工业机器人集成系统数字化设计与仿真（微课版）课程标准、授课计划

XX学院XX专业课程标准《工业机器人集成系统数字化设计与仿真》课程标准1前言1.1课程基本信息本课程总课时数为48学时，学分3，适用于XX专业。1.2课程性质本课程是XX专业学生必修的岗位核心课。1.3设计思路本课程的实践性很强，属于软件类、实践类课程，教学宜在计算机机房进行，采用理实一体化方式授课，主要以学生上机操作为主。每个项目都安排学生做一定量的习题。在难度方面应有基本、深入和提高三个级别。要求学生除完成基本课题外，应完成教师布置的自学设计题目。2课程目标本课程的教学目标是：通过应用NX、Tecnomatix（ProcessSimulate）、TIAPortal三款软件，结合工业机器人应用编程1+X考证平台等项目案例，介绍工业机器人工作站的数字化建模、运动仿真以及虚拟调试的方法和技巧，为学生能够在实际生产中解决工业机器人工作站设计、应用等方面的实际问题打下坚实的基础。通过本课程的教学，学生应达到下列要求：1.熟悉工业机器人工作站的分类、结构和应用；2.掌握NX软件草图绘制、三维造型、组件装配等基本操作；3.掌握ProcessSimulate软件机器人仿真的操作要领；4.熟练掌握TIAPortal和ProcessSimulate软件的联合调试方法。3课程内容3.1课程内容本课程共分为7个项目，具体内容见下表。项目序号项目名称项目内容项目1工业机器人工作站概述机器人的定义、发展史、分类和常见品牌，工业机器人工作站的结构、应用和发展趋势，以及数字孪生技术等。项目2工业机器人工作站三维设计NX软件的基本功能、工作界面及二维草图绘制、三维建模和装配等基本操作，以及工业机器人本体、快换工具（母盘、平口手抓）、周边设备（传输线）的三维建模。项目3基于PS软件的工业机器人工作站仿真PS（ProcessSimulate）软件的基本功能、界面特点和基本操作，以及模型导入、设备定义、对象流操作仿真、设备操作仿真、复合操作仿真、机器人仿真的方法和流程。项目4TIA博途与PS软件联合虚拟调试TIA博途（TIAPortal）软件的基本功能、界面特点和基本操作，以及PS软件信号创建、PLC环境构建、PS与PLC通讯、生产线模式仿真、PS与PLC联合虚拟调试的方法和流程。项目5工业机器人应用编程1+X考证平台仿真与调试以工业机器人应用编程1+X考证平台为任务载体，包括工业机器人的坐标系、基本运动指令，以及工业机器人写字工作站仿真、机器人码垛工作站仿真、机器人装配工作站仿真的方法和流程。项目6工业机器人焊接工作站仿真焊枪的定义、焊接路径的生成、焊接操作的创建、焊接路径的优化，以及带导轨的弧焊机器人工作站仿真、带变位机的弧焊机器人工作站仿真、点焊机器人工作站仿真的方法和流程。项目7其他工业机器人工作站喷枪的定义、刀具路径CLS文件生成、人体及姿态的创建，以及工业机器人喷涂、磨抛、人机协作工作站仿真的方法和流程。3.2学时分配序号课题课时1工业机器人工作站概述22工业机器人工作站三维设计83基于PS软件的工业机器人工作站仿真84TIA博途与PS软件联合虚拟调试65工业机器人应用编程1+X考证平台仿真与调试86工业机器人焊接工作站仿真87其他工业机器人工作站8合计484实施建议4.1教材参考书选用1．教材：《工业机器人集成系统数字话设计与仿真》，张伟主编，人民邮电出版社，2023.92．参考书：《UGNX综合建模与3D打印》，张伟主编，机械工业出版社，2020.11《工业机器人应用编程（ABB）》（中级），王志强、禹鑫燚、蒋庆斌主编，高等教育出版社，2020.94.2教学建议本课程的特点是实践性强，教师应采用讲授、案例法等多种教学方法，以最大限度地激发学生的学习兴趣。教学手段需采用多媒体教学，结合上机、教材、PPT、视频等。4.3教学评价本课程为考试课，采用平时考核和期末考试相结合的考核方法，采用百分制评分标准，其中：平时成绩（包括平时作业和课堂表现）占30%，期末考试（对全书内容掌握情况进行全面系统考核，上机考试）占70%。4.4课程资源的开发与利用利用现代信息技术开发电子教案、习题库、试题库和视频等。批准20年月日XXXXXXXX学院学期授课计划202X-202X学年第学期课程名称工业机器人集成系统数字化设计与仿真适用班级任课教师教研室主任教研室通过日期：202X年月日学期授课计划编订说明课程标准名称学期授课计划编订说明批准部门及时间XXXX学院《工业机器人集成系统数字化设计与仿真》课程标准教务处教学内容(授课内容起止章节)项目1至项目7教材名称作者及出版单位《工业机器人集成系统数字化设计与仿真》张伟人民邮电出版社教学时数48已讲授时数0尚需讲授时数48本学期授课时数班级本学期教学周数本学期周学时本学期教学时数预计名义假日缺课时数本学期实际计划时数总时数其中讲授实验期中测验复习课期末考试机动481244624622202200说明1、基本知识点：机器人的分类、结构和应用；数字孪生的概念和工具；工业机器人编程职业技能等级标准的内容等。2、重要技能点：NX软件的草图绘制、三维建模和装配操作；ProcessSimulate软件基本操作；TIAPortal博图联合仿真与虚拟调试等。3、授课方式：理实一体化（上机）、线上线下混合式教学。4、考核方式：上机考试，考评中引入融入课程思政内容的素质考评，占比10%，通过教师评价和学生互评产生。学期授课计划表课号授课章节与时数主要内容与教材分析实验课外作业备注章节名称时数主要内容重点、难点思政元素内容或题号1项目1机器人概述知识1.1机器人概述知识1.2机器人工作站知识1.3数字孪生概述任务1.1工业机器人应用编程1+X证书任务1.2工业机器人相关职业发展规划2本课程的学习目标、学习内容、学习方法和考核方式；机器人的定义、发展史、分类等；机器人工作站的结构、应用和发展趋势；数字孪生技术等；1+X证书试点制度；工业机器人应用编程职业技能等级标准；职业发展规划等。机器人工作站的发展、分类、结构、应用现状和发展趋势；工业机器人应用编程1+X证书制度。了解国家智能制造发展战略；了解中国工业机器人企业的跨国收购之路，培养学生的爱国情怀。上机安装NX12.0软件、ProcessSimulate、TIA博途软件2项目2工业机器人工作站三维设计知识2.1NX软件概述知识2.2二维草图绘制知识2.3三维零件建模知识2.4组件装配2熟悉NX12.0软件的界面、功能、特点、常用工具；二维草图绘制、14107编辑和约束；NX三维建模的基础特征和基本操作；拉伸特征、旋转和扫掠特征；特征操作、变换和测量；装配概述和装配约束等。草图曲线特点及应用范围、曲线绘制和操作；草图的编辑及约束操作方法；三维造型操作方法。通过梁思成手绘古建筑图介绍，介绍从手工绘图到计算机绘图的发展过程，培养学生严谨的专业素养。上机创建草图曲线练习、创建三维零件练习3任务2.1工业机器人本体（ABBIRB120）建模任务2.2快换工具建模任务2.3周边设备（输送线）建模2IRB120机器人1轴底座、2轴腰部、3轴大臂、4轴肘部、5轴小臂、6轴腕部的三维建模和整体装配；母盘、平口手爪、输送线的三维建模。IRB120机器人2轴腰部的建模；母盘的三维建模；输送线的三维建模。介绍北京冬奥会“冰墩墩”的设计特点，了解设计对于产品热销的重要性，同时培养民族自豪感。上机工业机器人本体零件三维建模练习、末端工具及周边设备三维建模练习4项目3基于PS软件的机器人工作站仿真知识3.1PS软件基本功能知识3.2PS软件的界面任务3.1PS软件基本操作2PS（ProcessSimulate）软件的基本功能、界面特点和基本操作（文件、主页、视图、图形查看器工具栏、建模操作）。PS软件的基本操作。介绍我国主要工业软件的现状，了解专业软件领域的“卡脖子”现状，激发学生的爱国情怀。上机PS软件基本操作练习5任务3.2设备定义2机器人定义（ABBIRB120）、机械手定义（平口手抓）、曲柄连杆机构夹具定义等。设备定义的方法和流程。涅槃重生，红旗轿车的数字化转型之路，通过国产红旗汽车从亏损到年销售30万量的案例，了解设计的重要性，激发学生的爱国情怀。上机PS软件设备定义练习6任务3.3创建“操作”仿真2创建对象流操作（传输线仿真）、创建设备操作（握爪设备操作）、创建复合操作（握爪复合操作）等。创建“操作”仿真的方法和流程。数字化仿真助力我国制造业转型升级。上机PS软件创建“操作”仿真练习7任务3.4创建机器人仿真2安装末端工具、创建机器人操作、干涉碰撞检查、机器人离线编程等。创建机器人仿真的方法和流程。上机PS软件创建机器人仿真练习。8期中测试2期中测试项目1至项目3期中测试上机期中测试9项目4TIA博途与PS软件联合虚拟调试知识4.1TIA博途软件概述知识4.2博途编程基础任务4.1STEP7软件的调试2TIA博途（TIAPortal）软件的基本功能、界面特点和基本操作，PLC环境构建，STEP7软件的调试。STEP7软件调试的方法和流程。全球首座原生数字化工厂在南京投运，我国数字化工厂进入新时代。上机STEP7软件的编程和虚拟调试练习10任务4.2HMI编程与仿真2HMI编程与仿真，包括HMI组态、界面设计、仿真等。HMI编程与仿真的方法和流程。上机HMI编程与仿真练习。11任务4.3PS软件生产线仿真任务4.4PS软件联合虚拟调试2以及PS软件信号创建、PS与PLC通讯、生产线模式仿真、PS与PLC联合虚拟调试的方法和流程。PS与PLC联合虚拟调试的方法和流程上机PS软件生产线仿真和虚拟调试练习。12项目5工业机器人应用编程1+X考证平台仿真与调试知识5.1坐标系知识5.2基本运动指令2工业机器人应用编程1+X考证平台结构、工业机器人的坐标系、基本运动指令等。工业机器人零件工程图设计的方法和步骤。“机器人专家”蒋刚：以工匠精神打造未来科技。上机基本运动指令编程练习13任务5.1机器人写字工作站仿真2工业机器人写字工作站数字模型的构建、仿真、离线编程和虚拟调试等。工业机器人写字工作站仿真的方法和流程。上机工业机器人写字工作站仿真练习14任务5.2机器人码垛工作站仿真2工业机器人写字码垛系统数字模型的构建、仿真、离线编程和虚拟调试等。工业机器人写字工作站仿真的方法和流程。上机机器人工作站码垛仿真练习15任务5.3机器人装配工作站仿真2工业机器人装配工作站数字模型的构建、仿真、离线编程和虚拟调试等。机器人装配工作站仿真的方法和流程。介绍天宫一号的机器人手臂的结构设计和功能，培养民族自豪感，激发学生科技报国的热情。上机机器人工作站装配仿真练习16项目6工业机器人焊接工作站仿真知识6.1焊枪的定义知识6.2焊接路径的生成知识6.3焊接轨迹的优化2焊枪的定义、焊接路径的生成、焊接操作的创建、焊接路径的优化等。弧焊焊枪和点焊焊枪的定义方法。通过介绍各种机器人搬运工作站，了解机器人在传统行业转型升级中的作用，培养学生对专业和课程的热爱。上机焊枪的定义练习17任务6.1带导轨的焊接工作站仿真2带导轨的弧焊机器人工作站数字模型的构建、仿真、离线编程和虚拟调试等。带导轨的弧焊机器人工作站仿真的方法和流程。了解焊接的原理，通过机器人焊接在杭州亚运场馆建设中的应用，培养学生对专业的热爱。上机工业机器人弧焊工作站设计练习18任务6.2带变位机的焊接工作站仿真2带变位机的弧焊机器人工作站数字模型的构建、仿真、离线编程和虚拟调试等。带变位机的弧焊机器人工作站仿真的方法和流程。上机工业机器人弧焊工作站设计练习19任务6.3工业机器人点焊工作站仿真2点焊机器人工作站数字模型的构建、仿真、离线编程和虚拟调试等。点焊机器人工作站仿真的方法和流程。数字化工艺仿真助力我国新能源汽车产业蓬勃发展。上机工业机器人点焊工作站设计练习20项目7其他机器人工作站知识7.1喷枪的定义知识7.2数控CLS文件生成知识7.3人体及姿势创建2喷枪的定义、刀具路径CLS文件生成、人体及姿态的创建方法等。刀具路径CLS文件生成方法。安全意识是工业机器人技术人才的必备职业素质。上机数控CLS文件生成、人体及姿势的创建练习21任务7.1机器人喷涂工作站仿真2工业机器人喷涂