職教集團背景下區域共享型柔性生產系統實訓基地建設研究

杜中一+陳志紅+謝斌

在職教集團背景下，大連職業技術學院依托現有教學資源，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。

職教集團區域共享柔性生產系統實訓基地隨著大連地區制造工業的快速發展，對制造技術人才尤其是高素質創新型人才的需求越來越大。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”。在這種背景下，大連職業技術學院電氣電子工程學院依托現有教學資源，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。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，目前成為實施敏捷制造、并行工程、精益生產和智能制造系統的基礎，是先進制造領域的核心。

一、區域共享型柔性生產系統實訓基地的硬件建設

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

1.柔性生產系統基礎實踐教學工作站

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LED信號燈、行程開關、熱繼電器、接近開關、交流接觸器、多層警示燈、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、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實踐教學手段，調動學生學習興趣，而且能降低實訓消耗，節省實訓費用。

2.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。S7-300主站采集各從站數據，協調各站運行，并為上位機的監控程序提供數據。

（1）主站。主站是主控單元，其的功能是將14個從站通過Profibus-DP總線進行聯機控制。

（2）從站一。從站一是落料單元，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。落料單元是為系統提供加工原材料，模擬工業中的供料單元。

（3）從站二。從站二是線路板上料單元，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。此單元同樣為系統提供線路板焊接的原材料。

（4）從站三。從站三是視覺檢測單元，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。從站四是插件單元，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。從站五是線路板翻轉單元，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。從站六是焊接單元，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。從站七是翻轉回收單元，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，繼續后續加工流程。

（9）從站八。從站八是加蓋單元，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。從站九是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。從站十是條形碼貼標單元，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。從站十一是龍門單元，將物料從龍門的一側抓移到龍門的另一側。

（13）從站十二。從站十二是檢測單元，負責蓋子檢測、工件顏色檢測以及條形碼掃描。

（14）從站十三。從站十三是分揀單元，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單元——倉儲單元。

（15）從站十四。從站十四是倉儲單元，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。

二、區域共享型柔性生產系統實訓基地的實踐教學設計

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4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競爭意思，并充分調動了每個學生學習的積極性。

三、結束語

經兩年的實際教學證明，“大連市裝備制造職業教育集團”背景下的區域共享型柔性生產系統實訓基地硬件及實踐教學設計合理，實用性強，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。

區域共享型柔性生產系統實訓基地的建成，提高了“大連市裝備制造職業教育集團”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，為區域建設服務。

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，（05）：114-116.

[3]杜中一.高職校企共建生產性實訓基地運行中存在的問題、原因及對策[J].現代教育管理，2015，（03）：111-114.

基金項目：

1.高等職業技術教育研究會“十二五”規劃課題“職業教育集團區域共享型實訓基地創新實踐研究”的研究成果，課題編號：GZYZD201501，主持人：杜中一。endprint