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“互联网+”背景下的机器人智能制造-机器人智慧实训室设计

智能制造-机器人智慧实训室主要是为面向“中国制造2025”教学需求专门研制的工业级智慧工厂实训系统，该平台主要是体现以MES生产管理系统为核心，与云计算中心相结合，软件在云计算的虚拟机上运行，以电气控制网络化为基础，结合RFID物联网技术的“智慧工厂”，可以实现智能化生产、加工、装配、仓储、数字化物流跟踪等过程的智能化柔性生产线，在生产管理及物流调度软件系统方面，通过合理的统筹、优化算法，结合网络技术及现场总线技术，实现了生产过程控制、物流仓储的高效智能化。

　　一、机器人实训室建设背景

　　1.机器人产业政策及现状

　　我国政府部门高度重视机器人产业的发展，国务院、工信部、科技部等多部门陆续出台了包括《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》等多项政策文件，推动我国机器人产业的发展。2015年发布的《中国制造2025》提出实现制造强国的战略目标，一方面要推进信息化与工业化深度融合，加快发展智能制造装备和产品;另一方面要推进制造过程的智能化，加快人机智能交互、工业机器人、智能物流管理、增材制造等技术和装备在生产过程中的应用。工信部、发改委和财政部联合印发的《机器人产业发展规划(2016——2020年)》也提出“十三五”期间是我国机器人产业发展的关键时期，应把握国际机器人产业发展趋势，整合资源，制定对策，抓住机遇，营造良好发展环境，促进我国机器人产业实现持续健康快速发展。

可以预见，企业对机器人技术的人才需求将大幅增长，特别是应用型机器人专业人才的缺口将会增大。尽管机器人技术越来越受到教师、学生与家长的广泛重视，机器人教育逐渐进入到课堂、竞赛中，但在教学手段、教学资源、教学模式等方面也存在着一些急需解决的问题。比如教师如何设计、组织、开展机器人教学活动以及对教学活动及时进行合理评价;如何提高学生学习的兴趣，激发他们学习的动力;如何提高实训设备的利用效率，使信息数据实现自动化采集等;如何在“互联网+”背景下建设工业智能制造机器人智慧实训室越来越得到重视。

　　2.机器人教育及人才培养

　　上世纪90年代初，机器人教育开始被大众知晓，与此同时国内也开始举办各种机器人的竞赛，而后国家层面也开始关注专业化的机器人教育。在2003年明确将“简易机器人制作”列入中小学的选修课程，这为日后的机器人教育研究发展做好了准备。2007年以来人们对机器人教育重要性的认识有了明显提升，在机器人教学过程中采取的教学模式有了一定的研究，也提出了各种实际的应用案例。机器人教育迎来快速发展阶段。随着新一代人工智能发展对人才需求的增加，国家将机器人教育明确列入中小学的信息技术课程选修拓展模块中，2016年发布的《2016 全球教育机器人发展白皮书》为今后一定时间内的机器人教育实践提供了有效指导和可行性分析。国发[2017]35号《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》提出，以机器人为代表的人工智能技术得到突破，为了快速推进智能机器人的应用，构筑基于机器人的知识、技术、产业群、人才、文化及制度相互支撑融合的生态系统是未来的发展方向。

　　二、机器人实训室建设架构

本篇讨论的工业智能制造机器人智慧实训室包括机器人的实训系统和智慧系统。其中机器人的实训系统基于工业机器人、教育机器人入门体验，服务机器人互动演示，工业机器人基本操作、编程调试和智能工作站一体化构建等三层实训室，12个实训分室;智慧系统设计基于“互联网+”、物联网和数据采集及挖掘等信息化手段，以提高教学效果与实训室管理能力。

　　1.机器人实训系统

　　机器人实训系统的设计原则应体现以人为本、实践创新的理念，即综合考虑实训室的教育机器人、服务机器人和工业机器人的全面教学及由浅入深、有点及面的教学、培训与研究要求，同时为教师、学生提供一个开放性、可扩展的工业机器人实训平台。

　　2.智慧元素的镶嵌

　　实训室基础设备配置是满足教学的根本要求，将现代化智慧手段和信息化元素与设备进行嵌套与融合，构建智慧化机器人实训室，不仅仅是锦上添花的事情，更是优化教学设计、提升教学策略、提高教学质量的有效补充。为此，借助于ZigBee、TCP/IP、蓝牙、RFID射频识别等技术实现节点上信息采集，然后实时将信息送至网络中，借助信息化软件功能分析探究逻辑关系，完成数据梳理、清洗和优化与重构;当然也可以与“互联网+”结合，将采集的信息传输至阿里云、彗星云、职教云等平台上，在经云端传输到终端，使用户在终端就可以对实训室进行查看和控制，教师与学生利用智慧实训室进行教学信息查询、筛选、资源共享、科研创新、竞赛竞技等一系列教与学的互动。

　　(1)智慧实训室的优点

　　一是数据信息自动采集。数据信息的采集实现自动化体现了物联网技术的应用，也是相比传统实训室技术进步的关键所在。物联网信息采集设备具有自组网、自修复、自诊断、高稳定性等特点，可以在实训室管理中实现信息采集的自动化，从而减轻管理者的工作负担，提高数据的真实性、及时性。二是实时控制远程化。随着5G时代的到来，物联网技术通过各种技术将网络延伸至各个控制终端。如校园后勤系统的电表、水表，实训室中电源的控制，教室的电灯管理等，利用物联网技术，控制设备或移动终端可以通过网络实现远程控制，使实训室管理不受地域和时间限制。与此同时，通过视频数据的采集与分享可以实现远程的可视化管理。三是系统运行自动化。系统运行的服务器是整个系统的中枢，通过数据库、服务器软件以及部分应用型管理软件可以实现自动化管理。依靠云计算的强大处理能力，对信息进行分析处理;既为决策者提供数据支持，又可以实现自动化控制，实现系统运行的自动化。

　　(2)智慧实训室的组成

智能制造机器人智慧实训室由智能管理系统、多媒体信息分布式交互系统、桌面教育云系统、机器人虚拟仿真系统组成。其硬件由电源控制类、设备管理类、环境采集类与电器控制类组成，通过移动终端、智慧云终端、PC远程控制使系统使用更加方便、人性化。图3为智能制造机器人智慧实训室的系统组成。

工业机器人实训中心包含一套机器人半实物训练装置、两个工业机器人工作站，一条工业机器人上下料生产线和一个机器人仿真实训室。

智能制造机器人智慧实训室平台主要训练学生掌握工业机器人的系统集成技术，搬运、码垛、上下料等作业工艺，典型的码垛、手抓、输送带料道及控制器等外设和通讯接口技术等。工业机器人模拟仿真软件，主要训练学生掌握工业机器人的模拟操作、搭建典型工业机器人工作和生产线等，可实现模拟仿真作业。通过实际机器人验证仿真效果，降低教学和实训成本，提高安全性。

智能制造机器人智慧实训室平台满足自动化类、机电一体化等主要专业，涵盖电子信息、计算机、工业机器人等众多专业领域的专项技术和专业核心技术的教学、科研和实训。智能制造机器人智慧实训室平台主要通过手机APP和浏览器远程下单，完成从网上下单、生产订单解析、工艺编排、智能仓储存取、柔性流程生产、基于视觉的平面装配和立体装配的全自动化过程。构建真正意义上的工业4.0新型工作模式和基础平台，便于电气自动化专业学生在上面开展专业实验。

智能制造机器人智慧实训室产品主要特点

1、实验室的产品采用模块化设计，可以创新组合，符合未来先进制造流水线的柔性和适应性要求。在教学科研领域，将ERP、MES和WMS三个层次系统有机地结合起来，将生产管理、先进制造及仓储管理融于一体，集成应用典型工业自动化控制技术。

2、实验室设备集中了当前以及未来先进的机器人技术、现场总线技术、PLC技术、图像处理与诊断技术、自动立体仓储技术等。

3、本实训系统具有模块化特性和系统开放性（其上可做模块化单独实验和系统综合实验），技术和器件不仅能与当今实际应用的主流先进技术和先进应用器件保持一致，而且还具有二次开发的平台。

4、该系统具有生产过程工艺路径柔性、工装夹具柔性、生产物流柔性、信息管理柔性，有利于培养实用型、创新性专业技术人才。

5、实验设备为开放式系统设计，学生和老师在探究系统技术和理论的同时，可以进行自我设计，提升系统的设计结构和设计要求。同时进行先进技术、先进理论的各种尝试。