工业机器人这么火 千万不要忽视技术人才的培养!

2019-07-19 10:55

  一、工业机器人的发展形势综述

  1.对工业机器人的需求

  2015年5月19日,国务院正式印发了《中国制造2025》规划。规划指出,要把智能制造作为两化深度融合的主攻方向,其中工业机器人是主要抓手。

  5月21日,中国机器人产业联盟一届四次成员大会在重庆永川召开,工信部装备司张相木司长指出,在智能制造装备中,机器人尤其是智能机器人又是重中之重。近年来,我国机器人行业在国家政策的支持下,顺势而为,发展迅速,已连续两年成为世界第一大工业机器人市场。

  据统计,目前全球工业机器人年销售额约为95亿美元。2014年工业机器人销量为22.5万台左右,其中在亚洲的销量为14万台,几乎占到三分之二,超过美国和欧洲市场总和,如图1所示(数据来源:国际机器人联合会)。2014年,中国新增工业机器人56000台,其中,国产品牌17000台,如图2所示(数据来源:国际机器人联合会)。

  图1 2010-2014年机器人的销售情况

  图2 2005-2014年中国机器人的增加量

  受市场需求推动,国产工业机器人产业发展迅速,据不完全统计,目前我国已经有超过40多个机器人产业园,480家国产机器人企业。主要分布在沿海经济发达地区,主要是长三角和环渤海经济区,如图3所示(图片来源:战略与规划研究所)。

  图3 国产工业机器人产业发展迅速

  2015年两会上李克强总理政府工作报告中指出,推动产业结构迈向中高端,制造业是我们的优势产业。要实施中国制造2025,坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展,加快从制造大国转向制造强国。

  随着工业机器人技术以及智能水平的提高,工业机器人已在众多领域得到了广泛的应用。具体来看,中国则保持着35%的高增长率,远高于德国的9%、韩国的8%和日本的6%。其中,汽车、电子产品、冶金、化工塑料、橡胶等行业是中国使用机器人最多的几个行业,未来几年,随着行业的需要和劳动力成本的不断提高,中国机器人市场增长潜力会非常巨大,各行业工业机器人分布情况如图4所示。

  图4 中国工业机器人行业分布

  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3点:

  1)劳动力的供需矛盾。劳动力成本上升和劳动力供给的下降,在很多产业,尤其在中低端工业产业,劳动力的供需矛盾非常突出,这对实施机器换人计划提出了迫切需求。

  2)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的风险。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,提升企业发展效率,提升工厂的自动化、智能化程度。而工业机器人的大量应用,是提升企业产能和产品质量的重要手段。

  3)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都具有十分重要的意义。习近平主席在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,而且我国将成为全球最大的机器人市场。

  然而,尽管中国将成为当今世界上最大的机器人市场,但中国每万名制造业工人拥有的机器人数量却远低于发达国家水平和国际平均水平,如图5所示。工信部副部长苏波表示,工信部将组织制订我国机器人技术路线图及机器人产业十三五规划,到2020年,工业机器人密度达到每万名员工使用100台以上。可以看出,中国工业机器人市场至少存在7倍以上的增长,未来十年,中国工业机器人是看不到天花板的行业。

  图5 世界每万名制造工人拥有机器人数量数据

  2.对工业机器人专业人才需求

  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地摆在我们面前,在中国推行工业机器人技术,遇到的最大瓶颈不是技术短缺,而是应用人才严重缺失。北京航空航天大学机器人所所长、机器人领域著名专家毕树生教授指出:当前限制工业机器人技术应用和发展的关键不再是关键设备和技术,而是专业研发和应用人才的紧缺,长此以往,工业机器人行业将会畸形发展甚至未发展便萎缩。

  工业机器人作为一种高科技集成装备,对专业人才有着多层次的需求,主要分为研发工程师、系统设计与应用工程师、调试工程师和操作及维护人员四个层次,如图6所示。

  图6 工业机器人专业人才层次分布

  对应于专业人才层次分布,工业机器人专业人才就业方向主要分为工业机器人研发和生产企业、工业机器人系统集成商和工业机器人应用企业,其就业人才构成如图7所示。掌握技术核心知识的研发工程师主要分布在工业机器人研发企业和生产企业的研发部门,推动工业机器人技术发展;而工业机器人应用企业和工业机器人系统集成商则需要大量调试工程师和操作及维护人员,工作在生产一线,保障设备的正常运行和简单细微的调整,同时工业机器人研发与生产企业也需要大量的培训技师及懂一定专业知识的销售人员。

  图7 工业机器人专业人才就业方向

  在工业机器人专业人才需求中,需求量最大的是基础的操作及维护人员以及掌握基本工业机器人应用技术的调试工程师和更高层次的应用工程师。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。

  目前,专业人才缺口已经是阻碍工业机器人产业发展的最主要原因。对于已经完成自动化生产线改造的企业,机器人后期维护运行成本及技术已经成为迫在眉睫的问题。同时,各大汽车制造企业,也面临着没有充足的工业机器人技术人才的后勤服务保障,使得在车型更新换代时,不是对原有生产线进行升级改造,而是重新投资建设新线,造成资金浪费,严重影响了企业对市场的快速响应。再看富士康,百万机器人换人计划已经开始,大量一线操作工将被工业机器人代替,但工业机器人的专业人才却无处寻找,这也是富士康一再推迟机器换人计划的原因之一。

  综上所述,职业院校中进行机器人建设以成了当务之急。有的地区早已设置了工业机器人专业,比如无锡职业技术学院、长春汽车工业高等专科学校等。在山东省只有淄博职业学院、济宁第二高级技工学院等将要建立工业机器人专业。

  二、专业定位

  专业为培养能适应现代化建设和未来社会与科技发展的需要,德智体美全面发展与健康个性和谐统一的,富有创新精神、实践能力的工业机器人人才。为服务企业转型升级,满足智能制造的技术需求,培养机器人应用领域专门的技术技能人才。

  三、专业特色

  师资队伍专兼职相互合作,联合育人。

  实训资源注重自主开发,以及广泛利用校外资源。

  课程注重实践,理实一体教学,实训室授课,吸引学生兴趣,让学生快乐的学习。

  四、培养目标

  不同机构培养项目是不同的,如图8所示。就职业院校来说其培养目标如下。

  图8 不同机构的培养目标

  1)培养从事机器人运行维护与管理、机器人维修调试的维修人员。机器人应用企业(汽车、轨道客车等)自动化生产线上的工业机器人设备的操作技工,对工业机器人设备进行日常保养及维护、维修的机电技工。

  2)培养从事机器人(工作站)设计与安装的技能型人才。机器人集成与制造企业从事机器人设备安装或协助设备改造的技术工作等。

  3)培养机器人销售、售后客服等方面的复合人才。

  五、培养方式

  如图9所示,不同培养机构培养出来的人员其知识与能力是不同的。因此,培养方式是有异的,就职业院校来说,其培养方式如图10所示。培养顺序如图11所示,培养内容如图12所示。

  图9 不同培养机构培养的知识与能力

  图10 职业院校的培养方式

  图11 培养顺序

  图12 培养内容

  六、构建课程体系

  1.课程体系构建原则

  体现以职业能力为本位,以应用为核心,以必需、够用为原则;突出一体化教学的特点,紧密联系生产实际。

  注重用新观点、新思想来审视、阐述经典内容:适应经济社会发展和科技进步的需要,及时更新教学内容,反映新知识、新技术、新工艺、新方法。

  渗透职业道德和职业意识教育;体现就业导向,有助于学生树立正确的择业观;培养学生爱岗敬业、团队精神和创业精神:树立安全意识和环保意识。

  充分体现职业教育的特点,确保理论上是先进的,应用上是可操作的,内容上是实用的,尽量做到理论与实践的零距离。符合少而精的原则;深浅适度,符合学生的实际水平;与相邻课程相互衔接,没有不必要的交叉重复。

  以模块化教学为目的,采用了任务驱动型的编写体例,特别适合行为引导法教学,也就是教师把课堂教学变成了工厂教学,在学生遇到不能明白的问题时,先让他们自己思考,再让高年级的学生或技术工人讲解,最后再由教师补充完善。在每个任务的最后,还要让学生先带着问题查资料,再由教师、工厂技术工人、工程人员的参与下进行讨论,并由学生总结。其方法如图13所示。

  图13 构建课程体系方法

  2.课程体系

  3.专业核心课程的内容

  (1)《工业机器人应用基础》

  介绍工业机器人坐标系及其变换、机器人运动学、机器人动力学、机器人控制、机器人路径规划、机器人的组成、机器人系统、典型应用以及机器人未来发展。

  (2)《工业机器人现场编程与调试》

  主要介绍工业机器人应用系统,工业机器人基本结构,电气系统、设置坐标系、程序管理、手动示教、自动运行、复归零点,文件备份与加载等;机器人系统的电气图样,介绍专业工具进行零点校正和工具坐标系的设定方法。进行工业机器人系统简单动作的示教编程和SPS 逻辑编程,工业机器人设备进行电气维修以及程序校正。

  (3)《工业机器人离线编程与仿真》

  主要介绍流行工业机器人离线编程软件;离线软件安装方法;离线软件基本菜单功能;离线软件进行工业机器人柔性系统离线编程仿真;离线软件进行机器人工作站设计的基本方法。

  (4)《工业机器人系统安装调试与维护》

  结合具体工业机器人系统,以其机械本体部分为对象,介绍其相关的机械知识。主要内容包括机器人的相关各关节组成部分,齿轮机构、带链传动、联接等,并针对典型的工业机器人机械部分做拆装以及机械调试,电气系统运行调试和设备保养训练。

  (5)《工业机器人系统集成与应用》

  控制系统的基本概念与性能指标;控制系统的结构框图,数学模型与特点,典型环节与特性;控制系统的动态性能分析,稳态性能分析,稳定性分析及系统校正方法;主要介绍工业机器人(焊接)工作站系统的组成;工业机器人的选型、外围系统的构建、机器人与外围系统的接口技术的应用;可以辅助完成工业机器人典型工作站的设计工作(弧焊、点焊、涂胶、搬运、装配)。

  (6)《工业机器人的操作》

  主要根据时代机器人有的种类,如焊接(包括点焊和弧焊)和搬运、上下料、机加工、打磨、去毛刺、检测等来介绍各种机器人的操作。

  七、实验与实训资源的建设

  1.实验室

  1)单片机应用技术实验室

  2)PLC与电机控制实验室

  3)传感器实验室

  4)机械基础实验室

  5)电工电子实验室

  2.实训室

  1)数控加工实训室

  2)维修电工实训室

  3)机修钳工实训室

  4)工业机器人实训室

  包括以下机器人

  5)机器人安装调试实训室

  6)机器人创新实训室

  八、资源库建设

  资源库的建设,需要多个学校联合进行,其过程如图14所示,内容见图15。

  图14 资源库建设的过程

  图15 资源库包括的内容

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