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智能制造生产线虚拟仿真实训平台-智能制造虚拟仿真教学平台

发布时间:2022-12-15

编辑人:灵图互动

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虚拟仿真实验教学由于不受场地、设备数量等限制,有益于操作和重复,使得每个学生可以独立完成实验,增加了学生的实验机会。且通过虚拟仿真实验课来补充实验线上课程,同时将虚拟实验的实验室教学环节作为线下实验的预习素材,实现虚实结合,可有效提高学生的学习兴趣,达到完教学体系、深化教学改革,提高学生应用专业知识解决工程实际问题能力目的。

所以,将虚拟仿真教学软件与智能制造生产线相结合,构建“虚实结合”的智能制造生产线虚拟仿真实训平台,不仅能可以有效解决现有的教学实验方式面临的受限于场地、设备等难题,而且通过制定切实有效的课程实施方案,使学生将教学实践与理论知识有效结合起来,提高学生应用专业知识解决工程实际问题的能力,从而为提高我国智能制造专业人才培养质量提供理论依据和实践经验。

智能制造生产线虚拟仿真实训平台建设主要包含智能制造虚拟仿真实验教学课程建设与智能制造虚拟仿真教学平台建设。

1. 智能制造虚拟仿真实验教学课程建设

智能制造虚拟仿真实验教学课程建设以真实的智能化生产制造系统流程案例为原型,在虚拟环境下,对零部件进行加工特征分析、工艺流程规划、设备快速选型、系统集成设计、产线结构布局、数控与机器人编程、PLC虚拟调试、加速仿真、性能分析及产线快速重构等。后在真实环境下,根据虚拟仿真结果快速而精准地搭建智能制造系统,进行设备连接、通信系统调试、多物理量信号采集分析、PLC编程、数控加工、机器人示教等实体操作与练习。通过上述学习,使学生对以下智能制造关键知识点进行理解和掌握:

(1)智能制造系统可适应规划仿真与数字孪生;

(2)柔性可重构模块化智能制造;

(3)机床与智能制造单元设计与建造。

智能制造虚拟仿真实验教学课程建设

2. 智能制造虚拟仿真教学平台建设

智能制造系统虚拟仿真实验主要包括以下3个主要单元:

(1)智能制造系统可适应规划仿真与数字孪生教学及实验;

(2)柔性可重构模块化智能制造系统教学及实验;

(3)机床与智能制造单元设计与搭建教学及实验。

上述实验单元涉及机械技术、自动控制技术、测控技术、通信技术、物联网技术等多学科的知识点,每个知识点因难易复杂程度不同,又可进一步各自拆解成多个不等的交互操作。

故,智能制造虚拟仿真教学平台建设以智能制造仿真软件为基础,建立基于多种小型化开放式数字孪生制造装备及其构建单元库,开展针对目标产品的加工工艺分析、机床设计与搭建、智能制造系统规划仿真与搭建、数控编程与操作、数字孪生机制构建等实践环节,完成从工艺到设备到生产全制造链的由基础到顶层的整体实现。

以智能制造虚拟仿真教学平台为基础,利用学生自主设计装配的加工装备进行产线级规划仿真与真实构建,在加工指令、工艺节拍、数字孪生交互方面进行全面调试,掌握智能制造生产线构建全要素。针对每个教学环节,通过限定式模块保障学生工作精准性,通过创造性内容引导学生发挥创新能力,通过评价关键点保障成绩区分度,激发学习兴趣,及时反馈。

主要设备包括:数字孪生五轴联动加工中心整机及构建单元库、数字孪生数控车床整机及构建单元库、数字孪生卧式三轴加工中心整机及构建单元库、数字孪生工业机器人综合实验单元(装配/轨迹/码垛与搬运)、调装工具、工作站等。

智能制造虚拟仿真教学平台建设

3. 智能制造生产线虚拟仿真实训教学方法

3.1 虚拟仿真实验教学模式

为实现对知识点的强化学习、反复练习和成绩考察,虚拟仿真实验可设计学习模式、测试模式和考核模式三套操作体系。

学生可以在智能制造虚拟仿真教学平台的学习模式中了解知识点、熟悉操作规则。后到测试模式中进行练习、自查学习效果,其中每一步交互操作的正误和解析都会详细陈列于测试模式的实验报告中,学生可根据测试结果了解自己对知识点的掌握情况,回到学习模式中的某个步骤进行有针对性的强化学习,以及在测试模式中反复练习,此自学过程记为课程平时成绩。虚拟仿真实验的考核模式最终与课程的期末考试同步进行,考核模式的操作得分计入期末考试成绩。

智能制造生产线虚拟仿真实训教学方法

3.2 实验方法与步骤

3.2.1 实验方法

(1)在虚拟环境下利用虚拟仿真软件针对零部件进行加工特征分析、工艺流程规划、设备快速选型、系统集成设计、产线结构布局、数控与机器人编程、PLC虚拟调试、加速仿真、性能分析、产线快速重构等;

(2)在真实环境下,根据虚拟仿真结果快速而精准地搭建智能制造系统,进行设备连接、通信系统调试、多物理量信号采集分析、PLC编程、数控加工、机器人示教等实体操作与练习。

3.2.2 实验步骤

根据实际情况选择性进行实验内容学习,实验过程中需记录每步实验结果,实验完成后需提交实验报告。

3.3 考核方法

实验考核应由实验预习、实验操作、线下操作和实验报告4部分组成(共计100分)。根据智能制造虚拟仿真实验教学课程任务及目标,经对上述4个考核内容所占权重进行仔细研究后,得出4部分考核内容可允许的分值参考范围如下:

(1)实验预习:网上自学预习实验内容(≤10分);

(2)实验操作:

a.每一步实验操作是否规范(不低于20分);

b.是否在规定时间内完成实验(不低于20分);

(3)线下操作:能否独立正确使用相应实验室设备(≤15分);

(4)实验报告:了解实验目的、掌握实验原理、熟悉实验步骤、正确得出实验结果(不低于35分)。

通过构建智能制造生产线虚拟仿真实训平台将为学生创造了一个良好的实验实践环境和平台,不仅可以提高智能制造相关专业的教学效率,而且可同时满足除智能制造专业外的机械设计制造及其自动化、测控技术与仪器等相关专业的实践教学的需要。同时拓展了课程教学体系,降低了教学成本。


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