“立足民生,个性织造”
——纺织智能制造科普宣传活动策划
2021-07-07贾文军徐国伟王浩程张江亭
刘 健,贾文军,徐国伟,王浩程,赵 地,张江亭
(天津工业大学 天津300387)
1 活动目的意义和必要性
随着美国“工业互联网”[1]、德国“工业 4.0”[2]战略规划的相继提出并实施,全球掀起了新工业革命的浪潮,其主要特征是多种技术的融合,在工业生产中综合了人工智能、大数据、物联网、云计算等新技术,实现人、物、服务的互联[3]。我国当前也正在实施“中国制造 2025”“互联网+”等重大战略,力求在未来全球创新生态系统中占据战略制高点[4]。
《中国制造 2025》明确要加快发展智能装备和产品,推动制造过程智能化,重点建设数字化工厂,深化互联网在制造业的应用,提供个性化产品[5]。目前,智能制造已成为全球制造业发展的主要趋势,是新一轮工业革命的核心,同时也是“中国制造 2025”的制高点、突破口和主攻方向[6]。就智能制造的定义方面,工信部组织专家给出了一个比较全面的描述:智能制造是基于新一代信息技术,贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节,具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称[7]。具有以智能工厂为载体,以关键制造环节智能化为核心,以端到端数据流为基础、以网络互联为支撑等特征,可有效缩短产品研制周期、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能源消耗[8]。这实际上指出了智能制造的核心技术、管理要求、主要功能和经济目标,体现了智能制造对于我国工业转型升级和国民经济持续发展的重要作用。然而,目前智能制造在我国尚处于起步阶段,企业在智能制造实施和升级改造过程中往往茫然不知从何做起。因此,面向企业、大众,特别是社会主义事业的建设者和接班人,开展关于“智能制造”的科普活动是非常必要的。
另一方面,习近平总书记在十九大报告中指出,我国社会主要矛盾已转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾,保障和改善民生要抓住人民最关心最直接最现实的利益问题。纺织行业作为重要的民生产业,正处于转型升级的关键时期,借力“中国制造 2025”和“互联网+”加快新一代信息技术与纺织业融合的创新发展成为大势所趋;结合持续的科技创新,推动纺织行业向绿色低碳、数字化、智能化和柔性化等方向发展,是实现纺织产业转型升级的必由之路[9]。同时,纺织学科是天津工业大学的“一流学科”,在这样的大背景下,天津工业大学工程教学实习训练中心作为工程训练国家级实验教学示范中心,紧密结合天津工业大学建设高水平大学的办学定位,以国家级实验教学示范中心建设为依托,以一流纺织学科为特色,以培养新工科背景下的综合工程人才为目标,在学校的大力支持下,建成了纺织智能制造实训创新中心。
本文以“立足民生,个性织造”为主题策划纺织智能制造专题科普宣传活动。
2 活动目标
通过智能制造专题科普宣传活动,让广大科技工作者、学校师生、青少年了解“中国制造 2025”,提升对先进制造、人工智能、智能制造科技创新成果及发展的认知度,普及智能制造相关科学知识,深化对“智能制造”的理解,对于企业未来的发展,教师教学科研的拓展,学生的专业理解和职业规划起到促进作用。另外,将思政教育寓于科普活动中,引导青少年关心人类社会、科学技术的进步,培养家国情怀,并通过宣传、体验、实验、观摩等环节拓宽视野,提高文化自信,同时激发对科学技术的兴趣,树立科学态度,培养科学精神和科学行为习惯,提高科学素质。具体目标包括:
①企业,将纺织智能制造应用成功的技术、经验,推广到还处在工业 2.0和 3.0阶段的企业,使相关企业加速迈进工业4.0。
②科研人员,为科研人员提供实验场所、实验设备、加工技术等。
③学生,培养满足“新工科”需求的具有综合工程能力的高素质人才,同时寓思政教育于科普活动中,引导青少年树立社会责任感,提高文化自信。
3 活动内容
根据智能制造的描述性定义,在智能工厂中通过生产管理系统、计算机辅助工具和智能装备的集成与互操作来实现智能化、网络化分布式管理,进而实现企业业务流程、工艺流程及资金流程的协同,以及生产资源(材料、能源等)在企业内部及企业之间的动态配置。本次科普活动即向大众(特别是青少年)重点展示与智能装备互联互通的计算机辅助工具及生产管理系统,其中,作为智能制造核心的智能装备,包含先进数控机床与机器人、增材制造装备(3D打印机)、智能传感与控制装备、智能检测与装配装备、智能物流与仓储装备等。
纺织智能制造专题科普宣传活动以“立足民生,个性织造”为主题,分为虚实结合先进制造实验室、机器人创新实验室、纺织智能制造实训创新中心三大部分,围绕制造、创新、智能等与百姓生活息息相关的问题,以科技展览展示、互动体验、科学实验、咨询服务、科技讲座、科普设施开放为主要形式,以趣味机器人、工业机器人、3D 打印、先进制造、自动化生产线、智能工厂等为主要内容,通过线上线下相结合的形式展现科技创新成果,凸显新时代高科技给生活带来的便利与快捷,突出公众的参与性、互动性和体验性。
3.1 先进制造实验及咨询服务
在虚实结合先进制造实验室展示虚拟加工仿真、数控加工技术及8套机电一体化实践平台(材料分拣实训装置、典型机电设备安装与控制实训装置、自动生产线拆装与调试实训台、现代物流仓储自动化实验系统、机电一体化拆装实训装置、光机电一体化实训考核装置、伺服步进运动位控装置、二维装盘实验装置),体验数控雕刻加工、3D 打印增材制造,并对相关技术问题提供咨询服务。
3.2 智能科技展示及互动体验
在机器人创新实验室展播时下热门的“人工智能”科普资讯,展示人形机器人、六足机器人、游历机器人、轮式机器人、无人机等“人工智能”高新技术展品,让大众通过与科技展品的互动体验,深刻体会科技奥妙,感受科技创新对生活带来的便利和影响。
3.3 智能制造讲座及设施开放
“立足民生,个性织造”纺织智能制造专题科普宣传活动依托天津工业大学纺织智能制造实训创新中心,向大众特别是青少年普及纺织民生产业在个性化设计、全成型织造、物料自动传输、智能管控等方面的高新技术及智能制造发展,体验三维人体扫描、3D选款、工业机器人控制等先进技术。
4 活动创新点
4.1 紧跟时代要求,主题特色鲜明
为深入贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,推动新时代“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念深入人心,本科普宣传活动以“中国制造 2025”为指导,以纺织民生产业为出发点,以继承与创新、交叉与融合、协同与共享为主要途径,基于产业和技术的最新发展开展科普宣传。
现场采用挖掘机与装载机清理浮土,产生的弃土运输到指定位置,不得在现场大量堆放,以免影响正常的注浆施工。
4.2 科普内容丰富,注重实践体验
此次科普宣传活动包含虚实结合先进制造、机器人创新技术、纺织智能制造 3大部分,围绕制造、创新、智能等与百姓生活息息相关的问题开展科普宣传,内容丰富。此次活动以科技展览展示、互动体验、科学实验、咨询服务、科技讲座、科普设施开放为主要形式,突出公众的参与性、互动性和体验性。
4.3 学科交叉融合,突出产学研合作
此次科普宣传活动的主要对象纺织智能工厂是当前纺织行业的发展方向,涉及机械制造、电气控制、信息技术、计算机等多学科,其中的织物个性化设计、全成型织造、物料自动传输、自动熨烫、智能管控等功能装备协调统一,彰显产学研合作成效。
5 实施单位基础条件
此次活动实施单位天津工业大学工程教学实习训练中心是工程训练国家级实验教学示范中心,2018年被评为天津市外国留学生实习实践基地。中心整合了学校机、电、信息技术实验实践及专业实践教学资源,建立了以机械制造、电工电子、信息技术为基础实训平台,以工程认知、制造装备、生产工艺实训为专业实训平台,以创新理论、创新实践为创新教育平台的三大实训平台,实现了学校设备及资源的共享。同时紧密依托本校学科特色,结合本校“双一流”建设和产学研技术优势,融入社会化实际生产的大工程要素,建成纺织智能工厂,进一步强化大工程意识、培养工程综合实践能力。
5.1 实施单位工作基础
天津工业大学工程教学实习训练中心是校级课外实践创新基地,2015年以来每年都会针对大一新生开展大学课外实践创新科普活动(图 1),活动场所称为“智慧教室”,展示近年来天津工业大学大学生学科竞赛、创新性研究成果,包括学校 14个教学单位的学生创新作品、获奖证书、奖杯、介绍展板等。为大一新生启迪思维、开拓思路、激发灵感、获得激励,提高他们在大学四年参与创新实践的热情,明确专业学习方向,营造良好的创新氛围。
图1 大学课外实践创新科普活动Fig.1 Science popularization activities of university extracurricular practice and innovation
5.2 实施单位条件
5.2.1 虚实结合先进制造实验室
图2所示的虚实结合先进制造仿真实验室,包括16个数控仿真实训平台,集成Fanuc数控系统、西门子数控系统,数控面板,数据传输,相关模拟软件及教师管理软件等。其中,采用硬面板仿真模拟器操作虚拟机床仿真,硬面板模拟器硬件接有外挂式手轮,可模拟真实操作。在科普活动中,该实验室承接先进制造虚拟加工仿真展示及体验环节,展示智能制造中计算机辅助工具。
图2 虚实结合先进制造仿真实验室Fig.2 Advanced manufacturing simulation laboratory based on virtual and real equipments
图3所示为虚实结合先进制造体验实验室,包括15台套自制三轴数控雕铣机和8套机电一体化实践平台(材料分拣实训装置、典型机电设备安装与控制实训装置、自动生产线拆装与调试实训台、现代物流仓储自动化实验系统、机电一体化拆装实训装置、光机电一体化实训考核装置、伺服步进运动位控装置、二维装盘实验装置)。在科普活动中,该实验室承接先进制造体验、实验环节,展示智能制造生产线功能模块。
图3 虚实结合先进制造体验实验室Fig.3 Advanced manufacturing experience laboratory based on virtual and real equipments
图4 虚实结合先进制造加工实验室Fig.4 Advanced manufacturing and processing laboratory based on virtual and real equipments
5.2.2 机器人创新实验室
图 5所示为天津工业大学工程教学实习训练中心机器人创新实验室,拥有人形舞蹈机器人、游历机器人、武术擂台机器人、轮式机器人、空中机器人、FIRA足球机器人、水中机器人等50多台套。学生依托机器人创新实验室可参加各级各类学科创新竞赛、课外科技活动,以及创新创业项目申请,提高学生的创新能力、实践能力和团队合作能力;指导老师通过机器人科技创新讲座向同学介绍专业发展方面的最新科技动态,为学生答疑解惑。在科普活动中,该实验室承接智能科技展示及互动体验环节,展示智能工厂的人工智能装备及控制方式。
图5 机器人创新实验室Fig.5 Robot innovation laboratory
5.2.3 纺织智能制造实训创新中心
纺织智能制造实训创新中心的核心是纺织特色智能制造综合实训平台,集成了人体三维扫描、AGV系统、工业机器人、电脑横机织造、自动熨烫、成品输送及码垛等功能的智能制造生产线,并融入RFID设备管理与综合应用系统、视频监控系统、智能管控等管理系统,如图6所示。
图6 纺织智能制造实训创新中心实践平台布置图及现场图Fig.6 Layout and scene drawings of practice platform in textile intelligent manufacturing training innovation center
该实训平台充分采用工业现场总线、有线及无线近场通讯等多种网络通信与接入技术,将现场层设备及系统网络互联,实现制造环境内的一体化网络环境。平台采用分布式计算与基于服务的软件架构来构建制造空间信息服务系统,在此基础上搭建面向生产综合管控的信息系统,对整个制造空间内的资源和业务过程进行全景、全信息综合展示。在科普活动中,纺织智能制造创新中心承接智能制造讲座及设施开放环节,展示纺织智能工厂,包括纺织智能装备、生产管理系统等。