一、以虚代实，以实控虚，智能制造综合实训
1、建设思路
该方案采用数字孪生 + 人机协作 + 科技产线的设计理念，将智能制造的控制技术、机器人技术、工业总线技术以及数字化仿真技术融合，并结合智能制造专业群的课程需求设计理念，以仿真、到小型化应用、集成化开发再到创新设计，为高校和人才培养提供完整的实训及创新的实验室平台。
传统的智能制造产线式实训室成本高、不够便携、难以教学，而采用小型化的系统又很难做到人手一机、行业示范，该实训室结合了数字孪生技术，将1:1的将机器人技术、PLC技术、智能控制技术融合，按照智能制造的人才培养过程和梯度，以仿真贯穿整个实训室设备，从机器人技术+工业互联网为实训对象，依次将各个专业、行业的示范应用结合，打造出具有综合性、示范性、先进性的工业4.0实训课程体系；
围绕智能制造是一套综合性的人才培养机制，各个专业学科之间具有交叉，且基础学科之间也具有一定的培养方向性，该方案围绕现有的高等教育的电气自动化、计算机、机械自动化、电子信息、人工智能工程五个专业，以智能控制为方向建立智能制造综合人才及专业群建设培养机制。
2、建设特点
数字孪生完成的是现实世界中物理模型在虚拟空间的映射。物理模型指的是现实世界中的各种设备：人、机械臂、数控机床、自动化仪表、手机等，虚拟世界您可以简单的理解为由各种智能计算设备构成的数字世界；通过数字孪生技术，我们现实世界中的每个设备都将在虚拟世界中有一个无论外观还是内部构造都与其一模一样的数字实体。
解决传统教仪设备“不直观”，“用不好”，“成本高”等难题。
该方案基于数字孪生技术，构建理实虚拟，课程培训体系，能够围绕产业应用技术1:1的打造数字孪生的培训实训体系，实训内容设计围绕智能制造工业应用情景和核心技能点，覆盖了机器人、人工智能、通讯技术、数控技术、自动线等典型应用。坚持技能要点与行业用人、岗位需求、技术进步以及教学建设相结合,系统装调、现场工艺规范系统接线、工艺过程分析、系统编程等相互结合进行安排，引导智能制造技术相关专业专项实训教学的设计与实施，系统化培养高端技能型人才。
■产业对接
1:1围绕企业技能、场景、工程应用的人才及应用形成虚实孪生的教学课程内容。
■虚实仿真
不同于传统虚拟仿真技术，而是采用虚实孪生技术构建1:1的控制及应用实训体系，低成本教学
■互动教学
形成在线教学资源库以及在线课程中心，满足线上学习、线下培训应用
■技能图谱
以仿真+实训，能够结合云数据平台形成对教学实训能力的技术图谱分析，最精准推荐保障就业。
二、实训室建设规划
实验室规划一
■建设目的：围绕工业机器人、PLC控制以及智能工厂系统集成，构建理实虚一体化实训室；
■实训设备：以IOA数字孪生仿真、PLC控制套件、机器视觉、工业机器人示教与运动控制系统为主构建一体化仿真应用；
■实训应用：该实训室满足30个学生同时上机实训，配套完整的课程及实训开发手册；
实验室规划二
■建设目的：以VR仿真 + MES智能工厂系统 + 数字孪生，构建1:1的智能工厂示范性应用于教学区域；
■主要设备：互动大屏、VR虚拟仿真、IOA综合实训台、桌面六种机器人系统；
■展示效果：具有实体机器人+数字孪生+产线系统，智能制造工厂全流程仿真和体验；
三、建设内容
1、IOA数字孪生仿真系统
数字孪生仿真系统简介：
IOA数字孪生即Input-Output-Automatic是以虚拟3D孪生技术与智能控制技术平台的融合，基于数字化双胞胎技术，建立1:1的虚拟数字化与物理信号控制的平行世界，是国内首套AR+制造仿真系统，IOA数字孪生采用“以虚代实、以实控虚”的技术理念，让智能工厂的教学与实训真正做到与行业应用接轨，更易用、更高效、更便携的新一代工科实训平台！
虚拟数字式智慧工厂采用真实/虚拟的机器人示教编程系统，工业机器人运动控制器以及真实的数控系统，通过硬件模拟技术打通控制器与虚拟化的通信，即学生操作实训采用PLC编程控制，工业机器人示教编程应用，MES调度以及数控设备的实操，通过虚拟装备的3D展示，达到与真实的智慧工厂同样的实训效果。
基于IOA数字孪生及虚实互动仿真的特点，结合实验室的综合建设，该软件系统能够贯穿整个实训室硬件及产业示范，能够进行每个单元的虚拟或虚实仿真；
■模拟：用户自建工厂、虚拟工厂云工程平台
■仿真：虚拟电气接线、CAD电气接线
■交互：多屏三维互动 + AR交互 + VR沉浸式体验
■内容：电气CAD、PLC编程、机器人示教、组态控制
■资源：虚拟工厂模型库、高端智造虚实转化
■特点：以实控虚、以虚代实、虚实结合
数字孪生仿真系统资源：
为解决资源差，灵活性低，以及教学编程验证困难，实训场景与产业应用脱节等问题，IOA采用与实际的智慧工厂系统完全一致，且PLC系统，数控系统，机器人运动控制器完全一致，通过虚拟工厂编程可直接复制到实际工厂运行的数字化双胞胎系统平台教学，从而解决传统PLC教仪设备“不直观”，“用不好”，“成本高”等难题。
■半实物仿真
真实的PLC、控制器系统，虚拟的三维场景，应用范围不受限制。不受场地硬件的限制，学员进行虚拟的操作训练，不用担心损坏装备，在操作的过程中如果出现错误还可以给出语音和文字提示。
■全虚拟模拟
虚拟的软PLC系统，采用博图软件开发，不需要物理PLC即可完成编程，电气接线以及逻辑编程控制及验证。
■3D工业产线应用布局
用数字技术对物理（实体）资产进行数字化，从设计开始，也可以在设备进行运行的时候使用各种类型的传感器来收集运行状态来对它的工况、位置等进行接近实时的采集和分析。
■全系列控制器仿真
不仅仅是PLC系统，配套有虚拟AGV控制器，虚拟工业机器人示教器以及多轴伺服运动控制器，能够按照工业产线系统一步步搭建及规划整个产线仿真应用。
IOA数字孪生软件系统，不单单是一套虚拟仿真软件，还可以配套以上表格所有的原厂虚拟控制器+仿真资源包，能够实现虚实1:1的互动，并承诺永久免费升级，永久推送资源包。
仿真与实训功能：
■虚拟3D工厂设计功能
具有丰富的工业模型库，包含工业机器人、移动机器人、桁架机械手、物流传输、传感器等，并且每个模型都支持用户自定义设置其坐标、角度、参数尺寸等，能够通过便携化的3D交互托拉拽建设3D场景应用；
IOA的3D自定义设置功能具有丰富的交互属性，包含了对模型的复制、撤销、批量阵列黏贴等多种功能，场景工程可本地保存并快速形成对应的工程文件；
■自定义模块化机器人设计功能
IOA具有丰富的气动、伺服导轨、关节伺服以及夹具等机器人部件，能够支持用户自定义的进行各类工业机械臂的传动结构3D设计，系统能够根据模块化拼接形成联动结构的控制及应用，从而形成对于机器人的运动控制和各类结构算法的机器人应用实训与仿真。
■模型库导入功能
IOA支持用户自定义模型库导入，且支持多种模型文件包含FBX、OBJ、3MF、STL、GLTF2以及ZIP等文件格式，能够建立用户自定义的专属模型库，每个模型导入后可自定义设置其坐标、比例尺寸、图标等功能模块。
■虚拟电气接线功能
IOA具有丰富的电气控制接线及虚拟端子功能，即支持用户自定义配置IO、模拟量、伺服以及运动端子的接线，通过拖拽式接线能够完成多个及多种控制器与虚拟世界的控制映射，能够1：1的将控制器与被控设备连接控制，系统支持用户自定义添加控制器、自定义虚拟接线、以及进行对工程的接线工程保存、导出Excel等功能。
■虚实互动仿真功能
IOA虚拟仿真支持虚拟和真实的多种控制器实时仿真及混合仿真，通过虚实孪生技术，将虚拟工厂的机电系统与真实的工业自动化控制系统打通，以丰富的3D虚拟交互形式，从而实现对智慧工厂电气配线、网络配置、控制教学、组态编程实训应用等目的。
■多人协作VR+PC+手机端仿真
IOA支持在同一局域网内的多人同步协作仿真，包含支持有PC、安卓手机端、以及AR、VR端的多终端接入仿真。
■图形化虚拟控制器功能
IOA内置虚拟图形化控制器，该控制器采用最新的简易机器人编程通用格式的图形化块语言格式可快速建立各种虚拟控制器实现虚实仿真交互的机器人编程及PLC逻辑编程控制。
■机器视觉仿真功能
IOA内置虚拟机器视觉摄像头，支持用户自定义机器视觉软件开发，并配套虚拟机器视觉控制器，能够提供无论是硬件机器视觉、软件机器视觉还是云AI机器学习的全套仿真课程及应用。
■移动机器人仿真功能
IOA内置虚拟AGV控制及仿真功能，包含有寻磁式AGV、叉车AGV以及复合机器人结构的AGV系统。
■工业互联网仿真功能
IOA配置完整的工业物联网仿真及编程控制功能，用户可选择真实的物联网控制器，或虚拟的Python物联网控制器，通过连接物联网云端实现设备物联网，可实现web数据可视化、数字化功能及仿真。
■数字化工厂MES系统功能
IOA配套完成的智能工厂开发应用体系，包含从智能工厂的设备层、驱动层、控制层、数据层、再到应用层的整套数字化智能工厂的开源教程，配套1：1的MES系统及手机APP管理软件，能够形成对数字化工厂的驱动、控制、上位机编程、再到云端监控的整套课程及实训专业群建设课程。
2、数字孪生一体化实训台
IOA配套了1:1的学生工作站虚实仿真台，该实训台采用全金属+烤漆工艺，配置网洞板、实验盒、岛台、总电源管理以及便携化工具实验箱，外表精致、美观、整洁，科技感强。并能够结合实训电脑 + 控制器形成多人协作的半实物智能工厂控制仿真实训应用。
IOA具有多种数字孪生的半实物实训模块，每一种模块都配置不同的功能及及实训方向，半实物实训模块采用全铝工艺，结合一体化电路基础，开放出了所有IO及总线的物理接线端子，即能够满足实训过程的快速香蕉拔插线实验，也能够满足学生对于接线端子的工装实验，并且实训模块电路完全开放，可独立应用。
西门子S7-1212套件：可实现虚实仿真、纯虚拟仿真以及多个控制器混合仿真
机器人示教编程控制系统：配套实体示教器+运动控制器，配套虚拟示教器系统
配套工具套装：实训台实训及组装
配套外围控制系统：PLC的各种人机交互外设
3、XR多人互动平台
建设目的：围绕智能工厂、数字化工业MES管理系统以及工业互联网构建一体化示范与教学应用；
配套设备：以VR仿真 + 数字孪生 + 模块化实训系统，形成从基础的设备层、驱动层、控制层、管理层以及应用层的智能工厂的模块化示范和实训区域；
实训应用：用于学生创新应用开发，综合实践以及成果展示；
IOA不仅仅是一套PC端仿真，更结合了虚拟仿真VR、手机APP端AR系统能够形成1:1的多人互动协作仿真，且VR端，手机APP端应用，不限节点，支持多人下载同时在一个场景内进行互动仿真；
配套VR眼镜系统
■新一代头手6DoF自研光学定位系统
■搭载高通骁龙XR2，4K高清显示
■舒适佩戴，兼容戴眼镜用户群体
■配套VR串流和投屏功能，可实现大屏互动
■SLAM，实时获取空间数据，安全可靠
■近场扬声器：内置3D环绕音效
■定位：毫米级房间定位，＜2ms低定位延迟
■减少晕动症，更好沉浸感
■红外光学追踪，32个追踪传感器，提升定位范围与稳定性
■238°×195°，大范围定位角度
AR文化墙建设
结合AR技术以及教室文化墙建设，该方案配套不限节点的数字化安卓APP软件，通过文化墙贴图与AR手机端软件结合，能够形成虚实仿真，互动映射的效果；
通过AR技术打造一套智能制造文化墙，将实训室环境与智能制造技术的知识体系内容融为一体，通过手持平板，安卓手机学生可以从墙面上得到AR增强现实的3D交互机器人技术及自动化技术的展示，如工业机器人的拆装仿真，自动化工作站的整体预览，工业4.0的未来工厂虚拟仿真等。
■配套AR虚拟机器人拆装软件APP；
■配套IOA数字孪生软件的AR互动手机APP
4、开放式MES工业互联网资源包
智能制造实训平台层基于工业互联云平台技术，提供数据的处理、运维、计算和决策，包括三大单元：工业互联云平台、多协议工业网通、高性能边缘计算。
■工业互联云平台：实训平台提供基于工业互联云平台技术的智云物联数据中间件平台，支持海量工业数据的接入、分类存储、数据决策、数据分析及数据挖掘。
■多协议工业网通：实训平台内置多网协议网关服务，为工业异构网络提供认证服务、数据接入、地址解析、数据推送和网络配置等服务，通过MQTT数据服务与工业互联云平台通信。
■高性能边缘计算：实训平台集成高性能NPU AI计算单元，能够在本地运行神经网络模型，提供机器视觉等AI人工智能算法应用。
智能制造实训平台应用层提供丰富的互联网和大数据应用，支持远程异地使用，包括三大单元：可视化运维应用、工业互联网应用、大数据分析应用。
■可视化运维应用：采用H5可视化图表进行生产数据的直观展现和控制，能够实时进行数据的更新和预警。
■工业互联网应用：基于工业互联网新思维设计的工业互联网应用。
■大数据分析应用：基于工业云平台存储的海量工业数据，通过大数据分析和推断，为管理人员提供生产依据，为运维人员提供早期的预警和预测。
智能制造实训平台提供企业级教材和相关教学资源，能够完成工业自动化控制、物联网应用技术、机器视觉技术、机器语言技术、智能边缘计算、智能制造实训等课程的实验和实训需求。
实训平台提供多协议网关实现各种异构网络的互联互通，并最终与工业云平台进行数据交互。网关内置智联网多网协议网关服务，通过MQTT数据服务与工业互联云平台通信。
针对工业现场的不同应用场景，不仅支持PLC、Modbus、RS485、RS232、Ethernet等传统有线网络的数据接入，同时可接入ZigBee、LoRa、NB-IoT、Wi-Fi、LTE等无线传感网数据，为异构网络提供认证服务、数据接入、地址解析、数据推送和网络配置等服务。
实训平台提供基于工业互联云平台技术的智云物联数据中间件平台，支持海量工业数据的接入、分类存储、数据决策、数据分析及数据挖掘，主要软件功能模块包括：消息推送、数据存储、数据分析、触发逻辑、应用数据、位置服务、短信通知、视频传输等。
实训平台采用最新的H5可视化应用技术，实现工厂全局数据的监控和管理。基于工业云平台，可视化应用可以进行直观的图表进行动态的数据展示和实时更新，同时支持远程异地进行监控和管理。同时工业云平台海量存储的工业历史数据为大数据分析和决策提供了充分了数据，为智能生产和柔性生产提供参考依据。
IOA-NET是一款围绕数字化工厂打造的数字孪生3D看板系统，通过2D搭建看板，3D搭建场景，图形化设置数据源如MySQL等，可一步步“傻瓜式”搭建数字化MES看板系统，使传统的看板系统升级为三维数据世界。支持融合工业大数据、物联网、人工智能等各类信息技术，整合厂区现有信息系统的数据资源，实现数字孪生工厂、设备运维监测、智能管网监测、综合安防监测、便捷通行监测、能效管理监测、生产管理监测、仓储物流监测等多种功能，有效提高厂区综合监管能力、降低企业厂区运营成本，实现管理精细化、决策科学化和服务高效化，可广泛应用于态势监测、应急指挥、数据分析、成果汇报等多种场景。
四步教你搭建数字化3D工业互联网看板
第一步：搭建B/S二维看板：通过2D模型库、以及制作图表、滚动条进行页面设计；
第二步：搭建三维数字孪生：通过三维搭建、3D绘图制作数字孪生看板画面及交互功能；
第三步：搭建1:1的MySQL数据映射，以数据库为通讯映射，增删改查进行数据交互编辑；
第四步：运维管理，通过部署在本地或网络服务器，实现多场景的数字孪生监控；
根据三维建模软件、三维制作服务平台、面向对象编程的计算机语言可保持数据可视化系统软件的查寻剖析、数据漫游访问、动画渲染、网上发布等作用。数据收集主要是运用3D数字化可重构数字工厂、机械制图等高线纹路和用精确测量方式获得等值线，以后运用等值线数据信息根据三维软件创建虚拟现实技术的数据可视化实体模型。另外，运用专业软件转化成数据监控、数据分析以及远程监控的数字模型以后将其导进3d可视化服务平台，并依靠程序运行和数据库查询保持空间数据的存储和查寻。
四、配套课程资源
课程资源形式
结合数字孪生技术以及机器人技术，经过多年的不断打磨以及课程体系的优化，目前已经建立工业机器人、PLC、运动控制以及工业互联网的系列化教程及在线资源包。由理论到实践，由简入繁，1:1的配套实训场景及课程开发内容，并具有在线视频讲解，企业讲师问答，以及在线课程资源管理的多种辅助教学资源；
■在线课程资源库：配套1:1的在线课程云平台，提供视频、PPT、课件、软件管理、仿真课程、以及源代码实验案例。
■在线公众号公开课
■配套教材实训手册
围绕工业机器人技术、工业互联网系统、数字化工厂MES系统，我公司基于数字孪生技术与仿真技术与国内外数十家企业形成了深度合作的战略关系，能够提供配套原厂的技术支持、教材课程以及数字化集成资源。
以下教材资源包均配套仿真工程+视频+软件。
AUBO协作机器人编程手册
KEBA工业机器人示教与编程
VPLC机器视觉与编程开发
开源电子单片机编程开发
纳博特机器人编程手册
三菱FX3U的PLC编程开发
西门子PLC编程与开发
运动控制与编程开发
智能工厂MES集成与系统开发
ROS机器人编程与开发（清华出版社）
机器人学实验手册（清华出版社）
五、实验室规划 （按30人计算）
1、虚实孪生一体化实训平台：
IOA数字孪生系统 30套
一体化实训台 30套
西门子PLC学生套装S7-1200系列 30套
工业机器人示教系统 5套
工具耗材套件 30套
定制实训桌 30套 （选配）
实训电脑组合 30套 （选配）
2、互动仿真平台：
VR仿真眼镜系统 2套
仿真实训电脑套装 1套（选配）
大屏液晶交互（70寸） 1套（选配）
3、实验室配套：
工具柜 2套 （选配）
AR文化墙 （配套AR端手机APP机器人拆装+3D工厂仿真软件） 1套
4、课程：
课程资源库 1套
在线网站平台 1套
