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职教集团背景下区域共享型柔性生产系统实训基地建设研究

杜中一+陈志红+谢斌
在职教集团背景下，大连职业技术学院依托现有教学资源，完成了区域共享型柔性生产系统实训基地的硬件建设及实践教学设计。区域共享型柔性生产系统实训基地的建成，提高了大连地区柔性生产系统人才培养的能力，能够满足大连地区对柔性生产系统高级技术人才的培养要求。
职教集团区域共享柔性生产系统实训基地随着大连地区制造工业的快速发展，对制造技术人才尤其是高素质创新型人才的需求越来越大。根据国家《促进东北地区职业教育改革创新指导意见》和《大连市中长期职业教育发展规划（2011-2020）》精神，为了进一步推进职业院校与企业、行业的合作，充分发挥职业教育为区域经济和社会发展服务的作用，由大连市政府有关部门、相关行业协会、企业、科研机构、中高职院校等单位，共同组建了“大连市装备制造职业教育集团”。在这种背景下，大连职业技术学院电气电子工程学院依托现有教学资源，建立了区域共享型柔性生产系统实训基地，作为服务大连地区的共享型实训基地。柔性生产系统是指能够适用于多品种、中小批量生产，且具有高柔性，自动化程度极高的生产系统。柔性生产系统涉及自动化技术、传感器技术、计算机技术、组网技术及机电一体化等多项技术领域。由于柔性生产系统具有高效、灵活的特性，目前成为实施敏捷制造、并行工程、精益生产和智能制造系统的基础，是先进制造领域的核心。
一、区域共享型柔性生产系统实训基地的硬件建设
区域共享型柔性生产系统实训基地的硬件设备主要包括10套柔性生产系统基础实践教学工作站和1条柔性生产线。
1.柔性生产系统基础实践教学工作站
柔性生产系统基础实践教学工作站采用国际标准的2020工业铝材作为工作站框架结构，便于结构变化及拆装，工作站由SIEMENS S7-200 SMART PLC、SIEMENS MM420变频器、TPC7062触摸屏以及LED信号灯、行程开关、热继电器、接近开关、交流接触器、多层警示灯、选择开关、中间继电器等常见低压控制器件组成。柔性生产系统基础实践教学工作站可以完成电机控制系统的实践教学及PLC、触摸屏、变频器技术的相关实践教学。
柔性生产系统基础实践教学工作站通过模拟柔性生产系统进行训练，培养学生电气自动控制、PLC编程、变频器及触摸屏应用、自动设备调试的能力，不仅能够丰富柔性生产系统实践教学手段，调动学生学习兴趣，而且能降低实训消耗，节省实训费用。
2.柔性生产线
柔性生产线共有15个工作站，以1个SIEMENS S7-300PLC和14个S7-200PLC作为控制核心，S7-300为主站，14个S7-200PLC作为从站，各站之间使用ProfiBus-DP总线进行通讯。S7-300主站采集各从站数据，协调各站运行，并为上位机的监控程序提供数据。

（1）主站。主站是主控单元，其的功能是将14个从站通过Profibus-DP总线进行联机控制。
（2）从站一。从站一是落料单元，由同步轮、同步带、间歇性运动机构组成，利用电机的控制，将物料落入输送单元上。落料单元是为系统提供加工原材料，模拟工业中的供料单元。
（3）从站二。从站二是线路板上料单元，利用双轴运动控制系统以及一轴伺服控制系统进行定位，通过真空吸盘吸取线路板，并将线路板放入由落料单元提供的工件内。此单元同样为系统提供线路板焊接的原材料。
（4）从站三。从站三是视觉检测单元，利用欧姆龙视觉传感器，对原材料线路板的孔位进行检测，为后续的精准定位和加工做准备工作。
（5）从站四。从站四是插件单元，利用气缸和吸盘将线路板定位至加工台，通过伺服系统夹取模拟封装电子元件，将封装电子元件精准定位和安装到线路板上。
（6）从站五。从站五是线路板翻转单元，通过伺服定位吸取输送线上方插件完成的线路板放置于辅助焊接件上，旋转180°并输送到焊接单元。
（7）从站六。从站六是焊接单元，通过伺服系统进行输送，将电子线路板输送到固定位置，然后通过自动焊接机和剪针脚机进行模拟焊接、剪针脚。
（8）从站七。从站七是翻转回收单元，将焊接完成的电子线路板上的辅助焊接件回收，并将焊接完成的线路板运输回输送线上，继续后续加工流程。
（9）从站八。从站八是加盖单元，通过电磁铁吸取盖子，通过蜗轮蜗杆运动，然后行程开关进行位置确认，将盖子放置在工件上方。
（10）从站九。从站九是喷涂及机器人搬运单元，将加盖完成的工件输送到输送线末端，机器人将工件搬运至另一端输送线初始端，再输送到喷涂位置进行喷涂烘干处理。
（11）从站十。从站十是条形码贴标单元，当输送线检测到料盘和工件，贴标机构利用真空吸盘吸取标签，将标签贴在工件盖子上方。
（12）从站十一。从站十一是龙门单元，将物料从龙门的一侧抓移到龙门的另一侧。
（13）从站十二。从站十二是检测单元，负责盖子检测、工件颜色检测以及条形码扫描。
（14）从站十三。从站十三是分拣单元，将检测单元所检测的不合格工件搬运到废料库，将合格工件放行并进入下一单元——仓储单元。
（15）从站十四。从站十四是仓储单元，将检测完成的工件分为不同颜色，通过主站分配将不同颜色的工件分别入库处理。
二、区域共享型柔性生产系统实训基地的实践教学设计
1.采用柔性生产系统基础实践教学工作站进行的基础实践教学
具体操作是将学生分组训练，每组学生要完成从机械与电气元件的安装，到根据工艺要求进行编程、调试、操作、维修及故障排除。在该训练过程中，可以使学生将所学的专业知识加以综合应用，并能熟练掌握柔性生产系统的基础实践技能。
2.采用柔性生产线进行的高级实践教学
具体操作是将参加实训的学生人数平均分成15个小组，每一个小组负责一个站的实践操作。在任务的安排上，都把每一个站的大任务分割成若干小任务，每位学生承担一定的独立任务，用团队责任来激励每个学生全身心投入到实训中来。对学生实训结果的考核，主要由4个部分组成：整条生产线的运行情況和运行合理性占总成绩的10%，各小组工作站独立运行情况占总成绩的30%，每个学生完成具体小任务情况占总成绩的40%，实训报告占总成绩的20%。这样既可以培养学生的团队精神，又在各小组之间建立竞争意思，并充分调动了每个学生学习的积极性。
三、结束语
经两年的实际教学证明，“大连市装备制造职业教育集团”背景下的区域共享型柔性生产系统实训基地硬件及实践教学设计合理，实用性强，能够满足大连地区对柔性生产系统高级技术人才的培养要求。
区域共享型柔性生产系统实训基地的建成，提高了“大连市装备制造职业教育集团”柔性生产系统人才培养的能力，以此基地为基础，学生可以更好地掌握自动化技术、传感器技术、计算机技术、组网技术及机电一体化等专业知识及技能，为区域建设服务。
参考文献：
[1]段春争，王殿龙，崔岩，梁延德.基于“独立制造岛”概念的柔性制造实践教学系统的建设[J].中国现代教育装备，2013，（13）：35-37.
[2]姚松丽.柔性制造系统在实践教学中的应用[J].实验室研究与探索，2011，（05）：114-116.
[3]杜中一.高职校企共建生产性实训基地运行中存在的问题、原因及对策[J].现代教育管理，2015，（03）：111-114.
基金项目：
1.高等职业技术教育研究会“十二五”规划课题“职业教育集团区域共享型实训基地创新实践研究”的研究成果，课题编号：GZYZD201501，主持人：杜中一。endprint

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