智能制造仿真技术在机电专业的研究

摘 要：智能制造是“中国制造 2025”的核心，全球工业的发展趋势是智能制造，中国制造转型升级更需要智能制造进行弯道超车。职业教育作为为制造业提供技术能手的训练营，应紧跟行业发展，推广及应用最新的技术。本文旨在研究智能制造仿真技术，依托高职院校职业教育优势，探寻一种虚实结合的实训教学模式。

关键词：智能制造;仿真技术;职业教育;虚实结合

1 引言

“中国制造2025”是我国实现从制造大国到制造强国转变的总纲领，推进智能制造，提升工业基础实力，提升综合水平，完善人才培养体系，鼓励产业进行转型升级，实现由制造向智造的转变。

目前，我国急需培养一批新的技术技能型人才，来适应和支撑产业发展，新工程师和新技师的培育，要增强为国家服务、为行业企业主动服务的教育，建立以德为先、以技为重、全面发展的人才培养理念，改革职业院校与企业行业的联合人才培养机制，提升学生的实践能力、服务意识、创新能力。

2 智能仿真的关键技术及其在教学中的研究现状

目前在职业院校中有用到仿真技术进行教学的大致分为以下几种：

（1）智能仿真技术在机械设计及加工制造中的利用。智能仿真技术在数控加工的应用，可对机床进行加工編程。智能仿真技术的作用，把机械加工产品的图纸转变成数字图形，再根据设计好的数字图形来调整相关的参数。对于机械磨削加工，可先构建每个阶段的磨削虚拟模型，再进行模拟仿真试验，得出最优的路径。

（2）智能仿真技术在PLC编程控制过程当中的应用。PLC的程序编好后，先通过仿真软件调试验证无误后，再下载到PLC进行调试，避免由于程序的问题损坏PLC。

（3）智能仿真技术在工业机器人操作编程中的应用。采用工业机器人的虚拟仿真软件，比如，采用华航唯实的Robart、ABB的Robstudio等软件，对工业机器人系统集成工作站进行三维建模、离线编程、模拟运行等，搭建起理论知识与工业机器人实体的桥梁，能带领学生尽快地进入工业机器人课程的学习状态，调动学生学习的积极性，解决实验室场地和硬件条件上的限制，提高工业机器人的使用效率。

（4）虚拟生产线仿真技术的应用。采用NX-MCD软件对生产线进行建模设计，用PLC控制虚拟仿真技术，可以将生产线中三维设备与PLC接口相连，从而在虚拟环境中观察PLC工业仿真过程和结果，实现了“实”对“虚”的控制。

（5）智能工厂中的应用。采用智能仿真技术可以对制造环节从工厂规划、产线设计、物流系统设计、MES系统设计，再对不同环节进行建模、装配、分析、验证和优化，改善规划设计或实现指标优化。

（6）数字化双胞胎。可生产实体设备前，先采用数字化双胞胎，在产品生命周期中，进行产品的设计、仿真、预测，最后优化产品与生产系统。 通过在虚拟环境下，真实完整地搭建整个生产线的数字化虚拟模型，在虚拟环境中，不断仿真，发现问题，不断优化其产品、生产和性能。实现协同制造和柔性生产。同时缩短开发时间，并提高成品或流程的质量。

3 智能仿真技术研究分析与展望

智能仿真技术是采用计算机与专用的物理效应作为设备工具，构建虚拟的系统模型，进行虚拟动态仿真试验。其影响已经覆盖到机械制造、电力、交通、医疗、航空、航天、核工业、教育等各领域。

3.1 搭建综合性教学平台，实现复合型人才培养

智能制造领域涵盖了工艺设计、制造工程、装备保障的工作内容，基于全数字化的平台和工程理念，与产品生命周期管理（产品研发流程）和从产品服务流程完美协同，实现数据和流程衔接，在人才培养中，设计、调试、编程等各科知识的融合与贯通，融合机械制造、机电、电气工程、机器人等学科专业的交叉和渗透，培养复合型、创新创业型人才。在这个功能强大的平台上，开设新型综合性实验，使学生掌握单元技术和全面的专业基础课知识;通过不同项目的柔性组合，培养学生系统、集成、科学地应用智能制造领域知识的能力和再创造能力。

3.2 推行企业项目教学，解决课程衔接

在智能制造领域企业中，在制造工艺实施岗位，工程师可以借助智能制造仿真技术分析工艺编制及加工，优化及仿真过程;在制造现场管理岗位，工程师可以通过过程数据的采集及保存及生产状态监控及分析，确保制造现场在数字化管理中满足生产管理体系的要求。在生产与设备保障岗位，工程师可以我们可以通过虚拟调试确保设备按照功能说明要求实现运动和工作状态，实现机械和系统的联动。

3.3 提升产品全生命周期

目前，智能仿真技术主要应用在数字化工厂建设的规划设计和优化过程中，主要体现在以下几个方面：生产线规划设计：工位段的确认，流水线的平衡，工人规划等;加工仿真：工艺规划、加工路径规划和验证等;工厂布局仿真：工厂设计、产线规划、设备布局，物流仓储设施设计分析等;物流仿真：自动化立休仓库仿真、AGV物流仿真等;装配仿真：装配流程设计、物体干涉的分析，人机作业分析等：MES系统监测仿真验证校正等。通过智能仿真技术进行模拟运行，尽早发现产线规划中存在的问题，来改善现实系统中存在的枷锁 ，以此来减少建设实施过程当中资源、成本、时间、空间等的浪费。

4 智能仿真技术在机电专业教学中的应用

本研究主要针对高职机电专业实训设备类型较多，设备购置费有高、实训耗材费高、实训安全以及设备的损坏率等问题，探究智能仿真软件在高职机电一体化、工业机器人等专业实训性教学中的优劣，将智能仿真技术实训模式和实际设备操作实训模式结合起来，探寻了一种新的教学模式：虚实结合，提升实训的安全性、提升设备的使用率，提升实训教学的效果。采用智能仿真技术，提供足够的实训工位，突破时空限制，只要有手机或电脑，学生可以随时随地学习，提升教学效率和效果，降低教学成本。

4.1 智能制造仿真模块的设计

针对机电专业从专业基础课程到专业核心课程中选择课程进行仿真设计，机械结构设计、PLC应用技术、液压与气动、单片机应用技术、机电一体化概念设计（MCD）、智能制作仿真技术（VISUALONE）、工业机器人仿真，根据项目教学任务建立数字化虚拟仿真模型，再将数字化虚拟仿真和实训设备结合起来，实现从“虚拟”到“现实”的虚实结合的实训教学模式。

4.2 智能制造仿真课程体系及教学设计

虚实结合的实训项目教学模式，要重视实际的教学项目，结合仿真技术的优势，仿真与实践实训分阶段、分任务交替进行，从理论到实践，从仿真到实训，提升学生的实践能力与创新能力。通过对机电专业人才培养方案的修订，开发智能制造仿真课程体系，培养学生对智能制造仿真技术的认识，提高实训教学的效率和效果。同时，新的课程体系对教师提出新的要求，要求教师具有扎实的理论基础的和较强的综合实践能力，将智能虚拟仿真实训模式和实际设备操作实训模式结合起来，探索了虚实结合的实训教学模式。

5  结束语

在中国制造业转型升级背景下，需要大量的技术人才，职业教育采用智能仿真技术来对教学过程进行优化，创新发展职业教育。这种新的虚实结合的实训教学模式，提升对抽象控制理论的理解，提升教学质量，节约教学成本、提升实训的安全性、提升设备的使用率，提升实训教学的效果。智能制造仿真技术引入到课堂，即能提升机电专业技术人才培养的质量，还能提高机电专业课程建设水平。

参考文献 ：

[1]莫欣农.中国智能制造之路[J]. 中兴通讯技术，2016，22（ 5） ： 56-58.

[2]焦洪硕，鲁建厦.智能工厂及其关键技术研究现状综述[J].机电工程，2018，12：1249-1256.

[3]杨磊.仿真技术在机械设计制造过程中的应用[J].科技创新与应用，2017，（04）.

作者简介：

吴仁君，男，1985年生，惠州城市职业学院机电讲师，目前主要从事机电、机器人等相关领域的专业研究、教学.