《智能制造实训》课件1-智能制造系统实训概述

智能制造系统实训概述实训项目智能制造系统实训概述11.1智能制造系统实训背景1.1.1产教融合项目背景本书是四川省首批产教融合示范项目——“交大-九洲电子信息装备产教融合示范”实训教材，主要在产教融合背景下开展智能制造系统的实验实训，为国家培养高质量的智能制造方面的技术人才。传统教学存在如下几方面的显著问题：（1）传统教学存在以“教”为中心、学生被动和浅表学习、工程和科技创新能力不足、跨学科能力和综合素质有待提升的问题，主要体现在传统教学重在“灌输”知识，学生学习停留在“理解+记忆+遗忘”层面，主动学习不够，缺乏创新意识和探究学习的动力，解决真实场景复杂工程问题能力亟待加强。（2）传统教学存在科研对创新人才培养支撑不足、校企融合育人机制不全的问题，主要体现在科研成果融入教学的机制不完善，科研资源向学生开放有限，产教融合深度和广度不够，合作模式和保障机制有待健全。（3）传统课堂教学存在模式单一、资源不足，实践教学受场地、安全、投资等多重制约的问题，主要体现在传统课堂以线下教学为主，学生学习的主动性和灵活性不够，同时大型、高危、复杂专业实验受时间、成本、设备数量等影响，实验人数及次数受限，难以满足工程实践能力和创新能力培养的要求。依托四川省首批产教融合示范项目——“交大-九洲电子信息装备产教融合示范”，抓好实训基地和实训平台建设这一应用型人才培养的关键环节，意在把产业与教学密切结合，相互支持，相互促进，把学校办成集人才培养、科学研究、科技服务为一体的产业性经营实体，形成学校与企业浑然一体的办学模式。在项目执行期间，根据多层次人才培养特点及毕业要求，基于交大-九洲产教融合的前期基础，项目团队进一步放宽思路，引入中德产教融合的成功理念，以九洲集团的电子信息装备制造产业和西南交通大学智能制造成果转化等为载体，开展了深度的产教融合研究，建成一系列人才培养体系、实践平台、众创中心、产业研究院和3个人才特区（技能型、技术型、研究型），实现教育链、人才链、创新链、产业链的多链条协调发展。最终，形成了新工科背景下面向未来的可操作、可复制、可推广的工程教育新范式，切实提高了电子信息装备制造技能型、技术型、研究型专业人才的培养质量。智能制造系统实训概述11.1智能制造系统实训背景1.1.2智能制造系统实训目标随着《中国制造

2025》的提出和大力推进，国家制造业发展急需培养适应“工业4.0”下的高水平制造工程技术人员。智能制造实训平台是产教融合示范项目中，根据多层次人才培养特点及需求，重点建设的实训实践平台之一，主要面向智能制造、机械设计制造及其自动化、工业工程等专业进行实验、实训与实践。实训实践平台是对教育链的重要支撑，是对技能人才、本科人才、研究生人才进行实训的最重要场地。智能制造实训室基于新一代信息技术和先进制造技术，以加工系统、生产装配系统、物流系统为实施载体，以数字化贯通全制造过程，以关键制造环节智能化为核心，以网络互联为支撑，建设具有智能装备、智能物流、智能管控、智能建模、智能决策等集成应用实训体系，并采用模块化的方式，搭建车间底层智能制造系统/单元/模块，利用所研发的数字孪生仿真系统、MES系统、SCADA系统、智能管控系统，进行完整的数字化车间智能制造实训体系建设，开展车间数字化建模与生产仿真实训、智能制造执行实训、数据采集与产线控制实训、智能管控实训，培养出适应新形势下的高水平多层次的智能制造类学生和企业人员，从而满足企业和社会对智能制造人才的需要。智能制造示范线—建设理念采用模块化的方式，组成各种生产单元，选择可配置的工业软件如MES、仿真、管控等形成可控制、可优化、可展示的智能制造系统，并开展智能制造系列实验实训项目。学生可根据实际设计需求，自由搭建生产自动化工序，通过AGV及机器人的协作联通，形成一套完整的柔性自动化加工线。智能制造系统实训概述11.2智能制造系统实训平台1.2.1实训平台的体系架构智能制造示范线--分层体系智能制造系统实训室由各类软硬件资源和实训项目组成，分层次构建，体系层次包括由生产设备层，数据采集与控制层，工业软件层和实训应用层，逐层构建智能制造系统;基于上述软硬件资源和工位，分层次构建智能制造系统实训体系，由生产设备层

数据采集与控制层

工业软件层

实训应用层逐层构建，开发了若干实训项目，涵盖车间数字化建模与仿真、生产制造执行、数据采集与控制、智能管控等方面，形成了智能制造系统实训体系。智能制造系统实训概述11.2智能制造系统实训平台1.2.1实训平台的体系架构智能制造示范线-运行功能1.基于模块化思想灵活柔性个性定制，动态重组2.数字化贯通全制造过程，网络互联，智能化3.生产基本数据管理，生产计划与准备，生产执行过程管控，产线设备的数据采集与控制4.利用大数据，数字孪生仿真等技术实现对生产的仿真优化与智能管控5.智能物流、智能管控、智能建模、智能决策等集成智能应用特征智能制造系统实训概述11.2智能制造系统实训平台1.2.2实训平台的运行功能智能制造系统实训概述11.3智能制造系统实训体系1.3.1多层次实训理念图1-3智能制造系统多层次人才培养体系智能制造系统实训可以覆盖多层次人才培养，涵盖学历教育（研究生、本科生、专科生）和非学历教育（社会服务人才、技能人才、科技人才、创新创业人才等）。为了实现以上人才培养，需要按照三类层次进行人才培养，支撑多层次产教融合人才培养体系，即基础技能型人才培养、专业技术型人才培养、创新研究型人才培养，如图1-3所示。针对不同类型人才的知识结构特点和需求，设计不同层次特征的实训项目和案例，然后根据项目整体设计，按照不同的培养方针进行，以达到预期的人才培养质量目标。智能制造系统实训概述11.3智能制造系统实训体系1.3.2实训项目的规划设计（一）实训项目的设计与规范实训的组织过程以完成发布任务为主线，按需选择与组合实训模块，分组分角色配合完成实训过程。实训具体执行过程如下：（1）实训开始，前置条件设置：包括人数角色定义、实训的能力知识点、选择组合实训的模块。（2）生产任务发布：发布若干产品和加工数量，各自具有不同的工艺，需要提前设计与验证产品的工艺性。（3）生产任务/生产订单计划与排程：根据生产任务进行订单计划的输入与制作，对生产任务进行排程与验证。此处包含生产计划与排程实训模块。（4）生产过程仿真验证：对排程的结果进行生产过程仿真、预测与验证。此处包含产线布局与建模实训模块、生产过程仿真实训模块。（5）生产过程执行：实际生产线的执行过程控制与管理，包括出入库、上下料、AGV转运、机床加工、检测打标等。此处包含MES生产执行实训模块、车间数据采集实训模块、车间可视化管控模块、动态事件调度实训模块等。（6）实训完成，数据分析与处理，实训报告撰写。（7）实训能力获得的评估与评价。每个实训项目均按照如下规范设计：包括实训项目模块名称、实训模块案例描述、实训模块设备与工具、实训模块实训过程与方法、实训过程记录与数据管理、实训总结与报告、实训能力评估报告。图1-4智能制造系统运行过程与项目对应关系图1-5实训项目规范智能制造系统实训概述11.3智能制造系统实训体系1.3.2实训项目的规划设计（二）实训项目对应能力知识点智能制造系统的系列实训项目对培养学生的能力能起到支撑作用，支撑的课程有：制造系统及自动化、自动化制造系统、现代制造系统、智能制造导论、机床数控及加工技术、系统建模与仿真、工业总线与物联网、生产计划与控制等；同时，也可以支持与机械制造、智能制造、工业工程相关的科创实践活动，如SRTP（大学生科研训练计划）项目、个性化实验、大学生科创实践、实验竞赛等。每个项目对应培养学生的能力和知识点如图1-6所示。图1-6实训项目支撑的知识点与课程智能制造系统实训概述11.3智能制造系统实训体系1.3.2实训项目的规划设计编号实验实训项目名称实训设备ZNZZ01智能制造系统认知实训小型三轴数控机床、小型五轴数控机床、毛坯立体库、成品立体库、出入库堆垛机、AGV小车、AGV协作机器人、上下料工业机器人、激光打标机、视觉检测台，车间工业软件（MES生产执行软件、SCADA软件、车间建模仿真软件、车间数字孪生管控软件、仓储管理与控制软件、AGV物流调度软件等）ZNZZ02产线布局与建模实训ZNZZ03生产过程仿真实训ZNZZ04生产计划与排程实训ZNZZ05MES生产执行系统实训ZNZZ06车间数据采集实训ZNZZ07车间可视化管控实训ZNZZ08车间动态事件调度实训（二）实训项目对应能力知识点1.智能制造系统认知实训对智能制造系统的结构、组成、功能、原理等基础知识进行认知，包括加工系统、AGV物流系统、立体仓储系统、机器人设备、检测打标设备、MES系统等。熟悉智能制造系统的运行过程，在生产任务驱动、工艺路线驱动下实现完整的制造过程，包括出入库、机器人上下料、AGV物流转运、数控加工、检测打标等过程。知识点包括：掌握智能制造系统的设备构成及其功能；掌握制造系统的单元组成及其功能；熟悉制造系统的层次与体系结构；掌握制造系统的运行原理与过程。2.产线布局与建模实训将车间各类设备进行模块化组态重构，对车间进行快速重组与布局，建立实验车间各类设备的3D模型和仿真模型，在生产任务驱动、工艺路线驱动下对虚拟设备进行车间快速重组与布局；培养学生进行制造系统快速设计与布局规划的能力。知识点包括：掌握制造系统布局的类型、原则、方法和特点；掌握生产任务驱动、工艺路线驱动的车间快速重组与布局方法；利用建模仿真软件进行模块化车间快速重组与布局验证；掌握模块化车间快速重组与布局的实物部署及实践验证。3.生产过程仿真实训通过生产物流仿真软件，创建制造系统的数字化模型，对生产过程及其物流过程进行仿真，并对多个生产方案比较，进行产能的评估与分析，检查和消除物流瓶颈，提高资源的利用率，进而优化生产线性能，在生产规划的早期阶段做出快速而可靠的决策，培养学生利用仿真手段进行制造系统生产优化的能力。知识点包括：掌握各类生产物流设备的特点、功能、组成和使用方法；掌握生产物流系统不同设备的建模与仿真方法；掌握智能制造系统的生产过程仿真原理与方法；利用生产物流仿真软件对制造系统进行设计、验证与优化。4.生产计划与排程实训利用车间智能排程软件对生产任务进行生产排程、排程优化等实训，在车间作业计划资源无限排程问题建模的基础上，将资源扩展为有限资源。分析资源柔性时作业调度的目标和约束条件，并对问题进行数学抽象与简化，建立柔性资源下作业计划排程问题数学模型，培养学生采用启发式方法或人工智能方法进行模型求解的实训。知识点包括：掌握制造系统生产作业排程的不同类型、特点和组织方法；掌握生产排程优化方法的类型、特点、原理和实施方法；掌握车间智能排程软件的使用方法；利用车间智能排程软件对生产任务进行生产排程、排程优化等实训。智能制造系统实训概述11.3智能制造系统实训体系1.3.2实训项目的规划设计编号实验实训项目名称实训设备ZNZZ01智能制造系统认知实训小型三轴数控机床、小型五轴数控机床、毛坯立体库、成品立体库、出入库堆垛机、AGV小车、AGV协作机器人、上下料工业机器人、激光打标机、视觉检测台，车间工业软件（MES生产执行软件、SCADA软件、车间建模仿真软件、车间数字孪生管控软件、仓储管理与控制软件、AGV物流调度软件等）ZNZZ02产线布局与建模实训ZNZZ03生产过程仿真实训ZNZZ04生产计划与排程实训ZNZZ05MES生产执行系统实训ZNZZ06车间数据采集实训ZNZZ07车间可视化管控实训ZNZZ08车间动态事件调度实训（二）实训项目对应能力知识点5.

MES生产执行实训能够利用MES生产执行系统对制造系统进行生产执行管理与调度安排，培养学生车间MES生产执行系统的使用能力。知识点包括：掌握车间MES生产执行系统的组成、特点、功能和原理；掌握基于服务单元的组态模块化MES生产执行系统的构建原理与方法；掌握车间MES生产执行系统的使用方法；能够利用MES生产执行系统对制造系统进行生产执行管理与调度安排。6.车间数据采集实训采用多种通信协议对智能车间设备数据进行采集，同时解析MES系统指令，生成底层执行指令，并驱动底层设备按照指令执行任务，培养学生车间物联网数据采集与控制的实验能力。知识点包括：掌握各类工业数据采集与控制设备的类型、特点、功能、组成、原理和使用方法；通信协议配置与开发；掌握各类工业通信协议的类型、特点、功能和原理；了解各类工业通信协议的编程、接口、集成、数据处理等使用方法；对各类加工、物流、仓储等设备进行数据采集，如机床运行状态、运行参数、AGV位置、速度、负载信息、立体仓储库各仓位物料信息、堆垛机状态信息等；对各类加工、物流、仓储等设备进行控制管理，能解析MES指令生成底层执行指令，驱动各类设备执行任务。7.车间可视化管控实训建设一套车间中央控制系统，终端界面能监控、显示整个实验车间的生产台位信息及物流系统信息，能实时显示智能制造系统的工作状态、生产计划及其完成情况，并能对车间信号报警及时处理，以培养学生车间生产可视化管控能力。知识点包括：掌握车间中央可视化管控系统的功能、特点、组成和系统构成；掌握车间中央可视化管控系统的使用方法，包括各个设备信息监控、生产物流监控、各类物料监控、生产计划可视化监控等；掌握各类车间异常信号、报警事件的追踪与故障排除方法；掌握车间中央可视化管控系统的配置与开发方法，包括各个功能模块的配置与开发方法。8.动态事件调度实训通过车间智能动态调度实训模块，培养学生对车间的急件插队、加工设备故障、加工质量问题、物料不足、人员变化、任务变化、批量变化等现场扰动因素时的实时动态调度分析，能够利用车间生产调度软件对各类动态事件进行合理调度与管控，以培养学生车间动态事件影响下的调度反应能力。知识点包括：掌握车间生产调度方法的基本类型、特点和原理；掌握车间生产调度软件模块的使用方法；能够利用车间生产调度软件对各类动态事件进行合理调度与管控；掌握车间急件插队、加工设备故障、加工质量问题、物料不足、人员变化、任务变化、批量变化等现场扰动时的实时动态调度与管控。智能制造系统实训概述11.3智能制造系统实训体系1.3.2实训项目的规划设计（三）实训项目开展方式在人才培养方面，智能制造系统实训室围绕本科实践实训的教学体系要求，建立了实训项目清单，设计了相关实训项目，形成了完整的实训知识体系，既服务于传统理论课的实践教学，又能以独立的实训体系，对校内全面开放，对校外企业提供服务。通过项目制的实训方式，满足学生SRTP科研创新训练、个性化实验项目、实验实训竞赛、毕业设计、课程实践等多方面的实验教学与创新实践需求。并且，实训室可以不断开发和丰富各类实训项目，实训方式分为现场实训和云端远程实训，目前云端远程实训尚在建设中。（1）支撑传统理论课的实验教学：能够支撑传统理论课的实验教学需求，理论课老师点选清单，学生按照老师清单要求完成实验课。（2）形成独立的实训体系：设置独立的实验课程并设立学分，开展智能制造系统化实训，让学生全面系统地深入学习，掌握智能制造系统的专业知识。（3）支持SRTP、个性化实验、重点实验室实验、大学生竞赛、课外科创、众创创客等学生科研实践。（4）对校外企业、职校等提供职业技能提升实训，充分利用好云端远程实训。（5）支撑智能制造相关的科研项目，服务教师的科研工作。智能制造系统实训概述11.3智能制造系统实训体系1.3.3智能制造系统实训平台特色本实训室基于新一代信息技术和先进制造技术，以加工系统、仓储系统、物流系统为实施载体，进行完整的数字化车间智能制造实训体系建设；除了具备一般职校和高校智能制造系统实训的功能外，还具有区别于一般职校和高校实训平台的显著特点，体现在：（1）智能制造实训体系的全环节要素全面覆盖，体系完整，技术领先。由于智能制造系统涉及要素环节多且投资昂贵，一般职校和高校很难利用先进技术建立十分完整的智能制造系统实训平台。本实训室以数字化贯通全制造过程，以关键制造环节智能化为核心，以网络互联为支撑，建设具有智能装备、智能物流、智能管控、智能建模、智能决策等集成应用实训体系，建立的智能制造系统对生产环节要素全面覆盖，包含了加工服务单元、物流服务单元、仓储服务单元、