工業(yè)機(jī)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(jìn)的背景下，職業(yè)教育人才培養(yǎng)體系也隨之進(jìn)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(jī)器人等新型技術(shù)成為其教學(xué)改革的重點(diǎn)所在。本文在明確工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與數(shù)控專業(yè)教育融合必要性的基礎(chǔ)之上，分析了實(shí)際融合中存在的一些問題，并從理論知識教學(xué)和實(shí)訓(xùn)融合兩個角度對融合路徑進(jìn)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(jìn)作用。

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

引言

應(yīng)用型人才培養(yǎng)已經(jīng)成為職業(yè)院校教學(xué)目標(biāo)體系的重要組成部分，對職業(yè)院校教學(xué)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(yīng)用的智能化發(fā)展趨勢，以實(shí)現(xiàn)與工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的有機(jī)融合，在完善學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的現(xiàn)實(shí)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(jī)器人技術(shù)與數(shù)控專業(yè)教育融合的必要性

工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用已經(jīng)成為我國制造業(yè)企業(yè)運(yùn)行模式變革的重要特征，智能制造不僅是實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的基本路徑，還是實(shí)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(shí)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(qiáng)化工業(yè)機(jī)器人技術(shù)融合是實(shí)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(shí)踐教學(xué)模式已經(jīng)無法滿足人才培養(yǎng)的要求了，當(dāng)下需要更加完善的知識教育體系為學(xué)生提供系統(tǒng)的實(shí)踐訓(xùn)練，這也是提升學(xué)生實(shí)操能力和創(chuàng)新意識的基本路徑。工業(yè)機(jī)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(shí)現(xiàn)二者的有機(jī)融合也是新型人才培養(yǎng)的基本要求。

二、工業(yè)機(jī)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(xué)割裂

當(dāng)前數(shù)控專業(yè)教學(xué)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(qiáng)調(diào)對學(xué)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(xùn)練的難度等，導(dǎo)致學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)無法滿足企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行自動化、智能化的革新要求。理論知識教學(xué)中，數(shù)控專業(yè)知識與工業(yè)機(jī)器人技術(shù)成為互不關(guān)聯(lián)的兩門課程，學(xué)生只能從理論上掌握基礎(chǔ)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(shí)際工作中的一些創(chuàng)新要求。

2.教學(xué)方法應(yīng)用較為滯后

理論+實(shí)踐是職業(yè)院校人才培養(yǎng)的基本模式，尤其是在當(dāng)前的應(yīng)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(chǔ)上的“3+2”培養(yǎng)模式，其更加側(cè)重于學(xué)生實(shí)訓(xùn)能力的培養(yǎng)。但是在具體落實(shí)過程中，理論與實(shí)踐脫節(jié)現(xiàn)象較為明顯，理論指導(dǎo)的作用無法充分發(fā)揮出來，實(shí)踐成效也難以體現(xiàn)出來。甚至部分院校在實(shí)踐活動組織中，與企業(yè)之間的合作不夠深入，實(shí)踐活動開展成為空談。以工業(yè)機(jī)器人技術(shù)為代表的智能化技術(shù)，在生產(chǎn)中的應(yīng)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(yīng)用能力等層面。但是多數(shù)教師還是采用灌輸式的教學(xué)模式，片面要求學(xué)生強(qiáng)化自己的理論知識記憶，這造成學(xué)生興趣不高，學(xué)習(xí)效果欠佳。

3.實(shí)踐訓(xùn)練資源缺失

在當(dāng)前數(shù)控專業(yè)教育體系中，實(shí)踐活動開展通常是采用校內(nèi)實(shí)踐和校外實(shí)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(xué)校實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)通常較為滯后，雖然部分院校已經(jīng)對工業(yè)機(jī)器人設(shè)備和數(shù)控設(shè)備進(jìn)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(shè)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(xué)生校內(nèi)實(shí)訓(xùn)開展的相關(guān)要求。部分自動化、智能化設(shè)備應(yīng)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(xué)生實(shí)踐活動更多的是觀摩形式，無法完成對應(yīng)的操作，由此導(dǎo)致實(shí)踐活動流于形式，無法體現(xiàn)實(shí)踐訓(xùn)練的成效。

4.教師指導(dǎo)能力有待提升

生產(chǎn)實(shí)踐是推動技術(shù)革新的基本力量，在當(dāng)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(jì)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(tuán)隊(duì)雖然在理論層面具有一定優(yōu)勢，但是在具體技術(shù)應(yīng)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(rèn)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(jī)融合起來，無法在學(xué)生學(xué)習(xí)和實(shí)踐過程中起到應(yīng)有的指導(dǎo)作用。

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

1.實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)的融合

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與數(shù)控專業(yè)教育在課程方面的融合是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)體系全面融合的基礎(chǔ)。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(jī)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(xué)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(jī)械基礎(chǔ)、機(jī)械制圖、電工電子技術(shù)等課程為例，都需要學(xué)生掌握對應(yīng)的理論知識，并能夠?qū)⒗碚撝R應(yīng)用于實(shí)踐中。例如柔性制造單元聯(lián)調(diào)教學(xué)，本身就是工業(yè)機(jī)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(chǔ)。因此，無論是在理論課程教學(xué)還是學(xué)生實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，都應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化二者的融合度，以實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目體系為導(dǎo)向，對理論課程順序進(jìn)行相應(yīng)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(yīng)用型人才培養(yǎng)理念導(dǎo)向下，學(xué)生的主體地位更加突出，但是受制于學(xué)生自身基礎(chǔ)及數(shù)控教學(xué)體系本身特征的影響，學(xué)生還極難獨(dú)自完成理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)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(dǎo)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)活動。在實(shí)訓(xùn)活動開展中，可以結(jié)合實(shí)踐項(xiàng)目實(shí)際要求，采用多導(dǎo)師輔導(dǎo)形式，引導(dǎo)具有實(shí)踐能力的教師參與實(shí)踐指導(dǎo)。對學(xué)生理論知識應(yīng)用方面存在的不足進(jìn)行針對性輔導(dǎo)，要努力做到不僅使學(xué)生掌握基本的操作技能，還要讓學(xué)生掌握技術(shù)應(yīng)用基本原理。以機(jī)床和機(jī)器人維護(hù)教學(xué)為例，學(xué)生需要在掌握拆裝、更換螺紋零件基本知識點(diǎn)的基礎(chǔ)上完成圖紙識讀、繪制等，并能在此基礎(chǔ)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(shí)踐的知識結(jié)構(gòu)體系。

3.以“1+X”證書制度引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)與數(shù)控專業(yè)教育的融合中，要真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的完善和實(shí)踐應(yīng)用能力的提升，還應(yīng)當(dāng)以“1+X”證書制度為導(dǎo)向培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源不斷豐富的背景之下，學(xué)校一方面要積極加強(qiáng)教學(xué)資源庫建設(shè)，通過微課、慕課等為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供更加豐富的資源，另一方面還要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會自主尋找對應(yīng)的學(xué)習(xí)資源，通過自主學(xué)習(xí)彌補(bǔ)課程教學(xué)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(xué)生努力獲取多元技能證書，全方位地提升學(xué)生的綜合能力。

四、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在數(shù)控專業(yè)教育實(shí)踐訓(xùn)練中的融合

1.完善實(shí)訓(xùn)方案

以數(shù)控車床柔性制造系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)活動開展為例，實(shí)訓(xùn)方案目標(biāo)設(shè)定為通過實(shí)訓(xùn)流程開展讓學(xué)生對數(shù)控加工智能化技術(shù)應(yīng)用有更為深入的了解，能夠準(zhǔn)確把握工業(yè)4.0智能數(shù)控教學(xué)目標(biāo)。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容是基于實(shí)訓(xùn)目標(biāo)的，要求學(xué)生能夠使用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)完成數(shù)控車床編程加工的自動搬運(yùn)、裝卸、加工等各個流程的實(shí)訓(xùn)。實(shí)訓(xùn)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(xí)車床編程和機(jī)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(shí)際完成情況進(jìn)行評價(jià)，并對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，最終達(dá)到實(shí)訓(xùn)目的。

2.實(shí)訓(xùn)中的融合

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

3.科學(xué)評價(jià)實(shí)訓(xùn)效果

通過對4個實(shí)訓(xùn)小組5天的實(shí)訓(xùn)情況的分析，發(fā)現(xiàn)新型實(shí)訓(xùn)模式有如下方面的特征：一是柔性實(shí)訓(xùn)模式的實(shí)施相對于傳統(tǒng)的單一性設(shè)備實(shí)訓(xùn)模式，具有聯(lián)動性強(qiáng)、貼近實(shí)際等特征，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容更加豐富，為學(xué)生提供了更加多元化的實(shí)訓(xùn)機(jī)會。二是通過機(jī)器人編程操作，利用零件的自動化操作實(shí)訓(xùn)，能夠更好地提升學(xué)生應(yīng)用機(jī)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(xué)習(xí)和企業(yè)實(shí)訓(xùn)流程的實(shí)施奠定良好的基礎(chǔ)。三是小組成員通過團(tuán)隊(duì)合作模式進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作不僅提升了自身的編程作業(yè)創(chuàng)新水平，還使學(xué)生逐步積累自動化改造和應(yīng)用的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對學(xué)生的創(chuàng)新思維培養(yǎng)起到了積極促進(jìn)作用。四是新型實(shí)訓(xùn)方式有效提升了學(xué)生參與實(shí)訓(xùn)的積極性，引導(dǎo)學(xué)生初步樹立柔性制造系統(tǒng)概念符合當(dāng)前數(shù)控專業(yè)應(yīng)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(jìn)作用。通過實(shí)訓(xùn)過程中的觀察分析及最終實(shí)訓(xùn)結(jié)果的評價(jià)反饋發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用中也出現(xiàn)不同問題，需要在后續(xù)實(shí)訓(xùn)組織中加以完善。一是受到設(shè)備條件影響，小組成員過多，學(xué)生能夠得到的實(shí)訓(xùn)機(jī)會有限，尤其是在操作環(huán)節(jié)，每個小組實(shí)際操作時間不足兩天，造成學(xué)生的設(shè)備操作技術(shù)掌握不夠熟練。在后續(xù)實(shí)訓(xùn)中，如果條件允許，可以以3至4人為一個小組，并且實(shí)際操作時間能夠達(dá)到3天。二是編程處理過程中學(xué)生對教師的依賴性比較強(qiáng)，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(dǎo)下完成的，這限制了整體實(shí)訓(xùn)效果的提升。三是小組合作內(nèi)部的評價(jià)體系不夠完善，沒有對學(xué)生個體進(jìn)行針對性評價(jià)，導(dǎo)致部分學(xué)生未能將理論知識應(yīng)用于實(shí)踐操作之中。五、結(jié)語工業(yè)機(jī)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(xué)改革的趨勢，相關(guān)教育工作者必須從思想層面認(rèn)識二者深度融合的必要性，在積極利用現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上，從理論知識教學(xué)、實(shí)踐訓(xùn)練等層面強(qiáng)化對學(xué)生的融合引導(dǎo)，如此才能在遵循現(xiàn)代教育理念的基礎(chǔ)上，為制造業(yè)培養(yǎng)更多高層次復(fù)合類數(shù)控專業(yè)技術(shù)人才。

參考文獻(xiàn)：

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作者:鄭東梅 單位:榆林職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)訓(xùn)中心