在高職校教學實訓環(huán)節(jié)中引入柔性制造系統(tǒng)

（1.湖北工業(yè)大學，湖北 武漢 430068；2.江蘇省鹽城機電高等職業(yè)技術(shù)學校，江蘇 鹽城 224005）

[摘 要] 以機器人一拖二數(shù)控車組建柔性制造系統(tǒng)舉例，跟隨企業(yè)的發(fā)展，在高職校實訓環(huán)節(jié)中積極培養(yǎng)柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用型技術(shù)人才，為“中國制造2025”奉獻職教人的力量，探索在高職校教學實訓環(huán)節(jié)中引入柔性制造系統(tǒng)的可行性實踐方案。

[關(guān) 鍵 詞] 柔性制造系統(tǒng)；高職校；機器人；數(shù)控車床；師資培訓

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2017）06-0166-02

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。新中國成立后，尤其是改革開放以來，我國制造業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，然而，與世界先進水平相比，我國制造業(yè)仍然大而不強。當前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式形成歷史性交匯，國際產(chǎn)業(yè)分工格局正在重塑?！爸袊圃?025”是我國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領(lǐng)。加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育，助力實現(xiàn)偉大中國夢，是我們這一代職教人的歷史使命，培養(yǎng)應(yīng)用學科高新技術(shù)人才，是實施制造強國戰(zhàn)略的重要基礎(chǔ)工作之一。

一、實施柔性制造系統(tǒng)的必要性和可行性

目前我國的柔性制造系統(tǒng)在外企應(yīng)用較廣，這方面的應(yīng)用技術(shù)人才大量缺乏，大部分高職校還停留在實驗室階段，技工學校、職業(yè)學校大多數(shù)還沒有將此技術(shù)安排進實訓課程中。在江蘇、浙江等許多企業(yè)已經(jīng)開始使用柔性制造系統(tǒng)，市場急需這樣的應(yīng)用型技術(shù)人才。

經(jīng)過十多年的發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)有了長足的發(fā)展，但是隨著人力資源成本的提高，特別是在提高產(chǎn)品質(zhì)量方面，采用柔性制造系統(tǒng)，用機器人代替人工是今后企業(yè)發(fā)展的必然趨勢。企業(yè)的技術(shù)永遠走在時代的前沿，在不久的將來，企業(yè)需要越來越多這方面的操作技術(shù)人才。

柔性制造系統(tǒng)涉及的學科很廣，學生在校有五年時間，可以進行系統(tǒng)深入的學習。為了滿足專業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，針對現(xiàn)代機械制造業(yè)集成化柔性化發(fā)展的需要，現(xiàn)將我們在這方面的思考與嘗試總結(jié)出來，與各位同仁共勉。

二、組建柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）是近年快速發(fā)展的先進的機械加工系統(tǒng)，由加工系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構(gòu)成，能夠根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進行生產(chǎn)，適用于大批量生產(chǎn)，是自動化程度和柔性最高的一種制造系統(tǒng)。結(jié)合高職校的特點，我們采用的是機器人與數(shù)控車組成的一拖二柔性制造系統(tǒng)。

（一）機器人選擇

市場機器人廠商很多，作為學校購買什么樣的機器人很重要。在成功的教學實踐中得出，學校應(yīng)該在條件允許的情況下引進先進的產(chǎn)品設(shè)備，跟隨主流企業(yè)的發(fā)展而教學，這樣學生未來工作的空間廣，發(fā)展前途大。目前國際做工業(yè)機器人的有ABB，F(xiàn)ANUC，KUKA，OTC，安川，松下，那智不二越等；國內(nèi)做工業(yè)機器人的有寧波新松，廣州數(shù)控，奇瑞等。我校在比較了眾多品牌的機器人后，選擇了廣東產(chǎn)的ABB機器人。

（二）組建柔性系統(tǒng)

機器人購買回來以后，開始組建柔性系統(tǒng)。如圖1所示，采用一臺機器人，兩臺CK6150數(shù)控車床，一個上下料裝置，組建成一個完整的FMC制造單元。

具體組建步驟：

第1步：完成機床匹配，機床要采用液壓三爪卡盤、液壓控制防護門，將機床主軸啟停、三爪開合、門開合的3個信號通過PLC與機器人I/O接口相連。

第2步：安裝機床與機器人，調(diào)整機器人到合適的運行范圍，再固定機器人基點。

第3步：安裝上下料小車，上下料小車的動作由氣動閥控制，與機器人I/O接口相連。

第4步：調(diào)試動作，調(diào)試機床、機器人、小車單獨運動狀態(tài)與電信號控制通道。

第5步：編程，數(shù)控車編程加工，機器人編程模擬。

第6步：試運行，完整實施整個上下料動作，上料—抓料—裝料—加工—換料—裝料—放料的動作流程。

工業(yè)機器人要求精確度高、剛度大，非常適合用于鋁鑄件的清理及預加工等場合，有可靠性強、安全性佳、速度快、精度高、堅固耐用等特點。

為了防止學生訓練中出現(xiàn)安全事故，需采用多種安全措施，如在機器人與機床周圍裝防護欄；在實際操作前，需用配套機器人仿真軟件訓練，如圖2。

（三）機器人的使用

機器人并不神秘，同數(shù)控機床的控制差不多，首先建立坐標系，編制程序，按照程序路徑運行。它的坐標系有4種：關(guān)節(jié)坐標系、直角坐標系、工具坐標系、用戶坐標系。編程指令有：運動、信號處理、流程控制、運算、邏輯、平移指令等。程序編制好以后進行模擬，以防止出錯。

機器人與數(shù)控機床的連接需要進行信號連接，當柔性制造系統(tǒng)進行自動加工時，可以利用控制軟件進行在線監(jiān)控，此時軟件界面上的仿真動畫和實際加工動作是同步的。該軟件除了可以在線監(jiān)控外，還可以進行離線模擬加工過程，通過仿真軟件模擬各工作單元協(xié)同工作的過程，從而能夠使技術(shù)人員事先了解和分析加工工藝的合理性，以便及時進行調(diào)整。在模擬時，也可對在真實硬件環(huán)境運行時會產(chǎn)生干擾的過程情況進行評價。

三、實施柔性制造系統(tǒng)的培訓措施

（一）師資培訓

柔性制造系統(tǒng)實訓中心的引入首先要做好師資培訓工作，我校派遣多名教師到無錫學習了柔性制造系統(tǒng)的相關(guān)知識，此次系統(tǒng)的學習幫助教師及時地掌握先進的制造技術(shù)及其應(yīng)用開發(fā)，也促進了相關(guān)教師的知識更新，同時讓教師也學習了案例教學的課堂組織形式。

（二）教材編寫

采用行動導向法編寫教材，與機器人生產(chǎn)廠家、企業(yè)實踐生產(chǎn)相結(jié)合，制定訓練項目。按照訓練項目組織考工，組織比賽，以考促學，以賽促教。

（三）培訓難點

柔性制造系統(tǒng)是高精度系統(tǒng)，涉及行業(yè)較多，我們從機器人數(shù)控車一拖二實現(xiàn)上下料功能訓練入手。培訓難點有兩個方面，一是定位夾具的設(shè)計，二是機器人的維修。需要在今后的工作中不斷提高技術(shù)水平。

四、實施柔性制造系統(tǒng)的培養(yǎng)效果

（一）柔性制造系統(tǒng)設(shè)備符合機電一體化技術(shù)專業(yè)的特點

機電一體化專業(yè)作為一種新興的、復合型專業(yè)，具有以下的特點：機電一體化技術(shù)是以數(shù)字信息處理為基礎(chǔ)，集機械制造、微電子、計算機、現(xiàn)代控制、傳感檢測、信息處理、網(wǎng)絡(luò)通信、液壓氣動等技術(shù)于一體的復合技術(shù)。機電一體化專業(yè)是根據(jù)產(chǎn)品的高效、柔性、低成本生產(chǎn)要求而不是根據(jù)自然學科分工而設(shè)置的，即以生產(chǎn)和技術(shù)領(lǐng)域的分工為依據(jù)而設(shè)置的。所以，機電一體化專業(yè)的課程內(nèi)容具有綜合性、先進性、應(yīng)用性等特征。機電一體化專業(yè)的教學涉及原來多學科知識的復合及大量的經(jīng)驗技術(shù)，柔性制造系統(tǒng)在教學實訓環(huán)節(jié)中的引入是多學科知識的復合及大量的經(jīng)驗技術(shù)集中體現(xiàn)。

（二）充分培養(yǎng)學生的分析能力、創(chuàng)新能力、實踐能力

通過柔性制造實訓系統(tǒng)學習的學生：（1）已培養(yǎng)和開發(fā)多學科知識綜合應(yīng)用能力；（2）能夠?qū)Ρ緦W科所涉及的多領(lǐng)域知識有直觀的認知；（3）能培養(yǎng)學生的團隊合作能力；（4）能激發(fā)學生探究本專業(yè)相關(guān)問題的興趣；（5）更加了解機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢；（6）是對整個機電一體化課程體系核心課程的一次綜合應(yīng)用。

學生在實施項目的過程中建構(gòu)廣域的工科知識，對材料、機械、電子、計算機硬件和軟件均有直觀的認知，能有效提升學生的學習興趣，充分鍛煉學生的分析能力、創(chuàng)新能力、實踐能力，學生對產(chǎn)品開發(fā)、項目管理等能力有了全面的提升。

（三）柔性制造系統(tǒng)實訓設(shè)備可以滿足的實訓要求

引入的柔性制造系統(tǒng)中，可以進行下列單項或多項內(nèi)容組合式的教學與培訓：數(shù)控機床操作、編程和加工功能擴展重構(gòu)以及數(shù)控機床精度檢查及調(diào)整；機器人的操作、調(diào)整、編程和保養(yǎng)；數(shù)控機床和機器人的聯(lián)機；倉儲管理；傳送帶調(diào)整、重構(gòu)和編程；傳送帶與倉庫以及各工位之間的聯(lián)機；工件檢驗和質(zhì)量管理；計算機網(wǎng)絡(luò)；電子、電氣、氣動等的安裝；復雜系統(tǒng)的調(diào)試、維護、保養(yǎng)和故障查找。這不但可以滿足本學校的專業(yè)教學和實驗、實訓的要求，也能作為機電一體化職業(yè)技能鑒定的最佳考核平臺。把先進制造技術(shù)的培訓引進到我國的高等職業(yè)教育領(lǐng)域，對培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能的人才，普及先進制造技術(shù)，加速我國制造業(yè)的發(fā)展具有深遠的意義。

五、結(jié)論

柔性自動化技術(shù)是世界機械制造業(yè)發(fā)展的重要趨勢，針對目前企業(yè)發(fā)展而言具有很大的必要性，在高職校實訓環(huán)節(jié)引入柔性制造系統(tǒng)也是切實可行的。這能使學生更好地掌握機械、電子、電氣、液壓、自動控制、數(shù)控等專業(yè)知識。具有機電一體化設(shè)備調(diào)試、運行、維護和技術(shù)管理的能力，具有機械制造工藝編制及工裝設(shè)計的能力，以及具有工業(yè)產(chǎn)品技術(shù)檢驗和工藝質(zhì)量控制的能力。

高職校是應(yīng)用學科高新技術(shù)人才的主要培訓培養(yǎng)基地，柔性制造系統(tǒng)在教學實訓環(huán)節(jié)中的引入是對整個機電一體化課程體系核心課程的一次最好的綜合應(yīng)用，對培養(yǎng)高新技術(shù)應(yīng)用型人才工作起到重要的推動作用。

參考文獻：

[1]馬志誠，陳敏，李光輝.在教學實訓環(huán)節(jié)中引入柔性制造系統(tǒng)[J].實驗科學與技術(shù)，2008（S1）.

[2]劉玉霞，王勇.柔性制造系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].制造技術(shù)與機床，2008（1）.