面向高校工程实训中心的教学与生产管理信息系统的制作方法

本发明涉及一种面向高校工程实训中心的教学与生产管理信息系统，属于自动化管理系统领域。

背景技术：

目前绝大多数的工程实训中心的信息化建设还停留在基本的网络和网站建设上。已有的工程实训信息管理系统方面的研究只是实现了教学管理或者资源管理的某一方面，没有形成统一的、集成的教学与生产信息管理。

通过现代信息技术，往往能够使管理得到很大的提升，很多现代企业的生产车间都使用先进的信息管理系统。但是这些信息管理系统都是以企业生产为核心展开，重在提高生产效率和降低生产成本。这样的系统无法直接应用到以教学为主，生产为辅的工程实训中心。

技术实现要素：

本发明提供一种面向高校工程实训中心的教学与生产管理信息系统，用于高校工程实训中心的教学管理及生产管理，实现将现代化生产技术与流程应用于实训课程中，提升实训学生的操作技能，提高实训课程的信息管理手段。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

面向高校工程实训中心的教学与生产管理信息系统，包括数字化柔性制造生产线、集成有CAD/CAM设计软件的产品数字化设计平台、实训中心管理系统和连通各设备系统的网络及网络服务器，实训中心管理系统包括教学服务器和相连的多台计算机终端，数字化柔性制造生产线设有多种数控加工设备、数控加工设备上料处的上下料串联机器人和仓储物流系统，数控加工设备DNC网络互相连通于对应的生产服务器，集成有CAD/CAM设计软件的产品数字化设计平台包括多台CAD/CAM编程计算机，生产服务器通过网络服务器与教学服务器相连，CAD/CAM编程计算机与网络服务器，还设有电子看板连接于生产服务器。

作为优选，所述仓储物流系统包括以自动化立体仓库、堆垛机、出入库平移台和输送机为主的物流设备、物料追踪装置、视觉检测装置和物料服务器，自动化立体仓库分为原料库和成品库，堆垛机设置在自动化立体仓库与输送机端部，输送机沿线设所述的上下料串联机器人。

进一步的优选，所述物料追踪装置包括设置信息采集单元、设置在物料上的写入有物料信息的标签、阅读物料上标签所包含信息并带有显示器的手持终端装置，手持终端装置通过网线网络连接于物料服务器，信息采集单元采集到的电子标签信息并存储于物料服务器内，手持终端装置能够随时读取电子标签内信息并在线阅读其物料信息并生成在物料质量信息并存储于物料服务器，

作为优选，所述自动化立体仓库内设属于仓格检测传感器，仓格检测传感器连接于物料服务器，所述输送机包括按照各上下料串联机器人位置布置的双层倍速链输送机、升降输送机、顶升换向输送机、横向皮带输送机，上述各输送机首尾衔接输送物料，各输送机上设有输送机光电传感器与气动定位装置实现输送机的启动与物料定位控制，所述数控加工设备为数控车床、数控铣床和数控加工中心，数字化柔性制造生产线和仓储物流系统设有监控摄像头，监控摄像头设有硬盘录像机，硬盘录像机连接于网络。

作为优选，所述上下料串联机器人包括机器人行走轴、多套串联机器人和对应的机器人控制柜，串联机器人设置在机器人行走轴上并可沿轴运动，串联机器人的抓手运动最大范围囊括两相邻工序的数控加工设备的工件处，机器人控制柜与网络服务器相相连。

作为优选，所述教学服务器内设有系统管理模块和基础数据库，系统管理模块设有管理员、工人、生产管理、学生和指导教师用户角色；基础数据库存储有收集的学生以工人或生产管理身份操作生产模式产生的生产数据；教学服务器内还设有排课模块、成绩考核模块、文档资料管理模块；物料服务器内设有物料管理模块，生产服务器内设有设备管理模块、生产订单模块、作业计划编制模块、派工完工模块、生产进度监控模块；成绩考核模块中指导教师用户根据学生用户在操作数字化柔性制造生产线和产品数字化设计平台众生成的学生生产数据对学生用户进行工程实训成绩评定并生成成绩表储存于基础数据库内。

还设有与系统外设备进行数据交换的连接于网络的系统集成模块，系统集成模块批量导入或手工录入来自教务系统的学生信息、教学计划、教师信息和教学日历并存储于教学服务器内，上述的学生信息和教师信息导入系统管理模块，设置相应的用户角色；系统集成模块还与生产服务器内的机床管理系统MDC、CAD/CAM编程计算机集成，机床管理系统MDC收集机床的状态信息存储于生产服务器内，各终端用户通过系统集成模块共享有CAD/CAM编程计算机内的产品图纸、BOM、工艺路线工艺技术资料，同时上述评定出的成绩表通过系统集成模块导入教务系统，生产服务器通过生产订单模块导入生产订单；物料服务器存储有物料管理模块收集的来自物料追踪装置和视觉检测装置的物料信息，物料管理模块根据物料特点对物料编写有唯一性的物料编码。

排课模块利用教学服务器和生产服务器内的数据信息、系统管理模块的用户信息编制较优解工程实训课程表、教师任务表和学生分组表，所述数据信息包括物料信息、机床的状态信息、课程计划、学生及教师用户信息和生产订单，编制出的实训课程表在指导教师用户中可修改；成绩考核模块的考核信息还包括实验报告、实验结果或生产数据中的产品加工质量，指导教师具有成绩考核的登录权限并能对评定成绩进行录入、查看、修改或删除操作，成绩考核模块统计出学生成绩汇总表、成绩查询表和教师工作量统计表，并通过系统集成模块传送至教务系统。

物料管理模块包括原材料的库存出入库管理、学生实训物料的出入库管理、工具工装量具的出入库管理，物料管理模块实时统计仓库内物料信息并更新在基础数据模块中；设备管理模块包括设备台账、设备保养维修信息建立；生产订单模块进行订单输入、订单进度信息和订单交货信息管理，生产订单模块根据工程实训课程表确定订单信息是否接受或订单进度延后并编制订单信息；作业计划编制模块根据订单信息、工程实训课程表、物料信息和工艺技术资料定制生产计划、班组作业计划和工序详细计划；派工完工模块利用上述的生产计划、班组作业计划和工序详细计划和工人用户信息、物料信息排制派工单、进度与完工信息和领料单；上述工人用户信息为学生以工人用户名义在生产模式下定制的；生产进度监控模块利用派工完工模块生成的信息、异常事件和生产计划生成生产进度信息和生产异常信息，上述信息反馈给作业计划编制模块；电子看板显示播放有生产进度信息、生产异常信息以及设备管理模块生成的设备维修与保养信息。

文档资料管理模块用于各用户的文档分发、上传、在线阅读、下载和删除管理，文档以树形结构管理，文档包括CAD/CAM系统中的与产品、工艺规程或工作指令相关的工艺技术资料，也包括与教学相关的实习大纲、教学大纲、实习报告、课件、实训项目、练习题、教案和学生成绩，还包括各模块生成的有关教学或生产的信息。

采用本管理系统能够将工程实训中心构建一个真实的工厂环境，一方面实现日常教学的管理功能；另一方面，实现工程实训中心对外加工制造的信息管理功能。将信息管理系统引入工程实训的教学环节，配合工程实训中心的生产，让学生真实体验数字化生产制造的工厂环境，既让学生接触了较为先进的生产管理技术，又培养了其综合所学专业知识解决生产现场实际问题的能力，让学生真实地操作信息系统。

本管理系统能够整合已有的信息管理系统，将现有的生产管理与教学管理统一到一个整体中，实现工程实训的科学化。

附图说明

图1是本发明各设备的布局分布图，

图2是本发明各设备的网络连接关系图，

图3是本发明的物料追踪装置的分布和连接关系图，

图4是本发明的教学模式镜像出生产模式下的关系图，

图5是本发明进行教学及成绩考核的流程关系图，

图6是本发明的生产模式下的流程关系图。

附图标记：1计算机终端2数控加工设备3串联机器人4自动化立体仓库5堆垛机6输送机7物料8电子标签9信息采集单元10手持终端装置，11CAD/CAM编程计算机。

具体实施方式

面向高校工程实训中心的教学与生产管理信息系统，硬件设备如图1所示布局，主要包括数字化柔性制造生产线、集成有CAD/CAM设计软件的产品数字化设计平台、实训中心管理系统和连通各设备系统的网络及网络服务器，实训中心管理系统包括教学服务器和相连的多台计算机终端，数字化柔性制造生产线设有多种数控加工设备、数控加工设备上料处的上下料串联机器人和仓储物流系统，数控加工设备DNC网络互相连通于对应的生产服务器，集成有CAD/CAM设计软件的产品数字化设计平台包括多台CAD/CAM编程计算机，生产服务器通过网络服务器与教学服务器相连，CAD/CAM编程计算机与网络服务器，还设有电子看板连接于生产服务器。

所述仓储物流系统包括以自动化立体仓库、堆垛机、出入库平移台和输送机为主的物流设备、物料追踪装置、视觉检测装置和物料服务器，自动化立体仓库分为原料库和成品库，堆垛机设置在自动化立体仓库与输送机端部，输送机沿线设所述的上下料串联机器人。所述物料追踪装置包括设置信息采集单元、设置在物料上的写入有物料信息的标签、阅读物料上标签所包含信息并带有显示器的手持终端装置，手持终端装置通过网线网络连接于物料服务器，信息采集单元采集到的电子标签信息并存储于物料服务器内，手持终端装置能够随时读取电子标签内信息并在线阅读其物料信息并生成在物料质量信息并存储于物料服务器，所述自动化立体仓库内设属于仓格检测传感器，仓格检测传感器连接于物料服务器，所述输送机包括按照各上下料串联机器人位置布置的双层倍速链输送机、升降输送机、顶升换向输送机、横向皮带输送机，上述各输送机首尾衔接输送物料，各输送机上设有输送机光电传感器与气动定位装置实现输送机的启动与物料定位控制，所述数控加工设备为数控车床、数控铣床和数控加工中心，数字化柔性制造生产线和仓储物流系统设有监控摄像头，监控摄像头设有硬盘录像机，硬盘录像机连接于网络。

所述上下料串联机器人包括机器人行走轴、多套串联机器人和对应的机器人控制柜，串联机器人设置在机器人行走轴上并可沿轴运动，串联机器人的抓手运动最大范围囊括两相邻工序的数控加工设备的工件处，机器人控制柜与网络服务器相相连。

在硬件基础上，各系统具有相应的软件模块，其中教学服务器内设有系统管理模块和基础数据库，系统管理模块设有管理员、工人、生产管理、学生和指导教师用户角色；基础数据库存储有收集的学生以工人或生产管理身份操作生产模式产生的生产数据。教学服务器内还设有排课模块、成绩考核模块、文档资料管理模块；物料服务器内设有物料管理模块，生产服务器内设有设备管理模块、生产订单模块、作业计划编制模块、派工完工模块、生产进度监控模块；成绩考核模块中指导教师用户根据学生用户在操作数字化柔性制造生产线和产品数字化设计平台众生成的学生生产数据对学生用户进行工程实训成绩评定并生成成绩表储存于基础数据库内。

本发明通过在数字化工厂设备上利用多个应用系统来实现资源与信息的整合，并根据教学与生产计划制定出高校的实训课程。

根据图4所示，从功能实现来看，该系统具有工人和生产管理操作下的生产模式和学生、指导教师操作下的教学模式。系统管理模块并设有多个用户角色，包括管理员、工人、生产管理员、学生和指导教师。

系统管理模块统筹两种模式实现教学与生产的统一。教学模式在实训中能够镜像出与真实生产模式相同的虚拟模式，该虚拟模式是学生用户在生产模式下以工人或生产管理员用户名义对各系统进行操作并生成生产数据。

本发明申请在教学功能上，要求学生以学生用户进入系统管理模块，可以选择一个生产角色进行体验，学生用户并可以进行相关权限范围内的业务操作。

学生用户以工人用户名义进行的所有业务操作及产生的生产数据都是真实数据。但是，学生用户的操作结果数据，被标识为虚拟角色的生产数据，存储在系统中的相应基础数据库表里，但是，这些数据不能生产模式下的各功能模块所读取和使用。

成绩考核模块中指导教师用户根据虚拟模式下的学生生产数据或其他信息对学生用户进行工程实训成绩评定，并生成学生的成绩表。

教学服务器内设有与系统外设备进行数据交换的连接于网络的系统集成模块，系统集成模块与教务系统集成并能批量导入或手工录入来自教务系统的学生信息、教学计划、教师信息和教学日历，上述的学生信息和教师信息导入系统管理模块设置相应的用户角色，系统集成模块还与机床管理系统MDC、CAD/CAM系统集成，机床管理系统MDC收集机床的状态信息存储于生产服务器中，各用户通过系统集成模块共享有CAD/CAM系统内的产品图纸、BOM、工艺路线工艺技术资料，上述评定出的成绩通过系统集成模块导入教务系统。

物料服务器内的数据模块存储有仓库管理模块收集的物料信息，并根据物料特点对物料编写有唯一性的物料编码；生产服务器内还存储有教务系统导入的课程计划和生产订单模块导入的生产订单。

排课模块利用各服务器数据库内的数据信息和系统管理模块的用户信息编制较优解工程实训课程表、教师任务表和学生分组表，其基于粒子群算法。数据信息包括物料信息、机床的状态信息、课程计划、生产订单和学生及教师用户信息。排课模块还可对基础数据模块中的基本信息和教学计划、教学任务进行查询、添加、删除、修改。在排课中，班级是教学班为单位的，一个教学班包含多个自然班，则排课中应该能够对教学班进行拆分与合并操作。在排课系统排裸前可以根据教师、教室或班级的特殊要求进行安排。如上课教师对上课教室及上裸时间的特殊要求等。排课可自动排课系统与手动排课方式进行。排课模块完成系统中绝大部分资源的组合优化，手动排课只是对自动排课中存在的冲突或死锁现象进行微调，使排课资源能够得到更加充分的利用。

文档资料管理模块用于各用户的文档分发、上传、在线阅读、下载和删除管理，文档以树形结构管理，文档包括CAD/CAM系统中的与产品、工艺规程或工作指令相关的记录和单据，也包括与教学相关的实习大纲、教学大纲、实习报告、课件、实训项目、练习题、教案和学生成绩。随着时间的推移，在教学与实训过程中，随着教学的不断深入，资料的不断扩充，大量的教学资源存放在不同的地方。该模块可以统筹各资源存储平台进行教学资源分类集中管理，作为学校的知识库，按权限不同共享给学校的广大师生查询使用。

成绩考核模块的考核信息还包括实验报告、实验结果或生产数据中的产品加工质量，指导教师具有成绩考核的登录权限并能对评定成绩进行录入、查看、修改或删除操作，成绩考核模块统计出学生成绩汇总表、成绩查询表和教师工作量统计表。

仓库管理模块包括原材料的出入库管理，学生实训产品的出入库管理、工具工装量具的出入库管理。仓库管理模块实时统计仓库内物料信息并更新在基础数据模块中；设备管理模块包括设备台账、设备保养维修信息建立。仓库管理模块一是保证实训教学所需原材料的库存，另外也保证所有材料、工具的使用有据可查。二是提供库存进出报表、查询报表、统计分析报表等功能。能有效地对仓库流程和空间进行管理，实现批次管理、快速出入库和动态盘点。并快速帮助工程实训中心的管理人员对库存物品的入库、出库、移动、盘点等操作进行全面的控制和管理，有效的利用仓库存储空间，提高仓库的仓储能力。

设备管理模块用于基本的设备台帐管理、设备保养与维修记录查询，以及设备状态监控。该模块可以管理设备的基本档案，如资产编号、设备名称、型号、出厂日期、出厂序列号、设备供应商、价格等，又可以管理配置档案。灵活的系统管理可以把设备的基本情况、配置情况、维修升级档案、设备调拨记录等信息灵活组合条件，灵活定制查询结果，并可将结果以台帐卡片形式打印输出，同时提供必要的预警提示。

生产订单模块进行订单输入、订单进度信息和订单交货信息管理，生产订单模块根据工程实训课程表确定订单是否接受或订单交货期延后并编制订单信息。日常来件加工的订单采用项目管理的方式管理订单。与一般的生产订单管理不同的是，本模块为了确保工程实训教学的正常开展，还提供了订单评审功能。如果外来加工任务的交货期要求紧迫，加工任务与工程实训教学相冲突，那么该生产订单就不能通过评审，即绝收该订单。另外，如果是已经接收的订单，也可以采用订单挂起的方式，暂停该订单的加工生产，给工程实训教学让路。

作业计划编制模块根据订单信息、工程实训课程表、物料信息和工艺技术资料定制生产计划、班组作业计划和工序详细计划，以上计划能够进行实时调整以及相应的统计查询。

工程实训中心所接订单多为简单的零部件加工，加工工艺也较为单一，生产过程并不复杂。所以，针对订单的生产计划也较为简单。以订单确立项目，以项目的形式组织生产。

派工完工模块利用上述的生产计划、班组作业计划和工序详细计划和工程实训教学课程表以及教学任务、物料信息对学生进行分组和派工、进度与完工信息和领料单；上述工人信息为学生以工人用户名义在生产模式下定制的。并提供派工单和领料单。另外，对于外来加工订单而言，要按照车间作业计划对设备或操作人员进行派工。

在完工管理上，学生完成课堂实训任务后要及时进行完工汇报，并输入质量相关信息。对于生产操作人员，完工后也要报。记录工时与材料消耗,对零件流动情况进行跟踪。

物料追踪装置，包括设置在每个工位处的信息采集单元、设置在物料上的写入有物料信息的电子标签、阅读物料上电子标签所包含信息并带有显示器的手持终端装置，信息采集单元采集到的电子标签信息存储于物料服务器内，手持终端装置读取电子标签内信息并在线阅读服务器内的物料信息，生成在物料质量信息。工位为加工设备处和货架处，每个工位处的信息采集单元为至少一组，工位处还设有操作机，信息采集单元为读卡器或为他根据标签确定，所述标签为电子标签，货架为毛坯件货架或成品货架。

在车间，机加工设备布局以每个工位作为信息采集单元, 各工位的实时加工信息和零件状态信息由电子电子标签读入到信息采集单元中, 信息采集单元与车间局域网相连接后可使信息管理系统获取各工位的实时数据信息。

在物料投入加工前，会对在物料按批次非单件管理的方法进行编码, 并将编码信息写入电子标签和基础数据模块中, 再对信息采集单元进行地址编码管理, 信息采集单元的地址编码标识了工位的信息。信息采集单元还将与货架设计在一起, 形成智能货架, 零件箱与电子标签设计在一起, 便于电子标签的更换。

车间的每个加工工位可以配置一个或多个信息采集单元, 在较重要的工位, 如零件的检测等可单独配置操作机来直接对信息采集单元进行控制, 同时可以直接向电子标签中写入检测结果等重要数据。信息采集单元通过对电子标签的读、写操作将电子标签数据传输到服务器中, 就可进行生产计划、在物料生产状态信息、质量分析信息等的在线查询、录入等操作。每次对电子标签的操作都有实时的时间标注, 从而完成在物料的实时跟踪控制的记录。当发现某个成品或零件有质量方面的问题, 就可以根据前面所记录的每个工位的加工信息追溯到可能产生缺陷的工位、加工时间以及操作工人, 从而找出产生缺陷的原因, 实现产品质量的追溯管理。

生产进度监控模块利用派工完工模块生成的信息、在物料质量信息、异常事件和生产计划生成生产进度信息和生产异常信息并进行汇总，上述信息反馈给作业计划编制模块。特别是对生产过程中的设备故障，物料缺料、进度滞后等外信息进行及时报警。以便工程实训中心的管理人员及时掌握车间生产的实际情况。

可视化信息看板，位于车间中，显示播放有生产进度信息、生产异常信息设备管理模块生成的设备维修保养信息，还会播放学生实训信息，比如当前实训内容，班级，指导教师等等。

以学生用户为例进行整个工程实训的操作，

登录系统管理模块，选择学生用户。此时的学生用户信息通过系统集成功能从教务系统导入，并分配了相应的学生用户权限。

学生用户在生产模式下镜像出生产用户功能与相应的功能模块。

查询文档资料，上述文档资料是文档资料管理模块中分发的由排课模块生成的工程实训课程表和由派工完工模块生成的派工单，按照上述工程实训课程表和派工单进入工程实训中心投入实际产生；

领取物料单和对应的物料，物料进入生产工位，信息采集单元采集物料中的信息并实时更新于基础数据模块中；

根据工序详细计划在对应工位处的机床上对物料进行加工，加工流程中的工序、操作步骤和加工成品的质量由信息采集单元采集后实时存储以备利用；

指导教师对生产数据和/或其他信息对学生用户信息的生产数据和其他提交的材料进行成绩评定，评定后的成绩保存在文档分发管理模块中并通过系统集成模块发送至教务系统。