高端装备智能制造虚拟仿真实训基地

发布时间:2022-10-25

编辑人:灵图互动

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1.高端装备智能制造虚拟仿真实训基地

依托高档数控机床与智能工厂智能制造实际生产线,紧密围绕高端装备智能制造产业链的岗位需求,利用VR技术、数字孪生技术、人机交互等一系列信息技术手段与软硬件系统,结合先进企业的标准,以机械加工制造为仿真核心构建虚拟加工柔性产线,并对相关联的专业学科进行扩展,形成一核心多专业的特色模式,以训练学生对工艺系统、工艺知识及相关专业的全面了解与应用能力。

“以虚助实,虚实结合”的虚拟仿真实训基地,能更好的保障学校相关专业仿真教学实训的需求,同时能对接产业,服务行业企业人才需求,助力区域经济社会发展。实现教育与产业、学校与企业、专业设置与产业需求、课程内容与职业标准、教学过程与生产过程的全面对接。培养装备制造产业急需、德技并修、复合型、德智体美劳全面发展的高素质技术技能人才。

2.行业痛点

2.1 职业院校加工制造类专业传统教学模式设备投资成本高和占地面积大

2.2 易发生安全事故和设备故障

2.3 教学过程质量难以控制、无法验证实训结果

2.4 缺少专业实训指导教师、教师经验不足   

2.5 学校学习内容与企业需求无法接轨。

2.6 教学资源短缺,行业企业、职业院校间教学资源不共享,导致教学水平不均衡。

3.高端装备智能制造虚拟仿真实训基地建设方案

3.1 突出教学与训练特征的现场教学环境,可实现与大型数控机床操作、铸造(锻造)设备操作、热处理设备操作、硬度检验操作的岗位对接。解决了学校课程教学与现场实训(工厂实习)的脱节问题,尤其是课程中不易看到、不易摸到、不易想到的知识点,学生可以随时随地地利用“虚拟仿真实训基地”进行自我实训,实现了学校、学生拥有自己的、完善的、现代化的、可以带着走的“实习工厂”。

3.2 在网络环境下真实再现代表性企业(工厂、工地、部门、园区等)情境,具有仿真度高、交互性好、智能化程序、可以实现3D漫游,具有单人独立操作、多人独立操作及关键设施设备的积式结构,可实现全省职业教育数字化资源的共享。能满足学生、企业员工随时学习需要,可辅助教师课堂教学,提高教学效果。

3.3 在“虚拟仿真实训基地”对现实中存在着的危险性操作进行反复模拟训练,避免事故的发生,进行技能的养成性训练。实现了不易完成的细节操作、特殊操作、再现小概率事件、分享高级技师的经验,并借鉴游戏过关模式,建立覆盖从初级工到高级工的虚拟晋级模式。

加工虚拟仿真实训基地

3.4 引入3D显示,体现任务引领,提高情景化和沉浸感。完成一次或多部件协同、配合完成的虚拟加工、虚拟装配过程,实现模拟的全过程自动跟踪、记录、评价,降低成本和风险,开展绿色实训教学。

3.5 支持教师开发校本资源,教师的教学水平和学生的操作能力都有了显著提高,并在课程资源开发、信息化教学和学生技能大赛中获奖。

4.高端装备智能制造虚拟仿真实训基地建设内容

4.1 高端装备智能制造虚拟仿真实训基地总体架构

虚拟仿真实训基地建设方案将虚拟现实技术与教学相融合,以丰富的虚拟仿真实训资源为基础,建立虚拟现实的教育学习环境,结合职业院校及应用型本科大学的教育特点,深度融合工艺过程仿真、工厂仿真、物流仿真技术和传感器技术,实现数控加工、检验、装配等过程仿真,以及实现虚拟实训基地全区域的建模及虚拟漫游,并完成各数字化车间的工艺布局建模及漫游.

高端装备智能制造虚拟仿真实训基地总体架构

4.1.1 一个平台

建设一个高端装备智能制造虚拟仿真综合管理共享平台。共享平台主要是管理智能车间仿真系统、互动体验实训系统、数控化工厂软件三个方面的软件建设,同时高效管理实训教学资源,实现校内外、本地区及更广范围内的实训教学资源共享,满足多地区、多学校和多学科专业的虚拟仿真实训教学的需求。

4.1.2 两个中心

与科大讯飞、沈阳航空制造集团、灵图互动、沈鼓集团等企业合作,引入企业中小型结构件产品,开发虚拟智能产线,VR教学资源,建设两个实训中心。  

1.高端装备智能车间仿真实训中心:结合沈阳航空制造有限公司、灵图互动、沈阳华晨宝马、沈鼓集团等企业实际生产项目,依托高端装备智能车间仿真实训中心、企业真实案例等开展教学活动的实施,使学生系统完整地学习企业的流程,熟悉企业各生产单元的功能,开展产线综合应用能力训练,提升学生的创新能力,达到培养复合型技术技能人才的目标。

2.智能制造VR实训中心:VR细节互动体验打造了沉浸式VR交互实训系统,有效解决传统实训室面临的实训机会少,设备严重损耗,形式枯燥、实训操作危险等难题。 围绕智能产线和智能车间主要技术单元,与沈阳航空制造等企业合作,实现典型数控机床、机器人拆装、发动机拆装、生产线体验等开展基础技术仿真训练,学生们可以在虚拟的场景中逼真操作具有物理属性的仿真设备仪器仪表等,进行独立实训操作、观察、总结等。

4.1.3 三个层级

高端智能制造虚拟仿真实训基地由基础技术技能仿真、柔性制造生产线仿真、智能车间仿真系统三个递进层级构成。

(1)基础技术技能仿真,包含在互动体验中心与虚拟仿真实训资源中,如高端数控机床机构(部件)拆装、典型机器人拆装、发动机拆装和产线仿真等;

(2)柔性制造生产线仿真,包含在VR互动体验中心与虚拟仿真实训资源中;

(3)智能车间仿真系统,包含在智能车间虚拟仿真实训中心与智能车间仿真系统中。

4.1.4 四个目的

通过高端装备智能制造虚拟仿真实训基地建设,依托省双高、国家双高、提质培优等项目,培养学生的专业能力、创新能力、精准求精的工匠精神;构建新的课实训程体系;加强 “教材”“教法”“教师”三教改革;提升师生技术技能水平、参赛水平,培养高端智能制造业高素质复合型人才。

4.1.5 N个岗位

从合作企业调研,智能车间的产线主要由以下岗位组成:数控车铣多轴操作员、生产计划员、产品工艺设计员、生产线操作员、APS排产工艺员、生产调度员、产线控制员、设备维修员、刀具管理员、配刀员、产品检验员、设备定检员、工装库管理人员、原料库管员、生产管理员等。

4.1.6 七类证书

新的课程体系与七类1+X证书相融合:“1+X”智能制造等级证书、“1+X”数控车铣加工等级 “1+X”多轴数控加工等级证书、“1+X”工业机器人编程证书、“1+X”数控设备维护与维修证书、“1+X”工业互联网实施运维、“1+X”虚拟现实应用开发等级证书。

4.1.7 九大资源

开发东北装备制造文化体验资源、工业机器人资源、智能控制资源、检测技术资源、高档数控机床资源、企业生产流程资源、产线维护维修资源、产线应用案例资源、数字化工厂集成系统资源。

4.2 进行人才培养模式改革,重构实训教学课程体系

4.2.1 人才培养模式改革

高端装备智能制造虚拟仿真实训基地建设意在提高人才培养质量,实现人才培养模式改革。紧密围绕高端装备智能制造产业链的岗位需求,校企协同实施“六共四化三贯通”专业群特色人才培养模式,即共同选拔学员、共同制定培养方案、共建教学团队、共享实训基地、共同实施培养、共同考核评价,实行基础通用化、课程项目化、师资认证化、设备生产化,把职业素质、技能培养、企业文化贯通于人才培养始终,全面推行“1+X”证书学分银行体系。打造“航空班”“机床班”“宝马班”“新松班”“沈鼓班”等,培养装备制造产业急需、德技并修、复合型、德智体美劳全面发展的技术技能人才。

4.2.2 专业群课程体系重构

对接辽沈装备制造业产业链岗位能力要求,校企专家共同论证专业群课程体系建设方案,课程体系与“1+X”证书融通,构建公共基础、专业群基础、专业核心、专业拓展、职业素养、综合能力强化6个平台。

4.2.3 建设实训教学课程体系教学资源

根据区域辽沈高端装备制造业产业发展需求,把实训教学体系看作一项系统工程,加强实训教学体系中各要素的分析,实现功能协调、结构统一、资源共享的统筹控制策略。对实训教学课程总体规划,加大实训教学资源整合。通过“模块化”“项目化”“岗位化”等形式,开展实训教学内容的系列化建设,形成满足专业群共性需求与专门化需求的、校内校外相结合的实训体系,实现优质资源的充分利用与高效共享。

实训教学课程体系教学资源

4.3 智能制造VR实训中心

4.3.1 智能制造VR实训中心硬件建设

VR细节互动体验打造了沉浸式VR交互实训系统,有效解决传统实训室面临的实训机会少,设备严重损耗,形式枯燥、实训操作危险等难题。 

互动体验中心设为一间实训室,学生们可以在虚拟的场景中逼真操作具有物理属性的仿真设备仪器仪表等,进行独立实训操作、观察、总结等,主要包括工业机器人、航空发动机、汽车发动机、典型数控机床,如仿真机床操作的包括:毛坯定义、工件装夹、压板安装、基准对刀、安装刀具、机床手动操作等内容。

VR实训体验区由实训室环境布局、硬件终端、管理软件、教学资源及课程组成。佩戴VR头盔,进入漫游或其他等相关虚拟场景中,搭配体感控制器,实现沉浸式教学,身临其境。

4.3.2 互动体验实训系统

以虚拟现实三维互动教学平台、虚拟现实三维互动引擎和可视化编辑器等多项虚拟现实技术为核心,开发具有物理属性的虚拟现实互动体验实训系统。

操作者通过手持红外笔,结合桌面式全息操作系统可以捕捉到用户的手部在空间中的位置信息,用户通过该操控笔在空气中对眼前的全息图像进行交互。

依据专业课程(以机械制造与自动化专业群为主),建设VR智能车间、高端数控机床、智能控制、工业机器人拆装等多个互动模型的虚拟仿真实训单元,建立典型VR仿真设备,展现各种典型设备的工作原理、结构、工作流程、操作方法等。核心是虚拟实训,学生在可以进行练习、并支持考核、评价等,同时关联学院的备课授课系统,在这基础上老师可以选择自己的教学内容。

4.4高备智能制造端装车间仿真实训中心

4.4.1 智能制造车间仿真中心硬件建设

智能车间虚拟仿真实训中心采用中央控制大屏及全息桌面、全息操作台实训客户端的形式,通过多功能教学终端进行教学资源管控,通过客户端人手一机进行仿真教学与实操训练,既可实现教学互动,将教师教学内容有效传达给学生,也可以使学生的学习体会达到共享。

智能制造车间仿真中心硬件建设

4.4.2 智能制造车间仿真系统

以现代化智能工厂为蓝本,充分体现现代制造企业的现行运行模式,展示从生产项目管理(项目建立、项目计划、节点监控、项目交付等)、工艺过程设计(技术条件分析、毛坯准备、工艺流程设计、工装条件、刀具要求、检测要求、数控加工程序等)、制造资源管理(原材料采购规划、工装采购设计、刀具采购编码、量具存量定检、主设备保养维修等)、生产制造执行(车间与生产线级优化排产、快速系统、物流系统、刀具组合配送系统、物料刀具编码、刀具生命周期监控等)、检验检测结果(测量工具、测量设备、检测报告等)的全部生产过程,使学生对车间运行的从整体到各细节都有接触学习,而不局限于某一点。

智能制造车间仿真系统

全岗位训练,服务于现代制造企业的全部岗位,服务于机械设计与制造等相关专业体系,包括项目部(部长、计划人员等)、技术部(工艺主任、工艺人员等)、制造部(组长、计划人员、产线操作人员等)、质量部(检验人员等)、资源部(需求采购计划人员、现场维护管理人员、维护保养人员、操作配送人员等)等全岗位的训练。

4.4.3 智能制造车间仿真系统主要功能

(1) 项目管理

项目管理主要包括项目前置、项目评估、项目立项、合同订单、项目计划、项目采购库存和生产管理、项目交付、项目进度、项目跟踪和监控、项目完工和结算管理。为确保项目的预定目标,并确保项目具体的时间期限、费用和产品质量等要素,项目管理注重项目的启动、项目的计划、项目的实施及控制过程、项目的收尾等项目管理流程。对项目的控制、减少总计划费用,提高利润率、促进企业的持续发展等方面有着重要的意义。

(2) 营销管理

营销管理主要包括销售合同和订单管理、报表及统计分析等。为加快商品周转、优化公司对内及对外业务管理流程、提高资金周转率,营销管理设计责权明析、流程可控,具备强有力的宏观调控能力。对于企业实现以需定产、减少库存、提高竞争力等方面有着重要的意义。

(3) 生产计划管理

生产计划管理主要包括生产计划作业、生产过程控制管理等,描述了生产计划创建并下达、生产计划过程变更、生产退料、生产执行等功能的全过程。为确保生产过程处于受控状态,生产计划管理对直接或间接影响产品质量的生产、安装和服务过程,采取作业技术和生产过程的分析、诊断及监控。对生产过程高效有序、确保过程质量等方面有着重要的意义。

(4) 采购管理

采购管理主要包括采购申请、采购合同、采购执行等,描述了采购模块等功能的全过程。为确保采购过程处于受控状态,采购管理对直接或间接影响产品质量的生产、安装和服务过程,采取作业技术和采购过程的分析、诊断及监控。对采购过程高效有序、确保过程质量等方面有着重要的意义。

(5) 制造资源管理

制造资源管理主要包括设备管理、工装管理、刀具管理、量具管理、库存管理、配刀管理、刀具监测、设备监测、物料监测、设备维保、工装保养、量具检定等。


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