智能制造产教融合基地示范方案.docx
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智能制造产教融合基地示范方案.docx
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智能制造产教融合基地示范方案
智能制造产教合作方案
-------智能制造人才培养基地建设方案
一、项目背景
1.1智能制造创新基地示范展示
1.2智能制造职业教育体系创新
1.3智能制造产教融合生态平台
1.4国际校企合作引领建设内涵
二、建设目标
2.1打造智能制造现代学徒校企协同中心
Ø工业机器人实训:
满足从工业机器人认知、实训、维护、集成相关教学活动,满足企业对技能型人才需求。
Ø先进制造设备实训:
满足工业自动化先进制造设备的数控机床、增材制造等的认知、应用、维护的工程型人才需求。
Ø机械制造技能实训:
满足对工业自动化机械制造、机械工艺以及机械专业方向人才学习、实训需求。
Ø智慧工厂综合实训:
满足对自动化、生产线,工艺集成等智能制造相关技能实训、应用、维护的学习需求。
Ø行业人才技能评价:
满足产业发展需求对应的专业人才的技能评价和教学诊断。
Ø技能大赛训练平台:
满足国家、省级职业技能大赛的培训及赛项实训应用需求。
Ø工匠互动学习平台:
满足职教集团从业职工的专业技能提高和教学模式互动。
Ø校外人员社会培训:
满足对校外相关从业人员或企业的相关技能培训及培训证书的认证。
2.2建立行业人才认证
Ø依托行业协会,联动产业园区,服务地方技能型人才培养和认证
Ø实现“双师”培养模式,建立企业工程师的教学实践和互动机制
2.3建设智能制造可视化资源库
2.3.1课程资源建设
协同中国职业技术教育学会职业教育装备专业委员会优质合作厂商展开深度合作,制定了集教学、
科研、社会服务于一体的建设标准,利用先进技术AR方式建设课程资源系统,课程教学与软硬件设备一一配套,实训项目涵盖了工业机器人、数控机床、自动化控制系统等行业应用内容,与企业需求无缝对接。
在实施人才培养的过程中,将岗位的工作流程及要求渗透到每一门课程内容中,使学生在真实岗位中学习专业核心能力。
2.3.2课程资源共享
合作院校以及合作地方产业共同升级云平台资源库,高校+企业,共同完善专业建设升级
结合学校的专业,企业利用该智慧工厂生产单元,物流运输自动化系统平台,仓储单元,AR云平台等,能够做到多专业交叉互补,并配套相应的教材内容以及教学资源库,拓展学校教学内容,以及提高教学层次,质量。
多元化培养定向实训,满足毕业生升学、就业和企业用人需求。
2.4引领双创+智能制造混合培养新模式
2.4.1基地协作国家化高新创新企业以及地方性产业为职校学生提供学习、培训、实习平台,为企业员工提供沟通交流、学习培训基地,为教师提供锻炼平台,工程师、学生、教师形成互补,相互提高。
2.4.2基地结合地方产业资源,协同高新企业,贯穿高校科研,依托基地载体、环境、学术以及协作高新企业,可有目的有资源上游支持学术人员资源,形成工业机器人、机械、数控以及AR技术方向的协同研究开发,为产业提供开发、研发生产、培训服务。
2.4.3依托基地的协同合作,可加强方向性产业同高校的信息沟通,最新了解市场及企业人力资源更新状况,基地可人才需求方向定向培养,可为企业提供专业人才,提高高校毕业生的升学、就业需求。
2.4.4依托基地线下载体联动合作高校人才培养,互联网云端教学资源,可加强合作院校专业建设模式。
三、建设思路
基地设备以面向“智能制造”教学需求专门研制的工业级智慧工厂方案,以真实工业级智慧工厂为实训系统,和教学相结合的METS管理系统为核心,与云计算中心相结合,以电气控制网络化为基础,结合RFID物联网技术的“智慧工厂”,实现智能化生产、加工、装配、仓储、数字化物流跟踪等过程的智能化生产线。
智能工厂生产系统与教学教务系统相结合,教学实训任务通过METS系统下发到智能工厂,创造性地将实训教学与智能生产串联,解决了学员无法真正动手实训的难题。
AR及信息化云平台为教学资源体系,包含云资源库,AR教材,以及实训教程为主。
该平台满足自动化类、机电一体化、机械类和机器人等主要专业,涵盖电子信息、机电工程、计算机、工业机器人等众多专业领域的专项技术和专业核心技术的教学、科研和实训。
一机多用,设备状态和程序能够自动在云端上传下载,满足不同专业同学期实训的需求。
3.1基地特色
Ø真实工厂的教学系统应用:
老师能容易教和学生能轻松学
Ø专业覆盖和企业真实需求:
就业方向和职业素养进行贯通
Ø信息化技术落地教学实践:
VR/AR教学资源库无限迭代更新
Ø教学参观实践多功能展示:
实现教学、观摩、生产多场景切换
Ø远程教学可共享优质资源:
多种教学手段丰富教学协作设计
3.2平台主要功能
①生产线采用全自动化生产,无需人工干预,同时能实时监控设备生产状态、故障信息、反馈当前生产信息。
②各单元组成一个完整的智能生产线,在实训执行系统的统一控制下开展智能制造项目实训过程。
根据教学需要,系统可以单独工作,互不影响。
灵活多变,教学柔性强。
③每个单元配置标准控制柜和电气实训台,两者通过标准接口切换,实现生产与实训兼容。
④生产系统与教务系统结合,根据课程安排,自动下载程序到设备,恢复设备状态,备份程序。
⑤每个单元配置评分系统,根据操作情况,程序分析,制造结果综合评分,让学校及时掌握对学员实训情况,也可以作为考核评测依据。
⑥开放式系统,信息共享,系统除了满足教学需求外,还可以作为创新科研平台,利用该系统针对智能制造技术进行创新研究。
四、智能制造方案介绍
4.1智慧工厂系统介绍
智能制造智慧工厂实训方案基于工业4.0智能制造技术,结合机器人技术、数控加工技术、信息化、
CAD/CAM、工业网络、非接触式检测等先进技术,采用完全工业化的硬件设备搭建。
能完成典型零部件的CAD/CAM、加工、智能物流、检测的完整工作和实训过程。
工厂包含立体仓库、毛坯加工单元、成品加工单元、AGV物流系统,METS总控系统。
其中每套加工单元体现一个完整的智造单元,包括单元METS实训系统(实训执行系统)、电气安装实训台、流水线、加工设备、机器人、智能检测单元(含加工参数自动补偿系统)和安全护栏。
各单元组成一个完整的智能生产线,在实训执行系统的统一控制下开展智能制造项目实训过程。
根据教学需要,系统可以单独工作,互不影响。
灵活多变,教学柔性强。
4.1.1系统介绍:
方案总体规划入下图所示。
(智慧工厂1500m2,METS总控区300m2,AR可视化云平台200m2)
(教学区400m2,会客休息区100m2)
仓储单元作为零件和成品的存储仓库,核心设备是全自动立体仓库,结合RFID技术和仓储管理软件,实现单元的智能化。
加工单元分为毛坯加工单元(粗加工)和成品加工单元(精加工),每套的组成一致,完成产品的制造和检验。
加工单元由数控车床、加工中心、机器人、非接触式检测仪、流水线、控制系统、电气实训平台和METS实训系统组成。
每个单元可以单独运行,完成生产任务和教学任务,三个单元也可以联动,根据工艺编排完成生产制造。
AGV物流系统,由2台AGV小车、调度系统、RFID地标识别系统及无线通信设备组成。
用于物料的输送,将系统的所有单元模块有机地联系起来。
METS总控系统,基于MES的制造执行实训系统,将工厂MES系统与学校教学平台结合,能够管理工厂的运营,也能够开展实训,完成教学管理任务。
4.1.2方案特点:
1)实验室内的柔性制造系统,拥有多个工作单元,功能多,技术先进。
学生可以直接体验生产现场的先进技术。
同时也学到生产现场不具备的故障诊断、生产执行系统等等。
2)先进的教学理念,双系统设计,学生实训操作不影响系统连续性,程序自动备份下载,解决了实训难题,开展教学、科研及技术开发,利于培养创新性、实践型专业技术人才。
3)实验设备为开放式系统设计,学生和老师在探究系统技术和理论的同时,可以进行自我设计,提升系统的设计结构和设计要求。
同时进行先进技术、先进理论的各种尝试。
4)实验室的产品采用模块化设计,可以创新组合,符合未来先进制造流水线的柔性和适应性要求。
5)实验室设备集中了当前以及未来先进的机器人技术、现场总线技术、PLC技术、图像处理与诊断技术、自动立体仓储技术等等。
6)能够集成工业物联网的感知控制层,传输通信层,网络协议层,应用程序层,云端服务层一体化的工业物联网实训设备
7)实验设备直接以生产现场使用的工业元器件组成一个功能齐全的生产流水线,直接与实际生产结合,利于培养实用型、创新性专业技术人才。
8)对于基于工业物联网及可编程控制器的电气控制实训项目,能够结合流行组态软件与计算机进行通信监控实训装置的运行状态,更加贴近工业现场。
4.1.3制造流程介绍
智慧工厂以叶轮和机翼模型为制造对象,利用多轴加工设备进行产品加工,利用三维扫描检测系统进行检测。
叶轮加工流程
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4.1.4仓储单元
基于RFID物联网技术的仓储管理,对毛坯件、成品等货物盘点上料、货物中途跟踪记录、入库管理、出库管理、仓储数据管理等过程。
通过RFID读写器等智能识别装置将原材料、半成品、成品进行出入库管理,还可以对库存数量、库存总价等信息进行统计;能自动选择最优的出入库货位,优化作业路径,提高仓库运行效率;能为仓库作业全过程提供自动化和全面的记录,提高工作效率;能为仓库的所有活动、资源和库存水平提供及时的正确信息。
通过仓储管理软件操作员只需通过RFID读写器扫描一下电子标签按下启动键,所需要的原材料等物品就会自动运行到指定的位置,提高了工作效率且能够对工厂内所有的资源进行数字化管理。
仓储管理软件
4.1.5加工单元(毛坯加工、成品加工)
加工单元由数控车床、加工中心、机器人、移动导轨、流水线、控制系统、电气实训平台和METS实训系统组成。
每个设备上均安装有摄像头,可将视频连接到软件平台上进行教学展示和监控。
数控加工设备采用德玛吉机床,配备西门子或者FNAUC数控系统。
加工单元分为毛坯加工单元和成品加工单元。
毛坯加工单元配备数控车床(CLX350)和三轴加工中心(),完成毛坯零件的粗加工和基准面加工。
成品加工单元配备数控车床(CLX350)和五轴加工中心(DMU50),完成叶轮或机翼的成品加工。
DMG数控车床-CLX350
DMG加工中心-DMC850DMG五轴加工中心-DMU50
在加工单元,学生利用UG或ProE等三维设计软件进行设计,设计的产品经过数控仿真软件进行模拟仿真后,可通过CAD/CAM软件和METS系统上的DNC功能传输程序。
加工单元配置了机器人离线仿真软件,在建立的系统模型中对机器人进行离线编程,经过虚拟环境模拟测试,程序可以直接下载到机器人,进行实际操作。
学生在虚拟环境中进行机器人操作编程,即提高了效率,也降低了风险。
单元实训时,学生将毛坯工件放置到上料流水线上,可同时放多个,实现一定时间的无人生产。
智能工厂生产运营时,通过AGV输送毛坯件,通过流水线自动对接AGV。
实现无人生产。
机器人将工件毛坯分别送至数控车床及数控铣床进行加工,后再将加工完毕的成品放置检测台进行检验,检验结果反馈控制系统。
典型工作流程如下:
加工单元系统特点:
1)每个加工单元都有自己的控制系统,都可以独立用于培训。
也可以根据最新的技术趋势,通过以太网进行系统联网,确保实现开发的接口和扩展性。
2)加工设备由一车一铣两个部分组成,机床设计和功能均符合工业标准。
可完成车削件和铣削件的实际加工(有色金属),自动门和气动夹具,可配合机器人完成自动上下料和自动加工,多工位刀架,采用西门子或者FNAUC数控系统,可通过CAD/CAM软件和METS系统上的DNC功能传输程序。
3)非接触式检测单元由四轴直驱单元驱动影像和激光检测系统,用于检测车削和铣削类成品工件的尺寸、外形缺陷、形位误差等,并自动生成成绩报告单。
4)电气实训平台用于学生动手实训,设计控制系统。
标准电器柜和电气实训板切换控制,兼顾不同专业的学生上课所需。
只要简单的插接即可实现切换。
5)丰富的加工设备,三轴加工中心用于毛坯零件加工,五轴加工中心用于叶轮、机翼等复杂曲面零件的加工。
4.1.6检测单元
检测单元以影像激光检测设备为核心,结合机器人和流水线,实现检测的自动化。
检测单元自动输出实训质量检测报告,作为实训结果的评判标准之一。
在真正生产过程中,检测单元系统能够结合加工单元提供的机床信息、产品数据、刀具补偿数据、数控程序、操作人员信息,分析检测结果,将检测结果实时反馈给加工单元,加工单元利用检测系统反馈的信息实时调整加工程序。
非接触式检测单元由四轴直驱单元驱动影像和激光检测系统,用于检测车削和铣削类成品工件的尺寸、外形缺陷、形位误差等,并自动生成成绩报告单。
主要特点如下:
a)结合METS系统采集到的机床设备信息、刀具信息、程序信息、操作人员信息以及工件的质量信息,输出实训质量综合分析报告。
形成实训过程的闭环系统。
b)自动向加工系统反馈检测信息,加工单元根据反馈结果自动调整加工程序,修改刀具数据。
c)通过机器人将待测工件放入检测单元中,实现质量检测单元的自动检测。
4.1.7AGV物流系统
AGV物流输送系统是由AGV调度系统、AGV小车本体、RFID地标识别系统及无线通信设备组成。
AGV本体小车通过多轴运动控制卡,控制两轮伺服差速运动,具有红外光安全检测传感器和机械碰撞环等多重安全保护装置,配置无线AGV调度系统,实现多AGV之间的自主调度与协同控制。
AGV小车接收调度管理系统的生产调度分配任务,实现跨区域、远距离的物料接收和配送任务,同时AGV会实时向调度中心传送位置、状态等信息数据。
本单元采用RFID地标传感器系统,可实时读写工作站点信息,防止AGV丢站、漏站。
同时将站点和位置信息,实时反馈给AGV调度中心进行分析处理,可及时调度和规划新路径,使得多台AGV协调有序工作。
性能及教学优势:
1)机器人采用惯性导航结合电磁循迹进行引导控制,具有很高的精度和速度控制,开源化惯性导航及寻磁算法可快速进行智能循迹及惯性导航研发和二次开发;
2)开源化的控制系统:
机器人的机电系统,通信系统,传感系统,主控单元都采用电子积木方式搭建而成,且全部开源,可快速进行嵌入式,机电系统,计算机编程的二次开发,教学。
3)开源化的二次开发接口:
机器人的无线网络通信组网,远程控制,都是开源化的接口协议,配套有机器人远程控制开源化示教软件系统,学生可快速进行二次开发,实践以及教学。
AGV调度软件
AGV智能调度系统通过使用先进的AGV智能调度控制算法,结合工厂具体的应用场景开发而成。
可实现工厂级和车间级的AGV系统车辆管理、交通管理、调度管理、运行管理、任务管理、通信管理、自动充电功能。
系统可以与METS系统、WMS系统、生产线系统等实现对接,打造柔性、现代的智能物流系统。
Logo换成realmax
4.2教学管理系统METS总控系统
智能制造加工单元的核心是一套基于MES的制造执行实训系统------METS(ManufacturingExecutionTrainingSystem),该系统管理整个实训过程,可实现如下功能:
1)从教务管理开始,按照教学周信息,自动安排每天的教学任务,分配学生,并通过微信系统实现自动点名,统计学生的实训过程信息,并结合工件信息进行最终的成绩输出和管理;
2)包含整个系统所有单元控制方案。
根据实训项目的不同设定不同的控制流程,每个分单元也按照METS系统的设定转换成对应的控制方案。
学生可接受最纯粹的实操训练;
3)系统通过SCADA功能收集每个设备单元的工作过程信息。
除了设备本身的工作信息之外,还可统计学生的实训信息,两者结合形成实训过程信息。
可作为教学评价的参考,结合非接触式检测的工件检测成绩信息,自动给学生的实训结果进行综合打分,并输出到教务系统。
形成闭环的实训教学过程。
4)系统通过DNC功能将CAD/CAM后的程序输入到机床,同时通过该系统实现机床刀具管理,学生可在加工过程中修改刀补信息,实现不停机生产。
METS系统组成如图所示
4.2.1基于微信的智能制造网络平台手机、PAD客户端
基于微信的对外信息发布的平台,用于教学管理、实训信息实时发布、学生和老师交互的信息、实时了解工厂工作状态的平台。
基于以上信息,整个实训室具有完善的过程及结果评价系统。
学生、老师、管理者可通过手机在任何地方任何时候获取实训信息。
4.2.2数字车间管理系统---现场客户端
数字车间管理系统主要完成实训教务管理、学生上机统计等功能。
可直接和学校的教务系统进行对接,从教务管理开始,按照教学周信息,自动安排每天的教学任务,分配学生,并通过微信系统实现自动点名,统计学生的实训过程信息,并结合工件信息进行最终的成绩输出和管理。
4.2.3机器人及机床控制管理系统
实现对于整个智能制造加工单元的控制和操作。
1)实训项目分配,列出对应的项目训练指南、机床程序、机床刀具清单、机器人程序、完整工作视频、硬件组装及软件编程操作步骤视频等。
2)机床、机器人单元、检测单元的工作视频展示。
4.3AR可视化云资源教学平台
4.3.1REALWEB
针对中国制造2025单独设立了对接各个行业的板块,整个平台所有的资源课程,针对智能制造板块提供线上线下的学习。
运行平台具备资源库建设、管理、教学、学习等基本功能,同时还应具备符合资源库项目特点和理念的个性化功能。
4.3.2资源库建设、管理功能
1)支持多种类型和格式的资源上传,包括文本、图片、动画、视频、音频等,并能够根据文件扩展名自动分类存储。
支持资源批量上传、下载、新增、删除、修改、查看、超大附件上传以及断点续传等,并能够对上传的资源进行智能压缩和智能分发。
支持智能化的关联度推送管理。
2)支持题库类资源建设,能够实现多种题型的编辑及试题的批量导入。
支持试题中的图片及公式编辑。
3)支持用户引用资源搭建和重组课程。
4.3.3教学功能
1)支持灵活搭建课程。
2)支持在线报名选课和开课信息发布
3)支持同一课程的多班同轨教学
4)支持在线教学活动部署与实施
5)支持在线教学活动管理
6)支持消息推送、学习进度推送、学习报告发布等
4.3.4学习功能
1)支持学习者对课程、教师、资源等进行收藏、评价、评论、分享、课程相关信息推送与接收等,将学习心得、学习成果分享到常用社交工具。
2)能够根据学习者特点及学习需要,支持多种学习形式,如自主学习、合作学习以及移动学习等。
学习者在学习过程中,能够随时在线记录学习笔记,开展小组讨论,共同完成小组作业,完成投票、问卷、考试等任务。
3)能够将学习者的课程内容浏览、作业交流、答疑、自测、笔记集成于一个学习界面。
能够提供学习者学习过程节点的记录,便于学习者快速定位到学习过程节点,继续进行学习。
4)支持答疑互动。
学习者可以在线提问,系统能够自动检索类似的问题及回复提供给提问者参阅。
功能框架图
4.3.5AR可视化教材
围绕智能制造各个专业的AR可视化学习、培训,我们建立了一套完整的AR可视化教材,包含:
模具概论、数控机床、工业机器人、机械制造。
在全国范围内的高职院校中展开“联合开发”,确保教材符合教学设计,同时增加互动性,打破常规的理论教学。
运用一种全新的教学手段提高学生兴趣。
4.4工业机器人AR实训系统
工业机器人AR实训系统是一套结合了工业机器人技术,增强显示技术,智能眼镜平台综合性机器人实现开发应用平台。
真正解决工业机器人教学难,危险,维护困难,示教方式不直观等难题,采用真实工业机器人示教器,结合虚拟投影的实体3D工业机器人,做到实时交互,真实示教,编译仿真,虚实结合,沉浸式工业机器人实训教学。
该实训系统通过AR智能眼镜成像系统,将工业机器人及工业自动化系统以虚拟影响3D显示,且做得与实际环境完全呼应,学生或教师手持真实的工业机器人示教器可对该虚拟投影机器人系统进行指
令编程,实操,系统设置,维护,3D增强现实机器人根据指令及编程做出与真实工业机器人完全一体化的动作及工艺加工,做到虚实结合,真正解决工业机器人昂贵,危险系数高,维护困难等教学难题,真正做到人手一机,实践教学的目的。
换成(辉仔那个发型那个)
特点:
1.)无维护成本,虚拟化,人手一机的工业机器人实训平台
2)可实训实验室,教室讲解,课下练习,三种工作场景应用
3)多种工艺,多种工业机器人实训
4)可手势虚拟拆解,虚拟组装工业机器人
5)PC电脑,智能手机/平板,AR智能眼镜多种交互屏幕,且一次可连接几十台设备,可多人同时使用
6)真实的工业机器人场景,每个虚拟工作站都具有实际的工业机器人系统与其对应系统性,丰富的教学资源手册,从工业机器人原理到工业机器人基础实训再到复杂工艺多
4.5远程可视化教学平台
利用智能眼镜将工业实训、工业应用、培训、协同工作信息可视化远程协同,将智能制造、校企合作,产、学、研、训充分融合,资源共享提供可视化支持。
4.5.1可穿戴智能眼镜培训系统
该系统是公司自主研发的一款智能眼镜教学培训系统,集成公司配套的软件,内容和服务,让学习和工作从此更加高效。
采用了最先进的AR技术的展现方式,智能眼镜具有体积重量小;可通过语音控制,解放双手;实时拍照,数据采集;随时待命等优点,使得操作人员能够快速简便地利用AR技术,提高生产效率,提升生产质量。
将增强现实技术置于工业场景中来看,AR能够将作业中的物理现实场景与模拟的数字场景相结合,这使得制造业过程中的生产、维修、培训都将有新的技术革新。
4.5.2AR让培训变得更高效
通过AR智能眼镜的辅助,学生可以在实践中跟着画面的指导,进行学习,并且可以根据自己的吸收程度对学习加以定制化,短处多加巩固,长处可以略带而过,不仅节省了教师的培训时间,也让学生的吸收更为高效。
4.5.3智能眼镜远程视频交互系统平台
主要功能:
•视频延迟在1S以内,160P~720P根据实际情况自由切换。
•语音延迟在毫秒级,双向交流。
•开放对接数据库接口。
•50字以内的文字,服务器推送到眼镜端。
•标识图片,服务器截图功能,推送到眼镜端。
•文档显示,常见的word,ppt,txt文档格式均可以在眼镜端显示。
4.6行业技能考评系统
4.6.1实训检测考试信息化软件系统
实训考试信息化系统以车铣类工件自动检测装置为核心,利用信息化技术串接实训工作过程的每个环节。
通过自动检测加工结果,大大减轻了老师批改工作的劳动强度。
学生通过本系统可以自主查询获得相关的过程信息和成绩,最终形成闭环实训过程,提高学生的加工实训效果。
典型
五、产教学研训体系
5.1实训课程
智慧工厂由多个独立的模块单元组成,单个模块可以独立运行,也可以相互组合成各具特色的系统,还可以联动展现出“工业4.0”工厂的场景。
本实训系统以机电一体化专业、工业机器人和机械设计为基础,嵌入数控技术、现代制造技术和计算机技术的相关理论和课程。
5.1.1基础课程
•自动控制原理
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