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数字孪生技术在高职工业机器人实训教学中的应用研究 重庆摘要:作为影响工业4.0实现的关键技术之一，Digital Twin是一种模型信息流驱动的产品生命周期管理工具，其核心在于数据收集、聚合、分析和提供决策洞察的功能，将重构未来人类的生存环境。随着智能时代的到来，数字孪生技术已经从一个纯工业应用领域的概念逐渐应用到教育领域，逐渐成为智能教育新生态的手段之一。国内外学者逐渐将数字孪生技术应用到柔性制造系统、工业机械臂等设备的学习和培训中。基于此，本文探讨了数字孪生技术在高职工业机器人实践教学中的应用。 供相关从业者参考。关键词:数字孪生技术；高职工业机器人；实践教学；应用简介随着数字孪生技术的快速发展和5G技术的逐步应用，数字孪生技术在各行各业的赋能日益增强。数字孪生技术是由密歇根大学的一位教授在2003年提出的。该技术是通过各种技术手段完整、准确地描述真实场景中目标对象的运行状态，并以虚拟化的效果呈现在数字化管理系统中的显示技术。数字孪生技术也影响着教育教学活动。一、数字结对技术概述数字结对是一种实现将运行中的真实设备和系统映射到虚拟化模型的技术。它充分利用真实的设备运行模型， 实时传感器数据、运行历史等数据实现从不同方面从现实世界到虚拟空间的模拟，从而实现真实设备整个运行状态的全过程数字化。同时，借助安装在物理设备上的各种传感器，基于机器学习分析和相关虚拟仿真技术，几乎可以实时模拟实体的实际状态，并通过虚拟交互界面控制物理实体。数字结对技术的出现在真实的物理世界和数字世界之间架起了一座桥梁。它充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射， 从而反映相应实体对象的整个生命周期过程。数字孪生的内涵是构建物理对象的数字孪生，其最终表现形式是对物理实体的完整、准确的数字描述，可用于物理实体的模拟、监测、诊断、预测和控制。二、高职院校工业机器人教学存在的问题(一)教学内容不符合市场需求。目前，虽然国内有大量的高职院校开设了工业机器人的教学，但是从对高职院校该专业教学现状的调查中发现，很多学校在教学内容上以讲解理论知识为主，同时在教学方向上，由于缺乏对市场需求的研究， 教学内容偏离实际市场需求。在这种教学模式下，我国高职院校的工业机器人教学虽然有大量的人才，但质量往往达不到企业的岗位要求。另外，在工业机器人专业的教学模式中，由于缺乏有效的实践教学，很多学生理论知识不足，但实际操作能力却不尽如人意。这也导致了很多学生进入企业后往往需要二次培训，难以达到企业的盈利标准，最终影响了专业人才的就业竞争力。(二)教学载体面临挑战。在高职工业机器人专业教学中， 软硬件设施落后。工业机器人专业教学的顺利开展，前期需要投入大量的资源，包括日常教学资源和实践平台的建设。整个过程需要很高的经费，比如涉及基本操作实训室的专业实训室，工艺应用实训室，离线编程实训室，组装维修实训室等。，这些都需要足够的资金支持。工业机器人专业涉及整个现代制造业，属于工业自动化生产的“主角”。由于高职院校工业机器人专业面临的行业、机器人品牌、软件平台不同，教学载体的功能也不同，对教学资源的建设有更高的要求。第三， 数字结对技术在高职工业机器人实践教学中的应用(1)教学对象建模如果说数据采集是高职院校运用数字结对技术提高工业机器人教学水平的前提，那么教学对象建模就是必要的基础工作。以前的数据只包括少数几个影响变量，但新数据的获取将需要新的模型来分析它。新数据可以用多种方式表达。从人机交互的角度来看，改变系统的界面可以在一定程度上满足不同学生的教学需求。再者，通过用户界面的特性，兴趣相投的学生可以借助用户画像建立学生群体，实现用户聚类，为教学对象的建模打下良好的基础。从算法内容来看， 有研究表明，借助于数据关联分析，可以分析影响教学效果的各种因素，构建多特征、多项圈、多尺度的融合模型。该融合模型能够很好地表达在线“教”与“学”的不同特征，促进“教”与“学”、“虚”与“实”的深度融合。(2)课程建设充分结合“1+X”证书的考核要求。总的来说，“1+X”证书告诉大家学什么，具体考什么，考到什么程度。以工业机器人应用编程“1+X”证书为例。证书分为初级、中级、高级三个等级。初级证书主要由工业机器人使用，实现搬运、装配、码垛、涂胶等工业应用的编程和调试。在此基础上， 中级证书扩大了焊接、打磨、喷涂、雕刻等工业机器人的应用范围。增加工业机器人编程和与外部设备联合应用的难度，以及工业机器人系统的离线编程和测试；高级证书进一步增加了外轴工业机器人的综合应用和工业机器人系统的仿真和二次开发。一般来说，高职专业可以标注“1+X”证书中级水平，可以根据证书要求的专业核心技能和区域行业特点，以证书涉及的行业为对象，选择合适的行业进行课程内容的探索和构建。例如，在装备制造业， 挖掘机等结构件的制造涉及到焊接作业，因此可以构建工业机器人的焊接工艺以及相应的编程调试相关课程。装卸连接件回转支承的安装涉及装配和胶合，可用于构建工业机器人装配、螺钉锁紧、胶合工艺及相应的编程和调试的相关课程内容。产品外观装饰涉及涂装操作，可用于搭建工业机器人喷涂工艺及相应编程调试相关课程内容。