汽车智能制造系统冲压、焊接、喷涂和组装产线工艺模型

DOI：10.16791 / j。中国知网sjg。 2016.06.033 智能制造虚拟实验系统设计与集成 白瑞峰，韩红红，于和阳，方朝辉（天津大学自动化学院，天津 ） 摘要：为解决大中型企业教学设备不足的问题规模综合实验平台，虚拟仿真技术、互联网技术和学科深度融合，通过 ，PLC与虚拟对象的通信，构建汽车智能制造系统的冲压、焊接、喷涂、装配等生产线工艺模型采用，实验系统与门户网站集成共享。以接近实际工程的3D虚拟物体代替实际生产线，基本解决了大型综合实训平台的建设难题。实验系统促进了实验教学信息化建设和实验教学资源的开放共享。关键词：智能制造；虚拟仿真实验；实验室建设；ＰＬＣ中图分类号：ＴＰ２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－ ４９５６ （ ２０１６ ） ６ － ０１２９ － ０３ＤｅｓｉｇｎａｎｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｖｉｒｔｕａｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｙｓｔｅｍＢａｉＲｕｉｆｅｎｇ ， ＨａｎＨｏｎｇｈｏｎｇ ， ＹｕＨｅｙａｎｇ ， ＦａｎｇＣｈａｏｈｕｉ（ ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ ， ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ， Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２ ， Ｃｈｉｎａ ）Ａｂｓｔｒａｃｔ ： Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｓｈｏｒｔａｇｅｏｆｔｅａｃｈｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎｔｈｅｌａｒｇｅ － ｓｃａｌｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｌａｔｆｏｒｍ ， ｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ， ａｎｄＩｎｔｅｒｎｅｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｄｅｅｐｌｙ ｗｉｔｈｍａｊｏｒｓ． ｔｈ实现了PLC对虚拟产品线的控制和实验系统的网络共享。 ,arge- Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｙｓｔｅｍ ’ ｓｎｅｔｗｏｒｋｓｈａｒｉｎｇ ， ｉｔａｖｏｉｄｅｄｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｉｔｅｔｏｓｔｕｄｅｎｔｓ ，ａｎｄｐｒｏｍｏｔｅｄｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｅａｃｈｉｎｇ ａｎｄｔｈｅｏｐｅｎｓｈａｒｉｎｇ ｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｅａｃｈｉｎｇｒｅｓｏｕｒｃｅｓ． ｋ ｗｏ作者简介：白瑞峰（1987-）智能制造虚拟仿真软件，男，天津人，硕士，工程师。主要研究方向为控制科学与工程、阻抗测量。邮箱：@tju。教育。 cn 为了实施卓越工程师教育培养计划，全面提高自动化专业的工程素质，具有工程背景的大规模综合实践教学越来越受到高校的重视[1]。

在自动化领域的生产实践中，PLC（ Logic ）以其操作简单、可靠性高、功能强大等优点被广泛应用于智能制造生产线。在国外，意大利卡塔尼亚大学工程学院[2]、华盛顿大学[3]等一些顶尖大学已经建立了开放式实验教学平台；在中国，清华大学设计了一个基于汽车变速箱装配线的实验。教学平台[4]，华中科技大学设计了基于PLC的智能交通实验教学平台[5]。但是，基于PLC的综合实验平台存在实验场地大、成套设备多、智能制造实践平台成本高、教学过程中存在安全问题等问题，是国内众多高校亟待解决的问题。紧急解决。完全依赖物理设备的实验教学模式将制约学生创新意识和能力的培养。在电气与信息相关专业，在智能制造生产线控制系统设计等教学实践环节尤为突出。天津大学电气与自动化虚拟仿真实验教学中心将虚拟仿真技术和互联网技术应用于智能制造 --2034/T 实验技术与管理gy and Vol.33, Issue 6, June 2016 Vol. 33号6 Jun. 2016年制造控制系统设计实践教学，突破了实验教学环节设备、场地、安全等因素的限制[6]，解决了涉及大规模综合性、高-风险、高耗能、不可及不可逆转的实验教学课程。打开问题。

1 汽车智能制造虚拟实验系统设计 本系统采用三菱Q系列PLC，包括 CPU、QX40输入模块、QY10输出、伺服模块、CC-LINK模块[7]等。使用编程软件 GX- 对 PLC 进行编程。汽车制造智能生产线实验系统包括服务器、三菱PLC模块、汽车制造生产线3D虚拟对象（见图1）。 （VC）构建的虚拟对象代替了机械对象，可以与真实的PLC进行交互。实验系统与服务器网管平台集成，学生可以通过互联网远程完成实验项目。图1 智能制造虚拟实验系统结构图。图 2 生产线虚拟对象模型的构建。图2），实现工厂内部的整体可视化。学生可以调用已经设置好的虚拟对象进行生产线布局规划和工艺设计。同时，虚拟环境支持，允许添加自行设计的模型。虚拟对象可以通过真实的 PLC 进行控制。学生可以通过编写梯形图程序实现对虚拟对象电机、阀门、机械手等执行器的控制；使用MES模块[9]实现PLC、产线、数据库之间的通信，完成数据交互。

此外，学生还可以访问服务器端的组态软件，设计生产线的中央监控系统[10]，完成各工序联控、信息管理、权限管理、可视化监控等实验内容图2 3PLC与汽车虚拟智能生产线虚拟对象的通讯数据通讯采用三菱 MES模块。通过 软件，进行信息链接功能所需的各种设置，包括系统设置、访问目标设置、设备标签设置、服务器服务设置和作业设置。设置信息链接功能后，需要通过 Tool环境设置DB链接，使MES模块能够与数据库成功通信，从而保证采集到的数据传输到数据库并保存。通过设置MES模块，将PLC中的参数实时保存在数据库中，实现对生产线的动态监控。 MES模块在这条生产线的信息传递、实验技术和管理等方面发挥着非常重要的作用。 MES通讯模块设置完成后，需要设置PLC参数，包括I/O分配设置、PLC模块选择、添加模块。用梯形图语言编写控制程序，并为使用的设备添加注释和全局标签。

将梯形图程序写入PLC模块，当虚拟生产线运行时，PLC就可以根据程序控制各个变电站。 4 管理与共享平台与实验系统平台的整合 4.1 管理与共享平台 为不断推进实验教学信息化建设，推动实验教学改革创新，更好地为学生服务，天津大学成立了电气工程与自动化虚拟仿真实验教学中心，设计完成了虚拟仿真实验教学管理与共享平台（见图3）。图3 管理与共享平台Web门户虚拟仿真实验教学管理与共享平台是基于J2EE架构的B/S结构。该系统依托校园网络、虚拟实验技术和网络信息技术，提高实验实践教学水平。虚拟仿真实验教学管理与共享平台包括虚拟实验中心门户网站、实验前理论学习、实验开场管理、典型实验库维护、实验教学安排、实验过程智能引导，实验结果自动修正，实验结果自动修正。统计查询、数字资源管理、师生互动、系统管理等子系统。平台共涵盖电力系统及其自动化、高压与绝缘技术、电力电子与电力传动、电机与电器、理论电气工程与新技术、控制科学与工程、检测技术与自动化装置、模式识别等8个领域。和智能系统。具有从基础实验到专业综合实验再到学科创新三个层次的实验教学内容。

此外，平台遵循资源共享，注重科研成果向教学转化，注重校企合作，让更多本科生提前了解学科前沿成果。虚拟仿真实验教学平台的建设对于全面提高学生电气与自动化工程技术综合素质具有重要意义。 4.2 实验系统集成 为了集中管理虚拟教学资源，实现优质教学资源的网络共享，将实验系统集成到管理共享平台中。 软件安装在实验中心专用电脑上，需要版权认证；管理共享平台设置在信息管理中心的大型服务器中。利用虚拟化技术整合服务器，提高基础设施利用率，充分挖掘硬件资源的潜在价值。虚拟化技术[11]基于应用/服务器计算架构，采用类似于虚拟终端的技术，将应用程序的人机交互逻辑与计算逻辑隔离开来。随着对虚拟化技术研究的逐步深入和拓展，形成了不同层次的虚拟化技术[12]，主要包括硬件抽象层、操作系统层和编程语言层的虚拟化技术。在国际上，思杰率先推出应用虚拟化产品，国内的金万微、云数3C、科迈等公司也推出了具有代表性的产品。考虑到成本和使用效果，选择了金万威公司的E-应用虚拟化环境，系统终端和客户端的E-环境分别安装在服务器和VC专用计算机上。完成端口映射、DDNS解析、程序发布、配置、安全配置、集群管理、负载均衡策略后，用户可以通过手机和电脑访问服务器，进而访问虚拟实验资源。

5 结语 以培养学生创新设计能力和综合设计能力为教学目标，紧密结合工业发展学科和前沿技术的PLC智能制造生产线实践平台智能制造虚拟仿真软件，利用虚拟化技术，解决大型、综合、高耗实验装置。降低了设备的维护成本，使被控对象易于改造，便于实验教学环节的扩展和再开发，也突破了携带人数的限制，扩大了受益范围。使用虚拟化技术将平台共享到互联网，进一步突破了站点限制，扩大了共享范围。虚拟实验环境的建设也丰富了本科生的实践教学内容，丰富了工程教育培训手段，满足了多专业、多层次学生创新实践的需要。参考资料（参考资料） [1] 、、。乘法过程中对肌肉骨骼系统的影响[C]//. 。 ACMP 出版社，2011：825-828。 [2] 皮特龙尼古拉。基于计算机的分布式网络网络自动化工具[C]// 2006: 161-166. [3] D. 注入跨学科自动化 2007：175-180。 [4] 黄雪梅，肖天元。智能可重构汽车变速器装配线制造系统研究[J].机械科学与技术, 2006, 25(4): 403-406. （上接第149页） 1 3 1 白瑞峰等：智能制造虚拟实验系统的设计与集成 3.2 基于的大数据应用环境 大数据需要大的存储容量和计算能力，基础设施云平台提供管理各种计算、存储、网络资源的服务能力。

因此，在云计算平台上运行大数据是目前较为高效的大数据处理方式之一。为了给大数据相关的实验教学和工程应用实践提供环境支持，在云计算实验平台下部署分布式数据处理和存储环境，充分利用云平台中闲置的计算资源，最大限度地利用服务器资源。利用率。云平台的 服务器存储 虚拟机镜像，每个镜像包含已安装的操作系统和 环境； 集群的许多节点部署在云平台管理的虚拟机上[9]。当集群的负载增加时，可以通过云平台动态应用硬件资源，从而扩大节点所在虚拟机的VCPU数量和磁盘空间。云平台与 的结合产生了显着的协同效应，如提高 集群的部署速度和 环境资源的利用率，集群易于维护，提供 的高可用性[10]。在云计算实验平台中，用户可以通过指定一些参数，如版本、集群拓扑、节点硬件细节等，快速创建集群；他们还可以根据需要通过添加或删除节点来调整现有集群。规模。在云平台中，可以配置多种集群拓扑。例如， 和 进程可以在一台虚拟机上运行，​​也可以在两台独立的虚拟机上运行。

一个集群可以包含多种类型的节点，一个节点可以同时运行和，也可以发挥作用。用户可以使用这些选项的任意组合来构建一个包含多个 节点和一个 节点的集群，以完成大数据处理工作。云计算实验平台快速搭建集群的基本流程是：选择版本；选择包含预装的基本镜像；定义集群配置，包括集群拓扑和集群中的节点数，设置不同的参数；部署集群，并从镜像创建虚拟机。这些虚拟机承担了 集群的不同角色和任务；操作集群，例如添加或删除节点；并终止集群。搭建集群的操作可以在云平台的Web界面上完成。 4 结束语 基于的云计算实验平台为学校教学科研实验提供软硬件资源管理和应用开发环境支持，满足教学科研应用的多元化服务需求。它不仅提高了实验管理的效率，而且为探索基于云计算的移动实验模式提供了良好的技术支持[11]。参考文献（参考文献） [1] 陈东林，傅敏，陈玲．基于混合云的高校实验教学平台建设模式研究[J].实验技术与管理, 2013, 30(5): 63-66. [2]李磊，李晓宁，金连文。基于的科研教学云计算平台构建与应用[J].实验技术与管理, 2014, 31(6): 127-133. [3] 李英庄，王楠，李先义。基于的云平台设计与实现[J].武汉大学学报：科学版，2012，58（增刊1）：58-60。 [4] 张晓斌. 企业云平台架构与实践[M].北京：电子工业出版社，2015。[5]威廉·冯·哈根。使用KVM虚拟化技术[EB/OL]。 (2014-03-24) [2015-11-12]。 ibm。 com//cn/linux/l-using-kvm/。 [6] xCAT [EB/OL]。 [2015-11-13]。 。净/p/xcat/wi-ki//。 [7] 朱晓阳．桌面云中的 [EB/OL]。 (2012-01-12) [2015-11-12]。 。 ibm。 com//cn/cloud/li-brary//index. html。 [8] 张子凡． 部署实践[M]．北京：人民邮电出版社，2014. [9] [EB/OL]. [2015-11-13]。 https://稀树草原。阅读文档。 org/en/最新/架构。 html。 [10] 布朗 MC。云部署中的 [EB/OL]。 (2015-01-22) [2015-11-12]。 。 ibm。 com//cn/data//ba/ba--in-cloud/。 [11]李宁，王铁峰．打造没有围墙的实验室——云计算时代高校计算机服务平台建设模式探讨[J].实验技术与管理, 2013, 30 (4):櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍櫍12-15. (上接第131页) [5] 冯庆秀, 夏俊丽.基于的交互式PLC虚拟实验系统[J].实验室研究与探索, 2011, 30(2): 47-50. [6] 苗红霞，齐本生． PLC控制技术实验教学改革研究与实践[J].实验技术与管理, 2010, 27(3): 136-139. [7] 、、 等人。 的 FDT 技术[C]//, 2011: 1560-1565. [8] 刘兆斌，刘文志，顾才东，等。基于智能制造系统的物联网3D监控[J].实验技术与管理, 2015, 32(2): 89-93. [9] 程楠希.基于J2EE的制造业MES系统设计与实现[D].长春：吉林大学，2015。[10]吴作明。工业组态软件与PLC应用技术[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2007：3-6。 [11] 董艳.基于虚拟化技术的实验教学中心环境建设[J].实验技术与管理, 2011, 28(3): 299-302. [12] 陈小军，张静．虚拟化技术及其在制造业信息化中的应用综述[J].计算机工程与应用, 2010, 46(23): 25-30.9 41 金永霞, 等: 基于的云计算实验平台的构建与应用...