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智能制造虚拟仿真综合实训平台

发布时间:2022-11-09

编辑人:灵图互动

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“工管融合”是一种创新型人才培养模式,围绕技术素养与管理能力两大核心任务,结合不同专业背景,实现多学科交叉融合,培养除既具备一定技术素养,又拥有管理能力的复合型技术技能人才。

技术素养主要是指对学生技术技能的培养,通过学习智能制造、工业机器人、3D打印、大数据、物联网以及虚拟现实等新工科知识,培养学生工程实践能力和创新能力。

管理能力主要指学生通过学习真实产品的智能制造和全生命周期管理,掌握企业管理、成本控制、市场营销以及物流管理等专业知识。

目前,智能制造在培养“工管融合”复合型人才方面主要存在以下问题:①新工科和新商科的交叉融合、相互渗透深度不够。②智能制造实训平台存在硬件投入大、耗材成本高、危险系数大、文科学生“走不进、看不清、不敢碰”的问题。③实训模块个性定制化不足,无法满足不同专业、不同学生的实训需求,导致学生学习能动性弱。④产教融合深度、校企合作紧密性不够,对人才培养支撑作用有待提高。

将虚拟现实仿真技术用于智能制造类“工管融合”教学中,聚焦PLM、制造执行系统(MES)、企业资源管理(ERP)以及智能物流(ILS)中对人才的需求,同时整合了产品数字化设计、智能制造、智能管理、智能物流、智能工业互联等流程,构建智能制造虚拟仿真综合实训平台。

智能制造虚拟仿真综合实训平台集成虚拟仿真实训课程,进行虚拟仿真实训教学,让学生充分掌握了工科实训中的产品设计、加工、检测与装配等内容,以及商科实训中的企业全流程运营与管理。

智能制造虚拟仿真综合实训平台

智能制造虚拟仿真综合实训平台,构建了面向全校学生的分层、分类的教学体系。实训分为基础通识类、专业技能类、创新项目类3个层次。

层次一:基础通识类。面向全校所有专业和所有学生,学生覆盖面广,专业跨越性大,包括财经类、管理类、艺术类、机械类等专业。实训时间为1周,主要对学生开展智能制造、3D打印、大数据、物联网等模块的通识类课程。

层次二:专业技能类。面向机械类、电气控制类和计算机类专业的学生,为学生的专业知识学习和技能提升打下基础,以满足学生全面发展的需要。实训时间为2~3周,主要培养专业类学生进行实践操作和综合训练。

层次三:创新项目类。面向参加技能大赛和创新创业的学生,满足学生的综合发展需求,以技能大赛知识和企业实践项目为载体,融合多学科、多专业课程内容,培养学生解决复杂问题的能力与综合素质。

智能制造虚拟仿真综合实训中心主要包括7个实训模块:PLM、智能制造综合产线、数字化虚拟仿真实训、工业机器人基础虚拟仿真实训、增材制造虚拟仿真实训、大数据实训&物联网虚拟仿真实训、双创虚拟仿真实训。

1. 产品全生命周期管理

基于“工管融合”的PLM模拟工作流程主要包含产品数字化生产、ERP、高级计划和排程(APS)、MES、ILS和工业互联网平台等功能模块。

产品数字化生产模块包含产品规划、设计、制造等流程,可培养学生的“技术素养”;

ERP模块包含主数据管理、信息仓库、生产计划、数据管理、账务控制、物料需求、质量管理、资源采购等内容,集商科和工科技术于一体,培养学生的“技术素养+管理能力”;

APS和MES模块包含制造过程、夹具管理、订单管理、报表管理、刀具管理、物料管理、质量管理、KPI管理、设备管理等内容,融合了工科和商科技术;

ILS模块包含物流管理、仓库管理、出货管理、立体仓库、自动运输设备等内容,集管理与工程于一体;

工业互联网平台模块可以实现各模块的集成管理与控制。

通过智能制造虚拟仿真综合实训平台的PLM模拟实训,可以培养学生从产品设计、仿真、制造到售后服务的工作全流程技术技能。

2. 智能制造综合产线

智能制造综合产线以合作企业的主轴箱和主轴两种典型零件的加工为主线,以射频识别技术(RFID)为信息流载体,整个系统由MES智能产线管理系统控制。MES对接上层ERP数据,依据ERP数据对综合产线进行智能调度、排布,通过OPC/UA协议下发给主控系统(PLC),PLC再下发指令给从站PLC,从站PLC驱动底层设备加工与运行,同时将设备上的信息采集至MES系统,系统根据设备信息进行生产优化。主要集成工业机器人、车铣复合、5轴加工中心、三坐标测量仪、智能立体库、RFID设备、AGV小车、传送带等硬件智能设备,构建了智能制造生产、加工、检测与装配流程。

智能制造虚拟仿真综合产线含有6个虚拟仿真实训单元:虚拟装配、智能制造、产教融合、立体仓储、精雕加工以及电火花加工。可进行智能制造、MES训练、SCADA数据采集、数字孪生、智能仓储、AGV训练项目、三坐标检测、机器人训练等多类别离散性虚拟仿真实训。

智能制造虚拟仿真造综合产线

3. 数字化虚拟仿真

MES是智能制造的核心软件,利用MES软件可以对生产计划排程、生产调度、库存管理、物流管理、设备管理等一系列内容进行模拟优化,并能基于数字孪生技术,将搭建好的模拟仿真结果通过网络传输控制真实产线的运行。例如学生参考智能制造国赛样题,利用MES资源库中的加工中心、数控车床、三坐标立体库、带第七轴的工业机器人等相关设备可以进行智能产线的搭建、排程、调度,并使用MES软件进行产线虚拟运行。

数字化虚拟仿真

4. 工业机器人基础虚拟仿真实训

工业机器人是实现智能制造最重要的一种设备。工业机器人基础虚拟仿真实训室配有6套ABB机器人装配站,能够同时满足30名学生的分组训练。针对财经类专业的学生,通过机器人实训项目——积木搬运,学生可以掌握机器人的基础编程和操作;而针对工科学生,尤其是智能制造专业的学生,为他们提供了更全面的技能实训,通过项目案例——轨迹的移动,学生可以掌握各种坐标系的建立,MoveJ、MoveL、Set、Reset、Waittime等常用指令的应用,以及工业机器人的操作编程、系统设计、离线编程内容。

工业机器人基础虚拟仿真实训

5. 增材制造虚拟仿真实训

增材制造虚拟仿真实训室配备了30台各种类型的3D打印设备,主要包括3D激光扫描仪、桌面式单色3D打印机、桌面式双色3D打印机和工业级3D打印机。通过对3D打印相关知识的学习,学生能够掌握3D打印的原理及操作流程。在此基础上,学生可以充分发挥想象力,运用三维设计软件进行产品的个性化设计,并通过3D打印设备进行打印。

增材制造虚拟仿真实训

6. 大数据&物联网虚拟仿真实训

大数据&物联网实验虚拟仿真实训平台,使学生能够学习到大数据&物联网应用、大数据关键技术、大数据计算模式及大数据在企业中的应用架构。

大数据&物联网实验虚拟仿真平台可灵活部署在私有云端上,为学生提供高灵活性、低成本的大数据实验环境。同时,该平台集课程教学与实验实训、在线考试与能力测评、互动与分享、教学与科研、虚拟机管理、教学管理、竞赛与AI实验于一体,为教师教学和学生学习提供了便利。

7. 双创实训

为培养学生的创新创业能力,构建了“双创”竞赛体系,在产教融合智能制造虚拟仿真实训平台的建设中,购置了5台桌面级车床、5台桌面级铣床和1个装配工作站。教师通过指导创新创业,带领学生参与企业实际项目,为学生提供了一个创新实现的平台。同时,通过提供鲁班锁和摇摆气缸发动机模型加工案例以及设计图纸、加工工艺卡片和加工视频等相关教学资料,让学生能够从模仿原有产品的设计和加工开始,逐步进行改进、创新。

智能制造虚拟仿真综合实训平台以全产业链为依托,将企业管理、成本会计、生产排程与智能制造技术进行有机融合,涵盖了企业运行与加工生产的全流程,进一步深化了“工管融合”人才养改革,培养出“技术素养+管理能力”高素质复合型技术技能人才,以更好地适应现代企业需求。


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