智慧工廠-工業(yè)4“加”0-實驗室建設方案

1、1中國制造2025“4.0智能工廠”學生實際操作實驗室方案2“智能工廠”實訓實驗室方案u 指導思想以中國制造2025指導思想為主體，融合“互聯網+”將工業(yè)領域新一代革命技術的研發(fā)與創(chuàng)新技術成果、互聯網的創(chuàng)新成果深度融合于智能工廠領域之中，提升實體經濟的創(chuàng)新力和生產力，形成更廣泛的以互聯網為基礎設施和實現工具的經濟發(fā)展新形態(tài)。促進以云計算、物聯網、大數據為代表的新一代信息技術與現代制造業(yè)、生產性服務業(yè)等的融合創(chuàng)新，發(fā)展壯大新興業(yè)態(tài)，打造新的產業(yè)增長點，為大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新提供環(huán)境，為產業(yè)智能化提供支撐，增強新的經濟發(fā)展動力，促進國民經濟提質增效升級。3“智能工廠”實訓實驗室方案u 方案概述將企業(yè)

2、生產制造車間由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉變，目標是建立一個高度靈活的個性化和數字化的產品與服務的生產模式。重點研究智能化生產系統(tǒng)及過程，以及網絡化分布式生產設施的實現，主要涉及整個企業(yè)的生產物流管理和人機互動在工業(yè)生產過程中的應用。結合企業(yè)生產物流運營模式，結合學校電子技術、機電一體化、電氣自動化、生產管理、物流管理及其相關專業(yè)現階段建設情況，以及智能工廠實驗室規(guī)劃理念，進行綜合且專業(yè)化的設計，以中國制造2025和“互聯網+”模式為實訓教學研究載體，構建一個高端精細化實體制造運作模式的實驗室。讓學生足不出校就能真實體驗中國制造2025和“互聯網+”在生產制造企業(yè)的運營模式，增強學

3、生的社會實踐能力，提高學生社會競爭力。通過校企合作，校方教師與企業(yè)共同從項目調研、產品研發(fā)、項目實施、試運行到實訓課程建設，獲得成果共享為社會創(chuàng)造價值，從而增強師資教學水平與科研思維意識；提高學校的社會知名度。4第一章 智能工廠實驗室設計規(guī)劃1.1 實訓室建設目標通過建立智能工廠實驗室，能夠實現以下目標：理論與社會實踐相結合；提高學生社會就業(yè)競爭力；教學和研究一體化；打造“校中企”的實訓模式，創(chuàng)新智能工廠綜合實訓教學模式；打造成智能工廠綜合實訓示范基地；讓學生實訓后具備制造企業(yè)中層管理決策能力；培養(yǎng)具備高端制造領域運作模式和數字化控制技術的高級人才；1.培養(yǎng)具備“互聯網+”業(yè)態(tài)創(chuàng)新思維與智能工

4、廠整合能力的復合型管理人才。5第一章 智能工廠實驗室設計規(guī)劃1.2 實訓教學設計規(guī)劃認識使學生對智能工廠的認識從觀念上升到實際。理論從認知層面學習掌握理論、原理、創(chuàng)新思維和技術知識。實操通過智能工廠實訓智能裝備與數字化軟件系統(tǒng)相結合對所學原理與技術 進行實踐，掌握智能工廠運作中智能制造、智能生產、智能物流 運營管理以及信息流通活動協(xié)作技能。演練根據實驗設計，學生通過動腦和動手提升理論與實際的緊密結合能力， 深入智能工廠跨領域活動各個環(huán)節(jié)團隊運作能力。應用以滿足行業(yè)市場需求為任務，模擬高端制造企業(yè)實際場景，完成應用 操練，形成工業(yè)制造生產企業(yè)的產前物流、產中物流、第三方物流、 智能工廠、“互聯網

5、+”企業(yè)運作的“戰(zhàn)略”意識。集成培養(yǎng)學生科技創(chuàng)新意識，利用所學原理知識和掌握的研發(fā)技能訓練，形成 整體智能工廠“戰(zhàn)略”布局，轉化為更為符合中國制造2025戰(zhàn)略的層面 ，提升知識技能系統(tǒng)化。6第一章 智能工廠實驗室設計規(guī)劃1.3 智能工廠優(yōu)勢特點以硬件環(huán)境建設、軟件環(huán)境搭建以及課程體系建設并重的方式實施，確保學校在智能工廠硬件設備投入的情況下，通過互聯網及其軟件平臺以及豐富的實踐教學課程體系，開展智能化生產、智能制造、智能物流實訓實驗，充分培養(yǎng)學生在機電一體化、電氣工程、電子技術、生產管理、物流工程、工業(yè)工程及其相關專業(yè)的綜合實踐應用和科研創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)實訓室如工業(yè)工程、電氣自動化實訓室等 技術

6、落后，功能單一 與外界最新技術發(fā)展趨勢脫節(jié) 缺少生產管理方面的教學內容 教學手段陳舊智能工廠實訓室 集成了最新的自動化、信息化技術，如“互聯網+”、物聯網等 體現了生產管理、運維等完整的企業(yè)管理思路，實現學習到工作的無縫對接 集成了信息化的教學手段，提高學生的學習積極性7第一章 智能工廠實驗室設計規(guī)劃工業(yè)性：硬件產品配置的標準件均采用工業(yè)一線品牌，非標件的加工和電氣配線均符合國際化工業(yè)標準，軟件系統(tǒng)均經過世界五百強制造企業(yè)運行驗證合格，符合“互聯網+”行動計劃中的數據實時和協(xié)同創(chuàng)新理念，最大程度的縮短了與工業(yè)級設備的差距。該系統(tǒng)可全自動化、高效率、高精度的制造產品，并可通過射頻技術存儲并追蹤各

7、工序生產信息。其中數控車床、加工中心、工業(yè)機器人、工業(yè)總線、工業(yè)柔性傳輸線、檢測系統(tǒng)等設備與控制系統(tǒng)均與工業(yè)生產應用相一致，將現代化工業(yè)現場的各項先進生產制造技術充分融合并展現。開放性：產品開放了電路氣路配線、機械裝調等功能，使學生可以真正實現動手實操。電氣部分的擴展體現在接口自由，各從控單元均可外接控制器來實現控制功能。機械部分的擴展體現在系統(tǒng)可通過添加新的模塊單元來完成系統(tǒng)升級。技術先進性：系統(tǒng)所涉及的工業(yè)機器人、多軸運動控制系統(tǒng)、工業(yè)柔性傳輸線、RFID射頻識別系統(tǒng)等，物聯網數據傳輸可追溯性管理等先進技術均充分體現了系統(tǒng)技術應用的先進型。8第一章 智能工廠實驗室設計規(guī)劃產品高端性：產品主

8、要電氣元件和傳動機構均選用德、日進口一線工業(yè)品牌產品；機械加工零件如鋼制、鋁制零件均在保證高標準加工精度的同時，進行了表面氧化、噴涂等處理方式?？纱_保設備在保證質量和穩(wěn)定性的同時，達到外形美觀的特點。系統(tǒng)采用了德國西門子可編程控制器、變頻器；日本歐姆龍工業(yè)傳感器與RFID射頻識別系統(tǒng)；德國西門子或日本松下數控系統(tǒng)；日本松下或安川工業(yè)機器人柔性生產性：可根據生產計劃執(zhí)行全自動化原料檢測、識別、加工、后處理、裝配、包裝、成品入庫的系統(tǒng)功能。從軟件上，通過上位機自動化生產管理系統(tǒng)，可實現生產信息存儲追蹤功能，和柔性排產計劃功能，從而有效記錄、統(tǒng)計、追蹤、變換生產質量和效率；從硬件上，系統(tǒng)可通過簡單的

9、更換一些工裝夾具和加工程序，改變生產產品。系統(tǒng)模塊化：系統(tǒng)中的單元設備（上料系統(tǒng)、數碼車床、機器人、檢測系統(tǒng)、封箱模塊、碼垛模塊等）具有“聯機/單機”兩種操作模式。所有的單元設備的都可以獨立操作，可以單機設備為平臺，進行單項技術的研發(fā)。9第一章 智能工廠實驗室設計規(guī)劃綜合性：整套系統(tǒng)從機械傳動的精心設計、控制元件類型的選用、數據采集的實時、軟件系統(tǒng)的集成、產品的柔性化和控制類型上，均體現其特點特性，以多元化為出發(fā)點，避免重復使用，使學生可以在一套系統(tǒng)中最大可能的掌握更多知識點。用戶可以根據這一套系統(tǒng)同時設立多門實訓課程，從而達到同類幾套產品的實訓功能。能夠實現的技術實訓內容包括：系統(tǒng)集成技術、

10、物流工程技術、PLC控制技術、總線技術、電氣控制技術、氣動技術、液壓技術、伺服控制技術、變頻控制技術、電子技術、組裝技術、運動控制技術、電機拖動技術、直流調速技術、步進閉環(huán)控制技術、PID控制技術、機械傳動與執(zhí)行機構技術、故障檢測與排除技術、傳感技術、測控技術、組態(tài)技術、HMI人機交互技術、自動化倉儲管理技術、智能儀表控制技術、質量控制技術、圖像視覺處理技術、RFID射頻識別技術。10第一章 智能工廠實驗室設計規(guī)劃便捷性：產品由一個總控單元和各類從控單元等組成，其組成形式采用模塊化設計理念，每個從控單元均由支撐平臺、配電板、執(zhí)行部分組成。具備結構風格統(tǒng)一、升級擴展靈活等特點。各單元分為手動/自

11、動兩種模式，可單站訓練也可整體運行，使得實訓能夠更加安全便捷的進行。安全性：設備具有接地保護、過載保護、短路保護、漏電保護功能、具有誤操作保護功能、安全性符合相關的國標標準、所有材質均符合環(huán)保標準。所有元器件滿足國家CCC認證。 本實訓室最大亮點在于改進常規(guī)的軟/硬件脫節(jié)與只做不研或者只研不做的弊端，通過軟件集成實訓室所有的智能設備，建設創(chuàng)新、智能、自動、系統(tǒng)的智能工廠實驗室。 最大的特色在于移植企業(yè)運營管理模式，將傳統(tǒng)制造業(yè)通過互聯網思維優(yōu)化整合與信息物聯無縫集成，并且轉化為高校實用教學。11第一章 智能工廠實驗室設計規(guī)劃1.4 實訓室布局此智能工廠實驗室布局靈活，可以系統(tǒng)性布局也可以模塊化

12、布局，建議實訓室場地在100平方米以上。示意圖（僅供參考）12第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成2.1 智能工廠管理系統(tǒng)智能工廠管理系統(tǒng)是結合生產制造企業(yè)的咨詢規(guī)劃的實際，同時基于ERP、MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）、控制系統(tǒng)及供應鏈管理于一體實現整體無縫的信息互聯的一個透明化智能工廠管理系統(tǒng)。13第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成智能工廠管理系統(tǒng)為在激烈的全球競爭中保持優(yōu)勢，制造企業(yè)要最大化利用資源，將生產變得更加高效；為適應不斷變化的客戶需求，制造企業(yè)必須盡可能的縮短產品上市時間，對市場的響應更加快速；為滿足市場多元化的需求，制造企業(yè)還要快速實現各環(huán)節(jié)的靈活變動，將生產變得更加柔性。而高效、快速、柔性，

13、正是智能化企業(yè)為制造業(yè)帶來的最大變化。14第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成通過智能化的工廠規(guī)劃，可以減少產品上市時間至少30%；通過優(yōu)化規(guī)劃質量，可以降低制造成本20%。而在新產品上市比例、設備生產效率、產品交付能力及營運利潤率等多個方面，智能化工廠的指標均遠遠高于傳統(tǒng)制造企業(yè)。智能制造帶來的不只是炫目的科技，還有實實在在的收益，以及支撐企業(yè)長遠發(fā)展的競爭力。主要包含以下功能特點。2.1.1 基礎數據管理基于生產管理的決策，需要采集大量的輔助生產數據。這些數據可以采用數據采集系統(tǒng)、條形碼/二維碼/射頻標簽(RFID)等方式獲得。系統(tǒng)根據實際需要可以靈活的采用自動收集(采用條形碼/二維碼/RFID

14、)以及手工錄入的方式提供必要的基礎數據，以符合國家要求和生產管理的需要。2.1.2 生產計劃和排產根據混流平衡的原則實現排產，由日計劃排定上線順序計劃，并計算出裝配過程中各個相關工位所需要的物料信息，實現物料的拉動管理。訂單管理將允許進行次序的調整（包括改序，插序等）。15第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成2.1.3 物料拉動管理生產物料管理實現對整個生產過程的物料信息的全面實時管理。生產物料管理的功能與生產計劃和生產跟蹤管理緊密結合，通過設備狀態(tài)和生產監(jiān)控的實時數據，對物料消耗的情況進行及時的監(jiān)控和報告。16第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成2.1.4 采購管理包括采購計劃、采購訂單、采購結算、采購

15、費用、價格及供貨信息資料等功能模塊，基于工作流驅動對采購業(yè)務的物流進行有效的跟蹤和管理。17第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成2.1.5 訂單管理訂單是整個系統(tǒng)的內在驅動力之一，針對不同客戶具有多種訂單接收策略，常用的 XML、EMAIL、TXT文件等方式；訂單管理主要包括訂單的接收/錄入、執(zhí)行情況跟蹤等功能。2.1.6 倉儲管理倉儲是供應鏈執(zhí)行過程的核心環(huán)節(jié)，倉儲管理包括倉儲資源的管理和業(yè)務運作流程的實現。主要包括收貨、品檢、上架、揀選、流通加工、裝運、補貨、庫存控制、可視化監(jiān)控、移庫、盤點等功能。18第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成2.1.7 供應商管理供應商評估，支持對供應商在的質量、價格、交

16、期、服務、可持續(xù)性的改進等各方面進行綜合評估； 全程的合同紀錄和跟蹤；建立供應商-存貨價格體系，實現采購詢價、比價、篩選、分析等。19第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成2.1.8 產品跟蹤管理在生產過程中，產品跟蹤很重要。產品生產動態(tài)隊列是物料拉動和訂單跟蹤的基礎。跟蹤方式以條形碼、二維碼和射頻標簽為主，進行生產投料、生產裝配、檢測，收集生產數據，建立生產信息檔案和生產線的監(jiān)控。2.1.9 生產現場管控即時資料處理(Real Time)：生產過程的數據可以進行實時反饋， 保障實時對生產現場的管控。2.1.10 現場無紙化作業(yè)(Paperless)全部采用電子設備采集生產數據，不需要再填寫大量的書面

17、報告。2.1.11 現場資源追蹤(Tracking)可以及時了解生產現場包括人力、設備、材料等資料的利用情況。2.1.12 生產狀況監(jiān)控(Monitoring)可以通過系統(tǒng)及時了解產品情況，實時把握生產的最新狀況。2.1.13 自動化設備控制(Control)可與生產自動化設備進行對接，使系統(tǒng)與設備真正一體化。2.1.14 及時現場管理(Jit Management)及時反饋現場生產數據給管理者，讓管理者及時對生產過程進行調控。20第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成2.1.15 SPC（統(tǒng)計工序控制）質量管理對于產品生產質量數據，當發(fā)現有質量問題的時候，操作員可選擇相應的質量問題原因，完成整個記錄

18、過程。質量問題的原因內容可根據需要做自定義的修改。需要查詢質量數據，只要輸入產品的ID號，即可顯示產品的相關質量信息。建立產品生產全過程檔案(工藝、時間、人員、部件、檢測等)；建立質量追溯鏈，實現正反向追溯，追溯至供應商和人員。21第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成2.1.16 全程追溯體系從原材料的供應商，生產批號資訊，到生產中的人員設備資訊， 生產測試記錄，維修記錄以及產品出貨后的位址，數量等資訊，智能工廠管理系統(tǒng)都會忠實的進行記錄以建立完整的追溯檔案。當發(fā)生問題時，可以提供精確的資料來給分析人員提供幫助來確定問題和確定影響的范圍。22第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成2.1.17 智能預警管理通

19、過系統(tǒng)的預警功能，我們可以透過Mail，短信，報警燈等方式可以讓相關人員及時發(fā)現問題， 在問題擴大之前就將問題消滅，減少由此造成的損失。系統(tǒng)通過現場采集的即時生產資料中發(fā)現異常， 然后通知到相關責任人并且停線防止問題擴大而停線，相關人員如果措施正確可以繼續(xù)生產，否則停線整頓。23第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成2.1.18 工藝管理視覺化在產品生產過程中，提供生產工藝路線視覺化查詢, 直觀的顯示產品應該走的工序，已經走過哪些工序，以及生產詳細資料。2.1.19 配送管理以最大限度的降低生產物流成本、提高運作效率為目的，按照實時配送原則，在多購買商并存的環(huán)境中，通過在購買商和各自的供應商之間建立實

20、時的雙向鏈接，構筑一條順暢、高效的物流通道，為購買、供應雙方提供高度集中的、功能完善的和不同模式的配送信息服務。2.1.20 協(xié)同管理是以集中管控、協(xié)同應用的企業(yè)管理模式為背景，滿足制造企業(yè)管理模式變革平穩(wěn)過渡需要，符合企業(yè)管理發(fā)展趨勢，形成了制造供應鏈和典型離散制造模式。24第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成2.1.21 現場設備管理通過二維碼、RFID或藍牙等現場設備與移動終端（手機、Pad）的組合，實現設備維護、點巡檢等管理流程的信息化和跨平臺處理。用戶使用移動終端，可以在任意一臺設備旁邊實時查看運行相關數據，調取設備手冊和檢修流程等文檔資料，維護工作完成后，系統(tǒng)自動將維護人員、維護過程等信

21、息上傳至服務器，實現程序閉環(huán)。25第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成2.1.22 客戶管理通過對客戶資料的收集、分類、存檔、檢索和管理，全面掌握不同客戶群體、客戶性質、客戶需求、客戶信用等客戶信息。以提供最佳客戶服務為宗旨，為客戶提供物流運作、方案、價格、市場、信息等各種服務內容，及時處理客戶在合作中遇到的各類問題，妥善解決客戶合作中發(fā)生的問題，培養(yǎng)長期的忠誠的客戶群體，為企業(yè)供應鏈的形成和整合提供支持。同時包括對客戶服務渠道和業(yè)務查詢的管理，通過客戶服務渠道，客戶可以通過多種方式（如網上查詢、電話查詢、短信通知、 E-MAIL 通知等）或者客戶訂單的狀態(tài)及其作業(yè)情況。26第二章 智能工廠實驗室系

22、統(tǒng)構成2.2 智能生產流水線該實驗室實訓用流水線是實現了螺絲+墊片+螺帽的產品組裝的整個生產流程。主要包括上料、組裝、產品檢查、產品裝箱、碼垛、產品入庫的工序。RFID電子標簽已埋在原料工件內部，檢測距離約為140mm。RFID檢測系統(tǒng)可以準確地讀取工件內的標簽信息，進而實現了產品分揀和全程數據跟蹤。通過更換機器人夾具，即可對應不同規(guī)格的螺絲、墊片和螺帽。（軟件上，通過識別RFID信息，自動進行分別處理）并且采用了先進的Profibus工業(yè)現場總線控制方式，配有主控德國西門子S7-300PLC、人機界面、組態(tài)軟件等，系統(tǒng)更大程度上的展現了工業(yè)現場的工作狀態(tài)及現代制造工業(yè)的發(fā)展方向。27第二章

23、智能工廠實驗室系統(tǒng)構成系統(tǒng)工作流程：在總控界面輸入生產需求后，系統(tǒng)會自動檢查料倉庫存情況，并按照生產需求，根據上述流程自動傳輸、識別、裝配、入庫等，從而打造縮小版具有中國制造2025特征的柔性化、智能化、網絡化生產線。28第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成2.2.1 上料由料庫、上料振動盤（或上料機器人）組成，用于將工件庫中的工件（螺絲、墊片、螺帽）分別按照生產需要依次推出到組裝設備中。原料工件中已經含有RFID電子標簽，以便于產品質量跟蹤。三工位的供料設計，使得供料方式多樣化，可以進行單一的上料，也可以進行不同編型號的組合上料，以及對上料速度快慢控制，實現上料形式的多樣化。自動上料振動盤數控機床

24、用上料機器人29第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成2.2.2 組裝該數控機床把墊片套入到螺絲上，并且擰緊螺帽。設有多個傳感器，可以檢測原料件是否正確到位。檢測工件的RFID的信息，自動識別不同規(guī)格的原料工件，從而進行不同的處理（比如說擰緊的力度調整，擰的轉數的調整等）。把加工信息實時傳送給上位控制電腦。30第二章 智能工廠實驗室系統(tǒng)構成2.2.3 產品檢查智能視覺檢測系統(tǒng)采用CCD照相機將被檢測的目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號，圖像處理系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如面積、數量、位置、長度，再根據預設的允許度和其他條件輸出結果，包括尺寸、角度、個數、合格/不合格、有/無等，實現自動識別和檢查是否合格功能