智慧工厂工业“加”实验室建设方案

中国制造2025

“4.0智能工厂”学生实际操作

实验室方案“智能工厂”实训实验室方案指导思想以中国制造2025指导思想为主体，融合“互联网+”将工业领域新一代革命技术的研发与创新技术成果、互联网的创新成果深度融合于智能工厂领域之中，提升实体经济的创新力和生产力，形成更广泛的以互联网为基础设施和实现工具的经济发展新形态。促进以云计算、物联网、大数据为代表的新一代信息技术与现代制造业、生产性服务业等的融合创新，发展壮大新兴业态，打造新的产业增长点，为大众创业、万众创新提供环境，为产业智能化提供支撑，增强新的经济发展动力，促进国民经济提质增效升级。“智能工厂”实训实验室方案方案概述将企业生产制造车间由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现，主要涉及整个企业的生产物流管理和人机互动在工业生产过程中的应用。结合企业生产物流运营模式，结合学校电子技术、机电一体化、电气自动化、生产管理、物流管理及其相关专业现阶段建设情况，以及智能工厂实验室规划理念，进行综合且专业化的设计，以中国制造2025和“互联网+”模式为实训教学研究载体，构建一个高端精细化实体制造运作模式的实验室。让学生足不出校就能真实体验中国制造2025和“互联网+”在生产制造企业的运营模式，增强学生的社会实践能力，提高学生社会竞争力。通过校企合作，校方教师与企业共同从项目调研、产品研发、项目实施、试运行到实训课程建设，获得成果共享为社会创造价值，从而增强师资教学水平与科研思维意识；提高学校的社会知名度。第一章智能工厂实验室设计规划1.1实训室建设目标通过建立智能工厂实验室，能够实现以下目标：理论与社会实践相结合；提高学生社会就业竞争力；教学和研究一体化；打造“校中企”的实训模式，创新智能工厂综合实训教学模式；打造成智能工厂综合实训示范基地；让学生实训后具备制造企业中层管理决策能力；培养具备高端制造领域运作模式和数字化控制技术的高级人才；培养具备“互联网+”业态创新思维与智能工厂整合能力的复合型管理人才。第一章智能工厂实验室设计规划1.2实训教学设计规划认识—使学生对智能工厂的认识从观念上升到实际。理论—从认知层面学习掌握理论、原理、创新思维和技术知识。实操—通过智能工厂实训智能装备与数字化软件系统相结合对所学原理与技术

进行实践，掌握智能工厂运作中智能制造、智能生产、智能物流

运营管理以及信息流通活动协作技能。演练—根据实验设计，学生通过动脑和动手提升理论与实际的紧密结合能力，

深入智能工厂跨领域活动各个环节团队运作能力。应用—以满足行业市场需求为任务，模拟高端制造企业实际场景，完成应用

操练，形成工业制造生产企业的产前物流、产中物流、第三方物流、

智能工厂、“互联网+”企业运作的“战略”意识。集成—培养学生科技创新意识，利用所学原理知识和掌握的研发技能训练，形成

整体智能工厂“战略”布局，转化为更为符合中国制造2025战略的层面，提升知识技能系统化。第一章智能工厂实验室设计规划1.3智能工厂优势特点以硬件环境建设、软件环境搭建以及课程体系建设并重的方式实施，确保学校在智能工厂硬件设备投入的情况下，通过互联网及其软件平台以及丰富的实践教学课程体系，开展智能化生产、智能制造、智能物流实训实验，充分培养学生在机电一体化、电气工程、电子技术、生产管理、物流工程、工业工程及其相关专业的综合实践应用和科研创新能力。传统实训室如工业工程、电气自动化实训室等技术落后，功能单一与外界最新技术发展趋势脱节缺少生产管理方面的教学内容教学手段陈旧智能工厂实训室集成了最新的自动化、信息化技术，如“互联网+”、物联网等体现了生产管理、运维等完整的企业管理思路，实现学习到工作的无缝对接集成了信息化的教学手段，提高学生的学习积极性第一章智能工厂实验室设计规划工业性：硬件产品配置的标准件均采用工业一线品牌，非标件的加工和电气配线均符合国际化工业标准，软件系统均经过世界五百强制造企业运行验证合格，符合“互联网+”行动计划中的数据实时和协同创新理念，最大程度的缩短了与工业级设备的差距。该系统可全自动化、高效率、高精度的制造产品，并可通过射频技术存储并追踪各工序生产信息。其中数控车床、加工中心、工业机器人、工业总线、工业柔性传输线、检测系统等设备与控制系统均与工业生产应用相一致，将现代化工业现场的各项先进生产制造技术充分融合并展现。开放性：产品开放了电路气路配线、机械装调等功能，使学生可以真正实现动手实操。电气部分的扩展体现在接口自由，各从控单元均可外接控制器来实现控制功能。机械部分的扩展体现在系统可通过添加新的模块单元来完成系统升级。技术先进性：系统所涉及的工业机器人、多轴运动控制系统、工业柔性传输线、RFID射频识别系统等，物联网数据传输可追溯性管理等先进技术均充分体现了系统技术应用的先进型。第一章智能工厂实验室设计规划产品高端性：产品主要电气元件和传动机构均选用德、日进口一线工业品牌产品；机械加工零件如钢制、铝制零件均在保证高标准加工精度的同时，进行了表面氧化、喷涂等处理方式。可确保设备在保证质量和稳定性的同时，达到外形美观的特点。系统采用了德国西门子可编程控制器、变频器；日本欧姆龙工业传感器与RFID射频识别系统；德国西门子或日本松下数控系统；日本松下或安川工业机器人柔性生产性：可根据生产计划执行全自动化原料检测、识别、加工、后处理、装配、包装、成品入库的系统功能。从软件上，通过上位机自动化生产管理系统，可实现生产信息存储追踪功能，和柔性排产计划功能，从而有效记录、统计、追踪、变换生产质量和效率；从硬件上，系统可通过简单的更换一些工装夹具和加工程序，改变生产产品。系统模块化：系统中的单元设备（上料系统、数码车床、机器人、检测系统、封箱模块、码垛模块等）具有“联机/单机”两种操作模式。所有的单元设备的都可以独立操作，可以单机设备为平台，进行单项技术的研发。第一章智能工厂实验室设计规划综合性：整套系统从机械传动的精心设计、控制元件类型的选用、数据采集的实时、软件系统的集成、产品的柔性化和控制类型上，均体现其特点特性，以多元化为出发点，避免重复使用，使学生可以在一套系统中最大可能的掌握更多知识点。用户可以根据这一套系统同时设立多门实训课程，从而达到同类几套产品的实训功能。能够实现的技术实训内容包括：系统集成技术、物流工程技术、PLC控制技术、总线技术、电气控制技术、气动技术、液压技术、伺服控制技术、变频控制技术、电子技术、组装技术、运动控制技术、电机拖动技术、直流调速技术、步进闭环控制技术、PID控制技术、机械传动与执行机构技术、故障检测与排除技术、传感技术、测控技术、组态技术、HMI人机交互技术、自动化仓储管理技术、智能仪表控制技术、质量控制技术、图像视觉处理技术、RFID射频识别技术。第一章智能工厂实验室设计规划便捷性：产品由一个总控单元和各类从控单元等组成，其组成形式采用模块化设计理念，每个从控单元均由支撑平台、配电板、执行部分组成。具备结构风格统一、升级扩展灵活等特点。各单元分为手动/自动两种模式，可单站训练也可整体运行，使得实训能够更加安全便捷的进行。安全性：设备具有接地保护、过载保护、短路保护、漏电保护功能、具有误操作保护功能、安全性符合相关的国标标准、所有材质均符合环保标准。所有元器件满足国家CCC认证。本实训室最大亮点在于改进常规的软/硬件脱节与只做不研或者只研不做的弊端，通过软件集成实训室所有的智能设备，建设创新、智能、自动、系统的智能工厂实验室。最大的特色在于移植企业运营管理模式，将传统制造业通过互联网思维优化整合与信息物联无缝集成，并且转化为高校实用教学。第一章章智智能工工厂实实验室室设计计规划划1.4实训室室布局局此智能能工厂厂实验验室布布局灵灵活，，可以以系统统性布布局也也可以以模块块化布布局，，建议议实训训室场场地在在100平方米米以上上。示意图图（仅仅供参参考））第二章章智智能工工厂实实验室室系统统构成成2.1智能工工厂管管理系系统智能工工厂管管理系系统是是结合合生产产制造造企业业的咨咨询规规划的的实际际，同同时基基于ERP、MES（制造造执行行系统统）、、控制制系统统及供供应链链管理理于一一体实实现整整体无无缝的的信息息互联联的一一个透透明化化智能能工厂厂管理理系统统。第二章章智智能工工厂实实验室室系统统构成成智能工工厂管管理系系统为为在激激烈的的全球球竞争争中保保持优优势，，制造造企业业要最最大化化利用用资源源，将将生产产变得得更加加高效效；为为适应应不断断变化化的客客户需需求，，制造造企业业必须须尽可可能的的缩短短产品品上市市时间间，对对市场场的响响应更更加快快速；；为满满足市市场多多元化化的需需求，，制造造企业业还要要快速速实现现各环环节的的灵活活变动动，将将生产产变得得更加加柔性性。而而高效、、快速速、柔柔性，正是是智能能化企企业为为制造造业带带来的的最大大变化化。第二章章智智能工工厂实实验室室系统统构成成通过智智能化化的工工厂规规划，，可以以减少产产品上上市时时间至至少30%；通过过优化化规划划质量量，可以降降低制制造成成本20%。而在在新产产品上上市比比例、、设备备生产产效率率、产产品交交付能能力及及营运运利润润率等等多个个方面面，智智能化化工厂厂的指指标均均远远远高于于传统统制造造企业业。智能制制造带带来的的不只只是炫炫目的的科技技，还还有实实实在在在的的收益益，以以及支支撑企企业长长远发发展的的竞争争力。。主要包包含以以下功功能特特点。基础数数据管管理基于生产管管理的决策策，需需要采采集大大量的的辅助助生产产数据据。这这些数数据可可以采采用数数据采采集系系统、、条形形码/二维码码/射频标标签(RFID)等方式式获得得。系统根根据实实际需需要可可以灵灵活的的采用用自动动收集集(采用条条形码码/二维码码/RFID)以及手手工录录入的的方式式提供供必要要的基基础数数据，，以符符合国国家要要求和和生产产管理理的需需要。。生产计计划和和排产产根据混混流平平衡的的原则则实现现排产产，由由日计计划排排定上上线顺顺序计计划，，并计计算出出装配配过程程中各各个相相关工工位所所需要要的物物料信信息，，实现现物料料的拉拉动管管理。。订单单管理理将允允许进进行次次序的的调整整（包包括改改序，，插序序等））。第二章章智智能工工厂实实验室室系统统构成成物料拉拉动管管理生产物物料管管理实实现对对整个个生产产过程程的物料信信息的的全面面实时时管理理。生产产物料料管理理的功功能与与生产产计划划和生生产跟跟踪管管理紧紧密结结合，，通过过设备备状态态和生生产监监控的的实时时数据据，对对物料料消耗耗的情情况进进行及及时的的监控控和报报告。。第二章章智智能工工厂实实验室室系统统构成成采购管管理包括采采购计计划、、采购购订单单、采采购结结算、、采购购费用用、价价格及及供货货信息息资料料等功功能模模块，，基于于工作作流驱驱动对对采购购业务务的物物流进进行有有效的的跟踪踪和管管理。。第二章章智智能工工厂实实验室室系统统构成成订单管管理订单是是整个个系统统的内内在驱驱动力力之一一，针针对不不同客客户具具有多多种订订单接接收策策略，，常用用的XML、EMAIL、TXT文件等等方式式；订订单管管理主主要包包括订订单的的接收收/录入、、执行行情况况跟踪踪等功功能。。仓储管管理仓储是是供应应链执执行过过程的的核心心环节节，仓仓储管管理包包括仓仓储资资源的的管理理和业业务运运作流流程的的实现现。主要包包括收收货、、品检检、上上架、、拣选选、流流通加加工、、装运运、补补货、、库存存控制制、可可视化化监控控、移移库、、盘点点等功功能。。第二章章智智能工工厂实实验室室系统统构成成供应商商管理理供应商商评估估，支支持对对供应应商在在的质质量、、价格格、交交期、、服务务、可可持续续性的的改进进等各各方面面进行行综合合评估估；全全程程的合合同纪纪录和和跟踪踪；建建立供供应商商-存货价价格体体系，，实现现采购购询价价、比比价、、筛选选、分分析等等。第二章章智智能工工厂实实验室室系统统构成成产品跟跟踪管管理在生产产过程程中，，产品品跟踪踪很重重要。。产品品生产产动态态队列列是物物料拉拉动和和订单单跟踪踪的基基础。。跟踪踪方式式以条形码码、二二维码码和射射频标标签为主，，进行行生产产投料料、生生产装装配、、检测测，收收集生生产数数据，，建立立生产产信息息档案案和生生产线线的监监控。。生产现现场管管控即时资资料处处理(RealTime)：生产过程程的数据可可以进行实实时反馈，，保障实实时对生产产现场的管管控。现场无纸化化作业(Paperless)全部采用电电子设备采采集生产数数据，不需需要再填写写大量的书书面报告。。现场资源追追踪(Tracking)可以及时了了解生产现现场包括人人力、设备备、材料等等资料的利利用情况。。生产状况监监控(Monitoring)可以通过系系统及时了了解产品情情况，实时时把握生产产的最新状状况。自动化设备备控制(Control)可与生产自自动化设备备进行对接接，使系统统与设备真真正一体化化。及时现场管管理(JitManagement)及时反馈现现场生产数数据给管理理者，让管管理者及时时对生产过过程进行调调控。第二章智智能工厂实实验室系统统构成2.1.15SPC（统计工序序控制）质质量管理对于产品生生产质量数数据，当发发现有质量量问题的时时候，操作作员可选择择相应的质质量问题原原因，完成成整个记录录过程。质质量问题的的原因内容容可根据需需要做自定定义的修改改。需要查查询质量数数据，只要要输入产品品的ID号，，即即可可显显示示产产品品的的相相关关质质量量信信息息。。建立立产产品品生生产产全全过过程程档档案案(工艺艺、、时时间间、、人人员员、、部部件件、、检检测测等等)；建建立立质质量量追追溯溯链链，，实现现正正反反向向追追溯溯，追追溯溯至至供供应应商商和和人人员员。。第二二章章智智能能工工厂厂实实验验室室系系统统构构成成全程程追追溯溯体体系系从原原材材料料的的供供应应商商，，生生产产批批号号资资讯讯，，到到生生产产中中的的人人员员设设备备资资讯讯，，生生产产测测试试记记录录，，维维修修记记录录以以及及产产品品出出货货后后的的位位址址，，数数量量等等资资讯讯，，智智能能工工厂厂管管理理系系统统都都会会忠忠实实的的进进行行记记录录以以建立立完完整整的的追追溯溯档档案案。当当发发生生问问题题时时，，可可以以提提供供精精确确的的资资料料来来给给分分析析人人员员提提供供帮帮助助来来确确定定问问题题和和确确定定影影响响的的范范围围。。第二二章章智智能能工工厂厂实实验验室室系系统统构构成成智能能预预警警管管理理通过过系系统统的的预预警警功功能能，，我我们们可可以以透透过过Mail，短短信信，，报报警警灯灯等等方方式式可可以以让让相相关关人人员员及及时时发发现现问问题题，，在在问问题题扩扩大大之之前前就就将将问问题题消消灭灭，，减减少少由由此此造造成成的的损损失失。。系统统通通过过现现场场采采集集的的即即时时生生产产资资料料中中发发现现异异常常，，然然后后通通知知到到相相关关责责任任人人并并且且停停线线防防止止问问题题扩扩大大而而停停线线，，相相关关人人员员如如果果措措施施正正确确可可以以继继续续生生产产，，否否则则停停线线整整顿顿。。第二二章章智智能能工工厂厂实实验验室室系系统统构构成成工艺艺管管理理视视觉觉化化在产产品品生生产产过过程程中中，，提供供生生产产工工艺艺路路线线视视觉觉化化查查询询,直观观的的显显示示产产品品应应该该走走的的工工序序，，已已经经走走过过哪哪些些工工序序，，以以及及生生产产详详细细资资料料。。配送送管管理理以最最大大限限度度的的降降低低生生产产物物流流成成本本、、提提高高运运作作效效率率为为目目的的，按按照照实实时时配配送送原原则则，，在在多多购购买买商商并并存存的的环环境境中中，，通通过过在在购购买买商商和和各各自自的的供供应应商商之之间间建建立立实实时时的的双双向向链链接接，，构构筑筑一一条条顺顺畅畅、、高高效效的的物物流流通通道道，，为为购购买买、、供供应应双双方方提提供供高高度度集集中中的的、、功功能能完完善善的的和和不不同同模模式式的的配配送送信信息息服服务务。。协同同管管理理是以以集集中中管管控控、、协协同同应应用用的的企企业业管管理理模模式式为为背背景景，，满满足足制制造造企企业业管管理理模模式式变变革革平平稳稳过过渡渡需需要要，，符符合合企企业业管管理理发发展展趋趋势势，，形形成成了了制制造造供供应应链链和和典典型型离离散散制制造造模模式式。。第二二章章智智能能工工厂厂实实验验室室系系统统构构成成现场场设设备备管管理理通过过二二维维码码、、RFID或蓝蓝牙牙等等现场场设设备备与与移移动动终终端端（手手机机、、Pad）的的组组合合，，实实现现设设备备维维护护、、点点巡巡检检等等管管理理流流程程的的信信息息化化和和跨跨平平台台处处理理。。用户户使使用用移移动动终终端端，，可可以以在在任任意意一一台台设设备备旁旁边边实时时查查看看运运行行相相关关数数据据，调取取设设备备手手册册和检检修修流流程程等等文文档档资资料料，，维维护护工工作作完完成成后后，，系系统统自自动动将将维维护护人人员员、、维维护护过过程程等等信信息息上上传传至至服服务务器器，，实实现现程程序序闭闭环环。。第二章智能能工厂实验室室系统构成客户管理通过对客户资资料的收集、、分类、存档档、检索和管管理，全面掌握不同客户群体体、客户性质质、客户需求求、客户信用用等客户信息。以提供最佳客客户服务为宗宗旨，为客户户提供物流运运作、方案、、价格、市场场、信息等各各种服务内容容，及时处理理客户在合作作中遇到的各各类问题，妥妥善解决客户户合作中发生生的问题，培培养长期的忠忠诚的客户群群体，为企业业供应链的形形成和整合提提供支持。同时包括对客客户服务渠道道和业务查询询的管理，通通过客户服务务渠道，客户户可以通过多多种方式（如如网上查询、、电话查询、、短信通知、、E-MAIL通知等）或者者客户订单的的状态及其作作业情况。第二章智能能工厂实验室室系统构成2.2智能生产流水水线该实验室实训训用流水线是是实现了螺丝丝+垫片+螺帽的产品组装的整个生产流流程。主要包括上料、组装、、产品检查、、产品装箱、、码垛、产品品入库的工序。RFID电子标签已埋埋在原料工件件内部，检测测距离约为140mm。RFID检测系统可以以准确地读取取工件内的标标签信息，进进而实现了产品分拣和全全程数据跟踪踪。通过更换机器人夹夹具，即可对应不同规格的螺丝、垫片片和螺帽。（（软件上，通通过识别RFID信息，自动进进行分别处理理）并且采用了先先进的Profibus工业现场总线线控制方式，，配有主控德德国西门子S7-300PLC、人机界面、、组态软件等等，系统更大大程度上的展展现了工业现现场的工作状状态及现代制制造工业的发发展方向。第二章智能能工厂实验室室系统构成系统工作流程程：在总控界面输输入生产需求求后，系统会会自动检查料料仓库存情况况，并按照生生产需求，根根据上述流程程自动传输、、识别、装配配、入库等，，从而打造缩缩小版具有中中国制造2025特征的柔性化化、智能化、、网络化生产产线。第二章智能能工厂实验室室系统构成上料由料库、上料料振动盘（或或上料机器人人）组成，用用于将工件库库中的工件（（螺丝、垫片片、螺帽）分分别按照生产产需要依次推推出到组装设设备中。原料料工件中已经经含有RFID电子标签，以以便于产品质质量跟踪。三工位的供料料设计，使得得供料方式多多样化，可以以进行单一的的上料，也可可以进行不同同编型号的组组合上料，以以及对上料速速度快慢控制制，实现上料料形式的多样样化。自动上料振动动盘数控机床用上上料机器人第二章智能能工厂实验室室系统构成组装该数控机床把把垫片套入到到螺丝上，并并且拧紧螺帽帽。设有多个传感感器，可以检检测原料件是是否正确到位位。检测工件的RFID的信息，自动动识别不同规规格的原料工工件，从而进进行不同的处处理（比如说说拧紧的力度度调整，拧的的转数的调整整等）。把加工信息实实时传送给上上位控制电脑脑。第二章智能能工厂实验室室系统构成产品检查智能视觉检测测系统采用CCD照相机将被检检测的目标转转换成图像信信号，传送给给专用的图像像处理系统，，根据像素