采购需求

常州工业职业技术学院“智能制造产教融合集成平台”建设方案

项目概述

常州工业职业技术学院智能制造产教融合集成平台将以教育机器人（智能小车）生产作为范例，真实再现“智能制造”的理念、特征和关键技术，同时满足教学科研和参观展示要求。智能制造实训平台建设内容包括智能工厂示范产线、智能制造关键技术应用系统、智能制造课程开发。智能工厂将围绕产品生命周期全过程以及企业运营与生产管控全过程，达到智能工厂的整体理念、技术、系统及应用展示，同时将原有的康尼产线以及华中数控设备进行数据采集，实现整个实验室的数据互通，并在实训平台进行看板显示。

智能工厂支撑研发过程与生产过程的无缝融合，在产品创意与设计阶段引入数字化平台技术，将设计人员的意图、知识均以数字化模型的形式进行管理。当这些模型进入生产环节时，生产线的设计、实施与运维人员就可以充分利用这部分信息实现并行工作，缩短整个入市的时间。 同时，生产人员与研发人员可以基于数字化平台实现频繁、 高效的交互，规避了大量试错。对于产品研发的更新换代过程，对于零部件选型的规范化、研发流程与技术规范执行、行业知识的积累等等方面均有重要作用。

智能工厂对企业进行整个价值链的整合及数字化转型， 将产品设计、 生产规划、工程组态、生产制造直至服务五大环节打造统一的、无缝的数据平台，形成基于数字模型的虚拟企业（数字化双胞胎）。在虚拟世界当中，构建一套完整的、与现实世界互相对应的数字化模型，通过在虚拟的数字化世界当中充分模拟、分析和比较现实世界的物理场景，利用模型之间理想化的“孪生”特征，以数据的形式驱动现实世界的电气和自动化装置等硬件设备，从而实现虚拟世界对现实世界的驱动；同时，通过传感设备等收集和分析来自现实世界的反馈数据，改变和优化虚拟世界。除了智能工厂示范产线的建设，还包含订单管理系统、仓储管理系统、制造执行系统等工业软件和产线数字孪生系统的建设与实施。为了推动常州工业职业技术学院智能制造人才培养，本项目还将包括一批智能制造相关课程的开发。为了促进学校智能制造技术科研成果与常州相关产业的对接，引领企业转型升级，将 “智能工厂示范产线”和关键应用系统与技术培训相结合，向企业展现智能制造的先进理念和技术，更好地支持产学研融合发展。

整体布局图如下：

图 1-1 实验室整体布局图

智能产品-教育机器人（智能小车）

“智能制造产教融合集成平台”将展示智能产品在智能系统中进行生产，真实再现“智能制造”的理念、特征和关键技术，同时满足教学、培训要求和参观展示要求。智能产品为教育机器人，是基于单片机的可编程的智能产品，为行走小车形态，基础配置中含红外避障，循迹，红外遥控等模块，另外还提供多种可选装模块供用户在订单系统中自行选配（如超声波，LED 点阵，数码管模块等）。系统拓展性强，而且支持后续二次开发。

数字化产品研发系统

支持产品开发中从概念设计到工程和制造的各个方面，提供一套集成的计算机辅助设计、工程和制造（CAD/CAM/CAE）的工具，协调不同学科、保持数据完整性和设计意图。本项目结合“智能制造”示范产线所生产的智能产品建立“产品数字化双胞胎”模型，为学校及企业展示数字化产品研发的先进理念与技术，具体包括先进的概念设计、三维建模及文档编制解决方案；结构、运动、热、流体和多物理应用的多学科仿真和工装、加工及质量监测的零部件制造解决方案。

数字化制造系统

采用先进的现代IT技术，支持制造工艺规划、验证、优化的业务手段，构造灵活和创新的生产制造系统。通过与PDM集成，打造一个以数据为驱动的唯一数据源产品生命周期平台。数字化制造系统利用其在制造过程规划、仿真和优化等方面的技术优势，构建囊括设计仿真、装配仿真、工艺规划、仿真、验证、优化流程，支持车间生产、并行工程和精益制造等企业目标的统一环境。利用数字化制造系统，可以实现如下主要功能：用数字化的手段验证产品的制造工艺可行性在3D环境下进行制造工艺过程的设计事先分析生产系统的能力表现；快速输出各种定制类型的工艺文件让最好的设计快速生产。本项目向学校及企业展示“生产工艺数字化双胞胎”在具体制造场景的应用，且具备区域内的先进性，将产品创新以及制造的效率有效性提升至全新的高度。同时为学校提供学习研究的平台，提供数字化制造方面的技术及实战等方面的培训，培养掌握零件规划与验证，装配规划与验证，自动化机械与规划，工厂设计与优化和虚拟调试等先进应用技术方法，解决实际工程问题。

订单管理系统

提供产品管理、客户管理、客户订单管理等功能，普通用户通过本系统可以实现个性化定制专属于自己的产品，可以通过本系统实时查看自己的订单生产情况；管理员通过本系统可以查看系统所有订单的生产情况、系统一段时间的出货情况等，从而为计划制定、生产调度与设备维护提供数据支持。

仓库管理系统

仓库管理系统对到货检验、入库、出库、库存盘点等各个作业环节的数据进行数据采集，保证仓库管理各个环节数据输入的速度和准确性，提高仓库管理的工作效率，合理保持和控制企业库存入库。主要功能包括：入库、出库、库存盘点、安全库存定义及预警、下达采购需求、库存物料查询统计等。

MES制造执行系统

MES系统是企业实施“智能制造”、迈向智能工厂、智能生产的三大要素之一。MES系统是集合系统管理软件和多类硬件的综合智能化系统，通过控制物料、仓库、设备、人员、品质、工艺、异常、流程指令，和其他设施等工厂资源来提高生产效率。生产执行系统 MES 可监控从原材料进厂到产品入库的全部生产过程，记录生产过程产品所使用的材料、设备，产品检测的数据和结果以及产品在每个工序上生产的时间、人员等信息。这些信息的收集经过 MES 系统加以分析，就能通过系统报表实时呈现生产现场的生产进度、目标达成状况、产品品质状况，以及产品的人、机、料的利用状况，这样让整个生产现场完全透明化。企业的管理人员，无论何时身处何地，只要透过互联网就能实时了解生产现场的状况，身在异地总部的领导亦能通过 MES 获取信息进行生产管控，客户也可以查询他们的订单进度、产品品质等信息。

智能制造示范产线

“智能制造示范产线”将以智能巡航小车生产作为范例，真实再现“智能制造”的理念、特征和关键技术，同时满足教学科研和参观展示要求。示范产线由：智能仓储单元、智能传送单元、智能加工单元、智能入线检测单元、智能装配单元、智能锁螺丝单元、智能成品检测单元、智能镭射单元等单元组成，将模拟产品生命周期的全过程以及企业运行和生产管控过程。智能制造产线由智能物流系统、载具输送线、数控加工系统、激光镭射工位、自动装配和视觉检验系统和自动控制系统共计 7 部分组成，主要完成巡航小车个性化产品定制，并可以柔性化改产和扩展。主要系统组成及功能如下：

（1） 智能物流系统

该系统由立体仓库（分原料库和成品库）、激光导航式 AGV、视觉检测系统和相关软件等组成，在 MES系统的统一管控下，完成物料的搬运、转移、存储等，是整个生产线物料周转流动的载体。立体仓库用于存放待加工原料、已加工零部件、组装完成的产品。

原料库主要由原料分拣机器人、原料分拣台、配料机器人和出货输送机组成，通过双机器人协作，完成原料的出库，并将原料载具通过对接平台输送至AGV。原料入库时需对入库零件做视觉检测，防止混料。成品库货架库位按合格品、次品分配，由一台复合移动机器人完成出入库操作。激光导航AGV 1台，负责各工位间载具的运输，现场无需布置反光板或反光柱，可实现自主定位导航、自主充电（AGV自带充电桩）及后台地图构建。

（2） 载具输送线

由线体、载具、控制传动系统和RFID系统等组成，用于载具在各工位间运输与传送，包括主输送线和旁支输送线及旁支供料输送线。在MES系统的统一协调控制下，利用RFID信息实时在线追踪物料信息，并按照指令定点定时输送。

（3） 数控加工系统

数控加工系统服务于小车上层 PCB 的加工。该系统由数控机床和人机交互系统组成，主要用于对巡航小车顶部安装的铭牌进行个性化定制加工，作为巡航小车上层的 1 个零部件装配。六轴机械手负责给数控机床上下料及上层装配过程中的搬运。 机加工工位采用小型数控加工设备，占地面积小、轻便、可移动，能满足多种材料的加工处理。立库出库时由三轴机械手供料，六轴机械手抓取上料至数控机床进行加工。

（4） 激光雕刻

激光雕刻使用一套激光雕刻系统，具备雕刻精度高，速度快等特点，用于完成字符、二维码等的雕刻。工位配有 RFID 读写器，读写载具上产品加工信息。

（5） 自动装配和质量检测系统

自动装配包括巡航小车上中下三层 PCB 的装配及总装，装配好之后的程序烧录和小车自检。装配时，视觉检测系统做二次定位为机械手轨迹做引导，机械手插接时有压力传感器做实时压力检测反馈。装配完成后，小车接入程序烧录接口，烧录程序，在自身装配好的 LED 点阵上反馈出 OK or NG 信号，视觉检测系统识别后反馈至控制系统，检测合格后拔掉跳线帽，使小车控制程序切换到出货状态。

（6） 现场交互显示系统

生产线现场设置 2台 55 寸可视化屏幕，用于对各原料库、成品库的实时库位数据显示，并配备一套拼接展示屏，用于关键应用展示。

（7） 自动控制系统

自动控制系统由工控机、交换机、PLC、触摸屏、RFID、变频器、伺服驱动器、检测元件、机器视觉和执行元件等组成，基于工业以太网 Profinet 总线技术构建，实现生产过程的自动化、柔性化。

智能制造实训课程

为支撑智能制造课程体系和师资培训体系，实训平台应支持以下课程的实训。

表1-1 实训课程清单

详见采购文件