一、实训室建设思路
（1）操作安全、场景真实
机器人实训、柔性智造生产线采用以工业机器人原型设计的桌面级工业机器人为实训载体，保证机器人实训内容要求同时兼具操作安全性。PLC半实物仿真实训台联合IOA数字孪生软件平台为学生学习工业机器人示教编程,PLC编程控制提供内容丰富，操作安全的实训平台。
（2）实训内容的丰富性
方案包含机器人机构与电气、机器人搬运码垛、机器人轨迹规划、智能传感器技术、PLC编程、机器人示教编程、智能制造工厂搭建等丰富的实训内容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，
（3）建设理念的先进性
方案采用桌面级六轴工业机器人，占用面积小，操作安全。以微型柔性智造工厂为载体，真实展现机器人在智能制造产线方面的应用。

二、实训室配置清单 （以40人教室为例）
1）桌面级六轴工业机器人 41台（学生40台，老师1台）
2）IOA智能制造仿真软件 41节点（学生40个，老师1个）
3）PLC半实物实训台（示教器版） 41套（学生40套，老师1套）
4）柔性书签智能制造生产线 1套 

三、实训室布局规划
机器人实训室主体由机器人编程实训、PLC半实物仿真模块及柔性智能生产线三大模块组成。 
3.1 六轴桌面工业机器人
机械臂是一款以工业机械臂原型为设计参考，安全易用的六轴桌面工程教育机器人，是一款开放式AI机器人综合教学平台。
机器人支持串口、蓝牙、WIFI、RS485等通讯方式，开放底层控制指令，可通过AVR单片机、ROS机器人操作系统、IOA数字孪生软件、PLC控制。
产品配套多种扩展配件，包含末端夹具（舵机夹爪、气动吸盘、三轴柔爪）、传送带套件、滑轨套件、AGV小车、基于Python编程的视觉套件，丰富的扩展配件为实训教学提供更开放的创新应用拓展。

3.2 IOA智能制造软件平台
智能制造IOA数字孪生仿真软件可实现1:1的虚拟化仿真，自定义拖拽式的设计机器人工作站产线；1:1的虚实孪生控制仿真；与实体工作站对应，能够实现人手一机产业结合的仿真应用。
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。
Mirobot机械臂通过与IOA数字孪生结合，Mirobot可实现1:1的虚实孪生机器人应用与控制，采用数字化仿真控制器以及3D虚拟工厂场景，可实现任意的工业机器人应用及创新应用。
不仅仅是物理仿真更将机器人与智能控制应用、场景搭建、系统集成以及数字化控制全部融入在内，真正实现智能制造工业4.0教学的理实虚一体化教学创新应用。

3.2.1 IOA数字孪生软件功能列表
(1)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；
(2)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；
(3)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；
(4)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；
(5)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。
(6)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。
(7)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；
(8)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，IOA配置完整的人工智能视觉仿真工艺，无论是采用Python机器视觉、树莓派智能硬件还是配套工业机器视觉软件系统，都能够将虚拟世界的图像画面按照真实摄像头驱动传出，实现1:1的视觉仿真；
(9)多种工艺逻辑仿真  
IOA内置多种工业虚拟控制器，并且配套丰富的物理工艺脚本，IOA不仅支持基础的重力、摩擦力、撞击等基础力学，并且具有喷涂、切削、点胶、打标等丰富的物理工艺脚本，支持各种工艺自定义控制；
(10)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。
(11)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。

3.2.2 课程资源平台
IOA课程管理系统是一套基于课程实训仿真、多人协作、以及课程资源共享管理的综合平台，该系统与仿真软件结合，具有C/S端的多人协作及作业管理，同时具有B/S在线课程管理、资源管理、统计管理功能。
系统支持本地局域网、云端广域网发布管理；仿真管理：1对1监控管理、远程协助、账户管理、作业管理、课程推送功能；云课堂功能：在线统计、云端课程资源发布、支持手机端、WEB端的本地和远程使用。
（1）系统功能描述
账户管理：支持教师端发布管理学生账户，可根据学号、姓名、班级统计，支持Excel表导出，支持批量管理、独立管理；
作业管理：可在线发布作业，推送作业到学生端，配套作业模板，支持视频+3D工程+PPT发布；
远程监控：支持远程教师端监控，可随时进入任何一台在线的学生端软件；
共享课程：支持在线共享课程，配套在线课程模板，支持视频+3D工程+PPT发布；
共享资源：支持在线发布共享资源，包含模型库、软件库、工程库、以及程序库的在线共享与发布；
（2）课程资源：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；为保障智能制造课程资源库的内容更新和技术服务，提供在线课程资源网站、微信公众号，并承诺所有在线资源永久免费下载和更新。
提供在线课程网站，提供VIP账户，可在线下载课程工程，观看视频课程；
提供在线软件更新和工程更新资源包，永久免费更新下载；
提供软件使用手册公众号及在线公开课。

3.2.3 IOA软件配置要求
IOA软件安装电脑配置要求说明：
低配置：Windows10系统，i5十代以上CPU，内存8G，独立显卡GTX1050 Ti；支持基础的Python、三菱PLC等应用仿真。
中配置：Windows10系统，i5十代以上CPU，内存16G，独立显卡GTX1050 Ti；支持西门子PLC、机器视觉、运动控制以及工业机器人虚拟示教等应用。
高配置：Windows10系统，i7十代以上CPU，内存16G，独立显卡RTX3060Ti；支持MES系统集成以及多控制器集成仿真。

3.3 西门子半实物仿真实训台
IOA西门子虚实仿真平台，基于数字孪生 + 半实物PLC平台的应用，能够1:1构建各种基于PLC的实训应用场景，通过硬件实体接线结合3D数字孪生仿真，能够完成几乎所有的PLC典型工业场景应用，同时结合IOA-西门子课程资源开发包，能够给与学生从入门、实践、课程开发再到科研实践的全套开发和教学体系。
该实训平台采用全金属+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。
（1）S7-1200实训单元：采用西门子S7-1200系列PLC，结合人机交互HMI，以太网扩展通讯接口、按钮交互平台、RS485扩展模块，能够完成基于PLC的大多数的课程及资源内容仿真；
（2）虚实孪生3D仿真：结合IOA数字孪生系统，配套各种工业仿真案例，涵盖了气动、伺服、物流等多种工业应用案例，可完成各类工业控制和经典控制的仿真应用；
（3）扩展PLC实用课程：采用虚拟工厂 + 工业机器人，配套工业运动控制器，工业机器人示教控制器，以智能制造的工业应用为实践场景，构建多种1:1的工业实践的综合仿真应用；
（4）配置智能工厂PLC课程体系：不仅仅是PLC仿真，结合智能工厂多种综合实训应用案例，按照智能制造大赛和行业应用标准，配套从入门到实践再到竞赛的丰富课程资源包。
 
模块化实训台：经典岛式斜面实训台，配置冷轧钢板材质，外表金属漆面，采用双网洞板台面安装；基于人体功能学设计，既满足学生对平台的快速拔插实验，同时兼顾美观性，便携式安装和搬运。
西门子S7-1200套件：包含S7-1200主控单元，RS485单元模块，配置导轨和扩展端子台模块，采用工业开关电源及交换机模块集成。
工业HMI触摸屏、按钮、轨道端子组成，配置扩展的LED指示灯、按钮交互；
交换机及电源模块：采用轨道式开关电源+千兆网交换机模块，集成PLC单元、触摸屏等控制器外设；
配置螺丝刀、线标、端子头、等常用工具套装。

3.4 柔性智能制造生产线
工业4.0微型工厂采用先进的人工智能技术、机器人技术以及互联网技术，融合数字孪生技术、可编程、趣味性特点，打造出一套微缩型未来工厂平台，通过无人化运行，可编程示教，个性化智造，让智能制造、工业4.0走入学生的认知及应用领域，让高大上的智造技术变的触手可及。
基于一个完整的工业机器人加工系统开发学习任务，涉及的知识点更丰富、更综合，系统性更强，让学生通过该套系统工作站的学习与训练，对无人工厂智能制造的组建整体性应用有全面的了解与体验。
桌面微工厂以小型的柔性制造系统为载体，主要特点是占地空间小，构建学习与工作站，配套开发以工业4.0无人智能工厂系统认知、组建、操作、编程与维护为主要内容一体化教学方案，按照通俗易懂的课程模式组织教学，柔性工厂组建、数控激光雕刻与工业机器人、机器视觉检测的学习与训练变得轻松、简单。
真实生产： 等比例缩小的智能化工厂，采用缩小型工业化机器人系统，真实生产出产品；
智能集成： 个性化下单、出入库、加工，全无人化完成自动化生产系统；
数字孪生：配置1:1的数字孪生IOA仿真，即控制系统与仿真系统完全一致，可在虚拟3D工厂完成对数字化产线的3D可视化仿真与编程开发；
3D可视化：配置IOA-NET三维数字可视化，具有组态3D与WEB可视化结合，能够更为清晰和认知整套产线与数字化的集成与应用；
模块化应用： 基于工业互联网的数据采集、边缘计算、工业总线应用以及应用端MES系统开发，该实训室构建了人手以及的工业互联网实训单元及模块，并采用数字孪生的技术方案将理、实、虚的课程资源引入，给与认知、实训、教学以及科研的综合实训平台。

3.4.1 模块单元
（1）人工智能视觉检测上料MR-2：由自动出料机、六轴机器人、传输线、以及机器视觉检测系统构成，能够针对于物料进行自动化上料，并能够进行视觉的筛选，对不符合的物料自动剔除。  
（2）智能加工工作站STR2：该系统由多个CNC系统 + 六轴机器人组成，通过机器人对数控系统上下料，能够完成耗材从数控铣削、上色、运输的整个自动化过程。数控CNC单元，对耗材进行销铣加工；数控打磨吸尘单元，进行切削的光滑度和碎屑处理。  
（3）激光雕刻机单元SDF5：该系统由激光雕刻机 + 机器人 形成书签打标自动化。光纤打标通过机器人上下料对半成品进行打标处理；光纤激光雕刻，可雕刻花纹、文字等。  
（4）机器人码垛单元DS6：该系统由伺服轨道、托盘、定位传感器、XYZ直角坐标机器人以及工业机器人组成，能够完成成品书签的自动化排列及码垛组装任务，并能够配合机器视觉完成对书签的成品品质检测。
（5）自动包装单元SW4：该单元由机器人+自动上料机构成，能够对书签棋盘进行自动化的书签地图配料上下料。  
（6）智能仓储及成品单元SD4G：该系统由四轴码垛机器人+传感货架组成了智能化仓储系统，能够对成品棋盘进行布局。通过行走地轨 + 光电传感，系统配套语音模块和以太网网关，通过机器人自动搬运能够完成成品的摆放和语音、网络提醒。   

3.4.2 数字工厂MES系统
该微型智能工厂具有一套开源的MES系统，从设备层、控制层、数据层、应用层都具有对应开发及实践内容，通过PLC + 机器人 +计算机管理 + 移动互联软件的模式提供一套完整的数字化产线的，建设、编程、电气再到上层控制的综合型工业互联网开发实训平台。
从手机APP个性化下单、到数字化MES形成加工工艺数据、再到数字化产线无人化生产、远程数字化SCADA看板监控，该系统能够完成一套完整的个性化数字工厂的生产流程。
即该平台主要通过软件个性化下单，完成从网上下单、生产订单解析、工艺编排、智能仓储存取、柔性流程重配和生产、基于激光雕刻和立体装配的全自动化无人加工过程。构建真正意义上的工业4.0新型工作模式和基础平台，便于学生对机器人认知、编程学习以及科研人员开发实验。
通过配套完整的从认知到产线应用的阶段化开发课程资源，全面详细的介绍了数字化产线构成以及集成方式，并通过IOA虚拟仿真技术创建与真实完全一致的虚拟产线，直接进行虚拟仿真调试。特色在于，通过将PLC、工业机器人、计算机软件控制技术结合，分单元分层讲解数字化产线的各个层级个功能的实施及编程控制方法，并能够以虚拟仿真加以展示及实现。
（1）生产管理功能（C/S + B/S架构，服务器）
根据电子商务系统下单记录，自动排序，更改和修整生产安排。
生产数据表单，存储各个客户下单记录及订单信息。
用户管理/仓储管理/设备调试。
（2）SCADA看板功能（B/S架构监控）
现场无纸化运作；
现场资源管理（设备、产品、原材料、人员、过程）；
自动化设备管理；
电力/统计/效率/设备统一监控。
（3）生产管理（B/S架构监控）
该功能主要是生产指令输入/转入到 MES 里面，并把生产任务按照生产线/单元的生产能力、订单的紧急度、生产效率等因素，进行任务分配。
（4）APP图形化下单系统
该功能能够通过手机APP进行个性化拍照、画图下单，智能工厂接收到订单任务，会自动根据订单数量、形式，进行个性化生产制作，全自动化无人化生产加工。
（5）WMS仓储管理系统
按照托盘、物料、原材料等分类统计；
出入库管理、设备管理；
仓储系统调试、通信监控。
（6）用户管理功能
按照电子商城及互联网+概念，云工厂通过“一套系统+一个平台”实现全流程交易闭环，将分级协同各个用户权限，实现工厂云化、工厂产能的云端调度和资源云端配置优化。
（7）订单统计功能
按照日订单、月订单、周订单，自动统计和分析记录每个订单信息，并能够形成统计数据表管理。
（8）手机APP掌上工厂
通过手机APP对每个设备进行监控和管理。

四、实训内容
1、机器人基本功能实训
（1）机器人在工业领域中的应用
（2）机器人机械结构及工作原理认知
（3）机器人控制柜功能学习
（4）机器人基本控制指令实训
（5）机器人示教器功能学习
2、机器人复杂运动编程指令实训
（1）转轴运动指令实训
（2）输入输出群指令实训
（3）输入信号指令实训
（4）通讯指令实训
（5） 程序流程指令实训
（6）程序运行停止指令实训
3、机器人实训课题
（1） 机器人平面轨迹MOVJ、MOVL、MOVC训练；
（2）机器人空间轨迹训练（空间轨迹单元）；
（3）机器人车床上下料辅助加工训练（立体库+输送线+机床门）；
（4）机器人机器视觉实训。
4、触摸屏训练
（1）触摸屏的组态方法；
（2）触摸屏变量的添加；
（3）触摸屏连接方式的组态；
（4）触摸屏报警的组态；
（5）触摸屏开关按钮的组态；
（6）触摸屏指示灯的组态；
（7）触摸屏I/O域的组态。
5、气动控制训练
（1）了解气动控制系统的组成；
（2）气源装置以及气缸、阀门的使用和学习；
（3）PLC程序控制气动装置自动启动和停止；
（4）气缸位置控制；
（5）气缸压力调整；
（6） 电磁阀的使用。
6、传感器训练
（1）漫反射式光电传感器检测及调整训练；
（2） 磁性开关检测及调整训练；
（3）电感传感器检测及调整训练；
（4）电容传感器检测及调整训练。
7、安全功能实训
（1）机器人急停安全回路训练；
（2）机器人气压检测安全回路训练；
（3）机器人安全门锁安全回路训练。

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