PLM實訓教學平臺實踐探究

范紅偉 張麗群 李家新 李金博

（哈爾濱工業大學機電工程學院 黑龍江·哈爾濱 150027）

“智能制造2025”明確指出了要把智能制造作為信息化與工業化深度融合的主攻方向。智能制造代表著未來工程領域先進技術的發展方向。依托全生命周期智能制造（PLM）實踐教學平臺，融合人工智能、自動化、虛擬現實等新一代信息技術，構架工程創新實踐人才培養的三層級實踐教學平臺，助推我校人才培養工作，為學生創新創造提供更廣闊的平臺，拓展學生更開闊的視野，提升學生綜合素養。

陳國金等人建立了智能制造技術綜合實驗平臺和現代制造業校外實踐基地[1]。宋崇杰等人提出了智能制造生產線工程訓練的教學內容和教學方法[2]。張鋒等人剖析了智能制造背景下高職技能型人才培養狀況及存在的問題[3]。

智能制造領域急需的技能型人才嚴重短缺，已經成為制約智能制造發展的瓶頸[4]。為解決此問題，哈工大工創中心根據專業學科的布局，選擇一批高水平的師資，建設智能制造領軍人才培養梯隊，開展PLM產線實踐教學探究，創建精品課程。讓天資聰明、勤奮好學、勇于探索的哈工大學生得到優質培養，為國家造就一批基礎扎實、綜合素質高、創新能力強的拔尖人才。PLM平臺教學實踐探究將從三個層級開展。

1 課程設計

1.1 夯實產線基礎訓練

智能制造基于傳感技術、網絡技術、自動化技術、人工智能技術等先進技術，通過智能化的感知、人機交互、決策和執行，實現產品創新設計、數字工藝、智能生產（智能檢測、智能裝配）等制造活動的智能化。圍繞智能制造主題，通過實踐訓練，輔以現場講解，實現從基礎操作到系統設計的完整訓練。采用前沿的技術和豐富的實踐教學平臺，聚焦制造業數字化、網絡化、智能化，建設榮譽課程，實現創新實踐教學，旨在培養高端技術人才。

目前，工創中心針對金工實習的學生開設的產線基礎訓練課程為三個模塊，每個模塊均以智能錘為核心。在創新設計模塊，主要內容為以智能錘為典型案例講解設計原理、CAXA 3D實體設計軟件的操作、創新設計思路，最終在智能錘上面進行DIY打標設計。在數字工藝模塊，以錘子為案例系統全面講解工藝原理、CAXA CAM制造工程師軟件操作并自動生成產品加工程序、工藝流程編寫、工藝卡片編制。在智能生產模塊，對學生進行分組式教學，每組以產線全生命周期為一個流程，以每組學生在創新設計和數字工藝課程上設計的產品為主，參照智能錘的生產線來完成學生們的作品。

1.2 產線單元級模塊訓練

首先，系統全面講解機器人、智能倉儲、AGV小車、智能導軌、檢測單元、裝配單元、加工單元的功能、作用、特點等。

之后，采用模塊化課程教學，更具有針對性，不同學生群體對各模塊的感興趣程度不一，創新意識不一，針對感興趣的模塊，可以最大限度地激發學生的創新思維，對原有的產線進行升級改造。在模塊訓練環境，掌握基礎知識的前提下，進一步提高學生的積極性、動手能力和創新思維。

（1）模塊化機械臂課程：機械臂全方位運動控制，實現自主靈活抓取功能；

（2）智能倉儲和碼垛機器人：協同作業，引導學生開發新功能；

（3）AGV小車：實現小車自動識別路線，激發學生重新規劃路徑；

（4）虛實結合的數字化實訓教學系統，實現真實對象與虛擬系統之間的交互與反饋，并根據需求重新組建產線；

（5）MES系統迭代：MES系統是生產過程執行系統，是一套智能制造生產信息化管理系統。可以提供制造數據、計劃排產、生產調度等的系統，學生可以根據自己的需求開發二代系統。

圖1：智能制造產線課程體系

圖2：產線單元模塊

圖3：個性化設計產品

1.3 體驗個性化設計的神奇

體驗個性化設計的神奇課程，以學生創新設計為核心，基于個性化設計理念，學生完成設計作品，通過MES系統進行個性化下單，毛坯從立體倉庫出庫，AGV小車運輸到智能加工單元進行加工，加工完成后由AGV小車運輸到三坐標檢測和激光打標，最后AGV小車運回立體倉庫入庫。

2 預期效果

PLM實訓平臺于2020年底完成建設，將傳統的數控車削、數控銑削和特種加工實踐教學升級為PLM實踐教學平臺，突出對學生實踐能力、專業能力和創新素質的培養。依托該產線，構建一套科學合理的“智能制造綜合課程設計”實踐教學體系，使學生掌握智能制造領域的先進技術，更好地適應并服務于工業4.0時代，旨在為培養未來智能制造時代所亟須的具有創新思維能力的拔尖人才持續助力。