融合现场总线技术的过程控制虚实结合实验系统构建

综合虚拟仪器、网络、3D等先进技术,构建了虚实结合的现场总线过程控制实验系统。设计了RS-485工业现场总线网络结构,实现了主从通信、信息交互和监控功能。利用LabVIEW与SolidWorks联合仿真,实现3D动态交互;开发了控制算法模块,可实现实体与虚拟对象控制,数据处理与显示模块实现曲线图形显示、数据分析、历史数据管理等功能。该系统为现场总线、过程控制等虚拟实验教学提供了重要支撑。     

资源共享的智能制造虚拟实验教学平台建设

采用专业虚拟仿真软件,通过计算机网络将智能制造设备3D虚拟模型与实体PLC设备建立实时数据连接,形成虚实结合的智能制造实验教学系统。实验室局域网经VPN网关与校园网连接,使学生在完成实验预约后可以通过校园网访问虚拟实验教学系统、下载实验资源、远程连接PLC,进行虚拟仿真实验。构建的资源共享智能制造虚拟实验教学平台可以提高实验室资源的利用率,有利于培养更多的专业人才。     

基于项目驱动的工业机器人实验设计和开发

工业机器人综合了机械、自动化、计算机等多学科技术,是智能制造系统中的重要单元。在课程实践中,将工业机器人作为一种机电产品进行系统设计和控制操作。基于ABB六轴工业机器人实验平台,以企业工程应用和自主设计任务作为创新性设计实验项目内容,进行工业机器人三维建模、控制系统设计、程序开发和动作执行。在工业机器人课程中应用后,取得了明显的效果,有助于学生更好地掌握工业机器人基本理论和项目开发,培养了学生的设计开发能力、实践动手能力和创新设计能力,并能使学生更好地理解工业机器人单元在智能制造系统中的作用。     

智能制造虚拟实验系统设计与集成

为解决大型综合实验平台教学设备不足的问题,将虚拟仿真技术、互联网技术与学科专业深层融合,通过Visual Components构建了汽车智能制造系统冲压、焊接、喷涂和组装等产线工艺模型,采用PLC与虚拟对象的通信,实验系统与门户网站集成共享。由贴近工程实际的3D虚拟对象代替实际生产线,基本解决了大型综合实训平台的建设难题。该实验系统推进了实验教学信息化建设和实验教学资源开放共享。     

基于TCP-IP网络和实时数据库的三容水箱远程控制系统

为了适应过程控制中的复杂系统控制和特殊环境远程控制的要求，作者利用TCP-IP网络和实时数据库技术的新发展所带来的便利，在原有的三容水箱系统上开发了网络控制、实时数据采集、传输、处理和视频直播等功能，实现了网络虚拟实验；同时通过互联网实现了三容水箱系统的相关控制功能，为过程控制教学实验提供了很好的网络平台。这套系统已经投入到清华大学过程控制的教学科研中，相关的功能正在不断扩展。     

智能制造背景下的高职PLC教学改革探究

智能制造时代对高职教育中的可编程控制器课程提出新要求,高职院校要积极进行改革创新,以适应产业变革和人才培养的新需求。智能制造背景下,可编程控制器与数据处理、机器人控制、智能化产线、互联网等领域密切相关,但高职可编程控制器课程存在理论与实践脱节、实验设备过时、师资不足、缺乏学科融合、不注重培养学生核心能力等问题。在具体实践中,要增加典型项目案例、构建虚拟实验平台、强化师资培训、整合跨学科课程、优化培养模式,进一步提高课程教学效果。     

基于智能制造系统的物联网3D监控

针对柔性智能制造系统在生产过程中环境参数、操作行为、随机事件对产品质量的影响的判断数据不完善等问题,给出了一种有效的融合多种传感器为一体的三维虚拟监控的设计方法,模拟仿真和实现柔性智能制造系统中复杂的制造和控制过程。该系统实现了从数据的采集、分析、处理、建模、通信,以及工件的库存状态显示,构建了一个完整的物联网3D监控体系。仿真实验表明,与改造前相比,智能制造系统环境自适应、在线学习、系统运行状态得到了明显的提高。     

复杂物理模型的网络虚拟实验系统的设计与开发

文章针对现有的网络虚拟实验系统构建技术的不足,运用VRML、Java和Matlab三种技术混合开发了适用于构建复杂模型的大学物理网络虚拟实验系统,并对系统的关键实现技术进行了阐述。该网络虚拟实验系统发挥了多种技术的优势,在呈现方式、传输速度和算法编程上存在很多优势。     

面向笔筒自动化生产的智能制造实验教学平台建设

针对智能制造工程专业的实验教学需求,面向笔筒自动化生产开发了智能制造实验教学平台。将数控机床、机器人、智能检测等技术应用到笔筒加工、装配和检测中,融合了加工制造、机构设计、机器人、智能检测、数据通信、软件编程等方面的实验教学内容,构建了多学科交叉的智能制造实验教学平台,为新工科背景下智能制造的多层次、多交叉实验教学奠定了基础。     

基于数字孪生的智能装配机械臂实验系统

依托智能工厂流水线实验装置,构建了智能装配机械臂数字孪生实验系统,包括机械臂物理装置、机械臂虚拟实体、虚实映射模块、数字孪生数据库及实验教学界面软件等组成部分,提出了一种基于多模型融合的数字孪生系统模型集成方法。该系统可应用于智能制造相关本科专业的实验教学,多个实验教学案例表明了数字孪生实验系统的有效性。     

面向智能制造仿真实验的产线数字孪生建模

针对智能制造领域人才培养中,实践教学存在的成本高、安全保证难等问题,该研究构建了智能制造仿真实验系统。首先,以智能产线为基础、车间信息化平台为桥梁,融合产线数字孪生技术,构建了面向智能制造仿真实验的数字孪生系统框架;其次,对系统中包含的产线物理实体模型、数据采集及车间信息化平台、数字孪生产线的多维度模型及智能制造仿真实验平台展开了详细阐述;最后设计产线生产调度优化实验,验证了该数字孪生仿真实验系统的有效性。     

网络虚拟实验系统构建方式的比较研究

计算机技术、网络技术和仿真技术的发展为网络虚拟实验系统的构建提供了可能,本文从呈现方式、实现技术、访问方式和图形可视化位置四个角度对网络虚拟实验系统的构建方式进行了分析和比较,构建了网络虚拟实验系统实例.     

基于机器视觉的机器人智能分拣实验平台开发

针对机器视觉和机器人技术设备分散和功能单一等问题,开发设计了基于机器视觉的机器人智能分拣综合实验平台。将机电传动控制、气动控制、工程光学、图像处理技术、机器人控制技术等有机融合,可开设物料传送装置拆装测绘、光学图像采集系统搭建、单片机控制系统设计、真空吸附搬运分拣气动回路设计、手眼标定与形状匹配图像处理、机器人操作控制、上位机软件开发等实验。该实验平台体现了教学设备的先进性和创新性,有利于提高学生的工程实践和创新能力。     

工业无线网络的智能搬运机器人实验平台设计

为提升搬运机器人的智能化水平,加强控制中心对现场的监控能力,根据智能制造企业实际生产需求,基于实验室承担的科研项目,将双目视觉、搬运机器人和工业无线等技术相结合,设计开发了该智能搬运机器人实验平台。使用PLC作为智能搬运机器人的主控制器,利用双目视觉对目标物分类和定位,通过工业无线实现控制中心和智能搬运机器人之间的数据通讯,设计HMI远程显示智能搬运机器人运行状态。实验表明,智能搬运机器人可完成目标物检测、抓取和搬运功能,控制中心可完成对现场的实时监控。     

基于数字孪生的智能生产线构建及教学实践

结合智能制造相关专业教学及实践要求，综合分析了3C产品的结构及工艺特点，构建了一条智能柔性生产线，适用于PLC应用技术、工业机器人应用技术和智能制造生产线综合实践等课程的教学工作。受限于成本及复杂的流程等因素，对于智能生产线运行、调试及工艺验证等技能、知识领域，难以组织较大规模且高效的实践教学。基于数字化设计、机电一体化、虚拟仿真等多学科交叉技术而开发了生产线数字孪生模型并用于实践教学。实践表明，该生产线运行过程稳定，孪生模型与实物高度对应，在教学过程支撑了生产线建模设计、数字孪生仿真设计、机器人离线编程、运动部件轨迹规划及定义、虚拟PLC编程及通信配置等实践教学项目。数字孪生模型可以代替物理空间的生产线实物用于全流程实践项目教学，开辟了创新性的实践教学模式。     

面向新工科建设的加热炉智能燃烧控制虚拟仿真平台的开发

遵循新工科建设对人才培养的要求，顺应国家智能制造规划，发挥冶金行业院校特色，开发了加热炉智能燃烧控制虚拟仿真平台。该平台基于多年在加热炉领域工程研究成果，采用工厂实际数据，复现加热炉智能生产的全过程。该平台含有6大类实训项目，覆盖从工艺认知到生产过程控制再到系统优化的各个阶段。近年来在自动化、冶金和热能等专业的教学实践表明，该平台具有现场模拟的真实性、平台构建的完整性、开发手段的先进性和学科知识的交叉性等特点，在很大程度上培养了学生解决复杂工程问题的能力。     

网络虚拟实验系统研究现状与发展趋势

计算机技术、网络技术和仿真技术的发展为网络虚拟实验系统的构建提供了可能。介绍了网络虚拟实验系统的国内外研究现状,分析了当前研究的不足,提出了网络虚拟实验系统发展趋势。     

移动机器人虚拟仿真平台及其在实验教学中的实践应用

针对智能机器人课程教学中理论与实践脱节的问题,从实验平台构建、教学方法等方面提出了将虚拟仿真与实体机器人实验相结合的实验技术与教学方法。首先研制适用于课程教学的移动机器人虚拟仿真实验平台,该平台具有接口通用、易于上手、配置灵活、界面直观等特点,能够进行机器人建模、运动避障、轨迹跟踪、决策控制及导航规划等方面的仿真实验,故而特别适用于课堂教学的实验实践。通过通信接口的适配,该虚拟仿真平台具有操控实体机器人的能力,从而实现了虚实结合的实验教学技术并应用到课程教学中。依托该平台,采用任务驱动的教学方式,进行课上课下相结合的智能机器人课程的理论教学与实验教学,有效地培养了学生的理论知识、项目经验以及工程应用能力。     

基于力控软件的过程控制虚拟实验系统

为解决过程控制实验设备资源短缺、功能受限的问题,利用力控组态软件开发了典型工业过程控制虚拟实验系统。以锅炉燃烧控制系统为例说明过程控制虚拟实验系统的开发方法。开发的虚拟实验系统将典型工业过程控制系统方案设计、控制系统建模、控制策略创建和监控组态设计融为一体,为学生开展过程控制实验提供了开放性实验平台。学生不仅可以利用虚拟实验系统开展过程控制基本实验,而且可以按照虚拟实验系统的设计方法自行开发其他典型工业过程控制虚拟实验系统。     

基于云计算的过程控制远程实验系统

从过程控制远程实验教学规模化和高校联盟化需求出发,以云计算技术为基础,设计了针对物位、流量和温度等典型工艺参数的过程控制云实验平台。该远程实验平台根据学生类别提供远程控制实验和虚拟实验两种类型的集成实验服务,学生使用浏览器就可以开展从简单控制到复杂控制的多层次过程控制实验操作。克服了传统实验方式的时空局限性,更好地能满足学生的自主实验学习需求。