小代君說
制造業(yè)要從傳統(tǒng)的生產模式轉變?yōu)橹悄苤圃炷Ｊ?，除了技術上的革新，還需要大力培養(yǎng)適應智能制造的一線管理技術人才，職業(yè)技術院校任務艱巨。當前絕大部分高職院校都沒有智能制造實訓基地，缺乏智能制造實踐環(huán)節(jié)培養(yǎng)計劃，還無法滿足企業(yè)對工業(yè)4.0一線管理技術人才要求。目前我國高校在智能制造實驗室的規(guī)劃和建設還處于起步階段，且主要集中在東部沿海地區(qū)的本科院校，而在以一線管理和技術人才培養(yǎng)為目標的職業(yè)院校則還非常少見。目前已建成的該類校內基地絕大部分沒有進行實際的生產，且在服務教學中的工作模塊及站點劃分不夠清晰，不利于模塊化單元的教學。
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面對國內高校“實踐教學與社會需求人才脫節(jié)”、“傳統(tǒng)教學設施無法支撐現(xiàn)代版產學研平臺搭建”、“教師教學知識滯后于現(xiàn)代科學技術”等諸多痛點，四川城市職業(yè)學院探索并實踐，進行了智能制造實驗室的建設。文章以四川城市職業(yè)學院“工業(yè)4.0的智能制造實訓基地”(以下簡稱基地)的建設為起點和平臺而展開，旨在介紹智能制造實驗室建設思路和建設的過程。
1、基地建設總體思路
該基地在建設初期，就以服務智能制造類專業(yè)教學，助力智能制造人才培養(yǎng)，服務四川乃至國家的智能制造產業(yè)為目的，因此，在建設基地的過程中主要按照以下思路進行。
1.1 教學實踐基地建設與生產實際相結合
目前已有的校內智能制造基地缺少實際加工環(huán)節(jié)，不能真實的體現(xiàn)實際產品加工的環(huán)節(jié)，用這樣的產線進行教學，不利于真正與生產實際接軌，因此，我院要進行建設的智能制造實訓基地必須體現(xiàn)真實的加工環(huán)節(jié)，為學生提高實際應用能力提供真實的實踐平臺。
1.2 服務于地方經濟，能創(chuàng)造效益
在滿足相關專業(yè)日常教學和實習實訓需求外，閑置時間可作為智能工廠生產能力的補充，為區(qū)域經濟發(fā)展服務，同時創(chuàng)造效益。
1.3 體現(xiàn)對教學內容進行重構，實現(xiàn)模塊，支撐單元化、模塊化教學
基地建設要充分考慮對教學的支持，在教學中既可以針對某個具體的單元項目進行教學，又可以圍繞整個產線進行綜合系統(tǒng)實訓。
1.4 產線涉及知識能覆蓋多學科，能支撐智能制造領域復合型人才培養(yǎng)
該產線能涵蓋數(shù)控、機器人、電子、電氣、自動化、控制、計算機、軟件、信息系統(tǒng)、統(tǒng)計、生產管理等多學科領域，既可作為學校跨專業(yè)的綜合教學實訓平臺，也能支撐新一代復合型人才培養(yǎng)。
1.5 體現(xiàn)全生命周期和柔性制造
“柔性”是相對于“剛性”而言的，傳統(tǒng)的“剛性”自動化生產線主要實現(xiàn)單一品種的大批量生產。而柔性制造可滿足產品個性化定制的需求，考驗的是生產系統(tǒng)對產品變化時的反映能力。因此，基地建設的智能制造產線必須充分考慮柔性制造的要求。
2、基地建設步驟及規(guī)劃
圍繞基地建設總體目標，對基地的建設過程按以下步驟進行：
2.1 前期調研，進行基地功能的總體定位
智能制造實訓基地對于學校特色打造、學生的實踐教學、以及專業(yè)教師的科研具有非常重要的地位；從目前情況看，建設智能制造實訓基地的投入相當高?；诖?，首先要明確實訓基地的功能定位，確保方向的合理性。在建設的前期，需要通過文獻研究及對企業(yè)、學校的調研對工業(yè)4.0特征和職業(yè)教育需求進行充分分析，進行定位。確定滿足學生實訓(教學實訓區(qū))和實際產品智能制造(智能工廠)的需求。
2.2 典型待制造對象的確定
根據(jù)基地總體建設目標，該智能制造實驗室既能滿足教學實訓要求，又要能生產真實產品。為了讓產線不是擺設和出現(xiàn)產學研平臺“空殼子”現(xiàn)象，考慮到學校地處龍泉汽車城這一獨特地理優(yōu)勢，經過對區(qū)域主流制造產業(yè)的充分調研，選定典型的汽車尾氣渦輪增壓器為產線加工對象。一方面，加工的產品符合區(qū)域經濟里的主流產品需求，能創(chuàng)造經濟效益。另一方面，突破了目前已有的校內實踐基地的類似產線模擬生產的現(xiàn)狀，更有利于產教融合。
2.3 產線工作站功能單元劃分
智能工廠要實現(xiàn)實際產品的全過程智能制造功能，需要合理的生產流程支持，作為復合性智能制造人才的培養(yǎng)，也需要多個知識體系的支撐。為了充分的發(fā)揮該基地對智能制造人才培養(yǎng)的支撐作用，結合智能制造的全過程，在充分考慮對學校該類專業(yè)知識體系全覆蓋的前提下，將自動化系統(tǒng)輸送線、AGV小車單元、立庫單元、RFID模塊單元、六軸機械手上下料單元、柔性化機加工單元(數(shù)控車床、數(shù)控銑床)、三坐標檢測單元、CCD檢測識別單元、機械手自動組裝單元、激光鐳射單元、氣密性測試單元、鎖螺絲單元等整合。在實現(xiàn)功能全覆蓋的同時，也將關于智能制造領域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機器人、智能機床、3D打印、大數(shù)據(jù)、傳感器、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、智能材料等眾多先進技術進行了融合，有利于人才培養(yǎng)過程中對智能制造領域知識的理解與綜合應用。為了利于教學，按功能進行工作站的劃分。模塊化的工作站實現(xiàn)了知識單元的模塊化，有利于項目化教學任務的實施。如：產品生產前的數(shù)字化虛擬仿真調試工站就已經作為教學模塊進行應用。
3、基地建設方案
基地建設按照三個發(fā)展階段進行建設：一期整體功能架構搭設階段；二期深層次研發(fā)及對外經營階段；三期強化科研投入及推廣應用階段。一期可實現(xiàn)立庫毛坯/產品的智能存儲、樣品的全生命周期信息管理、虛擬仿真系統(tǒng)的試運行等功能；二期在產線一期既有功能及不足基礎之上，聯(lián)合相關企業(yè)共同深層次研發(fā)挖掘與標準工業(yè)4.0的技術差距，在此階段重點引入學生的實踐教學，以“師帶徒”的形式引領學生共同進行項目的開發(fā)，實現(xiàn)學生與智能制造技術“零接觸”；三期通過“企帶師”、“師帶生”的學習方式引進3D打印技術，與五軸加工中心形成并行制造，以此強化柔性制造功能。
3.1 基地智能制造產線硬件單元
本產線重點突出工業(yè)4.0智能制造過程中，產品研發(fā)環(huán)節(jié)中的中重要組成部分，本系統(tǒng)主要由以下十二個單元組成：自動化系統(tǒng)輸送線、AGV小車單元、立庫單元、RFID模塊單元、六軸機械手上下料單元、柔性化機加工單元(數(shù)控車床、數(shù)控銑床)、三坐標檢測單元CCD檢測識別單元、機械手自動組裝單元、激光鐳射單元、氣密性測試單元、鎖螺絲單元組成。
各單元組成了一套全面的滿足工業(yè)4.0標準的示范生產線，通過本系統(tǒng)的使用，采用學習與實踐相結合的方式，可以使學生全面的掌握智能制造的相關知識與技能。
3.2 產線工作流程
為了體現(xiàn)真實產品制造加工和裝配，檢測的全過程，在一期建設階段，主要選取了渦輪轉子套上隔熱罩作為制造產線要完成的加工裝配件。待加工裝配完成的產品分為渦輪轉子套上隔熱罩、中間體加背盤、葉輪、螺母4個部分，其中，葉輪葉片由產線上的五軸加工中心完成，葉輪的孔徑由車床進行加工，加工好的葉輪經過檢測合格后，到達裝配單元由機械手自動完成四個部分的組裝，激光打標，鎖螺絲之后由AGV小車運送至立體倉庫進行保存。整個產線工作的過程為：通過二種方式完成生產訂單下達(本地上位機下單，網(wǎng)絡直接下單)，計劃系統(tǒng)根據(jù)訂單信息，生成生產任務，依據(jù)下達的加工件的工藝規(guī)劃或加工要求自動選擇加工設備；每個待加工毛坯件均由操作者在入庫區(qū)將其放入相對應的庫位托盤內，通過傳感器確定毛坯件位置；系統(tǒng)收到出庫指令并確認加工個數(shù)后，由碼垛機進行托盤及毛坯件出庫。托盤在到達接駁平臺位置后，通過RFID讀取毛坯件信息；信息讀取后，1號六軸機器人將葉輪毛坯件抓取放置于上料輸送流線載盤內，載盤通過流線輸送系統(tǒng)輸送到加工段；料盤到達加工工站后，由2號六軸機器人進行葉輪毛坯件上料加工(車削中心、五軸加工中心、清洗)，加工完成后將工件放回托盤中，廢料自動排出，通過循環(huán)線體將加工完成后葉輪運送至檢測區(qū)域，并通過線體擋停機構進行擋停定位；視覺檢查葉輪由車床加工的孔的直徑尺寸，檢測完成后，托盤輸送至三坐標測量工位，由測量機器人開始對葉輪葉片部分檢測，將測量結果上傳至數(shù)據(jù)庫；托盤輸送至裝配工位，由3號四軸機器人開始裝配，開始裝配前需由人工將中間體與背盤組件放置于暫存區(qū)(暫存數(shù)量2套組件)，首先，四軸機器人先將加工好的葉輪取下，放置于暫存平臺，然后四軸機器人再從另一暫存區(qū)將中間體與背盤組件取下，裝配于渦輪轉子與隔熱罩組件上，四軸機器人將放置于暫存區(qū)的加工好的葉輪成品安裝于渦輪軸上，裝配完成后托盤進入下一工位；托盤進入鐳射工站后，托盤擋停定位，激光鐳射單元開始在產品上鐳射產品信息，產品信息可個性化定制；激光鐳射完成后，進行氣密性檢測，檢測葉片與渦輪軸裝配完成后的裝配間隙，檢測完成后，產品流入下一工位。
3.3 產品全生命周期管理系統(tǒng)
為解決個性化定制與產品快速交付、生產成本之間不可調和的矛盾等問題，智能制造生產線必須推進數(shù)字化建設，將單一數(shù)據(jù)源貫穿規(guī)劃、設計、工程、生產直到產品服務的整個周期，實現(xiàn)從設計端到制造端全面集成。這么龐大的數(shù)據(jù)信息是否可以建立一個“產品身份證”來進行信息存儲呢?所以在此次智能制造實訓基地的建設中，系統(tǒng)引進了生產制造執(zhí)行系統(tǒng)：DoD-MES系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)系統(tǒng)管理、用戶管理、功能權限管理、日志管理、密碼修改、工藝管理、設備監(jiān)控、質量管理和生產執(zhí)行。在DoD-MES 系統(tǒng)中，通過產品上的RFID標簽可實現(xiàn)產品從出生到最終報廢的全生命周期的信息管理，而且系統(tǒng)企業(yè)還可通過DoD-MES平臺對產品進行實時下單，與傳統(tǒng)制造模式相比，可大大節(jié)省產品輔助加工時間。該工業(yè)4.0產線通過在托盤上引入RFID標簽來記錄產品的全生命周期信息。
4、實踐基地運行成效及后期規(guī)劃
4.1 運行成效
基于新的工業(yè)4.0的智能制造實訓基地的建設和初步使用，使得實踐教學環(huán)節(jié)更加系統(tǒng)性并呈遞進式延伸，這與學生的職業(yè)技能發(fā)展的需求相適應。實踐教學的條件的大大改善，促進了機電、機器人專業(yè)等一批專業(yè)核心課程的改革和建設，促進了實踐教學的改革?；氐恼鎸嵓庸ぶ圃欤瑢⒗碚摻虒W與技能相融合，提高了學生的學習興趣和學習效率，學生通過系統(tǒng)的遞進式理論學習和技能訓練，逐漸成長為滿足社會需求的高素質技能型人才。除了可以進行產品的生產外，基地還能培訓企業(yè)管理技術人員，以緩解我省對智能制造業(yè)一線管理技術人員的需求缺口，加快工業(yè)4.0的普及和應用；還可對科研院所和高校教師進行培訓，提高科研人員的學術能力。利用該生產線，今后也將進一步推廣培訓工作，為企業(yè)人員和科研人員提供技術升級打造良好的平臺。
4.2 基地建設后期規(guī)劃
一期建設已基本完成，為了更好的發(fā)揮其示范和智能制造人才培養(yǎng)的作用，更好的體現(xiàn)其柔性制造和 “產學研”的雙元育人思想，將在一期的架構和預留空間基礎上，聯(lián)合企業(yè)深層次研發(fā)挖掘與標準工業(yè)4.0的技術差距，豐富柔性制造和全生命周期管理內涵，起到基地建設示范作用和培養(yǎng)社會亟需的智能制造復合人才。
