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智能傳感器應(yīng)用實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
一、裝置整體需求概述
1、智能傳感器應(yīng)用系統(tǒng)要求包括傳感器技術(shù)、機(jī)械裝配技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)、液壓技術(shù)、電子技術(shù)、電工技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(shí)別、近場(chǎng)通信、無線通信、PLC網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)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(jī)器人技術(shù)、數(shù)據(jù)上云和邊緣計(jì)算技術(shù)。
2、要求通過學(xué)習(xí)該應(yīng)用系統(tǒng)，學(xué)員將能夠掌握組裝、安裝、調(diào)試、維護(hù)、修理及優(yōu)化自動(dòng)化設(shè)備上的各類智能與傳統(tǒng)傳感器的技能。他們還將學(xué)會(huì)如何進(jìn)行信息采集、數(shù)據(jù)傳輸以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上云應(yīng)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(xué)員可以完成對(duì)設(shè)備的生產(chǎn)流程優(yōu)化、質(zhì)量控制以及預(yù)測(cè)性維護(hù)等功能。
3、該系統(tǒng)要求由多個(gè)應(yīng)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(jī)器人3D視覺包裝單元、智能倉儲(chǔ)與預(yù)測(cè)性維護(hù)單元，以及低代碼開發(fā)平臺(tái)和MiniMES系統(tǒng)。它綜合運(yùn)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(jī)器人技術(shù)、伺服控制技術(shù)、電機(jī)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(yīng)用技術(shù)、MySQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)、預(yù)測(cè)性維護(hù)技術(shù)和低代碼開發(fā)技術(shù)。
4、整個(gè)系統(tǒng)要求覆蓋從原材料處理到成品存儲(chǔ)的完整生產(chǎn)流程，具體功能包括：工件上料、工件屬性檢測(cè)、視覺分析與計(jì)算、缺陷工件分揀、固體顆粒填充、工件稱重、工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行產(chǎn)品包裝、3D視覺定位、檢測(cè)、成品貼標(biāo)、分類存儲(chǔ)。通過先進(jìn)的技術(shù)與功能模塊，系統(tǒng)不僅需實(shí)現(xiàn)高效的自動(dòng)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(shí)，系統(tǒng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)功能需有助于提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，減少停機(jī)時(shí)間，提高整體生產(chǎn)效率。此外，低代碼開發(fā)平臺(tái)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(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。
5、系統(tǒng)應(yīng)包含全國(guó)行業(yè)職業(yè)技能大賽人工智能競(jìng)賽智能硬件裝調(diào)賽項(xiàng)（智能傳感器與邊緣計(jì)算方向）的競(jìng)賽能力，投標(biāo)文件需提供制造商賽項(xiàng)支持證明材料和競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)照片。
二、產(chǎn)品特點(diǎn)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(jī)界面友好。
2、功能全面性要求：裝置需融合典型機(jī)電一體化設(shè)備機(jī)械部件安裝、氣動(dòng)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試、電氣控制電路的安裝和PLC編程、機(jī)電設(shè)備安裝與調(diào)試、自動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試于一體，滿足實(shí)訓(xùn)教學(xué)和競(jìng)賽的需要。
3、安全可靠性要求：保證學(xué)生基本技能的訓(xùn)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(dú)功能的部件進(jìn)行模塊化組裝，每個(gè)模塊都具有相應(yīng)的培訓(xùn)內(nèi)容，各個(gè)模塊又能組成一個(gè)工業(yè)系統(tǒng)。裝置中的各個(gè)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(jiǎn)單到復(fù)雜，由淺入深，層次分明，便于學(xué)生進(jìn)行有梯度的訓(xùn)練，能以基礎(chǔ)知識(shí)為起點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)原理、技能訓(xùn)練到復(fù)雜的工業(yè)化領(lǐng)域。各模塊單元能根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)物流和順序規(guī)劃等不同的課題進(jìn)行重新組合。裝置應(yīng)涵蓋技術(shù)廣泛，使學(xué)生不僅能進(jìn)行基本指令訓(xùn)練，而且提供特殊生產(chǎn)控制工藝流程。設(shè)計(jì)電源模塊，繼電器模塊，同時(shí)與PLC模塊的靈活控制相結(jié)合，便于設(shè)備的升級(jí)與設(shè)備功能擴(kuò)展。螺旋送料模塊，氣動(dòng)機(jī)械手等模塊的高度可以根據(jù)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容靈活調(diào)整。設(shè)備要求每個(gè)工作單元及模塊可以單獨(dú)拼湊，具備升級(jí)空間，提供工作站的組合照片。同時(shí)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(shí)訓(xùn)任務(wù)自由組合，可以構(gòu)建出教學(xué)和競(jìng)賽任務(wù)所需的各種不同類型創(chuàng)新型組合單元。
5、集成式設(shè)計(jì)要求：裝置中的工作單元應(yīng)采用機(jī)電集成式設(shè)計(jì)，每個(gè)單元中所涉及的各個(gè)傳感器、電機(jī)、電磁閥等傳感器和執(zhí)行器的安裝部件和接口單元獨(dú)立地匯集成一體，同一個(gè)工作單元中各個(gè)器件通過標(biāo)準(zhǔn)接口再與控制器進(jìn)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(xué)生可自行設(shè)計(jì)不同的課題對(duì)平臺(tái)的各單元進(jìn)行重新組合，也可自行開發(fā)被控單元與平臺(tái)配合使用。投標(biāo)文件中要求提供采用的集成化接口端子照片。
6、多種賽項(xiàng)的支持能力要求：系統(tǒng)要求需是滿足中華人民共和國(guó)職業(yè)技能大賽“機(jī)電一體化”項(xiàng)目相關(guān)能力及水平要求以上的設(shè)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(guó)第一、二、三屆職業(yè)技能大賽相關(guān)選拔賽的參賽訓(xùn)練要求，支持自由設(shè)定已知模塊和未知模塊，學(xué)生在各自區(qū)域內(nèi)獨(dú)立完成新單元的安裝、編程、調(diào)試及運(yùn)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(yùn)行，最終完成實(shí)訓(xùn)教學(xué)和競(jìng)賽訓(xùn)練。
7、豐富的教學(xué)資源要求：要求配套實(shí)訓(xùn)教程、教學(xué)課件以及操作手冊(cè)等豐富的教學(xué)資源，為開展高效的教學(xué)活動(dòng)提供極大的便利。提供課程教學(xué)軟件，包含氣動(dòng)、液壓、傳感器技術(shù)、可編程控制器技術(shù)、機(jī)電一體化、電工技能、仿真等基礎(chǔ)教學(xué)資源，師生可登錄軟件，通過文字、動(dòng)畫、視頻等方式進(jìn)行學(xué)習(xí)和創(chuàng)作。設(shè)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(guān)機(jī)電一體化競(jìng)賽的培訓(xùn)需求，投標(biāo)人或制造商供貨時(shí)需提供與設(shè)備配套的用于競(jìng)賽訓(xùn)練的國(guó)賽或省賽試題資料不少于10套。
8、要求服務(wù)的課程
1）《傳感器原理與應(yīng)用》：設(shè)備中要求涉及到對(duì)多種智能傳感器的安裝、調(diào)試與應(yīng)用，這與該課程緊密相關(guān)。通過賽項(xiàng)實(shí)踐，學(xué)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(jī)制，以及如何根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的傳感器類型，增強(qiáng)對(duì)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(duì)智能傳感器展開教學(xué)，賽項(xiàng)的內(nèi)容能夠?yàn)樵撜n程提供豐富的實(shí)際案例和應(yīng)用場(chǎng)景。學(xué)生可以學(xué)習(xí)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(yīng)用方法，提升對(duì)智能傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的認(rèn)識(shí)。
3）《智能傳感器硬件安裝實(shí)踐》：培養(yǎng)學(xué)生智能傳感器的硬件安裝步驟和注意事項(xiàng)。包括傳感器的機(jī)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(dòng)傳感器為例，詳細(xì)講解如何將其安裝在電機(jī)等設(shè)備上，以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)設(shè)備的振動(dòng)情況。提供實(shí)際的安裝工具和工業(yè)級(jí)傳感器產(chǎn)品，讓學(xué)生親自動(dòng)手進(jìn)行安裝，教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)糾正錯(cuò)誤操作，如接線錯(cuò)誤、安裝位置不當(dāng)?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(duì)傳感器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置（如靈敏度調(diào)整、濾波設(shè)置等）。對(duì)于光纖傳感器，學(xué)生要學(xué)會(huì)使用調(diào)試軟件設(shè)置光強(qiáng)度閾值等參數(shù)。開展故障排除實(shí)踐，模擬傳感器常見故障（如信號(hào)干擾、通信中斷、硬件損壞等），讓學(xué)生通過檢測(cè)工具（如示波器、萬用表等）和調(diào)試軟件進(jìn)行故障診斷和修復(fù)。
5）《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》：考核學(xué)生對(duì)傳感器數(shù)據(jù)獲取和處理的編程能力，這要求學(xué)生具備扎實(shí)的編程基礎(chǔ)。該課程可以為學(xué)生打下編程的基礎(chǔ)，包括編程語言的語法、算法設(shè)計(jì)、邏輯思維等方面的訓(xùn)練，使學(xué)生能夠熟練運(yùn)用編程語言對(duì)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。
6）《數(shù)據(jù)處理與分析》：在智能傳感器應(yīng)用中，大量的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行處理和分析才能發(fā)揮價(jià)值。賽項(xiàng)中的數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)可以與該課程相結(jié)合，讓學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)清洗、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、分析等技術(shù)，掌握數(shù)據(jù)處理的工具和方法，提高學(xué)生對(duì)大數(shù)據(jù)的處理和分析能力，為智能傳感器應(yīng)用中的數(shù)據(jù)處理提供支持。
7）《機(jī)器人系統(tǒng)集成與傳感器協(xié)作》：講解機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)中。例如，在協(xié)作機(jī)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(shí)驗(yàn)課程，讓學(xué)生實(shí)際操作將智能傳感器與機(jī)器人進(jìn)行連接和通信設(shè)置。例如，通過編程實(shí)現(xiàn)機(jī)器人根據(jù)超聲波傳感器檢測(cè)到的距離信息來調(diào)整運(yùn)動(dòng)路徑，避免碰撞。
8）《機(jī)器人生產(chǎn)線應(yīng)用案例分析》：分析機(jī)器人生產(chǎn)線中智能傳感器的應(yīng)用案例，如汽車制造生產(chǎn)線中，利用 3D 智能相機(jī)對(duì)汽車零部件進(jìn)行視覺檢測(cè)，識(shí)別零部件的形狀、尺寸和表面缺陷。組織學(xué)生參觀實(shí)際的機(jī)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(xué)生繪制傳感器與機(jī)器人協(xié)作的工作流程圖，加深對(duì)系統(tǒng)的理解。
9）《電子電路基礎(chǔ)》：智能傳感器的工作離不開電子電路的支持，賽項(xiàng)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(xué)生掌握電子電路的基本原理、電路元件的特性和電路的設(shè)計(jì)方法，為學(xué)生理解智能傳感器的電路連接和調(diào)試提供理論基礎(chǔ)。
10）《系統(tǒng)集成與調(diào)試》：該課程主要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)系統(tǒng)的集成和調(diào)試能力，與賽項(xiàng)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(guān)。通過課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐，學(xué)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(xué)生對(duì)智能傳感器系統(tǒng)的集成和調(diào)試能力。
11）《人工智能導(dǎo)論》：該課程介紹人工智能的基本概念、原理和方法，為學(xué)生理解智能傳感器在人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。賽項(xiàng)中的智能傳感器應(yīng)用技術(shù)是人工智能技術(shù)的重要組成部分，通過將賽項(xiàng)內(nèi)容與課程相結(jié)合，可以幫助學(xué)生更好地理解人工智能技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景和發(fā)展趨勢(shì)，激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣。
12）《機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)》：智能傳感器產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)需要通過機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行分析和處理，以實(shí)現(xiàn)智能化的應(yīng)用。這門課程可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的算法原理、模型訓(xùn)練和優(yōu)化方法等知識(shí)，為學(xué)生在智能傳感器應(yīng)用中運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)提供理論支持。
13）《邊緣計(jì)算基礎(chǔ)概念與架構(gòu)》：介紹邊緣計(jì)算的基本概念，如邊緣節(jié)點(diǎn)的定義、邊緣計(jì)算在智能工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的作用。通過對(duì)比云計(jì)算，讓學(xué)生理解邊緣計(jì)算如何在靠近數(shù)據(jù)源（智能傳感器）的地方進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，減少數(shù)據(jù)傳輸延遲。講解邊緣計(jì)算的架構(gòu)模型，包括邊緣設(shè)備、邊緣服務(wù)器和云平臺(tái)之間的關(guān)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(shè)備進(jìn)行初步處理，再根據(jù)需要上傳到云平臺(tái)進(jìn)行進(jìn)一步分析。
14）《傳感器數(shù)據(jù)邊緣處理技術(shù)》：培養(yǎng)學(xué)生如何在邊緣計(jì)算環(huán)境下對(duì)智能傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)）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(jìn)行融合，以更準(zhǔn)確地識(shí)別物體的位置和狀態(tài)。開展編程實(shí)踐，讓學(xué)生使用編程語言（如 Python）編寫邊緣計(jì)算數(shù)據(jù)處理程序，對(duì)來自不同智能傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果反饋給機(jī)器人控制系統(tǒng)或其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
15）《電子實(shí)訓(xùn)》：通過實(shí)際操作訓(xùn)練學(xué)生的電子設(shè)備裝配、調(diào)試和維修技能，與賽項(xiàng)中的硬件操作部分緊密相關(guān)。學(xué)生可以在實(shí)訓(xùn)中熟悉各種電子設(shè)備和工具的使用，提高動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力，為賽項(xiàng)中的硬件操作環(huán)節(jié)做好準(zhǔn)備。
16）《綜合實(shí)踐項(xiàng)目》：設(shè)置綜合性的實(shí)踐項(xiàng)目，讓學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)和技能應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中�？梢砸灾悄軅鞲衅鲬�(yīng)用為主題，讓學(xué)生設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(xué)生的綜合應(yīng)用能力和團(tuán)隊(duì)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(dòng)化系統(tǒng)的整體架構(gòu)，包括智能傳感器、機(jī)器人、自動(dòng)化設(shè)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(dòng)機(jī)器人和自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)操作。分析不同行業(yè)（如電子制造、機(jī)械加工、食品加工等）智能工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)和差異，讓學(xué)生了解系統(tǒng)的多樣性和靈活性。
18）《系統(tǒng)運(yùn)行與監(jiān)控實(shí)踐》：讓學(xué)生實(shí)際操作智能工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行，通過監(jiān)控軟件觀察系統(tǒng)中各個(gè)智能傳感器的數(shù)據(jù)變化和機(jī)器人的工作狀態(tài)。例如，在自動(dòng)化包裝生產(chǎn)線系統(tǒng)中，學(xué)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(jī)器人的工作效率和故障情況。開展系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)踐，讓學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)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(jī)器人運(yùn)動(dòng)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：?jiǎn)蜗?20V±10% 50Hz
2、裝置容量：≤1.5kVA
3、外形尺寸：≥3500mm×760mm×800mm
4、安全保護(hù)：具有漏電壓、漏電流保護(hù)，安全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
四、設(shè)備配置需求清單
序號(hào) 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(jī)器人3D視覺包裝單元 套 1
5 智能倉儲(chǔ)預(yù)測(cè)性維護(hù)單元 套 1
6 傳感器應(yīng)用測(cè)試臺(tái) 套 1
7 邊緣計(jì)算工控機(jī) 套 1
8 邊緣計(jì)算平臺(tái) 套 1
9 系統(tǒng)配件 套 1
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