机电创新综合实验室柔性制造生产线系统解决方案上海寰益智能仪器科技有限公司Shanghai Huanyi Intelligent Equipment Technology CO.,Ltd.第一部分实验室成立的背景及目标要求实验室成立背景当今世界，创新能力的大小已成为决定一个国家综合国力的重要因素。

特别是科技创新能力和创新人才的竞争时代，一个以“知识经济”占主导地位的世纪，“知识经济”的生产和源泉在于创新。

创新技术的研究发展、创新产品的推广应用，社会对其相应技术人才的要求也越来越高，教学科研型大学是知识创新系统的核心部分之一，如何培养适应社会需求的创新技术人才，成为各高等工科院面临的一个急需解决的问题。

而作为高校，如何缩短与创业、与社会的距离，提高学生的一次性就业率，培养创新型人才显得尤为重要。

改革并加强现有的课程创新实验模式，注重实验教学课程与工厂实际的联系，培养学生向产品制造的思维理念，加强学生的创新意识构想以及动手能力，具有十分重要的意义。

面向新世纪在发扬传统优势的同时，在人才培养、技术设备更新，教育教学理念的更新上提出了更高的目标，为此，我们成立了机电创新综合实验室，它以培养学生专业知识应用能力、综合实践能力、创新设计能力，老师以研究自动生产为主要目标，并达到如下目的：1）成为机电一体化及电气自动化专业学生体验现代制造的重要基地机电创新综合实验室将作为机电一体化及电气自动化专业建设的一个实践性基地，学生到这里体验先进制造系统的基本流程，并创新性地进行动手实践，对专业相关的先进制造和相关技术管理有直观的体验。

2）成为机电一体化及电气自动化专业进行专业研究的重要基地综合创新实践实验室是机电一体化及电气自动化专业学生进行相关研究的重要基地，在验证课堂理论知识的同时，创新性地进行具有开发性项目设计，研究柔性制造系统的发展方向。

3）创新性人才培养的需要我们将使用与工业实际生产密切结合的工业执行器件、传感器、控制器组成一个现代制造模块单元系统，学生可以创新性地自主设计工业控制系统，并通过项目讨论、系统建构、编程实现的方式付诸实施，这样有利于创新性人才的培养。

4）成为教学评估中的一个亮点，体现创新性人才培养的重要基地工科专业基础课程和综合实践课程需要体现实践性和创新性，这是教学评估的一个重要需求，我们试图将机电创新综合实验室建成学校乃至地区重要的课程教学创新基地。

体现学校创新性人才培养的教学宗旨。

实验室教学目标：从传统的教学模式来看，学校培养的模式、教学设备的技术水平、开发性、开放性都不能满足学生技术学习，特别是应用型技术学习的需要。

同时，学校应试教育的模式、课本教材等都满足不了学生技术学习、能力培养以及创新能力的需要。

为此，我们需要在实验室的设计模式、产品配置、产品功能、开放性、教学模式、校企合作模式等进行重新定位。

成立机电创新综合实验室将要达到教学目标要求：1)实验室的功能设计符合企业生产现场的技术和过程。

2)实验室的产品配置具有先进性，符合未来先进制造技术发展趋势，同时具备一定的开发空间。

3)实验室是一个全开放的实验室，包括教学设备的开放性和教学模式的开放性。

4)通过实验室与企业建立良好的合作机制，通过校企联合的方式开展学生课程教学、技术学习、项目开发以及学术科研工作。

学生创新能力和实践能力培养的重要基地创新能力和实践能力是学生综合竞争力的体现，是国家人才培养的根本要求，我们成立这样的实验室，将为学生参加各种机电类相关的竞赛，如电子设计大赛、生产设计大赛、创新大赛等等，为学生的创新能力和实践能力培养提供场所，成为他们的乐园。

以培养创新型人才为目标，改革并加强现有的机械创新实验模式，变验证性实验为设计性实验，以达到优化学生知识，培养学生动手能力。

第二部分综合实验室总体系统实现实验室定位：1）机械、电子相关技术教学的重点示范基地2）先进制造相关技术培训、课程教学、毕业设计、科研项目实践的重要基地。

3）先进型、创新型、实践型先进制造人才培养研究基地。

4）教师从事机械创新相关理论和技术研究的重要基地。

5）学校新型课程教学模式示范基地。

实验室主要功能：1）进行机电创新相关技术的课程研究基地，包括自动控制、传感器、电气传动、PLC、单片机应用开发、过程控制、现场总线、电机控制等等2）作为电气控制学院、自动化学院、机电学院等本科生、研究生开展课程设计和毕业设计的重要场所。

3）教师和研究生进行机械设计、电气控制系统以及先进制造相关的技术开发、创新设计、理论研究的重要场所。

4）从事机械设计、电气控制相关项目开发、应用开发的重要场所。

实验室特色与优势：1）实验室内的模块化的机械系统、控制系统、驱动系统，可拥有多个工作单元，功能多，技术先进。

学生可以直接体验生产现场的先进技术。

实验室的产品采用模块化设计，可以创新组合，符合未来先进制造流水线的柔性和适应性要求。

2）实验室设备集中了当前以及未来先进的机器人技术、现场总线技术、PLC技术、图像处理与诊断技术、自动立体仓储技术等等。

3）实验设备直接以生产现场使用的工业元器件组成一个功能齐全的生产流水线，直接与实际生产结合，利于培养实用型、创新性专业技术人才。

4）实验设备为开放式系统设计，学生和老师在探究系统技术和理论的同时，可以进行自我设计，提升系统的设计结构和设计要求。

同时进行先进技术、先进理论的各种尝试。

5）先进的教育理念，以“用知识、实践知识”为宗旨，以项目的形式开展教学、科研及技术开发，利于培养创新性、实践型专业技术人才。

第三部分系统描述及详细产品配置一、实验室系统组成：单元结构与功能介绍供料单元功能供料单元可作为MPS系统中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其它单元提供原料的作用。

它的具体功能是：按照需要将放置在料仓中的待加工工件（原料）自动地取出，并将其传送到下个工作单元。

1．I/O接线端口它是该工作单元与PLC之间进行通讯的线路联接端口。

该工作单元中的所有电信号（直流电源、输入、输出）线路都接到该端口上，再通过信号电缆线连接到PLC上。

2．进料模块该模块用于储存工件原料、并在需要时将料仓中的工件分离出来，为转送模块取走一个工件作好准备。

该模块主要由料仓、双作用气缸、推料块、工件检测传感器等组成。

进料模块的工作过程是这样的：工件垂直叠放在料仓中，推料杆位于料仓的底层并可从料仓的底部通过，推料杆与最下层的工件处于同一水平位置。

当气缸驱动推料杆前进时，推料杆便把最下层的工件水平推到预定位置，从而把工件移出料仓；而当推料杆返回时，料仓中的工件在重力的作用下，就自动下落，向下移动一个工件，为下次工作作好了准备。

在推料缸的两个极限位置分别装有一个磁感应式接近开关，分别用于识别推料缸运动的两个极限位置。

在该模块料仓的底层位置，安装有对射式光电传感器的探头，用于检测料仓中存储料的情况（有无料）。

该对射式光电传感器由光纤（探头）和光电传感器主体组成。

对射式光电接近开关是指光发射器（光发射器探头或光源探头）与光接收器（光接收器探头）处于相对的位置工作的光电接近开关。

对射式光电接近开关的工作原理是：当物体通过传感器的光路时，光路被遮断，光接收器接收不到发射器发出的光，则接近开关的“触点”不动作；当光路上无物体遮断光线时，则光接收器可以接收到发射器传送的光，因而接近开关的“触点”动作，输出信号将被改变。

注意：光纤在安装和使用中，不能将光纤折成“死弯”或使其受到其它形式的损伤。

3．转运模块它的功能是吸取工件，并将工件传送到下一个工作单元。

转运模块主要由旋转气缸、摆臂、真空吸盘、真空压力检测传感器、真空吸盘方向保持装置等组成。

旋转气缸是摆臂的驱动装置，其转轴的最大转角为180°，转角可以根据需要进行调整。

在转动气缸的两个极限位置上各装有一个磁感应式的接近开关，利用接近开关的信号状态来标识两个极限位置。

真空吸盘用于抓取工件。

吸盘内腔的负压（真空）是靠真空发生器产生的。

检测单元功能检测单元的主要任务有两个，即：识别工件材料和检测工件的尺寸。

在MPS系统中，它是将供料单元提供的工件进行材料识别及尺寸的检测，并根据要求将满足条件的工件通过滑槽送到下一个工作单元，对于不符合要求的工件在本单元中剔除。

该单元模拟了实际生产中对原材料的检测情况。

检测单元主要组成为：I/O接线端口；识别模块；升降模块；测量模块；滑槽模块等。

1．识别模块识别模块主要由3个传感器组成，即：电感传感器、反射式光电传感器和漫射式光电传感器；用于识别工件的材质及颜色。

可以识别金属与非金属的材质，可以将金属、白、黑三种工件区分开。

识别模块中的电感传感器、反射式光电传感器及漫射式光电传感器都属于接近开关类传感器，它们分别在以下情况下动作：电感传感器在有金属物质接近它时动作；反射式光电传感器在任何物质接近它时都动作；漫射式光电传感器在接近它的物体反射回来的光线达到一定程度时动作。

测量模块的作用是测量工件的高度。

它由一个模拟量传感器和传感器支架构成。

该模拟量传感器实际上是一个由电位器构成的分压器。

该传感器与变送器一起构成一个测量工件高度尺寸的传感系统，由电阻式传感器将测量杆的位移量转变为电位器电阻值的变化，再经变送器器转换为0～0V的直流电压信号输出。

输出的电压值与测量杆位移量之间成正比例关系。

测量模块由一个精密滑台气缸驱动，实现高度测量动作。

3．升降模块升降模块的作用是将工件由下方运送到上方，准备检测和分流。

它主要由一个无杆气缸、一个双作用直线气缸、一个工作平台组成。

4．滑槽模块滑槽模块提供了两个物流方向。

上滑槽可以将工件（合格工件）分流到下一个工作单元，上滑槽前段是由直流电机驱动的传送带；下滑槽可以用于模拟不合格工件的流向（即从本单元剔除）。

加工单元功能加工单元可以模拟钻孔加工及钻孔质量检测的过程，并通过旋转工作台模拟物流传送的过程。

加工单元主要组成机构有：旋转工作台模块、钻孔模块、钻孔检测模块及伺服驱动单元等。

1．旋转工作台模块旋转工作台模块主要由旋转工作台、工作台固定底盘、交流伺服电动机、蜗轮蜗杆减速器、定位块、电感式接近开关传感器、漫反射式光电传感器、支架等组成。

在转动工作台上有六个工位，用于存放工件。

在每个工位的下面都有一个定位块，电感式接近开关传感器感测这个定位块，用于判断工作台的转动位置,以便于进行定位控制。

2．钻孔模块钻孔模块主要由钻孔气缸、钻孔电机、电磁夹紧器等组成。

钻孔模块用于实现钻孔加工过程。

在钻孔气缸的两端安装有磁感应式接近开关，用于判断两个气缸运动的两个极限位置。

3．检测模块检测模块用于实现对钻孔加工结果的模拟检测过程。

检测模块主要由检测气缸、检测气缸固定架、检测模块支架及磁感应式接近开关组成。

4．继电器继电器K1、K2，分别用于控制钻孔电机和电磁夹紧器。