智能制造實訓室建設方案

一、實驗室簡介

智能制造實訓室需購置虛實結合工業網絡自動化實驗平臺、工業機器人應用編程與系統集成實驗臺、工業4.0數字孿生實驗平臺、智能制造虛實結合生產線系統、智能制造虛擬仿真設計軟件、智能制造虛擬仿真教學資源包及相應的工具設備、耗材及輔助用品。

虛實結合工業網絡自動化實驗平臺配置了多臺PLC，支持支持機電一體化實驗與工業網絡實驗，包括設備認知、系統組合設計、設備安裝接線、參數設置與調試、編程與組態監控、工業網絡通訊、運行與維護、故障排除等方面的實驗與技能，并通過虛擬仿真擴展實驗內容。信號轉化模塊把仿真場景中的虛擬執行機構與虛擬傳感器信號轉化到硬件接線端口，PLC可做實物實驗，半實物（虛實結合）實驗，數字孿生（虛實同步）實驗。系統提供豐富的教學資源及與時俱進的仿真實訓內容，確保實驗內容先進性。系統能實時收集實驗過程中的實驗數據，通過自動考評模塊，解決了教學評價難的問題。

工業機器人應用編程與系統集成實驗臺符合1+X工業機器人應用編程的技術標準，也支持機器人系統集成。采用模塊化設計，硬件配置可升級，可組合成初級、中級二個等級的實驗項目，由工業機器人、實驗平臺、快換工裝夾具、軌跡與繪圖模塊、搬運模塊、碼垛模塊、裝配模塊、輸送線模塊、井式落料模塊、倉儲模塊、變位機模塊、RFID模塊、視覺檢測模塊、PLC電氣控制模塊、通用電氣接口模塊、設備監控攝像頭、氣源模塊、工業機器人仿真軟件等組成。配套提供的項目化教學資源，實驗項目不僅能在硬件實驗平臺完成，也可以在機器人仿真軟件的虛擬實驗臺上完成。

工業4.0數字孿生實驗平臺工業4.0數字孿生實驗平臺采用模塊化設計，主要包括實實訓桌單元、供料單元、輸送線單元、視覺識別單元、分揀單元、倉儲碼垛單元、控制系統單元、數字孿生單元、虛擬結合信號采集單元、數字孿生集成系統、智能制造仿真教學資源等組成。數字孿生部分在虛擬環境中同步構建與真實環境一致的虛擬實訓裝置。系統實驗包括全實物硬件實驗、全虛擬仿真調試實驗、外部控制器通過總線的虛實結合控制實驗、外部控制器通過IO端口的虛實結合控制實驗、實物設備與虛擬設備的數字孿生運行實驗。涵蓋機械制造與自動化、電氣自動化、機電一體化、機電設備維修與管理、物聯網、智能傳感、智能制造、數字孿生等多門學科的專業知識。

智能制造虛實結合生產線系統配置了一套典型的工業4.0示范智能制造工廠線與智能制造數字化仿真軟件平臺。基于工業4.0示范智能制造工廠線1:1開發了孿生虛擬產線。先在仿真軟件上模擬實訓，仿真完成并通過審核后的PLC與機器人程序可下載到工業4.0示范智能制造工廠線實物上運行。本方案有效解決了硬件實驗臺數量少的問題，同時降低了硬件設備損壞幾率。仿真軟件支持PLC與機器人、數控系統虛擬集成、虛擬調試、數字孿生功能。方案提供了PLC、機器人、視覺等系列仿真實驗資源，支持多門課程實驗及創新設計實驗。

智能制造虛擬仿真設計軟——SFB-Factory是一款三維智能制造數字化設計仿真軟件，基于海量元素模型，以拖拽方式快速搭建仿真工程。虛擬設備與真實設備具有相同特性，以實際的PLC程序、機器人程序、機床數控程序等驅動虛擬設備運行，在虛擬場景中完成整個工程的調試與驗證。通過力學物理引擎、達到實際的運行效果。軟件集成了PLC仿真、機器人仿真、智能工廠仿真等功能。提供用戶自主建模與自主布局功能，并開放底層接口，支持用戶二次開發。是一套工業4.0自動化的綜合設計仿真驗證平臺，并提供了豐富的教學資源。工業領域應用：在生產線設計的初級概念階段就可以對整個系統進行完整的分析，包括虛擬調試、節拍驗證、風險評估，方案改進，降低項目技術風險。教育領域應用：通過對象虛擬化，解決了工程訓練成本高，場景少的問題。

智能制造虛擬仿真教學資源包共包括工業機器人基礎編程仿真資源包、工業機器人中級編程仿真資源包、工業機器人工作站編程仿真資源包、智能制造綜合資源包。工業機器人基礎編程仿真資源包：根據工業機器人示教與編程的初級標準，采用項目化教學開發。針對每一個實訓項目，配備了實訓指導書、程序、仿真工程、視頻等教學資源。學習機器人基礎功能使用，以及典型工藝編程與調試，解決工業現場的一般性應用。實訓項目：機器人認知、機器人點動操作、工具坐標系與標定、程序管理和原點校準、運動指令編程操作、點位示教與運動編程、工件坐標系與運動編程操作、進階指令編程操作、l/O編程操作、條件與循環編程操作、搬運操作、碼垛操作、打磨操作、寫字操作、流水線料庫操作。工業機器人中級編程仿真資源包：根據工業機器人示教與編程的中級標準，采用項目化教學開發。針對每一個實訓項目，配備了詳盡的實訓指導書、程序、仿真工程、視頻等教學資源。在工業機器人基礎編程仿真資源包的基礎上，增加機器視覺與RFID的應用，以及掌握機器人離線編程調試應用。實訓項目：總線通訊實驗、HMI模塊實驗、RFID實驗、視覺程序編程實驗、視覺識別與定位實驗、機器人視覺引導實驗、機器人視覺裝配實驗、離線編程仿真實驗。工業機器人工作站編程仿真資源包：以典型工業的工藝應用，開發了對應的工作站。在虛擬仿真環境完成工業機器人工藝編程應用開發。資源包括：培訓教材，視頻，及工程案例。實訓項目：機器人碼垛、機器人分揀、機器人機床上下料、機器人焊接。智能制造綜合資源包：集工業機器人編程與調試、數控機床系統編程與調試、PLC編程與調試、人機界面編程與調試、MES設置與調試于一體。針對每一個實訓項目，配備了實訓指導書、程序、仿真工程、視頻等教學資源。實訓項目：(1) 設備操作項目：設備認知、設備開關機操作、仿真軟件操作；(2) 數控車床操作與編程：數控機床操作（開機、回零、手動操作）、數控機床編程（程序編輯、對刀、運行）、簡單工件加工、換刀工件加工、DNC加工；(3) 加工中心操作與編程：數控機床操作（開機、回零、手動操作）、數控機床編程（程序編輯、對刀、運行）、簡單工件加工、換刀工件加工、DNC加工；(4) 數控系統參數調試：數控系統參數調試、PMC參數設置、PMC功能開發、在線檢測；(5) PLC編程與調試：PLC的軟件介紹、三相電機控制（順序啟動、星三角啟動）、七段數碼顯示管控制、十字交通燈控制、機械手控制、四層電梯控制；(6) 觸摸屏編程與調試實訓：組態軟件的介紹、組態基本控件編程、組態圖形數據顯示；(7) 工業機器人操作與編程：示教器介紹與手動控制、設置TCP參數、基礎平面軌跡編程、復雜空間軌跡編程、碼垛編程、上下料編程、IO及PLC交互控制等、第7軸控制；(8) RFID操作：RFID設備介紹、RFID設備操作；(9) 數據采集：Modbus通訊介紹、PLC數據采集設置、機器人數據采集設置；(10) MES操作：MES系統安裝、MES系統使用、MES系統調試；(11) 智能產線調試與操作：智能車削加工、智能銑削加工、智能制造綜合生產線加工、制造單元智能化改造與集成實驗。

二、實驗室建設規模

（一）儀器設備

主要購置配備的儀器設備：

序號	設備清單	單位	數量	單價（元）	總價（元）
1	虛實結合工業網絡自動化實驗平臺	套
2	工業機器人應用編程與系統集成實驗臺	套
3	工業4.0數字孿生實驗平臺	套
4	智能制造虛實結合生產線系統	套
5	智能制造虛擬仿真設計工具	套
6	智能制造虛擬仿真教學資源	套
7	學生機	臺
8	理實一體化移動示教系統	套
9	86寸智慧黑板	套
10	智慧多媒體講臺	套
合計

（二）配套設施

配套設施包括新建實驗室、車間、桌子、椅子、多媒體授課設施等，需求面積預計200平米。

（三）建設經費概算

三、實驗室建設成效

（一）預期目標

通過1-2年努力，將該實驗室建設成為省內一流的智能制造實訓室。

（二）建設水平

建設省內一流的智能制造實訓室。