工业机器人虚拟仿真实训中心项目

作者:   发布时间:2019-04-14   

四川省高等职业教育创新发展行动计划

成都工贸职业技术学院

工业机器人虚拟仿真实训中心项目

特色与创新

 

一、项目概况

(一)承接项目简介

根据《教育部关于印发<高等职业教育创新发展行动计划(2015-2018年)>的通知》(教职成〔20159号)和《四川教育厅关于印发〈四川省高等职业教育创新发展行动计划总体实施方案〉的通知》(川教函〔2016429号)要求,经过前期申报、网络评审、现场答辩等工作,我院于20177月,承接了《四川省高等职业教育创新发展行动计划-工业机器人虚拟仿真实训中心建设项目》(以下简称项目),该项目于同年9月正式进入建设期。该项目的建设着力提升高职院校学生创新精神和实践能力,提升实践教学信息化和资源开放共享水平。

(二)建设内容简介

以原有实训条件为基础,以培养学生综合设计和创新能力为出发点,以工业机器人学院及智能制造专业群建设为抓手,以服务地方经济建设为目的。计划将工业机器人虚拟仿真实训机房独立,并通过搬迁、新增、升级、整合,进一步建设完善。在“专业基础——专业综合——科研创新”的实训体系下,构建软件仿真、半实物仿真和虚拟实训三大虚拟仿真实训平台、制造执行系统和远程共享系统,从硬件和软件两个方面加强信息化建设,最终建成工业机器人虚拟仿真实训中心,并逐步实现所有教学资源的网络共享。见图1。

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1  实训中心建设体系

 

项目主要基于达索系统公司3D Experience 2018软件系统,包含其基础包、数字化制造高级包、系统工程高级包。涵盖三维设计、有限元分析、数控加工、工艺规划、人机工程、机器人仿真、机器人离线编程、多学科半实物仿真、自动化生产线布局规划、自动化生产线生产过程仿真等功能。

1.平台建设

(1)软件仿真平台:

以达索系统公司3D Experience 2018软件系统为核心,该平台可针工业机器人技术专业与电气自动化技术专业,开展工业机器人工装夹具设计仿真、工业机器人工作站设计仿真及自动化产线设计仿真等实践项目的软件仿真教学,并辐射我院各二产类专业,提供先进高效的软件仿真教学功能。

以工业机器人工装夹具设计仿真为例,充分考虑工业机器人应用领域与我市产业结构设计课题,开展教学。

(2)半实物仿真平台:

配置自动化控制综合试验箱,其包含ARM9处理器、色彩传感器、遥控器、红外线传感器、触摸式传感器、伺服电机、USB端口、wifi模块,配合前述软件中的系统工程高级包开展多学科的半实物仿真实验。

该平台可针对工业机器人技术专业与电气自动化技术专业,开展工业自动化控制技术、工业机器人技术仿真、自动化生产线仿真实训等实践项目的半实物仿真教学,提供先进高效的教学手段,避免昂贵的设备投入。同时综合考虑课程要求与实际设备情况,合理制定课程教学资源包。

(3)虚拟实训平台:

该平台主要包含工业机器人装调修实训与虚拟智能制造生产车间实训两个子系统。综合考虑课程要求、实际情况及智能制造环境,合理制定课程教学资源包。

1)工业机器人装调修实训系统:

分别由软件与硬件两部分组成,充分做到虚实结合。软件部分可完成针对工业机器人装调修的虚拟仿真学习。硬件部分由以国产工业机器人为核心的机器人装调修学习工作站构成,可实现虚拟仿真学习后的实际操作练习。

2)虚拟智能制造生产线实训系统:

以前述达索系统软件为载体,经后期开发,在虚拟环境中搭建包含机器人、机床、检测设备、传送装置、工装夹具、辅助设施、生产对象等在内的自动化生产线,构成可操作的交互式虚拟实训平台,并配置制造执行系统构。

(4)制造执行系统:

虚拟智能制造生产线配合生产实训基地已有真实机床等设备,统一配置制造执行系统(MES)、数控机床联网与通讯系统(DNC)、设备监控与数据采集系统(MDC)构成虚实结合的智能制造生产线,以图积极探索智能制造/工业4.0环境下的专业建设与教学开发,重点改革实训教学的思路和方法、整合实训教学资源、改进实训教学模式。

(5)远程共享系统:

将部分软件布置于云端,并添置必要信息化设备,利用科学的组网构建合理的信息化结构体系,同时建立基于ID认证机制的远程登录系统,以实现软件使用和虚拟实训环境的远程共享。

基于达索系统中的ENOVIA软件,利用该软件强大的社交协作功能,以实现教学任务发布、质量评价及成果展示等教学环节的信息化与创新。

2.资源建设

以工业机器人技术专业课程体系为依据,充分考虑本地区乃至成都市产业结构,并结合企业真实案例及标准与规范,有针对性的对上述三大虚拟仿真实训平台进行教学资源开发,以期更好的服务于地方经济发展。

3.师资队伍建设

师资队伍建设考分考虑专兼职教师队伍合理搭配,互为补充,以期实现教师队伍知识、技能、职称三方面结构科学、合理。

专职教师队伍方面,在充分考虑教师自身意愿的情况下,编制青年教师成长计划,以校内培训和企业培训为基础,以企业实践、技能竞赛和对外培训为抓手,以教科研为目的,力争专职教师队伍都都能虚拟仿真熟练应用于教学、科研,并在某一独特领域内有所建树。

兼职教师队伍方面,充分考虑各兼职教师自身特长与身处行业,充分发掘企业一线员工的实际工作经验,进行必要的软件使用等方面的培训,最终形成既能参与教学,又能参与联合科研开发的兼职教师队伍。

二、项目特色

(一)积极探索智能制造/工业4.0环境下的专业建设与教学开发。

我院高度重视工业智能制造的发展趋势,积极探索智能制造/工业4.0环境下的专业建设与教学开发,重点改革实训教学的思路和方法、整合实训教学资源、改进实训教学模式。中心的建设无论从软、硬件的投入,还是教学资源的建设上,都充分考虑智能制造/工业4.0的引入。

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图2  数字化工厂示意图

(二)基于工业机器人技术专业本身的特点,构建多层次的虚拟仿真实训与创新体系。

中心建设的“专业基础——专业综合——教学科研创新”虚拟仿真实训教学体系改变了传统的以单一功能为主体的实训教学体系建设模式。同时,将教学、科研和创新平台结合为一体,提供了教学实训、教师科研、师生创新的综合功能。

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图3  中心体系架构

(三)开放共享打造虚拟仿真实训教学的良性互动机制。

中心在建设之初就确定了开放共享的理念和机制,采用了云布置与云共享的机制。鼓励教师、学生进行虚拟仿真模型、系统和项目的研究及开发。虚拟仿真实训中心软硬件平台的开放性,课程资源在校内专业之间良好的共享机制成为工业机器人虚拟仿真实训中心的重要特色,也为中心今后的发展提供了良性互动机制。通过远程共享系统,可以实现教师、学生、合作企业、兄弟院校在不同位置同时使用。同时在远程共享系统中引入了授权认证机制,使毕业生在毕业后的两年内可使用本中心的软件和实训资源,为学生的进一步发展和深造提供便利。

三、项目创新

一、提供从三维建模到虚拟实训的完整虚拟仿真实训体系。

    传统虚拟仿真实训中心通常就某个特定专业,有针对性的开发专用虚拟实训环境。扩充性、泛用性较差,仿真功能十分有限,对其他专业的辐射作用较小。

而本中心在建设之初就考虑到虚拟仿真实训完整体系的构建。以3D Experience 2018软件系统为核心,提供了从CAD、CAMCAE的完整功能,并在此基础上构建了虚实结合的虚拟实训环境。不仅能满足本专业的使用,更可服务于学院其他二产类专业,同时由于系统本身具备从三维建模到虚拟环境搭建的完整功能,为后期虚拟实训环境的更新、扩充提供了极大的便利。考虑跨专业多学科的使用,还建设了半实物仿真平台,极大的提高了中心教学应用的灵活性同时,还可有力支持双创教学的开展。

 

二、为构建基于实际工作过程的专业实训教学模式提供强有力的支撑。

传统工业机器人技术专业实训教学模式中,通常采用成套教学设备。学生在经过专业基础课程的学习后,直接采用成套设备开始实训课程的学习。学生在该环节中的认知过程是从整体到部分,与实际工作过程相悖。

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图4  基于实际工作过程的实训教学模式

在体系完整的虚拟仿真实训中心的支持下,可将实训教学模式改革为专业基础——虚拟仿真——实际工作站搭建。该模式下提供给学生的实训设备将是散件,学生首先在仿真软件中搭建工作站并通过仿真,形成完整可行的方案后,再到实际环境中完成搭建。这样的实训模式与企业实际工作过程完全同步,而且还能锻炼学生更全面的专业能力。

三、教学组织、成果展示环节创新。

达索软件系统中的ENOVIA融合了行业领先企业的业务最佳实践,具备无缝集成的、丰富的业务流程应用,同时具备世界一流的可扩展性和可定制性,是一个通用的集成平台。其面向系统工程的体系架构,从时间维度上覆盖了从产品的调研立项、需求分析、设计、实现、测试、验证、维护的全生命周期研制全过程;从系统逻辑上覆盖了需求功能分解、分系统划分、接口定义、方案优化、系统综合集成以及问题管理的业务关系;从专业知识维度上包括了机械、电子、软件、环境等多学科协同;实现了产品研发过程中的项目管理、数据管理、流程管理、人员权限管理、产品线管理、协同研发等功能,可帮助企业实现IPD(集成产品研发)模式的落地。

利用该软件强大的社交协作功能,以实现教学任务发布、质量评价及成果展示等教学环节的信息化与创新。



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