在現(xiàn)代化職業(yè)教育中，理論與實踐相結(jié)合、虛擬與現(xiàn)實相結(jié)合的教學(xué)方式已成為主流。為適應(yīng)“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”的發(fā)展，我們提出一種“先進控制技術(shù)與機器人一體化”智能實訓(xùn)室解決方案，旨在搭建一個綜合培養(yǎng)先進控制技術(shù)、機器人技術(shù)應(yīng)用及研發(fā)的專業(yè)人才平臺。

一、方案概述

先進控制技術(shù)與機器人一體化智能實訓(xùn)室主要分為三個部分：理論教學(xué)區(qū)、一體化實訓(xùn)設(shè)備區(qū)、數(shù)字實訓(xùn)課程區(qū)。該方案以多種先進控制技術(shù)、數(shù)字化/信息化/智能化、面向?qū)I(yè)群、產(chǎn)教融合、助產(chǎn)助學(xué)為指導(dǎo)思想，力求實現(xiàn)數(shù)字孿生構(gòu)建理虛實一體化教學(xué)環(huán)境。

二、理論教學(xué)區(qū)

理論教學(xué)區(qū)主要配置了多功能桌椅和3D-LED演示大屏，可開展日常理論教學(xué)工作，也可作為學(xué)習(xí)討論區(qū)、產(chǎn)教融合課程研創(chuàng)討論區(qū)。通過3D-ELD演示大屏和XR互動演示資源開發(fā)系統(tǒng)相結(jié)合，能夠從多角度、多場景來講解理論知識幫助學(xué)生理解消化，也能夠做為產(chǎn)教融合課程研討的演示和技術(shù)預(yù)演的區(qū)域。

三、一體化實訓(xùn)設(shè)備區(qū)

一體化實訓(xùn)設(shè)備區(qū)由4套機器人實訓(xùn)設(shè)備組成，可開展先進控制技術(shù)與機器人控制的實訓(xùn)實操教學(xué)。實訓(xùn)平臺以汽車零部件皮帶惰輪的加工裝配為對象，可以實現(xiàn)產(chǎn)品下單、自動供料、傳輸、分揀、裝配、檢測、成品入庫等全系列生產(chǎn)加工過程。同時，在操作過程中，可以通過云MES進行制造數(shù)據(jù)管理、計劃排程管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫存管理，生產(chǎn)過程還可通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行遠程數(shù)據(jù)采集與設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控。

四、數(shù)字實訓(xùn)課程區(qū)

數(shù)字實訓(xùn)課程區(qū)由25套數(shù)字化工作站組成，工作站中配置了工業(yè)機器人離線編程仿真軟件、PLC編程仿真軟件、HMI編程仿真軟件、VR設(shè)備，數(shù)字虛擬仿真軟件及相關(guān)仿真資源包，可開展虛擬仿真教學(xué)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)集成等教學(xué)實訓(xùn)。

五、虛擬仿真實訓(xùn)項目資源

1. 工業(yè)機器人高危作業(yè)虛擬仿真實訓(xùn)：通過虛擬仿真軟件進行高危作業(yè)模擬，讓學(xué)生在安全的環(huán)境下掌握工業(yè)機器人的操作技巧和應(yīng)對高危情況的能力。

2. 工業(yè)機器人單元建模認知虛擬仿真實訓(xùn)：通過3D建模和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對工業(yè)機器人單元進行詳細的結(jié)構(gòu)展示和操作模擬，使學(xué)生對機器人單元有深入的了解。

3. 工業(yè)機器人作業(yè)設(shè)計規(guī)劃虛擬仿真實訓(xùn)：在虛擬環(huán)境中模擬機器人作業(yè)的全過程，讓學(xué)生自行設(shè)計并完成一項作業(yè)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題的能力。

六、軟硬件設(shè)備

1. 多功能桌椅：適應(yīng)多種教學(xué)場景，提供舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境。

2 數(shù)字孿生資源展呈系統(tǒng)：通過大屏幕展示工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字孿生模型，幫助學(xué)生理解生產(chǎn)流程和設(shè)備運行狀態(tài)。

3. XR互動演示資源開發(fā)系統(tǒng)：利用增強現(xiàn)實（AR）和虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)，為學(xué)生提供直觀、生動的演示體驗。

4. MR混合現(xiàn)實設(shè)備系統(tǒng)：將虛擬與現(xiàn)實結(jié)合起來，提供沉浸式的學(xué)習(xí)體驗。

5. 3D互動大屏：通過3D技術(shù)展示機器人的結(jié)構(gòu)和運動過程，幫助學(xué)生深入理解。

6. 數(shù)字孿生實訓(xùn)中控系統(tǒng)：實現(xiàn)數(shù)字孿生可視化程控系統(tǒng)，監(jiān)控機器人和生產(chǎn)線的運行狀態(tài)。

7. 機器人離線編程仿真軟件：用于機器人編程和仿真的軟件，幫助學(xué)生掌握編程技巧。

8. 移動端VR沉浸交互系統(tǒng)：讓學(xué)生通過移動設(shè)備參與虛擬仿真訓(xùn)練。

9. 先進控制技術(shù)課程組織平臺：提供一個集教、學(xué)、做、練、測等五大功能于一體的智能考核系統(tǒng)平臺。

10. 生產(chǎn)線仿真軟件及資源包：模擬真實的生產(chǎn)線環(huán)境，幫助學(xué)生了解實際生產(chǎn)流程。

11. 數(shù)字孿生可視化程控系統(tǒng)：以數(shù)字化方式呈現(xiàn)機器人的運行狀態(tài)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和管理。

12. 數(shù)字孿生資源開發(fā)引擎：用于創(chuàng)建和管理數(shù)字孿生資源，支持多元化的教學(xué)場景。

13. 數(shù)字化工作站：配備高性能處理器和顯卡，提供流暢的虛擬仿真體驗。

總之，該先進控制與機器人一體化智能實訓(xùn)室建設(shè)方案有效地將理論與實踐相結(jié)合，虛擬與現(xiàn)實相結(jié)合，為學(xué)生提供了一個全面、多元化的學(xué)習(xí)環(huán)境，同時也為教師提供了靈活多樣的教學(xué)方法。這將有助于提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出更多具有實際操作能力和創(chuàng)新思維的人才。