工业机器人元素嵌入电气自动化专业领域的分析
摘 要 本文对电气自动化专业设置工业机器人方向进行了课程体系的分析，以工作嵌入的六维度矩阵分析法分析了电气自动化专业领域和工业机器人领域中结合紧密的专业元素，尤其在Link（关联）、Fit（匹配）、Sacrifice（牺牲）等方面的影响进行了量化分析，通过分析将工业机器人编程、PLC、传感器应用、伺服驱动、工业机器人应用仿真等课程纳入到电气自动化专业领域向工业机器人应用方向发展的核心位置。
【关键词】电气自动化 工业机器人 工作嵌入 新工科
“人力成本的逐年上涨，将刺激制造业对机器人的需求。”工业和信息化部装备工业司副司长王卫明如是说，代表着先进制造业的电气自动化专业向工业机器人应用领域发展显得刻不容缓。而在培养人才的这一环，高校需要培养出复合性工科人才，自动化与机器人这两个领域的结合则是中国智造2025的需要。
1 工业机器人与电气自动化专业领域的工作嵌入关系
工作嵌入的概念是指个体和组织内外所有与工作相关的情境之间所形成关系网络的密切程度，它从非主观和工作之外的因素入手，为我们理解组织行为提供了一个全新的视角。传统的视野集中在人力资源管理学的领域，但从高校教育的专业科目领域角度，我们完全也可以将概念中的“个体”解读为工业机器人领域中的各个元素，而“组织”则为电气自动化专业体系，这个“情境”既指中国智造2025。
同样，工作嵌入概念的三个核心也可以在专业科目体系中得到体现，针对电气自动化专业，Link（联接）解读为工业机器人领域中的各个元素与电气自动化专业以及专业课程体系中的各个元素之间的关联度；fit（匹配）解读为工业机器人领域中的各个元素融合到电气自动化专业课程体系中的科学性和合理度；Sacrifice（牺牲）解读为电气自动化专业体系在缺失工业机器人元素后，它在现代制造业中的成色或是含金量的降低程度。
工作嵌入有两个层面的子要素：专业领域嵌入（工作内嵌入）与社会认可度嵌入（工作外嵌入）；前者指电气自动化专业领域植入工业机器人元素的嵌入程度，后者指植入电气自动化领域中的工业机器人元素与人类社会的嵌入程度（或理解其是否为人类社会所接受）。
以上三个核心与两个层面构成了3X2六维度的矩阵结构（如圖1）。
科学技术的发展使得第二列的三个维度相比以前显得更加紧密，而且以后还会更加紧密，只要机器人的研发原则仍遵循1942年美国作家艾萨克阿西莫夫提出的“机器人三定律”。这里需要指出的是并不是所有的制造类工业都为我们人类社会一直所接受，比如胶卷相机、卡带录像机等正逐步淡出我们的生活，这就是第6维度的紧密性降低所致。
2 工作嵌入的多维度矩阵的分析
为培养合格的复合型新工科人才，我们需要通过工作嵌入的六维度分析，找出工业机器人专业领域中适合（fit）并在逻辑上相近（link）的元素嵌入到电气自动化课程体系中。工业机器人专业领域中的元素非常多，但其总体的构架系统不外乎有机械系统、驱动系统、控制系统、感知系统这四大部分。在这四大部分中，机械系统内容重点在于生产研发和制造，控制系统源于自动控制领域的分支，感知系统则倾向于市场推广和应用，而驱动系统本就是电气自动化领域的一个重要内容。电气自动化专业的重点是通过自动化的控制来实现生产过程的智能制造尤其是大规模的工业化生产，因此与工业机器人体系中的控制和感知系统的关联度更高，驱动系统则同为工业机器人和电气自动化的核心内容。
电气自动化专业的核心体系主要集中在掌握如何实现生产制造控制的自动化，因此其核心是围绕着PLC、变频、组态、伺服这些内容来展开，构成这些核心内容的基本元素则为电机、梯形图、类似C的编程语言等。比如组态王的脚本编写涉及的If-Else、While等语句与ABB机器人RAPID编程语句的应用并无质的区别。而围绕工业机器人体系的控制系统和感知系统，从应用角度必须掌握的是编程语言、传感技术、PLC等基本元素，再精分细化，编程语言如ABB的RAPID、安川的INFORM、三菱的MELFA-BASIC4等编程语言，传感技术如视觉传感、力度反馈等。工业机器人如果需要在制造业的各个领域无障碍应用推广，还不能忽略另外一个关键技术，那就是工业机器人手臂末端法兰盘上需要装配的夹具，这个夹具的设计制造人才是当前工业机器人大范围在各行各业推广的瓶颈，需要在高校中着力培养。
综合以上内容，导入工作嵌入的六维度矩阵结构分析，可以得到编程语言这个元素的关联度和合理度最高，因此工业级机器人的编程在电气自动化课程体系中不仅非常重要而且也可以做到无缝嵌入，几乎所有的高校都将其列为体系中的核心课程，在教学实施中只需不拘泥于C、VB、RAPID等语言结构，而突出语言编程的共性和实效，即可举一反三、融会贯通。PLC的梯形图和电机的伺服驱动是另两个关联度和合理度最高的元素，但其并非是工业机器人体系中所特有的，相反它们是电气自动化专业传统体系中一直强调的重点，是工业机器人能够发展到现在这种程度的支撑。基于传感技术的视觉和力觉元素在矩阵中的关联度和合理度约低于上述几个元素，它们都不属于工业机器人的本体技术，它居于电气自动化和工业机器人体系的非核心课程，但却不可忽略，是未来的发展方向，属于不可牺牲的那部分。工业机器人夹具建模设计在六维度的矩阵中具有很高的合理度，也是当下非常紧缺的元素，但其在电气自动化课程体系中的关联度并不高，这加大了教学实施的难度，实践教学中引入3D快速成型技术，跨越了一些基础的机械制造知识，可以在一定程度上降低教学难度系数。
融入电气自动化专业课程体系的工业机器人元素一览如表1所示。
3 总结
如同一个组织的核心竞争力来源于组织知识的创新，电气自动化要在智能制造2025保持领先地位离不开专业体系的更新，而最终的核心竞争力源于课程变革的与时俱进和创新，参与课程体系创新的新课程新元素作为专业课程体系中的关键载体，其与工作的嵌入程度对这些新课程和新元素在专业课程体系创新中所发挥出的效果影响越来越明显，因此借助工作嵌入分析电气自动化与工业机器人在专业领域之间知识转化通用的影响，是电气自动化专业课程体系也是新工科课程体系创新的有效手段。
参考文献
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作者简介
卜令涛（1968-），江苏省连云港市人。副教授，硕士本科学历，高级技师。研究方向为电子电工。
吴江寿（1984-），浙江省丽水市人。大学本科学历。工程师，高级技师。研究方向为电工电气。
作者单位
浙江东方职业技术学院 浙江省温州市 325011
