王浩宇　張波　周艷聰　王諾

【摘 要】在“工業(yè)4.0”和“中國(guó)制造2025”的時(shí)代大潮之下，以智能制造、無(wú)人工廠為主導(dǎo)的制造業(yè)升級(jí)改革已經(jīng)來(lái)臨。新的制造模式需要制造人才知識(shí)、技能的同步升級(jí)，EMI虛實(shí)結(jié)合的共享制造系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。該系統(tǒng)將虛擬仿真技術(shù)與柔性制造系統(tǒng)相融合，實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)結(jié)合的可視化智能制造實(shí)訓(xùn)平臺(tái);進(jìn)而將實(shí)訓(xùn)平臺(tái)接入云端，實(shí)現(xiàn)了軟硬件實(shí)訓(xùn)資源的跨地域共享。

【關(guān)鍵詞】EMI;虛實(shí)結(jié)合;共享制造;智能制造

【中圖分類(lèi)號(hào)】TH16;F426.4【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）09-0055-03

0 引言

2015年，國(guó)家正式部署“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略以來(lái)，國(guó)內(nèi)外各大廠商均提出了自己的智能制造系統(tǒng)方案，從制造業(yè)基礎(chǔ)零部件的智能制造入手，對(duì)現(xiàn)有的制造裝備進(jìn)行智能化升級(jí)改造，從而形成智能化的制造細(xì)胞，在智能裝備互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上，構(gòu)建智能制造生產(chǎn)線(xiàn)、智能制造車(chē)間、智能制造工廠和智慧制造社區(qū)，通過(guò)不同制造層面的數(shù)據(jù)采集，形成制造過(guò)程的大數(shù)據(jù)，進(jìn)而形成一個(gè)智能制造云制造環(huán)境。這些方案不僅涉及制造裝備、制造環(huán)境的升級(jí)改造，更是整個(gè)制造方法和制造模式的變革。這種新型的制造模式需要大量制造人才的知識(shí)、技能的相應(yīng)升級(jí)，以便能夠支撐整個(gè)制造體系。但據(jù)調(diào)查顯示，當(dāng)前制造和設(shè)計(jì)人才普遍接受的仍然是傳統(tǒng)的制造技術(shù)和制造模式的教育，這造成了制造業(yè)人才結(jié)構(gòu)性過(guò)剩與短缺并存，領(lǐng)軍人才和大國(guó)工匠緊缺，先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域人才不足，支撐制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)能力不足，制造業(yè)人才培養(yǎng)與企業(yè)實(shí)際需求脫節(jié)，產(chǎn)教融合不夠深入、工程教育實(shí)踐環(huán)節(jié)薄弱，學(xué)校和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)能力建設(shè)滯后等問(wèn)題。各類(lèi)智能技術(shù)、信息技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)制造人才的知識(shí)、技能及學(xué)習(xí)、工作方式都提出了新的要求，而傳統(tǒng)的制造人才培養(yǎng)平臺(tái)尤其工程教學(xué)體系目前還很難適應(yīng)這種新的挑戰(zhàn)?；谝陨媳尘埃?wù)于“工業(yè)4.0”時(shí)代的新型制造人才培養(yǎng)的EMI制造實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

1 EMI系統(tǒng)簡(jiǎn)介

EMI智造將虛擬仿真技術(shù)與柔性制造系統(tǒng)相融合，實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)結(jié)合的可視化智能制造實(shí)訓(xùn)平臺(tái);進(jìn)而將實(shí)訓(xùn)平臺(tái)接入云端，實(shí)現(xiàn)了軟硬件實(shí)訓(xùn)資源的跨地域共享，具備虛實(shí)結(jié)合、共享制造、無(wú)人工廠、柔性生等創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)。

利用該系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員操作智能終端進(jìn)行數(shù)控程序設(shè)計(jì)和三維仿真，仿真后程序和加工指令可通過(guò)云管理平臺(tái)直接發(fā)布到智造工廠進(jìn)行生產(chǎn)。接收到生產(chǎn)程序和指令，工廠現(xiàn)場(chǎng)材料運(yùn)輸、上下料、產(chǎn)品加工等生產(chǎn)環(huán)節(jié)全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，最終自動(dòng)運(yùn)輸成品到庫(kù)。所有加工設(shè)備、加工流程、加工狀態(tài)等統(tǒng)一云端實(shí)時(shí)管理監(jiān)控。同時(shí)，工廠加工制造流程還可動(dòng)態(tài)修改，制造設(shè)備可靈活組合，實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)，為低成本定制化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

項(xiàng)目非常切合“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本”的基本方針，并和“五大工程”中的制造業(yè)創(chuàng)新中心建設(shè)工程和智能制造工程非常吻合。通過(guò)本項(xiàng)目，人才和裝備、創(chuàng)意和產(chǎn)品、需求和方案實(shí)現(xiàn)了高效連接，未來(lái)甚至可以實(shí)現(xiàn)南方快速發(fā)展的加工制造市場(chǎng)與北方雄厚的制造裝備基礎(chǔ)共享協(xié)同。

2 EMI系統(tǒng)功能與服務(wù)

EMI融合了虛擬仿真技術(shù)與柔性制造系統(tǒng)，完成了一個(gè)接入云端的可視化智能制造平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)訓(xùn)資源跨地域共享。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)主要包括云管理平臺(tái)、云智造終端、云智造工廠等，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）云管理平臺(tái)。智造終端、智造工廠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到云管理平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理。云管理平臺(tái)主要包括智造終端管理、工廠設(shè)備監(jiān)控、制造任務(wù)管理、加工程序管理、產(chǎn)品與生產(chǎn)資料管理等功能。

（2）云智造終端。云智造終端如圖2所示，包括三維加工仿真程序和真實(shí)數(shù)控操作面板，而且可根據(jù)仿真控制的設(shè)備不同、型號(hào)不同更換面板和仿真程序。工程人員使用數(shù)控操作面板先進(jìn)行數(shù)控程序設(shè)計(jì)和仿真，然后將加工任務(wù)和加工程序遠(yuǎn)程發(fā)布到智造工廠的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行制造。

（3）云智造工廠。智造工廠包括物料庫(kù)、自動(dòng)運(yùn)輸小車(chē)、機(jī)械手、自動(dòng)上下料系統(tǒng)、數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床、鉆床、線(xiàn)切割、沖壓機(jī)等設(shè)備。這些設(shè)備通過(guò)定制的驅(qū)動(dòng)板卡連接到云管理平臺(tái)，接收智造終端和管理平臺(tái)的遠(yuǎn)程操作指令，進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)加工。目前，已支持單臺(tái)設(shè)備多任務(wù)排隊(duì)生產(chǎn)和單任務(wù)多設(shè)備并行生產(chǎn)兩種模式，因此生產(chǎn)工序可便捷組合調(diào)整，初步實(shí)現(xiàn)了定制化生產(chǎn)和柔性制造。

2.2 功能服務(wù)

2.2.1 基礎(chǔ)功能服務(wù)

（1）支持?jǐn)?shù)控車(chē)和數(shù)控銑兩大主流系列數(shù)控加工仿真的教學(xué)和培訓(xùn)。

數(shù)控車(chē)床仿真實(shí)訓(xùn)：讓學(xué)生可以在虛擬的數(shù)控車(chē)削系統(tǒng)進(jìn)行編程和其他輔助操作，而后執(zhí)行程序加工工件。并用模擬三維動(dòng)畫(huà)實(shí)時(shí)顯示程序路徑和工件圖形，實(shí)現(xiàn)演示零件加工過(guò)程的功能。了解數(shù)控車(chē)床的基本結(jié)構(gòu)、基本特點(diǎn)、基本操作方法及數(shù)控車(chē)床的各種刀具。

數(shù)控銑床仿真實(shí)訓(xùn)：程序段、坐標(biāo)值及工件與刀具的相對(duì)移動(dòng)的切削過(guò)程都可以同時(shí)顯示在一個(gè)窗口，使操作者一目了然。隨時(shí)監(jiān)控機(jī)床運(yùn)行的狀態(tài)，身臨其境般地感受零件加工的整個(gè)過(guò)程。了解數(shù)控銑削加工的主要對(duì)象、銑削刀具的種類(lèi)、常用刀具的安裝等。

（2）支持多種類(lèi)虛擬加工系統(tǒng)。包括虛擬數(shù)控車(chē)床（模型可定制）、虛擬數(shù)控加工中心（模型可定制）、虛擬四軸、五軸加工中心等，同時(shí)支持毛坯、刀具、夾具的客戶(hù)化定制。

（3）多系統(tǒng)真實(shí)面板，支持FANUC 0i、Simens802、華中數(shù)控世紀(jì)星等主流的數(shù)控系統(tǒng)的硬面更換和系統(tǒng)切換。真實(shí)面板可以驅(qū)動(dòng)虛擬數(shù)控，也可以驅(qū)動(dòng)真實(shí)的生產(chǎn)型或教學(xué)型機(jī)床，包括桌面數(shù)控車(chē)床（自動(dòng)換刀、自動(dòng)裝夾）、桌面數(shù)控銑床（自動(dòng)換刀）等。

（4）支持客戶(hù)化的虛擬機(jī)床模型定制，可以定制虛擬數(shù)控機(jī)床并定義其運(yùn)動(dòng)關(guān)系。

（5）支持客戶(hù)化的數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)指令集定制功能，通過(guò)指令定制可以定義新的數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制指令集。

（6）支持客戶(hù)化的數(shù)控機(jī)床邏輯控制指令集定制功能，通過(guò)指令定制可以定義新的數(shù)控系統(tǒng)邏輯控制指令集。

2.2.2 實(shí)訓(xùn)教學(xué)功能服務(wù)

在高校機(jī)械類(lèi)實(shí)訓(xùn)教學(xué)方面，平臺(tái)緊密結(jié)合高校工程實(shí)訓(xùn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)云實(shí)訓(xùn)功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

各模塊提供的具體功能服務(wù)如下。

（1）數(shù)控設(shè)備管理：包括數(shù)控設(shè)備在線(xiàn)管理、機(jī)床遠(yuǎn)程控制、數(shù)控設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等功能。

（2）數(shù)控程序管理：包括數(shù)控程序基本信息管理、數(shù)控程序?qū)徍斯芾?、?shù)控程序?qū)徍斯芾?、?shù)控程序測(cè)試管理等功能。

（3）實(shí)訓(xùn)任務(wù)管理：包括任務(wù)制定、示教管理、推出工序和生產(chǎn)規(guī)則管理等功能。

（4）生產(chǎn)活動(dòng)管理：包括生產(chǎn)查詢(xún)、工藝編制、生產(chǎn)加工等功能。

（5）產(chǎn)品與生產(chǎn)資料管理：對(duì)實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品、實(shí)訓(xùn)中所使用的生產(chǎn)資料進(jìn)行設(shè)置與管理。

（6）實(shí)訓(xùn)評(píng)價(jià)管理：基于實(shí)時(shí)實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)生實(shí)訓(xùn)過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程化、精細(xì)化實(shí)訓(xùn)評(píng)分。

（7）系統(tǒng)管理：包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)管理、班級(jí)信息管理、人員管理、角色管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)日志管理、登錄管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能。

3 結(jié)語(yǔ)

EMI虛實(shí)結(jié)合的共享智造平臺(tái)既實(shí)現(xiàn)了一套融合智能制造、共享制造、柔性生產(chǎn)等“工業(yè)4.0”時(shí)代創(chuàng)新生產(chǎn)模式的教育示范系統(tǒng)，又為真實(shí)智能工廠的改造和建設(shè)提供原型。在國(guó)家“工業(yè)4.0”建設(shè)的大背景下，我國(guó)工程仿真實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品的旺盛需求仍將保持高速增長(zhǎng)，這為EMI制造實(shí)訓(xùn)平臺(tái)帶來(lái)了廣闊的市場(chǎng)前景。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]馬譽(yù)賢.提升智能制造應(yīng)用水平探索行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)之路[J].造船技術(shù)，2018（4）：85-89.

[2]寧俊鋒，劉飛，殷凱波.多信息集成的數(shù)控批量加工進(jìn)度自動(dòng)采集方法[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2016（5）：1279-1286.

[3]陳亮，周倫.數(shù)控機(jī)床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)床與液壓，2015（10）：1-4.

[4]陶劍.實(shí)踐“工業(yè)4.0”的關(guān)鍵技術(shù)與思考[J].航空制造技術(shù)，2014（18）：41-43.