智能化材控及焊接专业人才培养模式的探究

王吉孝

（广东石油化工学院 机电工程学院，广东 茂名 525000）

1 研究现状

材控及焊接专业作为传统专业，全国很多高校开设了该门专业。目前，全国本科院校开设焊接专业约有50所高校，包括哈尔滨工业大学，安徽工业大学，沈阳工业大学，广东石油化工学院等。科研院所及一些企业，都开展了各种先进焊接技术研究、先进焊接材料研制、特种焊机研发、各种技术检测等，例如哈尔滨焊接研究院有限公司、天津大桥焊材集团有限公司、酒钢集团兰州长虹焊接材料有限责任公司等，都开展了焊接技术相关研究。

哈尔滨工业大学焊接专业开展了高效焊接方法、焊接过程质量传感与智能控制，遥控焊接技术、焊接机器人与自动化系统集成技术及应用研究。表1列举了哈尔滨工业大学等十所高校焊接专业的培养目标、培养要求、主要专业核心课程。从表中可以看出，各个高校的专业培养目标基本都是能够具备解决工程领域焊接技术问题，并能具备在焊接技术方面可以研究、设计管理的能力。培养要求主要是解决焊接结构设计、设备开发、工艺制定等焊接相关领域的工程问题。各个高校开展核心课程方面有些差别，部分高校在开展智能焊接方面，包括机器人焊接等，因培养目标和培养要求的侧重点不同，开展这方面的课程比较少。因此开展这方面的相关课程，并结合较为先进的教学方法、教学模式等进行改革研究，同时结合相关课程的思政元素，对发展和提高智能化焊接及装备制造业具有重要的指导意义。

表1 国内一些高校焊接专业培养方案对比

2 智能制造背景下焊接高技能人才培养分析

现阶段，机械制造生产领域，人们对高精密工艺关注度较高，尝试强化构件性能，解决原有生产工艺的制造能效低、加工流程多、工艺粗糙、安全隐患大等问题。机器人焊接在智能制造中快速应用并成为主要的焊接加工方法，主要是由于传统手工焊接方法导致生产成本较高。这些都对机器人焊接相关人才有较强的需求，主要在机器人焊接编程与焊接工艺、设备的维护及操作岗位人员管理等方面。现代焊接机器人都配备了相关软件，可以完全控制生产过程，产品的焊接质量对操作人员的技能依赖度不大。机器人焊接方向的高技能人才培养，需要具备与焊接类相关基础知识和工业机器人两方面的知识结构。教学课程需要相应调整，以满足智能化焊接的要求[1]。传统焊接作业由技术人员操作焊枪进行，焊接质量极大依赖于技术人员的经验，很难保持稳定，成本投入大、焊接效率不高。此外，焊接中会产生有毒有害烟尘、弧光，对人体健康存在威胁。利用焊接机器人进行作业可极大提高生产效率，保证焊接质量，减少对技术人员健康的危害[2]。

焊接智能化，采用多源传感器获取焊接过程数据，在焊接造过程中引入信息流，实现对焊接动态过程的多模态信息感知、知识判断与智能化控制等；同时围绕弧焊传感、焊接多智能体，构建一个具有与实际焊接过程相同物理元素的运行状态，即焊接数字孪生系统。该系统可模拟、监控、设计和控制实际焊接过程和运行状态[3]。焊接质量智能检测系统为了解决传统检测方法泛化能力较差的问题，更好适应工艺生产线的复杂变化。激光焊接作为一种高精度、非接触式的焊接工艺，已成为工业生产制造中不可或缺的焊接方法，但如何评价激光焊接的质量也一直是人们关注的问题[4]。智能制造技术的应用，可以显著提升工业生产企业流程与效率，利用各类智能技术，实现生产自动化与智能化的目的。通过引入智能制造技术，可以显著降低人为因素的干扰，控制人工成本，优化生产流程，进一步提升工作效率，提高质量与安全水平的目的。因此，有必要做好智能制造技术在工业自动化中应用的研究[5]。

3 教学改革探究

近十几年来，焊接技术应用越来越多，许多现代化企业引进了各种国内外先进的焊接技术、仪器和设备，特别是沿海发达地区，对焊接技术人才需要非常迫切，焊接类专业毕业生供不应求。但是智能焊接技术专业属于技能型很强的专业，随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，学生和家长对焊接的认识还远远不够，如何提高认识，还需要在人才培养途径方面做出一些改革和实践[6]。

人才培养模式从通才教育人才培养模式，转变为材控及焊接应用型工程技术培养模式。面向工程的应用型材控及焊接专业人才体系建设及改革方案如图1所示。从图中可以看出，通过建立学科基础核心课程群、专业核心课程群和专业智能化的创新体系，可以培养材控及焊接专业学生的创新工程实践能力。广东石油化工学院焊接技术与工程，该专业目标是培养应用型的焊接工程师，针对专业课程的特点，建立了比较合理的专业培养目标和培养要求，在课程设置方面，增加一些计算机及机器人方面的辅修课程。保证材控及焊接实习学生安全的前提下，尽可能实际动手操作，这些都有利于开展创新人才培养。

图1 材控及焊接专业人才体系建设及改革方案[8]

（1）创新教学方法及教学团队建设

材控及焊接技术的重要发展和应用方向是智能工作站、自动化生产线，建立先进机器人工作站和培养具有高技能高素质的教师队伍。做到材控及焊接专业和学科基础并重，提升材控及焊接工程实践能力。材控及焊接专业开展多体系试验，结合专业特点建立智能化专业团队。利用先进材控及焊接设备与科研相结合，形成智能化的创新体系。在实践教学中开展材控及焊接实训，建立完备的校内实训及校外认识实习和生产实习基地体系。同时将课程思政理念融入课程的关键在于教师队伍建设[7]。开展形式多样的教学活动，促进教师成长。成立智能焊接课程思政团队。组织团队教师参加各级各类培训，学习先进的专业知识和教学理念，提高职业素养。

（2）建立并完善专业智能化创新模式

结合课堂教学内容，把理论与实践联系起来。要大力开拓具有较大规模的材控及焊接实习基地企业，同时要有先进的材控及焊接设备和智能化操作。学校与企业签署实习合作协议，学生生产实习应该在具有较高的智能化材控及焊接企业中完成，培养智能化意识并付诸实践，这些都有利于开展创新人才培养。开展智能化材控及焊接课程，提升学生的专业兴趣和材控及焊接知识综合运用能力。采用多学科交叉，并跟踪材控及焊接专业学生就业信息反馈，检验和改正教学中的一些关键环节，为材控及焊接专业实现从通才教育转变为工程应用人才培养模式而不断探索[8]。

（3）调整材控及焊接专业的培养目标要求及课程

材控及焊接专业的培养目标是培养掌握一定基础理论和先进合理的专业知识和解决工程技术问题能力。专业培养要求是具有良好的分析问题和解决问题的基本能力，掌握一定的电学、力学、机械设计、材料科学基础知识及测试分析技术等。主干课程包含有基础课程和专业核心课程，学生在掌握材控及焊接类基础的知识之上，主要偏向机器人焊接技能、质量检测、PLC原理与应用、检测技术与控制工程、Solidworks/UG、电工电子技术、计算机应用基础、工业机器人、材控及焊接机器人离线编程技术应用、材控及焊接工装夹具与设计、材控及焊接机器人工作站安装调试、材控及焊接设备的维护保养与生产管理等。

4 结语

材控及焊接专业人才培养不仅需要合理的课程设置，还需要教师精通智能化相关专业知识，进而把一些思政元素融入到课堂中。广东石油化工学院材控及焊接专业实验室购置了先进的机器人设备、先进的显微镜分析仪器力学性能测试等设备，学校还建有实习实训中心，这些条件可以保证材控及焊接专业教学的正常开展，同时建立了以广东茂化建集团有限公司为主体的实习基地。今后的工作有望逐步开展国际焊接工程师和无损检测技术的培训，对提高专业建设也有很大帮助。智能化材控及焊接的发展，可以提高学生对材控及焊接专业的认识，增加对本专业的兴趣，这有助于更多的学生从事本专业工作，因此对提高材控及焊接专业的招生和就业具有重要意义，材控及焊接智能化更有助于本领域先进技术的发展和进步。