浅谈智能工业机器手实训室建设
浅谈智能工业机器手实训室建设
一、智能工业机器手机器人技术发展历史与现状
机器人产业被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，发展机器人产业已成为世界各国抢占未来经济科技制高点的国家战略。随着工业产业的转型升级，工业机器人的应用呈逐年快速增长态势。2013 年4 月，德国政府提出“工业 4.0”战略，并在 2013 年4 月的汉诺威工业博览会上正式推出，其目的是为了提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。德国学术界和产业界认为，“工业 4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统—信息物理系统相结合的手段 ，将制造业向智能化转型。
全球工业机器人增长迅猛，市场规模300亿美元，全球工业机器人在2017年销量为38.7万台，同比增长31%，中国则安装了约13.8万台工业机器人，需求增长58%，相比欧美发达国家，德国增长了8%，美国只增长6%，这数据来自国际机器人联合会。
在2018年，机器人技术支出将达到940亿美元，占整个2017-2021年预测支出的90%以上。2018年全球机器人和无人机解决方案的支出将达到1031亿美元，比2017年增长22.1%。
2019年，有关机器人的离散制造业和流程将成为支出总额超过800亿美元的主要行业。工业机器人解决方案将占机器人支出的最大份额(超过70%)，其次是服务机器人和消费机器人。
2020年，全球将有300多万台工业机器人投入使用，增长速度令人惊叹，作为机器人消费大国，连续5年成为全球第一大工业机器人应用市场，我国机器人需求将占全球需求40%。另外，今年全球机器人产业规模将增长到300亿美元。
IDC预计，到2021年，这一支出将增加一倍以上，达到2184亿美元，复合年增长率(CAGR)为25。
中国将成为最大的机器人地理市场，中国将提供超过30%的机器人支出，接下来的是亚太地区的其余部分、美国和日本。中国(55.5%复合年均增长率)和其余亚太地区(不包括中国和日本) (62%复合年均增长率)的强劲支出增长将在2021年之前将这两个市场内的资金投入超过西欧。工业机器人“中国制造2025”也被称为中国版的工业4.0规划，工业机器人的使用是实现中国制造转型升级的强力技术手段。
二、智能工业机器人实验室重要性
“工业 4.0”项目主要分为两大主题，一是“智能工厂”，重点研究机器人智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及 3D 技术在工业生产过程中的应用等。
美德日等发达国家的工业革命信号给中国制造业敲响了警钟。而中国经济产业结构调整、劳动力成本上升、 人口老龄化劳动力减少等因素。迫使将技术走入学校打造在校应用型人才、劳动力供给改革和国家政策支持，正助推工业智能产业快速成长，带有定制特性的智能装备将推动中国制造业转型，未来十年甚至更长时间，我国将迎来新一轮人力替代，即工业智能化，工业 4.0 智能装备迎来春天。
国际上对机器人的概念已基本趋于一致，都认为机器人是靠自身动力和控制能力实现各种功能的一种自动化机械。工业智能机器人技术是为了解决工业生产中的其他方面的问题，比如技能短缺、生产标准化及效率、工作场所安全，以及跟上企业不断加快的步伐并为企业带来更高的效益。中国机器人密度的发展在全世界最具活力。2020年之前跻身全球十大自动化国家之列。中国的机器人密度将达到每万人150台。
三、智能工业机器人实验室紧迫性
1、国家政策导向
依据工信部、教育部等国家部委出具的相关文件精神提出，为适应产业技术的发展要求，国家确定了加快发展现代工程应用型、应用型技术人才教育的任务措施。确立了在国家人才培养体系中的重要位置，促进形成“崇尚一技之长、不唯学历凭能力” 的社会氛围，激发年轻人学习工程应用型技能的积极性。目标是面向生产一线培养以技术为基础的技能型人才。
《智能制造“十三五”发展规划》提出，2025年前，推进智能制造实施“两步走”战略：第一步，到2020年，智能制造发展基础和支撑能力明显增强，传统制造业重点领域基本实现数字化制造，有条件、有基础的重点产业智能转型取得明显进展；第二步，到2025年，智能制造支撑体系基本建立，重点产业初步实现智能转型。
由此可见，现代化工业 4.0 生产系统应用与维护专业的建设和人才培养， 是顺应工业产业技术发展的需求，是符合高技能人才培养的需要。机器人技术是先进制造业中不可替代的重要装备和手段，我国已经是世界公认的制造业大国，但随着劳动力成本的不断提高，经济发展模式必须进行调整，生产自动化、柔性化、智能化，发展高新技术产业已经成为必由之路。
一是国家政策支持：加速高新技术产业化的重要前提，自动化、柔性化、智能化属于国家战略性高技术，是多项前沿技术和综合实力的体现，国家应该制定长远政策加以规划和发展。
二是提升人才培养质量：大力推动专业设置与产业需求、课程内容与工程应用型标准 、教学过程与生产过程“三对接”,产教深度融合，做到学 以致用，推动产学研联盟建设， 形成强大的研究，开发和应用队伍。机器人应用技术涉及机械、自动化、计算机、人工智能 、机器人等诸多学科，只有将国内所有力量组织起来，群策群力，才能培养出高新技术人才 。
三是创新工程应用型教育模式：扩大工程应用型院校在专业设置。加快发展与技术进步和生产方式变革以及社会公共服务相适应、产教深度融合的现代工程应用型教育，培养数以亿计的工程师、高级技工和高素质工程应用型人才，为广大年轻人打开通向成功成才的大门，提高中国制造和中国装备的市场竞争力，促进经济提质增效升级。 纵观整个教育的改革措施，应用型人才培养、工程应用型教育对社会经济，企业提质增效具有最直接、最紧密的关系，更是实现生产方式变革工业转型升级的基石。加快发展现代化工程应用型教育是提高制造业和装备的市场竞争力和经济提质增效的重要战略举措。
2、制造业的困境
近 5 年来，市场从相对稳定型转向动态多变型。市场的需求和企业产品特点表现为： 市场的竞争日益激烈、市场需求的多变性和不可预测性、产品生命周期日益缩短、产品需求趋于顾客化。在这种动态竞争全球化的市场和“人口红利”即将消失的环境中，我国的制造工业应用情况正在发生质的变化。制造企业不再追求劳动力的廉价，而是努力获得高精高效的生产方式与管理手段。 企业生存和可持续发展已成为必须首先考虑的问题，这迫使企业努力寻找一种具有高自动化、高生产率、高质量和低成本的产品零件加工制造系统来替代，低能低效、重复性简单、人口密集型的传统制造方式，（即机器人应用生产）。用最短和最直接的生产方式对市场需求变化及时响应，并使包括厂房、设备及人力在内的资源得到最有效地利用，达到企业生产经营能力整体优化提质增效目的。
调查显示，目前长江三角洲和珠三角州地区各企业设备维护、维修和管理类设备保全人才普遍存在数量不足，学历较低，年龄偏大，综合技能不强的问题，掌握现代自动化设备维护维修、工业机器人设备应用与维修技能的人才更是稀少，严重制约了企业机电设备使用效率。
四、人才就业现状
研究表明，在未来八年中，将会创造多于 200 万个工作岗位，生产力和竞争力也是制造企业在全球市场上不可或缺的。机器人和自动化是解决问题的关键。由于机器人和自动化有些工作量减少了，但研究强调它们也创造了更多的工作机会。工业 4.0 生产线的日常维护、修理等方面都需要各方面的专业人才来进行处理，这就无形中带动了一大批与机器人相关的就业途径，产生的新岗位也是非常之多的。
据不完全统计，一台机器人要 3 到 5 名相关的操作维护和集成应用人才，保守估计 ，机器人市场在以每年 20%-30%的速度递增，而相应的人才储备数量和质量却捉襟见肘。
目前一个机器人高端集成应用的技术人才，年薪高达 50 万元，而操作机器人的技术人员，一年来工资已涨了一倍，与机器人相关的专业技术人才将随着机器人产业的雄起而迎来新的事业起点。
机器人始终需要人来操作、维护、保养。人和机器的关系属于一种控制链的关系， 因此只有将人与机器进行协同合作才能达到人机合一的效果，为企业创造更高的工作效率，所以机器人产业的壮大又为机器人服务人才制造了新的市场机会。“人不可能完全被机器人代替，眼下很多企业最大的问题就是技术工人的招募和管理问题。
关于机器人的服务，不少机器人生产企业也提供相应的售后服务，但服务费用高昂， 甚至人工需要按小时计算。有业内人士称，浙江一家纺织企业引进了德国的先进设备后， 企业员工对这些设备技术的操控和运用并不熟悉，只能邀请德国技术专家来进行技术指导，以便让员工学会如何使用和维护设备，为此企业仅咨询费就支付了 11 万欧元。
显然，工业自动化正在逐渐成熟，工业 4.0 浪潮迎面而来，当越来越多的生产企业 开始大规模采用工业 4.0 时，中国也即将成为全球最大的机器人消费需求国。
五、智能工业机器手人才培养目标与职业方向
1、培养目标
本专业培养适应现代制造业企业机器人技术相关岗位的技术人才，应具有与我国现代化建设用工要求相适应的文化水平和人文、科技素质；具有良好的职业道德和终身学习意识：掌握工业机器人技术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，能服从生产管理的技能型人才。
2、职业方向
（1）主要就业岗位：机器人工作站的操作、运行维护、安装、调试与管理。
（2）辅助就业岗位：生产线的日常维护管理、机电设备安装与维护。
（3）发转岗位：机器人工作站的开发、维修、机电设备销售、技术支持等岗位。
六、智能工业机器手实训室构想与目标
1、建设思路
根据院系发展规划，着力提高教学与专业建设，本实验室建设方案充分体现机器人发展趋势与应用动向，所展示的机器人类型丰富，涉及内容全面。以结合生产实际的实训为核心设施，注重基础训练，适当兼顾未来应用的新型机器人，拓展学生视野。建设成为国内先进、特色明显，具有示范代表性的机器人主题实验室。机器人实验室总体采取分区教学模式，包括：基础训练区、应用综合实训区、拓展展示区。三部分既相互区分又相互联系，由浅入深，由单机到系统，技术具有连续性。由实验平台模拟到实际工业现场应用，由工业机器人到特种机器人，让学生逐步掌握机器人技术、工业机器人现场应用与操作、工业控制与运动控制等机器人实用技术。在掌握机器人高级技术应用的同时，训练学生动手能力、操作能力和故障检测维护能力。
1+X工业机器人实训台由工业机器人、标准实训台、快换工具模块、样件套装、平面绘图模块、曲面绘图模块、搬运模块、码垛模块、通用电气接口套件、仓储模块、井式供料模块、皮带运输模块、装配模块、外围控制器套件、RFID 模块、旋转供料模块、变位机模块、棋盘模块、上料暂存模块、PC Interface 模块、Multitasking 模块、World zones模块、计算机与桌椅、无油静音气泵、模块存储柜、离线编程仿真软件组成。
1+X工业机器人实训台系统融入工业机器人技术、机械传动技术、电子电工技术、多种作业技术、智能传感技术、可编程控制技术、机器视觉技术、计算机技术、串口通信技术、以太网通讯技术、离线编程仿真技术等先进制造技术，涵盖工业机器人、机械设计、电气自动化、智能传感、智能制造等多门学科的专业知识。
1+X工业机器人实训台具有工业机器人应用编程中级、初级实训考核功能，能进行工业机器人应用编程（初级）考证。
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