第 1 章 绪论
1.1 论文的研究背景
2015 年，中国正式出了“中国制造 2025”的概念。李克强总理在国务院常务会议上曾经提到，中国要成为工业强国，需要加快推动制造业与互联网的深度融合进程。总理例举了德国的“工业 4.0”，主要是“制造业+互联网”；而美国更多是“互联网+制造业”，我们要更多吸收这两方面的经验。过去 30 多年，中国推进工业化、城镇化发展过程中，“中国制造”功不可没。但是如今中国经济要在发展中实现转型升级，实现新型工业化，仍然要靠做强“中国制造”。中国制造目前存在的最大问题就是“大而不强”，正是由于这个原因，我国的制造业在全球产业链中，一直处于中低端的状态。因此，在深入实施智能化进程推进过程中，尤其是供给侧结构性改革方面，推动制造业的智能升级，首要的就是提质升级，这是当前非常紧迫的发展任务。
在这样的政策引领下，我国的机械制造行业人才输出主要方向有了充足的动力和发展方向，经济发展中的人才缺口有了明显的划分，作为企业一线高级技术工人的培养遇到很多的波折。回顾自上个世纪 90 年代至今的职业教育发展历程，高技能工人队伍的整体技能水平已经有了质的飞跃，但是相对于蓬勃发展的国际智能制造技术，目前相对落后的实训基地建设，已经不能满足高技能人才的培养需求。
智能升级涌动的热潮，带动了机械制造企业逐步地智能化改造，机器人、机械手臂、智能生产线取代了原来的一机一岗一工人，而员工岗位的减少，意味着对员工技能的更高要求。这样的新型岗位紧缺局面体现在机械制造企业的各个领域，从精益制造、工业设计到系统集成工程师、3D 技术应用、数控网技术和机器人的安装维修，无不承受着新型技工的短缺之痛。与此同时，用人企业对中高职应届毕业生的满意度却在逐年下降，根据最新的数据统计，中职毕业生队伍满意度仅有 10.56%，不满意度高达 6.3%，而 58%为评价一般。高职毕业生调查结果为 17.6%的满意度，1.4%的不满意度和 64.8%的一般评价。结果反映了，作为高技能人才培养重心的中高职教育满足不了企业的发展需求，现有的人才培养实训基地不能适应企业的人才需求，必要引导技能人才的培养模式向智能化方向转型。
...........................1.2 研究目的和意义
一、研究目的
智能制造的核心是要实现制造过程的精益化、标准化、模块化、数字化、个性化、全球化，以摆脱在全球产业价值链中被低端锁定的困境。当前形式下，企业迫切希望技术工人的综合实践能力，特别是实际操作能力贴近生产实践要求，进入企业后能尽快适应生产岗位要求。传统的培养模式不能满足职业能力的培养要求。因此加强技能实训环节，多层次、多方位地满足社会对技术实用型人才的需求，并在此基础上，扩大数控加工社会服务，密切和企业协作，将现有实训基地进行新的排列组合，使其更符合智能制造的需求，以产生良好的社会效益和经济效益。
智能生产线是以“工业 4.0”和“中国制造 2025”为建设背景，基于先进控制技术、高性能制造设备、集成多功能控制系统和顶尖检索设备，应用大量智能设备和制造设备，利用高性能控制系统将其集成起来，实现流水线加工作业。通过设备协同作业，实现从原料到产品的加工过程（包括取料、加工、打标、仓储等），完成指定加工任务，最终产出实体产品。智能生产线的建设将自动化的生产过程非常直观地呈现出来，保证了技能实训效果，所以建设高技能人才培养的技能实训基地，以适应本土经济发展和人才培养需求，显得更加迫切。
二、研究意义
当前的国内国际形势对技能人才培养提出了以“紧密围绕我国制造业的发展动向为核心，动态化的修订职业技能型专业人才培养方案”的希冀。并且随着大势态下中国制造业的转型，越来越多的低端制造业面临着被淘汰或转型升级，高端技能型人才的需求逐渐取代单一操作型的技能人才。在这样良好的社会氛围下，依托企业、社会资源，如北京 FANUC 公司、亚龙公司、武汉华中、数码大方、沈阳机床等公司等提供的众多人员、设备、技术的支持，以及对建设方案的优秀建议、改进等帮助，为实训基地向智能制造方向的华丽转身给予坚实的后盾。
技能实训基地是技术人才培养过程中参与实际生产，了解企业制造模式，了解生产成本的主要场地，通过经历实训过程，来了解企业发展中的物化与利润的产生渠道和产品的质量体系。基于这样的目标，上层计划与管理信息系统的信息接收者，实训基地的信息化水平与企业实体水平的差距制约着人才培养的发展水平。作为生产现场各种信息的产生者和提供者，技术工人对现场信息及时性、准确性的把握和对上层计划与管理信息系统的畅通和可集成性的掌握程度直接影响企业的市场快速反应能力。
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第 2 章 智能制造系统构建
2.1 需求分析
随着我国制造行业总体的不断提升，越来越多的企业为了实现高质量、高效率的发展目标，纷纷采用先进的管理系统和管理理念。生产车间中的 EMS 系统的部署充分利用现有的设备资源，依据现有的人力物力，打造科学高效的管理体系。在生产管理、质量管理、物料管理和物流管理等方面逐渐形成崭新的系统。在这样的发展形势下，企业中技术工人的原有技能水平能否跟上数据化的脚步，适应新的管理体系，是企业方对于自身技术工人培养的重点方向。
在智能制造的背景引领下，与企业如火如荼的发展场景形成鲜明对照的是中职和高职院校的毕业生的滞销。究其原因，从培养体系中的技能养成方式来反观实训基地的设备情况，十几年如一日的排列方式，没有与时俱进的更新管理理念和管理系统，培养出的人才自然不能适应企业需求。如何让实训基地的培训成果跟上企业的用人需求，包括对在岗技术工人的技能培训，都需要一套能利用现有的实训资源加入新的管理理念和管理系统后形成的数字化生产线，让产品流程从生产、加工、检验以及物料仓储的整体过程都能实现在线控制，员工管理的绩效考核也能依从于加工过程中的产品达成率、交货率和返工率等数据集成的评价体系，纳入管理体系。
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2.2 智能制造系统功能模型的构建
2.2.1 智能制造系统组成
智能制造系统的构建依托于企业原有的信息管理体系，将 MES 作为核心，连接起包括物流仓储系统、人力资源系统，调度指挥系统在内的智能制造体系。
MES(Manufacturing Execution System，制造执行系统)是面向企业一线生产车间的生产管理技术与实时信息系统。它立足于互联网+的网络平台，不仅实现车间生产信息的自动化，提高车间整体管理水平，而且在整个企业信息化体系中充当“信息桥梁”作用：上与 ERP 系统集成，接受其生产指令，并向其反馈实际的生产信息；下与生产线连接，下达控制命令，采集工况数据。它是实施企业敏捷制造战略、实现车间生产敏捷化的基本技术手段。
物流仓储系统功能在于接收生产任务的订单并进行相应的物料处理，并记录库存情况和物料流动情况的仓储系统，用于现场物流规划，记录原材料库存，定额配料，部件、备件、消耗品的库存等信息。并通过智能制造系统的信息网完成对工人生产过程中的质量信息进行采集，包括产品代号、零部件代号、工序号、送检数量、合格品率等。同时对实训基地内部的设备信息，每班的开机时间、待机时间、维修时间以及目前的工作状态、温度、电流等信息全部纳入管理范围。
人力资源系统的主要功能，除了具备对员工基本信息的采集流通功能，还有对员工派工单的完成情况，包括接收数量、接收日期、接收人、完成数量、开工时间、完成时间、完工设备、操作人、班次等信息。另一方面，员工生产信息的采集，包括记录工人的出勤信息、加工信息、成本信息、采集记录、生产各环节的成本数据，包括人工成本材料成本、能源成本工具损耗、设备损耗等信息的采集和管理。
第 3 章 智能制造示范线设计与实现 ····················· 25第 2 章 智能制造系统构建
2.1 需求分析
随着我国制造行业总体的不断提升，越来越多的企业为了实现高质量、高效率的发展目标，纷纷采用先进的管理系统和管理理念。生产车间中的 EMS 系统的部署充分利用现有的设备资源，依据现有的人力物力，打造科学高效的管理体系。在生产管理、质量管理、物料管理和物流管理等方面逐渐形成崭新的系统。在这样的发展形势下，企业中技术工人的原有技能水平能否跟上数据化的脚步，适应新的管理体系，是企业方对于自身技术工人培养的重点方向。
在智能制造的背景引领下，与企业如火如荼的发展场景形成鲜明对照的是中职和高职院校的毕业生的滞销。究其原因，从培养体系中的技能养成方式来反观实训基地的设备情况，十几年如一日的排列方式，没有与时俱进的更新管理理念和管理系统，培养出的人才自然不能适应企业需求。如何让实训基地的培训成果跟上企业的用人需求，包括对在岗技术工人的技能培训，都需要一套能利用现有的实训资源加入新的管理理念和管理系统后形成的数字化生产线，让产品流程从生产、加工、检验以及物料仓储的整体过程都能实现在线控制，员工管理的绩效考核也能依从于加工过程中的产品达成率、交货率和返工率等数据集成的评价体系，纳入管理体系。
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2.2 智能制造系统功能模型的构建
2.2.1 智能制造系统组成
智能制造系统的构建依托于企业原有的信息管理体系，将 MES 作为核心，连接起包括物流仓储系统、人力资源系统，调度指挥系统在内的智能制造体系。
MES(Manufacturing Execution System，制造执行系统)是面向企业一线生产车间的生产管理技术与实时信息系统。它立足于互联网+的网络平台，不仅实现车间生产信息的自动化，提高车间整体管理水平，而且在整个企业信息化体系中充当“信息桥梁”作用：上与 ERP 系统集成，接受其生产指令，并向其反馈实际的生产信息；下与生产线连接，下达控制命令，采集工况数据。它是实施企业敏捷制造战略、实现车间生产敏捷化的基本技术手段。
物流仓储系统功能在于接收生产任务的订单并进行相应的物料处理，并记录库存情况和物料流动情况的仓储系统，用于现场物流规划，记录原材料库存，定额配料，部件、备件、消耗品的库存等信息。并通过智能制造系统的信息网完成对工人生产过程中的质量信息进行采集，包括产品代号、零部件代号、工序号、送检数量、合格品率等。同时对实训基地内部的设备信息，每班的开机时间、待机时间、维修时间以及目前的工作状态、温度、电流等信息全部纳入管理范围。
人力资源系统的主要功能，除了具备对员工基本信息的采集流通功能，还有对员工派工单的完成情况，包括接收数量、接收日期、接收人、完成数量、开工时间、完成时间、完工设备、操作人、班次等信息。另一方面，员工生产信息的采集，包括记录工人的出勤信息、加工信息、成本信息、采集记录、生产各环节的成本数据，包括人工成本材料成本、能源成本工具损耗、设备损耗等信息的采集和管理。
调度指挥系统负责实训基地的生产调度、储运管理、视频监控、异常工况管理和应急管理等。将生产作业计划分解为可执行的生产指令，并提供在线编制功能，经确认后下达执行。对生产过程中各环节重点关注实时数据，对故障点及时响应报警，确保值班调度员迅速发现问题，及时上报并进行处置，确保安全高效生产。通过监控网络对全流程物料进行跟踪，自动采集并根据所设定的规则来分析班次和每日生产平衡过程产生的物料超差报警信息，发现生产过程问题及时排查解决，提高生产管理精细化水平。
以集合了上述四大类系统功能而成的数控加工实训基地的设备信息处理系统，它控制和利用实时准确的制造信息来指导、传授、响应并报告生产一线发生的各项活动，同时向目标企业提供有关生产活动的任务评价信息。加工数据的采集处理系统和对人力资源的工时计算统筹系统等组成部分。
以集合了上述四大类系统功能而成的数控加工实训基地的设备信息处理系统，它控制和利用实时准确的制造信息来指导、传授、响应并报告生产一线发生的各项活动，同时向目标企业提供有关生产活动的任务评价信息。加工数据的采集处理系统和对人力资源的工时计算统筹系统等组成部分。
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3.1 建设基础 ·························· 25
3.1.1 基地总体布局 ····················· 25
3.1.2 基地设备分析 ························· 25
第 4 章 技能实训模块的功能设计 ························· 51
4.1 智能制造体验实训 ··················· 51
4.2 工业机器人实训 ······················ 51
第 5 章 智能制造示范系统运行研究 ····················· 53
5.1 生产模拟环节 ················· 53
5.1.1 发布立项 ························ 53
5.1.2 产品设计/图纸绘制 ····················· 54
第 5 章 智能制造示范系统运行研究
5.1 生产模拟环节
如图 5-1 所示的流程图，该环节按照数字化工厂的工艺流程展开，从任务发放开始，接收到生产订单，RD 开发部门和销售部门双向行动，各环节协作完成具体任务。
5.1 生产模拟环节
如图 5-1 所示的流程图，该环节按照数字化工厂的工艺流程展开，从任务发放开始，接收到生产订单，RD 开发部门和销售部门双向行动，各环节协作完成具体任务。
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结论
本次设计的“智能制造生产线在技能实训基地的应用研究”，是对现有的数控实训基地进行的改造和创新。遵循智能制造方针下对于高技能人才培养方式向企业一线需求靠拢的原则，在本次课题设计中，经过文献阅读——实物分析——多方案提出——方案比较——构建系统模型——与实训基地设备比对——图纸绘制——系统搭建——实例验证——优秀案例剖析的研究路径，确定了实训基地的数字化设计方案。通过构建的信息系统模型和物理系统模型进行比对分析，实际建立了对 RFID 识别系统、监控监视系统、CNC 集中控制系统、生产执行系统、智能在线检测系统、智能仓储系统等实际要素的应用；并主要对主体建设思路、智能仓储和智能制造仿真系统的实践进行来比较详尽的分析，同时对技能实训基地的运行过程进行了说明。
该设计方案的设备能够实现加工过程各个生产环节的动作控制和精度要求，能满足技能实训需求。另外还用了一点篇幅对技能实训案例——光电寻边器的制作过程，从设计思路到具体成品进行了具体的举证，目的在于从实战角度验证数字化设计方案对于智能制造的可行性。
此外，设计中仍存在诸多问题，需要进一步加强的工作如下：
1) 创新型设计仍需提高。受限于自身的知识结构和研究条件，不能对数字化设计思路的细节进行改良，部分设备环节采用外购的方式实现。
2) 对加工流程的控制过程未作分析。因设计初衷是为了贴近技能实训一线，虽然具体流程已经靠拢，但受限于经济环境的影响，很多细节部分未按企业生产环节进行综合考虑。
3）模拟加工生产环节，学员需要对加工案例的保密性有认识，系统环节设计中没有这方面的布置，需要在后续实践环节中加以强化。
参考文献（略）