工业机器人专业课程教学建设方案（2018-2021）

工业机器人专业课程教学建设方案（2018-2021）一、工业机器人专业人才现状（一）工业机器人时代自20世纪60年代初第一台工业机器人问世到现在，短短50多年，工业机器人技术和周边配套应用得到了迅速发展，工业机器人系统在自动化、智能化、定制化生产制造领域得到广泛应用。国际机器人联合会统计数据表明，2013年，全球工业机器人销售量增长12%，达到17.8万台，中国市场共销售工业机器人近3.7万台，约占全球销量五分之一，总销量超越日本，成为全球第一大机器人市场。2014年，工信部统计的最新数据表明，中国市场共销售工业机器人约5万台，保持着35%的高增长率，远高于德国、韩国、日本等发达国家和制造强国，标志着中国已正式进入工业机器人时代。国际机器人联合会IFR数据显示，2016年中国工业机器人销量9万台，同比增长31%。高工产研机器人研究所（GGII）数据显示，2017年中国市场工业机器人销量13.6万台，同比增长60%，预计2018年中国市场工业机器人出货量有望超18.5万台。图1我国工业机器人产量及同比增速预测中国工业机器人市场之所以能有如此迅速的增长，主要源于以下三点：劳动力的供需矛盾。劳动力成本上升和劳动力供给下降，在很多产业，尤其在中低端制造产业，劳动力供需矛盾非常突出，这对实施“机器换人”计划提出了迫切需求。企业转型升级的迫切需求。随着全球制造业转移的持续深入，先进制造业回流，中国的低端制造业面临产业转移和空心化风险。因此，中国的制造业企业迫切需要转变传统的制造模式，降低企业运行成本，提高企业发展效率，完善工厂的自动化、智能化改革。工业机器人的大量应用，是企业转型升级的重要手段。国家战略需求。工业机器人作为高端制造装备的重要组成部分，技术附加值高，应用范围广，是我国先进制造业的重要支撑技术和信息化社会的重要生产装备，将对未来生产、社会发展以及增强军事国防实力具有十分重要的意义。国家主席习近平在2014年两院院士大会上强调：“机器人革命”有望成为“第四次工业革命”的一个切入点和重要增长点，将影响全球制造业格局。同时“中国制造2025”规划的提出与落地，使得工业机器人在制造业革命和供给端改革中发挥了重要作用，促使产业快速发展。（二）人才需求现状虽然多种因素推动着我国工业机器人的发展，但一个越来越大的问题清晰的摆在我们面前，中国工业机器人行业发展，遇到的最大瓶颈不是技术短缺和资金支持，而是专业人才严重缺失。目前，国内针对工业机器人职业教育正处于起步阶段，还未形成指导标准和样板工程，针对工业机器人应用人才的课程和科普性教育都处于空白状态。当前社会的普遍反映是：工业机器人虽然很热门，人才缺口巨大，但是由于教育滞后的原因，学校普遍没有建立工业机器人专业和相应的实训工作站，因此学校教师难以取得机器人的任教资格，学生也不能取得机器人相关证书。当前从事工业机器人安装调试、工业机器人现场编程、机器人自动线维护等岗位的人员主要来自对电气自动化技术、机电一体化等专业毕业生的二次培训，而且短期培训难以达到岗位要求。这都说明了目前我国的工业机器人的教育已经明显落后于工业的发展需求。对于职业院校来说，主要精力应放在应用型人才培养，而具体到工业机器人专业教育方面，则应以培养工业机器人安装调试维护工程师和售前售后技术支持工程师为主要目标，使学生具有扎实的工业机器人理论知识基础、熟练地工业机器人操作能力和丰富地工业机器人调试与维护经验。对于这些学生，毕业后主要面向于工业机器人应用企业和工业机器人系统集成商，同时，部分优秀学生也可进入工业机器人生产企业，接触到工业机器人核心技术，为工业机器人发展贡献自己的力量，同时也能获得一个更加光明的职业前景，如图2所示。图2工业机器人专业人才需求前景（三）专业人才定位工业机器人作为多项技术的高度集成设备，对专业人才有着多层次的需求，主要分为安装调试维护工程师、售前售后技术支持工程师、系统集成开发工程师、项目经理四个层次，如图3所示。需求量最大的是服务于生产一线的操作工人以及掌握基本应用技术的技术工程师，中国机械工业联合会的统计数据表明，中国当前机器人应用人才缺口20万，并且以每年20%-30%的速度持续递增。因此，工业机器人专业人才的培养，要更加着力于应用型人才的培养。图3工业机器人专业人才层次分布“全国机械行业工业机器人与智能装备职业教育集团”作为国内最先开展工业机器人职业技能标准规划及评定的单位，涵盖了职业院校、工业机器人厂商、系统集成商和应用企业，真正实现了校企直接对接，让企业参与到人才培养方案的设计与实施，将企业用人标准和职业目标与教学要求相融合，初步指定出了职业岗位对应的特定能力，如表1所示，为职业学校开展教学提供指导性意见。表1工业机器人职业岗位能力与典型工作任务分析职业岗位工作任务职业能力工业机器人编程员工业机器人程序编制能识读机械原理图能看懂自动线电气系统图能对工业机器人及自动线电气系统进行安装、调试能编制安装、调试相关技术文档能看懂工业机器人英文操作手册能根据作业对象对工业机器人进行编程电气系统安装、调试能实现工业机器人和外设通信工作站及作业系统的维护能正确认识和掌握工业机器人基本类型、结构、工作原理能进行工业机器人常见故障诊断工作站总控系统编程、调试（PLC、人机界面、总线通信等）能运用总线技术实现各单元的通信能实现PLC和外界通信能运用组态和触摸屏技术设计工作站总控系统的人机界面能进行简单的PLC硬件系统设计能编程实现PLC对外设的控制工业机器人工作站安装调试员电气元器件安装能识读电气原理图和接线图能使用常用电工、电子仪表熟练安装电工、电子元器件配接线能根据控制要求配线能按照系统图接线电气系统检测会选用及检测常用电工、电子元件能撰写系统检测相关技术文档控制系统调试会使用常用控制系统能编制基本测试程序能撰写系统测试文档驱动系统调试会选用交流电机和变频器会选用伺服电机和伺服驱动器会选用步进电机和步进驱动器能识读液压、气动系统图能对液压、气动系统进行拆装能对液压、气动系统进行电气控制机电系统联调能看懂系统机械、电气原理图能根据基本控制要求编制测试程序能撰写系统联调相关技术文档工业机器人系统集成助理工程师工业机器人工作站方案辅助设计能分析客户需求情况能根据客户需求情况选择工业机器人能根据客户需求选择外围控制系统能设计机器人与主控的基本接口会设计数控系统与主控的基本接口能针对客户需求编制基本设计方案工业机器人工作站系统仿真辅助设计能使用工业机器人仿真软件进行系统仿真能使用电气软件进行电气系统仿真工业机器人工作站主控系统程序辅助设计能使用电气仿真软件进行控制系能编制基本主控系统程序能编制安全控制器系统程序能根据对象对机器人视觉系统进行基本设置工业机器人系统程序示教会设置工业机器人坐标系统会设置工业机器人作业原点会使用工业机器人常用指令能对工业机器人进行直线、圆弧等轨迹示教能对工业机器人弧焊系统进行示教能对工业机器人点焊系统进行示教工业机器人工作站系统说明文件编制会编制工业机器人工作站基本使用说明会编制工业机器人工作站系统基本维护说明工业机器人销售、服务助理工程师客户需求分析能根据客户需求进行产品选型能撰写需求分析报告营销策划能根据产品特点进行营销策划能撰写营销策划相关技术文档产品售后服务具备沟通能力，及时明确客户需求能根据客户需求，解决常见技术问题品质管理助理工程师产品检测能看懂产品原理图能使用常用检测工具检测产品会撰写产品质检报告产品质量控制具备沟通能力，明确质量控制需求能按照ISO质量控制流程进行质量控制会撰写质量控制报告二、人才培养规划工业机器人作为职业教育中的新型专业，其教学体系、课程标准、技能认定等均处在制定中，需要与当前教育形式和院校本身特点及需求结合，逐步归纳整理出符合国情的人才培养规划。工业机器人的应用特点使得其行业就业面很广，没有任何局限性，使得学校在专业规划时无从下手。为此需与工业机器人生产和使用企业合作，共同将工业机器人的人才培养规划落地，开设满足自身需求的特色专业。（一）人才培养模式专业名称：机械加工技术专业代码：051200学习年限：全日制三年人才培养目标：掌握工业机器人运行与维护专业的基础理论和操作技能，能独立从事工业机器人应用系统的安装、调试、编程、维修、运行与管理等方面的工作任务，具有一定操作实践经验的技术技能型人才。就业岗位方向：工业机器人应用企业的生产一线操作工、生产线运行维护工、设备安装检修工等，工业机器人系统集成企业的现场安装操作工、设备调试测试工、售前售后技术工程师等。（二）指导性教学计划课程名称课程代码学分总学时理论课时实践课时考核方式年级／学期／课时数第一学年第二学年第三学年上下上下上下总计581100592448072605456240基础专业课电工技术19020433604020S6电工实训1902077120020C20电子技术19020473604020S6电子实训1902075120020C40电气控制技术19022732402020S4PLC及其应用19020083603030S4传感器应用技术19020052402020S4单片机应用技术18022453603030S4C语言程序设计2.5482424C4机械图样识读与测绘18021604724824S6机械设计基础18020064724824S6液压与气动技术19020132.5482424S4金工实训1902004240040C40小计30640324316072564880核心专业课电机驱动技术24040C4工业机器人技术基础2.5442024C4机械设备拆装实训190219714040C40SolidWorks机械设计1902132364S6工业机器人编程与调试19022893.5402020C40机器人工作站应用与维护19022463442024S4智能生产线运行与维护3402024S4小计18312120132004504800拓展专业大中型PLC应用技术190222323232C4现场总线应用技术190220023636C4劳动法与环境保护230126623636C4机电类实训室管理与维护44444C4小计10148148000000160三、工业机器人课程教学建设解决方案（一）E-Robot体系工业机器人是机电技术集大成者，包含了机械设计、机构优化、运动控制、编程仿真、电气接线、通讯联调等各种应用技能，要想真正成为一名合格的工业机器人专业人才，仅学习工业机器人相关知识远远不够，还需要更多的基础技术、工艺知识、设备联调技能，配合丰富的应用经验和周边设备使用能力。而这种培养过程必须通过系统的、专业的学习，是短期培训班、技能速成班无法实现的。所以，对于职业院校，建设工业机器人专业教育是必要的，培养急需的工业机器人专业人才也是大势所趋。针对职业教育特点，综合最新技术及产品，融合新形态教育形式和互联网+理念，提出了以实训设备（Robot）为基础、以离线编程（OfflineProgramming）为手段、以课程体系（Book）为核心、以教学就业（Occupation）为导向、以师资培训（Training）为保障的职业院校工业机器人专业建设整体解决方案，如图4所示。E-ROBOT体系融合了“理虚实”一体化建设思路，将关注点落地在实训开展和专业建设上，为院校提供完全配套的工业机器人人才培养路径规划，切实解决的职业院校的实训设备、教学开展、师资培养、就业指导等一系列问题。图4E-ROBOT体系（二）专业建设目标1.基础教学功能为学校相关专业的学生提供理论教学、操作实训、技能拓展等功能，满足基础教学要求，提升专业教学能力，创办特色专业、品牌专业；2.师资培养功能作为本校及周边院校的专业教师的教学能力提升和经验技术交流基地，满足青年教师的教学业务提高、骨干教师的特色教学改革、学科带头人的品牌专业建设需求，实现教师队伍专业化梯队建设；3.社会培训功能利用学校专业的师资队伍和实训基地，为本地区及周边省市的企业、培训机构、社会团体提供工业机器人应用技术相关的专业技能培训，承办工业机器人相关培训项目，提高实训设备利用率，服务社会，回报学校；4.技能竞赛功能实训设备设计选型参照技能竞赛相关标准，在布局时充分考虑比赛空间，可作为竞赛实训基地，或承办相关竞赛项目；5.校企合作功能引入行业知名的国内外企业，将中心作为企业的技术服务基地和产品展示平台，建立校企合作关系，对接学校的优势技术与企业的功能需求，整合资源，共同促进本体及周边地区产业发展；6.就业指导功能与工业机器人应用企业开展合作，利用云平台将企业岗位需求与学校人才培养对接，学生入校即可根据岗位要求制定学习计划，企业随时可查看目标人才的学习近况，提高学生学习目标性和就业成功率。（三）校企合作教育服务1.专业建设服务与学校共同成立专业教学指导委员会，共同参与制定适合学校定位和学生需求的精细化人才培养方案，与企业需求精确对接，和周边院校差异化竞争，建设特色专业。2.师资培养服务提供专业的专家培训服务，根据培训目标不同分为现场设备使用培训、技能提升与拓展培训、教学方法研讨与应用，培训团队由工业机器人本体厂商工程师、系统集成应用行业专家和一线授课教师组成，满足专业教师、骨干教师到专业带头人的全面培训服务。3.课程开发资源共建服务与学校根据所采购设备和定制开发设备，协助学校共同开发定制课程，包括但不限于教材编写、微课开发、3D虚拟实训等内容，帮助学校共同申请省、部级精品课程，提高学校教学水平，增强内涵建设。4.实训基地及技能认证服务在学校专业建设达到一定标准后，协助学校共同申请“工业机器人技能认证教育中心”体系认证，获得官方授权的“工业机器人公共实训基地”称号，向1-2名专业教师在通过系统培训和体系考核后颁发“工业机器人教师资格认证”证书，可向在实训基地完成系统培训教学的学员并通过体系认可的考核后颁发“工业机器人操作应用工程师认证”。5.就业推荐和社会培训服务为学校提供精确的企业用工需求，协助学校开设定向班、订单班，促成优质学生到企业中实习锻炼，在学校开设工业机器人行业专场招聘会。同时将企业急需的职工岗前培训、技能提升锻炼需求引回学校，实现实训基地的造血功能，提高设备使用率。（四）建设效果及布局紧贴“中国制造2025”发展战略，结合当前最前沿的工业机器人技术，以智慧工厂和智能制造为主题，为学校搭建一个培养工业机器人技术应用专业人才的平台，也为工业机器人技术推广和发展提供一个展示舞台，促进当地制造业向智能化改革的步伐。专业建设以E-ROBOT体系为主线，以人才培养和师资队伍建设为根本，围绕专业建设和课程改革，构建理虚实一体化的工业机器人特色专业，建设后效果如图5所示。图5工业机器人专业建设整体效果图（五）建设清单及预算表1第一期建设清单名称规格型号数量预算备注表2第二期建设清单名称规格型号数量预算（六）教学模式在信息技术高速发展的时代背景下，职业教育体系也在不断发展和完善。建设方案要立足于职业教育发展需要，采用项目式教学和任务驱动式教学以适用于现代职业教育模式。1.营造真实的岗位环境与瑞士ABB公司、德国KUKA公司、上海新时达公司等工业机器人厂商深度合作，制定集教学、科研、社会服务于一体的建设标准，课程教学与软硬件设备一一配套，实训项目涵盖了工业机器人主流应用内容，与企业需求无缝对接。在实施人才培养的过程中，将岗位的工作流程及要求渗透到每一门课程内容中，使学生在真实岗位中学习专业核心能力。2.体现学生的主体作用“以学生为中心”，根据学生特点，激发学生学习兴趣，采用任务驱动、项目导向等多种形式的“做中学、做中教”教学模式，为学生创设更多的问题情境、使教学内容问题化，组织学生访问、考察，引导学生发现问题、提出问题、分析问题，以达到教会学生解决问题的方法。3.发挥兼职教师的优势能力邀请工业机器人生产企业和应用企业这些行业企业的专家到学校开设新技术讲座、合作开发课程教材及资源、共同进行实践环节的教学工作、与校内专任教师组队开展课题研究等方式，开展深度的校企合作，提高人才培养质量和师资队伍整体水平。4.利用现代化技术手段通过教学资源库建设，使学校在教学过程中可以利用丰富的视频、动画、文本等教学资源，提高学生学习兴趣。在实际教学中，利用在线云平台发布课程教学内容，实时更新优质资源，随时采集每个学生个体的学情信息，支持多种终端平台使用，实现课上课下无缝对接，提高教学效率。（七）课程体系课程体系以工业机器人技术为核心，结合了电气自动化、机械设计、传感器应用、加工工艺等专业技能，充分借鉴了机电一体化、电气自动化等相关专业的成熟规划，融入了新形态、新思路的教学理念，充分发挥现代化教学资源的优势，使学生更乐于学习。在制定课程体系的过程中，深入分析职业的岗位技术领域和工作任务，明晰各个岗位所需的专业知识、能力和素养的需求，联合专业教师和行业专家进行系统化设计和程序化课程，从工业机器人技术的职业岗位典型工作任务出发，提供一套行之有效的体系参考，可以方便的与自身课程融合实践，满足教学实际需求。课程体系根据教学要求、技能目标、需求定位等因素分为核心基础课程、专业技能课程和综合应用课程三大类共十三门，同时专业技能课程会随着新产品的研发而不停丰富，涵盖了从工业机器人技术认知、基础操作及编程、工艺应用及实践到系统集成及实训的所有教学内容，为学校建设工业机器人专业提供了一体化课程解决方案，配合自身已完成的平台技术课程和专业课程，优化课程设计，实现教学落地。核心基础课程，如图7所示，面向所有开设工业机器人专业的高职、中职及技工