區域共享型柔性生產系統實訓基地的研究與建設

杜中一，陳志紅，謝斌

摘要：大連職業技術學院依托現有的教學資源，完成了區域共享型柔性生產系統實訓基地的硬件建設及實踐教學設計。區域共享型柔性生產系統實訓基地的建成，提高了大連地區柔性生產系統人才培養的能力，能夠滿足大連地區對柔性生產系統高級技術人才的培養要求。

關鍵詞：區域共享；柔性生產系統；實訓基地

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）40-0275-02

柔性生產系統是指能夠適用于多品種、中小批量生產，且具有高柔性，自動化程度極高的生產系統。柔性生產系統涉及自動化技術、傳感器技術、計算機技術、組網技術及機電一體化等多項技術領域。由于柔性生產系統具有高效、靈活的特性，是先進制造領域的核心。

根據國家《促進東北地區職業教育改革創新指導意見》和《大連市中長期職業教育發展規劃（2011—2020）》精神，為了進一步推進職業院校與企業、行業的合作，充分發揮職業教育為區域經濟和社會發展服務的作用，由大連市政府有關部門、相關行業協會、企業、科研機構、中高職院校等單位共同組建了“大連市裝備制造職業教育集團”。在此背景下，大連職業技術學院依托現有的教學資源，建立了區域共享型柔性生產系統實訓基地，作為服務大連地區的共享型實訓基地。

一、區域共享型柔性生產系統實訓基地硬件建設

區域共享型柔性生產系統實訓基地的硬件設備主要包括1條柔性生產線和10套柔性生產系統基礎實踐教學工作站。

1.柔性生產線。柔性生產線共有15個工作站，以1個SIEMENS S7-300PLC和14個S7-200PLC作為控制核心，S7-300為主站，14個S7-200PLC作為從站，各站之間使用ProfiBus-DP總線進行通訊。（1）主站：主站是主控單元，其功能是將14個從站通過ProfiBus-DP總線進行聯機控制。（2）從站一：落料單元，由同步輪、同步帶、間歇性運動機構組成，利用電機的控制，將物料落入輸送單元上。（3）從站二：線路板上料單元，利用雙軸運動控制系統以及一軸伺服控制系統進行定位，通過真空吸盤吸取線路板，并將線路板放入由落料單元提供的工件內。（4）從站三：視覺檢測單元，利用歐姆龍視覺傳感器，對原材料線路板的孔位進行檢測，為后續的精準定位和加工做準備工作。（5）從站四：插件單元，利用氣缸和吸盤將線路板定位至加工臺，通過伺服系統夾取模擬封裝電子元件，將封裝電子元件精準定位和安裝到線路板上。（6）從站五：線路板翻轉單元，通過伺服定位吸取輸送線上方插件完成的線路板放置于輔助焊接件上，旋轉180°并輸送到焊接單元。（7）從站六：焊接單元，通過伺服系統進行輸送，將電子線路板輸送到固定位置，然后通過自動焊接機和剪針腳機進行模擬焊接、剪針腳。（8）從站七：翻轉回收單元，將焊接完成的電子線路板上的輔助焊接件回收，并將焊接完成的線路板運輸回輸送線上，繼續后續的加工流程。（9）從站八：加蓋單元，通過電磁鐵吸取蓋子，通過蝸輪蝸桿運動，然后行程開關進行位置確認，將蓋子放置在工件上方。（10）從站九：噴涂及機器人搬運單元，將加蓋完成的工件輸送到輸送線末端，機器人將工件搬運至另一端輸送線初始端，再輸送到噴涂位置進行噴涂烘干處理。（11）從站十：條形碼貼標單元，當輸送線檢測到料盤和工件，貼標機構利用真空吸盤吸取標簽，將標簽貼在工件蓋子上方。（12）從站十一：龍門單元，將物料從龍門的一側抓移到龍門的另一側。（13）從站十二：檢測單元，負責蓋子檢測、工件顏色檢測以及條形碼掃描。（14）從站十三：分揀單元，將檢測單元所檢測的不合格工件搬運到廢料庫，將合格工件放行并進入下一個單元——倉儲單元。（15）從站十四：倉儲單元，將檢測完成的工件分為不同顏色，通過主站分配將不同顏色的工件分別入庫處理。

2.柔性生產系統基礎實踐教學工作站。由于柔性生產線設備昂貴，如果學生實踐基礎較差且沒有良好的實踐能力，很容易造成損失。我們根據調研結果以及區域共享型柔性生產系統實訓基地建設的實際情況，自行設計一套柔性生產系統基礎實踐教學工作站，作為學生柔性系統基礎性實踐訓練設備，該工作站更加便于學生的實踐操作，可以作為學生基礎能力培養的教學設備使用。

柔性生產系統基礎實踐教學工作站采用國際標準的2020工業鋁材作為工作站框架結構，便于結構變化及拆裝，工作站由SIEMENS S7-200 SMART PLC、SIEMENS MM420變頻器、TPC7062觸摸屏以及行程開關、熱繼電器、接近開關、交流接觸器、選擇開關、中間繼電器等常見低壓控制器件組成。柔性生產系統基礎實踐教學工作站可以完成電機控制系統的實踐教學及PLC、觸摸屏及變頻器技術的相關實踐教學。柔性生產系統基礎實踐教學工作站通過模擬柔性生產系統進行訓練，培養學生電氣自動控制、PLC編程、變頻器及觸摸屏應用、自動設備調試的能力，不僅能夠豐富柔性生產系統的實踐教學手段，調動學生的學習興趣，而且能降低實訓消耗，節省實訓費用。

二、區域共享型柔性生產系統實訓基地實踐教學設計

區域共享型柔性生產系統實訓基地實踐教學整體采用模塊化教學法。實踐教學內容主要分為兩大部分：（1）采用柔性生產系統基礎實踐教學工作站進行的基礎實踐教學，分為2個單元；（2）采用柔性生產線進行的高級實踐教學，分為15個單元。教學的過程從基礎簡單的操作和控制逐步擴展到復雜操作和控制。

1.采用柔性生產系統基礎實踐教學工作站進行的基礎實踐教學。具體操作是將學生分組訓練，每組學生要完成從機械與電氣元件的安裝，到根據工藝要求進行編程、調試、操作、維修及故障排除。在該訓練過程中，可以使學生將所學的專業知識加以綜合應用，并能熟練掌握柔性生產系統的基礎實踐技能。

2.采用柔性生產線進行的高級實踐教學。具體操作是將參加實訓的學生人數平均分成15個小組，每一個小組負責一個站的實踐操作。在任務的安排上，都把每一個站的大任務分割成若干小任務，每位學生承擔一定的獨立任務，用團隊責任來激勵每個學生全身心投入到實訓中來。對學生實訓結果的考核主要由四個部分組成：整條生產線的運行情況和運行合理性占總成績的10%，各小組工作站獨立運行情況占總成績的30%，每個學生完成具體小任務情況占總成績的40%，實訓報告占總成績的20%。這樣既可以培養學生的團隊精神，又在各小組之間建立了競爭意識，充分調動了學生的學習積極性。

三、結語

區域共享型柔性生產系統實訓基地的建成提高了大連地區柔性生產系統人才培養的能力，以此基地為基礎，學生可以更好地掌握自動化技術、傳感器技術、計算機技術、組網技術及機電一體化等專業知識及技能。經實際教學證明，該實訓基地能夠滿足大連地區對柔性生產系統高級技術人才的培養要求。

參考文獻：

[1]段春爭，王殿龍，崔巖，梁延德.基于“獨立制造島”概念的柔性制造實踐教學系統的建設[J].中國現代教育裝備，2013，（13）：35-37.

[2]姚松麗.柔性制造系統在實踐教學中的應用[J].實驗室研究與探索，2011，（5）：114-116.endprint