智能工業(yè)機器手實訓(xùn)室建設(shè)參考
一、智能工業(yè)機器手機器人技術(shù)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀
機器人產(chǎn)業(yè)被譽為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)已成為世界各國搶占未來經(jīng)濟科技制高點的國家戰(zhàn)略。隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，工業(yè)機器人的應(yīng)用呈逐年快速增長態(tài)勢。2013 年4 月，德國政府提出“工業(yè) 4.0”戰(zhàn)略，并在 2013 年4 月的漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出，其目的是為了提高德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機。德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認為，“工業(yè) 4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，該戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)—信息物理系統(tǒng)相結(jié)合的手段 ，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。
全球工業(yè)機器人增長迅猛，市場規(guī)模300億美元，全球工業(yè)機器人在2017年銷量為38.7萬臺，同比增長31%，中國則安裝了約13.8萬臺工業(yè)機器人，需求增長58%，相比歐美發(fā)達國家，德國增長了8%，美國只增長6%，這數(shù)據(jù)來自國際機器人聯(lián)合會。
在2018年，機器人技術(shù)支出將達到940億美元，占整個2017-2021年預(yù)測支出的90%以上。2018年全球機器人和無人機解決方案的支出將達到1031億美元，比2017年增長22.1%。
2019年，有關(guān)機器人的離散制造業(yè)和流程將成為支出總額超過800億美元的主要行業(yè)。工業(yè)機器人解決方案將占機器人支出的最大份額(超過70%)，其次是服務(wù)機器人和消費機器人。
2020年，全球?qū)⒂?00多萬臺工業(yè)機器人投入使用，增長速度令人驚嘆，作為機器人消費大國，連續(xù)5年成為全球第一大工業(yè)機器人應(yīng)用市場，我國機器人需求將占全球需求40%。另外，今年全球機器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模將增長到300億美元。
IDC預(yù)計，到2021年，這一支出將增加一倍以上，達到2184億美元，復(fù)合年增長率(CAGR)為25。
中國將成為最大的機器人地理市場，中國將提供超過30%的機器人支出，接下來的是亞太地區(qū)的其余部分、美國和日本。中國(55.5%復(fù)合年均增長率)和其余亞太地區(qū)(不包括中國和日本) (62%復(fù)合年均增長率)的強勁支出增長將在2021年之前將這兩個市場內(nèi)的資金投入超過西歐。工業(yè)機器人“中國制造2025”也被稱為中國版的工業(yè)4.0規(guī)劃，工業(yè)機器人的使用是實現(xiàn)中國制造轉(zhuǎn)型升級的強力技術(shù)手段。
二、智能工業(yè)機器人實驗室重要性
“工業(yè) 4.0”項目主要分為兩大主題，一是“智能工廠”，重點研究機器人智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)；二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動以及 3D 技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。
美德日等發(fā)達國家的工業(yè)革命信號給中國制造業(yè)敲響了警鐘。而中國經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、勞動力成本上升、 人口老齡化勞動力減少等因素。迫使將技術(shù)走入學(xué)校打造在校應(yīng)用型人才、勞動力供給改革和國家政策支持，正助推工業(yè)智能產(chǎn)業(yè)快速成長，帶有定制特性的智能裝備將推動中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型，未來十年甚至更長時間，我國將迎來新一輪人力替代，即工業(yè)智能化，工業(yè) 4.0 智能裝備迎來春天。
國際上對機器人的概念已基本趨于一致，都認為機器人是靠自身動力和控制能力實現(xiàn)各種功能的一種自動化機械。工業(yè)智能機器人技術(shù)是為了解決工業(yè)生產(chǎn)中的其他方面的問題，比如技能短缺、生產(chǎn)標準化及效率、工作場所安全，以及跟上企業(yè)不斷加快的步伐并為企業(yè)帶來更高的效益。中國機器人密度的發(fā)展在全世界最具活力。2020年之前躋身全球十大自動化國家之列。中國的機器人密度將達到每萬人150臺。
三、智能工業(yè)機器人實驗室緊迫性
1、國家政策導(dǎo)向
依據(jù)工信部、教育部等國家部委出具的相關(guān)文件精神提出，為適應(yīng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展要求，國家確定了加快發(fā)展現(xiàn)代工程應(yīng)用型、應(yīng)用型技術(shù)人才教育的任務(wù)措施。確立了在國家人才培養(yǎng)體系中的重要位置，促進形成“崇尚一技之長、不唯學(xué)歷憑能力” 的社會氛圍，激發(fā)年輕人學(xué)習(xí)工程應(yīng)用型技能的積極性。目標是面向生產(chǎn)一線培養(yǎng)以技術(shù)為基礎(chǔ)的技能型人才。
《智能制造“十三五”發(fā)展規(guī)劃》提出，2025年前，推進智能制造實施“兩步走”戰(zhàn)略：第一步，到2020年，智能制造發(fā)展基礎(chǔ)和支撐能力明顯增強，傳統(tǒng)制造業(yè)重點領(lǐng)域基本實現(xiàn)數(shù)字化制造，有條件、有基礎(chǔ)的重點產(chǎn)業(yè)智能轉(zhuǎn)型取得明顯進展；第二步，到2025年，智能制造支撐體系基本建立，重點產(chǎn)業(yè)初步實現(xiàn)智能轉(zhuǎn)型。
由此可見，現(xiàn)代化工業(yè) 4.0 生產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用與維護專業(yè)的建設(shè)和人才培養(yǎng)， 是順應(yīng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的需求，是符合高技能人才培養(yǎng)的需要。機器人技術(shù)是先進制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，我國已經(jīng)是世界公認的制造業(yè)大國，但隨著勞動力成本的不斷提高，經(jīng)濟發(fā)展模式必須進行調(diào)整，生產(chǎn)自動化、柔性化、智能化，發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為必由之路。
一是國家政策支持：加速高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要前提，自動化、柔性化、智能化屬于國家戰(zhàn)略性高技術(shù)，是多項前沿技術(shù)和綜合實力的體現(xiàn)，國家應(yīng)該制定長遠政策加以規(guī)劃和發(fā)展。
二是提升人才培養(yǎng)質(zhì)量：大力推動專業(yè)設(shè)置與產(chǎn)業(yè)需求、課程內(nèi)容與工程應(yīng)用型標準 、教學(xué)過程與生產(chǎn)過程“三對接”,產(chǎn)教深度融合，做到學(xué) 以致用，推動產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟建設(shè)， 形成強大的研究，開發(fā)和應(yīng)用隊伍。機器人應(yīng)用技術(shù)涉及機械、自動化、計算機、人工智能 、機器人等諸多學(xué)科，只有將國內(nèi)所有力量組織起來，群策群力，才能培養(yǎng)出高新技術(shù)人才 。
三是創(chuàng)新工程應(yīng)用型教育模式：擴大工程應(yīng)用型院校在專業(yè)設(shè)置。加快發(fā)展與技術(shù)進步和生產(chǎn)方式變革以及社會公共服務(wù)相適應(yīng)、產(chǎn)教深度融合的現(xiàn)代工程應(yīng)用型教育，培養(yǎng)數(shù)以億計的工程師、高級技工和高素質(zhì)工程應(yīng)用型人才，為廣大年輕人打開通向成功成才的大門，提高中國制造和中國裝備的市場競爭力，促進經(jīng)濟提質(zhì)增效升級。 縱觀整個教育的改革措施，應(yīng)用型人才培養(yǎng)、工程應(yīng)用型教育對社會經(jīng)濟，企業(yè)提質(zhì)增效具有最直接、最緊密的關(guān)系，更是實現(xiàn)生產(chǎn)方式變革工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的基石。加快發(fā)展現(xiàn)代化工程應(yīng)用型教育是提高制造業(yè)和裝備的市場競爭力和經(jīng)濟提質(zhì)增效的重要戰(zhàn)略舉措。
2、制造業(yè)的困境
近 5 年來，市場從相對穩(wěn)定型轉(zhuǎn)向動態(tài)多變型。市場的需求和企業(yè)產(chǎn)品特點表現(xiàn)為： 市場的競爭日益激烈、市場需求的多變性和不可預(yù)測性、產(chǎn)品生命周期日益縮短、產(chǎn)品需求趨于顧客化。在這種動態(tài)競爭全球化的市場和“人口紅利”即將消失的環(huán)境中，我國的制造工業(yè)應(yīng)用情況正在發(fā)生質(zhì)的變化。制造企業(yè)不再追求勞動力的廉價，而是努力獲得高精高效的生產(chǎn)方式與管理手段。 企業(yè)生存和可持續(xù)發(fā)展已成為必須首先考慮的問題，這迫使企業(yè)努力尋找一種具有高自動化、高生產(chǎn)率、高質(zhì)量和低成本的產(chǎn)品零件加工制造系統(tǒng)來替代，低能低效、重復(fù)性簡單、人口密集型的傳統(tǒng)制造方式，（即機器人應(yīng)用生產(chǎn)）。用最短和最直接的生產(chǎn)方式對市場需求變化及時響應(yīng)，并使包括廠房、設(shè)備及人力在內(nèi)的資源得到最有效地利用，達到企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營能力整體優(yōu)化提質(zhì)增效目的。
調(diào)查顯示，目前長江三角洲和珠三角州地區(qū)各企業(yè)設(shè)備維護、維修和管理類設(shè)備保全人才普遍存在數(shù)量不足，學(xué)歷較低，年齡偏大，綜合技能不強的問題，掌握現(xiàn)代自動化設(shè)備維護維修、工業(yè)機器人設(shè)備應(yīng)用與維修技能的人才更是稀少，嚴重制約了企業(yè)機電設(shè)備使用效率。
四、人才就業(yè)現(xiàn)狀
研究表明，在未來八年中，將會創(chuàng)造多于 200 萬個工作崗位，生產(chǎn)力和競爭力也是制造企業(yè)在全球市場上不可或缺的。機器人和自動化是解決問題的關(guān)鍵。由于機器人和自動化有些工作量減少了，但研究強調(diào)它們也創(chuàng)造了更多的工作機會。工業(yè) 4.0 生產(chǎn)線的日常維護、修理等方面都需要各方面的專業(yè)人才來進行處理，這就無形中帶動了一大批與機器人相關(guān)的就業(yè)途徑，產(chǎn)生的新崗位也是非常之多的。
據(jù)不完全統(tǒng)計，一臺機器人要 3 到 5 名相關(guān)的操作維護和集成應(yīng)用人才，保守估計 ，機器人市場在以每年 20%-30%的速度遞增，而相應(yīng)的人才儲備數(shù)量和質(zhì)量卻捉襟見肘。
目前一個機器人高端集成應(yīng)用的技術(shù)人才，年薪高達 50 萬元，而操作機器人的技術(shù)人員，一年來工資已漲了一倍，與機器人相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人才將隨著機器人產(chǎn)業(yè)的雄起而迎來新的事業(yè)起點。
機器人始終需要人來操作、維護、保養(yǎng)。人和機器的關(guān)系屬于一種控制鏈的關(guān)系， 因此只有將人與機器進行協(xié)同合作才能達到人機合一的效果，為企業(yè)創(chuàng)造更高的工作效率，所以機器人產(chǎn)業(yè)的壯大又為機器人服務(wù)人才制造了新的市場機會。“人不可能完全被機器人代替，眼下很多企業(yè)最大的問題就是技術(shù)工人的招募和管理問題。
關(guān)于機器人的服務(wù)，不少機器人生產(chǎn)企業(yè)也提供相應(yīng)的售后服務(wù)，但服務(wù)費用高昂， 甚至人工需要按小時計算。有業(yè)內(nèi)人士稱，浙江一家紡織企業(yè)引進了德國的先進設(shè)備后， 企業(yè)員工對這些設(shè)備技術(shù)的操控和運用并不熟悉，只能邀請德國技術(shù)專家來進行技術(shù)指導(dǎo)，以便讓員工學(xué)會如何使用和維護設(shè)備，為此企業(yè)僅咨詢費就支付了 11 萬歐元。
顯然，工業(yè)自動化正在逐漸成熟，工業(yè) 4.0 浪潮迎面而來，當(dāng)越來越多的生產(chǎn)企業(yè) 開始大規(guī)模采用工業(yè) 4.0 時，中國也即將成為全球最大的機器人消費需求國。
五、智能工業(yè)機器手人才培養(yǎng)目標與職業(yè)方向
1、培養(yǎng)目標
本專業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)企業(yè)機器人技術(shù)相關(guān)崗位的技術(shù)人才，應(yīng)具有與我國現(xiàn)代化建設(shè)用工要求相適應(yīng)的文化水平和人文、科技素質(zhì)；具有良好的職業(yè)道德和終身學(xué)習(xí)意識：掌握工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)的基礎(chǔ)理論和操作技能；能獨立從事工業(yè)機器人應(yīng)用系統(tǒng)的安裝、調(diào)試、編程、維修、運行與管理等方面的工作任務(wù)；具有一定操作實踐經(jīng)驗，能服從生產(chǎn)管理的技能型人才。
2、職業(yè)方向
（1）主要就業(yè)崗位：機器人工作站的操作、運行維護、安裝、調(diào)試與管理。
（2）輔助就業(yè)崗位：生產(chǎn)線的日常維護管理、機電設(shè)備安裝與維護。
（3）發(fā)轉(zhuǎn)崗位：機器人工作站的開發(fā)、維修、機電設(shè)備銷售、技術(shù)支持等崗位。
六、智能工業(yè)機器手實訓(xùn)室構(gòu)想與目標
1、建設(shè)思路
根據(jù)院系發(fā)展規(guī)劃，著力提高教學(xué)與專業(yè)建設(shè)，本實驗室建設(shè)方案充分體現(xiàn)機器人發(fā)展趨勢與應(yīng)用動向，所展示的機器人類型豐富，涉及內(nèi)容全面。以結(jié)合生產(chǎn)實際的實訓(xùn)為核心設(shè)施，注重基礎(chǔ)訓(xùn)練，適當(dāng)兼顧未來應(yīng)用的新型機器人，拓展學(xué)生視野。建設(shè)成為國內(nèi)先進、特色明顯，具有示范代表性的機器人主題實驗室。機器人實驗室總體采取分區(qū)教學(xué)模式，包括：基礎(chǔ)訓(xùn)練區(qū)、應(yīng)用綜合實訓(xùn)區(qū)、拓展展示區(qū)。三部分既相互區(qū)分又相互聯(lián)系，由淺入深，由單機到系統(tǒng)，技術(shù)具有連續(xù)性。由實驗平臺模擬到實際工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用，由工業(yè)機器人到特種機器人，讓學(xué)生逐步掌握機器人技術(shù)、工業(yè)機器人現(xiàn)場應(yīng)用與操作、工業(yè)控制與運動控制等機器人實用技術(shù)。在掌握機器人高級技術(shù)應(yīng)用的同時，訓(xùn)練學(xué)生動手能力、操作能力和故障檢測維護能力。