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智能傳感器應用實訓系統(tǒng)
一、裝置整體需求概述
1、智能傳感器應用系統(tǒng)要求包括傳感器技術(shù)、機械裝配技術(shù)、氣動技術(shù)、液壓技術(shù)、電子技術(shù)、電工技術(shù)、計算機技術(shù)以及生產(chǎn)數(shù)字化技術(shù)（如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、射頻識別、近場通信、無線通信、PLC網(wǎng)絡服務、網(wǎng)絡安全、2D視覺系統(tǒng)和3D視覺系統(tǒng)等）。該系統(tǒng)還要求集成機器人技術(shù)、數(shù)據(jù)上云和邊緣計算技術(shù)。
2、要求通過學習該應用系統(tǒng)，學員將能夠掌握組裝、安裝、調(diào)試、維護、修理及優(yōu)化自動化設備上的各類智能與傳統(tǒng)傳感器的技能。他們還將學會如何進行信息采集、數(shù)據(jù)傳輸以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)上云應用。利用從各種傳感器獲取的數(shù)據(jù)及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的信息，學員可以完成對設備的生產(chǎn)流程優(yōu)化、質(zhì)量控制以及預測性維護等功能。
3、該系統(tǒng)要求由多個應用單元組成，包括供料分揀單元、視覺分析單元、訂單灌裝單元、機器人3D視覺包裝單元、智能倉儲與預測性維護單元，以及低代碼開發(fā)平臺和MiniMES系統(tǒng)。它綜合運用了多種技術(shù)，如視覺傳感器技術(shù)、3D視覺技術(shù)、工業(yè)協(xié)作機器人技術(shù)、伺服控制技術(shù)、電機控制技術(shù)、可視化界面編程技術(shù)、PLC控制技術(shù)、工業(yè)傳感器應用技術(shù)、MySQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)、預測性維護技術(shù)和低代碼開發(fā)技術(shù)。
4、整個系統(tǒng)要求覆蓋從原材料處理到成品存儲的完整生產(chǎn)流程，具體功能包括：工件上料、工件屬性檢測、視覺分析與計算、缺陷工件分揀、固體顆粒填充、工件稱重、工業(yè)機器人進行產(chǎn)品包裝、3D視覺定位、檢測、成品貼標、分類存儲。通過先進的技術(shù)與功能模塊，系統(tǒng)不僅需實現(xiàn)高效的自動化生產(chǎn)，還能確保產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和生產(chǎn)過程的透明度。同時，系統(tǒng)的預測性維護功能需有助于提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，減少停機時間，提高整體生產(chǎn)效率。此外，低代碼開發(fā)平臺使得非專業(yè)開發(fā)人員也能快速調(diào)整體系抓取生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進一步增強了系統(tǒng)的靈活性和適應性。
5、系統(tǒng)應包含全國行業(yè)職業(yè)技能大賽人工智能競賽智能硬件裝調(diào)賽項（智能傳感器與邊緣計算方向）的競賽能力，投標文件需提供制造商賽項支持證明材料和競賽現(xiàn)場照片。
二、產(chǎn)品特點需求
1、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，布局合理要求：框架式組合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，空間占用小，布局合理，操作方便安全，外形界面柔和，人機界面友好。
2、功能全面性要求：裝置需融合典型機電一體化設備機械部件安裝、氣動系統(tǒng)的安裝與調(diào)試、電氣控制電路的安裝和PLC編程、機電設備安裝與調(diào)試、自動控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試于一體，滿足實訓教學和競賽的需要。
3、安全可靠性要求：保證學生基本技能的訓練、形成和鞏固，保證電路連接的快速、安全和可靠；保證氣路的通暢和安全。
4、模塊化要求：裝置需具有單獨功能的部件進行模塊化組裝，每個模塊都具有相應的培訓內(nèi)容，各個模塊又能組成一個工業(yè)系統(tǒng)。裝置中的各個模塊能夠體現(xiàn)出典型的工業(yè)控制過程，模塊組合而成的工藝流程能夠由簡單到復雜，由淺入深，層次分明，便于學生進行有梯度的訓練，能以基礎知識為起點，實現(xiàn)從基礎原理、技能訓練到復雜的工業(yè)化領域。各模塊單元能根據(jù)實際生產(chǎn)物流和順序規(guī)劃等不同的課題進行重新組合。裝置應涵蓋技術(shù)廣泛，使學生不僅能進行基本指令訓練，而且提供特殊生產(chǎn)控制工藝流程。設計電源模塊，繼電器模塊，同時與PLC模塊的靈活控制相結(jié)合，便于設備的升級與設備功能擴展。螺旋送料模塊，氣動機械手等模塊的高度可以根據(jù)實訓內(nèi)容靈活調(diào)整。設備要求每個工作單元及模塊可以單獨拼湊，具備升級空間，提供工作站的組合照片。同時工作單元采用通用化模塊與創(chuàng)新模塊組合的方式，不同模塊間可以根據(jù)實訓任務自由組合，可以構(gòu)建出教學和競賽任務所需的各種不同類型創(chuàng)新型組合單元。
5、集成式設計要求：裝置中的工作單元應采用機電集成式設計，每個單元中所涉及的各個傳感器、電機、電磁閥等傳感器和執(zhí)行器的安裝部件和接口單元獨立地匯集成一體，同一個工作單元中各個器件通過標準接口再與控制器進行連接，這樣便于模塊和工作單元之間的靈活組合，教師及學生可自行設計不同的課題對平臺的各單元進行重新組合，也可自行開發(fā)被控單元與平臺配合使用。投標文件中要求提供采用的集成化接口端子照片。
6、多種賽項的支持能力要求：系統(tǒng)要求需是滿足中華人民共和國職業(yè)技能大賽“機電一體化”項目相關能力及水平要求以上的設備，系統(tǒng)主要組成供料單元、罐裝單元需能夠滿足中華人民共和國第一、二、三屆職業(yè)技能大賽相關選拔賽的參賽訓練要求，支持自由設定已知模塊和未知模塊，學生在各自區(qū)域內(nèi)獨立完成新單元的安裝、編程、調(diào)試及運行，然后配合其它單元完成整條生產(chǎn)線的安裝、編程、調(diào)試及運行，最終完成實訓教學和競賽訓練。
7、豐富的教學資源要求：要求配套實訓教程、教學課件以及操作手冊等豐富的教學資源，為開展高效的教學活動提供極大的便利。提供課程教學軟件，包含氣動、液壓、傳感器技術(shù)、可編程控制器技術(shù)、機電一體化、電工技能、仿真等基礎教學資源，師生可登錄軟件，通過文字、動畫、視頻等方式進行學習和創(chuàng)作。設備需具有廣泛的兼容性，模塊能夠兼容教育部和人社部等相關機電一體化競賽的培訓需求，投標人或制造商供貨時需提供與設備配套的用于競賽訓練的國賽或省賽試題資料不少于10套。
8、要求服務的課程
1）《傳感器原理與應用》：設備中要求涉及到對多種智能傳感器的安裝、調(diào)試與應用，這與該課程緊密相關。通過賽項實踐，學生可以更深入地理解傳感器的工作原理，如溫度傳感器、光敏傳感器、距離傳感器等的工作機制，以及如何根據(jù)不同的應用場景選擇合適的傳感器類型，增強對傳感器特性和參數(shù)的掌握。
2）《智能傳感器技術(shù)》：專門針對智能傳感器展開教學，賽項的內(nèi)容能夠為該課程提供豐富的實際案例和應用場景。學生可以學習到智能傳感器的數(shù)據(jù)獲取、處理和傳輸技術(shù)，以及智能傳感器在人工智能系統(tǒng)中的集成和應用方法，提升對智能傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢的認識。
3）《智能傳感器硬件安裝實踐》：培養(yǎng)學生智能傳感器的硬件安裝步驟和注意事項。包括傳感器的機械安裝（如安裝支架的選擇和固定方式）和電氣連接（如接線方式、電源要求等）。以振動傳感器為例，詳細講解如何將其安裝在電機等設備上，以準確監(jiān)測設備的振動情況。提供實際的安裝工具和工業(yè)級傳感器產(chǎn)品，讓學生親自動手進行安裝，教師現(xiàn)場指導糾正錯誤操作，如接線錯誤、安裝位置不當?shù)葐栴}。
4）《智能傳感器調(diào)試與故障排除》：講解智能傳感器調(diào)試的方法和流程，如通過軟件工具對傳感器進行參數(shù)設置（如靈敏度調(diào)整、濾波設置等）。對于光纖傳感器，學生要學會使用調(diào)試軟件設置光強度閾值等參數(shù)。開展故障排除實踐，模擬傳感器常見故障（如信號干擾、通信中斷、硬件損壞等），讓學生通過檢測工具（如示波器、萬用表等）和調(diào)試軟件進行故障診斷和修復。
5）《程序設計基礎》：考核學生對傳感器數(shù)據(jù)獲取和處理的編程能力，這要求學生具備扎實的編程基礎。該課程可以為學生打下編程的基礎，包括編程語言的語法、算法設計、邏輯思維等方面的訓練，使學生能夠熟練運用編程語言對傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析。
6）《數(shù)據(jù)處理與分析》：在智能傳感器應用中，大量的數(shù)據(jù)需要進行處理和分析才能發(fā)揮價值。賽項中的數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)可以與該課程相結(jié)合，讓學生學習數(shù)據(jù)清洗、轉(zhuǎn)換、存儲、分析等技術(shù)，掌握數(shù)據(jù)處理的工具和方法，提高學生對大數(shù)據(jù)的處理和分析能力，為智能傳感器應用中的數(shù)據(jù)處理提供支持。
7）《機器人系統(tǒng)集成與傳感器協(xié)作》：講解機器人的基本結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，以及如何將智能傳感器集成到機器人系統(tǒng)中。例如，在協(xié)作機器人的末端安裝重量傳感器，使其能夠感知抓取物體的重量，從而調(diào)整抓取力度。開展實驗課程，讓學生實際操作將智能傳感器與機器人進行連接和通信設置。例如，通過編程實現(xiàn)機器人根據(jù)超聲波傳感器檢測到的距離信息來調(diào)整運動路徑，避免碰撞。
8）《機器人生產(chǎn)線應用案例分析》：分析機器人生產(chǎn)線中智能傳感器的應用案例，如汽車制造生產(chǎn)線中，利用 3D 智能相機對汽車零部件進行視覺檢測，識別零部件的形狀、尺寸和表面缺陷。組織學生參觀實際的機器人生產(chǎn)線，觀察智能傳感器在其中的布局和工作流程，讓學生繪制傳感器與機器人協(xié)作的工作流程圖，加深對系統(tǒng)的理解。
9）《電子電路基礎》：智能傳感器的工作離不開電子電路的支持，賽項中涉及到傳感器與電路的連接和調(diào)試。這門課程可以幫助學生掌握電子電路的基本原理、電路元件的特性和電路的設計方法，為學生理解智能傳感器的電路連接和調(diào)試提供理論基礎。
10）《系統(tǒng)集成與調(diào)試》：該課程主要培養(yǎng)學生對系統(tǒng)的集成和調(diào)試能力，與賽項中智能傳感器的組網(wǎng)、系統(tǒng)的集成和調(diào)試等內(nèi)容相關。通過課程學習和實踐，學生可以了解系統(tǒng)集成的流程和方法，掌握系統(tǒng)調(diào)試的工具和技巧，提高學生對智能傳感器系統(tǒng)的集成和調(diào)試能力。
11）《人工智能導論》：該課程介紹人工智能的基本概念、原理和方法，為學生理解智能傳感器在人工智能領域的應用提供理論基礎。賽項中的智能傳感器應用技術(shù)是人工智能技術(shù)的重要組成部分，通過將賽項內(nèi)容與課程相結(jié)合，可以幫助學生更好地理解人工智能技術(shù)的應用場景和發(fā)展趨勢，激發(fā)學生對人工智能技術(shù)的學習興趣。
12）《機器學習與深度學習》：智能傳感器產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)需要通過機器學習和深度學習算法進行分析和處理，以實現(xiàn)智能化的應用。這門課程可以讓學生學習機器學習和深度學習的算法原理、模型訓練和優(yōu)化方法等知識，為學生在智能傳感器應用中運用機器學習和深度學習技術(shù)提供理論支持。
13）《邊緣計算基礎概念與架構(gòu)》：介紹邊緣計算的基本概念，如邊緣節(jié)點的定義、邊緣計算在智能工業(yè)自動化系統(tǒng)中的作用。通過對比云計算，讓學生理解邊緣計算如何在靠近數(shù)據(jù)源（智能傳感器）的地方進行數(shù)據(jù)處理，減少數(shù)據(jù)傳輸延遲。講解邊緣計算的架構(gòu)模型，包括邊緣設備、邊緣服務器和云平臺之間的關系。以智能傳感器數(shù)據(jù)處理為例，展示數(shù)據(jù)如何從傳感器傳輸?shù)竭吘壴O備進行初步處理，再根據(jù)需要上傳到云平臺進行進一步分析。
14）《傳感器數(shù)據(jù)邊緣處理技術(shù)》：培養(yǎng)學生如何在邊緣計算環(huán)境下對智能傳感器數(shù)據(jù)進行處理的能力，如數(shù)據(jù)濾波、特征提取、數(shù)據(jù)融合等技術(shù)。以超聲波傳感器和視覺傳感器（工業(yè) 2D、3D 智能相機）的數(shù)據(jù)融合為例，講解如何將距離數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進行融合，以更準確地識別物體的位置和狀態(tài)。開展編程實踐，讓學生使用編程語言（如 Python）編寫邊緣計算數(shù)據(jù)處理程序，對來自不同智能傳感器的數(shù)據(jù)進行處理，并將處理結(jié)果反饋給機器人控制系統(tǒng)或其他執(zhí)行機構(gòu)。
15）《電子實訓》：通過實際操作訓練學生的電子設備裝配、調(diào)試和維修技能，與賽項中的硬件操作部分緊密相關。學生可以在實訓中熟悉各種電子設備和工具的使用，提高動手能力和解決實際問題的能力，為賽項中的硬件操作環(huán)節(jié)做好準備。
16）《綜合實踐項目》：設置綜合性的實踐項目，讓學生將所學的知識和技能應用到實際項目中。可以以智能傳感器應用為主題，讓學生設計和實現(xiàn)一個智能傳感器系統(tǒng)，包括傳感器的選擇、安裝、調(diào)試，系統(tǒng)的集成和編程等，培養(yǎng)學生的綜合應用能力和團隊合作精神。
17）《系統(tǒng)架構(gòu)與組成部分》：講解智能工業(yè)自動化系統(tǒng)的整體架構(gòu)，包括智能傳感器、機器人、自動化設備、控制系統(tǒng)和信息管理系統(tǒng)等組成部分。通過系統(tǒng)框圖展示各部分之間的連接和數(shù)據(jù)流向，如智能傳感器將數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)驅(qū)動機器人和自動化設備進行生產(chǎn)操作。分析不同行業(yè)（如電子制造、機械加工、食品加工等）智能工業(yè)自動化系統(tǒng)的特點和差異，讓學生了解系統(tǒng)的多樣性和靈活性。
18）《系統(tǒng)運行與監(jiān)控實踐》：讓學生實際操作智能工業(yè)自動化系統(tǒng)的運行，通過監(jiān)控軟件觀察系統(tǒng)中各個智能傳感器的數(shù)據(jù)變化和機器人的工作狀態(tài)。例如，在自動化包裝生產(chǎn)線系統(tǒng)中，學生可以通過監(jiān)控軟件查看重量傳感器、光纖傳感器等的數(shù)據(jù)，以及包裝機器人的工作效率和故障情況。開展系統(tǒng)優(yōu)化實踐，讓學生根據(jù)系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)提出優(yōu)化建議，如調(diào)整傳感器位置、優(yōu)化機器人運動路徑等，以提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。
三、技術(shù)條件
1、輸入電源：單向220V±10% 50Hz
2、裝置容量：≤1.5kVA
3、外形尺寸：≥3500mm×760mm×800mm
4、安全保護：具有漏電壓、漏電流保護，安全符合國家標準
四、設備配置需求清單
序號 名稱 單位 數(shù)量
1 供料分揀單元 套 1
2 視覺分析單元 套 1
3 訂單罐裝單元 套 1
4 機器人3D視覺包裝單元 套 1
5 智能倉儲預測性維護單元 套 1
6 傳感器應用測試臺 套 1
7 邊緣計算工控機 套 1
8 邊緣計算平臺 套 1
9 系統(tǒng)配件 套 1
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