智能制造仿真技術在機電專業的研究

摘 要：智能制造是“中國制造 2025”的核心，全球工業的發展趨勢是智能制造，中國制造轉型升級更需要智能制造進行彎道超車。職業教育作為為制造業提供技術能手的訓練營，應緊跟行業發展，推廣及應用最新的技術。本文旨在研究智能制造仿真技術，依托高職院校職業教育優勢，探尋一種虛實結合的實訓教學模式。

關鍵詞：智能制造;仿真技術;職業教育;虛實結合

1 引言

“中國制造2025”是我國實現從制造大國到制造強國轉變的總綱領，推進智能制造，提升工業基礎實力，提升綜合水平，完善人才培養體系，鼓勵產業進行轉型升級，實現由制造向智造的轉變。

目前，我國急需培養一批新的技術技能型人才，來適應和支撐產業發展，新工程師和新技師的培育，要增強為國家服務、為行業企業主動服務的教育，建立以德為先、以技為重、全面發展的人才培養理念，改革職業院校與企業行業的聯合人才培養機制，提升學生的實踐能力、服務意識、創新能力。

2 智能仿真的關鍵技術及其在教學中的研究現狀

目前在職業院校中有用到仿真技術進行教學的大致分為以下幾種：

（1）智能仿真技術在機械設計及加工制造中的利用。智能仿真技術在數控加工的應用，可對機床進行加工編程。智能仿真技術的作用，把機械加工產品的圖紙轉變成數字圖形，再根據設計好的數字圖形來調整相關的參數。對于機械磨削加工，可先構建每個階段的磨削虛擬模型，再進行模擬仿真試驗，得出最優的路徑。

（2）智能仿真技術在PLC編程控制過程當中的應用。PLC的程序編好后，先通過仿真軟件調試驗證無誤后，再下載到PLC進行調試，避免由于程序的問題損壞PLC。

（3）智能仿真技術在工業機器人操作編程中的應用。采用工業機器人的虛擬仿真軟件，比如，采用華航唯實的Robart、ABB的Robstudio等軟件，對工業機器人系統集成工作站進行三維建模、離線編程、模擬運行等，搭建起理論知識與工業機器人實體的橋梁，能帶領學生盡快地進入工業機器人課程的學習狀態，調動學生學習的積極性，解決實驗室場地和硬件條件上的限制，提高工業機器人的使用效率。

（4）虛擬生產線仿真技術的應用。采用NX-MCD軟件對生產線進行建模設計，用PLC控制虛擬仿真技術，可以將生產線中三維設備與PLC接口相連，從而在虛擬環境中觀察PLC工業仿真過程和結果，實現了“實”對“虛”的控制。

（5）智能工廠中的應用。采用智能仿真技術可以對制造環節從工廠規劃、產線設計、物流系統設計、MES系統設計，再對不同環節進行建模、裝配、分析、驗證和優化，改善規劃設計或實現指標優化。

（6）數字化雙胞胎。可生產實體設備前，先采用數字化雙胞胎，在產品生命周期中，進行產品的設計、仿真、預測，最后優化產品與生產系統。 通過在虛擬環境下，真實完整地搭建整個生產線的數字化虛擬模型，在虛擬環境中，不斷仿真，發現問題，不斷優化其產品、生產和性能。實現協同制造和柔性生產。同時縮短開發時間，并提高成品或流程的質量。

3 智能仿真技術研究分析與展望

智能仿真技術是采用計算機與專用的物理效應作為設備工具，構建虛擬的系統模型，進行虛擬動態仿真試驗。其影響已經覆蓋到機械制造、電力、交通、醫療、航空、航天、核工業、教育等各領域。

3.1 搭建綜合性教學平臺，實現復合型人才培養

智能制造領域涵蓋了工藝設計、制造工程、裝備保障的工作內容，基于全數字化的平臺和工程理念，與產品生命周期管理（產品研發流程）和從產品服務流程完美協同，實現數據和流程銜接，在人才培養中，設計、調試、編程等各科知識的融合與貫通，融合機械制造、機電、電氣工程、機器人等學科專業的交叉和滲透，培養復合型、創新創業型人才。在這個功能強大的平臺上，開設新型綜合性實驗，使學生掌握單元技術和全面的專業基礎課知識;通過不同項目的柔性組合，培養學生系統、集成、科學地應用智能制造領域知識的能力和再創造能力。

3.2 推行企業項目教學，解決課程銜接

在智能制造領域企業中，在制造工藝實施崗位，工程師可以借助智能制造仿真技術分析工藝編制及加工，優化及仿真過程;在制造現場管理崗位，工程師可以通過過程數據的采集及保存及生產狀態監控及分析，確保制造現場在數字化管理中滿足生產管理體系的要求。在生產與設備保障崗位，工程師可以我們可以通過虛擬調試確保設備按照功能說明要求實現運動和工作狀態，實現機械和系統的聯動。

3.3 提升產品全生命周期

目前，智能仿真技術主要應用在數字化工廠建設的規劃設計和優化過程中，主要體現在以下幾個方面：生產線規劃設計：工位段的確認，流水線的平衡，工人規劃等;加工仿真：工藝規劃、加工路徑規劃和驗證等;工廠布局仿真：工廠設計、產線規劃、設備布局，物流倉儲設施設計分析等;物流仿真：自動化立休倉庫仿真、AGV物流仿真等;裝配仿真：裝配流程設計、物體干涉的分析，人機作業分析等：MES系統監測仿真驗證校正等。通過智能仿真技術進行模擬運行，盡早發現產線規劃中存在的問題，來改善現實系統中存在的枷鎖 ，以此來減少建設實施過程當中資源、成本、時間、空間等的浪費。

4 智能仿真技術在機電專業教學中的應用

本研究主要針對高職機電專業實訓設備類型較多，設備購置費有高、實訓耗材費高、實訓安全以及設備的損壞率等問題，探究智能仿真軟件在高職機電一體化、工業機器人等專業實訓性教學中的優劣，將智能仿真技術實訓模式和實際設備操作實訓模式結合起來，探尋了一種新的教學模式：虛實結合，提升實訓的安全性、提升設備的使用率，提升實訓教學的效果。采用智能仿真技術，提供足夠的實訓工位，突破時空限制，只要有手機或電腦，學生可以隨時隨地學習，提升教學效率和效果，降低教學成本。

4.1 智能制造仿真模塊的設計

針對機電專業從專業基礎課程到專業核心課程中選擇課程進行仿真設計，機械結構設計、PLC應用技術、液壓與氣動、單片機應用技術、機電一體化概念設計（MCD）、智能制作仿真技術（VISUALONE）、工業機器人仿真，根據項目教學任務建立數字化虛擬仿真模型，再將數字化虛擬仿真和實訓設備結合起來，實現從“虛擬”到“現實”的虛實結合的實訓教學模式。

4.2 智能制造仿真課程體系及教學設計

虛實結合的實訓項目教學模式，要重視實際的教學項目，結合仿真技術的優勢，仿真與實踐實訓分階段、分任務交替進行，從理論到實踐，從仿真到實訓，提升學生的實踐能力與創新能力。通過對機電專業人才培養方案的修訂，開發智能制造仿真課程體系，培養學生對智能制造仿真技術的認識，提高實訓教學的效率和效果。同時，新的課程體系對教師提出新的要求，要求教師具有扎實的理論基礎的和較強的綜合實踐能力，將智能虛擬仿真實訓模式和實際設備操作實訓模式結合起來，探索了虛實結合的實訓教學模式。

5? 結束語

在中國制造業轉型升級背景下，需要大量的技術人才，職業教育采用智能仿真技術來對教學過程進行優化，創新發展職業教育。這種新的虛實結合的實訓教學模式，提升對抽象控制理論的理解，提升教學質量，節約教學成本、提升實訓的安全性、提升設備的使用率，提升實訓教學的效果。智能制造仿真技術引入到課堂，即能提升機電專業技術人才培養的質量，還能提高機電專業課程建設水平。

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作者簡介：

吳仁君，男，1985年生，惠州城市職業學院機電講師，目前主要從事機電、機器人等相關領域的專業研究、教學.