公共实训基地智能化实训中心项目方案书.docx

公共实训基地智能化实训中心项目方案书.docx

《公共实训基地智能化实训中心项目方案书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《公共实训基地智能化实训中心项目方案书.docx（38页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

公共实训基地智能化实训中心项目方案书

公共实训基地

智能化实训中心建设方案书

一、项目建设背景

1.1项目建设价值及意义

在中国，已经出台的“智能制造科技发展‘十二五’专项规划”中，明确表示要大力发展智能制造，在信息化和自动化的基础上，将专家的知识不断融入制造过程以实现设计过程智能化、制造过程智能化和制造装备智能化，实现拟人化制造，目的是使制造过程具有更完善的判断与适应能力，提高产品质量、生产效率，并将显著减少制造过程物耗、能耗和排放。

回顾前三次工业革命，实际上是应用机械、电气和信息技术等越来越先进的工具逐步将人力从生产中解放，从而提高生产效率、降低生产成本的过程。

而对于即将到来的工业革命4.0，互联网将深度参与到生产过程中去，从而将制造业对劳动力的依赖和生产成本的优化带到一个全新的高度。

1）工业革命1.0：

18世纪末期始于英国的第一次工业革命，19世纪中叶结束。

这次工业革命的结果是机械生产代替了手工劳动，经济社会从以农业、手工业为基础转型到了以工业以及机械制造带动经济发展的模式。

2）工业革命2.0：

第二次工业领域大变革发生在20世纪初期，形成生产线生产的阶段。

通过零部件生产与产品装配的成功分离，开创了产品批量生产的新模式。

3）工业革命3.0：

20世纪70年代以后，随着电子工程和信息技术充实到工业过程之中，实现了生产的优化和自动化。

自此，机械能够逐步替代人类作业。

4）工业革命4.0：

核心特征是”智能工厂”和”智能生产”，实质是实现信息化与自动化技术的高度集成，在现代智能机器人、传感器、数据存储和计算能力实现突破的条件下，通过工业互联网将供应链、生产过程和仓储物流智能连接，从而实现智能生产的“四化”：

供应和仓储成本较小化，生产过程全自动化，需求相应速度较大化和产品个性化。

工业4.0的终极目的是使制造业脱离劳动力禀赋的桎梏，将全流程成本降到较低，从而实现制造业竞争力的较大化。

在4.0时代，不仅制造环节的人工将得到节省（机器人为主体的自动化生产连线），前端供应链管理、生产计划（互联网接入，实施管理订单）、后端仓储物流管理（WMS+自动化立体仓库）都将实现实现无人化，以及较低的渠道库存和物流成本。

在传统的制造执行系统中，任务单、岗位指导书都是通过人工下达的，机械装备由人工操作，生产情况统计也要人工输入汇总。

不但需要的工人多，而且生产效率不高，容易出现错误。

未来，传统的制造企业都将向“智能工厂”转型，用自动化和机械设备代替人工，加工制造过程完全靠设备完成，这些设备还可以互联，人员、材料、设备、成品半成品实现管控一体化。

大数据、云计算以及物联网这些技术都会用到第四次工业革命当中，它们协同作战将全面颠覆传统的制造业的思维方式。

未来十年我国将进入智能制造时代，这也是我国制造业发展的大势。

企业为实现产业升级和创新能力的提升，在企业运营、产品设计及制造模式也发生着变化：

1、产品与装备中融入信息技术

产品和装备实现数字化，是向国民经济各部门提供智能化工具，从而提高我国社会生产力水平、提高我国装备制造业国际竞争力。

2、设计、制造过程实现数字化、网络化

提升产品研发、创新能力，加快新产品开发、提高成功率，更好、更快、更省、更可靠地制造出创新产品。

3、转变生产模式、制造模式

从全能企业向核心技术+外包（分布式网络化制造）转变；

从规模生产向大规模定制转变。

4、从生产型制造向服务型制造转变

不仅仅向客户提供产品，还包括从产品安装应用到维修、回收等全过程（PLM）的服务、整体解决方案、金融服务等。

企业的生产制造模式的变化引出了人才需求的变化。

从对专业分工较强的单一技能型人才需求向复合型人才需求提升。

然而目前各类工科院校的教学工作与学生就业需求普遍存在结构性矛盾。

一方面，学生的专业技能训练与企业就业需求技能不匹配，学生毕业后不能快速适应企业实际工作的要求。

另一方面，传统教育的内容与先进的现代化设计制造模式脱节，学校缺乏符合现代先进制造业需求的信息化教学和实训环境。

因此培养企业所急需的人才已成了当前中国教育的重要责任。

智能化实训工厂为公共实训中心提供了一个现代化、规范化、智能化化的实训教学环境，为学生提供一个很好的学习平台。

通过引入企业设计、生产流程，让学生完成机电产品的设计、工艺和生产制造过程的学习，而且学习生产管理技术；通过对行业前沿技术、设备、材料和工艺的研究，提升培养高技能人才的解决复杂问题和进行技术革新、技术改造的能力。

在体验中心学习模式下，通过信息化手段将设计、生产训练流程固化下来，以便更多的学生能够参与并不断改进，也需要通过信息化的手段将这种模式展示出来；同时也需要建立起先进的设计生产模式，并在实际生产过程中应用，引领企业的发展。

智能化实训工厂整体框架图:

1.2学校背景

唐山劳动高级技工学校（劳动技师学院）是经唐山市人民政府批准并投资建设的一所以培养中、高级技工、预备技师等技能型人才为主的全日制国家级示范型高级技工院校，隶属于唐山市人力资源和社会保障局，是市政府“十一五”规划投资职业教育的重点工程和河北省重点建设项目，是国家级高级技校、国家中等职业教育改革发展示范学校，全国高技能人才培养示范基地，全国职业技能示范鉴定所，全国职工教育培训示范点。

学院常设机械设备维修、机床加工、电气维修、数控技术、焊接技术、化工工艺、化工分析与检验、商品营销、餐饮服务等31个专业。

其中机械设备维修、机械加工技术、数控应用技术、焊接技术应用、化学工艺为国家中等职业教育重点专业。

培养规格涵盖中级、高级和预备技师三个层次。

建有数控技术、机床加工、机械设备维修、焊接技术、电气维修、化工医药、烹饪等七个实训中心，实训教学设备总计12258台套，设备总价值4703.6万元，实训实验总面积4万余平方米。

学院以“已知就业”为杠杆撬动着学生的求学愿望，以“量身定作”为特色鼓励企业委托培养。

毕业生就业率达98%以上。

2008至2013年连续六年招生总数在全省同类院校中名列前茅。

在校生规模一直保持在7000人以上。

学院先后与唐山三友集团、冀东发展集团、开元企业集团、首钢京唐钢铁有限公司、唐山百货大楼集团等30余家企业建立了校企合作关系，为企业培养了大批技能型人才。

其中开元企业集团在学院设立了开元学生奖学金，用以奖励品学兼优的学生。

二、建设目标

近年来，大量制造业的产业和技术不断向中国转移，中国的制造业得到了快速的发展，中国已成为世界制造业大国。

“中国制造”已经在全球制造业中扮演重要角色，但一直以来，却不能摆脱“低端”的标签。

随着劳动力、原材料、能源成本飞涨，以及招工难等现实问题的凸显，“中国制造”开始面临巨大挑战。

随着制造业的快速发展及信息技术的发展，传统的制造企业都将向“智慧工厂”转型，用自动化和机械设备代替人工，加工制造过程完全靠设备完成，这些设备还可以互联，人员、材料、设备、成品半成品实现管控一体化。

利用自动化和信息化手段改进制造过程、促进企业转型和产业升级，社会急需大量熟悉和掌握现代数字化设计制造工程技术的专业人才。

然而目前各类工科院校的教学工作与学生就业需求普遍存在结构性矛盾。

一方面，学生的专业技能训练与企业就业需求技能不匹配，学生毕业后不能快速适应企业实际工作的要求。

另一方面，传统教育的内容与先进的现代化设计制造模式脱节，学校缺乏符合现代先进制造业需求的数字化教学和实训环境。

因此培养企业所急需的人才已成了当前中国教育的重要责任。

总体目标：

把现代化的智能化的企业生产模式引入学校，真实模拟现代企业的生产经营场景，成为培养工科制造类学生职业能力的理想实践场所。

运用物联网和服务互联网技术帮助学校建立起数字化设计制造平台、实训过程管理平台，构建智能化车间，从而实现教学、实训的智能化。

为职教“双师型”师资培养培训及交流创造良好的平台。

基于智能化实训工厂拟开展以下五个方面的应用：

2.1、搭建实训教学管理平台，改革教学模式

2.1.1建设企业PLM互动教学体验中心,再现企业生产流程。

在实训车间建设一套企业PLM体验中心，在企业PLM体验中心里面，通过建立的创新设计平台、数字化工艺平台和先进网络化生产管理平台，生产过程管理平台，实现一个产品的整个生命周期的管理：

实现从报价到获得产品订单的流程。

从订单开始，启动报价流程，实现销售与设计人员的协同。

实现产品设计流程。

通过设计主管、项目经理、设计人员的角色分工以及设计、校对、审核、批准直至归档的流程管理，体现出产品从概念设计、三维产品设计、二维工程图出图、有限元分析等各个环节。

实现产品的工艺设计流程。

从定义工艺模板开始，完成机加工、数控加工等工艺的编制与工艺流程的管理，以及生产过程需要的派工单、检验卡的定义与使用。

实现生产项目管理。

新建项目管理计划，对生产的产品数据进行统一管理和浏览。

可以统计各种相关报表，帮助安排生产任务及监控任务流程进展。

对生产绩效指标如材料消耗、工时统计等进行汇总与管理。

教学目标：

1）、理论与实际相结合。

即紧密结合当前现代制造类企业的实际行业流程进行教学，师生可以就企业运行情况进行互动讨论，学生也可以就流程中的各个环节进行操作体验。

2）、传授知识与提高能力相结合。

在向学生传授知识的同时，要注意培养学生的分析和解决问题的能力，训练学生的实际操作能力，让学生在校期间能得到各种能力的训练、培养和提高。

3）、体验中心面向机电类专业与其他专业的学生都可以进行体验教学。

即软件提供一个通用版本可以面对机电学院专业进行教学，也可以根据个别专业由教师来自定义软件内容进行教学。

在这个PLM体验中心里，学生们可以对各个行业的概况、特性、发展状况和发展趋势进行一个认知，以及对典型企业、典型行业运作流程都有一个清晰的认知，从而可以了解到企业岗位的设置、各个岗位的职责、各个部门之间如何进行协同，以及企业信息化PLM的建设情况。

体验中心内部采用项目组式六边形工作台，每一个项目组6个成员，分别模拟企业不同部门的不同角色，完成典型零件从设计工艺到制造的全过程的数字化。

在实验室配置1组共6台计算机，分别用于：

用于订单管理和启动报价流程，1台

用于产品创新设计平台的搭建，2台（分别为设计主管、工程师）

用户数字化工艺设计平台的搭建，1台（工艺主管/工艺员/编程员）

用于先进网络制造平台的搭建，2台（分别为生产主管、计划/调度员）

配置1台电脑作为教师机，1台服务器作为体验中心数据服务器，以上计算机、服务器通过交换机与车间数控机床连接成一个局域网。

软件架构

1、界面一:

软件主界面

显示：

欢迎进入企业PLM体验中心教学系统

2、选择“行业认知”

跳出若干行业,例如：

“装备制造业”、“汽车及零部件行业”、“电子电气行业”、“军工行业”等等

3、企业PLM流程体验：

在认知完成之后，学生们便可以开展课程体验，针对不同的岗位，让学生来分别体验产品立项、产品设计、工艺设计、数控编程、零件加工、资料归档这六个工种，来模拟企业的工作场景，体验部门角色的互换，引入设计、工艺、编程、管理等角色，提高学生们的综合能力，使得学生们能在学校内便可以对自己的职业规划有一个清晰地认识，也能帮助学生们能更快的融入到企业环境中去。

4、引入“云课堂”，改善教学评价。

为激发学生的学习兴趣，广泛参与课堂互动，学生利用电脑参与抢答与讨论。

“云课堂”并不是简单地使用电脑学习，而是利用电脑的超容量建立一个庞大的学习资源库，里面有大量教案、习题、图片、音频、视频以及有趣的游戏型互动课程。

而每个学生都拥有一份电子学习档案，答题率、错题点、学习困惑等将及时反馈记录，自动形成日、周、月诊断单，方便教师进行分层教学和个性化指导。

基础平台包括备课系统、上课系统、评价反馈系统；备课系统包括在线备课、试题、试卷编辑、资料库、知识点、课件管理六大板块；上课系统在教师与学生之间实现数据的及时交互，教师端发送命令、学生端及时回应，学生端提交答案，教师端及时统计、分析并展示；上课系统让云学习平台更加开放和互动，让课堂学习立体化。

评价反馈系统基于大数据的理念，全方位对学生学习数据进行采集、统计、分析。

2.1.2建设一体化讨论区，实现一体化教学

建设目标：

使理论教学与实践教学交互进行，融为一体。

一方面，提高理论教师的实践能力，实训教师的理论水平，培养一支高素质的师资队伍。

另一方面，教师将理论知识融于实践教学中，让学生在学中干、干中学，在学练中理解理论知识、掌握技能，打破教师和学生的界限，教师就在学生中间，就在学生身边，这种方式可大大激发学生学习的热忱，增强学生的学习兴趣，学生边学边练边积极总结，能达到事半功倍的教学效果。

现状：

随着国家对职业教育投入的不断增加，学校购进大量先进的数控设备，但是在一个一堂课仅有一名指导教师的授课模式下，一位教师无法兼顾实训教学和操作演示。

教师在机床操作，学生“围观”的教学模式，既不能保证每个学生都能看的清楚，也不能保障实训安全，且对于学生提出的疑问也无法在现场一一解答，课堂教学和实践教学在一个教学环境内无法兼顾。

理论教学与实践教学脱离进行，学生因“看不清楚”及问题得不到解答而丧失兴趣。

改善点

Ø应用视频采集系统，将机床面板操作视频及内部加工视频采集到现代师生互动教学交流平台，解决学生“看不清”的问题，提升教学质量。

Ø杜绝围观，保障实训安全。

Ø既可进行实践教学也可进行理论教学，真正实现理实一体化。

Ø学生提出问题，老师可及时予以解答，实现实训现场互动式教学，提升教学效果。

Ø可实时调用教学资源库中丰富的课件资源进行现场教学。

Ø可调用机电综合实训室中项目式教学案例进行现场讲解、讨论，并可实现项目任务的分发及接收，使项目式教学形成完成的流转过程。

场地建设

Ø根据实训设备种类，拟在数控车区域建设2套、数控铣及加工中心和电加工教学区各建设一套共4套一体化讨论区。

Ø在一体化讨论区中设置12组三人连排椅，可供一个班教学用。

Ø配备电脑一台、讲桌一台，供教师现场授课用；

Ø配置交互式电子白板一台，教师可使用电脑连接网络进行教学；

Ø配置PAD学习终端六台，供学生查询教学资源及教学任务。

2.2教学监控系统，实现可视化教学：

运用互联网技术及视频无线技术，搭建师生自主学习、开放实习平台，并且学生学习、实训过程可以与老师互动。

2.1.1机床的视频采集与监控

为更好地提高实训效果和效率，拟对40台数控车、30台数控铣及加工中心、10台多轴加工中心及15台电加工设备进行机床内部及外部面板的视频采集与监控，老师可以通过大屏幕等终端设备对实训加工现场进行时时监控与问题解答。

2.2.2对3个车间场地的视频采集与监控

对实训中心1~3号车间进行监控布线，采用百万高清摄像机进行监控，安装中央监控电视墙，系统主要实现功能如下：

1）图像摄取功能

图象质量好、画面质量清晰逼真

对重要部位进行实时远程监控录像

可进行多画面分割和单画面显示。

可对整个场所进行全方位视频监控。

2）录像功能

单路和多路图像信号同步录入，本地能保持将近15天的录像时间。

录像方式有以下几种：

A、手动录像：

人工操作录像；

B、全天候录像：

一天24小时不间断的录像；

C、移动侦测录像：

当有移动物体时开始录像，移动物体离开时停止录像；

D、事件录像：

当发生某些事件时，系统自动开始录像。

录像的存储介质是硬盘，所有资料都存储在硬盘中，当硬盘存满时，系统会自动覆盖之前的录像，以最新的代替最老的，一天覆盖一天的覆盖过去。

3）显示功能

本地通过显示器,用于终端显像,每一个监视器可显示4/9/12/16分割画面。

监控中心可配备电视墙、视频矩阵和控制键盘，可以控制任意画面的任意切换，对监控范围内的所有摄像机进行切换监看。

4）图像检索功能

对录像能方便检索回放；可指定某个时间段任意回放。

录像存储在硬盘录像机的硬盘里，用户可以在任意时间调查录像，可以选择任意一个通道、任意一个时间段的录像，再进行回放查看，如果录像存在疑问，还可以通过USB设备将录像直接拷贝下来。

系统中所用的嵌入式硬盘录像机具有网络功能，将录像机接入到网络上，无论是局域网里的用户还是广域网的用户，都可以通过网络录像机，查看现场的情况。

5）远程传输功能

可将本地的硬盘录像主机的图像通过网络传输到有关部门进行远程监看。

系统中所用的嵌入式硬盘录像机具有网络功能，将录像机接入到网络上，无论是局域网里的用户还是广域网的用户，都可以通过网络录像机，查看现场的情况。

2.2.3在实训车间内部安装3套拼接屏，外墙安装一套室外LED显示屏，展示实训中心的信息化建设成果。

1、日常新闻、校园重要新闻通知、推荐图书

2、车间基本信息：

1）总体信息：

时间、日历、农历、天气；

2）环境信息：

温度、湿度、噪音等

3）实训信息：

实训班级、人数；带班老师人数

3、设备管理信息：

依托网络和设备管理系统紧密集成。

1）机床开机情况

2）机床使用情况

3）机床保养、卫生检查情况

4）当前实训班级：

班级信息，授课老师信息、机床使用信息

5）实训计划

2.3车间设备智能联网与管理系统

2.3.1、机床加工代码的传输。

对车间现有数控设备（一期月95台数控设备）进行数控机床联网，所有机床采用网络dnc系统和计算机相连，系统通过智能终端将机床的RS232口转换为以太网络的RJ45口与整个车间进行相连。

智能终端有线接入方式是给每台数控机床配备一台微缩型智能终端，智能终端具有独立的IP地址，这样相当于每台数控机床分配IP地址。

智能终端又具有RS232功能，能够按照一定的协议和数控机床及网络上的服务器计算机进行数据交换，这样既可以将RS232线路缩短到最短就转换成网线，增强了通信线路的稳定性和扩展性；另一方面，由于服务器不直接和数控机床的RS232接口通信，而是以10/100M的速度与多个终端微缩计算机进行网络通信，因此单台服务器可控制的机床数量将比单纯的多串口通信大的多。

1）机床代码传输：

数控机床联网可以实现

1、代码作业上传：

可以通过网络dnc把数控加工所需的加工代码和加工参数上传到数控加工设备，可以一对一的进行数据传输，也可以一台计算机同时控制多台数控设备的代码上传，也可以通过dnc系统进行作业发放。

2、代码作业回收：

可以把数控机床上现有的数控加工程序通过网络dnc系统上传到计算机的硬盘上保持起来。

也可以做为作业的一种收取方式。

数控机床设备联网管理即网络DNC系统，分有线网络DNC系统及无线网络DNC系统两种，为了减少明线造成的不美观，且无线网络DNC系统已经发展得很成熟了，建议采用无线网络DNC系统。

网络DNC与设计、工艺的网络连接如下图：

网络DNC系统支持对各种数控系统进行联机通讯，通信模块支持的机床控制系统包括：

FANUC系列

SIEMENS系列

HEIDENHAIN系列

FIDIA系列

FAGOR系列

OKUMA系列

NUM系列

MAZATROL系列

Mitsubishi系列

DECKEL系列

CINCINNANTI系列

MAHO系列

BOSH系列

沙迪克系列

华中数控系统

苏州三光系统

航天数控系统

广州数控系统

广泰数控系统

凯恩帝系统

通信模块基本功能

提供系统登录身份验证

提供增加、删除、修改机床的功能

提供系统密码功能（针对机床的增、删、修改需要输入密码）

提供标准的手工发送、接收功能

支持机床的在线加工功能（当机床端支持的前提下）

每台机床可设置不同的接收和发送通信参数

三种断点续传功能

三种直接使用机床网口传输方式

高级参数设置功能

每发送字符延时功能（支持老控制系统）

特殊换行符设置功能

单字符和特殊字符反馈功能，反馈字符超时次数设定

文件夹分隔字符设定功能

强行清除机床在系统协同管理中的占用信息

系统启动时自动检测机床开关机状态，检测次数设定

通信参数管理功能（存储、调用）

接收前发送字符串功能

发送前（尾）发送字符串功能

发送列表文件前（尾）发送功能（可在机床取列表时，加送列表文件名等）

智能回复功能

网络DNC系统，将所有的机床作为客户端处理。

当系统管理员设定了需要自动监测的机床后，网络DNC系统将自动监测每台机床发送来的各类请求文档，然后给予回应。

如：

某个机床操作人员，从机床上发送了一个“请求发送某个加工代码”的请求文档，网络DNC系统收到后，自动解读，然后从预设置的路径目录下，将文件代码找到，自动发送给机床，机床操作人员只需要接收即可。

根据操作人员发送的指令的不同，网络DNC服务器端会自动解读命令，并做出正确反应，做到真正的计算机端无人值守。

目前支持的指令包括了以下内容：

通过对各个代码事先约定好的含义，网络DNC服务器端会解读机床发送来的指令，并将正确的信息返回。

这些操作在服务器端自动完成，不需要人为干预，这就是服务器端“无人职守”的功能。

RS232通信协议

系统通过智能终端将机床的RS232口转换为以太网络的RJ45口，其RS232方面支持如下协议：

参数项

支持内容

波特率设定

75、110、134、150、300、600、1200、1800、2400、4800、7200、9600、14400、19200、38400、57600、115200、128000、230400、460800

通信协议设置

无、XON/XOFF、RTS/CTS、DSR/DTR、XON/XOFF&RTS/CTS、XON/XOFF&DSR/DTR、RTS/CTS&DSR/DTR、XON/XOFF&RTS/CTS&DSR/DTR

校验设定

无校验、奇校验、偶校验、空格校验、标记校验

数据位长设定

五位、六位、七位、八位

截止位设定

一位、两位

反馈字符设定

无、单字符反馈、特殊字符

结束代码设定

无结束代码、有结束代码（可手工填写）

换行符设定

无、LF、CR、LF+CR、CR+LF、字符

文件列表功能

操作者在机床端就可以查看服务器目录下的文件列表，也可以通过列表设置浏览传输报告，明确知道程序是否有效地传到数控设备中和服务器中。

断点续传功能

系统提供三种方式的断点续传：

✧手工断点续传

手工方式的断点续传是在机床一端已经做好接收准备的情况下，将某个文件从断点处由服务器端发送给机床。

这里要求用户已知断点处行号。

✧自动应答断点续传

机床操作人员在机床端按照约定输入指令代码，系统会自动解读并作出反应，将操作人员需要的代码从设置的断点处发送回机床端继续加工。

✧断电断点续传

在机床突然全部断电的情况下，系统会自动记录断电处断点信息，同样机床的操作人员可以通过约定发送指令，系统会将正确代码发回机床端继续加工。

利用断点续传功能记录断点代码可以解决大程序智能分段的问题。

系统并行通信功能

系统可选择同一代码向不同的机床同时发送，进行在线加工通信或非在线加工通信。

也允许分别选择不同的代码向不同的机床进行在线或非在线通信。

并行通信能力如下：

网卡机床通信：

对接入机床数量不限，理论上传输速度仅仅受计算机和网络速度限制。

这种接入方式的并行通信能力是很强。

智能终端方式的通信：

可以超过256台数控设备同时接入。

对在线加工机床数量不限，在线加工速度受机床串口影响。

文件智能比较

选择“比较文件”，系统弹出选择需要比较文件的路径，依次选择需要比较的文件名称，确定后，系统默认给出两个文件比较后的部分区别信息。

用不同颜色显示了两个文件的区别信息。

操作日志管理

机床传输各项操作日志文件保存的路径及保存时间间隔。

系统主界面下方是各个机床传输的记录信息，这部分信息以数据库文件的方式保存在用户指定的路径中