先进控制与机器人一体化智能实训室建设方案

在现代化职业教育中，理论与实践相结合、虚拟与现实相结合的教学方式已成为主流。为适应“工业4.0”和“中国制造2025”的发展，我们提出一种“先进控制技术与机器人一体化”智能实训室解决方案，旨在搭建一个综合培养先进控制技术、机器人技术应用及研发的专业人才平台。

一、方案概述

先进控制技术与机器人一体化智能实训室主要分为三个部分：理论教学区、一体化实训设备区、数字实训课程区。该方案以多种先进控制技术、数字化/信息化/智能化、面向专业群、产教融合、助产助学为指导思想，力求实现数字孪生构建理虚实一体化教学环境。

二、理论教学区

理论教学区主要配置了多功能桌椅和3D-LED演示大屏，可开展日常理论教学工作，也可作为学习讨论区、产教融合课程研创讨论区。通过3D-ELD演示大屏和XR互动演示资源开发系统相结合，能够从多角度、多场景来讲解理论知识帮助学生理解消化，也能够做为产教融合课程研讨的演示和技术预演的区域。

三、一体化实训设备区

一体化实训设备区由4套机器人实训设备组成，可开展先进控制技术与机器人控制的实训实操教学。实训平台以汽车零部件皮带惰轮的加工装配为对象，可以实现产品下单、自动供料、传输、分拣、装配、检测、成品入库等全系列生产加工过程。同时，在操作过程中，可以通过云MES进行制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理，生产过程还可通过工业互联网技术进行远程数据采集与设备状态监控。

四、数字实训课程区

数字实训课程区由25套数字化工作站组成，工作站中配置了工业机器人离线编程仿真软件、PLC编程仿真软件、HMI编程仿真软件、VR设备，数字虚拟仿真软件及相关仿真资源包，可开展虚拟仿真教学与工业互联网集成等教学实训。

五、虚拟仿真实训项目资源

1. 工业机器人高危作业虚拟仿真实训：通过虚拟仿真软件进行高危作业模拟，让学生在安全的环境下掌握工业机器人的操作技巧和应对高危情况的能力。

2. 工业机器人单元建模认知虚拟仿真实训：通过3D建模和虚拟现实技术，对工业机器人单元进行详细的结构展示和操作模拟，使学生对机器人单元有深入的了解。

3. 工业机器人作业设计规划虚拟仿真实训：在虚拟环境中模拟机器人作业的全过程，让学生自行设计并完成一项作业任务，培养学生独立思考和解决问题的能力。

六、软硬件设备

1. 多功能桌椅：适应多种教学场景，提供舒适的学习环境。

2 数字孪生资源展呈系统：通过大屏幕展示工业生产的数字孪生模型，帮助学生理解生产流程和设备运行状态。

3. XR互动演示资源开发系统：利用增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术，为学生提供直观、生动的演示体验。

4. MR混合现实设备系统：将虚拟与现实结合起来，提供沉浸式的学习体验。

5. 3D互动大屏：通过3D技术展示机器人的结构和运动过程，帮助学生深入理解。

6. 数字孪生实训中控系统：实现数字孪生可视化程控系统，监控机器人和生产线的运行状态。

7. 机器人离线编程仿真软件：用于机器人编程和仿真的软件，帮助学生掌握编程技巧。

8. 移动端VR沉浸交互系统：让学生通过移动设备参与虚拟仿真训练。

9. 先进控制技术课程组织平台：提供一个集教、学、做、练、测等五大功能于一体的智能考核系统平台。

10. 生产线仿真软件及资源包：模拟真实的生产线环境，帮助学生了解实际生产流程。

11. 数字孪生可视化程控系统：以数字化方式呈现机器人的运行状态，实现远程监控和管理。

12. 数字孪生资源开发引擎：用于创建和管理数字孪生资源，支持多元化的教学场景。

13. 数字化工作站：配备高性能处理器和显卡，提供流畅的虚拟仿真体验。

总之，该先进控制与机器人一体化智能实训室建设方案有效地将理论与实践相结合，虚拟与现实相结合，为学生提供了一个全面、多元化的学习环境，同时也为教师提供了灵活多样的教学方法。这将有助于提高教学质量，培养出更多具有实际操作能力和创新思维的人才。