智能制造实训室建设方案

一、实验室简介

智能制造实训室需购置虚实结合工业网络自动化实验平台、工业机器人应用编程与系统集成实验台、工业4.0数字孪生实验平台、智能制造虚实结合生产线系统、智能制造虚拟仿真设计软件、智能制造虚拟仿真教学资源包及相应的工具设备、耗材及辅助用品。

虚实结合工业网络自动化实验平台配置了多台PLC，支持支持机电一体化实验与工业网络实验，包括设备认知、系统组合设计、设备安装接线、参数设置与调试、编程与组态监控、工业网络通讯、运行与维护、故障排除等方面的实验与技能，并通过虚拟仿真扩展实验内容。信号转化模块把仿真场景中的虚拟执行机构与虚拟传感器信号转化到硬件接线端口，PLC可做实物实验，半实物（虚实结合）实验，数字孪生（虚实同步）实验。系统提供丰富的教学资源及与时俱进的仿真实训内容，确保实验内容先进性。系统能实时收集实验过程中的实验数据，通过自动考评模块，解决了教学评价难的问题。

工业机器人应用编程与系统集成实验台符合1+X工业机器人应用编程的技术标准，也支持机器人系统集成。采用模块化设计，硬件配置可升级，可组合成初级、中级二个等级的实验项目，由工业机器人、实验平台、快换工装夹具、轨迹与绘图模块、搬运模块、码垛模块、装配模块、输送线模块、井式落料模块、仓储模块、变位机模块、RFID模块、视觉检测模块、PLC电气控制模块、通用电气接口模块、设备监控摄像头、气源模块、工业机器人仿真软件等组成。配套提供的项目化教学资源，实验项目不仅能在硬件实验平台完成，也可以在机器人仿真软件的虚拟实验台上完成。

工业4.0数字孪生实验平台工业4.0数字孪生实验平台采用模块化设计，主要包括实实训桌单元、供料单元、输送线单元、视觉识别单元、分拣单元、仓储码垛单元、控制系统单元、数字孪生单元、虚拟结合信号采集单元、数字孪生集成系统、智能制造仿真教学资源等组成。数字孪生部分在虚拟环境中同步构建与真实环境一致的虚拟实训装置。系统实验包括全实物硬件实验、全虚拟仿真调试实验、外部控制器通过总线的虚实结合控制实验、外部控制器通过IO端口的虚实结合控制实验、实物设备与虚拟设备的数字孪生运行实验。涵盖机械制造与自动化、电气自动化、机电一体化、机电设备维修与管理、物联网、智能传感、智能制造、数字孪生等多门学科的专业知识。

智能制造虚实结合生产线系统配置了一套典型的工业4.0示范智能制造工厂线与智能制造数字化仿真软件平台。基于工业4.0示范智能制造工厂线1:1开发了孪生虚拟产线。先在仿真软件上模拟实训，仿真完成并通过审核后的PLC与机器人程序可下载到工业4.0示范智能制造工厂线实物上运行。本方案有效解决了硬件实验台数量少的问题，同时降低了硬件设备损坏几率。仿真软件支持PLC与机器人、数控系统虚拟集成、虚拟调试、数字孪生功能。方案提供了PLC、机器人、视觉等系列仿真实验资源，支持多门课程实验及创新设计实验。

智能制造虚拟仿真设计软——SFB-Factory是一款三维智能制造数字化设计仿真软件，基于海量元素模型，以拖拽方式快速搭建仿真工程。虚拟设备与真实设备具有相同特性，以实际的PLC程序、机器人程序、机床数控程序等驱动虚拟设备运行，在虚拟场景中完成整个工程的调试与验证。通过力学物理引擎、达到实际的运行效果。软件集成了PLC仿真、机器人仿真、智能工厂仿真等功能。提供用户自主建模与自主布局功能，并开放底层接口，支持用户二次开发。是一套工业4.0自动化的综合设计仿真验证平台，并提供了丰富的教学资源。工业领域应用：在生产线设计的初级概念阶段就可以对整个系统进行完整的分析，包括虚拟调试、节拍验证、风险评估，方案改进，降低项目技术风险。教育领域应用：通过对象虚拟化，解决了工程训练成本高，场景少的问题。

智能制造虚拟仿真教学资源包共包括工业机器人基础编程仿真资源包、工业机器人中级编程仿真资源包、工业机器人工作站编程仿真资源包、智能制造综合资源包。工业机器人基础编程仿真资源包：根据工业机器人示教与编程的初级标准，采用项目化教学开发。针对每一个实训项目，配备了实训指导书、程序、仿真工程、视频等教学资源。学习机器人基础功能使用，以及典型工艺编程与调试，解决工业现场的一般性应用。实训项目：机器人认知、机器人点动操作、工具坐标系与标定、程序管理和原点校准、运动指令编程操作、点位示教与运动编程、工件坐标系与运动编程操作、进阶指令编程操作、l/O编程操作、条件与循环编程操作、搬运操作、码垛操作、打磨操作、写字操作、流水线料库操作。工业机器人中级编程仿真资源包：根据工业机器人示教与编程的中级标准，采用项目化教学开发。针对每一个实训项目，配备了详尽的实训指导书、程序、仿真工程、视频等教学资源。在工业机器人基础编程仿真资源包的基础上，增加机器视觉与RFID的应用，以及掌握机器人离线编程调试应用。实训项目：总线通讯实验、HMI模块实验、RFID实验、视觉程序编程实验、视觉识别与定位实验、机器人视觉引导实验、机器人视觉装配实验、离线编程仿真实验。工业机器人工作站编程仿真资源包：以典型工业的工艺应用，开发了对应的工作站。在虚拟仿真环境完成工业机器人工艺编程应用开发。资源包括：培训教材，视频，及工程案例。实训项目：机器人码垛、机器人分拣、机器人机床上下料、机器人焊接。智能制造综合资源包：集工业机器人编程与调试、数控机床系统编程与调试、PLC编程与调试、人机界面编程与调试、MES设置与调试于一体。针对每一个实训项目，配备了实训指导书、程序、仿真工程、视频等教学资源。实训项目：(1) 设备操作项目：设备认知、设备开关机操作、仿真软件操作；(2) 数控车床操作与编程：数控机床操作（开机、回零、手动操作）、数控机床编程（程序编辑、对刀、运行）、简单工件加工、换刀工件加工、DNC加工；(3) 加工中心操作与编程：数控机床操作（开机、回零、手动操作）、数控机床编程（程序编辑、对刀、运行）、简单工件加工、换刀工件加工、DNC加工；(4) 数控系统参数调试：数控系统参数调试、PMC参数设置、PMC功能开发、在线检测；(5) PLC编程与调试：PLC的软件介绍、三相电机控制（顺序启动、星三角启动）、七段数码显示管控制、十字交通灯控制、机械手控制、四层电梯控制；(6) 触摸屏编程与调试实训：组态软件的介绍、组态基本控件编程、组态图形数据显示；(7) 工业机器人操作与编程：示教器介绍与手动控制、设置TCP参数、基础平面轨迹编程、复杂空间轨迹编程、码垛编程、上下料编程、IO及PLC交互控制等、第7轴控制；(8) RFID操作：RFID设备介绍、RFID设备操作；(9) 数据采集：Modbus通讯介绍、PLC数据采集设置、机器人数据采集设置；(10) MES操作：MES系统安装、MES系统使用、MES系统调试；(11) 智能产线调试与操作：智能车削加工、智能铣削加工、智能制造综合生产线加工、制造单元智能化改造与集成实验。

二、实验室建设规模

（一）仪器设备

主要购置配备的仪器设备：

（二）配套设施

配套设施包括新建实验室、车间、桌子、椅子、多媒体授课设施等，需求面积预计200平米。

（三）建设经费概算

三、实验室建设成效

（一）预期目标

通过1-2年努力，将该实验室建设成为省内一流的智能制造实训室。

（二）建设水平

建设省内一流的智能制造实训室。