柔性生产线系统机电一体化教学系统开发分析

柔性制造系统是指在成组技术的基础上，以若干台套数控机床或数组制造单元为核心，通过自动化设备将其联接，由主控计算机和相关软件进行控制和管理，组成多种类变批量和混合流程方式进行生产的制造系统。和传统刚性制造系统比较，有着设备利用率高、生产能力相对稳定、产品质量高、运行灵活、产品应变能力大等特点，现已广泛应用于各种制造行业。
数控专业和自动化专业是我校的传统专业，为使学习数控加工及自动化控制专业的学生在学习过程中，能将所学到的专业课程知识综合性地应用到接近于生产实际的过程中，学校决定筹建了一个FMS 实训室。在这个实训室中，我们以接近生产实际的模块化设计这套柔性制造系统。该系统具有良好的设备兼容性，不同生产厂家的设备可相互兼容，便于以后扩展; 实训室面向校内外进行不同层次的职业培训，受益面很大。
1、FMS系统组成
在这套FMS系统训练设备中，包含一条闭合环型物料运输流水线、X、Y、Z三轴平移及旋转的六自由度加工中心、X、Y、Z 三轴平移的三自由度数控雕刻机、四自由度上料检测机构、工业机器人、三层立体原料库、四层成品库、安装机构、智能分类机构、图像数据采集对比系统、运输流水线以及物料监测系统、变频调速控制系统、和各不同工作系统之间协调管理控制软件。
当在设备开始工作时，由计算机向步进电机驱动器发出控制指令，给出位置信号，步进电动机旋转工作与零件位置对准，然后将采集到的位置信号回馈给计算机，如果零件架上有零件，则工作继续，如果没有零件，则返回原来位置。接着，工业机器人工作，将物料送至加工位置，零件固定装置将物料准确定位固定，加工中心对零件进行第一次加工; 完成后，机器人将零件取出，送入数控雕刻机，对零件端面进行雕刻。每道工序加工完毕后，都是由工业机器人将加工完的零件搬运至下一道工序的加工位置。
加工后的零件经运输生产线传送，进入四层成品立体仓库。四层立体仓库用实时显示的方式显示仓位的占用情况，检测系统实时检测各个仓位的闲置状态，给入仓模块下发指令，计算决定将成品放入规定仓位，操作者可通过LED 显示屏观察仓库储存状态，通过数据统计功能还可以知道仓库一共有多少个成品以及每一类成品的个数及总重量。
2 系统特点
(1) 包含多种关键四新技术，如工业机器人、PLC、触摸屏、变频器、传感器、加工中心、数码雕刻机等，使学生能了解更多的知识，这类技术现处于制造业的前沿地带，也代表着制造业的发展方向。
(2) 有效地综合多学科技术和设计理念，将自动化控制、数控加工技术、物流仓储技术、计算机应用糅合在一起进行教学，对培养全能型人才提供了设备和实操平台。
(3) 人机友好，良好的交互式操作界面: 计算机平台采用WINDOWS XP 操作系统，具有较好的交互式和形象化特点，操作起来非常简单，同时方便学生学习，学生应用该系统能根据设计界面设计出相应的操作程序，在较短的时间之内就可以掌握对该系统的操作和设计。
(4) 全方位模仿工厂实际流程: 设备能对现代企业的柔性加工流程和现代仓储物流系统实现高度仿真，学生在实训室的操作实际上与工厂企业实际生产并无两样。
(5) 丰富现场监控功能: 计算机与各设备单元和传感器之间设有端口链接，保证计算机与工作设备、工作设备之间有机通讯功能，设备系统中的工作数据及工作过程，均能在计算机上直观显示，设计者或操作者都可以通过计算机了解系统各工作哦环节运行状态。
3、如何应用FMS 进行实验教学
对于我们开发的这套设备，我们在开展实训课程中开设的实训课程并没有采用传统实训课教学模式，经设备开发小组研究，我们探索了以下几种模式用于教学。
3．1 开设兴趣选修课
对于学习FMS，理论基础是学生们必须必须先掌握的知识; 我们开发的FMS设备要面向人数众多的学生开放有一定的难度。因此，我们只面向学习优秀的学生开设选修课。在学生中选取理论技能兼优的学生参加学习，在对其进行FMS技术的理论培训后，开放FMS设备让其上机实训，学生按3人为基础分组，设备按模块把分割为若干功能区，每小组完成本区功能后，与其他小组对换，直至完成全部模块，再进行有机整合。
3．2 开设综合设计性实验
学生分为2－4人一组; 在教师的指导下，了解设计的工作要点和重点，查阅文献，制定加工顺序，分模块编制程序，然后上机测试; 实验的内容根据项目的研究内容而定。这种培养方式的师生比例能达到1: 2 或更低，实验过程可以做到师生面对面的随时交流。
4、利用FMS进行培训的体会和希望
4． 1 FMS进行培训的效果
在我校向学生开设FMS课程，对学生学习开发专业技能有一定的帮助，学生在掌握FMS的知识后，也增加了就业的竞争力。
近年来为了适应地方经济和社会发展的需要，培养一批能与现代企业接轨的高技能人才，我们努力拓宽人才培养领域。我校除在全日制学生中开设FMS实训项目的同事时，也接受相关制造企业和社会上对FMS有兴趣的学员进行培训。学员结束项目后，都能学以致用，对所在企业担任的工作有很大促进作用。
相比较而言，对全日制学生进行FMS课程培训效果明显好于兴趣选修班和短期培训班。前者由于有充分的时间，我们采取了互动式一体化教学，教师以开发学生的思维为主，在教学中，充分调动学生自我学习的主动性，增加学生对学习的积极性，发挥其主观能动作用，大胆假设，小心求证，利用自身知识去解决实际问题。这种教学模式，不仅拓展了学生所学的现代科学技能的理论和知识; 在学习方法，应用技能方面也得到了提高，为他们今后走上社会，服务于社会奠定了良好的基础。
4．2 存在的问题
通过参加FMS教学设备开发研究活动，我们也发现，有一些问题急待解决。为了实现本设备的教学，学校需要一支专业技术强，有工作责任心和敬业精神的教师队伍，此外，还并必须配备相应的管理制度加强对设备的管理和使用。我们一方面鼓励老师技能提升、加强教师队伍的专业技术培养和业务培训; 另一方面，在教师队伍中开展现代教学研究，以竞赛和说课的方式充分调动老师的学习和工作的积极性。因为技术是不断发展的，专业老师的业务水平将直接影响到教学质量和科研水平。只有不断的学习进取才能保持科技的先进性，教法的前沿性。
在科学和教育飞速发展的今天，我们在培养学生现代化设备使用能力这个问题上，对综合性智能化生产设备的开发和使用提出了新的要求。通过开展柔性制造系统教学，扩大了学生技能能力应用的范围，提高学生的实训技能水平，激发他们学习热情，能利用创新的思维去解决实际问题，从而促进整体教学水平和质量的提高，为培养优质技术人才提供了优秀的学习平台。


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