人机协作背景下高职电子专业变革与反思

    谈敏 沈灿钢

    摘 要：当前，全球机器人市场规模持续扩大，产业发展势头迅猛，伴随人机协作不断深入，产品在多种领域的应用持续拓展，进而带来了机器人应用人才缺口巨大，高职电子专业应该利用自身优势，顺势而为，合理进行课程设置变革和人才培养反思，从而可以拓宽本专业人才就业市场，实现人才培养与企业需求良好对接。

    关键词：人机协作；课程设置变革；人才培养反思；企业需求

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.210

    0 引言

    2015年，《中国制造2025》规划提出顺应“互联网+”的发展势头，以信息化与工业化深度融合为主线，国家要重点发展机器人等10大领域。同年工信部《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》里明确指出，到2020年，要形成较为完善的工业机器人产业体系，机器人密度要达到100以上，工业机器人装机量达到100万台。

    2016年，工信部、国家发展改革委、财政部联合印发了《机器人产业发展规划（2016-2020）》，规划到2020年，自主品牌工业机器人年产量达到10万台，六轴及以上工业机器人产量达到5万台以上。

    按照上述发展规划，“机器换人”是目前我们国家实现从制造大国到制造强国的必由之路。据测算，到2020年为止我国大概需要20万工业机器人应用相关从业人才，工业机器人专业俨然成为当下的一个热点技术专业，电子专业应该顺势而为。

    1 “机器换人”发展必然历程：“人机协作”——智能化

    传统工业机器人由于无法感知周围情况的变化，通常被安装在保护围栏或者其他屏障之后，以确保人的安全，这极大地限制了工业机器人的应用效果。随着标准化结构、集成一体化关节、灵活人机交互等技术的完善，工业机器人的易用性与稳定性，与人协同工作愈发受到重视，成为重点研发和突破的领域，人机协作将人的认知能力与机器人的效率结合在一起，從而使人可以安全、简便的进行使用[1]。例如，瑞士ABB的双臂人机协作机器人YuMi可与工人一起协同工作，在感知到人的触碰后，会立刻放慢速度，最终停止运动。德国库卡（KUKA）的协作机器人LBRiiwa可以以每秒10毫米或50毫米的速度抵近物体，并在遇到阻碍后立刻停止运动。美国瑞森可的智能协作机器人Sawyer能够像人类一样主动适应现实环境的不断变化，并快速改变应用，以更安全、更精准、更灵活的方式工作。丹麦优傲（Universal Robots）UR10型六关节机器人具有直接牵引机械臂编程示教及机械臂反向驱动功能，每个关节可实现正负360度的运动，通过设置安全参数，可在不增加安全围栏条件下满足人机协作应用需求。德国宇航中心机器人研究所的Kinfinity Glove机器人手套可由操作者穿戴，并远程同步控制一台具有两条手臂的机器人。

    当前，工业机器人的应用场景愈加广泛，苛刻的生产环境对机器人的体积、重量、灵活度等提出了更高的要求。工业机器人变得更小、更轻、更灵活。与此同时，随着研发水平不断提升、工艺设计不断创新，以及新材料相继投入使用，工业机器人正朝着小型化、轻型化、柔性化的方向发展。

    2 电子技术的发展现状与机遇

    传统的电子技术专业致力于培养电子、家电、绿色电源、智能家居等智能电子产品设计、研发与制作的高级应用型电子专业技术人才，培养学生具备扎实的专业技能和较强的社会能力。

    专业培养目标定位在培养掌握智能电子产品设计，具备智能电子产品的电路设计、电路板制作、焊接、调试、检测、维修等技能，能熟练操作各类电子设备、仪器和专业软件，具有较强的智能电子产品设计与研发能力以及电子行业的检测、调试、维护和管理的能力。培养掌握电子产品及其线路综合设计知识，电子产品设计软件及通用芯片使用技术，电子产品生产工艺及技术规范，电子生产设备的运行原理及操作技能，具备良好的职业素养、责任意识的高素质技术技能型人才。

    随着机器人易用性、稳定性以及智能水平的不断提升，机器人的应用领域逐渐由搬运、焊接、装配等操作型任务向加工型任务拓展，人机协作正在成为工业机器人研发的重要方向。

    以2006年深度学习模型的提出为标志，随着信息技术快速发展和互联网快速普及，人工智能迎来了第三次高速发展。与此同时，机器人的应用场景和服务模式正依托人工智能技术不断拓展，带动机器人市场规模高速增长[2]。

    通常机器人技术专业是在原机电一体化技术专业或电气自动化专业发展而来，面对我国机器人产业发展势头迅猛，产业规模和市场空间不断扩大，整个产业链呈现较为良好的发展态势。作为电子技术专业也应该在机器人产业发展中顺势进行课程设置变革和人才培养反思，努力适应新常态。传统的电子技术专业伴随着智能技术的快速发展，必将会助力“人机协作”走向深入，培养具有“互联网+”思维的技能人才，促进人机共融更进一步[3]。

    3 “人机协作”对电子专业课程设置的三点变革

    3.1 信息采集数据化

    实现人机协作—智能化的前提是信息采集数据化。随着工业4.0时代的到来，机器视觉使用光学非接触式感应设备自动接收并解释真实场景的图像以获得信息进而控制机器或流程，实现流程自动化和质量的改进，在智能制造业领域的作用越来越重要。而虚拟技术则利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用，能灵活高效地创建完全自定义的用户界面。综合这两种技术的特点，在传统的《传感器技术与应用》课程的基础上增加《机器视觉技术》，《虚拟仪器技术》等两门课程，可以更好地配合工业机器人的人机协作——智能化，实现信息采集的数据化。

    3.2 通信传输网络化

    随着工业机器人设备和配套的传感器、伺服器、执行器等不断增加，基于工业互联网的现场控制及网络应用需求越来越多。一方面，在生产现场工业互联网可以使各种单个的分散的机器人设备相互通信和协作。另一方面，工业互联网实现数据的远程管理和共享。

    “物联网技术”的核心和基础仍然是“互联网技术”，是在互联网技术基础上的延伸和扩展的一种网络技术，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。

    嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。为实现我国先进制造企业两化深度融合，综合这两种技术的特点，在传统的《单片机应用系统设计与调试》课程的基础上增加《物联网技术》，《嵌入式系统开发》等两门课程，有力地配合工业机器人的人机协作——智能化，实现通信传输网络化。

    3.3 终端应用移动化

    在工业控制中，PC机通常用来对执行机构的控制与数据处理等问题。随着智能手机和iPad等移动终端设备的普及，人们逐渐习惯了使用移动客户端上网的方式。Android系统是Google公司开发的免费开源的智能系统，目前主要应用于智能手机和上网本等系统终端。Android系统的高级编程语言——Java是当今世界上广泛流行的免费开源面向对象的代码平台，控制终端移动化使得操作更方便，实用性更强。

    而设计界面友好，功能强大的移动APP就需要学生具备相关的知识，从而实现移动终端发送功能指令、接收应答数据，并实时显示通信过程。结合这种趋势特点，在传统的《C#高级语言设计与应用》课程的基础上增加了《JAVA编程基础》，《android开发》等两门课程，很好地配合工业机器人的人机协作——智能化，实现控制终端移动化。

    通过对信息采集数据化，通信传输网络化以及终端应用移动化的认识，并对课程设置做相应的变革调整，课程注重实践，理实一体教学，采用实训室授课，吸引学生兴趣，让学生快乐地学习。电子专业的学生一定也能够在工业机器人的时代找到一个自己的着力点，能够更好地适应时代的变革与发展[4]。

    4 电子专业在“人机协作”背景下人才培养的三点反思

    4.1 师资培训常态化

    高职教育兼有教育和职业双重特性，其职业特性决定了其与社会经济发展密切相关，因此，高职教育的社会服务功能总是随着社会经济发展而发展。教学的主体是教师，教师教学水平的提升是极其重要的，怎样将学校所学与企业生产实际相结合，是非常重要的一个环节，常态化师资培训，综合利用学校资源，并结合教师自身的特点和特色，积极通过多渠道、多途径来提升教师的教学水平变得尤为重要。

    高职院校师资队伍只有与区域经济产业发展动态对接，才能发挥其职业人才培养的教育功能。学校教师走出去，增加教师的企业实践经验；行业专家走进来，定期参与技术交流，专兼结合，联合育人，相互合作。只有努力提高团队教师指导实践教学能力，提高专业课程教学质量才能不断提升自身可持续发展能力并适应人才培养要求。

    4.2 学生培养社团化

    随着“机器换人”的进程推进，传统培养某一专门岗位技能的高职教育人才培养规格已经不适应社会经济发展的需要。高职学生教育应该更加注重培养一专多精、具有宽泛专业知识的“复合型”技术技能人才，以与社会需求有效对接，避免工作岗位被机器替代而失业。

    因此学生的培养要结合“现代学徒制”，进行社团化培养。这样能够依靠团队的力量，更好地将学生的师傅从“一个”变成“多个”，帮助学生提升自身接受新事物、快速更新，掌握新知识的能力，让学生具备可持续发展的职业能力。即便将来工作一旦被自动化设备所替代，只要接受再培训，快速学习新知识，也能够尽早实现再就业。

    4.3 工程应用现场化

    在“机器换人”引发工业机器人应用领域人才短缺的情况下，高职院校要充分发挥其社会服务功能，为区域经济发展培养高素质的技能人才。要进行相关人才培养，其中一个重要环节、就是要进行相关实训室的建设，采用现场化的实际教学，增强学生的工程应用能力。有些设备的价格相对合适，学校可以模拟企业的生产工作环境，将课堂打造成实际的工作情境，通过现场化的情境教学，让学生更能够实实在在地感受到学有所用，用有所地。

    但是高职院校自身购买能力又十分有限，有些相关设备价格昂贵而要解决这个难题，必须建立产学研合作平台并依托地方企业的人力、物力和财力等便利条件，探索基于“互联网+”的教学新手段，企业专家实地现场授课，解决学生远程学习大型和较昂贵的设备的难题，同时要实现远程考核，提高学生实际工程应用的能力[5]。

    社会经济信息化和智能化程度不断提升，高职教育社会服务功能也要与时俱进、人才培养思路要不断拓展，以適应区域经济新形势的需求以提升自身社会价值，保证自身可持续发展，并与社会发展需求有效对接，尽快提升人才工程实际应用的培养规格[6]。

    5 结论

    21世纪是人工智能的新纪元，智能制造成为传统制造业转型升级、高端装备制造业走出去及降低企业运营成本的必由之路，机器人及智能装备制造产业将享用前所未有的发展机遇。机器人编程、生产线维护、修理等需要大批专业技术技能人才，电子专业应该有效利用自身优质资源，合理进行课程设置改革，反思人才培养进而拓宽本专业人才就业市场，实现人才培养与企业需求良好对接。

    参考文献：

    [1]张萍，沈灿钢.“机器换人”背景下高职教育发展面临的挑战与应对[J].机械职业教育，2018（09）：11-14.

    [2]王寿斌.“机器换人”：总有一些机会属于职业教育[J].江苏教育，2016（36）：35-36.

    [3]李敏.智能制造背景下高职人才培养研究[J].乌鲁木齐职业大学学报，2018（02）：61-64.

    [4]周俊妩.高等职业教育教学团队师资队伍建设刍议[J].人才资源开发，2018（22）：47-48.

    [5]赵明安.高职教育师资队伍建设若干问题的思考[J].武汉船舶职业技术学院学报，2010（02）：64-67+70.

    [6]李佳忱，刘绍龙.高职工业机器人技术专业人才培养创新研究[J].教育教学论坛，2018（13）：252-253.

    基金项目：1、2016年江苏高校哲学社会科学研究课题《以工业机器人等先进自动化技术促进苏南制造业转型升级缓解招工难》，项目编号：2016SJD790020。

    2、江苏省教育科学十三五规划课题重点课题名称《中外合作国际职业资格认证背景下高职自动化专业技术技能人才培养的实践与研究》，课题批准号：C-b/2016/03/18。

    作者简介：谈敏（1980-），女，江苏常州人，硕士，讲师，研究方向：电子技术应用与嵌入式控制技术。