中職學(xué)?！豆I(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)》一體化課程設(shè)計(jì)
——基于RobotStudio仿真教學(xué)軟件

毛暖思

（廣東省海洋工程職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東廣州 510320）

《中國(guó)制造2025》中明確指出：“在未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中，隨著各種政策和人口利潤(rùn)等市場(chǎng)因素的影響，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)本身也還能夠保持高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)勢(shì)必會(huì)對(duì)我國(guó)的人才有更多的需求。所以越來(lái)越多的學(xué)校開(kāi)設(shè)了機(jī)器人技術(shù)專業(yè)。但是，很多工業(yè)機(jī)器人專業(yè)的課程開(kāi)發(fā)、教學(xué)研究和其他諸多方面都還處于探索的階段，甚至還存在著教學(xué)效率低下等一系列的問(wèn)題。本文主要結(jié)合實(shí)際的案例，再將《工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)》一體化課程設(shè)計(jì)進(jìn)行全面詳細(xì)的論述，希望能夠給大家更多的參考性意見(jiàn)。

1 一體化課程的概念

一體化課程是將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)結(jié)合為一體的課程教學(xué)模式。通過(guò)這樣的模式往往能夠更好地促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知能力的發(fā)展，并能夠?qū)⒙殬I(yè)能力、發(fā)展規(guī)律和相關(guān)的技術(shù)更好地結(jié)合在一起。學(xué)生可以在教學(xué)的過(guò)程中通過(guò)對(duì)工作任務(wù)、過(guò)程和環(huán)境進(jìn)行整體的感悟和反思，從而將技能、過(guò)程和方法有效地結(jié)合在一起。

一體化課程也可通過(guò)“校企合作”的方式來(lái)更好地培養(yǎng)學(xué)生的能力。通過(guò)以學(xué)生為中心來(lái)全面設(shè)計(jì)課程的體系和內(nèi)容，并按照工作的過(guò)程和順序讓學(xué)生更加自主地安排教學(xué)活動(dòng)，從而有效實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的融合。在這個(gè)過(guò)程中，通常能夠?qū)崿F(xiàn)整體反思、感悟、知識(shí)技能和方法的有效統(tǒng)一。最終都是通過(guò)將理論學(xué)習(xí)和實(shí)訓(xùn)頂崗工作相結(jié)合的方式來(lái)有效地進(jìn)行的。

2 《工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)》概述

工業(yè)自動(dòng)化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力日益加劇，客戶在生產(chǎn)中要求更高的效率，以降低價(jià)格，提高質(zhì)量。如今讓機(jī)器仍編程在新產(chǎn)品之始花費(fèi)時(shí)間檢測(cè)或試運(yùn)行是行不通的，因?yàn)檫@意味著要停止現(xiàn)有的生產(chǎn)以對(duì)新的或修改的部件進(jìn)行編程。ABB的RobotStudio是建立在ABB VirtualController上的，我們可以使用它在電腦中輕易地模擬現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程，讓客戶了解開(kāi)發(fā)和組織生產(chǎn)過(guò)程的情況。

3 《工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)》課程在專業(yè)課程體系中的作用

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)主要是為了通過(guò)培養(yǎng)高端的技能型人才而存在的專業(yè)，為的就是能夠讓學(xué)生有效地完成包括操作、編程、維修和維護(hù)等技術(shù)任務(wù)。每個(gè)學(xué)生只有掌握了操作工業(yè)機(jī)器人最實(shí)用的技術(shù)才能夠更好地學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程。

表1 專業(yè)課程體系示意表

傳統(tǒng)的《工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)》培訓(xùn)主要有成本高、安全隱患多和難以進(jìn)行獨(dú)立操作等諸多方面的問(wèn)題。但是，如果采用RobotStudio仿真軟件來(lái)進(jìn)行實(shí)際操作，那么就能夠有效地避免上述問(wèn)題發(fā)生。并通過(guò)對(duì)仿真工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行真實(shí)操作，才能夠有效地提高學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

4 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)課程體系

整個(gè)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)的專業(yè)課程體系的內(nèi)容主要由如下幾個(gè)方面組成。

如表1所示的內(nèi)容可以看出，整體工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用與維護(hù)專業(yè)的課程內(nèi)容主要是由理論和實(shí)踐共同組成的，之后再將學(xué)習(xí)到的技術(shù)有效地運(yùn)用到實(shí)際操作的過(guò)程中。

5 一體化課程開(kāi)發(fā)的主要過(guò)程

5.1 課程目標(biāo)

通過(guò)針對(duì)《工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)》有效地進(jìn)行一體化課程設(shè)計(jì)，主要有以下幾個(gè)重要的作用：第一，可以讓學(xué)生全面了解到現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人仿真軟件的發(fā)展；第二，通過(guò)操作RobotStudio軟件往往能夠有效地對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行全面操作和控制，并在之后全面對(duì)機(jī)器人進(jìn)行仿真運(yùn)行，以便能夠幫助大家有更好的軟件編程和調(diào)試能力。第三，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，學(xué)生能夠更好地與團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行溝通和協(xié)作，并通過(guò)獲取相關(guān)的知識(shí)來(lái)更好地解決問(wèn)題，從而為后續(xù)機(jī)器人的應(yīng)用奠定良好的素質(zhì)。

5.2 課程開(kāi)發(fā)的原則

先對(duì)典型的工作崗位進(jìn)行全面的分析，之后再全面地考慮前后課程之間的關(guān)系。再根據(jù)實(shí)際工業(yè)機(jī)器人操作的特點(diǎn)，以實(shí)際崗位和虛擬工作站為實(shí)際的載體，之后再讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)與工業(yè)機(jī)器人有關(guān)的仿真技術(shù)。

5.3 課程主要內(nèi)容

《工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)》一般都會(huì)開(kāi)設(shè)在中職二年級(jí)上學(xué)期，本身也屬于該專業(yè)中的核心課程。由于學(xué)生在之前學(xué)習(xí)到了關(guān)于工業(yè)機(jī)器人電氣、機(jī)器結(jié)構(gòu)、機(jī)器人分類和工作原理進(jìn)行全面了解。學(xué)生可以通過(guò)掌握工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際工作中的工作過(guò)程、操作方法和操作步驟來(lái)更好地學(xué)習(xí)實(shí)際的內(nèi)容。

5.4 教學(xué)內(nèi)容安裝

5.4.1 認(rèn)識(shí)和安裝RobotStudio系統(tǒng)

先讓學(xué)生了解工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并在之后讓更多的學(xué)生來(lái)認(rèn)識(shí)和安裝RobotStudio仿真軟件。

5.4.2 布置基本工業(yè)機(jī)器人仿真工作站

當(dāng)學(xué)生了解過(guò)工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)之后，之后再全盤布置基本的工業(yè)機(jī)器人仿真工作站。主要可以通過(guò)如下幾個(gè)步驟進(jìn)行：第一，先全面布置機(jī)器人工作站系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)全盤進(jìn)行分析；第二，讓學(xué)生進(jìn)行手動(dòng)操作練習(xí)；第三，全面創(chuàng)建工件坐標(biāo)編程軌跡；第四，錄制整個(gè)工作站運(yùn)行仿真和視頻。

5.4.3 全面使用RobotStudio中的建模功能

全面通過(guò)運(yùn)用RobotStudio中的建模工具和測(cè)量工具來(lái)創(chuàng)建一個(gè)有效的機(jī)械滑臺(tái)，之后再全面創(chuàng)建機(jī)器人工具。

5.4.4 全面實(shí)現(xiàn)離線編程功能

先創(chuàng)建機(jī)器人運(yùn)行的軌跡和路徑，并有效地調(diào)整運(yùn)行的軌跡和運(yùn)行的命令。完成上述兩個(gè)步驟之后在有效地配置軸參數(shù)，并在之后碰撞檢測(cè)相關(guān)的數(shù)據(jù)。

5.4.5 虛擬示教器的使用方法

先全面熟悉虛擬示教器的基本操作，并在之后設(shè)置專用的DSQ625板卡，并運(yùn)用合適的方法來(lái)設(shè)置通信信號(hào)。

5.4.6 有效地創(chuàng)建導(dǎo)軌和變位機(jī)的機(jī)器人系統(tǒng)

先全面創(chuàng)建帶導(dǎo)軌的機(jī)器人控制系統(tǒng)，之后再全面創(chuàng)建與變位機(jī)的機(jī)器人系統(tǒng)相關(guān)的控制系統(tǒng)。

上面是通過(guò)項(xiàng)目的方式來(lái)有效地實(shí)現(xiàn)《工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)》一體化課程的設(shè)計(jì)。主要可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)到包括工業(yè)機(jī)器人軟件的安裝、工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)創(chuàng)建、離線編程和仿真、創(chuàng)建機(jī)器人裝置和其他幾個(gè)過(guò)程組成。

6 一體化課程實(shí)際案例運(yùn)用

上面主要講述了一體化課程的設(shè)計(jì)過(guò)程，從內(nèi)部可以看出，主要可以采用項(xiàng)目式教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式讓學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人的仿真過(guò)程來(lái)更好地熟悉實(shí)際工業(yè)機(jī)器人的操作技能。

圖1 輸送線流程示意圖

6.1 新課導(dǎo)入

先可以全面介紹工業(yè)機(jī)器人的碼垛技術(shù)，之后再結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的情況來(lái)全面分析工作站。

6.2 碼垛仿真

可以針對(duì)工作站布局和輸送線段的流程設(shè)計(jì)來(lái)全面抓取流程設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。之后也可以通過(guò)全面組織輸送線動(dòng)作設(shè)計(jì)和工業(yè)機(jī)器人動(dòng)作效果設(shè)計(jì)相結(jié)合來(lái)有效地設(shè)計(jì)碼垛工作站內(nèi)部的組件，一定要注意在設(shè)計(jì)的過(guò)程中調(diào)整如下部分的程序：

PROC Main

rInit ALL

WHILE TRUE DO

IF bPalletFull=FALSE THENs

rPick；

rPlace；

ELSE

WaitTime0.5；

如圖1所示，主要顯示了整個(gè)輸送線內(nèi)部的主要流程，在操作的過(guò)程中，我們一定要按照相關(guān)的流程來(lái)操作，才能夠有更好的效果。

6.3 自由練習(xí)

學(xué)生一定要通過(guò)自己動(dòng)手來(lái)全面了解仿真的要領(lǐng)，只有通過(guò)熟悉垛碼的全過(guò)程才能夠有效地解決仿真過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的各類問(wèn)題，并在之后取得好的效果。整體仿真的過(guò)程如圖2所示。

圖2 垛碼仿真示意圖

表2 考核評(píng)價(jià)示意表

6.4 項(xiàng)目考核方式

如表2所示，我們可以看出主要強(qiáng)調(diào)了考核形式的多樣性、考核控制的過(guò)程和考核的目標(biāo)，并在之后采用過(guò)程評(píng)價(jià)法和結(jié)果評(píng)價(jià)法相結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行考核。老師在考核的過(guò)程中尤其需要結(jié)合考勤情況、學(xué)習(xí)態(tài)度、操作規(guī)范和任務(wù)完成的情況進(jìn)行全面的分析，并在之后綜合地評(píng)定學(xué)生的成績(jī)。

此外，也尤其需要結(jié)合一體化課程的具體特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生的綜合素質(zhì)來(lái)評(píng)定學(xué)生的成績(jī)，并通過(guò)有效的分析學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐的分析來(lái)讓學(xué)生更好地解決實(shí)際問(wèn)題的能力。尤其需要對(duì)實(shí)踐能力強(qiáng)的學(xué)生進(jìn)行有效地鼓勵(lì)。

7 “一體化”課程的創(chuàng)新點(diǎn)

整個(gè)《工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)》課程主要是由機(jī)器人工作站、離線編程軌跡和自定義的仿真理論來(lái)更好地結(jié)合在一起。在教學(xué)的過(guò)程中，主要通過(guò)理論和實(shí)際相結(jié)合的方式，讓學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的過(guò)程中來(lái)更好地進(jìn)行實(shí)踐。正是因?yàn)樵谄髽I(yè)發(fā)展的過(guò)程中，一般都會(huì)采用工業(yè)機(jī)器人作為授課的載體，從而使得學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)的過(guò)程中更好地進(jìn)行生產(chǎn)。

在教學(xué)的過(guò)程中，老師除了可以在課堂上給學(xué)生講課，還可以運(yùn)用多媒體視頻資料和實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合的方式給學(xué)生布置任務(wù)和指導(dǎo)書，從而也就能夠讓學(xué)生在實(shí)際操作的過(guò)程中完成相應(yīng)的任務(wù)。整個(gè)生產(chǎn)項(xiàng)目都能夠更好地和企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況聯(lián)系在一起。

8 采用一體化課程設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)

8.1 采用一體化課程設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)將課程一體化設(shè)計(jì)運(yùn)用于《工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)》研究的過(guò)程中，往往有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：第一，學(xué)生往往能夠通過(guò)實(shí)際的操作來(lái)更好地鞏固在學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人時(shí)的理論知識(shí)；第二，正是因?yàn)樵趯?shí)際操作的過(guò)程中和企業(yè)的需求更好地聯(lián)合在了一起，往往能夠全面熟悉工業(yè)機(jī)器人的仿真過(guò)程和實(shí)際操作的情況；第三，在使用的過(guò)程中往往能夠有效地降低設(shè)備的損壞率。

8.2 采用一體化課程設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)

學(xué)生在將一體化課程設(shè)計(jì)運(yùn)用于《工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)》的學(xué)習(xí)過(guò)程中時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生如下幾點(diǎn)問(wèn)題：第一，目前還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出一系列有針對(duì)性的教材，老師尤其需要結(jié)合自身的實(shí)際情況來(lái)全面進(jìn)行編寫。第二，正如文章中所呈現(xiàn)的內(nèi)容一樣，主要都是采用項(xiàng)目法來(lái)全面地進(jìn)行教學(xué)，但是在教學(xué)的過(guò)程中，學(xué)生其實(shí)會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題。又因?yàn)楹芏嗬蠋煕](méi)有在企業(yè)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，所以老師在遇到一些突發(fā)狀況時(shí)往往疲于應(yīng)付。第三，大部分學(xué)校的人力和財(cái)力都較為有限，所以有必要進(jìn)一步提高實(shí)踐教學(xué)的效率，只有這樣才能夠讓課程中的理論和實(shí)踐過(guò)程更好地結(jié)合在一起。

9 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要具體分析了“一體化課程”在《工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)》中的運(yùn)用效果。文章中重點(diǎn)論述了課程開(kāi)發(fā)的原則、課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)方法，并對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的論述。而從實(shí)際的情況來(lái)看，這種工業(yè)一體化的課程教學(xué)模式往往能夠更好地提高教學(xué)的效率，并在之后全面提高學(xué)生的能力和水平，并更好地延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，并在之后為后續(xù)課程的順利進(jìn)行奠定良好的基礎(chǔ)。但在教學(xué)的過(guò)程中也確實(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，學(xué)生尤其需要在后期教學(xué)的過(guò)程中有效地運(yùn)用相關(guān)的策略?？偠灾?，將一體化課程設(shè)計(jì)運(yùn)用于《工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)》的教學(xué)過(guò)程中一般都會(huì)有更好的效果。