新闻中心

柔性自动检测生产线实训系统

作者以一款利用自动化、计算机信息、控制技术和系统工程有机地结合起来自动化全集成的《柔性自动检测生产线实训系统》为教学工具,在职业教育的机电一体化专业教学中,依托学校的《柔性制造自动化综合实训室》 ,利用模块教学的授课方式实行教学设备、资源两个开放的开放模式教学,改变以往机电一体化专业只能分为偏电或者偏机两大类的教学偏颇,从而收到使学生能很好的把机械与电气相结合并综合应用的教学效果。
引言
随着我国工业自动化技术的迅猛发展现代自动生产过程中已经不需要人为过多的进行干预,在人为操作变得越来越少的情况下也能按预期目标完成各类产品的加工、生产过程。工业自动化技术涉及机械、微电子、计算机、机械视觉等技术领域。在传统的职业教育的机电一体化教学中,工业自动化技术的各门课程都是单独授课,学生先是接受理论教学,各类课程相应的实验课只是理论原理的验证;而且使用的教具都是特定的实验平台,与实际应用有较大的差距,导致学生在实际工作中对所学过的知识很多时候是无用武之地,不能满足现代企业生产对人才的需求。更有甚者,这种先理论后实操的教学模式还带来学生在兴趣的驱动下不自觉的产生了“偏电"或“偏机”的求学偏向,这种离开了“一体化”主旨的现象在某些职校甚至慢慢变成了教学偏向,于是, “机电一体化”在教学理念层面就已经成了空话。
上世纪90年代引入模块教育的理念和实践,其教学效果深受学生和用工企业的欢迎,使机电一体化逐步回到原旨;我们学校也建立了综合实训室进行模块教育,效果甚佳。但是,进入本世纪的现代自动生产的飞速发展,特别是汽车自动生产线、检测线的猛增,用工企业对其用人的技术素质要求又有了更大的提高,令学生甫入厂门,面对扑面而来的各种自动化全集成的生产系统就感到压力重重。
职校的办学宗旨是为社会输送适应社会科学进步和生产力发展的生力军。为培养学生的综合能力,使学生毕业之后快速适应各类工作岗位的工作需求,在柔性制造系统的课程教学中我们引入了“柔性自动检测生产线实训系统" ,并以模块教学模式进行创新教学尝试。其具体做法是建立一个《柔性制造自动化综合实训室》 ,利用该实训室进行开放性教学;其开放性主要体现在以下两个方面:一是教学设备的开放性,该实训室的教学设备由不同厂家的可编程序控制器、变频器以及各类传感器等组成,各个厂家的产品都可以做到相互兼容,而且还具有一定的扩展性。二是教学资源具有开放性,实训室中各类教学设备的使用说明、参考资料等都可以随时随地利用多媒体电脑、互联网等进行查阅,做到资源共享。
1教学设备和教学资源
1.1 《柔性自动检测生产线实训系统》
柔性自动检测生产线是将自动化技术、计算机信息技术、控制技术和系统工程有机地结合起来,是一种复杂的自动化全集成综合实训系统,专门为职业院校、技工学校、职业教育培训机构而研制。根据现代制造及自动化行业应用的特点,对各类自动生产线的工作过程和相关的技术进行研究,对工业现场设备进行提炼和浓缩,并针对实训教学活动进行专门设计,融机、光、电、气于一体,包含了PIC.机械手、传感器、气动回路控制、工业控制网络、电机驱动与控制、计算机、机械传动等语多技术领域。通过训练,强化操作者对复杂柔性自动生产线的设计、安装、按线、编程、调试、故障诊断与维修等综合职业能力,适合机电类、自动化类相关专业的教学和实训。

图1柔性自动检测生产线实训系统
《柔性自动检测生产线实训系统》 (见图1)主要以汽车制造生产线进行设计,具有特点: ①贴近工业现场要求,参考目前全球自动化程度相对高端的汽车制造业工业生产现场,提取汽车生产工艺中最主要的环节之一的自动检测输送系统为设计依据,有机融合了机械、电子、气动、传感检测、电机驱动与控制、PLC集散控制及工业通信网络等多种技术,能开展任务驱动的项目教学。②系统各站间通过可编程控制器进行数据交换,在PLC的控制下实现相关的互锁、数据传送等操作,运用人机界面(工业触摸屏)对现场设备生产状况进行实时监控,实现加工生产可视化。③通过该实训系统的工作任务实训,能较好地锻炼操作者程序设计能力、生产线安装与调试能力、工程实施能力和安全意识。引导职业院校机电及自动化专业教学改革,满足现代制造和自动化技术专业的核心能力训练要求,突出强调自动化技术的综合运用。

图2柔性制造实训室
1.2柔性制造实训室
该实训室(见图2)是我们熟悉《柔性自动检测生产线实训系统》的所有功能、配置情况之后,根据专业取向以及多年的模块教学经验而建立起来的,布置合理,学生在实训室内可以享受现场设备生产状况的氛围,使其充分适应学生的各种实操需要。在实训室里,我们根据该系统的实训内容划分了五个模块,分别是:气动控制回路安装与调试模块、电气控制电路的连接和PIC程序编写模块、PIC工业通讯网络的安装及调试模块、系统维护和故障检测模块。
2实例---四轴搬运机械手站
这里我们以该系统中的“四轴搬运机械手站”为例展示我们的开放式教学的创新。四轴搬运机械手(见图3)。教学目的是要求学生熟悉此机械手的工作原理,明了机械于每个动作的机械、气动和电器的不同工作原理;教学任务是要求学生能讲解能动手;教学的过程是从基础简单的操作和控制逐步扩展到复杂的程序设计和调试。

图3四轴搬运机械
根据实训设备,我们把学生按5人一组进行分组。并对每个小组的成员进行优化组合,均衡个小组间的水平,并为各小组做好初步的实训计划。
2.1基础练习
首先每个工作台安排在一个小组,并在该工作台准备好所需实训工具、各类气动零部件以及相应的气管。因为学生第一次接触这类综合性的实训,对实训要求还比较模糊,为了更好地让学生能顺利进行更深层次的实训,这里先让学生对典型的气动回路进行安装、调试。根据图纸要求,让学生在众多零部件当中选择与图纸设计参数相同的各零部件。参照图纸要求将自己选择的零部件安装在工作台的网孔板上,并进行气路连接。在整个过程当中学生对零部件的挑选以及气动回路的连接都要各组独立完成。目的主要是让学生从理论知识向实际操作进行过度。因为平时能够接触到真实零部件的同学比较少,对各类真实的气动零部件都不是很了解。通过这样的初级学习既能让学生在实习过程中对各类气动零部件具有一定的识别能力,同时也能使学生掌握各类气动零部件的安装方法以及使用场合,为下一步更深入的学习做好充分的准备。
2.2深入了解
在掌握基本气动回路安装和调试的基础上,按照实训设备的四轴机械手的设计要求,选择相应的零部件。在实训室的零部件当中,除了四轴机械手已经包含的所有零部件外,还有"柔性自动检测生产线”中整套设备的所有零部件。各小组必须从众多的零部件当中正确选择四轴机械手所需的零部件,并对已选择的零部件进行性能、参数的分析。并通过互联网等开放式的方法查找相应的替代型号,并把所得的数据填入《四轴机械手零部件选择表》内(见表1)。
表1 四轴机械手零部件选择表

序号	组件名称	型号	生产厂家	价格	选择原因	可替代型号	生产厂家	价格
1
2
3
4

记录人:
通过对原有零部件和替代零部件进行性能参数、市场价格等分析对比,让学生了解除了现有的零部件外还可以选择性能更优、价格更低的产品进行替换,通过这种方式,学生在整个实训过程当中实际已经模拟了一个公司整个市场采购的过程,这不仅对四轴机械手各个零部件性能参数有一定的了解。同时还对不同厂家、不同型号零部件在完成相同作用的前提下对性能更好、价格更低的零部件进行选择。既开阔了学生的视野,同时也锻炼了学生的分析理解能力和解决问题的综合能力。
2.3安装调试
各组长针对各个组员的特点进行明确分工,对四轴机械手进行组装。在组装过程当中先让学生根据自己选择的零部件对四轴机械手的机械部分制定组装计划,并根据组装计划实施。并对每个组装环节进行详细节记录于“设备安装、检查记录表”中(见表2)、对组装过程中遇到的错误进行分析、化解。机械部分组装、调试完成后再进行气路的连接,通气调试。整个四轴机械手机械部分与气压回路保证没有问题的情况下再进行电器部分的安装,最后对四轴机械手进行编程调试。在完成调试之后要求每个小组对自己的整个组装过程进行演示,并对组装过程中遇到的问题进行分析讲解。
表2设备安装、检查记录表
工程名称______ 施工组别______

序号	部件名称	安装型号	安装数量	安装位置	安装人	是否正确	错误原因	检查人
1
2
3
4
5
6
7
8

检查：记录人______ ______年______月______日
在整个任务的安排上,都把每一大任务分割成若干小任务,使每位学生均衡的承担定独立任务,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,主要由三个部分组成:四轴机械手的运行情况和运行合理性占总成绩的30%,各小组创新、协调能力占总成绩的30%,实训报告占总成绩的40%。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。
2.4教学效果
对机电类专业学生采用这种实训教学模式进行创新实训教学中,能充分调动每个学生学习的主动性和积极性;在该系统的实训期间,学生不但把所学的专业理论知识与生产实践结合起来,提高了实践动手能力,而且在实训过程中不但启发了学生的创新精神,还能让学生理解团队精神及敬业精神的重要性;在实训结束时,学生普遍感觉到对专业知识进行学习的探索、钻研,给他们以机会去发现学习方法的新线索从而产生更高的兴趣;当中,次小小的成功带来的喜悦也会激发起他们的新兴趣;还能看到他们自己通过努力和付出所创作出的成果,不仅让他们体会了艰辛、乐趣和成就感,还有利于他们总结经验,改进不足。我校通过在电力拖动、电子技术等课程教学中的应用,极大提高了学生的学习兴趣,不仅培养了学生各方面的技能和他们的综合素质;同时也为学生提供了一次生产实践的实战演练机会,为他们今后走上社会,服务社会,缩短理论与实践的差距奠定了良好的基础。
3讨论
实践证明应用《柔性自动检测生产线实训系统》进行的开放式模块教学的教学效果是明显的,我们曾就这教学模式深受学生欢迎的原因做过问卷调查: “贴近生产现场”和"贴近社会生活”分别占80%和60%多,该系统为何也会贴近社会生活?原来,是老师讲解变频器的操作面板和端子接线操作说明时,也在模块教学中加入了“变频器原理”的内容。学生们说, “一直想了解空调广告中的所谓"每秒钟1Hz,的变频调速原理,就在这里找到了答案! ”折射出这不仅仅是学生的兴趣需求问题,也是提点我们教学设备的科技先进性如何站立科技蜂头的问题,过去那种接接线头,连连灯泡,摸弄几个按钮、开关、蜂鸣器、继电器的机电一体化实操教学不仅是远离生产,显然也远离了社会现实。
正因为《柔性自动检测生产线实训系统》十分贴近现场生产要求,甚至贴近高端的自动汽车生产线,所以,也给我们的教材编写带来十分大的难度,如众多的控制电路的程序编写、多达九种“站”的讲解以及带专利的产品介绍等如何经我们的手变成让学生能接受的知识?颇费心思。
应用《柔性自动检测生产线实训系统》进行的开放式模块教学的主旨是让教学能发挥学生的主观能动性,激发学生的创新能力,以科学的方法拓展各自的思维方式,系统地提高他们的综合分析问题和解决问题的能力以及团队协作精神,并在很大程度上改变了老师讲授,学生被动接受的传统教学模式。遵此,我们的创新尝试,初步展现了较好的教学效果,我们也继续努力争取更好的成绩。