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摘要：针对新工科背景下地方高校“工业机器人”实践教学的局限，提出了一种基于虚实融合的工业机器人实践教学方法。“虚”环节包括工业机器人虚拟工作站训练。将多数指令练习和示教操作设置在虚拟工作站练习。“实”环节包括工程训练中心训练、展会参观和企业顶岗实习，旨在验证“虚”环节的实践内容并进一步提高实际操作技能。基于虚实融合的工业机器人实践教学方法为地方高校“工业机器人”实践教学提供了借鉴，为新工科创新人才的培养提供了思路。
关键词：新工科；地方高校；工业机器人；实践教学
本文引用格式：郭波,等.新工科背景下地方高校“工业机器人”实践教学探索[J].教育现代化,2019,6(05):5-8.
Exploration on the Practice Teaching of"Industrial Robot"in Local Universities Under Background of New Engineering
GUO Bo1，GUAN Ju-hua2
(1.Jiangxi Province Key Laboratory of Precision Drive&Control,Nanchang Institute of Technology,Nanchang,China;2..Jiangxi Institute of Mechatronic Technology,Nanchang，China)
Abstract:Aiming at the limitation of“industrial robot”practice teaching in local universities under the background of new engineering,a practical teaching method of industrial robot based on the combination of virtualness and reality is proposed.In the practical teaching method,the“virtual”part includes the training of the virtual workstation of the industrial robot.Most instruction exercises and teaching practices are arranged at the virtual workstation for practice.“Real”part includes engineering training,exhibition tour and enterprise practice.The practical teaching method of industrial robot based on the combination of virtualness and reality provides reference for the practical teaching of“industrial robot”in local universities,and provides ideas for the cultivation of innovative talents in new engineering.
Key words:New Engineering;Local Universities;Industrial Robot；Practice Teaching
为应对新一轮产业革命，2017年2月18日教育部在复旦大学召开了高等工程教育发展战略研讨会，提出了我国高等工程教育的“新工科”实施规划（复旦共识）[1]。在新工科背景下将高校分为工科优势高校、综合性高校和地方高校。同年4月8日，在天津大学召开“新工科建设研讨会”形成了新工科行动路线（天大行动）[2]。同年6月9日在北京召开了“新工科研究与实践专家组成立暨第一次工作会议”，并发出《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》（北京指南）[3]，指明了地方高校要对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用。2018年3月21日，教育部办公厅公布了首批“新工科”研究与实践项目。
虽然新工科建设对工科人才培养提出了新的要求，但是地方高校现有工科人才培养体系仍然存在一些不足[4,5]。主要体现在面向区域经济的开放性与融入性欠缺，面对产业转型敏感度与适应度不足。地方院校往往不能依据产业发展的新趋势、新特征与新需求，及时调整教学环节，优化培养计划。产业发展及人才需求与教学环节设置及人才培养计划之间脱节严重[6,7]。
南昌工程学院属于工程类地方高校，位于南昌市高新区。南昌高新区机器人及智能制造装备产业基地是中国65家机器人产业园之一。新工科背景下，地方高校针对现有工科人才培养体系的不足，应紧密对接区域经济发展需求，主动适应产业转型升级，推动传统工科专业升级改造，设置新专业、新课程[8,9]。新工科建设是教育部为应对“中国制造2025”等一系列国家战略提出的[10]。机器人产业在“中国制造2025”属于优先发展的产业[11-13]。“工业机器人”课程面向工业机器人产业培养创新人才，是新工科背景下新专业的核心课程，也是急需进行教学探索的新课程[14]。地方高校“工业机器人”实践教学普遍处于起步阶段[15,16]。为此，本研究在新工科背景下，探索“工业机器人”实践教学方法，为地方高校“工业机器人”教学提供借鉴，为新工科创新人才的培养提供思路。
一“工业机器人”实践教学的总体框架
“工业机器人”实践教学主要包括“虚”环节和“实”环节。在“虚”环节，利用ABB公司的工业机器人虚拟仿真软件RobotStudio构建工业机器人虚拟工作站。学生仅在工控机上的虚拟弧焊工作站完成工业机器人多数指令的练习和示教操作，以缓解工业机器人台套数不足的瓶颈。为了验证虚拟弧焊工作站的工作原理、系统参数设定和机器人示教，在“实”环节设置了工程训练中心训练、展会参观和企业顶岗实习。在工程训练中心训练环节，以工业机器人弧焊工作站作为典型应用案例，使学生掌握机器人的基本知识和工业机器人应用开发、装配调试及现场维护等实际操作技能。在展会参观中，使学生提高工业机器人在实际生产应用中的认知度，建立实践教学与未来职业规划的关联性。在顶岗实习环节中，安排学生担任工业机器人研发助理，在工业现场协助研发工程师完成岗位技能训练。能力突出的学生安排参与实际项目的调试任务。虚实融合的工业机器人实践教学框图如图1所示。
二“工业机器人”虚拟工作站教学
针对在开设工业机器人实践教学的院校中，工业机器人的台套数不足的现状，学生可通过工业机器人虚拟工作站完成“虚”环节的实践任务。工业机器人弧焊工作站虚拟教学平台的构建包括选择工业机器人的型号、控制器和工具（焊枪），并设置相应的参数。对于RobotStudio中没有的工件模型，例如带坡口的焊件，可以通过三维建模软件（Pro/E、SolidWorks）等设计后导入RobotStudio中，进而构造完整的弧焊工作站。
采用工业机器人弧焊工作站虚拟教学平台可对学生进行工业机器人多数指令的训练。工业机器人示教是该领域应用型人才的基本功，是工业机器人实践教学必须掌握的技能。对于初学示教的学生，示教实例是必须训练的教学环节。利用该虚拟平台对焊件示教四个转折点，完成对折线焊接轨迹的示教。所用的指令摘选如下：
PROC rMoveRoutine() MoveL p1,v300,fine,tool1\Wobj:=Wobj1;MoveL p2,v300,fine,tool1\Wobj:=Wobj1;MoveL p3,v300,fine,tool1\Wobj:=Wobj1;MoveL p4,v300,fine,tool1\Wobj:=Wobj1;ENDPROC
三 工程训练实践教学
在虚拟环境下进行弧焊工作站的试验仿真后，与真实的工业机器人连接调试，以验证系统参数设定、机器人示教的正确性。
工程训练场地的工业机器人运行工作区域应设置有安全警示标志和安全围栏。3-5人为一组分工协作。实际操作前，需进行系统的工业机器人安全教育。指导教师应熟悉机器人的操作及编程，严格要求学生遵守安全事项和机器人操作规程，指导学生掌握焊接基础知识、工业机器人示教编程、末端工具安装调试和工作站现场维护等技能，如图2所示。学生在初次操作时易发生撞击焊枪的现象，可引导学生操作工业机器人先在纸箱上模拟焊接轨迹，熟练后再用实际焊接工件练习。安排学生反复进行不同位置（平焊、立焊、横焊）的示教操作和焊接练习，直至熟练掌握工业机器人实际操作技能。
四 展会参观
大型权威行业展览会是某行业（领域）前沿技术和最新动态的直观展示平台。[15-17]工业机器人领域国内较为权威的展会为国际工业自动化及机器人展览会。焊接工业机器人领域国内的权威展会为埃森焊接与切割展览会。与传统实践教学中的企业参观相比，展会参观实践教学的优点在于：（1）学生在专业展会参观的工业机器人品牌丰富，国际四大工业机器人制造商和国内主要工业机器人制造商均参展，学生对教科书上介绍的工业机器人均可获得感官认识。（2）展会上涵盖了焊接机器人、喷涂机器人、码垛机器格式人等类型，学生可参观的工业机器人类型繁多。（3）学生可与展台的工程师面对面的交流，获取一些工业机器人实际现场应用的知识。
传统的实践教学方式，实践地点局限于校园内和个别企业中，学生在工业机器人方面的所见、所学、所闻受到了一定的限制[18]。而专业展会参观有效的突破了传统实践教学方式的局限，使学生大大拓宽了知识面和视野。学生普遍对实践教学与未来职业规划的关联性缺乏认知，导致学生在传统的实践教学过程中缺乏兴趣。新工科背景下，实施大型权威行业展会参观的课外实践环节，可使学生直观地了解最新的前沿技术，也对未来的职业产生了初步的规划，在提高实践教学质量的同时，大大增强了学生参与实践教学环节的兴趣。
五企业顶岗实习
企业顶岗实习是工业机器人实践教学的重要环节，可使学生了解到一些工业机器人在实际生产中的应用案例。地方高校本科实习生由于项目经验欠缺，编程调试能力不足，难以胜任工业机器人工程师的顶岗任务。但是，地方高校本科实习生可以作为企业工业机器人工程师的助手，担任助理工程师的顶岗任务。在顶岗实习过程中，可协助工程师完成电气线路接线、故障排除和简易编程示教等技能训练要求。部分实践能力较强的学生可独立完成工程师分配的任务，进行工业机器人应用开发。在企业顶岗实习环节，将学生分成五大组，分别为工业机器人操作、工业机器人维护、工业机器人装配调试、工业机器人应用开发、工业机器人销售。在分组过程中，注重因材施教。对专业基础、实践能力较强的学生，建议其分在工业机器人应用开发组。对专业基础较弱、学习积极性不高的学生，建议其分在工业机器人销售组。顶岗实习岗位、对应技能训练要求顶岗学生未来就业的适用企业见表1所示。
然而，企业往往倾向于经济利益，学校重在培养人才，双方在利益和最终目标上时有矛盾，缺少结合点[19,20]。但从长远的利益出发，学校为企业培养高质量技能型人才，成为推动企业经济利益的潜在动力。我校已与省内机器人产业园企业共建实习基地并签署了工程师培养协议，这使得企业愿意接纳学生、培养学生。学生也在企业实习中，参与了实际项目，增加了动手实践能力的同时丰富了项目经验。在虚拟弧焊工作站教学平台上训练的基础上，验证了“虚”环节的技能操作，加深了系统工作原理的认识。吸纳工业机器人企业人员参与实践教学大纲的制定和实践教学方法的评议会商，实现实践教学环节与产业结构发展的同步调整，实现人才培养目标与产业人才需求的无缝衔接。
六 结论
在新工科背景下，以工业机器人弧焊工作站作为典型实践训练案例，研究了工业机器人实践教学方法。“虚”环节包括工业机器人虚拟工作站训练。将多数指令练习和示教操作安排在虚拟工作站练习。实践教学不会受到设备台套数不足的限制。学生无需担心使用实际工业机器人过程中的误操作问题，便能在虚拟平台上实现自己的创新想法和工作站的建立。“实”环节包括工程训练中心训练、展会参观和企业顶岗实习，旨在验证“虚”环节的实践内容并进一步提高实际技能练习，拓宽知识面和视野。在新工科背景下，本文提出的“工业机器人”实践教学方法，有利于地方高校对接区域经济发展及适应产业转型升级。
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