人驚嘆，作為機(jī)器人消費(fèi)大國(guó)，連續(xù)5年成為全球第一大工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用市場(chǎng)，我國(guó)機(jī)器人需求將占全球需求40%。另外，今年全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模將增長(zhǎng)到300億美元。
IDC預(yù)計(jì)，到2021年，這一支出將增加一倍以上，達(dá)到2184億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)為25。
中國(guó)將成為最大的機(jī)器人地理市場(chǎng)，中國(guó)將提供超過30%的機(jī)器人支出，接下來的是亞太地區(qū)的其余部分、美國(guó)和日本。中國(guó)(55.5%復(fù)合年均增長(zhǎng)率)和其余亞太地區(qū)(不包括中國(guó)和日本) (62%復(fù)合年均增長(zhǎng)率)的強(qiáng)勁支出增長(zhǎng)將在2021年之前將這兩個(gè)市場(chǎng)內(nèi)的資金投入超過西歐。工業(yè)機(jī)器人“中國(guó)制造2025”也被稱為中國(guó)版的工業(yè)4.0規(guī)劃，工業(yè)機(jī)器人的使用是實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的強(qiáng)力技術(shù)手段。
二、智能工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室重要性
“工業(yè) 4.0”項(xiàng)目主要分為兩大主題，一是“智能工廠”，重點(diǎn)研究機(jī)器人智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)；二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)以及 3D 技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。
美德日等發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)革命信號(hào)給中國(guó)制造業(yè)敲響了警鐘。而中國(guó)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、勞動(dòng)力成本上升、 人口老齡化勞動(dòng)力減少等因素。迫使將技術(shù)走入學(xué)校打造在校應(yīng)用型人才、勞動(dòng)力供給改革和國(guó)家政策支持，正助推工業(yè)智能產(chǎn)業(yè)快速成長(zhǎng)，帶有定制特性的智能裝備將推動(dòng)中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型，未來十年甚至更長(zhǎng)時(shí)間，我國(guó)將迎來新一輪人力替代，即工業(yè)智能化，工業(yè) 4.0 智能裝備迎來春天。
國(guó)際上對(duì)機(jī)器人的概念已基本趨于一致，都認(rèn)為機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力實(shí)現(xiàn)各種功能的一種自動(dòng)化機(jī)械。工業(yè)智能機(jī)器人技術(shù)是為了解決工業(yè)生產(chǎn)中的其他方面的問題，比如技能短缺、生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化及效率、工作場(chǎng)所安全，以及跟上企業(yè)不斷加快的步伐并為企業(yè)帶來更高的效益。中國(guó)機(jī)器人密度的發(fā)展在全世界最具活力。2020年之前躋身全球十大自動(dòng)化國(guó)家之列。中國(guó)的機(jī)器人密度將達(dá)到每萬人150臺(tái)。
三、智能工業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室緊迫性
1、國(guó)家政策導(dǎo)向
依據(jù)工信部、教育部等國(guó)家部委出具的相關(guān)文件精神提出，為適應(yīng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展要求，國(guó)家確定了加快發(fā)展現(xiàn)代工程應(yīng)用型、應(yīng)用型技術(shù)人才教育的任務(wù)措施。確立了在國(guó)家人才培養(yǎng)體系中的重要位置，促進(jìn)形成“崇尚一技之長(zhǎng)、不唯學(xué)歷憑能力” 的社會(huì)氛圍，激發(fā)年輕人學(xué)習(xí)工程應(yīng)用型技能的積極性。目標(biāo)是面向生產(chǎn)一線培養(yǎng)以技術(shù)為基礎(chǔ)的技能型人才。
《智能制造“十三五”發(fā)展規(guī)劃》提出，2025年前，推進(jìn)智能制造實(shí)施“兩步走”戰(zhàn)略：第一步，到2020年，智能制造發(fā)展基礎(chǔ)和支撐能力明顯增強(qiáng)，傳統(tǒng)制造業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造，有條件、有基礎(chǔ)的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)智能轉(zhuǎn)型取得明顯進(jìn)展；第二步，到2025年，智能制造支撐體系基本建立，重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)初步實(shí)現(xiàn)智能轉(zhuǎn)型。
由此可見，現(xiàn)代化工業(yè) 4.0 生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)的建設(shè)和人才培養(yǎng)， 是順應(yīng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的需求，是符合高技能人才培養(yǎng)的需要。機(jī)器人技術(shù)是先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，我國(guó)已經(jīng)是世界公認(rèn)的制造業(yè)大國(guó)，但隨著勞動(dòng)力成本的不斷提高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式必須進(jìn)行調(diào)整，生產(chǎn)自動(dòng)化、柔性化、智能化，發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為必由之路。
一是國(guó)家政策支持：加速高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要前提，自動(dòng)化、柔性化、智能化屬于國(guó)家戰(zhàn)略性高技術(shù)，是多項(xiàng)前沿技術(shù)和綜合實(shí)力的體現(xiàn)，國(guó)家應(yīng)該制定長(zhǎng)遠(yuǎn)政策加以規(guī)劃和發(fā)展。
二是提升人才培養(yǎng)質(zhì)量：大力推動(dòng)專業(yè)設(shè)置與產(chǎn)業(yè)需求、課程內(nèi)容與工程應(yīng)用型標(biāo)準(zhǔn) 、教學(xué)過程與生產(chǎn)過程“三對(duì)接”,產(chǎn)教深度融合，做到學(xué) 以致用，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟建設(shè)， 形成強(qiáng)大的研究，開發(fā)和應(yīng)用隊(duì)伍。機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)涉及機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、人工智能 、機(jī)器人等諸多學(xué)科，只有將國(guó)內(nèi)所有力量組織起來，群策群力，才能培養(yǎng)出高新技術(shù)人才 。
三是創(chuàng)新工程應(yīng)用型教育模式：擴(kuò)大工程應(yīng)用型院校在專業(yè)設(shè)置。加快發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)方式變革以及社會(huì)公共服務(wù)相適應(yīng)、產(chǎn)教深度融合的現(xiàn)代工程應(yīng)用型教育，培養(yǎng)數(shù)以億計(jì)的工程師、高級(jí)技工和高素質(zhì)工程應(yīng)用型人才，為廣大年輕人打開通向成功成才的大門，提高中國(guó)制造和中國(guó)裝備的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)提質(zhì)增效升級(jí)。 縱觀整個(gè)教育的改革措施，應(yīng)用型人才培養(yǎng)、工程應(yīng)用型教育對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)，企業(yè)提質(zhì)增效具有最直接、最緊密的關(guān)系，更是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式變革工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的基石。加快發(fā)展現(xiàn)代化工程應(yīng)用型教育是提高制造業(yè)和裝備的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和經(jīng)濟(jì)提質(zhì)增效的重要戰(zhàn)略舉措。
2、制造業(yè)的困境
近 5 年來，市場(chǎng)從相對(duì)穩(wěn)定型轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)多變型。市場(chǎng)的需求和企業(yè)產(chǎn)品特點(diǎn)表現(xiàn)為： 市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益激烈、市場(chǎng)需求的多變性和不可預(yù)測(cè)性、產(chǎn)品生命周期日益縮短、產(chǎn)品需求趨于顧客化。在這種動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)全球化的市場(chǎng)和“人口紅利”即將消失的環(huán)境中，我國(guó)的制造工業(yè)應(yīng)用情況正在發(fā)生質(zhì)的變化。制造企業(yè)不再追求勞動(dòng)力的廉價(jià)，而是努力獲得高精高效的生產(chǎn)方式與管理手段。 企業(yè)生存和可持續(xù)發(fā)展已成為必須首先考慮的問題，這迫使企業(yè)努力尋找一種具有高自動(dòng)化、高生產(chǎn)率、高質(zhì)量和低成本的產(chǎn)品零件加工制造系統(tǒng)來替代，低能低效、重復(fù)性簡(jiǎn)單、人口密集型的傳統(tǒng)制造方式，（即機(jī)器人應(yīng)用生產(chǎn)）。用最短和最直接的生產(chǎn)方式對(duì)市場(chǎng)需求變化及時(shí)響應(yīng)，并使包括廠房、設(shè)備及人力在內(nèi)的資源得到最有效地利用，達(dá)到企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)能力整體優(yōu)化提質(zhì)增效目的。
調(diào)查顯示，目前長(zhǎng)江三角洲和珠三角州地區(qū)各企業(yè)設(shè)備維護(hù)、維修和管理類設(shè)備保全人才普遍存在數(shù)量不足，學(xué)歷較低，年齡偏大，綜合技能不強(qiáng)的問題，掌握現(xiàn)代自動(dòng)化設(shè)備維護(hù)維修、工業(yè)機(jī)器人設(shè)備應(yīng)用與維修技能的人才更是稀少，嚴(yán)重制約了企業(yè)機(jī)電設(shè)備使用效率。
四、人才就業(yè)現(xiàn)狀
研究表明，在未來八年中，將會(huì)創(chuàng)造多于 200 萬個(gè)工作崗位，生產(chǎn)力和競(jìng)爭(zhēng)力也是制造企業(yè)在全球市場(chǎng)上不可或缺的。機(jī)器人和自動(dòng)化是解決問題的關(guān)鍵。由于機(jī)器人和自動(dòng)化有些工作量減少了，但研究強(qiáng)調(diào)它們也創(chuàng)造了更多的工作機(jī)會(huì)。工業(yè) 4.0 生產(chǎn)線的日常維護(hù)、修理等方面都需要各方面的專業(yè)人才來進(jìn)行處理，這就無形中帶動(dòng)了一大批與機(jī)器人相關(guān)的就業(yè)途徑，產(chǎn)生的新崗位也是非常之多的。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)機(jī)器人要 3 到 5 名相關(guān)的操作維護(hù)和集成應(yīng)用人才，保守估計(jì) ，機(jī)器人市場(chǎng)在以每年 20%-30%的速度遞增，而相應(yīng)的人才儲(chǔ)備數(shù)量和質(zhì)量卻捉襟見肘。
目前一個(gè)機(jī)器人高端集成應(yīng)用的技術(shù)人才，年薪高達(dá) 50 萬元，而操作機(jī)器人的技術(shù)人員，一年來工資已漲了一倍，與機(jī)器人相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人才將隨著機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的雄起而迎來新的事業(yè)起點(diǎn)。
機(jī)器人始終需要人來操作、維護(hù)、保養(yǎng)。人和機(jī)器的關(guān)系屬于一種控制鏈的關(guān)系， 因此只有將人與機(jī)器進(jìn)行協(xié)同合作才能達(dá)到人機(jī)合一的效果，為企業(yè)創(chuàng)造更高的工作效率，所以機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的壯大又為機(jī)器人服務(wù)人才制造了新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。“人不可能完全被機(jī)器人代替，眼下很多企業(yè)最大的問題就是技術(shù)工人的招募和管理問題。
關(guān)于機(jī)器人的服務(wù)，不少機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)也提供相應(yīng)的售后服務(wù)，但服務(wù)費(fèi)用高昂， 甚至人工需要按小時(shí)計(jì)算。有業(yè)內(nèi)人士稱，浙江一家紡織企業(yè)引進(jìn)了德國(guó)的先進(jìn)設(shè)備后， 企業(yè)員工對(duì)這些設(shè)備技術(shù)的操控和運(yùn)用并不熟悉，只能邀請(qǐng)德國(guó)技術(shù)專家來進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，以便讓員工學(xué)會(huì)如何使用和維護(hù)設(shè)備，為此企業(yè)僅咨詢費(fèi)就支付了 11 萬歐元。
顯然，工業(yè)自動(dòng)化正在逐漸成熟，工業(yè) 4.0 浪潮迎面而來，當(dāng)越來越多的生產(chǎn)企業(yè) 開始大規(guī)模采用工業(yè) 4.0 時(shí)，中國(guó)也即將成為全球最大的機(jī)器人消費(fèi)需求國(guó)。
五、智能工業(yè)機(jī)器手人才培養(yǎng)目標(biāo)與職業(yè)方向
1、培養(yǎng)目標(biāo)
本專業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)企業(yè)機(jī)器人技術(shù)相關(guān)崗位的技術(shù)人才，應(yīng)具有與我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)用工要求相適應(yīng)的文化水平和人文、科技素質(zhì)；具有良好的職業(yè)道德和終身學(xué)習(xí)意識(shí)：掌握工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)理論和操作技能；能獨(dú)立從事工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、編程、維修、運(yùn)行與管理等方面的工作任務(wù)；具有一定操作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能服從生產(chǎn)管理的技能型人才。
2、職業(yè)方向
（1）主要就業(yè)崗位：機(jī)器人工作站的操作、運(yùn)行維護(hù)、安裝、調(diào)試與管理。
（2）輔助就業(yè)崗位：生產(chǎn)線的日常維護(hù)管理、機(jī)電設(shè)備安裝與維護(hù)。
（3）發(fā)轉(zhuǎn)崗位：機(jī)器人工作站的開發(fā)、維修、機(jī)電設(shè)備銷售、技術(shù)支持等崗位。
六、智能工業(yè)機(jī)器手實(shí)訓(xùn)室構(gòu)想與目標(biāo)
1、建設(shè)思路
根據(jù)院系發(fā)展規(guī)劃，著力提高教學(xué)與專業(yè)建設(shè)，本實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案充分體現(xiàn)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用動(dòng)向，所展示的機(jī)器人類型豐富，涉及內(nèi)容全面。以結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的實(shí)訓(xùn)為核心設(shè)施，注重基礎(chǔ)訓(xùn)練，適當(dāng)兼顧未來應(yīng)用的新型機(jī)器人，拓展學(xué)生視野。建設(shè)成為國(guó)內(nèi)先進(jìn)、特色明顯，具有示范代表性的機(jī)器人主題實(shí)驗(yàn)室。機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室總體采取分區(qū)教學(xué)模式，包括：基礎(chǔ)訓(xùn)練區(qū)、應(yīng)用綜合實(shí)訓(xùn)區(qū)、拓展展示區(qū)。三部分既相互區(qū)分又相互聯(lián)系，由淺入深，由單機(jī)到系統(tǒng)，技術(shù)具有連續(xù)性。由實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬到實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，由工業(yè)機(jī)器人到特種機(jī)器人，讓學(xué)生逐步掌握機(jī)器人技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與操作、工業(yè)控制與運(yùn)動(dòng)控制等機(jī)器人實(shí)用技術(shù)。在掌握機(jī)器人高級(jí)技術(shù)應(yīng)用的同時(shí)，訓(xùn)練學(xué)生動(dòng)手能力、操作能力和故障檢測(cè)維護(hù)能力。
DB-JQR14 1+X工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)臺(tái)
1+X工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)臺(tái)由工業(yè)機(jī)器人、標(biāo)準(zhǔn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)、快換工具模塊、樣件套裝、平面繪圖模塊、曲面繪圖模塊、搬運(yùn)模塊、碼垛模塊、通用電氣接口套件、倉(cāng)儲(chǔ)模塊、井式供料模塊、皮帶運(yùn)輸模塊、裝配模塊、外圍控制器套件、RFID 模塊、旋轉(zhuǎn)供料模塊、變位機(jī)模塊、棋盤模塊、上料暫存模塊、PC Interface 模塊、Multitasking 模塊、World zones模塊、計(jì)算機(jī)與桌椅、無油靜音氣泵、模塊存儲(chǔ)柜、離線編程仿真軟件組成。
1+X工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)臺(tái)系統(tǒng)融入工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)、電子電工技術(shù)、多種作業(yè)技術(shù)、智能傳感技術(shù)、可編程控制技術(shù)、機(jī)器視覺技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、串口通信技術(shù)、以太網(wǎng)通訊技術(shù)、離線編程仿真技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)，涵蓋工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣自動(dòng)化、智能傳感、智能制造等多門學(xué)科的專業(yè)知識(shí)。
1+X工業(yè)機(jī)器人實(shí)訓(xùn)臺(tái)具有工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程中級(jí)、初級(jí)實(shí)訓(xùn)考核功能，能進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程（初級(jí)）考證。
