1、平时成绩占30%，考勤+课堂表现+实验报告+作业等

2、期末成绩占70%，大作业成果评价+报告等

答疑时间地点：

线上答疑：随时，微信或者学习通

线下答疑：

1、于楚泓老师：周四下午5-6节，明德楼625

2、刘保军老师：周四下午5-6节，明德楼611

一、智能制造方向：

1、刘强，《机械制造概论》，机械工业出版社，2021；

2、智能制造系统解决方案供应商联盟，《智能制造系统解决方案案例集》，电子工业出版社，2019；

3、孙巍伟、卓弈君、唐凯等，《面向工业4.0的智能制造技术与应用》，化学工业出版社，2022；

二、工业控制网络方向：

1、王振力，《工业控制网络》（第2版），人民邮电出版社，2023；

2、郭琼、姚晓宁，《现场总线技术及其应用》（第3版），机械工业出版社，2021；

三、数字孪生方向：

授课计划

成绩的构成：由考勤、表现、作业及实践报告构成。

本课程建设的设计理念：从地方本科应用型人才培养服务区域经济的实际出发，以学生应用能力培养为目标，以项目为引领，采用工作过程系统化、典型工作任务的教学思想，变基于知识存储型的教学方式为基于行动体系的教学方式，强调实际、实用和实践，在保证理论够用的前提下，着眼于应用能力和实践技能培养，突出工程实践训练，注重在真实工作环境中的学生能力培养；按照自动化制造行业对学生的应用能力需求设计课程，按照学生和企业、行业生产实际来组织实施课程，注意采用先进教学思想和手段来提升课程；通过课程学习增强学生自动化制造系统的整体规划和设计能力，以该核心课程的应用型建设为抓手引领专业人才培养模式转变，促进应用型人才的培养。

课程的建设思路：课程从理论课堂、实验实践、生产实习和工作任务完成四个方面来建设，理论课堂通过典型系统和生产线系统，采用工作过程系统化的方法进行知识的解构与重构；以模拟真实工业环境的柔性制造自动化生产线系统开展实践技能训练，提升其对自动化系统制造的基本认识和理解；进而通过校企合作产学协同育人，学生前往自动化生产设备制造企业开展参观和生产实习，强化其认识，激发其潜能；最终通过工作任务为导向，学生重构所学知识开展具体设计任务，达到应用知识、提升设计能力的目的，实现应用型人才培养的目标。

因此，本课程建设的总目标是通过基于工作过程系统化、典型工作任务的教学模式转变，培养“乐学、勤思、善行、活用”的应用型人才，满足制造自动化行业的人才要求。

具体教学中，以自动化制造系统的共性要素为基础，通过对典型自动化制造系统的工作原理、技术、构成、特点等进行解构和分析，介绍自动化制造系统相关的基本概念、自动化控制方法与技术，采用工作过程系统化的思想详细讨论和分析加工设备自动化、物料输送自动化、检测过程自动化、装配自动化和工业机器人等技术、方法和应用；同时通过典型案例的讨论和分析，学生可以了解自动化制造系统、生产设备的各主要构成单元和系统的自动化方法，掌握各种自动化装置的结构原理和特点，其应用管理能力也相应得到提高。在此基础上，以工作任务为导向，要求学生通过对上述知识的重构，设计和构建符合某些特定功能要求的自动化制造系统/生产线，达到理论和实践知识的灵活组合和实际运用，提高其设计和应用能力，培养具有良好规划和设计能力的应用型人才。

本学院新引进价值200余万的智能制造系统，包含6个工作站、4种机器人、一台AGV、一台数控车床、一台加工中心、以及模拟真实环境的数字孪生系统和Mens系统，此外，本学院还建设有78万元的模拟真实工业环境的MicroFMS柔性制造自动化生产线教学实训系统，多套六站自动化安装培训生产线、各类工业机器人、AGV移动机器人、创新教育机器人等设备，有工业化的三轴立式加工中心4台、五轴加工中心1台，数控车床6台以及中走丝机等，设备价值约1000多万元，为实践教学提供了良好的硬件条件。

本课程的课程形式划分主要包括四大类：理论课、实践课、企业实习、工作任务导向的课程设计，涵盖了基于行动体系的理论知识讲授、模拟真实工业环境并具备典型特征和要素的柔性制造自动化生产线实践训练、校企合作产学育人的企业真实现场环境的参观和生产实习、工作任务导向的自主知识重构的课程设计四大环节。

以上各环节逐步递进，从理论到模拟实践、再到真实场景，最后再自主设计总结提升，学生的兴趣和专业能力在不同的场景下逐步加强和提升，其未来适应职业工作的能力显著增强。

《智能制造系统》课程教学大纲

课程编号：11032420            学时：20（理论）+12（实验）       学分：2

先修课程：电气控制与PLC、机器人学、传感器与测试技术、机械设计、CAD/CAM

一、课程性质和任务

《智能制造系统》是机器人创新专业的专业课，具有高度综合性与实践性。课程旨在培养学生全面深入理解智能制造系统，使其掌握系统架构、运行原理及关键技术，如工业4.0及CPS、PLM在智能制造中的意义、工业机器人应用与自动化生产线集成。通过理论与实践融合，让学生具备规划、设计、分析及解决智能制造系统相关问题的能力，为学生将来从事智能制造相关领域的设计、优化、运营、管理等工作奠定基础，满足行业对复合型人才的需求。

二、 理论教学内容和要求

1、智能制造系统概论（3学时）

①　详细讲解工业 4.0 的起源、发展历程与战略目标，剖析其对制造业转型升级的深远影响。

②　深入阐述信息物理系统（CPS）的架构、组成要素及工作机制，明确其在智能制造中的核心地位。

③　全面介绍产品生命周期管理（PLM）的理念、流程及涉及的关键技术，涵盖从产品设计到报废的全流程管理。

④　阐释企业资源计划（ERP）的功能模块、运作模式及在企业运营管理中的重要作用。

⑤　解读制造执行系统（MES）的架构、功能及与其他系统的信息交互关系，强调其在生产过程管控中的价值。

教学要求：学生能够清晰阐述这些概念的内涵与外延，理解各概念在智能制造体系中的角色与相互关联，能分析它们如何协同推动制造业智能化发展。 

2、工业控制网络（3学时）

①　系统介绍开放系统互联参考模型（OSI 模型）的七层架构，剖析各层的功能、数据传输格式及相互协作方式。

②　详细讲解现场总线技术，包括常见现场总线（如 PROFIBUS、CAN 等）的特点、通信协议、网络拓扑结构及应用场景。

③　深入探讨工业以太网的技术特点、通信协议（如 PROFINET、ETHERNET/IP 等）、网络安全措施及在工业自动化领域的应用。

教学要求：学生掌握 OSI 模型的基本架构与各层功能，能解释其在工业控制网络中的应用原理。熟悉常见现场总线和工业以太网的技术特性，具备根据实际需求选择合适工业控制网络方案的能力。

3、数字孪生（4学时）机动安排

①　阐释数字孪生的定义、概念内涵，介绍其在航空航天、汽车制造、能源等行业的典型应用场合。

②　分析数字孪生系统的开发目的，如优化产品设计、提升生产效率、实现设备预测性维护等。讲解数字孪生系统的开发方法与流程，包括物理实体建模、数据采集与处理、虚拟模型构建、模型验证与优化等环节。

③　介绍 C# 编程语言在数字孪生系统开发中的应用，如数据交互、逻辑控制等功能实现；讲解 Unity 游戏开发引擎在构建数字孪生虚拟场景、实现人机交互方面的应用。

教学要求：学生能准确描述数字孪生的概念，列举其主要应用领域及开发目的。理解数字孪生系统开发的一般方法，掌握 C# 和 Unity 在数字孪生开发中的基本应用技能。

4、西门子 S7 - 1200 系列 PLC（6学时）

①　全面介绍西门子 S7 - 1200 系列可编程逻辑控制器（PLC）的硬件架构，包括 CPU 模块、输入输出模块、通信模块等的功能与选型。

②　详细讲解博图 V16 编程软件的使用方法，包括项目创建、硬件配置、编程环境设置等操作。介绍触摸屏的仿真操作，包括触摸屏界面设计、与 PLC 的数据连接与交互、动画效果设置等。

③　讲解 Profinet 组网操作，包括网络拓扑结构、设备配置、网络参数设置（通信故障排查待添加）等。

④　通过大量编程实例，介绍 S7 - 1200 系列 PLC 的常用指令，如逻辑运算指令、定时器指令、计数器指令、数据处理指令等的应用。

教学要求：学生熟悉西门子 S7 - 1200 系列 PLC 的硬件组成与功能，能进行合理的硬件选型与配置。熟练掌握博图 V16 软件的操作，能够使用常用指令编写 PLC 控制程序，实现对工业设备的逻辑控制、顺序控制等功能。掌握触摸屏仿真操作与 Profinet 组网技能，能够构建基于 PLC 的工业自动化控制系统。

5、工业机器人的编程（8学时）

①　分别介绍 AUBO、ESTUN、ABB、FANUC 四款工业机器人仿真软件的使用方法，包括软件界面操作、机器人模型导入与设置、虚拟场景搭建等。

②　讲解如何将实际产线程序导入仿真软件，进行程序调试与优化，模拟机器人在真实生产线上的运行过程。

③　介绍工业机器人的示教操作方法，包括手动操作机器人运动、设置示教点、记录运动轨迹等。

④　详细讲解四款机器人的编程指令，如运动指令、I/O 控制指令、逻辑判断指令等的应用，通过实例演示如何根据生产任务编写机器人控制程序。

教学要求：学生熟练掌握 AUBO、ESTUN、ABB、FANUC 四款工业机器人仿真软件的操作，能够在仿真环境中进行机器人编程与调试。掌握工业机器人的示教操作技能，能够准确完成示教任务。熟练运用编程指令编写工业机器人控制程序，实现复杂生产任务的自动化操作。

三、实验教学目的和任务

实验教学旨在深化学生对智能制造系统理论知识的理解，切实提升其实际动手操作与问题解决能力。学生通过一系列实验，能够将课堂所学抽象概念具象化，形成完整知识体系认知。在实验过程中，着重培养学生的创新思维与团队协作精神，为其未来从事智能制造领域工作积累丰富实践经验。

实验教学的基本要求

实验一：智能制造产线实训（一）

要求学生熟练掌握AUBO、ESTUN机器人的仿真软件示教操作，精准完成点位示教与轨迹规划。能依据任务需求，编写、调试并优化机器人运行程序，实现工业机器人在模拟生产场景中的精准作业，并完成实际上机调试。

实验二：智能制造产线实训（二）

要求学生熟练掌握ABB、FANUC机器人的仿真软件示教操作，精准完成点位示教与轨迹规划。能依据任务需求，编写、调试并优化机器人运行程序，实现工业机器人在模拟生产场景中的精准作业，并完成实际上机调试。

实验三：智能制造产线实训（三）

学生要实现已开发数字孪生系统与 PLC 之间的信号交互。依据给定生产流程，在数字孪生系统中搭建虚拟场景，通过 PLC 编程控制虚拟设备运行，实时监测并分析数据反馈，调整 PLC 程序与数字孪生系统参数，保障联合仿真的准确性与高效性。

实验四：基于 Unity 和 C# 的数字孪生系统的开发

任务：学生基于 Unity 开发环境，运用 C# 编程语言，独立完成一个简单数字孪生系统的开发。包括从真实设备或生产流程中采集相关数据，进行物理实体建模，将模型导入 Unity 中构建虚拟场景，利用 C# 编写代码实现虚拟模型与数据的交互功能，使虚拟模型能够实时反映真实设备或生产流程的运行状态。

要求：需掌握 Unity 开发环境搭建，运用 C# 语言进行数字孪生系统开发。从模型导入、场景构建到交互功能实现，独立完成简单数字孪生系统开发任务，使其具备模拟真实设备或生产流程的基本功能，展现对数字孪生技术的实践运用能力。

实验五：四款工业机器人的示教与编程实操

任务：学生使用 AUBO、ESTUN、ABB、FANUC 四款工业机器人设备，进行实际的示教操作。根据给定的生产任务，如物料搬运、零件装配等，在真实机器人上设置示教点，记录运动轨迹，并编写相应的控制程序，使机器人能够准确完成任务。

要求：学生熟练掌握 AUBO、ESTUN、ABB、FANUC 四款工业机器人的示教器操作，精准完成点位示教与轨迹规划。能依据实际任务需求，独立编写、调试并优化机器人运行程序，实现工业机器人在模拟生产场景中的精准作业。

实验六：PLC 的编程与仿真

任务：学生利用博图 V16 软件，针对西门子 S7 - 1200 系列 PLC 进行编程设计。完成基本逻辑控制（如电机正反转控制、指示灯闪烁控制等）、顺序控制（如自动生产线物料传输控制）等程序编写，并利用软件自带的仿真功能，对所编程序进行测试，检查程序运行的正确性，排查并解决可能出现的逻辑错误与语法错误。

要求：学生需熟练运用博图 V16 软件，针对西门子 S7 - 1200 系列 PLC 进行编程设计。完成基本逻辑控制、顺序控制等程序编写，并利用软件仿真功能，对所编程序进行测试与优化，确保程序在实际 PLC 运行中的可靠性与稳定性。

实验七：PLC 与数字孪生系统的联合仿真：

任务：学生将已开发好的数字孪生系统与西门子 S7 - 1200 系列 PLC 进行连接，实现信号交互。依据给定的生产流程，在数字孪生系统中搭建虚拟场景，通过 PLC 编程控制虚拟设备的运行，实时监测数字孪生系统反馈的数据，分析设备运行状态。根据监测结果，调整 PLC 程序与数字孪生系统的参数，优化生产过程，确保联合仿真的准确性与高效性。

要求：实现已开发数字孪生系统与 PLC 之间的信号交互。依据给定生产流程，在数字孪生系统中搭建虚拟场景，通过 PLC 编程控制虚拟设备运行，实时监测并分析数据反馈，调整 PLC 程序与数字孪生系统参数，保障联合仿真的准确性与高效性。

四、教材和参考资料

推荐教材：

[1]刘强，《机械制造概论》，机械工业出版社，2021；

参考书：

[2]智能制造系统解决方案供应商联盟，《智能制造系统解决方案案例集》，电子工业出版社，2019；

[3]孙巍伟、卓弈君、唐凯等，《面向工业4.0的智能制造技术与应用》，化学工业出版社，2022；

[4]王振力，《工业控制网络》（第2版），人民邮电出版社，2023；

[5]郭琼、姚晓宁，《现场总线技术及其应用》（第3版），机械工业出版社，2021；

修 订：于楚泓   审 定：郑茂溪