制造業(yè)要從傳統的生產(chǎn)模式轉變?yōu)橹悄苤圃炷Ｊ?，除了技術(shù)上的革新，還需要大力培養適應智能制造的一線(xiàn)管理技術(shù)人才，職業(yè)技術(shù)院校任務(wù)艱巨。當前絕大部分高職院校都沒(méi)有智能制造實(shí)訓基地，缺乏智能制造實(shí)踐環(huán)節培養計劃，還無(wú)法滿(mǎn)足企業(yè)對工業(yè)4.0一線(xiàn)管理技術(shù)人才要求。目前我國高校在智能制造實(shí)驗室的規劃和建設還處于起步階段，且主要集中在東部沿海地區的本科院校，而在以一線(xiàn)管理和技術(shù)人才培養為目標的職業(yè)院校則還非常少見(jiàn)。目前已建成的該類(lèi)校內基地絕大部分沒(méi)有進(jìn)行實(shí)際的生產(chǎn)，且在服務(wù)教學(xué)中的工作模塊及站點(diǎn)劃分不夠清晰，不利于模塊化單元的教學(xué)。

面對國內高?！皩?shí)踐教學(xué)與社會(huì )需求人才脫節”、“傳統教學(xué)設施無(wú)法支撐現代版產(chǎn)學(xué)研平臺搭建”、“教師教學(xué)知識滯后于現代科學(xué)技術(shù)”等諸多痛點(diǎn)，四川城市職業(yè)學(xué)院探索并實(shí)踐，進(jìn)行了智能制造實(shí)驗室的建設。文章以四川城市職業(yè)學(xué)院“工業(yè)4.0的智能制造實(shí)訓基地”(以下簡(jiǎn)稱(chēng)基地)的建設為起點(diǎn)和平臺而展開(kāi)，旨在介紹智能制造實(shí)驗室建設思路和建設的過(guò)程。

1、基地建設總體思路

該基地在建設初期，就以服務(wù)智能制造類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)，助力智能制造人才培養，服務(wù)四川乃至國家的智能制造產(chǎn)業(yè)為目的，因此，在建設基地的過(guò)程中主要按照以下思路進(jìn)行。

1.1 教學(xué)實(shí)踐基地建設與生產(chǎn)實(shí)際相結合

目前已有的校內智能制造基地缺少實(shí)際加工環(huán)節，不能真實(shí)的體現實(shí)際產(chǎn)品加工的環(huán)節，用這樣的產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行教學(xué)，不利于真正與生產(chǎn)實(shí)際接軌，因此，我院要進(jìn)行建設的智能制造實(shí)訓基地必須體現真實(shí)的加工環(huán)節，為學(xué)生提高實(shí)際應用能力提供真實(shí)的實(shí)踐平臺。

1.2 服務(wù)于地方經(jīng)濟，能創(chuàng )造效益

在滿(mǎn)足相關(guān)專(zhuān)業(yè)日常教學(xué)和實(shí)習實(shí)訓需求外，閑置時(shí)間可作為智能工廠(chǎng)生產(chǎn)能力的補充，為區域經(jīng)濟發(fā)展服務(wù)，同時(shí)創(chuàng )造效益。

1.3 體現對教學(xué)內容進(jìn)行重構，實(shí)現模塊，支撐單元化、模塊化教學(xué)

基地建設要充分考慮對教學(xué)的支持，在教學(xué)中既可以針對某個(gè)具體的單元項目進(jìn)行教學(xué)，又可以圍繞整個(gè)產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行綜合系統實(shí)訓。

1.4 產(chǎn)線(xiàn)涉及知識能覆蓋多學(xué)科，能支撐智能制造領(lǐng)域復合型人才培養

該產(chǎn)線(xiàn)能涵蓋數控、機器人、電子、電氣、自動(dòng)化、控制、計算機、軟件、信息系統、統計、生產(chǎn)管理等多學(xué)科領(lǐng)域，既可作為學(xué)?？鐚?zhuān)業(yè)的綜合教學(xué)實(shí)訓平臺，也能支撐新一代復合型人才培養。

1.5 體現全生命周期和柔性制造

“柔性”是相對于“剛性”而言的，傳統的“剛性”自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)主要實(shí)現單一品種的大批量生產(chǎn)。而柔性制造可滿(mǎn)足產(chǎn)品個(gè)性化定制的需求，考驗的是生產(chǎn)系統對產(chǎn)品變化時(shí)的反映能力。因此，基地建設的智能制造產(chǎn)線(xiàn)必須充分考慮柔性制造的要求。

2、基地建設步驟及規劃

圍繞基地建設總體目標，對基地的建設過(guò)程按以下步驟進(jìn)行：

2.1 前期調研，進(jìn)行基地功能的總體定位

智能制造實(shí)訓基地對于學(xué)校特色打造、學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)、以及專(zhuān)業(yè)教師的科研具有非常重要的地位；從目前情況看，建設智能制造實(shí)訓基地的投入相當高?；诖?，首先要明確實(shí)訓基地的功能定位，確保方向的合理性。在建設的前期，需要通過(guò)文獻研究及對企業(yè)、學(xué)校的調研對工業(yè)4.0特征和職業(yè)教育需求進(jìn)行充分分析，進(jìn)行定位。確定滿(mǎn)足學(xué)生實(shí)訓(教學(xué)實(shí)訓區)和實(shí)際產(chǎn)品智能制造(智能工廠(chǎng))的需求。

2.2 典型待制造對象的確定

根據基地總體建設目標，該智能制造實(shí)驗室既能滿(mǎn)足教學(xué)實(shí)訓要求，又要能生產(chǎn)真實(shí)產(chǎn)品。為了讓產(chǎn)線(xiàn)不是擺設和出現產(chǎn)學(xué)研平臺“空殼子”現象，考慮到學(xué)校地處龍泉汽車(chē)城這一獨特地理優(yōu)勢，經(jīng)過(guò)對區域主流制造產(chǎn)業(yè)的充分調研，選定典型的汽車(chē)尾氣渦輪增壓器為產(chǎn)線(xiàn)加工對象。一方面，加工的產(chǎn)品符合區域經(jīng)濟里的主流產(chǎn)品需求，能創(chuàng )造經(jīng)濟效益。另一方面，突破了目前已有的校內實(shí)踐基地的類(lèi)似產(chǎn)線(xiàn)模擬生產(chǎn)的現狀，更有利于產(chǎn)教融合。

2.3 產(chǎn)線(xiàn)工作站功能單元劃分

智能工廠(chǎng)要實(shí)現實(shí)際產(chǎn)品的全過(guò)程智能制造功能，需要合理的生產(chǎn)流程支持，作為復合性智能制造人才的培養，也需要多個(gè)知識體系的支撐。為了充分的發(fā)揮該基地對智能制造人才培養的支撐作用，結合智能制造的全過(guò)程，在充分考慮對學(xué)校該類(lèi)專(zhuān)業(yè)知識體系全覆蓋的前提下，將自動(dòng)化系統輸送線(xiàn)、AGV小車(chē)單元、立庫單元、RFID模塊單元、六軸機械手上下料單元、柔性化機加工單元(數控車(chē)床、數控銑床)、三坐標檢測單元、CCD檢測識別單元、機械手自動(dòng)組裝單元、激光鐳射單元、氣密性測試單元、鎖螺絲單元等整合。在實(shí)現功能全覆蓋的同時(shí)，也將關(guān)于智能制造領(lǐng)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機器人、智能機床、3D打印、大數據、傳感器、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、智能材料等眾多先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了融合，有利于人才培養過(guò)程中對智能制造領(lǐng)域知識的理解與綜合應用。為了利于教學(xué)，按功能進(jìn)行工作站的劃分。模塊化的工作站實(shí)現了知識單元的模塊化，有利于項目化教學(xué)任務(wù)的實(shí)施。如：產(chǎn)品生產(chǎn)前的數字化虛擬仿真調試工站就已經(jīng)作為教學(xué)模塊進(jìn)行應用。

3、基地建設方案

基地建設按照三個(gè)發(fā)展階段進(jìn)行建設：一期整體功能架構搭設階段；二期深層次研發(fā)及對外經(jīng)營(yíng)階段；三期強化科研投入及推廣應用階段。一期可實(shí)現立庫毛坯/產(chǎn)品的智能存儲、樣品的全生命周期信息管理、虛擬仿真系統的試運行等功能；二期在產(chǎn)線(xiàn)一期既有功能及不足基礎之上，聯(lián)合相關(guān)企業(yè)共同深層次研發(fā)挖掘與標準工業(yè)4.0的技術(shù)差距，在此階段重點(diǎn)引入學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)，以“師帶徒”的形式引領(lǐng)學(xué)生共同進(jìn)行項目的開(kāi)發(fā)，實(shí)現學(xué)生與智能制造技術(shù)“零接觸”；三期通過(guò)“企帶師”、“師帶生”的學(xué)習方式引進(jìn)3D打印技術(shù)，與五軸加工中心形成并行制造，以此強化柔性制造功能。

3.1 基地智能制造產(chǎn)線(xiàn)硬件單元

本產(chǎn)線(xiàn)重點(diǎn)突出工業(yè)4.0智能制造過(guò)程中，產(chǎn)品研發(fā)環(huán)節中的中重要組成部分，本系統主要由以下十二個(gè)單元組成：自動(dòng)化系統輸送線(xiàn)、AGV小車(chē)單元、立庫單元、RFID模塊單元、六軸機械手上下料單元、柔性化機加工單元(數控車(chē)床、數控銑床)、三坐標檢測單元CCD檢測識別單元、機械手自動(dòng)組裝單元、激光鐳射單元、氣密性測試單元、鎖螺絲單元組成。

各單元組成了一套全面的滿(mǎn)足工業(yè)4.0標準的示范生產(chǎn)線(xiàn)，通過(guò)本系統的使用，采用學(xué)習與實(shí)踐相結合的方式，可以使學(xué)生全面的掌握智能制造的相關(guān)知識與技能。

3.2 產(chǎn)線(xiàn)工作流程

為了體現真實(shí)產(chǎn)品制造加工和裝配，檢測的全過(guò)程，在一期建設階段，主要選取了渦輪轉子套上隔熱罩作為制造產(chǎn)線(xiàn)要完成的加工裝配件。待加工裝配完成的產(chǎn)品分為渦輪轉子套上隔熱罩、中間體加背盤(pán)、葉輪、螺母4個(gè)部分，其中，葉輪葉片由產(chǎn)線(xiàn)上的五軸加工中心完成，葉輪的孔徑由車(chē)床進(jìn)行加工，加工好的葉輪經(jīng)過(guò)檢測合格后，到達裝配單元由機械手自動(dòng)完成四個(gè)部分的組裝，激光打標，鎖螺絲之后由AGV小車(chē)運送至立體倉庫進(jìn)行保存。整個(gè)產(chǎn)線(xiàn)工作的過(guò)程為：通過(guò)二種方式完成生產(chǎn)訂單下達(本地上位機下單，網(wǎng)絡(luò )直接下單)，計劃系統根據訂單信息，生成生產(chǎn)任務(wù)，依據下達的加工件的工藝規劃或加工要求自動(dòng)選擇加工設備；每個(gè)待加工毛坯件均由操作者在入庫區將其放入相對應的庫位托盤(pán)內，通過(guò)傳感器確定毛坯件位置；系統收到出庫指令并確認加工個(gè)數后，由碼垛機進(jìn)行托盤(pán)及毛坯件出庫。托盤(pán)在到達接駁平臺位置后，通過(guò)RFID讀取毛坯件信息；信息讀取后，1號六軸機器人將葉輪毛坯件抓取放置于上料輸送流線(xiàn)載盤(pán)內，載盤(pán)通過(guò)流線(xiàn)輸送系統輸送到加工段；料盤(pán)到達加工工站后，由2號六軸機器人進(jìn)行葉輪毛坯件上料加工(車(chē)削中心、五軸加工中心、清洗)，加工完成后將工件放回托盤(pán)中，廢料自動(dòng)排出，通過(guò)循環(huán)線(xiàn)體將加工完成后葉輪運送至檢測區域，并通過(guò)線(xiàn)體擋停機構進(jìn)行擋停定位；視覺(jué)檢查葉輪由車(chē)床加工的孔的直徑尺寸，檢測完成后，托盤(pán)輸送至三坐標測量工位，由測量機器人開(kāi)始對葉輪葉片部分檢測，將測量結果上傳至數據庫；托盤(pán)輸送至裝配工位，由3號四軸機器人開(kāi)始裝配，開(kāi)始裝配前需由人工將中間體與背盤(pán)組件放置于暫存區(暫存數量2套組件)，首先，四軸機器人先將加工好的葉輪取下，放置于暫存平臺，然后四軸機器人再從另一暫存區將中間體與背盤(pán)組件取下，裝配于渦輪轉子與隔熱罩組件上，四軸機器人將放置于暫存區的加工好的葉輪成品安裝于渦輪軸上，裝配完成后托盤(pán)進(jìn)入下一工位；托盤(pán)進(jìn)入鐳射工站后，托盤(pán)擋停定位，激光鐳射單元開(kāi)始在產(chǎn)品上鐳射產(chǎn)品信息，產(chǎn)品信息可個(gè)性化定制；激光鐳射完成后，進(jìn)行氣密性檢測，檢測葉片與渦輪軸裝配完成后的裝配間隙，檢測完成后，產(chǎn)品流入下一工位。

3.3 產(chǎn)品全生命周期管理系統

為解決個(gè)性化定制與產(chǎn)品快速交付、生產(chǎn)成本之間不可調和的矛盾等問(wèn)題，智能制造生產(chǎn)線(xiàn)必須推進(jìn)數字化建設，將單一數據源貫穿規劃、設計、工程、生產(chǎn)直到產(chǎn)品服務(wù)的整個(gè)周期，實(shí)現從設計端到制造端全面集成。這么龐大的數據信息是否可以建立一個(gè)“產(chǎn)品身份證”來(lái)進(jìn)行信息存儲呢?所以在此次智能制造實(shí)訓基地的建設中，系統引進(jìn)了生產(chǎn)制造執行系統：DoD-MES系統。該系統可實(shí)現系統管理、用戶(hù)管理、功能權限管理、日志管理、密碼修改、工藝管理、設備監控、質(zhì)量管理和生產(chǎn)執行。在DoD-MES 系統中，通過(guò)產(chǎn)品上的RFID標簽可實(shí)現產(chǎn)品從出生到*終報廢的全生命周期的信息管理，而且系統企業(yè)還可通過(guò)DoD-MES平臺對產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)下單，與傳統制造模式相比，可大大節省產(chǎn)品輔助加工時(shí)間。該工業(yè)4.0產(chǎn)線(xiàn)通過(guò)在托盤(pán)上引入RFID標簽來(lái)記錄產(chǎn)品的全生命周期信息。

4、實(shí)踐基地運行成效及后期規劃

4.1 運行成效

基于新的工業(yè)4.0的智能制造實(shí)訓基地的建設和初步使用，使得實(shí)踐教學(xué)環(huán)節更加系統性并呈遞進(jìn)式延伸，這與學(xué)生的職業(yè)技能發(fā)展的需求相適應。實(shí)踐教學(xué)的條件的大大改善，促進(jìn)了機電、機器人專(zhuān)業(yè)等一批專(zhuān)業(yè)核心課程的改革和建設，促進(jìn)了實(shí)踐教學(xué)的改革?；氐恼鎸?shí)加工制造，將理論教學(xué)與技能相融合，提高了學(xué)生的學(xué)習興趣和學(xué)習效率，學(xué)生通過(guò)系統的遞進(jìn)式理論學(xué)習和技能訓練，逐漸成長(cháng)為滿(mǎn)足社會(huì )需求的高素質(zhì)技能型人才。除了可以進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)外，基地還能培訓企業(yè)管理技術(shù)人員，以緩解我省對智能制造業(yè)一線(xiàn)管理技術(shù)人員的需求缺口，加快工業(yè)4.0的普及和應用；還可對科研院所和高校教師進(jìn)行培訓，提高科研人員的學(xué)術(shù)能力。利用該生產(chǎn)線(xiàn)，今后也將進(jìn)一步推廣培訓工作，為企業(yè)人員和科研人員提供技術(shù)升級打造良好的平臺。

4.2 基地建設后期規劃

一期建設已基本完成，為了更好的發(fā)揮其示范和智能制造人才培養的作用，更好的體現其柔性制造和 “產(chǎn)學(xué)研”的雙元育人思想，將在一期的架構和預留空間基礎上，聯(lián)合企業(yè)深層次研發(fā)挖掘與標準工業(yè)4.0的技術(shù)差距，豐富柔性制造和全生命周期管理內涵，起到基地建設示范作用和培養社會(huì )亟需的智能制造復合人才。