CN106652742A - 教学实训系统及教学方法 - Google Patents

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边强
刘科
余海
胡晓明
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Abstract

本发明的一教学实训系统及教学方法，其中所述教学实训系统以用于实现产品自动化生产，包括一生产单元，所述生产单元包括一制造单元；和一控制单元，所述控制单元包括一MES控制单元以及一传输单元，所述制造单元以及所述传输单元分别被电联于所述MES控制单元，所述MES控制单元得以驱动所述制造单元处于所述产品生产状态，所述传输单元得以驱动所述产品的传输。

Description

教学实训系统及教学方法
技术领域
本发明涉及一种能够用于教学的工业级实训系统，同时涉及一教学方法。
背景技术
随着“工业4.0”及中国制造2025规划的概念的提出，未来制造业将实现更高的效率和灵活性，设备的操作维护及换代更新更为频繁。企业的制造能力在不断地创新，制造技术及设备也在不断地更新中，企业为了效益化，在各个高校都会引进很多优秀人才。在高校毕业的学生能尽快融入企业生产，减少企业培养专业人才的周期，才能使得企业快速地发展，使得人才资源的利用最佳化。所以高校学生在高校中，能得到良好的教育培训显得尤其重要，使得高校的学生在学习阶段就能实地的体验企业的工艺流程。
就学校教育范围而言，为了更好的和工业4.0以及中国制造2025概念进行结合，需要开展相关专业的教育培训，使得高校的教育与企业的实际生产相结合，与时代发展趋势紧密结合。提升高校的教育质量，扩大学生的知识面及动手水平，使得学生在高校内就能接受企业实际生产的模式，促使高校毕业生更好地融入并服务于企业。
但是高校所用的培训系统多为仿真缩小版，其实训设备结构简单，使得学生在培训过程中获得的技能单一，经过高校培育的学生无法满足企业的需求，目前的培训系统仅仅适用于基础学科的培训教育。针对综合实训，提升学生的综合动手能力而言，这些设备远远无法满足目前实训所需。
发明内容
本发明的一目的在于提供一教学实训系统及教学方法，所述教学实训系统得以模拟工业级实训系统中主流工业技术，便于向学生直观地展示每个模块在工业生产中的作用，便于提高教学水平。
本发明的一目的在于提供一教学实训系统及教学方法，所述教学实训模块得以实现自主接收订单，根据不同种类的订单完成相对应产品地生产，进行产品组装分拣，并将产品存入库。
本发明的一目的在于提供一教学实训系统及教学方法，所述教学实训模块中的各单元模块通过一MES控制件相结合，以实现无人化生产及控制。
本发明的一目的在于提供一教学实训系统及教学方法，一分拣单元得以根据根据不同产品的种类，进行分类，并将相同类别的产品存储于同一仓库。
本发明的一目的在于提供一教学实训系统及教学方法，其中一制造单元得以实现产品或产品配件地智能生产，并进行相对应地组装或拆解。
本发明的一目的在于提供一教学实训系统及教学方法，所述制造单元包括一3D打印机、一DELTA机器人以及以六自由度工业机器人，以用户实现产品的生产组装及拆解。
本发明的一目的在于提供一教学实训系统及教学方法，其中一传输单元包括一AGV模块以及一RFID模块，所述AVG模块以用于在各个单元之间产品的传输，所述RFID模块得以根据流转的零件和产品中的芯片来实时监控生产动态。
本发明的一目的在于提供一教学实训系统及教学方法，其中一检测单元包括一力学模块以及一视觉模块，所述力学模块以及所述视觉模块得以鉴别所述生产单元生产的产品的品质，以实现在线检测。
本发明的一目的在于提供一教学实训系统及教学方法，其中一分拣单元得以根据所述检测单元的检测结果进行分类分拣，将产品进行品质归类。
为实现上述目的的一种或多种，一教学实训系统，以用于实现产品自动化生产，包括一生产单元，所述生产单元包括一制造单元；和一控制单元，所述控制单元包括一MES控制单元以及一传输单元，所述制造单元以及所述传输单元分别被电联于所述MES控制单元，所述MES控制单元得以驱动所述制造单元处于所述产品生产状态，所述传输单元得以驱动所述产品的传输。
在一个优选实施中，其中所述传输单元包括一AGV模块以及一RFID模块，所述AGV模块以及所述RFID模块分别被电联于所述MES控制单元，所述AGV模块以及所述RFID模块以用于实现所述产品的传输及实时生产动态监测。
在一个优选实施中，其中所述控制单元进一步包括一检测单元，所述检测单元被电联于所述MES控制单元，所述检测单元以用于检测所述产品的生产品质。
在一个优选实施中，其中所述检测单元包括一力学模块以及一视觉模块，所述力学模块以及所述视觉模块得以分别检测所述产品的生产品质。
在一个优选实施中，其中所述控制单元进一步包括一分拣单元，所述分拣单元被电联于所述MES控制单元，所述分拣单元得以根据所述检测单元的反馈信息，根据所述产品的生产品质进行分类处理。
在一个优选实施中，其中所述制造单元包括一加工模块以及一装解模块，所述加工模块以及所述装解模块被电联于所述MES控制单元，所述加工模块以用于所述产品的生产，所述装解单元以用于所述产品的组装或拆解。
在一个优选实施中，其中所述生产单元进一步包括一存储装置，所述存储装置以用于存储所述产品及所述产品的配件。
在一个优选实施中，其中所述加工模块为一3D打印机、一数控机床及一DELTA机器人的其中一种。
在一个优选实施中，其中所述拆解模块为所述DELTA机器人或一六自由度工业机器人的其中一种。
在一个优选实施中，其中所述MES控制单元具有一订单模块，所述订单模块以用于接收产品的生产信息。
本发明进一步提供一教学方法，其中所述教学方法包括如下步骤：
(a)通过一MES控制单元驱动一制造单元处于一产品生产状态；和
(b)所述MES控制单元控制一传输单元将被所述制造单元生产的产品在一整体生产线中传输。
在一个优选实施中，所述教学方法进一步包括步骤：
(c)通过一检测单元对生产的所述产品进行质量检测。
在一个优选实施中，所述教学方法进一步包括步骤：
(d)通过一分拣单元对不同质量等级的产品进行归类处理。
在一个优选实施中，在所述步骤(a)之前进一步包括：通过所述MES控制单元接收订单信号。
在一个优选实施中，在所述步骤(d)之后进一步包括：通过所述传输单元将产品存储于一存储单元。
在一个优选实施中，所述传输单元包括一AGV模块以及一RFID模块，所述AGV模块以及所述RFID模块得以驱动所述产品的传输及监测产品实时生产动态。
在一个优选实施中，上述方法中，所述检测单元包括一力学模块以及一视觉模块，所述力学模块以及所述视觉模块对产品的质量进行综合的分析检测，并将检测到的数据反馈于所述MES控制单元。
在一个优选实施中，所述步骤(a)中，所述制造单元包括一加工模块以及一装解单元，所述加工模块得以制造所需的产品或产品配件，所述装解单元得以对所述产品或产品配件进行组装拆解。
在一个优选实施中，所述加工模块为一3D打印机、一数控机床或一DELTA机器人中的其中一种。
在一个优选实施中，所述装解模块为所述DELTA机器人或一六自由度工业机器人的其中一种。
附图说明
图1是根据本发明的教学实训系统的整体示意框图。
图2是根据本发明的教学实训系统的详细示意框图。
图3是根据本发明的教学实训系统的整体示意图。
图4是根据本发明的教学方法的步骤示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
如图1所示到图3，本发明的一教学实训系统1以用于高校的教育培训，学生得以根据所述教学实训系统1更加贴合地了解当前企业生产中各个技术的作用，其产品生产开发的流程，便于学生面向实践，更好地融入如企业。所述教学实训系统1包括一生产单元10以及一控制单元20，所述控制单元20得以接收产品订单，并驱动所述生产单元10进行相匹配地生产。其中所述产品订单包括产品的种类、数量、形状等产品的相关信息，以便于所述生产单元10得以根据所述订单信息进行生产，实现智能化地生产模式。从所述控制单元20接受订单信息到所述生产单元10生产产品，都无需额外人员的操控，所述教学实训系统得以完成产品一体化地生产。
所述生产单元10包括一制造单元11以及一存储单元12，所述制造单元11得以根据所述控制单元20的订单信息自动化地生产预设产品，所述制造单元11得以分别制造产品的各零部件，并将所述零部件进行组装拆解等工序。其中所述生产单元11包括一加工模块111以及一装解模块112，所述加工模块111得以智能生产所述产品或所述产品的配件，所述装解模块112通过所述控制单元20将所述加工模块111生产的产品配件进行组装成成品，或将整体所述产品进行拆解，便于产品的运输存储及包装。优选地，所述加工模块111为一3D打印机、一数控机床或一DELTA机器人中的其中一种，所述3D打印机、所述数控机床或所述DELTA机器人得以根据订单需求加工所述产品的配件或整体产品。所述3D打印机技术为当前主流技术，其得以根据输入的产品模型，直接通过打印的模式产生立体产品，所述3D打印机通过使用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体，其具有无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地缩短了产品的生产周期等特点。所述数控机床得以根据产品尺寸相匹配地生产出产品，所述DELET机器人三个并联的伺服轴确定抓具中心的空间位置实现产品的加工。其中所述装解模块112对从所述制造单元11传输过来的产品或产品配件进行相对应地组装或拆解，便于对后续工序中产品的包装或存储提供便利。Delta机器人以其重量轻、体积小、运动速度快、定位精确、成本低、效率高等特点，正在市场上被广泛应用。例如所述加工模块111制造的是产品配件，所述装解模块112需要对所述产品配件进行组装，形成一整体的产品；如果所述加工模块111制造的是整体的产品，所述装解模块112得以根据用户需求进行拆解工序。其中，所述装解模块112为所述DELTA机器人或一六自由度工业机器人的其中一种或多种组合。
其中，所述存储单元12得以存储所述制造单元11制造的产品或产品配件，或者所述制造单元11制造所需的材料从所述存储单元12中通过所述控制单元20被传输。
值得一提的是，所述控制单元20包括一MES控制单元21以及一传输单元22，所述MES控制单元21分别电联于所述传输单元22以及所述制造单元11，所述MES控制单元21在所述教学实训系统1内起到主体的控制作用，所述MES控制单元21驱动所述制造单元11及所述传输单元22根据不同控制指令处于相对应地工作状态。所述MES控制单元21是面向整体生产过程中的管理及实时信息监测系统，得以解决不同生产过程中问题。其中所述MES控制件21具有一订单模块211，所述订单模块211得以接收用户发送的订单信息，进而使得所述教学实训系统1接收产品生产的信号，驱动所述生产单元10处于工作状态。
其中，所述传输模块22包括一AGV模块221以及一RFID模块222，所述AGV模块221以及所述RFID模块222分别设于所述加工模块111以及所述装解模块112，所述加工模块111以及所述装解模块112得以通过所述传输模块22实现产品在所述教学实训系统1内各功能模块之间的传输，无需人员的操作。
其中，所述AGV模块221由所述MES模块21所驱动控制，所述AGV模块221为无人搬运车(Automated Guided Vehicle简称)指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿预设的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，工业应用中不需驾驶员的搬运车，以可充电之蓄电池为其动力来源。
所述AGV模块221以轮式移动为特征，相比较于其他移动机器人具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。同时所述AGV模块221的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。所述AGV模块221在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。
所述RFID模块222是(Radio Frequency Identification的缩写)，即频射识别，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象，可快速地进行物品追踪和数据交换。识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。所述RFID模块222可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。所述AGV模块221以及所述RFID模块222的相互配合使用，使得所述教学实训系统1中产品或配件的传输都智能化传输，无需人员操控，增加生产效率。
值得一提的是，所述控制单元20进一步包括一检测单元23，所述检测单元23电联于所述MES模块21，所述检测单元23得以检测所述制造单元11传输出来的产品或产品配件的质量，将分拣出不合格的产品，以用于提高所述教学实训系统1生产产品的质量。所述检测单元23进一步包括一力学模块231以及一视觉模块232，所述力学模块231以及所述视觉模块232分别电联于所述MES控制单元21，产品的质量得以通过所述力学模块231以及所述视觉模块232进行综合的分析检测。所述力学模块231以及所述视觉模块232将检测到的数据反馈于所述MES控制单元21。
值得一提的是，所述控制单元20进一步包括一分拣单元24，所述分拣单元24分别电联于所述MES控制单元21以及所述检测单元23，所述检测单元23对产品的检测结果反馈于所述MES控制单元21，所述MES控制单元21通过所述分拣单元24对产品进行撒选，保留其高品质的产品，剔除有质量缺陷的产品。
如图4所示，本发明同时涉及一教学方法2，所述教学方法2适用于工业级产品生产，所述教学方法2的包括步骤：
(a)所述MES控制单元21驱动所述制造单元11制造出预设产品；和
(b)所述MES控制单元控制所述传输单元22将产品在整体生产线中智能化地传输。
所述教学方法2进一步包括步骤：(c)通过所述检测单元23对生产的产品进行质量检测。所述教学方法2进一步包括步骤(d)通过所述分拣单元24对不同质量等级的产品进行归类处理。
所述步骤(a)之前进一步包括步骤：通过所述MES控制单元接收订单信号。
所述步骤(d)之后进一步包括步骤：通过所述传输单元22将产品存储于所述存储单元12。
其中，所述传输单元22包括一AGV模块221以及一RFID模块222，所述AGV模块221以及所述RFID模块222分别电联于所述MES模块21，所述AGV模块221以及所述RFID模块222驱动所述产品在所述检测单元23、所述分拣单元24、所述制造单元11以及存储单元12之间的智能化传输。
其中，所述检测单元23包括一力学模块231以及一视觉模块232，所述力学模块231以及所述视觉模块232对产品的质量进行综合的分析检测，并将检测到的数据反馈于所述MES控制单元21。
其中，所述制造单元11包括一加工模块111以及一装解单元112，所述加工模块111得以制造所需的产品或产品配件，所述装解单元112得以对所述产品或产品配件进行组装拆解，满足后续生产工序需求。所述加工模块111为一3D打印机、一数控机床或一DELTA机器人中的其中一种；所述装解模块112为所述DELTA机器人或一六自由度工业机器人的其中一种或多种组合。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (20)

1.一教学实训系统，以用于实现产品自动化生产，其特征在于，包括：
一生产单元，所述生产单元包括一制造单元；和
一控制单元，所述控制单元包括：
一MES控制单元以及一传输单元，所述制造单元以及所述传输单元分别被电联于所述MES控制单元，所述MES控制单元得以驱动所述制造单元处于所述产品生产状态，所述传输单元得以驱动所述产品的传输。
2.如权利要求1所述的教学实训系统，其中所述传输单元包括一AGV模块以及一RFID模块，所述AGV模块以及所述RFID模块分别被电联于所述MES控制单元，所述AGV模块以及所述RFID模块以用于实现所述产品的传输及实时生产动态监测。
3.如权利要求2所述的教学实训系统，其中所述控制单元进一步包括一检测单元，所述检测单元被电联于所述MES控制单元，所述检测单元以用于检测所述产品的生产品质。
4.如权利要求3所述的教学实训系统，其中所述检测单元包括一力学模块以及一视觉模块，所述力学模块以及所述视觉模块得以分别检测所述产品的生产品质。
5.如权利要求4所述的教学实训系统，其中所述控制单元进一步包括一分拣单元，所述分拣单元被电联于所述MES控制单元，所述分拣单元得以根据所述检测单元的反馈信息，根据所述产品的生产品质进行分类处理。
6.如权利要求1或4所述的教学实训系统，其中所述制造单元包括一加工模块以及一装解模块，所述加工模块以及所述装解模块被电联于所述MES控制单元，所述加工模块以用于所述产品的生产，所述装解单元以用于所述产品的组装或拆解。
7.如权利要求6所述的教学实训系统，其中所述生产单元进一步包括一存储装置，所述存储装置以用于存储所述产品及所述产品的配件。
8.如权利要求7所述的教学实训系统，其中所述加工模块为一3D打印机、一数控机床及一DELTA机器人的其中一种。
9.如权利要求8所述的教学实训系统，其中所述拆解模块为所述DELTA机器人或一六自由度工业机器人的其中一种。
10.如权利要求9所述的教学实训系统，其中所述MES控制单元具有一订单模块，所述订单模块以用于接收产品的生产信息。
11.一教学方法，其特征在于，包括步骤：
(a)通过一MES控制单元驱动一制造单元处于一产品生产状态；和
(b)所述MES控制单元控制一传输单元将被所述制造单元生产的产品在一整体生产线中传输。
12.如权利要求11所述教学方法，进一步包括步骤：
(c)通过一检测单元对生产的所述产品进行质量检测。
13.如权利要求12所述教学方法，进一步包括步骤：
(d)通过一分拣单元对不同质量等级的产品进行归类处理。
14.如权利要求13所述教学方法，其中在所述步骤(a)之前进一步包括：通过所述MES控制单元接收订单信号。
15.如权利要求14所述教学方法，其中在所述步骤(d)之后进一步包括：通过所述传输单元将产品存储于一存储单元。
16.如权利要求15所述教学方法，其中所述传输单元包括一AGV模块以及一RFID模块，所述AGV模块以及所述RFID模块得以驱动所述产品的传输及监测产品实时生产动态。
17.如权利要求16所述教学方法，其中上述方法中，所述检测单元包括一力学模块以及一视觉模块，所述力学模块以及所述视觉模块对产品的质量进行综合的分析检测，并将检测到的数据反馈于所述MES控制单元。
18.如权利要求11所述教学方法，其中所述步骤(a)中，所述制造单元包括一加工模块以及一装解单元，所述加工模块得以制造所需的产品或产品配件，所述装解单元得以对所述产品或产品配件进行组装拆解。
19.如权利要求16所述教学方法，其中所述加工模块为一3D打印机、一数控机床或一DELTA机器人中的其中一种。
20.如权利要求18所述教学方法，其中所述装解模块为所述DELTA机器人或一六自由度工业机器人的其中一种。
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