工业机器人与数控专业教育融合浅析

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[摘要]在我国工业产业依然保持稳定发展并逐步朝智能化方向迈进的背景下，职业教育人才培养体系也随之进行了一系列的变革。在数控专业教育开展的各个环节融入工业机器人等新型技术成为其教学改革的重点所在。本文在明确工业机器人技术与数控专业教育融合必要性的基础之上，分析了实际融合中存在的一些问题，并从理论知识教学和实训融合两个角度对融合路径进行了分析，以期能为培养新型“1+X”技能型人才起到一定的促进作用。

[关键词]工业机器人技术;数控技术;教学改革;融合路径

引言

应用型人才培养已经成为职业院校教学目标体系的重要组成部分，对职业院校教学模式的重构提出了更高的要求。在数控专业教育活动开展过程中，必须要明晰数控技术应用的智能化发展趋势，以实现与工业机器人技术的有机融合，在完善学生知识结构的基础上，满足应用型人才培养的现实要求，为社会发展培养出更多综合型高素质人才。

一、工业机器人技术与数控专业教育融合的必要性

工业机器人的广泛应用已经成为我国制造业企业运行模式变革的重要特征，智能制造不仅是实现企业经济效益和社会效益的基本路径，还是实现我国工业发展转型的基本支撑。人才培养是实现智能制造不断发展的重要因素，在数控专业教育体系之中，强化工业机器人技术融合是实现工业制造转型的前提。在职业教育体系中，传统的理论与实践教学模式已经无法满足人才培养的要求了，当下需要更加完善的知识教育体系为学生提供系统的实践训练，这也是提升学生实操能力和创新意识的基本路径。工业机器人技术与数控专业教育原本就是密不可分的技术体系，实现二者的有机融合也是新型人才培养的基本要求。

二、工业机器人技术与数控专业教育融合面临的问题

1.人为将理论知识教学割裂

当前数控专业教学体系受行业发展影响较为明显，专业人才培养与行业发展脱节，这也是限制人才培养水平提升的原因所在。传统数控专业人才培养过程中过于强调对学生操作技能的培养，片面追求编程操作的熟练度、零部件加工训练的难度等，导致学生的知识结构无法满足企业生产运行自动化、智能化的革新要求。理论知识教学中，数控专业知识与工业机器人技术成为互不关联的两门课程，学生只能从理论上掌握基础性知识，不能形成系统性的理论知识结构，也无法满足实际工作中的一些创新要求。

2.教学方法应用较为滞后

理论+实践是职业院校人才培养的基本模式，尤其是在当前的应用型人才培养体系中，多数职业院校开始尝试校企合作基础上的“3+2”培养模式，其更加侧重于学生实训能力的培养。但是在具体落实过程中，理论与实践脱节现象较为明显，理论指导的作用无法充分发挥出来，实践成效也难以体现出来。甚至部分院校在实践活动组织中，与企业之间的合作不够深入，实践活动开展成为空谈。以工业机器人技术为代表的智能化技术，在生产中的应用水平不断提升，要求数控专业人才培养要更加侧重技术分析和应用能力等层面。但是多数教师还是采用灌输式的教学模式，片面要求学生强化自己的理论知识记忆，这造成学生兴趣不高，学习效果欠佳。

3.实践训练资源缺失

在当前数控专业教育体系中，实践活动开展通常是采用校内实践和校外实践相结合的方式。在数控技术不断朝着智能化、集成化方向发展的背景下，学校实训实验室建设通常较为滞后，虽然部分院校已经对工业机器人设备和数控设备进行了改造，尝试建立一体化的柔性制造系统，但是受制于资金投入和设备更新缓慢等影响，多数职业院校在这方面的工作开展还比较滞后，无法满足学生校内实训开展的相关要求。部分自动化、智能化设备应用水平较高的企业，生产流程中已经不需要数控专业人员的过多参与了，这些企业通过集中控制模式就能够实现对生产流程的操作管理，而学生实践活动更多的是观摩形式，无法完成对应的操作，由此导致实践活动流于形式，无法体现实践训练的成效。

4.教师指导能力有待提升

生产实践是推动技术革新的基本力量，在当前数控技术发展过程中，诸多方面的技术革新都是源自于企业层面出于经济利益方面的考虑，同时这些技术发展通常具有保密性要求。而职业院校教师团队虽然在理论层面具有一定优势，但是在具体技术应用方面依然较为滞后。部分教师在专业融合方面还存在认知上的一些偏差，受制于自身知识结构影响，无法将理论知识有机融合起来，无法在学生学习和实践过程中起到应有的指导作用。

三、工业机器人技术在数控专业教育理论知识教学中的融合

1.实现课程教学的融合

工业机器人技术与数控专业教育在课程方面的融合是实现人才培养体系全面融合的基础。从本质上而言，这两个专业本身就是从加工制造业大类中延伸而来的，在工业机器人技术不断发展的背景之下，使得二者的专业性更加明显。但是在具体教学活动中，两个专业在通识课及部分专业课方面都有一定的相通性。以机械基础、机械制图、电工电子技术等课程为例，都需要学生掌握对应的理论知识，并能够将理论知识应用于实践中。例如柔性制造单元联调教学，本身就是工业机器人技术和数控技术结合而来的新型技术体系，在理论层面具有相同的基础。因此，无论是在理论课程教学还是学生实训环节，都应当强化二者的融合度，以实训项目体系为导向，对理论课程顺序进行相应的调整。

2.要求教师拓宽自己的理论知识宽度

在职业院校应用型人才培养理念导向下，学生的主体地位更加突出，但是受制于学生自身基础及数控教学体系本身特征的影响，学生还极难独自完成理论学习和实践训练。这就要求教师要全面拓宽自己的理论知识宽度，更好地指导学生的实训活动。在实训活动开展中，可以结合实践项目实际要求，采用多导师辅导形式，引导具有实践能力的教师参与实践指导。对学生理论知识应用方面存在的不足进行针对性辅导，要努力做到不仅使学生掌握基本的操作技能，还要让学生掌握技术应用基本原理。以机床和机器人维护教学为例，学生需要在掌握拆装、更换螺纹零件基本知识点的基础上完成图纸识读、绘制等，并能在此基础上完成螺纹编程指令和车削加工，建立真正意义上的理论联系实践的知识结构体系。

3.以“1+X”证书制度引导学生自主学习

在工业机器人技术与数控专业教育的融合中，要真正实现学生知识结构的完善和实践应用能力的提升，还应当以“1+X”证书制度为导向培养学生的自主学习能力。在当前网络学习资源不断丰富的背景之下，学校一方面要积极加强教学资源库建设，通过微课、慕课等为学生自主学习提供更加丰富的资源，另一方面还要引导学生学会自主寻找对应的学习资源，通过自主学习弥补课程教学中存在的一些不足之处，多途径地丰富自己的知识获取渠道。教师还可以多鼓励学生努力获取多元技能证书，全方位地提升学生的综合能力。

四、工业机器人技术在数控专业教育实践训练中的融合

1.完善实训方案

以数控车床柔性制造系统的实训活动开展为例，实训方案目标设定为通过实训流程开展让学生对数控加工智能化技术应用有更为深入的了解，能够准确把握工业4.0智能数控教学目标。实训内容是基于实训目标的，要求学生能够使用工业机器人技术完成数控车床编程加工的自动搬运、装卸、加工等各个流程的实训。实训组织形式为10人为一小组，时间为5天。将每组成员再分为两个小组分别练习车床编程和机器人编程后，再尝试合作完成整套系统的联动操作，最后由教师根据实际完成情况进行评价，并对设计方案进行优化，最终达到实训目的。

2.实训中的融合

实训过程中工业机器人技术与数控编程的融合是实训过程的重点所在，而机器人运行轨迹的编程是实训过程的难点所在。学生在进行编程时需要通过合理编程控制机器人各个关节的自由度，以实现机器人手爪的运行。整个流程包括上料、加工、丢弃料头、回到起点，实现运行过程的循环。学生在进行编程时，可以结合所学习理论知识完成系统化的编程，并能通过机器人动作是否规范对编程内容进行调整。通过将理论知识与实践活动的有机结合，实现知识结构的融合，为实践活动水平的提升奠定基础。

3.科学评价实训效果

通过对4个实训小组5天的实训情况的分析，发现新型实训模式有如下方面的特征：一是柔性实训模式的实施相对于传统的单一性设备实训模式，具有联动性强、贴近实际等特征，实训内容更加丰富，为学生提供了更加多元化的实训机会。二是通过机器人编程操作，利用零件的自动化操作实训，能够更好地提升学生应用机器人技术的效率，使其初步掌握数控加工智能化技术，为后续学习和企业实训流程的实施奠定良好的基础。三是小组成员通过团队合作模式进行实训操作不仅提升了自身的编程作业创新水平，还使学生逐步积累自动化改造和应用的实际经验，对学生的创新思维培养起到了积极促进作用。四是新型实训方式有效提升了学生参与实训的积极性，引导学生初步树立柔性制造系统概念符合当前数控专业应用型人才培养定位要求，对人才培养模式改革有着积极的促进作用。通过实训过程中的观察分析及最终实训结果的评价反馈发现，在实际应用中也出现不同问题，需要在后续实训组织中加以完善。一是受到设备条件影响，小组成员过多，学生能够得到的实训机会有限，尤其是在操作环节，每个小组实际操作时间不足两天，造成学生的设备操作技术掌握不够熟练。在后续实训中，如果条件允许，可以以3至4人为一个小组，并且实际操作时间能够达到3天。二是编程处理过程中学生对教师的依赖性比较强，尤其是部分小组在编程内容出现错误时，无法通过自我分析找出问题，多数情况下是在教师的指导下完成的，这限制了整体实训效果的提升。三是小组合作内部的评价体系不够完善，没有对学生个体进行针对性评价，导致部分学生未能将理论知识应用于实践操作之中。五、结语工业机器人技术与数控专业教育融合已经成为相关专业教学改革的趋势，相关教育工作者必须从思想层面认识二者深度融合的必要性，在积极利用现有条件的基础上，从理论知识教学、实践训练等层面强化对学生的融合引导，如此才能在遵循现代教育理念的基础上，为制造业培养更多高层次复合类数控专业技术人才。

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作者:郑东梅 单位:榆林职业技术学院实训中心