柔性制造系统工程训练实践应用

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中图分类号：G642.423；TH 165 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1672-4550.2013.01.044Practical Application of Engineering Training Based on FlexibleM anufacturing SystemsLEI Yong-feng，WANG Zhen-yu，SONG Li，SUN Li-li(College of Engineering and Technique，Chengdu University of Technology.，Leshan 614007，China)Abstract：Aiming at the characteristics of flexible manufacturing systems，this paper describes the equipment composition and thehardware architecture of the of flexible manufacturing systems.Taking assembly welding process as an example，the elaboration of theautomated production process，combined with professional knowledge of laboratory equipment and the diferential teaching characteris-tics，the diferentiation to the teaching programs of flexible manufacturing systems，laboratory set up project planning and implementa-tion of specifc engineering training program，the professional knowledge of student on the depth and breadth has been expanded，ex-perimental skills and innovative capacity to improve teaching effectiveness has also been significantly improved。

Key words：flexible manufacturing systems；automation production；engineering training；teaching practice随着科技的发展和制造技术的不断提高，传统的实验教学设备已经无法满足教学和工程训练的需要，特别是当学生走上工作岗位后，自动化的生产设备对其来说颇感陌生。因此，填补理论知识和实际生产之间的空白，在高校和企业之间构架-个自动化的生产系统就显得尤为重要↑年来，区别于单台加工设备，-些高校陆续引进了柔性制造系统进行教学和工程训练，使学生的知识面得到拓展，提高了教学质量，改善了教学效果。

1 柔性制造系统简介过自动化物流系统将其连接，统-由主控计算机和相关软件进行控制和管理，组成多品种、变批量和混流方式生产的自动化制造系统。

成都理工大学工程技术学院柔性制造系统依托四川省高等院校实验教学示范中心项目，于2011年9月建成并投入使用。本系统 目前主要用于工程素质教育、专业技能训练、综合创新设计等教学与科研方面的工作。系统是目前西南地区唯-具有工业级别的柔性制造自动化小型生产线。系统既能够满足实验课程的需要，又能使学生掌握学科前沿技术，开阔视野，在高等院校中具有极强的先进性和示范性。

台或 羹 萎 羹翟薷耋警荛 袁 耄 2柔性制造系统的特点cz 多种数控机床或数组柔性制造单元为核心，通二 朱。li巾u坦尔 cH 付收稿 日期 ：2012-04-24基金项 目：成都理工大学工程技术学院机械制造及 自动化特色专业建设项 目(201l-2013)；成都理3L大学工程技术学院柔性制造中心及机械创新实验室工程训练教学研究与实践教改项 目(2011-2013)。

作者简介：雷永锋(1979-)，男，硕士，讲师，研究方向：电气工程、机电-体化、柔性制造 系统。

1)高集成度。整个系统通过 ProfiBus-DP工业现场总线等网络通信手段将系统中的所有单机设备进行高度、高效的集成，方便设备集中管理。

2)拈化。系统中的加工及检测设备都具有联机/单机”两种操作模式。所有单元设备的软硬件均可以独立操作，以单机设备为开发平台进行单项技术的研发，也易于扩展其功能，方便实现拈化教学与训练。

· l28· 实验科学与技术3)工业化。所有单元设备乃至整个系统都采用 了标准工业级的装备和系统集成手段，能够实现工业生产，而非模拟加工。特别是五轴加工中心的使用，使其具备良好的加工基矗4)交互式图形化操作界面。系统控制软件采用 Windows操作系统，具有交互式和图形化特点，操作简单易学，自动化程度高，使教师和学生在很短的时问之内就可以掌握系统的操作。

5)先进性-放式运动控制器 伺服电机驱动”的精密伺服系统，具有高速、高精度和低噪声的良好系统品质；集成了工业物流系统中的标准物流输送装备如皮带式输送线 、滚筒式输送线、差速链、转角机等；采用工业机器人进行物料的抓取，极大地提高了设备的生产效率。

6)实时监控程序运行∩以实现生产进程实时监控和管理，并可单步运行程序块，方便系统的使用、开发和故障检测。

3 柔性制造系统的组成学校柔性制造系统配备有韩国现代起亚五轴联动加工中心和全功能数控车床各 1台；日本 FUNAC六 自由度工业机器人和美国林肯焊接系统 1套；日本安川工业机器人 2台；组合式立体仓库 1套；巷道式堆垛机 1套；平移式出入货台 1套；动力滚筒线 6套；顶升平移机 1台；旋转平移机 1台；测量机 l台；激光内雕刻机 1台；激光雕刻切割机 1台；机器人行走机构 1套；电火花线切割机床 1台；条码系统 1套；视觉及材料检测单元 1套；系统监控设备 1套。

本系统包括由加工单元、物料运储单元、信息处理单元、检测单元及计算机控制单元组成的自动化生产系统。图 1是柔性制造系统的硬件构架图。

图 1 柔性制造系统硬件构架图本系统可以进行金属件车铣加工、组装焊接加工、水晶玻璃加工、亚克力板雕刻切割等无人值守式 自动化加工，这对提高学生对先进制造技术的认识具有极大的作用。

在实际的教学过程中，教师首先简要介绍各设备的工作原理和在生产中的作用，然后通过实际演示将生产过程重现，最后根据加工特点提出问题与学生进行反馈与交流。比如，组装焊接工艺路线实现过程：在主控计算机的生产管理系统上下达组装焊接任务，系统此时 自动执行生产。

下面参照图2系统平面布局图对组装焊接加工过程进行介绍。

3)在主控计算机上检查仓库管理，检查立体仓库中有无原料，无原料需要进行进库操作。

4)在主控计算机的生产管理系统上下达-个组装焊接”的任务，柔性制造系统开始 自动执行生产任务。

5)由堆垛机从立体仓库取下-个金属件上端原材料，送到滚筒流水线上。

6)由抓鳃器人将金属件上端原料从流水线上抓润，分别送入到全功能数控车床和五轴联动加工中心中进行铣加工。

7)金属件上端原料车铣加工完毕后，由上下料机器人将上端工件成品放到转接平台上。

8)由堆垛机从立体仓库再调出-个金属件下端原料并送入到滚筒流水线上。

10)组装机器人将金属件上下端组装后，送给焊接机器人进行自动焊接。

l1)焊接机器人焊接完成后，由上下料机器人抓取到流水线上。

13)检测无误，焊接成品送回立体仓库存放，生产过程全部结束。

其他工艺路线与此类似，不再赘述。为了体现柔性制造系统的加工特点，可以添加多品种和多批量的产品，实现混流式生产。

4 柔性制造系统教学实践应用为了最大化地提高设备的利用率，针对不同年级和专业学生的知识水平和专业特点，目前依托柔性制造系统开设了三个层次的实验项 目。

第 11卷 第 1期 雷永锋，等 ：柔性制造系统工程训练实践应用 ·129·图2 柔性制造系统平面布局图4.1 工程素质认知工程素质认知是针对大-、大二的低年级学生开设的-门认知课程，此课程面向对象是全校所有专业学生。主要 目的是使学生了解各种加工及实验设备，特别是无人值守 自动化生产线的制造过程，激发其学习兴趣，对于机电类专业学生尤为重要。

由此，针对柔性制造系统的各单元设备开展了以下6个实验项 目，使学生初步了解各设备的组成及特点。

1)无人值守全自动加工认知训练；2)自动化物流系统认知训练；3)全功能数控车床组成及基本操作认知训练；4)数控线切割机床组成及基本操作认知训练；5)激光内雕机组成及基本操作认知训练；6)激光雕刻切割机组成及基本操作认知训练。

4.2 专业技能训练专业技能训练是针对大二以上相关专业，如物流管理、测量与控制工程、电气工程及其 自动化、自动化、电子测量与技术、焊接技术及自动化、计算机科学与工程、物流管理等专业开设的实验课程，部分项目通过实验开放课程面向其他理工科学生开放。主要目的是培养学生具备中等的操作技能与专业知识，分为 12个实验项目进行训练。

1)立体仓库堆垛机组成及操作训练；2)影像测量仪组成及操作训练；3)焊接机器人组成及操作训练；4)抓鳃器人组成及操作训练；5)数控车床插补与循环指令和训练；6)五轴加工中心插补与循环指令训练；7)电火花切割机床组成及操作训练；8)电源管理系统及开关柜安装操作训练；9)计算机控制软件设计训练；10)运动控制器编程与操作训练；(下转第 154页)· 154· 实验科学与技术纯的理论知识或实验能力的考核，而是对学生综合能力的全面考核。目前课堂教学中只有模拟电子技术这门课中有-章内容介绍电源，显然对于参加竞赛来讲是远远不够的，还需要通过实践教学以及课余和假期的赛前训练等形式来扩展学生的视野，提高学生电源方面的理论知识和实践技能。通过这样的方式，来提高学生的动手实践能力与创新能力，更重要的是激发学生的实践兴趣。要想把这项工作做好，教师必须在创新意识和创新能力上有所提高，使自身不断积累专业知识和技能，提高业务水平和能力。另外，通过指导竞赛，也会促使教师对各个教学环节进行全面思考，对教学内容进行适当调整，以更好地培养学生。

4 结 论电源类题目涉及的电力电子类专业的课程范围很广，设计中用到的器件种类繁多，如晶体管、集成电路 、大规模集成电路、单片机、可编程逻辑器件等；设计手段多种多样，如 VHDL语言、EDA(上接第 129页)1 1)电气故障检测与维护操作训练；12)传感器技术与应用操作训练。

4.3 综合创新训练综合创新训练是针对大三以上年级课程设计、毕业设计、技能竞赛而设置的训练。主要针对机械设计及自动化专业学生进行加工工艺及产品设计专业训练；针对工业设计专业的学生进行三维图形绘制及雕刻专业训练；针对物流管理专业学生进行仓储管理系统的设计与训练；针对计算机专业学生进行网络布线工程实训等，分为 8个实验项 目进行训练 。

1)水晶体复杂图形内雕训练；2)复杂图形雕刻与切割训练；3)复杂零件线切割加工实训；4)复杂轴类零件车削加工实训；5)复杂盘类零件铣削加工实训；6)全自动立体仓库仓储管理实训；7)网络布线工程实训；8)工业组态软件设计实训。

5 结束语自学校柔性制造系统建成使用以来，面向不同工具、单片机编程器等。因此不难看出，电源类题目是实用性和综合性强、技术水平发挥余地大的-类题 目，它既可反映电力电子技术的发展水平，又可引导高校在教学改革中更加注重学生的工程实践能力和创新设计能力的培养。