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“新工科”建設(shè)關(guān)鍵

與傳統(tǒng)“工科”不同的是，“新工科”強(qiáng)調(diào)學(xué)科和專(zhuān)業(yè)的交叉性、綜合性和實(shí)用性，建設(shè)“新工科”是順應(yīng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的重要戰(zhàn)略。什么樣的人才是用得上、能創(chuàng)新的未來(lái)制造人才？人文、科學(xué)和工程教育融合的改革著力點(diǎn)在哪里？

作為”新工科“建設(shè)的排頭兵，天津大學(xué)與三菱電機(jī)進(jìn)行深度合作，敏銳感知行業(yè)、企業(yè)需求，打通”新工科“建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)歷程

規(guī)劃設(shè)計(jì)

在三菱電機(jī)的大力支持下，天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)中心根據(jù)高等教育自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)發(fā)展及專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的規(guī)劃，從面向創(chuàng)新人才工程實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)培養(yǎng)、面向?qū)嶋H工程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)、面向?qū)嶋H生產(chǎn)裝備控制和系統(tǒng)功能開(kāi)發(fā)的要求出發(fā)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的功能需求、模擬實(shí)際生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)成及自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成等進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。

建設(shè)實(shí)施

在前期模擬實(shí)際生產(chǎn)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，三菱電機(jī)與天津大學(xué)開(kāi)展以啤酒釀造及灌裝、裝箱、入庫(kù)等工藝為模擬對(duì)象的“模擬生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)裝置” 結(jié)構(gòu)部件的具體設(shè)計(jì)和加工，初步構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)室的基本形式與架構(gòu)，并于2010年8月舉行“天津大學(xué)—三菱電機(jī)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室揭幕儀式”。

調(diào)試與完善

“實(shí)驗(yàn)室”通過(guò)結(jié)合研究生的課題研究、本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)和大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐計(jì)劃項(xiàng)目的開(kāi)展和實(shí)施，采用三菱電機(jī)控制模塊和設(shè)備組成控制系統(tǒng)，對(duì)建成的模擬生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行調(diào)試和試運(yùn)行，并通過(guò)總結(jié)、分析調(diào)試和運(yùn)行中出現(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行反復(fù)地改進(jìn)和完善。

持續(xù)升級(jí)

在“新工科”背景下的高等教育改革中，“實(shí)驗(yàn)室”著重打造智能制造虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，通過(guò)結(jié)合三菱電機(jī)“e-F@ctory”的理念，在完成實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)化覆蓋的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)建了“三平臺(tái)、三層次、一體化”的“三三一”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，并獲批為“國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”。

01 資源協(xié)同

多方協(xié)同

“天津大學(xué)-三菱電機(jī)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室”自建設(shè)以來(lái)，多方協(xié)同為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供幫助：

1. 天津大學(xué)校、院兩級(jí)領(lǐng)導(dǎo)通過(guò)各類(lèi)高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目等大力支持。

2. 三菱電機(jī)為“實(shí)驗(yàn)室”提供了可編程控制器、伺服系統(tǒng)、HMI人機(jī)界面、變頻器、多自由度機(jī)械臂等控制設(shè)備及配件。

3. 啤酒生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)制造企業(yè)、機(jī)械加工企業(yè)、食品生產(chǎn)設(shè)備加工企業(yè)及虛擬現(xiàn)實(shí)軟件開(kāi)發(fā)單位熱情參與。

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目

實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行中，立項(xiàng)并承擔(dān)了各級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、天津市本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革研究計(jì)劃項(xiàng)目、天津大學(xué)專(zhuān)業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)“985”建設(shè)立項(xiàng)實(shí)施、本科教學(xué)綜合改革、本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、研究生創(chuàng)新人才培養(yǎng)等眾多項(xiàng)目。

實(shí)驗(yàn)室成果

先后完成創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教材與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，并取得授權(quán)專(zhuān)利。在“模擬生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)裝置”建設(shè)過(guò)程中和建成后，利用該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)已完成眾多本科、碩士畢業(yè)課題；依托所開(kāi)展的建設(shè)與實(shí)施工作發(fā)表相關(guān)各類(lèi)論文。

02 啤酒制造產(chǎn)線

“實(shí)驗(yàn)室”模擬生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)裝置以啤酒釀造及灌裝、裝箱、入庫(kù)等工藝為模擬對(duì)象，涵蓋過(guò)程控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、自動(dòng)化物流系統(tǒng)等，涉及可編程控制技術(shù)、交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、多自由度機(jī)械臂技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)以及自動(dòng)化物流管理等多領(lǐng)域知識(shí)。構(gòu)建既貼近工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際環(huán)境、又符合高等教育教學(xué)規(guī)律的實(shí)踐平臺(tái)。

生產(chǎn)線工藝流程

模擬生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)由16個(gè)工藝分部及2個(gè)功能擴(kuò)展平臺(tái)組成，包括：模擬啤酒釀制生產(chǎn)工藝過(guò)程的制麥、糖化、過(guò)濾、發(fā)酵、熟化、殺菌、儲(chǔ)存等7個(gè)分部，模擬啤酒灌裝、裝箱、入庫(kù)等生產(chǎn)工藝過(guò)程的理瓶、清洗、灌裝、封蓋、金檢、貼標(biāo)、裝箱、移載、入庫(kù)等9個(gè)分部及虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和智能制造中央控制系統(tǒng)平臺(tái)。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)模擬生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)裝置的數(shù)字化模擬功能。該平臺(tái)通過(guò)在PC機(jī)上構(gòu)建真實(shí)設(shè)備的3D模型，建立虛擬平臺(tái)和PLC之間的通訊，實(shí)現(xiàn)PLC的真實(shí)I/O對(duì)于虛擬對(duì)象的控制，將虛擬平臺(tái)的應(yīng)用作為實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)、調(diào)試的前期準(zhǔn)備，很大程度的提高了實(shí)際實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用效率。

智能制造中央控制系統(tǒng)平臺(tái)

實(shí)驗(yàn)室啤酒制造生產(chǎn)線采用三菱電機(jī)e-F@ctory智能制造解決方案架構(gòu)，形成三平臺(tái)、三層次、一體化的“三三一”教學(xué)體系，將智能化產(chǎn)品制造系統(tǒng)、遠(yuǎn)程交互式虛擬-實(shí)體系統(tǒng)、智能服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行一體化管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制層、生產(chǎn)管理層、互聯(lián)信息層的無(wú)縫銜接。在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，將“人”與“機(jī)械”以及“IT”互相協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)高效、靈活的生產(chǎn)，優(yōu)化整個(gè)供應(yīng)鏈，從而實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先一步的產(chǎn)品制造。

“新工科”建設(shè)中實(shí)驗(yàn)室的功能發(fā)揮及價(jià)值增益，后續(xù)將深入解析，敬請(qǐng)持續(xù)關(guān)注！