淺談智能工業機器手實訓室建設
一、智能工業機器手機器人技術發展歷史與現狀
機器人產業被譽為“制造業皇冠頂端的明珠”，發展機器人產業已成為世界各國搶占未來經濟科技制高點的國家戰略。隨著工業產業的轉型升級，工業機器人的應用呈逐年快速增長態勢。2013 年4 月，德國政府提出“工業 4.0”戰略，并在 2013 年4 月的漢諾威工業博覽會上正式推出，其目的是為了提高德國工業的競爭力，在新一輪工業革命中占領先機。德國學術界和產業界認為，“工業 4.0”概念即是以智能制造為主導的第四次工業革命，該戰略旨在通過充分利用信息通訊技術和網絡空間虛擬系統—信息物理系統相結合的手段 ，將制造業向智能化轉型。
全球工業機器人增長迅猛，市場規模300億美元，全球工業機器人在2017年銷量為38.7萬臺，同比增長31%，中國則安裝了約13.8萬臺工業機器人，需求增長58%，相比歐美發達國家，德國增長了8%，美國只增長6%，這數據來自國際機器人聯合會。
在2018年，機器人技術支出將達到940億美元，占整個2017-2021年預測支出的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，有關機器人的離散制造業和流程將成為支出總額超過800億美元的主要行業。工業機器人解決方案將占機器人支出的最大份額(超過70%)，其次是服務機器人和消費機器人。
2020年，全球將有300多萬臺工業機器人投入使用，增長速度令人驚嘆，作為機器人消費大國，連續5年成為全球第一大工業機器人應用市場，我國機器人需求將占全球需求40%。另外，今年全球機器人產業規模將增長到300億美元。
IDC預計，到2021年，這一支出將增加一倍以上，達到2184億美元，復合年增長率(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的其余部分、美國和日本。中國(55.5%復合年均增長率)和其余亞太地區(不包括中國和日本) (62%復合年均增長率)的強勁支出增長將在2021年之前將這兩個市場內的資金投入超過西歐。工業機器人“中國制造2025”也被稱為中國版的工業4.0規劃，工業機器人的使用是實現中國制造轉型升級的強力技術手段。
二、智能工業機器人實驗室重要性
“工業 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系統及過程，以及網絡化分布式生產設施的實現；二是“智能生產”，主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動以及 3D 技術在工業生產過程中的應用等。
美德日等發達國家的工業革命信號給中國制造業敲響了警鐘。而中國經濟產業結構調整、勞動力成本上升、 人口老齡化勞動力減少等因素。迫使將技術走入學校打造在校應用型人才、勞動力供給改革和國家政策支持，正助推工業智能產業快速成長，帶有定制特性的智能裝備將推動中國制造業轉型，未來十年甚至更長時間，我國將迎來新一輪人力替代，即工業智能化，工業 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各種功能的一種自動化機械。工業智能機器人技術是為了解決工業生產中的其他方面的問題，比如技能短缺、生產標準化及效率、工作場所安全，以及跟上企業不斷加快的步伐并為企業帶來更高的效益。中國機器人密度的發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、智能工業機器人實驗室緊迫性
1、國家政策導向
依據工信部、教育部等國家部委出具的相關文件精神提出，為適應產業技術的發展要求，國家確定了加快發展現代工程應用型、應用型技術人才教育的任務措施。確立了在國家人才培養體系中的重要位置，促進形成“崇尚一技之長、不唯學歷憑能力” 的社會氛圍，激發年輕人學習工程應用型技能的積極性。目標是面向生產一線培養以技術為基礎的技能型人才。
《智能制造“十三五”發展規劃》提出，2025年前，推進智能制造實施“兩步走”戰略：第一步，到2020年，智能制造發展基礎和支撐能力明顯增強，傳統制造業重點領域基本實現數字化制造，有條件、有基礎的重點產業智能轉型取得明顯進展；第二步，到2025年，智能制造支撐體系基本建立，重點產業初步實現智能轉型。
由此可見，現代化工業 4.0 生產系統應用與維護專業的建設和人才培養， 是順應工業產業技術發展的需求，是符合高技能人才培養的需要。機器人技術是先進制造業中不可替代的重要裝備和手段，我國已經是世界公認的制造業大國，但隨著勞動力成本的不斷提高，經濟發展模式必須進行調整，生產自動化、柔性化、智能化，發展高新技術產業已經成為必由之路。
一是國家政策支持：加速高新技術產業化的重要前提，自動化、柔性化、智能化屬于國家戰略性高技術，是多項前沿技術和綜合實力的體現，國家應該制定長遠政策加以規劃和發展。
二是提升人才培養質量：大力推動專業設置與產業需求、課程內容與工程應用型標準 、教學過程與生產過程“三對接”,產教深度融合，做到學 以致用，推動產學研聯盟建設， 形成強大的研究，開發和應用隊伍。機器人應用技術涉及機械、自動化、計算機、人工智能 、機器人等諸多學科，只有將國內所有力量組織起來，群策群力，才能培養出高新技術人才 。
三是創新工程應用型教育模式：擴大工程應用型院校在專業設置。加快發展與技術進步和生產方式變革以及社會公共服務相適應、產教深度融合的現代工程應用型教育，培養數以億計的工程師、高級技工和高素質工程應用型人才，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，促進經濟提質增效升級。 縱觀整個教育的改革措施，應用型人才培養、工程應用型教育對社會經濟，企業提質增效具有最直接、最緊密的關系，更是實現生產方式變革工業轉型升級的基石。加快發展現代化工程應用型教育是提高制造業和裝備的市場競爭力和經濟提質增效的重要戰略舉措。
2、制造業的困境
近 5 年來，市場從相對穩定型轉向動態多變型。市場的需求和企業產品特點表現為： 市場的競爭日益激烈、市場需求的多變性和不可預測性、產品生命周期日益縮短、產品需求趨于顧客化。在這種動態競爭全球化的市場和“人口紅利”即將消失的環境中，我國的制造工業應用情況正在發生質的變化。制造企業不再追求勞動力的廉價，而是努力獲得高精高效的生產方式與管理手段。 企業生存和可持續發展已成為必須首先考慮的問題，這迫使企業努力尋找一種具有高自動化、高生產率、高質量和低成本的產品零件加工制造系統來替代，低能低效、重復性簡單、人口密集型的傳統制造方式，（即機器人應用生產）。用最短和最直接的生產方式對市場需求變化及時響應，并使包括廠房、設備及人力在內的資源得到最有效地利用，達到企業生產經營能力整體優化提質增效目的。
調查顯示，目前長江三角洲和珠三角州地區各企業設備維護、維修和管理類設備保全人才普遍存在數量不足，學歷較低，年齡偏大，綜合技能不強的問題，掌握現代自動化設備維護維修、工業機器人設備應用與維修技能的人才更是稀少，嚴重制約了企業機電設備使用效率。
四、人才就業現狀
研究表明，在未來八年中，將會創造多于 200 萬個工作崗位，生產力和競爭力也是制造企業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鍵。由于機器人和自動化有些工作量減少了，但研究強調它們也創造了更多的工作機會。工業 4.0 生產線的日常維護、修理等方面都需要各方面的專業人才來進行處理，這就無形中帶動了一大批與機器人相關的就業途徑，產生的新崗位也是非常之多的。
據不完全統計，一臺機器人要 3 到 5 名相關的操作維護和集成應用人才，保守估計 ，機器人市場在以每年 20%-30%的速度遞增，而相應的人才儲備數量和質量卻捉襟見肘。
目前一個機器人高端集成應用的技術人才，年薪高達 50 萬元，而操作機器人的技術人員，一年來工資已漲了一倍，與機器人相關的專業技術人才將隨著機器人產業的雄起而迎來新的事業起點。
機器人始終需要人來操作、維護、保養。人和機器的關系屬于一種控制鏈的關系， 因此只有將人與機器進行協同合作才能達到人機合一的效果，為企業創造更高的工作效率，所以機器人產業的壯大又為機器人服務人才制造了新的市場機會。“人不可能完全被機器人代替，眼下很多企業最大的問題就是技術工人的招募和管理問題。
關于機器人的服務，不少機器人生產企業也提供相應的售后服務，但服務費用高昂， 甚至人工需要按小時計算。有業內人士稱，浙江一家紡織企業引進了德國的先進設備后， 企業員工對這些設備技術的操控和運用并不熟悉，只能邀請德國技術專家來進行技術指導，以便讓員工學會如何使用和維護設備，為此企業僅咨詢費就支付了 11 萬歐元。
顯然，工業自動化正在逐漸成熟，工業 4.0 浪潮迎面而來，當越來越多的生產企業 開始大規模采用工業 4.0 時，中國也即將成為全球最大的機器人消費需求國。
五、智能工業機器手人才培養目標與職業方向
1、培養目標
本專業培養適應現代制造業企業機器人技術相關崗位的技術人才，應具有與我國現代化建設用工要求相適應的文化水平和人文、科技素質；具有良好的職業道德和終身學習意識：掌握工業機器人技術專業的基礎理論和操作技能；能獨立從事工業機器人應用系統的安裝、調試、編程、維修、運行與管理等方面的工作任務；具有一定操作實踐經驗，能服從生產管理的技能型人才。
2、職業方向
（1）主要就業崗位：機器人工作站的操作、運行維護、安裝、調試與管理。
（2）輔助就業崗位：生產線的日常維護管理、機電設備安裝與維護。
（3）發轉崗位：機器人工作站的開發、維修、機電設備銷售、技術支持等崗位。
六、智能工業機器手實訓室構想與目標
1、建設思路
根據院系發展規劃，著力提高教學與專業建設，本實驗室建設方案充分體現機器人發展趨勢與應用動向，所展示的機器人類型豐富，涉及內容全面。以結合生產實際的實訓為核心設施，注重基礎訓練，適當兼顧未來應用的新型機器人，拓展學生視野。建設成為國內先進、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教學模式，包括：基礎訓練區、應用綜合實訓區、拓展展示區。三部分既相互區分又相互聯系，由淺入深，由單機到系統，技術具有連續性。由實驗平臺模擬到實際工業現場應用，由工業機器人到特種機器人，讓學生逐步掌握機器人技術、工業機器人現場應用與操作、工業控制與運動控制等機器人實用技術。在掌握機器人高級技術應用的同時，訓練學生動手能力、操作能力和故障檢測維護能力。
DB-JQR14 1+X工業機器人實訓臺
1+X工業機器人實訓臺由工業機器人、標準實訓臺、快換工具模塊、樣件套裝、平面繪圖模塊、曲面繪圖模塊、搬運模塊、碼垛模塊、通用電氣接口套件、倉儲模塊、井式供料模塊、皮帶運輸模塊、裝配模塊、外圍控制器套件、RFID 模塊、旋轉供料模塊、變位機模塊、棋盤模塊、上料暫存模塊、PC Interface 模塊、Multitasking 模塊、World zones模塊、計算機與桌椅、無油靜音氣泵、模塊存儲柜、離線編程仿真軟件組成。
1+X工業機器人實訓臺系統融入工業機器人技術、機械傳動技術、電子電工技術、多種作業技術、智能傳感技術、可編程控制技術、機器視覺技術、計算機技術、串口通信技術、以太網通訊技術、離線編程仿真技術等先進制造技術，涵蓋工業機器人、機械設計、電氣自動化、智能傳感、智能制造等多門學科的專業知識。
1+X工業機器人實訓臺具有工業機器人應用編程中級、初級實訓考核功能，能進行工業機器人應用編程（初級）考證。
