柔性生產(chǎn)學(xué)習(xí)工作站建設(shè)的探索與實(shí)踐

徐黎 李春江

關(guān)鍵詞：職業(yè)教育 ?智能制造 ?學(xué)習(xí)工作站 ?一體化教學(xué)

職業(yè)教育主要致力于培養(yǎng)生產(chǎn)、實(shí)踐、管理和服務(wù)一線需要的高技能人才。工學(xué)一體化教學(xué)改革成為高技能人才培養(yǎng)的前提。智能制造柔性生產(chǎn)學(xué)習(xí)工作站是培養(yǎng)技能型人才的重要平臺(tái)，是教學(xué)、培訓(xùn)、生產(chǎn)等多功能的工作站。隨著智能化科學(xué)技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，智能制造柔性生產(chǎn)已成為制造行業(yè)發(fā)展的方向。智能制造柔性生產(chǎn)學(xué)習(xí)工作站的建設(shè)，能夠很好地順應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，為職業(yè)院校尤其是農(nóng)村職業(yè)院校培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能的智能制造柔性生產(chǎn)應(yīng)用人才提供了重要教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、科研的平臺(tái)。

一、建設(shè)的背景意義

目前，我國(guó)作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體、制造業(yè)大國(guó)，依舊存在著自主創(chuàng)新能力薄弱、先進(jìn)裝備貿(mào)易逆差嚴(yán)重等制約著我國(guó)制造產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的問題。隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，智能化制造工廠不僅給產(chǎn)業(yè)升級(jí)帶來沖擊，而且還引領(lǐng)著全球制造業(yè)發(fā)展模式的前進(jìn)方向，這對(duì)于中國(guó)制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)已是大勢(shì)所趨。在我國(guó)已出臺(tái)的“智能制造科技發(fā)展‘十二五專項(xiàng)規(guī)劃”以及“中國(guó)制造2025”規(guī)劃中，明確表示要大力發(fā)展智能制造技術(shù)，并在信息化和自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，將專家的知識(shí)不斷融入制造過程中從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程智能化、制造過程智能化和制造裝備智能化。要實(shí)現(xiàn)擬人化制造，目的是使制造過程具有更完善的判斷力與適應(yīng)能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，并將顯著減少制造過程物耗、能耗和排放。智能制造技術(shù)是未來先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)和制造業(yè)發(fā)展的必然需求。在國(guó)家的大力推動(dòng)下，以及企業(yè)對(duì)智能制造轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)下，市場(chǎng)對(duì)智能制造需要大量的相關(guān)人才，從而對(duì)于智能制造相關(guān)人才的培養(yǎng)也是當(dāng)前中職學(xué)校都在探索的問題之一，在一些發(fā)達(dá)城市對(duì)于智能制造相關(guān)人才的培養(yǎng)已經(jīng)廣泛涉及智能化、網(wǎng)絡(luò)化，但是農(nóng)村依舊處于落后階段，對(duì)職業(yè)學(xué)校培養(yǎng)智能制造相關(guān)人才的思考，尤其是農(nóng)村職業(yè)教育，是職業(yè)教育發(fā)展的重要任務(wù)之一。

在智能制造中主要涉及數(shù)控加工、電氣控制、設(shè)備維修與保養(yǎng)、機(jī)械設(shè)備的裝調(diào)等相關(guān)專業(yè)，隨著工學(xué)一體化教學(xué)改革的普遍實(shí)施，智能制造柔性生產(chǎn)線學(xué)習(xí)工作站的建設(shè)將成為職業(yè)學(xué)校共同的探索方向。

二、學(xué)習(xí)工作站的概念與單元構(gòu)成

學(xué)習(xí)工作站是職業(yè)教育實(shí)施一體化教學(xué)的重要硬件資源，配備適合一體化教學(xué)的場(chǎng)所往往能使教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果。根據(jù)一體化教學(xué)的內(nèi)在要求，建設(shè)“學(xué)習(xí)工作站”時(shí)，就要建設(shè)一個(gè)集理論講授、任務(wù)布置、實(shí)踐操作、資料查詢等于一體，徹底變革現(xiàn)有理論實(shí)踐教學(xué)場(chǎng)所分離現(xiàn)狀?！皩W(xué)習(xí)工作站”一般可由以下幾部分組成：講授區(qū)，主要用于理論講授、學(xué)習(xí)，任務(wù)分配，安全教育，問題討論等;操作區(qū)，主要用于對(duì)理論進(jìn)行針對(duì)性操作和驗(yàn)證等;工具區(qū)，主要用于存放實(shí)踐操作所需的各種工量具;資信區(qū)，在此設(shè)置紙質(zhì)資料、網(wǎng)絡(luò)等供學(xué)習(xí)、操作等過程中查閱;耗材區(qū)，主要用于存放實(shí)踐操作所需的各種耗材;展示區(qū)，主要用于展示學(xué)生的實(shí)踐操作成果;更衣區(qū)，用于實(shí)踐操作課前、后，供學(xué)生在此更換工裝;活動(dòng)區(qū)，可供學(xué)生實(shí)踐操作前在此進(jìn)行必要的肢體訓(xùn)練，活動(dòng)肢體、關(guān)節(jié)，以防操作中損傷;辦公區(qū)，供“學(xué)習(xí)工作站”管理員辦公的區(qū)域。

一個(gè)“學(xué)習(xí)工作站”首先必須有操作區(qū)，其次是要有講授區(qū)。工具區(qū)、資信區(qū)、耗材區(qū)、展示區(qū)可根據(jù)實(shí)際條件和課程的特點(diǎn)、要求來設(shè)置。學(xué)校條件好、課程也需要的，還可設(shè)置更衣區(qū)、活動(dòng)區(qū)、辦公區(qū)。設(shè)置辦公區(qū)也很重要，一般一個(gè)“學(xué)習(xí)工作站”需要有人員來管，設(shè)置辦公區(qū)，管理者就可以駐站管理，有利于“學(xué)習(xí)工作站”的管理、維護(hù)等，保障其始終處在正常使用狀態(tài)。

智能制造柔性生產(chǎn)學(xué)習(xí)工作站主要是為國(guó)家培養(yǎng)高技能型人才，是教學(xué)、培訓(xùn)、生產(chǎn)等多功能一體化的工作站。主要配置了MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)單元、智能制造展示系統(tǒng)單元、智能立體倉(cāng)儲(chǔ)單元、AGV運(yùn)輸單元、ABB工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人行走軌道、機(jī)器人末端快換系統(tǒng)、自動(dòng)化傳輸線、自動(dòng)化檢測(cè)單元、中轉(zhuǎn)工位、三軸加工中心、數(shù)控車床、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、激光打標(biāo)單元、五軸聯(lián)動(dòng)加工中心、RFID檢測(cè)單元、工件清洗單元、工藝品包裝站、CAD/CAM軟件、視覺檢測(cè)單元以及智能制造生產(chǎn)線信息監(jiān)控與管理系統(tǒng)單元等。

三、合理布局智能制造柔性生產(chǎn)學(xué)習(xí)工作站的結(jié)構(gòu)

智能制造柔性生產(chǎn)學(xué)習(xí)工作站的布局合理性、邏輯順序直接影響著學(xué)生學(xué)習(xí)、實(shí)踐、討論等便利，以及影響著智能化無人工廠生產(chǎn)工作的合理性。根據(jù)工學(xué)一體化教學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)工作站的建設(shè)設(shè)計(jì)，智能制造柔性生產(chǎn)學(xué)習(xí)工作站可設(shè)計(jì)為如圖1所示的布局。

本設(shè)計(jì)中的智能制造柔性生產(chǎn)線主要組成有MES系統(tǒng)、智能制造展示系統(tǒng)、智能立體倉(cāng)儲(chǔ)單元、AGV運(yùn)載單元、機(jī)床上下料單元、自動(dòng)化檢測(cè)單元、工作中轉(zhuǎn)臺(tái)、不良品區(qū)、清洗站、激光打標(biāo)單元、數(shù)控機(jī)床加工單元、RFID檢測(cè)單元、視覺檢測(cè)單元、智能制造生產(chǎn)線信息監(jiān)控與管理系統(tǒng)等。其中生產(chǎn)線主要可以完成產(chǎn)品的自動(dòng)加工、檢測(cè)、不良品處理、激光打標(biāo)、AGV入庫等生產(chǎn)與實(shí)踐任務(wù)，真正體現(xiàn)智能化無人工廠。

智能制造柔性生產(chǎn)線的運(yùn)行過程為：智能制造生產(chǎn)管理系統(tǒng)下發(fā)生產(chǎn)訂單任務(wù)，其中系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)顯示工件毛坯的倉(cāng)儲(chǔ)信息，碼垛機(jī)器人將預(yù)選工件毛坯搬運(yùn)出庫的同時(shí)進(jìn)行RFID出庫掃描檢測(cè)，對(duì)于檢測(cè)完畢的毛坯件通過AGV機(jī)器人以及工業(yè)機(jī)器人配合搬運(yùn)并抓取工件至正確位置，然后數(shù)控機(jī)床會(huì)依據(jù)特定的工藝程序進(jìn)行切削等加工，加工完成的工件由機(jī)器人抓取并放至中轉(zhuǎn)臺(tái)，搬運(yùn)機(jī)器人抓取中轉(zhuǎn)站上的工件到清洗站進(jìn)行相關(guān)表面清洗處理，清洗完成后工業(yè)機(jī)器人夾取整潔的工件放置三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x平臺(tái)上進(jìn)行尺寸的檢測(cè)，對(duì)于檢測(cè)合格的產(chǎn)品放入生產(chǎn)線中進(jìn)行入庫處理而不合格產(chǎn)品則放置廢料箱。檢測(cè)合格的工件再由機(jī)器人抓取至激光打標(biāo)工作臺(tái)進(jìn)行產(chǎn)品序號(hào)的打標(biāo)，最后機(jī)器人抓取加工完好的產(chǎn)品放置到AGV運(yùn)載機(jī)器人，AGV運(yùn)載機(jī)器人將合格的工件運(yùn)送至RFID入庫檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行掃描入庫處理，并通過碼垛機(jī)器人配運(yùn)送至成品庫中，從而完成整個(gè)生產(chǎn)線工作的過程。并聯(lián)接入生產(chǎn)線的五軸數(shù)控加工中心既可以配合生產(chǎn)線中其他設(shè)備進(jìn)行復(fù)雜工件的加工，也可以自身構(gòu)成獨(dú)立的五軸加工單元進(jìn)行多軸加工的教學(xué)、實(shí)訓(xùn)與生產(chǎn)。

四、科學(xué)定位智能制造柔性生產(chǎn)學(xué)習(xí)工作站的功能

1.產(chǎn)品的生產(chǎn)開發(fā)

本設(shè)計(jì)的智能制造柔性生產(chǎn)線可以生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的法蘭盤、汽車零部件、機(jī)器人零部件及多軸復(fù)雜零部件等類似工件，同時(shí)也可以通過五軸數(shù)控機(jī)床加工類似梅山水庫模型的工藝品及當(dāng)?shù)氐貥?biāo)性建筑工藝品的加工生產(chǎn)，整條智能制造生產(chǎn)線完全滿足了自動(dòng)化柔性生產(chǎn)，解決當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)企業(yè)生產(chǎn)的需求。

工業(yè)機(jī)器人法蘭盤可由一臺(tái)三軸加工中心配合兩臺(tái)斜床身車床進(jìn)行相關(guān)工序的加工任務(wù)，對(duì)于加工后的法蘭盤可進(jìn)行清洗、檢測(cè)、打標(biāo)等系列工序，從而完成量產(chǎn)的加工任務(wù)。其中工業(yè)機(jī)器人法蘭盤形狀圖、零件圖如圖2、圖3所示。

梅山水庫模型通過獨(dú)立的數(shù)控五軸加工單元進(jìn)行相關(guān)曲面、槽、字體等加工，其中梅山水庫模型的三維圖、零件圖如圖4、圖5所示。

2.教學(xué)的開發(fā)實(shí)踐

智能制造柔性生產(chǎn)線具備現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)管理軟件下單（同時(shí)也可通過手機(jī)終端對(duì)生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與管理）、柔性自動(dòng)化生產(chǎn)加工、產(chǎn)品自動(dòng)化檢測(cè)與出入庫管理、數(shù)控機(jī)床自動(dòng)上下料等產(chǎn)品的加工運(yùn)作能力，并且此條生產(chǎn)線具備數(shù)控多軸復(fù)雜零部件的加工以及工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用等教學(xué)功能。具備培養(yǎng)學(xué)生的綜合技能、創(chuàng)新能力，以及中級(jí)、高級(jí)、技師、高級(jí)技師的職業(yè)資格和人才培養(yǎng)的需求，同時(shí)滿足緊缺人才培訓(xùn)、高技能人才培訓(xùn)、農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移培訓(xùn)、職業(yè)能力轉(zhuǎn)換培訓(xùn)等綜合培訓(xùn)、鑒定等功能。

智能制造柔性生產(chǎn)線可面向汽車、機(jī)械、食品、新能源、衛(wèi)浴等行業(yè)企業(yè)中從事自動(dòng)化成套裝備中工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床加工的現(xiàn)場(chǎng)編程、調(diào)試維護(hù)、人機(jī)界面編程、系統(tǒng)集成等生產(chǎn)技術(shù)管理工作方面，實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練學(xué)生綜合能力的作用。

五、配置智能制造柔性生產(chǎn)學(xué)習(xí)工作站設(shè)備設(shè)施

1.智能制造柔性生產(chǎn)學(xué)習(xí)工作站實(shí)訓(xùn)教學(xué)配置

在智能制造柔性生產(chǎn)學(xué)習(xí)工作站中，可以根據(jù)相關(guān)設(shè)備設(shè)施的原理、功能以及典型工作任務(wù)開設(shè)系列的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)鍛煉學(xué)生相關(guān)動(dòng)手實(shí)操、技術(shù)應(yīng)用等能力。智能制造柔性生產(chǎn)學(xué)習(xí)工作站實(shí)訓(xùn)方面開設(shè)的教學(xué)課程主要包括以下幾部分。

數(shù)控機(jī)床加工方面開設(shè)：數(shù)控機(jī)床工件建模、工件加工技術(shù)的實(shí)訓(xùn);智能制造系統(tǒng)的安裝與調(diào)試;智能制造系統(tǒng)主控系統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)。

工業(yè)機(jī)器人編程與調(diào)試方面開設(shè)：工業(yè)機(jī)器人的示教編程實(shí)訓(xùn);工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)編程與調(diào)試;工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)電氣裝調(diào)實(shí)訓(xùn);工業(yè)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)通信編程與調(diào)試實(shí)訓(xùn);工業(yè)機(jī)器人與RFID通信編程與調(diào)試實(shí)訓(xùn);工業(yè)機(jī)器人單元與傳輸線通信編程與通信實(shí)訓(xùn);工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化上下料的實(shí)訓(xùn)。

三坐標(biāo)、激光打標(biāo)實(shí)訓(xùn)方面開設(shè)：三坐標(biāo)自動(dòng)化檢測(cè)裝置的實(shí)訓(xùn)與學(xué)習(xí);激光打標(biāo)單元的實(shí)訓(xùn)。

多機(jī)聯(lián)合協(xié)同綜合控制方面開設(shè)：智能制造主控系統(tǒng)與各單元PLC的編程與調(diào)試實(shí)訓(xùn);智能制造系統(tǒng)人機(jī)界面及現(xiàn)場(chǎng)組態(tài)的編程與調(diào)試實(shí)訓(xùn);工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控加工單元電氣連接與調(diào)試實(shí)訓(xùn);工業(yè)機(jī)器人與數(shù)控加工單元的系統(tǒng)編程與調(diào)試實(shí)訓(xùn);智能制造生產(chǎn)線系統(tǒng)總控生產(chǎn)及信息管理架構(gòu)與應(yīng)用;自動(dòng)化立體倉(cāng)庫與碼垛機(jī)器人編程與調(diào)試實(shí)訓(xùn);自動(dòng)化傳輸系統(tǒng)的編程與調(diào)試實(shí)訓(xùn)。

2.智能制造柔性生產(chǎn)學(xué)習(xí)工作站大賽賽事配置

本條智能制造柔性生產(chǎn)線滿足智能制造大賽訓(xùn)練任務(wù)與訓(xùn)練要求，可在數(shù)字化設(shè)備互聯(lián)互通、人機(jī)協(xié)同和零件柔性化、可追溯加工過程以及MES等智能決策管理系統(tǒng)應(yīng)用的技術(shù)技能方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面的訓(xùn)練任務(wù)。其中主要訓(xùn)練任務(wù)包括完成數(shù)控設(shè)備的安裝與調(diào)試、在線檢測(cè)單元的安裝與調(diào)試、工業(yè)機(jī)器人的安裝調(diào)試和編程、切削加工智能制造控制系統(tǒng)的安裝與調(diào)試、規(guī)定零部件切削運(yùn)行、切削加工智能制造單元虛擬仿真、職業(yè)素養(yǎng)與安全操作等綜合技能的訓(xùn)練。同時(shí)智能制造生產(chǎn)線對(duì)師生在數(shù)控機(jī)床編程調(diào)試與加工工藝、機(jī)器人編程與調(diào)試、MES系統(tǒng)管理、團(tuán)隊(duì)協(xié)作配合等方面的能力進(jìn)行了賽事的練習(xí)工作以及提高師生的實(shí)操與理論相結(jié)合的能力。本智能制造柔性生產(chǎn)線開發(fā)的訓(xùn)練任務(wù)主要包括以下幾個(gè)模塊。

AGV機(jī)器人的訓(xùn)練;智能立體倉(cāng)儲(chǔ)模塊的訓(xùn)練;RFID檢測(cè)模塊的訓(xùn)練;工業(yè)機(jī)器人調(diào)試與編程模塊的訓(xùn)練;數(shù)控車床加工工藝編程模塊的訓(xùn)練;數(shù)控加工工藝編程;工件在線檢測(cè)模塊的訓(xùn)練;PLC電氣控制系統(tǒng)模塊的訓(xùn)練;零件的加工檢測(cè);人機(jī)界面及組態(tài)編程模塊的訓(xùn)練;MES生產(chǎn)管理軟件應(yīng)用模塊的訓(xùn)練;以太網(wǎng)通信模塊的訓(xùn)練;零件數(shù)字化設(shè)計(jì)與編程;切削智能制造單元設(shè)備層基本數(shù)據(jù)的采集和可視化;切削加工智能制造控制系統(tǒng)編程與調(diào)試;零件的智能加工和生產(chǎn)。

六、小結(jié)

農(nóng)村職業(yè)教育中智能制造柔性生產(chǎn)學(xué)習(xí)工作站的建立，可以集“教、學(xué)、訓(xùn)、做、評(píng)、論”于一體，并融入了企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐工作的標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)校培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)與技能大賽標(biāo)準(zhǔn)等規(guī)范與元素，使學(xué)生在不同方面的能力（實(shí)操與理論能力水平）可以得到巨大的提升，充分體現(xiàn)了未來制造行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，適應(yīng)了現(xiàn)代企業(yè)對(duì)智能制造技術(shù)高技能人才的需求，成為集教學(xué)、培訓(xùn)、職業(yè)技能鑒定和技術(shù)服務(wù)于一體的高技能人才培養(yǎng)實(shí)踐教學(xué)基地。同時(shí)培養(yǎng)的學(xué)生更好地滿足社會(huì)行業(yè)企業(yè)的需求，進(jìn)而提升了農(nóng)村職業(yè)院校的辦學(xué)實(shí)力和影響力。

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（作者單位：徐黎，安徽汽車應(yīng)用技師學(xué)院;徐黎、李春江，安徽金寨技師學(xué)院）