“立足民生，個性織造”
——紡織智能制造科普宣傳活動策劃

劉 健，賈文軍，徐國偉，王浩程，趙 地，張江亭

(天津工業大學 天津300387)

1 活動目的意義和必要性

隨著美國“工業互聯網”[1]、德國“工業 4.0”[2]戰略規劃的相繼提出并實施，全球掀起了新工業革命的浪潮，其主要特征是多種技術的融合，在工業生產中綜合了人工智能、大數據、物聯網、云計算等新技術，實現人、物、服務的互聯[3]。我國當前也正在實施“中國制造 2025”“互聯網+”等重大戰略，力求在未來全球創新生態系統中占據戰略制高點[4]。

《中國制造 2025》明確要加快發展智能裝備和產品，推動制造過程智能化，重點建設數字化工廠，深化互聯網在制造業的應用，提供個性化產品[5]。目前，智能制造已成為全球制造業發展的主要趨勢，是新一輪工業革命的核心，同時也是“中國制造 2025”的制高點、突破口和主攻方向[6]。就智能制造的定義方面，工信部組織專家給出了一個比較全面的描述：智能制造是基于新一代信息技術，貫穿設計、生產、管理、服務等制造活動各個環節，具有信息深度自感知、智慧優化自決策、精準控制自執行等功能的先進制造過程、系統與模式的總稱[7]。具有以智能工廠為載體，以關鍵制造環節智能化為核心，以端到端數據流為基礎、以網絡互聯為支撐等特征，可有效縮短產品研制周期、降低運營成本、提高生產效率、提升產品質量、降低資源能源消耗[8]。這實際上指出了智能制造的核心技術、管理要求、主要功能和經濟目標，體現了智能制造對于我國工業轉型升級和國民經濟持續發展的重要作用。然而，目前智能制造在我國尚處于起步階段，企業在智能制造實施和升級改造過程中往往茫然不知從何做起。因此，面向企業、大眾，特別是社會主義事業的建設者和接班人，開展關于“智能制造”的科普活動是非常必要的。

另一方面，習近平總書記在十九大報告中指出，我國社會主要矛盾已轉化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾，保障和改善民生要抓住人民最關心最直接最現實的利益問題。紡織行業作為重要的民生產業，正處于轉型升級的關鍵時期，借力“中國制造 2025”和“互聯網+”加快新一代信息技術與紡織業融合的創新發展成為大勢所趨；結合持續的科技創新，推動紡織行業向綠色低碳、數字化、智能化和柔性化等方向發展，是實現紡織產業轉型升級的必由之路[9]。同時，紡織學科是天津工業大學的“一流學科”，在這樣的大背景下，天津工業大學工程教學實習訓練中心作為工程訓練國家級實驗教學示范中心，緊密結合天津工業大學建設高水平大學的辦學定位，以國家級實驗教學示范中心建設為依托，以一流紡織學科為特色，以培養新工科背景下的綜合工程人才為目標，在學校的大力支持下，建成了紡織智能制造實訓創新中心。

本文以“立足民生，個性織造”為主題策劃紡織智能制造專題科普宣傳活動。

2 活動目標

通過智能制造專題科普宣傳活動，讓廣大科技工作者、學校師生、青少年了解“中國制造 2025”，提升對先進制造、人工智能、智能制造科技創新成果及發展的認知度，普及智能制造相關科學知識，深化對“智能制造”的理解，對于企業未來的發展，教師教學科研的拓展，學生的專業理解和職業規劃起到促進作用。另外，將思政教育寓于科普活動中，引導青少年關心人類社會、科學技術的進步，培養家國情懷，并通過宣傳、體驗、實驗、觀摩等環節拓寬視野，提高文化自信，同時激發對科學技術的興趣，樹立科學態度，培養科學精神和科學行為習慣，提高科學素質。具體目標包括：

①企業，將紡織智能制造應用成功的技術、經驗，推廣到還處在工業 2.0和 3.0階段的企業，使相關企業加速邁進工業4.0。

②科研人員，為科研人員提供實驗場所、實驗設備、加工技術等。

③學生，培養滿足“新工科”需求的具有綜合工程能力的高素質人才，同時寓思政教育于科普活動中，引導青少年樹立社會責任感，提高文化自信。

3 活動內容

根據智能制造的描述性定義，在智能工廠中通過生產管理系統、計算機輔助工具和智能裝備的集成與互操作來實現智能化、網絡化分布式管理，進而實現企業業務流程、工藝流程及資金流程的協同，以及生產資源(材料、能源等)在企業內部及企業之間的動態配置。本次科普活動即向大眾(特別是青少年)重點展示與智能裝備互聯互通的計算機輔助工具及生產管理系統，其中，作為智能制造核心的智能裝備，包含先進數控機床與機器人、增材制造裝備(3D打印機)、智能傳感與控制裝備、智能檢測與裝配裝備、智能物流與倉儲裝備等。

紡織智能制造專題科普宣傳活動以“立足民生，個性織造”為主題，分為虛實結合先進制造實驗室、機器人創新實驗室、紡織智能制造實訓創新中心三大部分，圍繞制造、創新、智能等與百姓生活息息相關的問題，以科技展覽展示、互動體驗、科學實驗、咨詢服務、科技講座、科普設施開放為主要形式，以趣味機器人、工業機器人、3D 打印、先進制造、自動化生產線、智能工廠等為主要內容，通過線上線下相結合的形式展現科技創新成果，凸顯新時代高科技給生活帶來的便利與快捷，突出公眾的參與性、互動性和體驗性。

3.1 先進制造實驗及咨詢服務

在虛實結合先進制造實驗室展示虛擬加工仿真、數控加工技術及8套機電一體化實踐平臺(材料分揀實訓裝置、典型機電設備安裝與控制實訓裝置、自動生產線拆裝與調試實訓臺、現代物流倉儲自動化實驗系統、機電一體化拆裝實訓裝置、光機電一體化實訓考核裝置、伺服步進運動位控裝置、二維裝盤實驗裝置)，體驗數控雕刻加工、3D 打印增材制造，并對相關技術問題提供咨詢服務。

3.2 智能科技展示及互動體驗

在機器人創新實驗室展播時下熱門的“人工智能”科普資訊，展示人形機器人、六足機器人、游歷機器人、輪式機器人、無人機等“人工智能”高新技術展品，讓大眾通過與科技展品的互動體驗，深刻體會科技奧妙，感受科技創新對生活帶來的便利和影響。

3.3 智能制造講座及設施開放

“立足民生，個性織造”紡織智能制造專題科普宣傳活動依托天津工業大學紡織智能制造實訓創新中心，向大眾特別是青少年普及紡織民生產業在個性化設計、全成型織造、物料自動傳輸、智能管控等方面的高新技術及智能制造發展，體驗三維人體掃描、3D選款、工業機器人控制等先進技術。

4 活動創新點

4.1 緊跟時代要求，主題特色鮮明

為深入貫徹習近平新時代中國特色社會主義思想和黨的十九大精神，推動新時代“創新、協調、綠色、開放、共享”的發展理念深入人心，本科普宣傳活動以“中國制造 2025”為指導，以紡織民生產業為出發點，以繼承與創新、交叉與融合、協同與共享為主要途徑，基于產業和技術的最新發展開展科普宣傳。

現場采用挖掘機與裝載機清理浮土，產生的棄土運輸到指定位置，不得在現場大量堆放，以免影響正常的注漿施工。

4.2 科普內容豐富，注重實踐體驗

此次科普宣傳活動包含虛實結合先進制造、機器人創新技術、紡織智能制造 3大部分，圍繞制造、創新、智能等與百姓生活息息相關的問題開展科普宣傳，內容豐富。此次活動以科技展覽展示、互動體驗、科學實驗、咨詢服務、科技講座、科普設施開放為主要形式，突出公眾的參與性、互動性和體驗性。

4.3 學科交叉融合，突出產學研合作

此次科普宣傳活動的主要對象紡織智能工廠是當前紡織行業的發展方向，涉及機械制造、電氣控制、信息技術、計算機等多學科，其中的織物個性化設計、全成型織造、物料自動傳輸、自動熨燙、智能管控等功能裝備協調統一，彰顯產學研合作成效。

5 實施單位基礎條件

此次活動實施單位天津工業大學工程教學實習訓練中心是工程訓練國家級實驗教學示范中心，2018年被評為天津市外國留學生實習實踐基地。中心整合了學校機、電、信息技術實驗實踐及專業實踐教學資源，建立了以機械制造、電工電子、信息技術為基礎實訓平臺，以工程認知、制造裝備、生產工藝實訓為專業實訓平臺，以創新理論、創新實踐為創新教育平臺的三大實訓平臺，實現了學校設備及資源的共享。同時緊密依托本校學科特色，結合本校“雙一流”建設和產學研技術優勢，融入社會化實際生產的大工程要素，建成紡織智能工廠，進一步強化大工程意識、培養工程綜合實踐能力。

5.1 實施單位工作基礎

天津工業大學工程教學實習訓練中心是校級課外實踐創新基地，2015年以來每年都會針對大一新生開展大學課外實踐創新科普活動(圖 1)，活動場所稱為“智慧教室”，展示近年來天津工業大學大學生學科競賽、創新性研究成果，包括學校 14個教學單位的學生創新作品、獲獎證書、獎杯、介紹展板等。為大一新生啟迪思維、開拓思路、激發靈感、獲得激勵，提高他們在大學四年參與創新實踐的熱情，明確專業學習方向，營造良好的創新氛圍。

圖1 大學課外實踐創新科普活動Fig.1 Science popularization activities of university extracurricular practice and innovation

5.2 實施單位條件

5.2.1 虛實結合先進制造實驗室

圖2所示的虛實結合先進制造仿真實驗室，包括16個數控仿真實訓平臺，集成Fanuc數控系統、西門子數控系統，數控面板，數據傳輸，相關模擬軟件及教師管理軟件等。其中，采用硬面板仿真模擬器操作虛擬機床仿真，硬面板模擬器硬件接有外掛式手輪，可模擬真實操作。在科普活動中，該實驗室承接先進制造虛擬加工仿真展示及體驗環節，展示智能制造中計算機輔助工具。

圖2 虛實結合先進制造仿真實驗室Fig.2 Advanced manufacturing simulation laboratory based on virtual and real equipments

圖3所示為虛實結合先進制造體驗實驗室，包括15臺套自制三軸數控雕銑機和8套機電一體化實踐平臺(材料分揀實訓裝置、典型機電設備安裝與控制實訓裝置、自動生產線拆裝與調試實訓臺、現代物流倉儲自動化實驗系統、機電一體化拆裝實訓裝置、光機電一體化實訓考核裝置、伺服步進運動位控裝置、二維裝盤實驗裝置)。在科普活動中，該實驗室承接先進制造體驗、實驗環節，展示智能制造生產線功能模塊。

圖3 虛實結合先進制造體驗實驗室Fig.3 Advanced manufacturing experience laboratory based on virtual and real equipments

圖4 虛實結合先進制造加工實驗室Fig.4 Advanced manufacturing and processing laboratory based on virtual and real equipments

5.2.2 機器人創新實驗室

圖 5所示為天津工業大學工程教學實習訓練中心機器人創新實驗室，擁有人形舞蹈機器人、游歷機器人、武術擂臺機器人、輪式機器人、空中機器人、FIRA足球機器人、水中機器人等50多臺套。學生依托機器人創新實驗室可參加各級各類學科創新競賽、課外科技活動，以及創新創業項目申請，提高學生的創新能力、實踐能力和團隊合作能力；指導老師通過機器人科技創新講座向同學介紹專業發展方面的最新科技動態，為學生答疑解惑。在科普活動中，該實驗室承接智能科技展示及互動體驗環節，展示智能工廠的人工智能裝備及控制方式。

圖5 機器人創新實驗室Fig.5 Robot innovation laboratory

5.2.3 紡織智能制造實訓創新中心

紡織智能制造實訓創新中心的核心是紡織特色智能制造綜合實訓平臺，集成了人體三維掃描、AGV系統、工業機器人、電腦橫機織造、自動熨燙、成品輸送及碼垛等功能的智能制造生產線，并融入RFID設備管理與綜合應用系統、視頻監控系統、智能管控等管理系統，如圖6所示。

圖6 紡織智能制造實訓創新中心實踐平臺布置圖及現場圖Fig.6 Layout and scene drawings of practice platform in textile intelligent manufacturing training innovation center

該實訓平臺充分采用工業現場總線、有線及無線近場通訊等多種網絡通信與接入技術，將現場層設備及系統網絡互聯，實現制造環境內的一體化網絡環境。平臺采用分布式計算與基于服務的軟件架構來構建制造空間信息服務系統，在此基礎上搭建面向生產綜合管控的信息系統，對整個制造空間內的資源和業務過程進行全景、全信息綜合展示。在科普活動中，紡織智能制造創新中心承接智能制造講座及設施開放環節，展示紡織智能工廠，包括紡織智能裝備、生產管理系統等。