1.對工業(yè)機器人的需求
2015年5月19日，國務院正式印發(fā)了《中國制造2025》規(guī)劃。規(guī)劃指出，要把智能制造作為兩化深度融合的主攻方向，其中工業(yè)機器人是主要抓手。
5月21日，中國機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟一屆四次成員大會在重慶永川召開，工信部裝備司張相木司長指出，在智能制造裝備中，機器人尤其是智能機器人又是重中之重。近年來，我國機器人行業(yè)在國家政策的支持下，順勢而為，發(fā)展迅速，已連續(xù)兩年成為世界第一大工業(yè)機器人市場。
據(jù)統(tǒng)計，目前全球工業(yè)機器人年銷售額約為95億美元。2014年工業(yè)機器人銷量為22.5萬臺左右，其中在亞洲的銷量為14萬臺，幾乎占到三分之二，超過美國和歐洲市場總和，如圖1所示(數(shù)據(jù)來源：國際機器人聯(lián)合會)。2014年，中國新增工業(yè)機器人56,000臺，其中，國產(chǎn)品牌17,000臺，如圖2所示(數(shù)據(jù)來源：國際機器人聯(lián)合會)。
圖1 2010-2014年機器人的銷售情況
圖2 2005-2014年中國機器人的增加量
受市場需求推動，國產(chǎn)工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國已經(jīng)有超過40多個機器人產(chǎn)業(yè)園，480家國產(chǎn)機器人企業(yè)。主要分布在沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，主要是長三角和環(huán)渤海經(jīng)濟區(qū)，如圖3所示(圖片來源：戰(zhàn)略與規(guī)劃研究所)。
圖3 國產(chǎn)工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速
2015年兩會上李克強總理政府工作報告中指出，推動產(chǎn)業(yè)結構邁向中高端，制造業(yè)是我們的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。要實施“中國制造2025”，堅持創(chuàng)新驅動、智能轉型、強化基礎、綠色發(fā)展，加快從制造大國轉向制造強國。
隨著工業(yè)機器人技術以及智能水平的提高，工業(yè)機器人已在眾多領域得到了廣泛的應用。具體來看，中國則保持著35%的高增長率，遠高于德國的9%、韓國的8%和日本的6%。其中，汽車、電子產(chǎn)品、冶金、化工塑料、橡膠等行業(yè)是中國使用機器人最多的幾個行業(yè)，未來幾年，隨著行業(yè)的需要和勞動力成本的不斷提高，中國機器人市場增長潛力會非常巨大，各行業(yè)工業(yè)機器人分布情況如圖4所示。
圖4 中國工業(yè)機器人行業(yè)分布
中國工業(yè)機器人市場之所以能有如此迅速的增長，主要源于以下3點：
1)勞動力的供需矛盾。勞動力成本上升和勞動力供給的下降，在很多產(chǎn)業(yè)，尤其在中低端工業(yè)產(chǎn)業(yè)，勞動力的供需矛盾非常突出，這對實施“機器換人”計劃提出了迫切需求。
2)企業(yè)轉型升級的迫切需求。隨著全球制造業(yè)轉移的持續(xù)深入，先進制造業(yè)回流，中國的低端制造業(yè)面臨產(chǎn)業(yè)轉移和空心化的風險。因此，中國的制造業(yè)企業(yè)迫切需要轉變傳統(tǒng)的制造模式，降低企業(yè)運行成本，提升企業(yè)發(fā)展效率，提升工廠的自動化、智能化程度。而工業(yè)機器人的大量應用，是提升企業(yè)產(chǎn)能和產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。
3)國家戰(zhàn)略需求。工業(yè)機器人作為高端制造裝備的重要組成部分，技術附加值高，應用范圍廣，是我國先進制造業(yè)的重要支撐技術和信息化社會的重要生產(chǎn)裝備，將對未來生產(chǎn)、社會發(fā)展以及增強軍事國防實力都具有十分重要的意義。習近平主席在2014年兩院院士大會上強調(diào)：“機器人革命”有望成為“第四次工業(yè)革命”的一個切入點和重要增長點，將影響全球制造業(yè)格局，而且我國將成為全球最大的機器人市場。
然而，盡管中國將成為當今世界上最大的機器人市場，但中國每萬名制造業(yè)工人擁有的機器人數(shù)量卻遠低于發(fā)達國家水平和國際平均水平，如圖5所示。工信部副部長蘇波表示，工信部將組織制訂我國機器人技術路線圖及機器人產(chǎn)業(yè)“十三五”規(guī)劃，到2020年，工業(yè)機器人密度達到每萬名員工使用100臺以上?？梢钥闯?，中國工業(yè)機器人市場至少存在7倍以上的增長，未來十年，中國工業(yè)機器人是看不到天花板的行業(yè)。
圖5 世界每萬名制造工人擁有機器人數(shù)量數(shù)據(jù)
2.對工業(yè)機器人專業(yè)人才需求
雖然多種因素推動著我國工業(yè)機器人的發(fā)展，但一個越來越大的問題清晰地擺在我們面前，在中國推行工業(yè)機器人技術，遇到的最大瓶頸不是技術短缺，而是應用人才嚴重缺失。北京航空航天大學機器人所所長、機器人領域著名專家畢樹生教授指出：“當前限制工業(yè)機器人技術應用和發(fā)展的關鍵不再是關鍵設備和技術，而是專業(yè)研發(fā)和應用人才的緊缺，長此以往，工業(yè)機器人行業(yè)將會畸形發(fā)展甚至未發(fā)展便萎縮。”
工業(yè)機器人作為一種高科技集成裝備，對專業(yè)人才有著多層次的需求，主要分為研發(fā)工程師、系統(tǒng)設計與應用工程師、調(diào)試工程師和操作及維護人員四個層次，如圖6所示。
圖6 工業(yè)機器人專業(yè)人才層次分布
對應于專業(yè)人才層次分布，工業(yè)機器人專業(yè)人才就業(yè)方向主要分為工業(yè)機器人研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)、工業(yè)機器人系統(tǒng)集成商和工業(yè)機器人應用企業(yè)，其就業(yè)人才構成如圖7所示。掌握技術核心知識的研發(fā)工程師主要分布在工業(yè)機器人研發(fā)企業(yè)和生產(chǎn)企業(yè)的研發(fā)部門，推動工業(yè)機器人技術發(fā)展；而工業(yè)機器人應用企業(yè)和工業(yè)機器人系統(tǒng)集成商則需要大量調(diào)試工程師和操作及維護人員，工作在生產(chǎn)一線，保障設備的正常運行和簡單細微的調(diào)整，同時工業(yè)機器人研發(fā)與生產(chǎn)企業(yè)也需要大量的培訓技師及懂一定專業(yè)知識的銷售人員。
圖7 工業(yè)機器人專業(yè)人才就業(yè)方向
在工業(yè)機器人專業(yè)人才需求中，需求量最大的是基礎的操作及維護人員以及掌握基本工業(yè)機器人應用技術的調(diào)試工程師和更高層次的應用工程師。中國機械工業(yè)聯(lián)合會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，中國當前機器人應用人才缺口20萬，并且以每年20%~30%的速度持續(xù)遞增。因此，工業(yè)機器人專業(yè)人才的培養(yǎng)，要更加著力于應用型人才的培養(yǎng)。
目前，專業(yè)人才缺口已經(jīng)是阻礙工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最主要原因。對于已經(jīng)完成自動化生產(chǎn)線改造的企業(yè)，機器人后期維護運行成本及技術已經(jīng)成為迫在眉睫的問題。同時，各大汽車制造企業(yè)，也面臨著沒有充足的工業(yè)機器人技術人才的后勤服務保障，使得在車型更新?lián)Q代時，不是對原有生產(chǎn)線進行升級改造，而是重新投資建設新線，造成資金浪費，嚴重影響了企業(yè)對市場的快速響應。再看富士康，“百萬機器人換人”計劃已經(jīng)開始，大量一線操作工將被工業(yè)機器人代替，但工業(yè)機器人的專業(yè)人才卻無處尋找，這也是富士康一再推遲機器換人計劃的原因之一。
綜上所述，職業(yè)院校中進行機器人建設以成了當務之急。有的地區(qū)早已設置了工業(yè)機器人專業(yè)，比如無錫職業(yè)技術學院、長春汽車工業(yè)高等?？茖W校等。在山東省只有淄博職業(yè)學院、濟寧第二高級技工學院等將要建立工業(yè)機器人專業(yè)。
二、專業(yè)定位
專業(yè)為培養(yǎng)能適應現(xiàn)代化建設和未來社會與科技發(fā)展的需要，德智體美全面發(fā)展與健康個性和諧統(tǒng)一的，富有創(chuàng)新精神、實踐能力的工業(yè)機器人人才。為服務企業(yè)轉型升級，滿足智能制造的技術需求，培養(yǎng)機器人應用領域專門的技術技能人才。
三、專業(yè)特色
師資隊伍專兼職相互合作，聯(lián)合育人。
實訓資源注重自主開發(fā)，以及廣泛利用校外資源。
課程注重實踐，理實一體教學，實訓室授課，吸引學生興趣，讓學生快樂的學習。
四、培養(yǎng)目標
不同機構培養(yǎng)項目是不同的，如圖8所示。就職業(yè)院校來說其培養(yǎng)目標如下。
圖8 不同機構的培養(yǎng)目標
1)培養(yǎng)從事機器人運行維護與管理、機器人維修調(diào)試的維修人員。機器人應用企業(yè)（汽車、軌道客車等）自動化生產(chǎn)線上的工業(yè)機器人設備的操作技工，對工業(yè)機器人設備進行日常保養(yǎng)及維護、維修的機電技工。
2)培養(yǎng)從事機器人（工作站）設計與安裝的技能型人才。機器人集成與制造企業(yè)從事機器人設備安裝或協(xié)助設備改造的技術工作等。
3)培養(yǎng)機器人銷售、售后客服等方面的復合人才。
五、培養(yǎng)方式
如圖9所示，不同培養(yǎng)機構培養(yǎng)出來的人員其知識與能力是不同的。因此，培養(yǎng)方式是有異的，就職業(yè)院校來說，其培養(yǎng)方式如圖10所示。培養(yǎng)順序如圖11所示，培養(yǎng)內(nèi)容如圖12所示。
圖9 不同培養(yǎng)機構培養(yǎng)的知識與能力
圖10 職業(yè)院校的培養(yǎng)方式
圖11 培養(yǎng)順序
圖12 培養(yǎng)內(nèi)容
六、構建課程體系
1.課程體系構建原則
體現(xiàn)以職業(yè)能力為本位，以應用為核心，以“必需、夠用”為原則；突出一體化教學的特點，緊密聯(lián)系生產(chǎn)實際。
注重用新觀點、新思想來審視、闡述經(jīng)典內(nèi)容：適應經(jīng)濟社會發(fā)展和科技進步的需要，及時更新教學內(nèi)容，反映新知識、新技術、新工藝、新方法。
滲透職業(yè)道德和職業(yè)意識教育；體現(xiàn)就業(yè)導向，有助于學生樹立正確的擇業(yè)觀；培養(yǎng)學生愛崗敬業(yè)、團隊精神和創(chuàng)業(yè)精神：樹立安全意識和環(huán)保意識。
充分體現(xiàn)職業(yè)教育的特點，確保理論上是先進的，應用上是可操作的，內(nèi)容上是實用的，盡量做到理論與實踐的零距離。符合“少而精”的原則；深淺適度，符合學生的實際水平；與相鄰課程相互銜接，沒有不必要的交叉重復。
以模塊化教學為目的，采用了任務驅動型的編寫體例，特別適合“行為引導法”教學，也就是教師把課堂教學變成了工廠教學，在學生遇到不能明白的問題時，先讓他們自己思考，再讓高年級的學生或技術工人講解，最后再由教師補充完善。在每個任務的最后，還要讓學生先帶著問題查資料，再由教師、工廠技術工人、工程人員的參與下進行討論，并由學生總結。其方法如圖13所示。
圖13 構建課程體系方法
2.課程體系
3.專業(yè)核心課程的內(nèi)容
(1)《工業(yè)機器人應用基礎》
介紹工業(yè)機器人坐標系及其變換、機器人運動學、機器人動力學、機器人控制、機器人路徑規(guī)劃、機器人的組成、機器人系統(tǒng)、典型應用以及機器人未來發(fā)展。
(2)《工業(yè)機器人現(xiàn)場編程與調(diào)試》
主要介紹工業(yè)機器人應用系統(tǒng)，工業(yè)機器人基本結構，電氣系統(tǒng)、設置坐標系、程序管理、手動示教、自動運行、復歸零點，文件備份與加載等；機器人系統(tǒng)的電氣圖樣，介紹專業(yè)工具進行零點校正和工具坐標系的設定方法。進行工業(yè)機器人系統(tǒng)簡單動作的示教編程和SPS 邏輯編程，工業(yè)機器人設備進行電氣維修以及程序校正。
(3)《工業(yè)機器人離線編程與仿真》
主要介紹流行工業(yè)機器人離線編程軟件；離線軟件安裝方法；離線軟件基本菜單功能；離線軟件進行工業(yè)機器人柔性系統(tǒng)離線編程仿真；離線軟件進行機器人工作站設計的基本方法。
(4)《工業(yè)機器人系統(tǒng)安裝調(diào)試與維護》
結合具體工業(yè)機器人系統(tǒng)，以其機械本體部分為對象，介紹其相關的機械知識。主要內(nèi)容包括機器人的相關各關節(jié)組成部分，齒輪機構、帶鏈傳動、聯(lián)接等，并針對典型的工業(yè)機器人機械部分做拆裝以及機械調(diào)試，電氣系統(tǒng)運行調(diào)試和設備保養(yǎng)訓練。
(5)《工業(yè)機器人系統(tǒng)集成與應用》
控制系統(tǒng)的基本概念與性能指標；控制系統(tǒng)的結構框圖，數(shù)學模型與特點，典型環(huán)節(jié)與特性；控制系統(tǒng)的動態(tài)性能分析，穩(wěn)態(tài)性能分析，穩(wěn)定性分析及系統(tǒng)校正方法；主要介紹工業(yè)機器人（焊接）工作站系統(tǒng)的組成；工業(yè)機器人的選型、外圍系統(tǒng)的構建、機器人與外圍系統(tǒng)的接口技術的應用；可以輔助完成工業(yè)機器人典型工作站的設計工作（弧焊、點焊、涂膠、搬運、裝配）。
(6)《工業(yè)機器人的操作》
主要根據(jù)“時代機器人”有的種類，如焊接（包括點焊和弧焊）和搬運、上下料、機加工、打磨、去毛刺、檢測等來介紹各種機器人的操作。
七、實驗與實訓資源的建設
1.實驗室
1)單片機應用技術實驗室
2)PLC與電機控制實驗室
3)傳感器實驗室
4)機械基礎實驗室
5)電工電子實驗室
2.實訓室
1)數(shù)控加工實訓室
2)維修電工實訓室
3)機修鉗工實訓室
4)工業(yè)機器人實訓室
包括以下機器人
5)機器人安裝調(diào)試實訓室
6)機器人創(chuàng)新實訓室
八、資源庫建設
資源庫的建設，需要多個學校聯(lián)合進行，其過程如圖14所示，內(nèi)容見圖15。
圖14 資源庫建設的過程
圖15 資源庫包括的內(nèi)容
