浅谈基于“一院一园”模式下的KUKA机器人弧焊站教学实施
韩勇，武昭妤，蹇清平
（成都工业职业技术学院 装备制造学院，四川 成都）
摘 要： 工业机器人系统集成是高职院校工业机器人技术专业的专业核心课程，工业机器人弧焊站是该课程中的典型工作站。本文基于“一园一院”创新办学模式下，以KUKA机器人弧焊站为例，研究课程的教学目标、教学内容、考核手段及考核内容，尝试引入“工作过程”的教学理念，在教学过程以“化整为零、化零为整”的教学手段，创新实施教学过程。
关键词： 一园一院；弧焊应用站；工作过程；教学实施
在高职院校工业机器人技术专业的课程体系中，工业机器人工作站系统集成是专业核心课程，课程中一般以弧焊、码垛等典型工作站为中心组织教学内容，其中弧焊工作站主要针对汽车行业的应用，应用最为广泛，但弧焊工作站集成包括软件集成和硬件集成两部分内容，涉及了工业机器人示教编程、离线配置、电气技术、气动技术、焊接技术等方面，对教师的能力要求较高，教学实施较为困难。本文基于“一园一院”办学模式下，以KUKA机器人弧焊工作站为基础，研究工业机器人系统集成的教学实施。
图 1 “一园一院”建设规划
一 “一园一院”办学模式
成都工业职业学院积极探索职业教育人才培养新模式，承担了《基于职业教育供给侧改革的“集群式”人才培养模式构建与实践》省级课题，该课题荣获四川省教育厅教育教学三等奖，依据课题研究内容的指导思想，围绕产业链构建专业[1]，工业机器人技术专业走进了蒲江中德中小企业合作园区（金工新城）办学，实现“一园一院”办学新模式（建设规划如图1所示），该模式是课题成果的实践应用。“一园一院”办学模式核心是走进重大产业功能区办学，服务区域经济发展人才需求，将学院和专业建到工业园区内，把学校和专业搬进园区、把课堂设在厂区，充分利用学校和园区资源培育学生，实现“优势互补、院园共育”，零距离为产业园区培养亟需的技术技能人才，实现教学过程与生产过程精准对接，实现产教深度融合。
1.1 资料来源 选取2016年6月-2017年8月期间本院诊治的86例多动症儿童为观察组，86例正常儿童为对照组。对照组的86例正常儿童中，男童60例，女童26例，年龄范围为4.8～13.0岁，平均为(8.8±1.5)岁。观察组的86例多动症儿童中，男童62例，女童24例，年龄范围为4.9～13.0岁，平均为(8.9±1.3)岁，病程范围为0.5～5.2年，平均为(2.3±1.1)年；严重程度：轻度者35例，中度者35例，重度者16例。两组的男女童占比与年龄等数据比较，差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。本研究经两组儿童家长同意，研究经医院伦理学委员会通过。
工业机器人技术专业的课程体系基于“一园一院”办学模式下，通过对工业机器人技术专业企业岗位的职业能力分析，以教学、实训、实战三位一体为指导思想，将教学放在学校、实训和实战放在企业，构建了具有“一园一院”特色的创新课程体系（如图2所示）。工业机器人技术专业学生培育期间，在本校学习通识教育、人文素养及专业基础课程，具备从事工业机器人所需要的基本素质和专业基础能力；在工业园区内充分利用工业园区资源（企业、KUKA机器人西南大区教育研究院等），完成工业机器人技术专业核心课程的学习，具备工业机器人技术专业维护、调试、编程及系统集成等专项专业能力。
加强高校政府采购的内部控制管理不仅有助于消除腐败，还有助于保证权力的平衡。当大学进行政府采购时，单位和个人可能会为了私利而损害国家和社会利益。高校进行政府采购时，由几个权力相对集中的部门来制定相应的政府采购政策，编制采购预算计划，做出采购决策以及资金使用等工作任务。因此，在政府采购过程中正确使用权力和避免公共权力是政府采购过程中的重要一步。加强高校政府采购的内部控制，对权力进行制衡和监督，确保政府采购的规范化和法制化。
工业机器人工作站系统集成是专业核心课程，授课对象是大三学生，按照“一园一院”课程体系建设要求，在工业园区内以实际的企业生产线为教学单元，在学校讲工作站理论、在KUKA机器人西南大区教育研究院实训、在企业实战演练，实现课程标准与职业标准、操作过程与生产过程、学校文化与企业文化的无缝对接，培养学生工作站系统集成能力。专业课程建设思路如图3所示。
马克思主义认为，人民群众是历史的创造者，是实践和认识活动的主体。中国特色社会主义蕴涵的主体分析方法，就是把人民群众作为理论和实践发展的前提和出发点，不仅要重视和满足人民群众日益增长的物质文化需要，促进人的自由全面发展，而且要承认和发挥人民群众在中国特色社会主义认识和实践活动中的主体地位和作用。党的十八大报告指出：“必须更加自觉地把以人为本作为深入贯彻落实科学发展观的核心立场，始终把实现好、维护好最广大人民根本利益作为党和国家一切工作的出发点和落脚点，尊重人民首创精神，保障人民各项权益，不断在实现发展成果由人民共享、促进人的全面发展上取得新成效。”［1］
图2 基于“一园一院”工业机器人技术专业课程体系
图3 专业课程建设思路
二 KUKA机器人弧焊工作站简介
工业机器人工作站是指使用一台或多台机器人，配以相应的周边设备，用于完成某一特定工序作业的独立生产系统，主要由工业机器人及其控制系统、辅助设备、周边设备组成。
1.2 试剂和仪器 胆汁酸标准品，氘代胆汁酸内标品，甲酸，乙酸铵，氨水，磷酸氢二铵和磷酸二氢铵（购自美国Sigma），甲醇，乙腈（购自德国Merck）；液相色谱-三重四极杆串联质谱仪（API5500，购自美国Sciex），液相色谱柱Kinetex XB-C18（购自美国phenomenex），Oasis HLB 96孔提取板和正压-96固相萃取（SPE）处理器（购自美国Waters），高速冷冻离心机（购自德国Eppendorf）。
本文是基于生产线上的KUKA机器人弧焊站进行教学研究，KUKA弧焊站设备主要由弧焊机器人、焊机、变位机、清枪机、焊枪等部分组成，如图4所示。
三 弧焊工作站教学实施
（一） 教学目标
根据KUKA弧焊站的结构特点和知识要点，按照“工作过程”分解，教学内容可大体分为七个部分，包括硬件集成（设备组成、电气连接）和软件集成（总线配置、焊机配置、外部轴耦合、清枪程序、焊接工艺程序）。
（二） 教学组织总体思路
（3） 总线配置
（2）内容的分解
图4 KUKA弧焊站设备组成图
图 5 系统集成分解
（三） 教学内容选取及分解
（1）教学内容选取原则
迄今为止，关于离散型随机微分方程的参数估计问题研究已有很多算法；关于连续型随机微分方程的研究较多是模型Ornstein-Uhlenbeck的线性形式[1-4]。由于带加性噪声的随机振动系统在实际中应用非常广泛，因此随机微分方程的参数估计问题受到学者们的很大关注。目前，绝大多数对参数估计问题的研究都是基于极大似然方法[5-8]，然而在实际中事先我们常常对未知参数的信息有一定了解，因此本文考虑带加性噪声的二阶振动方程及其参数的贝叶斯估计与性质，并讨论小干扰项ε对估计量的影响。
教学内容的选取和组织，在前序课程基础上，围绕教学目标要求，采用“校企共定”课程内容的方式，结合工业机器人集成企业岗位职业技能要求，选取解决工作实际问题的基础知识，实施基本能力训练，并通过综合能力训练项目提高学生综合素质，融入创新思维方法教学，以项目磨砺、锻炼学生技能。
从某种意义上讲，交流的有效与否往往更取决于听者而非说者。反过来说，失败的交流往往源自听者的疏忽。不夸张地讲，倾听能力的强弱，几乎能够决定一个人的命运。因为绝大部分时间里，任何一个人的生存和发展都依赖听某些人的话，或者反过来，依赖某些人听他的话。
1.“化整为零”，知识碎片化[4]
教学目标制定是在企业、行业、职业院校调研、总结的基础上，根据核心岗位职业能力需求制定的。本课程的教学目标是通过工业机器人系统集成课程学习，掌握主要包括工作站的集成设计、安装、调试等方面的基本技能，提前对接企业岗位工作，熟悉并掌握企业岗位中工业机器人系统集成工作流程和方法。
（四） 教学实施
（1） 设备组成
弧焊工作站的系统集成的本质是将机器人及周边设备组合起来完成弧焊工作，系统集成内容主要包括硬件集成和软件集成。其中硬件集成主要根据功能需求组成设备，对每个设备接口进行定义，进行电气线路连接，为软件集成奠定基础；软件集成是在硬件集成基础上，对系统的信息流（信号）进行综合，软后通过机器人编程及外围设备编程来控制各个设备按流程运转。基于KUKA机器人工作站的系统集成的课程内容分解如图5所示。
教学实施是在学校、企业及KUKA机器人西南大区教育研究院交互进行，采用园区内“校企共享”师资团队的方式，引入企业教师，实现理论知识在学校讲解、实训在KUKA机器人西南大区教育研究院、实战认知在企业里面进行。弧焊站系统集成项目以“化整为零”的方式将知识碎片化，分解成多个任务模块，每个模块以“任务驱动”方式组织实施，按照“知识点学习》分配任务》实施任务》考核评价”的流程来进行教学，任务以分组协作方式完成。在完成分解模块后，每个学生以课程设计报告模式将完成的项目“化零为整”进行重构，融入到课程报告中去，形成一份完整的关于弧焊工作站的项目集成报告。[3]
本部分重点考查学生设备组成及设备信息的认知。学生根据任务单要求，通过现场认知和资料查询，对组成KUKA弧焊站的设备进行认知，主要设备包括机器人及外围设备，最后形成弧焊站的设备组成清单，其中清单应包括设备名称、规格型号、数量及厂家。
整体设计中，可将天津环球金融塔作为天际线序列的主高潮点，以北侧的保利香槟及南侧的海信广场为天际线序列的次高潮点，通过中高层建筑及多层建筑对高潮点进行烘托与强化，最终形成流畅平滑的凹形天际线。同时，在保护原有风貌的前提下，促进建筑风格多元化，有助于提升城市天际线的丰富性和可辨识度，更好地传达城市形象[15]。
（2） 电气连接
本部分重点考查学生对工作站电气连接的认知。电气连接是将弧焊站各设备的电源及信号连接在一起，为后续软件配置和程序控制奠定基础。学生根据任务单要求，绘制弧焊站系统电气接线图，明白电气线路的走向。电气连接主要包括四大部分内容：
1）KUKA机器人与KRC4控制器之间电气接线。
2）KUKA机器人与焊机之间的电气接线（I/O控制或通讯接线）。
3）焊机内部接线，包括焊机电源与焊枪及送丝机接线、焊机电源与主供电源接线。
4）KUKA机器人与清枪机电气接线。
KUKA机器人弧焊站涉及知识面非常广，是对前序专业课程知识的综合应用，本课程是基于“一园一院”办学模式，在工业园区内的学校、KUKA西南大区教育研究院内及企业进行教学组织。教学过程中，采取“化整为零、化零为整”的教学手段，按照“工作过程”的教学理念，对接企业岗位职业技能，将整个项目化整为零分拆为弧焊站设备配置、外部总线配置、焊机配置、变位机耦合、清枪机电气接线、清枪机程序编写、弧焊工艺程序编写等模块，易于学生对单个知识点的精准掌握；完成所有模块学习和实训后，再以整体项目的形式“化零为整”，编写一篇弧焊站的课程设计报告，将分解完成后的项目融入到课程设计中，通过归纳、总结、凝练，让学生形成清晰的工作站系统集成系统思路，掌握系统集成的方法，在思维中建立弧焊站系统集成需要做什么工作[2]。
本部分重点考查学生对总线配置及通讯的认知。总线配置是通过WorkVisual软件，将KUKA机器人与外部的信号接口进行定义、分配地址，在电气连接基础上实现与外部设备（清枪机和焊机）的信号交互，一般包括I/O端口和通讯配置（PROFIBUS、DeviceNet或etherCat），在教学过程中应提供不同焊机、不同通讯方式的总线配置，让学生能够从不同的配置中掌握技术要点。
（4） 焊机配置
本部分重点考查学生对不同焊机参数的配置。焊机配置的目的是实现在焊接过程中，KUKA机器人对焊机电源的控制，向焊机传送焊接工艺参数，主要参数包括焊机起弧、送丝、回丝、电压、电流（或送丝速度）、焊接模式等。焊机配置中，应在任务中针对不同焊机、不同焊接参数进行配置，让学生灵活掌握焊机配置要点，达到融会贯通的能力水平。
（5） 外部轴耦合
本部分重点考查学生对外部轴的理解和掌握。变位机是专用焊接辅助设备，适用于回转工作的焊接变位，以得到理想的加工位置和焊接速度。本教学模块主要让学生掌握将变位机作为外部轴耦合的方法，包括TCP建立、4点法外部轴耦合，使外部轴能够与机器人同步运行。
（6） 清枪机程序
(model->item(i，2)->text()).toStdString()<< '\t' <<(model->item(i，3)->text()).toStdString()<< '\t' <<
本部分重点考查工业机器人示教编程及I/O端口综合应用。模块主要目的是通过工业机器人示教编程，结合端口控制，实现焊枪上焊渣清理，主要包括清渣、剪丝和喷油功能。
（7） 焊接工艺程序
本论文提出运营商融合D P I（D e e p P a c k e t Inspection 深度包检测）采集方案，统一提取现有网络中源数据，通过标准化数据格式，快速为各个政府部门和运营商提供数据。
本教学模块的知识点主要包括焊接指令应用和弧焊工艺参数的选择。在综合学习的基础上，本任务会以典型管板焊等焊缝，来重点检查学生对弧焊指令、焊接工艺参数的掌握情况。
2.“化零为整”，知识融合
“换零为整”的模式是以编写课程设计报告体现的。课程设计报告重点考查学生查阅资料和归纳总结能力，其内容包括两个方面：其一是工业机器人概述、弧焊机器人发展等行业调研资料，这部分内容需要学生通过查询资料进行归纳总结；其二是将课程过程中完成的任务模块，融合到课程报告里面去，形成一份独立的课程报告书。
2001-2012年海南省接待入境旅游者的平均停留天数总体呈波动上升趋势，其排名在二十位上下波动。平均停留天数从2001年的5.95天增长至2012年的7.95天，低于全国平均值。接待外国、港、澳游客平均停留天数总体呈波动上升趋势。外国游客平均停留天数增长了1天，港、澳游客平均停留天数增长不大，但增长速度较快，台湾游客平均停留天数呈波动下降趋势。
（五） 教学考核
教学考核按照课程标准和学校课堂教学管理规范来实施的。本课程采用“校企共评”的创新考核方式，借鉴企业考核员工的标准进行考核，内容包括过程考核（70%）和课程设计报告（30%）。过程考核以每个任务的完成情况进行加权累计所得，考查学生每个任务的完成情况和知识点的掌握情况，而课程设计报告以课程设计报告的内容完整性、内容的逻辑性及准确性、文字的流畅性、格式的规范性、文献引用的正确性等方面进行考核评价。
（六） 教学评价
笔者依据教学考核标准，对一个教学班（30人）进行了课程综合考核，考核成绩分布图如图6所示。通过成绩柱状图分析，学生对课程的知识点总体掌握较好，成绩成正态分布，，满足教学目标要求，符合课程教学规律。
通过考核，如图7，笔者发现学生对实践操作掌握较好，比如外部轴耦合、清枪机程序及焊接工艺程序；而对WorkVisual离线进行的总线配置、焊机配置及通讯设置等知识点掌握还有待提高。究其原因来说，学生偏好按要求操作的任务，而对需要思考、规划及深研的项目，没有足够的知识支撑，缺乏足够的耐心和毅力，完成情况有待提高。此类能力的提升，需要在教学中采用丰富的教学手段，以学生为课堂主体，增强学生学习兴趣，激发学生深入研究的原动力，培养学生理解、创新的能力。
四 课程的创新和特色
1.基于“一园一院”办学模式，践行“校企共定”课程内容、“校企共享”师资团队、 “校企共评”考核方式的教学思路，充分利用工业园区内的学校、KUKA机器人西南大区教育研究院、企业资源实施课程教学，三位一体，将企业岗位核心职业能力需求融入到课程中，实现专业与岗位职业能力对接，满足企业人才需求要求，在实际的企业生产环境下培养技术技能型人才，实现产教融合。
2.课程采用“化整为零、化零为整”的教学手段，知识碎片化易于学生精准掌握每个知识点和技能，同时采用课程设计的方式，以系统集成为主链，将各知识点串接在主链上，将零散的知识汇总起来形成工作站系统集成工作思路，便于学生理解和掌握。
3.教学实施过程中，以“工作任务”的方式，将工程行业标准、设备资料作为获取知识的原始素材，锻炼学生查询资料、学习理解、思考规划、创新协作的综合能力，为走入工作岗位、适应企业需求奠定坚实的基础。
图6 考核成绩分布图
图7 模块学习情况分析图
五 结论
工业机器人工作站系统集成是工业机器人技术专业的一门专业核心课程，该课程涉及的知识面广，教学难度大，对教师能力要求比较高。本文基于“一园一院”办学模式，以KUKA机器人弧焊站为例，充分利用工业园区内学校、KUKA机器人西南大区教育研究院及企业的设备、资源，详细研究了弧焊站课程的教学组织，为该课程的教学组织提供参考。笔者以“化整为零、化零为整”的教学手段组织了教学实施，在教学过程中理论与实践相结合，学生参与度高，以“碎片化”任务的教学模式，使学生易于掌握知识和技能，同时课程中编写课程设计报告，锻炼了学生资料查询能力、语言组织能力，理清了弧焊工作站系统集成的思路，掌握了系统集成的一般流程和方法，取得了较为良好的教学效果。
1.2.1 0 统计方法应用EpiData数据库管理软件建立数据库,应用SPSS 17.0软件进行统计分析。计数资料用构成比(%)表示,采用X2检验,检验水准α定义为0.05(双侧)。
参考文献
[1] 柯玲.以产业链为导向的集群式技术技能人才培养模式探析[J].中国职业技术教育,2016(17):5-11.
[2] 姜大源.论高等职业教育课程的系统化设计——关于工作过程系统化课程开发的解读[J].中国高教研究,2009(04):66-70.
[3] 江山野.论教学过程和教学方式[J].教育研究，1983（9）：10.
[4] 姚长江,陈瑞诚,郝江婷.焊接机器人工作站在钻头焊接中的研究与应用[J].西部探矿工程,2018,30(09):96-97+101.
本文引用格式： 韩勇,等.浅谈基于“一院一园”模式下的KUKA机器人弧焊站教学实施[J]. 教育现代化,2019,6(51):286-290.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.51.098
基金项目： 本文系成都工业职业技术学院校级课题基金资助项目（2018YJ-5）的研究成果。
作者简介： 韩勇，男，四川成都人，成都工业职业技术学院装备制造学院，高级工程师。
标签：一园一院论文; 弧焊应用站论文; 工作过程论文; 教学实施论文; 成都工业职业技术学院装备制造学院论文;