基於智慧型製造的數字工廠虛擬仿真實驗教學項目

基於智慧型製造的數字工廠虛擬仿真實驗教學項目是廣東工業大學建設的虛擬仿真實驗課程。

基本介紹

• 中文名：基於智慧型製造的數字工廠虛擬仿真實驗教學項目
• 建設院校： 廣東工業大學
• 課程負責人： 謝勝利
• 授課教師：魯仁全、張淼、肖明、徐偉超

課程簡介

基於智慧型製造的數字工廠虛擬仿真實驗項目基於先進物聯網技術，立足“大數據套用重大科研教學平台”，將工業機器人、數字工廠等優勢實體實驗教學資源連線、 整合、數位化、虛擬化部署，校內校外開放，實現“資源共享”的遠程實驗學習與自動教學管理。項目以虛擬仿真手段實現了“數字工廠”實驗教學時空的有效延伸、教學內容的有力拓展、 促進了“新工科”套用!技術人才培養,對“電子信息類”實驗教學信息化建設具有一 定的示範作用。

課程目標

基於智慧型製造的數字工廠虛擬仿真實驗項目基於先進物聯網技術，立足“大數據套用聯合實驗室重大科研教學平台”，將機器人及智慧型製造、數字工廠等優勢實驗教學資源連線、整合、數位化、虛擬化部署，對校內校外開放，實現“資源共享”的遠程實驗學習與自動化教學管理。

項目的成功建設，在利於學生開展課外學習、最佳化教師實驗課程管理與建設、從而極大地提高學生的實踐能力，促進“新工科”套用技術人才培養的同時，通過“資源共享”與遠程開放也大大提高了核心實驗教學資源的設備利用率。

1.項目建設是“新工科”教學“人才培養新模式”的需要

教高司函[2017]6號文《教育部高等教育司關於開展新工科研究與實踐的通知》明確指出，新工科研究和實踐應圍繞工程教育改革的新理念、新結構、新質量、新體系來開展，其主要內容應包括:工程教育的新理念、學科專業的新結構、人才培養的新模式、教育教學的新質量、以及分類發展的新體系。教高廳函[2017]33號文《教育部辦公廳關於推薦新工科研究與實踐項目的通知》對如何開展“新理念”、“新結構” 、“新模式” 、“新質量” 、“新體系” 做出了進一步的項目選題指南，為新工科建設的研究和實踐指明了方向。在新工科建設的各個部分中，“新模式” 的建設是非常重要的一環，其成果將決定著“新質量”是否能夠達成。“新模式” 的建設中就包含了“新工科個性化人才培養模式探索與實踐”這一重要研究內容。其建設目標是:落實以學生為中心的理念，滿足學生的個性化需求，探索形成以學習者為中心的工程教育模式。基於先進物聯網的虛擬仿真實驗室建設，在自動控制，信息科學“新工科”建設背景下，通過整合、開放優勢實驗教學資源，為學生“自主學習”、“個性學習” 提供良好的技術基礎，滿足學生的個性化需求，是新工科“以學習者為中心”的工程教育模式的有益探索。

2.項目建設是學院整合優勢實驗資源，提升實驗教學能力的現實需求

自動化學院近年成功建設了“廣東省物聯網工程實驗教學示範中心”，通過高水平大學建設已建立大數據套用聯合實驗室重大科研教學平台(投入2000萬元) ，為開放式虛擬仿真實驗平台的建設及部署提供了良好的硬體基礎。

學院2015年依託“中國製造2025國家智慧型製造試點示範基地”，投入1300萬元， 建設了機器人及智慧型製造系統實驗室，依託該實驗室設定了針對自動化專業本科生總計192學時的自動化綜合課程設計(1--1V) 實驗教學課程，為工業4. 0智慧型製造“新工科”套用技術人才培養提供了良好的實驗條件。

機器人及智慧型製造系統實驗具有控制對象複雜、涉及專業內容廣、信息集成度高，學生綜合素質要求強、實驗準備周期長等特徵，需要學生投入大量的時間開展課前準備和反覆的實驗練習，現有真實實驗教學資源難以滿足大量學生高負荷實驗學習要求。

大數據套用聯合實驗室集成了國內一流的軟硬設備，但存在利用率低，共享、示範作用弱，硬體先進、內容不足等現實問題。利用一流硬體平台，結合學院優質實驗資源，打造具有國內一流，基於物聯網技術、符合國家智慧型製造2025戰略和新工科人才培養的虛實結合、開放共享的工業物聯網數據採集、大數據存貯及處理、遠程多用戶虛擬仿真實驗、實體數位化工廠設計及實施的實驗平台迫在眉睫。

項目將RobotStudio、Tecnomatix. PLM、MES、 Matlab、 WinCC、PLC省 級精品課程等優秀實驗教學資源進行數位化整合，基於先進物聯網技術，依託大數據云平台建設開放式虛擬仿真實驗教學的管理和共享平台，同時建設實驗的開課管理、典型實驗庫的維護、實驗教學安排、實驗過程的智慧型指導、實驗結果的自動批改、實驗成績統計查詢、數位化資源管理、師生互動交流和系統管理等子系統，一方面可方便學生獲得優質教學資源、利於學生開展課外學習、最佳化教師實驗課程管理與建設、從而極大地提高學生的實踐能力，促進“新工科”套用技術人才培養:另一方面也可依託該平台將優質實驗教學資源向其它學院甚至校外開放共享，從而提高核心實驗教學資源的設備利用率。

3.項目建設是提升學生工程實踐與創新能力的需要

在智慧型製造與數字工廠領域內，軟體環境下的虛擬設計與仿真已然成為整個產品周期內一個不可缺少的環節，學習和掌握各種相關虛擬設計與仿真軟體已經成為智慧型製造與數字工廠領域內從業人員的必要能力。學生可通過利用計算機仿真技術學習、分析並解決對象建模、模型分析、控制參數最佳化、模型與方法最佳化處理、仿真分析等方面的問題。

智慧型製造與數字工廠虛擬仿真實驗是學習智慧型製造技術的一個重要環節，旨在通過基礎實驗和綜合設計型實驗，以幫助學生 熟悉掌握工業物聯網、PLM、工業大數據、MES系統、虛擬現實、人工智慧、工業機器人、感測器、RFID、 機器視覺、智慧型物流(AGV)、PLC、 HMI、數據採集器、工業交換機等技術。

學生利用虛擬仿真實驗資源，一方面可通過實驗測試等手段提取實物系統參數建立其仿真模型，並結合所學到的理論知識對實驗系統進行更為深入的實驗研究，進一一步鍛鍊其工程實踐及研究的能力:另一方面可通過軟體當中的數據處理、圖形顯示等功能，對不存在的系統進行設計、分析和研究，驗證系統設計的合理性及功能的完整性，從而培養其實踐創新的能力。基於以上目的，廣東大學自動化學院積極回響教育部“教育信息化”建設要求，國家“復旦共識”新形勢下的“新工科個性化人才培養模式探索與實踐”要求，為進一步提升學校“新工科”人才教育水平，運用信息技術整合優勢實驗室資源，建設並成功套用了基於智慧型製造的數字廠虛擬仿真實驗項目,從而探索以學生為中心的個性化人才培養方案、管理’式和運行機制，放大核心實驗教學資源的設備利用率,促進“新工科”套用技術人才培養。