劉麗鴻

(天津石油職業(yè)技術(shù)學院，天津 301607)

一、引言

智能制造(Intelligent Manufacturing，IM)是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，將分析、構(gòu)思、判斷、推理和決策等智能活動能在制造過程中進行。智能制造表現(xiàn)形式為DNC系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)。DNC系統(tǒng)通過一臺DNC服務(wù)器智能化集中聯(lián)網(wǎng)管理生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)場所有數(shù)控設(shè)備，實現(xiàn)零部件生產(chǎn)的數(shù)字化。智能制造的借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)擬實制造自動化生產(chǎn)過程和未來的產(chǎn)品，解決大型現(xiàn)代化生產(chǎn)現(xiàn)場無法搬到學校，走進課堂的難題。柔性制造系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品的改型、種類、尺寸等變化能自行組合，適應(yīng)工作任務(wù)的需要。

隨著《中國制造2025》的提出，以“智造”代替“制造”，2015年以來裝備制造類企業(yè)通過工廠智能化的建設(shè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級，人工智能的載體之一工業(yè)機器人的大量使用，以“機器”代替“人”成為現(xiàn)實。智能化在產(chǎn)品生產(chǎn)的全生命周期中隨處可見：生產(chǎn)過程可視化，生產(chǎn)管理可視化、CNC設(shè)備遠程控制化，產(chǎn)品設(shè)計的數(shù)字化，制造的各個工序、工位的可追溯等。隨著智能制造的提出及其在各行業(yè)的迅速應(yīng)用，企業(yè)的人才需求發(fā)生了根本性的變化，僅掌握單一技能如數(shù)控設(shè)備操作編程的人才需求逐漸減少或被掌握數(shù)控機床安裝、調(diào)試、操作、維護、維修的綜合型技能的人才所取代，即知識單一轉(zhuǎn)向知識復(fù)合、融合，體現(xiàn)在為裝備制造類企業(yè)輸送人才的高職院校的機械制造與自動化專業(yè)的課程體系開設(shè)機械、電子、信息、自動化、管理的課程，并通過專業(yè)課程的實踐教學、產(chǎn)教融合、1+X證書制度培養(yǎng)相應(yīng)的單項技能和綜合技能，從而滿足培養(yǎng)知識復(fù)合型人才的國家戰(zhàn)略需求。實踐教學是高職各個專業(yè)課程教學的重要環(huán)節(jié)，通過實踐教學鞏固知識、鍛煉培養(yǎng)專業(yè)技能，與專業(yè)人才培養(yǎng)方案崗位人才培養(yǎng)目標相適應(yīng)的工程實訓(xùn)中心的構(gòu)建在專業(yè)建設(shè)中的重要性不言而喻。通過走訪、調(diào)研裝備制造業(yè)企業(yè)及其上下游企業(yè)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，解讀國家關(guān)于智能制造的戰(zhàn)略、政策、文件，深刻解讀智能制造涵義和智能制造切削單元國賽技術(shù)文件，結(jié)合企業(yè)專家論證，制定了機械制造與自動化(智能制造方向)人才培養(yǎng)方案，構(gòu)建支撐專業(yè)課程培養(yǎng)能力目標的工程實訓(xùn)中心，實訓(xùn)中心按照知識、能力遞增設(shè)置實訓(xùn)室，實訓(xùn)室圍繞課程開發(fā)基于工作任務(wù)的實訓(xùn)項目。

二、高職機械制造與自動化(智能制造方向)工程實訓(xùn)方案的建設(shè)探索

人工智能、制造技術(shù)是智能制造的核心，智能工廠、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是智能制造載體，圍繞人工智能技術(shù)和制造技術(shù)構(gòu)建高職機械制造與自動化(智能制造方向)課程體系。機械制造與自動化(智能制造方向)專業(yè)工程實訓(xùn)基地的構(gòu)建是基于設(shè)置機械、電子、信息網(wǎng)絡(luò)知識的專業(yè)基礎(chǔ)課，培養(yǎng)單項技能的數(shù)字化設(shè)備、自動化生產(chǎn)線、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能即工業(yè)機器人的使用、操作、裝調(diào)、維護的專業(yè)課程，培養(yǎng)綜合技能的智能制造核心專業(yè)課的課程體系。機械制造與自動化專業(yè)智能制造工程實訓(xùn)基地由智能制造基礎(chǔ)實訓(xùn)中心，柔性生產(chǎn)線實訓(xùn)中心，智能制造綜合實訓(xùn)中心組成。構(gòu)建基于機械制造與自動化(智能制造方向)專業(yè)的人工智能設(shè)備即工業(yè)機器人的使用、操作、裝調(diào)、維護等技能的智能制造基礎(chǔ)實訓(xùn)中心；培養(yǎng)數(shù)字化設(shè)備、自動化生產(chǎn)線、互聯(lián)網(wǎng)的操作技能的柔性生產(chǎn)線實訓(xùn)中心；制造技術(shù)與人工智能相融合實現(xiàn)機械化、自動化、信息化的智能制造綜合實訓(xùn)中心，鍛煉學生的實踐技能以達到培養(yǎng)高技能復(fù)合型人才目標。

下面就實訓(xùn)室功能及所開發(fā)的實訓(xùn)項目分別予以介紹。

(一)智能制造基礎(chǔ)實訓(xùn)中心

智能制造基礎(chǔ)實訓(xùn)中心由工業(yè)機器人仿真實訓(xùn)室、工業(yè)機器人基礎(chǔ)實訓(xùn)室、工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)室組成。

1.工業(yè)機器人仿真實訓(xùn)室

配備工業(yè)機器人離線仿真軟件 48點位，計算機48臺套或者配備工業(yè)機器人虛擬仿真平臺，離線仿真軟件或者虛擬仿真平臺支持各種型號品牌的工業(yè)機器人代碼具有離線編程功能，能夠直接生成包括埃夫特、abb、Kuka，F(xiàn)anuc、安川、史陶比爾、UR等品牌機器人的代碼，建設(shè)工業(yè)機器人仿真實訓(xùn)室，開發(fā)實訓(xùn)項目有機器人仿真軟件 RoboDK 界面及其各區(qū)域功能、示教器操作界面及各功能區(qū)、工業(yè)機器人工作站構(gòu)建等實訓(xùn)項目10個，強化學生在工業(yè)機器人編程與操作、工作站搭建、離線編程等方面的操作技能，培養(yǎng)學生能對特定的場景任務(wù)進行仿真操作的能力。用以彌補實體工業(yè)機器人練習臺套數(shù)不足，學校只能購置單一品牌、型號的工業(yè)機器人設(shè)備用于教學，無法購置所有工業(yè)機器人品牌、型號，通過仿真軟件拓展學習。

2.工業(yè)機器人基礎(chǔ)實訓(xùn)室

購置桌面型多功能工業(yè)機器人實訓(xùn)系統(tǒng)4-6套。涵蓋工業(yè)機器人技術(shù)、多種作業(yè)技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、PLC編程技術(shù)、氣動技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)。系統(tǒng)由多種實訓(xùn)功能模塊組合搭建而成。含工業(yè)機器人模塊、固定平臺模塊、作業(yè)工件倉儲模塊、壓鑄模塊、搬運編碼模塊與擴展模塊、多種末端工具模塊、PLC與人機界面模塊。用于實現(xiàn)工業(yè)機器人編程示教再現(xiàn)、碼垛、模擬噴釉、打磨、焊接、壓鑄、PLC編程、電氣系統(tǒng)設(shè)計與接線、機械裝調(diào)、多種工具更換等實訓(xùn)功能，培養(yǎng)學生的機器人編程能力和系統(tǒng)測試、操作維護能力。

支撐的專業(yè)課程：工業(yè)機器人編程與操作、工業(yè)機器人系統(tǒng)安裝與調(diào)試、工業(yè)機器人技術(shù)基礎(chǔ)、工業(yè)機器人系統(tǒng)維護、PLC控制與人機界面。適用專業(yè)范圍：工業(yè)機器人專業(yè)，機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，機電一體化專業(yè)。開發(fā)的工業(yè)機器人實訓(xùn)項目為：(1)工業(yè)機器人機電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；(2)工業(yè)機器人運動學分析及控制；(3)機器人示教盒認知與編程操作；(4)工業(yè)機器人搬運、碼垛、壓鑄、軌跡追蹤等實訓(xùn)作業(yè)；(5)工業(yè)機器人安裝與維護。PLC的設(shè)計與應(yīng)用的實訓(xùn)項目：(1)基本編程指令練習；(2)數(shù)據(jù)傳輸功能實驗；(3)定時、計數(shù)、移位功能實驗；(4)比較功能實驗；(5)跳轉(zhuǎn)功能的應(yīng)用實驗；(6)子程序調(diào)用功能的應(yīng)用實驗；(7)PLC程序編程與調(diào)試。

3.工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)室

工業(yè)機器人技術(shù)應(yīng)用綜合實訓(xùn)系統(tǒng)(高職機器人國賽指定設(shè)備)2臺套，實現(xiàn)工件出庫、工件運輸、工件檢測、機器人搬運裝配的一條可追溯產(chǎn)品流程的自動生產(chǎn)線。涵蓋工業(yè)機器人技術(shù)、移動機器人技術(shù)、機器人編程技術(shù)、工業(yè)視覺等多項先進制造技術(shù)。該生產(chǎn)線模擬工業(yè)現(xiàn)場，采用工業(yè)級配置，由生產(chǎn)線倉儲設(shè)備、物料運輸系統(tǒng)、工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)、搬運裝配工業(yè)機器人系統(tǒng)等組成的多技術(shù)融合信息化系統(tǒng)。含自動化立體倉庫與堆垛機單元；AGV運載機器人輸送單元；自動化輸送線系統(tǒng)單元；工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)單元；工業(yè)機器人搬運單元；實現(xiàn)工件倉儲、檢測、搬運、裝配等流程，可掌握工業(yè)機器人運行軌跡操縱，程序數(shù)據(jù)及其設(shè)定，以及機器人I/O的控制與通訊，應(yīng)用工作站的系統(tǒng)集成等技能。

本實訓(xùn)系統(tǒng)支撐的專業(yè)課程：機器人學導(dǎo)論、機器人編程與操作、機器人系統(tǒng)安裝與調(diào)試、機器人技術(shù)基礎(chǔ)、機器人系統(tǒng)維護。適用專業(yè)：機械制造與自動化專業(yè)，機電一體化專業(yè)，數(shù)控技術(shù)專業(yè)。開發(fā)的實訓(xùn)項目：機器人設(shè)備操作與應(yīng)用維護，機器人搬運裝配操作，工業(yè)機器人安裝與調(diào)試技術(shù)，工業(yè)機器人末端工具安裝與調(diào)試技術(shù)，工業(yè)機器人本體與控制器之間的電氣連接與調(diào)試技術(shù)，工業(yè)機器人控制器和控制柜之間電氣連接與調(diào)試技術(shù)，工業(yè)機器人編程調(diào)試軟件的安裝，AGV運載機器人調(diào)試與無線數(shù)傳通訊，機器視覺組成與檢測方法應(yīng)用，工業(yè)機器人通過示教器對工業(yè)機器人的運作過程調(diào)試，工業(yè)機器人I/O接線實訓(xùn)，工業(yè)機器人搬運裝配作業(yè)運行的編寫。

自動化立體倉庫與堆垛機單元與自動化輸送線系統(tǒng)單元，支撐的課程《PLC1200控制及編程》及開發(fā)的實訓(xùn)項目為：自動化立體庫的設(shè)計與分析；機電元器件認知與選型；系統(tǒng)故障診斷與維護實驗；單相交流電機特性實驗；工業(yè)堆垛機設(shè)計與應(yīng)用；PLC S7-1200簡述及其應(yīng)用；多臺PLC S7-1200間通訊應(yīng)用；PLC S7-1200與工業(yè)機器人通訊實訓(xùn)應(yīng)用；PLC編程與網(wǎng)絡(luò)通訊實驗；人機界面編程與網(wǎng)絡(luò)通訊實驗。輸送機的設(shè)計與應(yīng)用；機電元器件認知與選型；PLC S7-1200簡述及其應(yīng)用；多臺PLC S7-1200間通訊應(yīng)用；PLC S7-1200與工業(yè)機器人通訊實訓(xùn)應(yīng)用；PLC編程與網(wǎng)絡(luò)通訊實驗；人機界面編程與網(wǎng)絡(luò)通訊實驗；系統(tǒng)故障診斷與維護實驗；變頻調(diào)速實驗；三相異步電機特性實驗；

AGV運載機器人輸送單元開發(fā)的實訓(xùn)項目：無線通訊實驗；傳感器原理與技術(shù)；AGV初始化與參數(shù)恢復(fù)實訓(xùn)應(yīng)用；AGV運行軌跡規(guī)劃實驗；

工業(yè)視覺檢測系統(tǒng)單元開發(fā)的實訓(xùn)項目包括：傳感器技術(shù)應(yīng)用與選型；圖象識別系統(tǒng)的應(yīng)用實驗；機器視覺原理與技術(shù)；CCD顏色識別實驗；CCD形狀識別實驗；CCD位置精度檢測實驗；圖像識別算法；

工業(yè)機器人搬運裝配單元開發(fā)的實訓(xùn)項目：串聯(lián)機器人的應(yīng)用；伺服電機控制實驗；氣動系統(tǒng)實驗；位置控制、速度控制等實驗；工業(yè)機器人的認識實驗；工業(yè)機器人控制系統(tǒng)實驗；工業(yè)機器人正運動學分析實驗；工業(yè)機器人關(guān)節(jié)運動軌跡規(guī)劃實驗；工業(yè)機器人的PTP(點到點)運動軌跡規(guī)劃實驗；示教盒編程串聯(lián)機器人的搬運裝配作業(yè)實驗；

(二)柔性生產(chǎn)線實訓(xùn)中心

柔性生產(chǎn)線實訓(xùn)中心由車削加工柔性制造系統(tǒng)、加工中心柔性制造系統(tǒng)、DNC機床聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)、智能刀具管理系統(tǒng)等組成。自主完成產(chǎn)品從毛坯料到合格產(chǎn)品的整個加工過程。根據(jù)崗位能力需求，與企業(yè)共同開發(fā)柔性生產(chǎn)線實訓(xùn)項目，以培養(yǎng)適應(yīng)柔性制造技能崗位的技術(shù)技能型人才。以車削中心柔性制造系統(tǒng)為例說明系統(tǒng)組成：三臺數(shù)控車削機床；一條RGV小車自動物流傳輸線；一個32工位智能識別托盤系統(tǒng)；機器人自動上下料系統(tǒng)；總控臺；其它輔助設(shè)施。實現(xiàn)多種零件自動、混流加工。

支撐的課程《智能控制與系統(tǒng)集成技術(shù)》、《工業(yè)現(xiàn)場總線與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》、《成組技術(shù)及CAPP》等。開發(fā)實訓(xùn)項目有：數(shù)控機床的安裝與調(diào)試；零件造型與自動加工編程；機內(nèi)攝像頭的安裝與調(diào)試；數(shù)控車床或數(shù)控加工中心的網(wǎng)絡(luò)連接；工業(yè)機器人的調(diào)試和編程；智能制造控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。

(三)智能制造綜合實訓(xùn)中心

智能制造綜合實訓(xùn)中心由智能制造虛擬實訓(xùn)室和智能制造切削單元實訓(xùn)室構(gòu)成。

其一，智能制造虛擬實訓(xùn)室配備智能制造虛擬調(diào)試實訓(xùn)考核系統(tǒng)4-6臺套，該系統(tǒng)集成了工業(yè)機器人系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、PLC和機器人虛擬仿真系統(tǒng)，是基于三維可視化技術(shù)的智能制造系統(tǒng)配套的虛擬試運行系統(tǒng)，虛擬化智能制造場景，具備智能制造虛擬場景、機器人、數(shù)控系統(tǒng)、MES系統(tǒng)和PLC的真實數(shù)據(jù)交互功能?？蓪崿F(xiàn)典型智能制造應(yīng)用場景，如：智能制造切削加工應(yīng)用、智能制造模具加工應(yīng)用等，學生可自主設(shè)計并構(gòu)建智能制造系統(tǒng)，進行虛擬調(diào)試。用于智能制造系統(tǒng)的虛擬調(diào)試、實訓(xùn)和考核。支撐的課程為：工業(yè)機器人技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)、智能制造與MES系統(tǒng)、PLC的操作編程與調(diào)試，以及“智能控制與系統(tǒng)集成技術(shù)”。開發(fā)的實訓(xùn)項目：工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與調(diào)試實訓(xùn)；工業(yè)以太網(wǎng)通訊與調(diào)試實訓(xùn)；智能制造系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計與仿真實訓(xùn)；智能制造設(shè)備層數(shù)據(jù)采集實訓(xùn)；智能制造系統(tǒng)集成編程與調(diào)試實訓(xùn)；智能制造系統(tǒng)加工與生產(chǎn)管控實訓(xùn)；智能制造系統(tǒng)常見故障診斷實訓(xùn)；智能制造系統(tǒng)維護與保養(yǎng)實訓(xùn)。

其二，智能制造切削單元實訓(xùn)室。智能制造切削單元實訓(xùn)室配備智能加工單元綜合實訓(xùn)系統(tǒng)2-4臺套，實訓(xùn)室以智能制造與信息化管理為核心建設(shè)，實現(xiàn)智能化工業(yè)級的實訓(xùn)教學。配置智能制造MES系統(tǒng)生產(chǎn)管理、數(shù)字化設(shè)計軟件和電子看板；系統(tǒng)配置電子看板及監(jiān)控與信息顯示液晶電視，實時顯示工件的加工過程及數(shù)控機床的運行狀態(tài)；系統(tǒng)控制界面滿足可視化、圖形化編程操作，便于學習和實訓(xùn)教學；系統(tǒng)包含PLC、工業(yè)總線等工業(yè)現(xiàn)場常用控制方式；且包含在線測量裝置、RFID等工業(yè)現(xiàn)場常用檢測方式；系統(tǒng)模塊化設(shè)計，以數(shù)字化設(shè)計、智能制造MES系統(tǒng)軟件等展現(xiàn)切削加工智能制造自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的管理與控制。按照“設(shè)備自動化+生產(chǎn)精益化+管理信息化+人工高效化”的構(gòu)建理念，配置了數(shù)控機床、工業(yè)機器人、檢測設(shè)備、數(shù)據(jù)信息采集管控設(shè)備等典型加工制造設(shè)備，并集成為智能制造 “硬件”系統(tǒng)，是全國智能制造應(yīng)用技術(shù)技能大賽指定設(shè)備，培養(yǎng)工業(yè)機器人制造、數(shù)控機床加工、智能制造系統(tǒng)集成和應(yīng)用等企業(yè)急需的工業(yè)機器人的操作與編程、數(shù)控機床的安裝與調(diào)試、智能制造系統(tǒng)集成以及現(xiàn)場維護等崗位綜合技術(shù)技能。

智能制造切削單元實訓(xùn)室支撐的課程有：物流管理倉儲技術(shù)；工業(yè)機器人應(yīng)用綜合實訓(xùn)；RFID技術(shù)；機電設(shè)備安裝與維修；電氣控制與PLC；CAD/CAM；傳感器技術(shù)；數(shù)控加工技術(shù)；數(shù)字化智能制造技術(shù)。適用的專業(yè)有數(shù)控技術(shù)、機械制造與自動化、機電一體化等。開發(fā)實訓(xùn)項目有：智能制造系統(tǒng)各裝備安裝、接線與調(diào)試；智能制造系統(tǒng)與單元控制方式與組網(wǎng)方法；系統(tǒng)單元PLC基本編程與調(diào)試實訓(xùn)；系統(tǒng)人機界面基本編程與調(diào)試實訓(xùn)；工業(yè)機器人I/O接線實訓(xùn)；工業(yè)機器人等系統(tǒng)各模塊的電氣連接與調(diào)試實訓(xùn)；工業(yè)機器人模塊組態(tài)編程與調(diào)試實訓(xùn)；工業(yè)機器人模塊網(wǎng)絡(luò)通訊編程與調(diào)試實訓(xùn)；工業(yè)機器人模塊與傳輸線通訊編程與通訊實訓(xùn)；工業(yè)機器人數(shù)控加工模塊的電氣連接與調(diào)試實訓(xùn)；工業(yè)機器人數(shù)控加工模塊的控制系統(tǒng)連接與調(diào)試實訓(xùn)；工業(yè)機器人數(shù)控加工模塊的系統(tǒng)編程與調(diào)試實訓(xùn)；工業(yè)機器人模塊與RFID通訊編程與調(diào)試實訓(xùn)；工業(yè)機器人上下料模塊運行與調(diào)試實訓(xùn)。

三、結(jié)語

文中對機械制造與自動化(智能制造方向)專業(yè)的工程實訓(xùn)中心的建設(shè)方案進行了探索，構(gòu)建“一”基地“三”中心 “四”系統(tǒng)“五”實訓(xùn)室的方案。“一”基地即一個智能制造工程實訓(xùn)基地；“三”中心為智能制造基礎(chǔ)實訓(xùn)中心、柔性生產(chǎn)線實訓(xùn)中心和智能制造綜合實訓(xùn)中心；“四”系統(tǒng)是柔性生產(chǎn)線實訓(xùn)中心含有四個系統(tǒng)，分別為車削加工柔性制造系統(tǒng)、加工中心柔性制造系統(tǒng)、DNC機床聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)、智能刀具管理系統(tǒng)；“五”實訓(xùn)室為工業(yè)機器人仿真實訓(xùn)室，工業(yè)機器人基礎(chǔ)實訓(xùn)室，工業(yè)機器人綜合實訓(xùn)室，智能制造虛擬實訓(xùn)室和智能制造切削單元實訓(xùn)室。并對實訓(xùn)室方案、實訓(xùn)設(shè)備配置及功能、培養(yǎng)的崗位能力，開發(fā)的實訓(xùn)項目，適應(yīng)的課程及專業(yè)及進行了介紹，實訓(xùn)室本著人工智能和制造技術(shù)融合的原則構(gòu)建和機械制造與自動化專業(yè)人才培養(yǎng)方案課程體系相呼應(yīng)的智能制造實訓(xùn)基地，培養(yǎng)為實現(xiàn)“中國制造2025”合格的適應(yīng)當今社會的發(fā)展需要的復(fù)合型人才。