柔性生產線系統機電一體化教學系統開發分析

柔性制造系統是指在成組技術的基礎上，以若干臺套數控機床或數組制造單元為核心，通過自動化設備將其聯接，由主控計算機和相關軟件進行控制和管理，組成多種類變批量和混合流程方式進行生產的制造系統。和傳統剛性制造系統比較，有著設備利用率高、生產能力相對穩定、產品質量高、運行靈活、產品應變能力大等特點，現已廣泛應用于各種制造行業。
數控專業和自動化專業是我校的傳統專業，為使學習數控加工及自動化控制專業的學生在學習過程中，能將所學到的專業課程知識綜合性地應用到接近于生產實際的過程中，學校決定籌建了一個FMS 實訓室。在這個實訓室中，我們以接近生產實際的模塊化設計這套柔性制造系統。該系統具有良好的設備兼容性，不同生產廠家的設備可相互兼容，便于以后擴展; 實訓室面向校內外進行不同層次的職業培訓，受益面很大。
1、FMS系統組成
在這套FMS系統訓練設備中，包含一條閉合環型物料運輸流水線、X、Y、Z三軸平移及旋轉的六自由度加工中心、X、Y、Z 三軸平移的三自由度數控雕刻機、四自由度上料檢測機構、工業機器人、三層立體原料庫、四層成品庫、安裝機構、智能分類機構、圖像數據采集對比系統、運輸流水線以及物料監測系統、變頻調速控制系統、和各不同工作系統之間協調管理控制軟件。
當在設備開始工作時，由計算機向步進電機驅動器發出控制指令，給出位置信號，步進電動機旋轉工作與零件位置對準，然后將采集到的位置信號回饋給計算機，如果零件架上有零件，則工作繼續，如果沒有零件，則返回原來位置。接著，工業機器人工作，將物料送至加工位置，零件固定裝置將物料準確定位固定，加工中心對零件進行第一次加工; 完成后，機器人將零件取出，送入數控雕刻機，對零件端面進行雕刻。每道工序加工完畢后，都是由工業機器人將加工完的零件搬運至下一道工序的加工位置。
加工后的零件經運輸生產線傳送，進入四層成品立體倉庫。四層立體倉庫用實時顯示的方式顯示倉位的占用情況，檢測系統實時檢測各個倉位的閑置狀態，給入倉模塊下發指令，計算決定將成品放入規定倉位，操作者可通過LED 顯示屏觀察倉庫儲存狀態，通過數據統計功能還可以知道倉庫一共有多少個成品以及每一類成品的個數及總重量。
2 系統特點
(1) 包含多種關鍵四新技術，如工業機器人、PLC、觸摸屏、變頻器、傳感器、加工中心、數碼雕刻機等，使學生能了解更多的知識，這類技術現處于制造業的前沿地帶，也代表著制造業的發展方向。
(2) 有效地綜合多學科技術和設計理念，將自動化控制、數控加工技術、物流倉儲技術、計算機應用糅合在一起進行教學，對培養全能型人才提供了設備和實操平臺。
(3) 人機友好，良好的交互式操作界面: 計算機平臺采用WINDOWS XP 操作系統，具有較好的交互式和形象化特點，操作起來非常簡單，同時方便學生學習，學生應用該系統能根據設計界面設計出相應的操作程序，在較短的時間之內就可以掌握對該系統的操作和設計。
(4) 全方位模仿工廠實際流程: 設備能對現代企業的柔性加工流程和現代倉儲物流系統實現高度仿真，學生在實訓室的操作實際上與工廠企業實際生產并無兩樣。
(5) 豐富現場監控功能: 計算機與各設備單元和傳感器之間設有端口鏈接，保證計算機與工作設備、工作設備之間有機通訊功能，設備系統中的工作數據及工作過程，均能在計算機上直觀顯示，設計者或操作者都可以通過計算機了解系統各工作哦環節運行狀態。
3、如何應用FMS 進行實驗教學
對于我們開發的這套設備，我們在開展實訓課程中開設的實訓課程并沒有采用傳統實訓課教學模式，經設備開發小組研究，我們探索了以下幾種模式用于教學。
3．1 開設興趣選修課
對于學習FMS，理論基礎是學生們必須必須先掌握的知識; 我們開發的FMS設備要面向人數眾多的學生開放有一定的難度。因此，我們只面向學習優秀的學生開設選修課。在學生中選取理論技能兼優的學生參加學習，在對其進行FMS技術的理論培訓后，開放FMS設備讓其上機實訓，學生按3人為基礎分組，設備按模塊把分割為若干功能區，每小組完成本區功能后，與其他小組對換，直至完成全部模塊，再進行有機整合。
3．2 開設綜合設計性實驗
學生分為2－4人一組; 在教師的指導下，了解設計的工作要點和重點，查閱文獻，制定加工順序，分模塊編制程序，然后上機測試; 實驗的內容根據項目的研究內容而定。這種培養方式的師生比例能達到1: 2 或更低，實驗過程可以做到師生面對面的隨時交流。
4、利用FMS進行培訓的體會和希望
4． 1 FMS進行培訓的效果
在我校向學生開設FMS課程，對學生學習開發專業技能有一定的幫助，學生在掌握FMS的知識后，也增加了就業的競爭力。
近年來為了適應地方經濟和社會發展的需要，培養一批能與現代企業接軌的高技能人才，我們努力拓寬人才培養領域。我校除在全日制學生中開設FMS實訓項目的同事時，也接受相關制造企業和社會上對FMS有興趣的學員進行培訓。學員結束項目后，都能學以致用，對所在企業擔任的工作有很大促進作用。
相比較而言，對全日制學生進行FMS課程培訓效果明顯好于興趣選修班和短期培訓班。前者由于有充分的時間，我們采取了互動式一體化教學，教師以開發學生的思維為主，在教學中，充分調動學生自我學習的主動性，增加學生對學習的積極性，發揮其主觀能動作用，大膽假設，小心求證，利用自身知識去解決實際問題。這種教學模式，不僅拓展了學生所學的現代科學技能的理論和知識; 在學習方法，應用技能方面也得到了提高，為他們今后走上社會，服務于社會奠定了良好的基礎。
4．2 存在的問題
通過參加FMS教學設備開發研究活動，我們也發現，有一些問題急待解決。為了實現本設備的教學，學校需要一支專業技術強，有工作責任心和敬業精神的教師隊伍，此外，還并必須配備相應的管理制度加強對設備的管理和使用。我們一方面鼓勵老師技能提升、加強教師隊伍的專業技術培養和業務培訓; 另一方面，在教師隊伍中開展現代教學研究，以競賽和說課的方式充分調動老師的學習和工作的積極性。因為技術是不斷發展的，專業老師的業務水平將直接影響到教學質量和科研水平。只有不斷的學習進取才能保持科技的先進性，教法的前沿性。
在科學和教育飛速發展的今天，我們在培養學生現代化設備使用能力這個問題上，對綜合性智能化生產設備的開發和使用提出了新的要求。通過開展柔性制造系統教學，擴大了學生技能能力應用的范圍，提高學生的實訓技能水平，激發他們學習熱情，能利用創新的思維去解決實際問題，從而促進整體教學水平和質量的提高，為培養優質技術人才提供了優秀的學習平臺。


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