產教融合背景下的智能制造實訓基地建設研究

摘 要：介紹了遼寧軌道交通職業學院智能制造實訓基地建設的背景及意義，著重分析了該實訓基地建設應用的五大核心設備和八大核心技術，實現了水晶雕刻樣品從毛坯底料到成型出庫的全流程自動化。該實訓基地利用MES系統完成整個生產流程的網絡化運行、智能化調配與統籌化管理，極大地提高了生產效率，節約了生產成本。

關鍵詞：產教融合;智能制造實訓基地;核心設備

1 實訓基地建設背景及意義

2017年，國務院辦公廳印發出臺了《關于深化產教融合的若干意見》（國辦發〔2017〕95號），把“產教融合、校企合作”“工學結合、知行合一”作為新時期全面深化教學改革，提高人才培養質量的基本原則。我院智能制造實訓基地正是在這樣的國家戰略和背景下應運而生，建立了一個集自動感知信息、自動精準控制、自動智慧執行功能于一體，且貫穿于教學科研、生產管理、生產實踐等各個環節的新一代高新信息技術系統，其具有以工業網絡為基礎、以數據流為支撐、以智能化為核心等的特點，可有效縮短生產周期，提升生產效率，提高教師教科研水平，為學生創造良好而高效的生產實訓環境，為企業智能制造化水平的提升提供可靠的解決方案。

2 實訓基地建設內容

2.1? ? 實訓基地功能

智能制造實訓基地主要依賴于五大核心設備和八大核心技術，實現水晶雕刻樣品從毛坯底料到成型出庫的全自動生產流程，利用MES系統完成整個生產流程的網絡化運行，智能化調配與統籌化管理，將水晶雕刻的整個生產線流程全自動化，實現了沒有人為干預的智能化生產與調配。在教科研方面融合了機電一體化、智能控制技術、物流管理、物聯網技術等多種專業知識，通過實現各個系統的使用、維護、基本調試等內容，為教學質量的提高和實訓基地的建設提供了新的思路和保障。

2.2? ? 實訓基地結構

2.2.1? ? 控制結構

智能制造實訓基地主要由感知層、網絡層、執行層與應用層四部分構成。感知層主要應用感知技術，利用傳感器及視覺識別技術收集生產數據;網絡層則應用工業互聯網技術，組件通信網絡，上傳和分析數據;執行層主要由機器人、智能機床、自動化設備、激光雕刻設備組成，完成生產的自動化;應用層主要搭建自動化生產線，為定制生產提供解決方案。

2.2.2? ? 整體布局

智能控制實訓基地主要由智能化生產制造、物料的搬運、物料的倉儲與管理三部分組成，并利用工業互聯網和MES系統實現整個系統的自動化運行和整體調配。

2.3? ? 實訓基地核心設備

2.3.1? ? 數控機床

本實訓基地采用了兩臺高精度數控機床，其中一臺主要完成從毛坯料到底座的加工，另一臺主要完成底座上校標的打印，兩臺數控機床分別完成銑削加工和雕銑加工。這兩臺數控機床的應用使得學生在實踐操作訓練的同時，可實現產品的實際生產加工。

2.3.2? ? 工業機器人

本實訓基地應用了五臺六軸垂直多關節機器人、一臺四軸水平機器人，主要完成物料傳輸過程中的搬運、抓取等工作。其中，兩臺六軸機器人復合在AGV上，與AGV一同完成物料的輸送任務。所有機器人全部通過工業網絡與控制器進行實時通信，由控制器控制各機器人進行全自動運行。其中下料機器人加入了附加軸，用以物料的傳送，進一步拓展了機器人的應用范圍。

2.3.3? ? 立體庫堆垛機

本實訓基地采用小型單柱式堆垛機，主要完成物料從立體庫到取送物料臺之間的傳遞，堆垛機與立體倉庫、上位物流調度系統共同構成智能倉儲部分，堆垛機的運動由伺服驅動器控制，貨叉的控制從教學上考慮采用差異化設計，使用變頻器控制貨叉的伸縮。

2.3.4? ? 水晶激光內雕機

本實訓基地主要利用內雕機雕刻2D/3D人像、各種標志、獎杯等個性化禮品紀念品，也可批量生產2D/3D動物、植物、建筑、車、船、飛機等模型產品和3D場景展示，內雕機經過改造通過工業總線與系統相連，在系統調配下保持節拍，實現了加工與雕刻的全自動化。

2.3.5? ? 復合型AGV

本實訓基地使用兩臺具有六軸機器人的復合型AGV，通過磁導航引導AGV按規劃路徑行走，完成物料從生產平臺到智能立體倉庫的搬運，AGV采用麥克納姆輪系，完全由我校獨立加工制造，具有極高的加工精度和控制精度。

2.4? ? 實訓基地核心技術

2.4.1? ? 機器人技術

機器人技術作為智能制造的代表，在智能制造實訓基地建設中得到了廣泛應用。在本建設項目中實現了工業機器人的分揀、搬運、擬人作業等多種應用。從機器人設計、編程、調試、運行到維護各個階段，都充分發揮了我校技術優勢，為機器人的教科研工作提供了更加豐富的資源和技術保障。

2.4.2? ? 自動識別技術

在上料的物料分揀程序中，運用了視覺識別技術，以物料的輪廓、像素、邊沿位置三個特征屬性判別物料，機器人進行物料的分揀。同時，創造性地利用工業互聯網IP協議，識別信息不再經過控制器，而是將判別信息直接傳遞給機器人，使識別信息的傳遞更為高效、準確。

2.4.3? ? 安全技術

人身安全和設備安全是本項目設計和實施過程中的重中之重，而安全技術的運用也貫穿了整個實訓基地建設項目，采用了設備和人身避碰安全技術、區域連鎖技術和冗余保護技術，很大程度上提高了設備的生產安全性，為生產流程的可靠運行提供了有力保障，同時也為機電專業相關課程深度的提升提供了技術素材。

2.4.4? ? 運動控制技術

在物料傳輸、AGV輪系控制、堆垛機的運動控制等工藝過程中，選用伺服運動控制器與變頻器，并且通過I/O總線及工業總線與控制器相連，實現了對工業設備速度的精確控制和精準定位。尤其在AGV輪系控制中，經過對伺服控制器的反復調試，實現了輪系在速度與定位精度上的穩定控制。

2.4.5? ? 數控技術

數控機床的應用過程中充分利用數控加工技術、數控加工編程與操作、數控原理與系統、數控機床使用及維修、數控機床電氣控制、數控機床操作技能實訓等數控專業主干課程的相關內容，完成底座的加工和校標的印刻。

2.4.6? ? 工業控制技術

本實訓基地建設項目主要采用三菱Q系列PLC作為核心控制器，通過工業網絡搭建控制系統，控制系統設計考慮了到將來水平擴展與垂直擴展的可能性，控制器的模塊化結構及其開放性網絡，保證系統具有良好的可擴展性，可以根據硬件配置靈活構成控制系統;系統的監控站采用通用PC機，無需專用操作站，且網絡接口簡單。本系統充分發揮各拓展模塊功能，對機器人、數控機床、水晶內雕機、伺服系統、變頻器等設備統籌控制，是機電相關專工業控制課程的良好實踐。

2.4.7? ? MES制造執行系統

MES制造執行系統作為智能制造實訓基地的管理系統，主要實現資源分配及狀態管理、工序詳細調度、過程管理三大功能。在硬件方面，本實訓基地建設項目選用了最新型的MES接口模塊，該模塊可以在無需通信網關的情況下實現PLC的軟元件數據與MES系統數據庫的連接，簡化了數據采集設備與MES系統的傳輸通道，極大地提高了數據傳輸效率，大幅度減少了MES系統開發人員的工作量。

2.4.8? ? 工業網絡通信技術

本系統主要采用CC-Link與工業以太網綜合運用的工業網絡通信技術。CC-Link作為一種開放式現場總線，本建設項目CC-Link整個網絡可由一個主站和多個從站組成。網絡中的主站由PLC擔當，從站為遠程I/O模塊、特殊功能模塊、工業機器人、人機界面、傳送帶伺服驅動器等現場儀表設備。機器人與視覺識別設備、堆垛機控制系統則選用工業以太網組建網絡，一方面是設備自身屬性的要求，另一方面是出于教學內容的差異化選擇。本實訓基地建設項目在工業網絡通信技術上的研發應用是對該門課程最好的實踐和補充。

3 結語

智能制造實訓基地是我院與三菱電機（中國）自動化有限公司共同制定的建設方案，教師和企業共同參與研發和建設，融合了智能控制技術、工業機器人、物流等專業知識，有效提升了專業建設的內涵，提高了專業教師的教科研水平。通過整個生產線的運行，可實現機械加工、流水線、機器人裝配、智能分揀、智能物流以及MES系統和ERP系統的使用、維護和基本調試等教學內容，有效提升了教學質量。我院憑借該實訓基地建設項目，獲得了2018年國際CLPA協會優秀案例一等獎，該獎項的獲得標志著我院向國際工業領域邁出了重要的一步，對學院擴大對外交流、加快國際化進程有著重要意義。

收稿日期：2019-11-25

作者簡介：張鳳杰（1978—），女，遼寧鐵嶺人，講師，研究方向：機電一體化技術。