自动化生产线设计汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇自动化生产线设计范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

1、引言

现代化的自动生产设备的最大特点是它的综合性和系统性，在这里，机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是，生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。可编程序控制器（PLC）以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑——微处理单元的角色。因此，培养掌握机电一体化技术，掌握PLC技术及PLC网络技术的技术人材是当务之急。

而一套基于PLC技术的自动化生产线实训考核设备可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学习者得到一个非常接近于实际的教学设备环境，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。自动分拣站需完成对上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣。使不同颜色的工件从不同的料槽分流的功能。当输送站送来工件放到传送带上并为入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，工件开始送入分拣区进行分拣。

2、系统的硬件设计

自动分拣站是自动化生产线的最末单元，主要结构组成为：传送和分拣机构，传动带驱动机构，变频器模块，电磁阀组，接线端口，PLC模块，按钮/指示灯模块及底板等。

2.1 传送和分拣机构

传送和分拣机构主要由传送带、出料滑槽、推料（分拣）气缸、漫射式光电传感器、光纤传感器、磁感应接近式传感器组成。传送已经加工、装配好的工件，在光纤传感器检测到并进行分拣。传送带是把机械手输送过来加工好的工件进行传输，输送至分拣区。导向器是用纠偏机械手输送过来的工件。两条物料槽分别用于存放加工好的黑色、白色工件或金属工件。

传送和分拣的工作原理：当输送站送来工件放到传送带上并为入料口漫射式光电传感器检测到时，将信号传输给PLC，通过PLC的程序启动变频器，电机运转驱动传送带工作，把工件带进分拣区，如果进入分拣区工件为白色，则检测白色物料的光纤传感器动作，作为1号槽推料气缸启动信号，将白色料推到1号槽里，如果进入分拣区工件为黑色，检测黑色的光纤传感器作为2号槽推料气缸启动信号，将黑色料推到2号槽里。自动生产线的加工结束。

2.2 传动带驱动机构

传动带驱动机构采用的三相减速电机，用于拖动传送带从而输送物料。它主要由电机支架、电动机、联轴器等组成。三相电机是传动机构的主要部分，电动机转速的快慢由变频器来控制，其作用是带传送带从而输送物料。电机支架用于固定电动机。联轴器由于把电动机的轴和输送带主动轮的轴联接起来，从而组成一个传动机构。

2.3 电磁阀组和气动控制回路

分拣站的电磁阀组使用了三个由二位五通的带手控开关的单电控电磁阀，它们安装在汇流板上。这三个阀分别对金属、白料和黑料推动气缸的气路进行控制，以改变各自的动作状态。分拣一气缸、分拣二气缸和分拣三气缸。分别在各分拣气缸的前极限工作位置安装磁感应接近开关。每个分拣气缸的电磁阀都分别对应一个电磁控制端。

自动分拣站设备机械装配和传感器安装效果图，如图1所示。

2.4 PLC控制

设备的工作目标是完成对白色芯金属工件、白色芯塑料工件和黑色芯的金属或塑料工件进行分拣。为了在分拣时准确推出工件，要求使用旋转编码器作定位检测。并且工件材料和芯体颜色属性应在推料气缸前的适应位置被检测出来。

图1自动分拣站效果图

设备上电和气源接通后，若工作单元的三个气缸均处于缩回位置，则 “正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备准备好。否则，该指示灯以1Hz 频率闪烁。

若设备准备好，按下启动按钮，系统启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。当传送带入料口人工放下已装配的工件时，变频器即启动，驱动传动电动机以频率固定为30Hz 的速度，把工件带往分拣区。

如果工件为白色芯金属件，则该工件对到达1号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到1号槽中；如果工件为白色芯塑料，则该工件对到达2号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到2号槽中；如果工件为黑色芯，则该工件对到达3号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到3号槽中。工件被推出滑槽后，该工作单元的一个工作周期结束。仅当工件被推出滑槽后，才能再次向传送带下料。

如果在运行期间按下停止按钮，该工作单元在本工作周期结束后停止运行。

分拣站PLC选用S7-224 XP AC/DC/RLY主单元，共14点输入和10点继电器输出。选用S7-224 XP主单元的原因是，当变频器的频率设定值由HMI指定时，该频率设定值是一个随机数，需要由PLC通过D/A变换方式向变频器输入模拟量的频率指令，以实现电机速度连续调整。S7-224 XP主单元集成有2路模拟量输入，1路模拟量输出，有两个RS-485通信口。可满足D/A变换的编程要求。

3、系统的软件设计

PLC 梯形图程序的设计方法有经验法和顺序控制法两种。顺序控制设计法的基本思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的步， 用编程元件（ 例如存储器位M） 来代表， 在任何一步内各输出量的状态不变。 使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件， 它可以是外部的输入信号， 如按钮、 限位开关的通断等。也可以是 PLC 内部产生的信号， 如定时器和计数器的触点信号。 使用顺序控制设计方法时，首先根据系统的工艺流程， 画出顺序功能图， 再根据顺序功能图画出梯形图来完成程序设计。

参考文献

[1]田淑珍.可编程控制器原理及应用[M].北京：机械工业出版社.2005.

篇（2）

中图分类号：TP23 文献标识码：A

1引言

自动化生产线因其效率高，柔性好，已经成为现代制造业的重要发展方向。自动化生产线将机械工程与电子工程结合，使得待加工的产品能够自动的在机械加工装置上完成预定的各个工序和工艺过程，大大的提高了生产效率，降低了劳动成本。一个典型的自动化生产过程主要包括原料供给、自动加工装配、自动检测、自动包装等环节，在这些环节之间，物料（加工工件）的传输是依靠物料搬运站完成的，因此物料搬运的运行效率直接影响整个生产线的效率，本文以S7-200PLC作为物料搬运站的控制器，以气动元件作为执行机构，详细论述了以2-自由度机械操作手为核心的物料搬运站控制系统和执行系统的设计，实现工件的夹取搬运放置这三个工作环节。实验结果表明，该装置很好的模拟了实际加工生产环节中工件的运输过程，采用移位指令编写的梯形图程序，具有一定的创新性。该设计能让学生更好的接触实际工作中的整机设备，能够系统的培养电气设备的设计、组装、调试和维护等职业素养，并有效的训练了学生PLC程序设计的能力。

2物料搬运站硬件设计

2.1PLC系统设计

物料搬运站的结构示意图如图1所示，其主要功能是实现工件的抓取、搬运、放置，在这一环节中包含的动作有：气动手抓的打开与夹紧，提取模块的带动气动手抓的上升与下降，滑动模块的左移和右移。物料搬运站的结构如图1所示。

提取模块由气动手抓、薄型单活塞防转气缸组成，薄型单活塞防转气缸用于气动手爪机构的提升与下降；在其行程位置处安装有磁感应接近开关，用于判断其提升与下降运行的到位情况。气动手爪：用于夹取工件的执行机构，并在气动手爪上安装磁感应接近开关实现其张开的限位检测。 滑动模块主要由磁性耦合式无杆气缸和固定支架组成，其主要作用是在夹取工件完成后，将提取模块输送到行程位置。在无杆气缸的两个行程位置安装有磁感应接近开关，用于判断其左移与右移的到位情况。＼

2.2物料搬运站气动控制回路设计

物料搬运站的执行机构是气动控制系统，其方向控制阀的控制方式为电磁控制或手动控制。各执行机构的逻辑控制功能是通过PLC控制实现的。

从气源出来的气体经过二联件处理后进入到汇流板。通过相应的电磁换向阀可进入气动执行元件，分别驱动磁性耦合式无杆气缸的左右运动，薄型单活塞防转气缸的上升下降运动、气动手抓的抓料和松料动作。整个气动系统的3个气缸全部采用出气节流调速，电磁阀采用1个三位五通阀和2个二位五通阀。选用集装式电磁换向阀，将所有电磁换向阀由电磁阀岛集装在一起，以减小占用空间。物料搬运站气动控制回路原理图如图2所示。

2A为气动手抓控制回路，气动手抓的动作分为两种：2Y1得电2Y2失电，电磁阀处于左位工作，气爪处于松开状态；2Y2得电2Y1失电，电磁阀处于右位工作，气爪处于夹紧状态。

3A为薄型活塞杆防转气缸气动控制回路：3Y1得电，电磁阀切换到左位工作，薄型单活塞杆气缸伸出下降状态；3Y1失电，电磁阀自动切换右位工作，薄型单活塞杆气缸缩回上升状态。3物料搬运站软件系统设计

物料搬运站的控制要求是：当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，夹爪打开、提取模块上升到上限位处、无杆气缸驱动提取模块移动到最左端。接下来进入工作运行模式，按启动按钮，夹爪下降并夹取工件，上升后移向右工位，到达最右端后夹爪下降释放工件，之后夹爪上升并移动到最左端，等待下一个工作信号。在工作过程中设置复位、开始指示灯，用于指示系统当前的工作状态。3.1流程图设计

物料搬运站动作简单，动作主要由长行程无杆缸和气动夹爪部完成，当接受到工作指令后夹爪开始下降，下降到为后夹爪闭合，夹取工件后开始上升，上升到位后向右边横向移动到位后夹爪下降并打开，将工件放置到下一站后上升并横向左移至最左端。设计流程图如图3所示。

3.2PLC程序设计

物料搬运站的PLC程序设计，可采用顺序控制指令实现，也可采用移位指令实现，在此根据搬运站工作流程图，采用移位指令来实现，物料搬运站PLC控制程序如图4所示。

4结论

搬运工作站设计完成后，先进性硬件的组装、电气线路和气动控制回路连接。然后用Step7编程软件编写程序并下载至PLC中进行单站调试运行。单站运行无误后，可采用PPI通讯方式与其他工作站进行联机调试。

经试验运行测试，基于PLC控制的物料搬运站能够实现将物料从上一工作站搬运到下一工作站的功能，并且能够实现物料的自动循环搬运。在调试运行时，应该有人守侯在设备旁，时刻注意设备的运行情况，一旦发生执行机构相互冲突的事件，应及时操作保护设施，如切断设备执行机构的控制信号回路、切断气源等，以避免造成设备的损坏。

参考文献

[1]饶运清，邓建春，赵天奇，等.FMS集成设计系统的研究与开发[J].华中理工学报.1999，12（5）：18-22.

[2]向丹，殷国富，崔静，等.PLC在自动化生产传输中的应用[J].机电一体化.2005，32（11）：49-51.

[3]赵华军，五轴机械手控制设计[J].机电工程技术.2010，39（6）：39-40.

篇（3）

为了确保生产业的柔性和效率得到同步提高，缩小产品生产时间，减少生产成本，柔性自动化系统由此诞生。柔性自动化生产线的装置能得到有效的利用，生产水平保持稳定，提高生产质量，工作灵活，加强产品应变能力。如今在国外，对柔性自动化生产线领域的研究已经十分成熟，同时得到广泛运用。而我国大部分自动化生产线还没有自行研发的权力，依然是以模仿国外自动化生产线为中心，因此，我们有必要提高自动化生产线研究工作的效率，推进我国柔性自动化生产线的发展。

1 PLC工作原理

PLC工作程序可以分为三个步骤：上电处理、PLC扫描过程和出错处理。

PLC上电之后对PLC系统进行第一步工作，其中需要进行的工作有：硬件系统设为默认状态、检查I/O模块装置的工作形式以及其它一些还原默认值的处理等。这些均是PLC内部工作，程序在PLC出厂的时候就己经确定好了的，与客户的程序控制没有关系，通常都比较稳定，运转时间不长。

在进行上电处理之后进入PCL扫描过程。第一，完成输入工作，第二，处理好和外设的通讯系统。第三，更新时钟、寄存器。当CPU为RUN模式的情况下，它会反复进行扫描；为STOP模式的情况下，实行自我检查的工作。扫描步骤可以三个阶段：输入采样阶段，程序实施阶段，输出更新阶段。

输入采样阶段第一步是扫描一切连接终端，同时把各个连接终端的状态存入内存相对的寄存器中。这时，寄存器就会刷新。然后进入程序实施阶段，在程序实施阶段和输出更新阶段，寄存器和外界是隔离状态，不管输入的信号怎样改变，它的内容不会被改变，一直到开始下一次输入采样阶段，才可以重新输入内容。

按照PLC梯形图程序的扫描标准，在程序实施阶段PLC是以先左后右、先上后下的规律进行扫描的。如果出现程序跳转命令时，就会按照跳转条件来确定程序的跳转位置。当命令中关系到输入、输出的状态时，PLC就应该从寄存器中“读入”上一次阶段采用的相应连接终端的状态，然后进行相关运算，将其结果存入寄存器中。对于寄存器而言，每个元件的状态都会跟随程序实施的步骤进行改变。

输出更新阶段是指完成所有命令之后，寄存器中一切输出继电器的状态在输出更新时期就会存到输出存储器，通过某些方法输出同时带动外部负载。在PLC每个扫描过程中都要实行一次自我检查，来保证PLC自身的正常状态，如果自诊断中检查出错误，中央处理器面板上的LED和异常继电器就会接通，在特殊的寄存器中存入错误的代码。当检查出严重错误时，CPU强迫调制为STOP模式，终止一切扫描工作。

2 柔性自动化生产线

柔性生产线是将很多台能够调整的机床相连起来，安置自动运送设备构成的生产线。它通过计算机进行管理，并且把各种生产方式融合在一起，进而可以降低生产成本，让产品和利益得到最大化。柔性自动化生产线通常包含物流系统、控制系统与实施系统。

物流系统一定要可以自行完成物质的存储、运输、卸运、管理等工作，所以把物流系统分成三个子系统，也就是物质的存储、运输及卸运系统。实施系统完成物件的加工、检验和包装等生产活动，每条柔性自动化生产线，它们的实施系统也不一样，而且对于物件的处理系统也不同。[2] 控制系统就是进行柔性自动化生产线上的管理、监控工作，还包括生产中监督过程。

3 柔性自动化生产线的工作过程

3.1 最开始，物件放在上料检定站的盘里。开始运转时，转动推杆把物件送到物件槽中，然后被汽缸提起来，完成整个送料过程。

3.2 装运站接到上料检定站发出的信息，运作机械手，伸出机械手臂，手爪下降把物件夹起，上升，收回机械手臂后反转，然后把物件放在加工盘上，完成这个装运过程。在收回装运站的机械手的时候，转盘自动旋转，进行加工；加工完之后，转盘又自行旋转到最开始的位置等待下一个物件。

3.3 如果安装站未检验到物件，则此工作站的机械手不进行工作；只有检验到物件同时分别向安装站和分类站发出信息后，机械手才可以开始工作。下降机械手夹住物件，上升抬起，由步进电机驱动器带动进行旋转，把物件放至安装平台上之后再上升。

3.4 安装站将筛选的物件用小吸盘吸紧，转动机械安装臂，把物件送到安装平台包装再还原。机械手把包装好的物件夹住上升，步进电机驱动器带动工作，把物件送到分类站的物件槽中，然后上升回到最初位置，完成整个安装工作。

3.5 分类站按照物件的性质进行归类，分别推入与之相应的槽中，并使其有序地分布。

4 柔性自动化生产线对设备的要求

通常而言，不是随便什么设备都能够归入柔性自动化生产线生产的，柔性自动化生产线对其设备的具体要求是有以下几点：

4.1 工序集中

工序集中是柔性自动化生产线中设备最主要的特点，因为柔性自动化生产线是自动化要求很高的生产线，成本高，所以要求生产线中设备的数量尽可能少，通过可以接受高负荷的工作。另外，工作少还可以降低运送的负担，还能够确保工作的生产质量。

4.2 高柔性与高生产率

以柔性化机械制件加工生产线所使用的制造机器为例，为了达到生产柔性化和生产率高的标准，这几年来对于制造机器的研究出现了两个发展趋势：柔性化结合制造机器、模块化再生产中心。柔性化结合制造机器又叫做可调式机床，它是把以前用于大批量生产的车床进行柔性化。模块化再生产中心就是把再生产中心也建设成通过许多通用零件、规范模块构成，按照加工目标的不同需要构成不一样的再生产中心。

4.3 易控制性

柔性自动化生产线是通过计算机管控的集成化生产线体系，所运用的一切设备必须能够纳入整个管控体系。所以，生产线的管控系统必须可以自动控制，当生产目标发生改变时可以自行调整。[3]

5 结束语

柔性自动化生产线是关系很多学科、各种技术，其中包括计算机、通信技术等等。此系统的重要部分就是控制系统，此系统中的控制系统运用PLC控制器作为主要控制部位，运用57-200PLC作为控制器来进行自动化生产的工作。经过实验证明，发现这一系统很值得参考。

参考文献

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【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2012）04C-0058-02

自动化生产线的广泛使用将会大大提高生产效率和产品的质量，由此企业对熟悉自动化生产线的维护人员的需求也将增加，目前适应这种岗位的技术型、技能型人才非常紧缺，这对高职教育提出了一个新问题。自动化生产线安装与调试课程是一门综合性和实践性很强的工程应用性课程，它包含了机械传动、气动控制、传感器、电机驱动与PLC控制、触摸屏及变频器等知识和技能，开设并上好这门课对于培养自动线人才具有重要意义。要使学生在学习过程中拥有相关技能、提高学生的专业综合能力、实现学校与企业的无缝对接，做好课程设计是关键。

一、课程设计的基本思想

美国著名的教育心理学家和杰出的教学设计理论家加涅提出“为学习设计教学”，意指是运用系统方法分析教学问题和确定教学目标，建立解决教学问题的策略方案、试行解决方案、评价试行结果和对方案进行修改的过程，是在教学之前对教学过程中的一切预先筹划、安排教学情境，以期达到教学目标的系统设计。现代教学设计突出以学生学习活动为中心，重视对学生学习心理的分析和研究，依据学生学习的规律设计教学活动，从而最大幅度地提高学生学习效率，促进学生科学素养的全面发展。

基于工作过程的课程设计以行动体系为基础，将学习领域转化为行动领域，让受训者经历完整的工作过程，在完成典型的具有综合性的工作任务过程中获取工作过程知识，解决“在工作中学习”和“在学习中工作”的问题。基于此理论确立课程设计的基本思想为：以实际岗位为参照，按照“校企合作、工学结合、专业教育与职业教育融通，工学交替、实境育人”的思路，根据专业职业岗位能力要求，以仿真工业现场——实训平台为载体，采用项目化教学，强调以工作任务为依托组织教学内容，以学生为主体开展教学活动，确立学生的中心角色和教师的主导作用，以服务专业能力的培养为中心。

二、课程设计

（一）典型的工作任务分析

通过开展电气自动化专业毕业生就业岗位的调研，并结合行业、企业和本地区对人才需求的状况，归纳出柳州铁道职业技术学院电气自动化技术专业首次就业岗位是自动化生产线的维修电工、调试员、机电设备维修员等，未来发展岗位是车间电气技术员、PLC程序设计员及系统维护技术骨干和班组长等基层管理者。以上职业岗位要求具有运行分析、故障检测、维修保养及编写整理技术文档、设备技术改造等专业技能。针对首次就业岗位和发展岗位工作任务分析，依据在实际工作中出现的频率、重要性，所能承载的知识、技能程度，确定本课程的典型工作任务是：机械设备的安装与调试、电气设备的规划与安装、传感器的安装与使用、气动回路的安装与调试、PLC程序的编制与调试、HMI（人机界面）的设计、设备故障的判断与排除等。

（二）课程目标

亚龙YL-335B自动生产线及亚龙YL-221柔性生产线训练装置归纳、总结了现代生产线的技术特点，与实际生产情况十分接近，因此我们选用这两个装置作为教学载体，在课程教学中使学生具有安装如送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元的技能，具备构成一个典型的自动生产线的机械平台并联机调试的技能；理解并掌握在系统中的气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等实际应用，具备熟练运用这些技术的能力。

（三）学习情景的创设

采用基于行动导向的方法进行设计，经多方面调研、探讨，开发设计了9个学习情境，每个情景由若干任务构成。每一个情境的实施都是一个完整的工作过程，并按认知规律和职业成长规律，由浅入深、由易到难、循序渐进，具有可重组和迁移性。

如图1所示，该课程设置了参观企业整体生产线工作过程、拆装调试亚龙335B自动线各工作站、联机调试亚龙221柔性生产线三大部分渐进学习。每一部分的教学学习目标和学习情境明确，课程教学载体由易到难，从简单拆装到气路连接，从硬件设计到软件实现，从机械控制到人机界面，激发学生的兴趣，让学生掌握技术的同时也对今后的就业岗位有所了解，增强学生学习的自觉性和责任感，实现技能提高与素质教育双赢。

（四）教学实施策略

实施过程中依照“任务、分析、制定、优化、实施、评价”六步工作方法组织教学，以行动导向法为主要教学方法，对不同的知识点综合运用引导文法、团队学习法、头脑风暴法、成果展示法、案例分析法、岗位体验法等各种恰当、有效的教学方法，引导学生独立思考，积极实践，促进学生自主学习，提高教与学的效果。项目以小组形式完成，每组4人为宜，在构成组员时，应把握学生的层次、不同个体的差异，即针对不同学生的个体特征与心理倾向，不同的知识基础与接受能力，将基础好、动手能力强、活跃的学生与相反的学生组合在一起。这样，既能保证项目活动按时完成，又有利于学生间互相交流，有助于专业较差学生的水平得到提高。

实施过程中，要做到“师生角色转换”，教师起发动、组织、协调、伴随作用，教师不能包办代替，而是应注重发挥学生的学习潜能及集体智慧，充分发挥学生的学习主动性，着重培养学生的能力，让学生有机会应用他们所学的知识解决实际问题；将真实的工作场所模拟到学习环境中，使学生感受到企业员工的身份，得以在其中进行自由探索、强调“协作学习”，学生在教师的组织和引导下共同讨论和交流，进行协商和辩论，先内部协商，然后再相互协商，强调信息资源的利用。为了使学生主动探索，教师必须为学生提供各种信息资源，包括各种类型的教学媒体和教学资料，强调教学过程的最终目的是让学生获取工作知识、工作技能，而非完成教学任务。

实施过程中，应兼顾专业能力、方法能力、社会能力的培养，尤其注重学习能力的培养，提高学生的分析问题、解决问题的能力，使学生从学习中得到成功的体验，增强学习兴趣和学习的信心，从而实现课程的培养目标。

（五）课程考核

课程成绩评定基于发展的教学评价观，包含过程性的考核和结果性的考核。过程性考核包含工作态度的评价、工作过程步骤与方法评价、知识的应用评价等。结果性考核包含项目所涵盖的应知部分的评价、应会部分的评价、项目工作中的问题记录和解决问题的方法、成果展示等。在过程性考核中，对每个学习任务中通过学生自我评价、团队评价、教师评价的方式进行，全面客观地评价学生在实施过程中的表现情况，注重学生答辩及讲演，提高学生语言表达与交流的社会能力；注重学生动手能力和实践中分析问题、解决问题能力的考核，对在学习和应用上有创新的学生应予特别鼓励。

三、高素质的教师队伍是取得良好效果的有力保障

工学结合实施的关键是要有一支理论基础扎实、技术应用能力较强的“双师型”师资队伍。在实施项目化教学中，教师应具备这样的素质：一是具有良好的师德；二是具有较深厚的理论功底，较宽的专业知识面和很强的综合能力；三是具有较强的实践经验。

教师素质和技能的高低直接关系到课程教学的质量和水平，工学结合必须有足够数量和水平的“双师型”教师作保障。德国职业教育之所以居于领先地位，是因为他们具备大量既懂专业知识，又有丰富实践经验的“双师型”人才。当前从事职业教育的教师最为缺乏的是实践经验，“双师型”教师数量不足，他们对新技术新工艺缺乏了解。对此，应通过以下途径来弥补：一是制订“双师型”教师建设目标和规划；二是选派专任教师到企业担任管理和指导人员，全程参与生产管理，接触专业前沿知识和最新技术，扎扎实实地实践新技术；三是制定政策，通过高待遇，争取当地企业的支持，聘请富有实际工作经验的专业技术人员和能工巧匠在校内外实训现场做指导教师；四是引入企业具有“双师”素质的技术人员到校任教，建设一支素质优良的专兼职教师队伍。

课程的教学设计是一项复杂的工作，每一个环节都值得去探讨，教师下的工夫越多，教学效果就越好。教学设计是教师教学准备工作的重要组成部分，也是课程建设的重要内容之一。工作过程导向的课程依托载体，实现了理论与实践一体化，把学生放在主体地位，有利于培养学生的综合职业能力。

【参考文献】

［1］姜大源，吴全全.德国职业教育学习领域的课程方案研究［J］.中国职业技术教育，2007（2）

［2］高林，鲍洁，王莉方.基于工作过程的课程设计方法及实施条件分析［J］.职业技术教育，2008（13）

［3］赵志群，王纬波.基于设计导向的职业教育思想［J］.职业技术教育，2005（19）

［4］张运刚，宋小春.从入门到精通（西门子工业网络通信实战）［M］.北京：人民邮电出版社，2007

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中图分类号：TP278 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）22-0095-01

引言

至今时期，因为有着高速发展的科学技术为依托，机械制造业中的自动化生产技术也取得了更加广泛的运用，所据地位变得越来越重要。近年来各种各样的自动化生产线已经在汽车制造业、电子电气行业、食品行业、化工行业、冶金行业等领域研究和制造出并投入使用。随着自动化生产线投入的使用，不仅提高了产品品质和生产效率、同时也在改善作业员工作环境、减小能源消耗、降低原料成本等方面均取得了显著的成效。

1 自动化生产线设计

1.1 自动化生产线设计流程

自动化生产线的设计需要在熟悉产品生产工艺的基础上得以实现，首先只有在熟悉产品生产工艺的及产品特点的基础上来对自动化生产线进行设计，同时产品生产工艺也是一个产品装配过程的完整体现，产品生产过程中的每一道工序都对产品的每一步生产进行详细的要求与说明，并对相应的规格标准进行说明。因此，在对自动化生产线进行设计之前首先要对产品的生产工艺进行分析、熟悉。

1.2 自动化生产线的设计原则

在自动化生产线的设计过程中需要在满足使用功能的前提下尽可能的对工艺步骤进行优化，使设计过程最简化、设计成本最小化。在自动化生产线的设计过程中对于自动化生产线所使用的各个零件如传感器、PLC 等的部件应当尽量选择统一的标准，从而在降低自动化生产线成本的同时能够方便的对其进行管理、互换。

2 自动化生产线机械手发展概述

在科技日新月益的推进更新下，机械工作的灵活度与耐用度日益增强，机械手的出现促进了生产工作的进步。机械手可以惟妙惟肖地效仿人手和臂的部分行为功能，依设定程序进行拿取、搬送物品或操控工具的自动操作装置。只需我们利用编写程序来实现不同的预想动作，在结构和功能上就能同时拥有人和机械手种种的优点。常用的机械手一般由手部、活动机构两大部分组成。手部的首要任务就是实现工件的抓取，然后按照被抓取工件的材质、尺寸大小、形状、重量和动作需要设计成如托取型、吸贴型、夹持型等满足要求的各种结构类型。运动机构也就是让手部按照不同的角度不同运动轨迹进行翻转、转移或混合运动来满足产品的加工需要。运动机构的伸展与收缩、上升与下降、旋转等独自活动形式，被叫做机械手的自由度。要能够拿取任何地方或不同状态的工件，只要拥有 6 个或以上自由度的机械手就可以做到。因此机械手的自由度就最初设计时必须谨慎合理地考虑的重要参数。机械手的自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。普通专用机械手有 2～3 个自由度。投入使用机械手，可以使生产线完全自动化，不仅能大幅削减人工，同时劳动强度也大大降低，而且系统稳定好、使用方便，同时还可以适时快速便捷地监控生产实际情况。当然对企业来讲最大的优势就是能够降低长期带来的人工成本，提高企业利润率。

3 自动化生产线操作手单元的机械结构及控制程序设计

3.1 操作手单元的机械结构

操作手单元主要由支架模块、滑槽模块、Pic Alfa 模块、I/O 接线端口，CPV 阀组、控制面板组成。

3.1.1 支架模块

接收上一个单元传送来的工件，并由漫射式光电传感器检测工件颜色。

3.1.2 Pic Alfa 模块

该模块由气抓手、气动无杆气缸、漫射式光电传感器等组成。主要完成工件的提取和传送。该模块具有高度的灵活性，末端位置传感器的安装位置可以任意调节。在提取装置上装有气抓手，通过给不同的缸体送气，控制气抓手的打开和关闭。

3.1.3 滑槽模块

在本单元中有两个滑槽模块，可以存储多个工件，其倾斜角度可以任意调节。

3.1.4 CPV 阀组

本单元的阀组由 3 个阀组成，分别控制无杆气缸、提升缸和气抓手。在结构上，它们都是带手控装置的单控电磁阀。

3.2 操作手单元的程序设计

工件到达支架后，由支架上的漫射式光电传感器检测工件颜色。检测到工件后，气抓手打开，操作手臂下行，到达工件位置。当气抓手上的漫射式光电传感器检测到有工件后，气抓手闭合夹住工件，操作手臂上行提取工件。在水平轨道上移动到达下一个工位上方，操作手臂下行到工位，打开气抓手将工件放置在 ROBOTINO（机器人）单元的检测区域。操作手臂上升，气抓手闭合，手臂返回到初始的左限位置。

按图1的控制流程，应用 PLC 编程，将所编写程序通过通信电缆下载到 CPU 中，进行实际运行调试，经过调试修改完善控制程序。

结语

随着自动化生产线的广泛应用，随着自动化控制技术发展的日新月益，对自动化生产线操作手单元机械组成的分析，可以为今后设备的调试、维护与排故奠定良好的基础。对控制程序的设计及分析，可以有效扩展单元的功能，提高生产率。

参考文献

[1] 彭辰阳.自动化生产线上计算机控制技术的应用探析[J].科技经济市场，2015，（09）：10-11.

[2] 马勇.计算机控制系统在自动化生产线上的应用[J].自动化与仪器仪表，2014，（03）：72-73+78.

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[5] 卢泽旭.工业机器人在冲压自动化生产线中的应用研究[J].机电信息，2012，（12）：49+51.

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自动化生产线是在流水线的基础上逐渐发展起来的，是一种先进的生产组织形式，是能实现产品生产过程自动化的一种机器体系。自动化生产线由工件传送系统和控制系统组成，它不仅要求线体上各种机械加工装置能自动地完成预定的各道工序及工艺过程，使产品成为合格的制品，而且要求按照规定的程序自动地进行工作。

PLC（可编程序控制器）是采用微机技术研制的工业自动化装置，作为新一代的工业控制器，以其通用性强、灵活性好、运行可靠、易学易用、抗干扰性强等明显特点，越来越广泛地应用于工业自动化领域，成为自动控制的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。用PLC来控制自动化生产线这样较复杂的生产设备，是理想的选择。

为适应教学的需要，使学生更好地掌握PLC在工业自动化生产线上的应用，我院教学人员研制了基于PLC控制的自动化生产线教学设备，可以模拟企业中铝电解电容器装配自动生产的过程。该自动化生产线综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等，模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程。

一、自动化生产线系统的组成

铝电解电容器装配自动化生产线的组成：自动化生产线安装在铝合金导轨式实训台上，由供料站、装配站、加工站、输送站和分拣站共5个工作站组成，其组成结构图如图1所示。各工作站均设置一台西门子S7-200系列PLC承担其控制任务，各PLC的具体型号标示在图上。另外，铝电解电容器装配自动化生产线设备是一套半开放式的设备，用户在一定程度上也可根据自己的需要选择设备组成工作站的数量、类型，最多可由5个工作站组成，最少时一个工作站即可自成一个独立的控制系统。

设备中的各工作站均安放在实训台上，便于各个机械机构及气动部件的拆卸和安装、控制线路的布线、气动电磁阀及气管安装。其中，输送站采用了最为灵活的拆装式模块结构：组成该单元的按钮/指示灯模块、电源模块、PLC模块、步进电机驱动器模块等均放置在抽屉式模块放置架上；模块之间、模块与实训台上接线端子排之间的连接方式采用安全导线连接，最大限度地满足了综合性实训的要求。

二、自动化生产线的工作流程

首先是铝电解电容器的组成结构。铝电解电容器由铝壳、素子和胶粒组成，其结构示意图如图2所示。

铝电解电容器装配自动化生产线实训教学设备的工作流程如图3所示：供料站供料，将铝壳（由黑、白二种颜色的塑料件代替）自动送出到物料台上，由输送站的机械手将铝壳抓取送往装配站的物料台；装配站将素子（由小圆柱塑料件代替）嵌入铝壳完成装配后，再由输送站的机械手将装配好的工件送到加工站的冲压机构下面，完成一次冲压加工操作后（模拟胶粒的封闭），然后再由输送站的机械手将工件抓取送往分拣站的传送带；分拣站将加工后的成品进行分拣，使加工好的黑、白色的工件从不同的料槽分流。

输送站是自动化生产线中最为重要同时也是承担任务最为繁重的工作站，其机械手是一个能实现4个自由度运动（即上升下降、伸出缩回、夹紧松开及旋转）的装置，该装置整体安装在步进电机传动组件的滑动溜板上，在传动组件带动下作直线往复运动，精确定位到指定工作站的物料台，在物料台上抓取工件输送到指定地点然后放下。步进电机由步进电机驱动器进行驱动，其脉冲信号和驱动方向信号由输送站的PLC控制，如图1所示。

在分拣站中，采用异步电动机拖动传送带输送物料。异步电动机的转速及方向由变频器来控制，而变频器的启停是由分拣站PLC控制，如图1所示。

三、自动化生产线系统的软件实现

铝电解电容器装配自动化生产线教学设备的控制系统采用STEP7 Micro/WIN V4.0的编程软件。这是一款专为西门子公司S7-200系列小型PLC而设计的编程工具软件，为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。它简单易学，能够解决复杂的自动化任务；同时支持STL、LAD、FBD三种编程语言，用户可以根据自己的喜好随时在三者之间切换；软件包提供无微不至的帮助功能，即使初学者也能容易地入门；包含多国语言包，可以方便地在各语言版本间切换；具有密码保护功能，能保护代码不受他人操作和破坏。使用该软件可根据控制系统的要求编制控制程序并完成与PLC的实时通信，进行程序的下载与上传及在线监控。

四、PLC控制系统的通信

S7-200的通信接口为RS-485，通信协议使用PLC自带标准的PPI协议进行数据通信。在使用PPI协议进行通信时，只能有一台PLC或其他设备作为通信发起方，称为主站，其他的PLC或设备只能被动地传输或接收数据，称为从站。

在铝电解电容器装配自动化生产线中，5台PLC分别控制5个工作站，因此需要将5台PLC联网，实现5台PLC之间的数据传送，完成自动化生产线的自动控制。在网络中，指定输送站为主站，其余各站为从站。各台PLC之间通过RS-485串行通信实现互连，构成分布式的控制系统，如图1所示。

铝电解电容器装配自动化生产线各工作站实现PPI通信组网的操作步骤如下：

1.设置各台PLC的系统块参数

使用PPI/RS485编程电缆分别对PPI网络内每一台PLC设置系统块参数，即PLC地址和波特率的参数设置。PLC地址一般将输送站的CPU系统块的端口0设为1号站（主站），而将供料站、装配站、加工站和分拣站的CPU系统块的端口0分别设为2、3、4、5号站（从站），如图1所示。另外，将5台PLC的波特率统一设为187.5kbit/s，如果波特率不一致，可能会产生通信错误或失败的现象。将5台PLC的系统块参数设置后，分别下载到各自的CPU。

2.计算机与主站、主站与从站之间的网络连接

使用西门子专用的网络连接器和连接线将每台PLC连接成PPI网络；将RS-485/RS-232PPI编程电缆插到主站PLC的带编程接口的连接器上，运行STEP7-Micro/WIN软件，刷新PPI网络内每一台PLC及其相应地址。若网络通信正常，会在该窗口显示出PPI网络内每一台PLC及其相应的地址。

3.编写主站网络读/写程序段

借助网络读写向导程序，可以快速简单地配置复杂的网络读/写指令（NETR/NETW）操作，并初始化指定的PLC为PPI主站模式，同时使能网络读/写操作。在PPI网络中，只有主站程序中使用网络读写指令来读写从站信息，而从站程序没有必要使用网络读写指令。输送站担任着主站的角色，它接收来自按钮/指示灯模块的系统主令信号，读取网络上各从站的状态信息，加以综合后，向各从站发送控制要求，协调整个系统的工作。

4.编写控制程序并运行调试

编写各站的控制程序，分别下载到各自的PLC，进行自动化生产线的整体程序运行及调试。

五、结 语

基于PLC的铝电解电容器装配自动化生产线教学设备在实训室通过调试、运行，现已投入课堂教学，取得了良好的教学效果。此设备可以根据生产需要由学生自己编程并调试，不但使学生掌握气动技术、PLC编程技术、传感器与检测技术、电机控制技术及自动化生产线的安装与调试技术的综合应用，而且使学生掌握自动化生产线设备现场管理和故障排除等技能，从而更好地培养学生的创新意识和动手实践能力。

参考文献：

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关键词： 柔性自动化生产线；工作过程；课程建设

Key words： flexible automatic production line；working process；course construction

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）05-0255-02

0 引言

随着自动化技术和现代工业的发展，以柔性自动化生产线为代表的先进自动化设备在企业生产中应用越来越广泛，为了适应企业需求，培养出符合企业岗位要求的技术技能型人才，实现学校与企业的对接，完成《柔性自动化生产线调试》课程建设成为高等职业教育解决问题的关键。

《柔性自动化生产线调试》课程是电气自动化技术专业的核心课程之一，是一门综合性和实践性很强的工程应用性课程，传统的授课方法能够把相关知识点讲授给学生，学生在学习过程中，动手的机会较少，难以调动学生的学习兴趣和积极性，实践技能方面很难有大幅度提高。基于工作过程的课程以企业的工作过程为依据，以实际技能操作为主线，提高学生的职业素养和实践技能。

1 课程设计思路

本课程的建设如图1所示，第一步是与行业企业技术人员共同分析岗位需求，列出这些职业或岗位的主要工作任务，确立岗位职业能力与工作过程。根据对典型工作任务分析的结果，对教学内容进行重组，并以此确定学习领域，再采用一定的教学方法，将学生职业能力培养的基本规律与课程系统化、学生专业能力、方法能力和社会能力相结合，形成以工作过程为导向，以学生为中心、教师引导、教学做一体化的课程。

2 课程设计

2.1 典型工作任务分析 经过对烟台周边企业进行调研发现：本课程针对的职业岗位是自动化设备与生产线的安装调试维修工、PLC程序设计员、技术改造员及系统维护技术员等岗位，在生产一线从事自动化设备的操作、调试、维护、生产组织与管理工作及技术服务等工作。由此确定了典型工作任务是：自动化设备的安装与调试、传感器的安装与使用、气动系统的安装与调试和PLC程序的编制与调试等。

2.2 课程载体和目标 通过对典型工作任务的进一步分析，将完成各项工作任务的知识点和技能点进行拆分重组，并与现有的柔性自动化生产线实训设备进行反复对比分析，选择了湖北众友ZY36812B柔性自动化生产线作为课程的载体，通过课程的学习，学生不但能够掌握自动化生产线及设备的操作能力、元器件识别和应用能力、设备的安装调试能力、故障检修和设备维护能力、工业网络组建能力，自动线的简单设计能力，还能够全面培养其职业规范、职业道德与素养等综合素质。

2.3 学习项目的创设 本课程学习项目的创设是遵循学生职业能力培养的基本规律，以工作过程为导向，序化教学内容，精心设计了8个学习项目，每个学习项目又分解为2-4个学习任务，共有25个学习性工作任务，以学生的职业能力培养为核心，把理论学习和技能训练贯穿其中。

如图2所示，课程主要包括企业生产线参观学习和众友ZY36812B柔性自动化生产线学习两大部分。教学项目的设计做到了由易到难、由简到繁和循序渐进。学生在企业参观学习中了解生产线的基本功能、结构、组成和应用。在此基础上，在众友ZY36812B柔性自动化生产线学习过程中，学生学习各单元机械部分的拆卸与安装、各单元电气系统的接线、气动系统的连接和PLC单站程序的编写，然后，将柔性自动化生产线各单元通过Profibus-DP网络组建工业控制网络并进行通讯控制，在学习过程中，逐渐学会生产线的故障检测与排除。

2.4 教学方法与手段 本课程采用工学交替、任务驱动、行动导向、“教、学、做”一体的教学组织形式，以学生为主体，教师为主导，教师是学习过程的组织者、协调人和引导人，按照“资讯―计划―决策―实施―检查―评价”完整的“行动”方式来组织教学。根据项目内容灵活运用项目教学法、引导文法、学生分组讨论法、案例教学法和现场教学法等教学方法，广泛使用多媒体技术，激发学生的学习兴趣，同时提供网站平台，培养学生独立学习能力，通过“工学交替”、课堂教学和顶岗实习相结合，优化教学过程，提高教学质量和效率，取得实效，既培养了学生分析问题与解决问题的能力，又锻炼了学生的实践动手能力。

2.5 考核评价 课程考核包括：过程考核和期末考核，过程考核内容涵盖学生学习全过程，包括学习态度（包括学习积极性、主动性、自主性）、学习能力和制作技能（包括学习方式和方法、选择学习资源的合理性和有效性、动手能力、制作熟练程度）、学习效果（指独立完成课程学习内容、作业、制作环节的数量与质量）三个方面。过程考核成绩应占考核总成绩的50%，其中平日表现占10%，素质考核占10%，实操考核占30%。平时表现考核是根据学生出勤、学习态度、课堂表现、平时作业和回答问题情况，评定成绩。素质考核是根据学生的生产纪律、文明生产、团队合作和小组或团队评价，评定成绩。实操考核是在项目实施过程中根据学生的任务方案、工具使用、操作情况、任务完成质量和6S管理，评定成绩。期末考核以闭卷方式（占考核总成绩的50%）对学生理论知识掌握情况、分析计算能力，灵活运用知识能力进行考核。

3 课程特色

3.1 教学内容“五对接” 经过对烟台周边多家工业企业调研，逐步优化教学内容，做到教学内容对接工业企业，对接维修电工、电气设备安装工等职业岗位，对接国家资格标准，对接企业工作过程，对接行业技术标准。

3.2 教学模式“三融合” 围绕自动化设备安装与维护的岗位要求，引入维修电工、电气设备安装工等国家职业资格标准，以真实项目为载体，以工业过程为依据，完成课程教学目标。

3.3 “学、练、赛”统一 学生的学习、技能训练与全国职业院校技能大赛“自动化线安装与调试”赛项相统一，课程内容兼顾了技能大赛的内容，注重按照竞赛模式进行技能训练，培养学生勇于探索和团队协作精神。

4 结束语

《柔性自动化生产线调试》是一门综合性和实践性很强的工程应用性课程，课程应针对特定的工作岗位，以职业技能的提升为核心，兼顾学生职业素养的培养，通过基于工作过程的课程建设，实现学校与企业的对接，突出人才培养的针对性、一致性和职业院校培养技术技能型人才、服务社会的职能，对于其他课程建设有一定的借鉴作用。

参考文献：

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中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2012）12-0102-02

《自动化设备及生产线》是机电一体化专业、数控专业等必修的一门课程，涉及机械技术、电子技术、计算机技术、液压气动技术、传感器技术、可编程控制技术等相关知识，是一门综合应用能力较强的课程。学生通过课程的学习，要掌握各种自动化设备及生产线的运行控制原理、安装与调试的基本技能。要想教好、学好这门课程，必须让学生将相关基础专业课的知识有机融合在一起，构建一个完整的知识体系。教师采用的教学方法不得当，就不利于学生构建完整的知识体系，往往顾此失彼，不利于培养学生的综合技能，更不能满足企业的要求。有鉴于此，在《自动化设备及生产线》课程教学过程中采用项目教学法，能够调动起学生的学习兴趣，高质量地完成教学目标，增强学生的职业技能，并逐步培养学生的辩证思维能力、综合思考与动手能力、团队合作精神、创造能力和进取精神。同时，采用项目教学法，符合职业教育“以就业为导向、以能力为本位”的基本要求，符合职业教育的培养目标。笔者拟结合实际案例，阐述项目教学法在《自动化设备及生产线》课程中的应用。

项目教学法概述

项目教学法是以典型产品为载体设计学习项目，以工作过程为线索设置课程教学过程，按照工作的相关性来组织课程的教学内容，以职业能力的形成为依据选择课程内容并以完成工作任务为主要学习目的的教学模式。项目教学法的最大特点是“以用促学”，即以任务为驱动，将工作作为课程内容的载体，实现理论知识与实践技能的有效整合，以项目为主线、学生为主体，改变以往“教师讲，学生听”被动的教学模式，创造学生主动参与、自主协作、探索创新的教学模式。

笔者所阐述的项目教学法是在自动化柔性生产线MPS实训设备的基础上，以生产线的工作过程和工作站为依据，合理设置项目教学的各个工作任务，把理论知识与实践技能有效结合，实现自动化设备及生产线课程的一体化教学。

项目教学法的典型应用

自动化柔性生产线MPS实训设备是一种最为典型的机电一体化、自动化类产品，它是在接近工业生产制造现场基础上又针对教学进行了专门设计，强化了各种控制技术和工程实践能力。该实训设备由8个工作站组成，分别为上料检测站、机械手搬运站、工件加工站、工件分拣站、工件传输站、工件装配站、装配搬运站及立体仓库站，控制系统由西门子PLC完成，具有较好的柔性，即每站各有一套PLC控制系统独立控制，可以学习简单的基本工作站的安装与调试，也可以学习复杂系统的控制、编程、装配和调试技术。

机械手搬运站是MPS实训设备中的第二站，主要完成将工件从上料检测站搬运到工件加工站的待料工位。下面就以机械手搬运站的安装与调试为例阐述项目教学法在自动化设备及生产线课程中的应用。

创设情境，任务引入 首先教师通过播放MPS正常运行视频，并正确操作演示MPS工作流程，学生了解柔性加工生产线加工工艺，观察机械手搬运站的工作过程，并思考如何安装与调试，通过关键问题的引入，分析该工作站的结构组成与调试方法，明确工作目标，引入工作任务。教师活动与学生活动如表1所示。

明确目标，确定任务 通过情境设计，引导学生明确工作目标，布置工作任务，并下发工作任务单。机械手搬运站的安装与调试主要涉及机械装置、气动装置、控制系统和程序调试四部分，考虑到中职学生的特点和项目主要目标，在该次课设计了两个工作任务，如表2所示。

分析任务，制定计划 学生以小组为单位开展工作，每个小组3～4人，其中1名组长，每名成员都有自己的工作角色和工作岗位，组长接到工作任务单后，根据任务要求，进行工作任务细分并制定工作计划，教师可以指导其开展工作。根据机械手搬运站安装与调试的工作要求，学生制定的工作计划如表3所示。

任务实施，互动交流 在明确工作任务和制定工作计划后，学生在组长带领下，在教师指导下，协作完成任务，教师深入到学生之中，了解学生的工作情况，指导点拨并帮助学生处理难解决的问题。学生在完成任务之后，在教师引导下对完成的项目任务中所涉及的相关理论知识进行归纳总结，互相交流，并提出知识扩展和创新之处。表5展示了机械手搬运站安装与调试的任务实施过程。

任务考核，成果展示 任务考核和成果展示，是开展项目教学活动不可或缺的一个环节，考核内容分5S管理、成果展示、项目创新和工作记录四项。各项目小组将工作成果进行汇报交流与展示，教师对展示小组进行考核和点评，同时小组间互相交流和评价。通过成果展示，小组间互相交流任务完成过程中遇到的问题、困难及解决方法、收获和体会等。教师通过小组工作任务的验收和班组成员的表现，给各小组综合评价。评价的方式在项目汇报完成以后，由教师、组长及学生个人进行评价，让学生明确在项目学习中自己的优点，更好地激发学生学习的积极性，同时了解存在的问题，完善以后的项目学习。

任务延伸，知识汇总 工作任务完成后，为了项目学习的延续，教师根据下次工作任务，让学生利用业余时间研究机械手搬运站控制系统的安装与调试和PLC程序调试等内容，并将本次课所涉及的理论知识点汇总整理，为整个机械手搬运站的安装与调试做好准备工作。

通过项目教学法在《自动化设备及生产线》课程中的应用，有效地调动了学生的学习积极性，学生变被动学习为主动学习，突出了工作任务的完成，体现了以学生为主体，教师为指导，“做中学，做中教”的教学理念，同时注重开发培养学生的职业能力、强化团队协作精神、注重工程实践能力的提高应用，最终使学生具有较强的实践动手能力、独立分析问题能力与解决问题的能力，在这个过程中形成良好的职业习惯与职业素养，为今后走上工作岗位打下坚实的基础。

参考文献：

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[5]章国华.典型生产线原理、安装与调试[M].北京：北京理工大学出版社，2009.

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一、设备故障的定义

设备故障，是指设备失去或降低其规定功能的现象，表现为设备的某些零件失去原有的精度或性能，使设备不能正常运行、技术性能降低，使设备中断生产或效率降低而影响生产。根据设备在其寿命周期内，由于磨损或操作使用等方面的原因，使设备暂时丧失其规定功能的状况，设备故障主要分为2种：突发故障：突然发生的故障。发生时间随机，较难预料，设备使用功能丧失。劣化故障：由于设备性能的逐渐劣化所引起的故障。发生速度慢，有规律可循，局部功能丧失。

二、设备故障率

设备故障率是指设备在应开动时间内，产生的设备故障时间与应开动时间的比值：

P=设备故障时间/设备应开动时间

实践证明，设备的故障率随时间的推移呈图示曲线形状，这就是著名的“浴盆曲线”。设备维修期内的设备故障状态分三个时期：初始故障期：故障率由高而低。材料缺陷、设计制造质量差、装配失误等原因造成。偶发故障期：故障率低且稳定，由于维护不好或操作失误造成，最佳工作期。耗损故障期：故障率急剧升高，磨损严重，有效寿命结束。

设备管理是以设备为研究对象，追求设备综合效率，应用一系列理论、方法，通过技术、经济、组织，对设备的物质运动和价值运动进行全过程的科学型管理。

设备管理的基础源于对生产线设备故障率的统计及分析。

目前，通用的设备故障率的统计一般有2种方法：平均故障率法和最大故障率。

1、平均故障率：生产线所有设备的故障时间总和与生产线所有设备生产时间总和；2、最大故障率：生产线故障时间最长的设备的故障率代表整线设备故障率。

但是根据笔者多年设备管理经验，发现以上2种方法均存在着不同程度的缺陷。平均故障率法：生产线设备台数多的话，将会掩盖个别设备高故障率的现象，尽管故障率很低，但并不能说明生产线的效率一定高。最大故障率法：仅以一台设备的故障率来显示整条线的故障率，以点带面，在设备数量众多，且有着并行工序的情况下，一台设备的故障率是无法影响整线效率的，这样的统计方法显然是不科学的。所以，从科学统计出发，真实反映设备故障对生产的影响，需要对设备可动率的统计方法进行改进。

三、创新型故障率统计

以江南某大型发动机气缸体机加工生产线为例，该生产线以德国进口加工中心设备为主。主要通过龙门式机械手、滚道进行工件输送。在统计故障率时，将整条生产线划分为多个段落，再通过段落汇总出整线故障率，主要思路及方法如下：

1）以机械手、上下在制口作为段落划分依据，根据段落影响原则，将生产线设备划分为多个段落。这样可以有效降低可动率计算分母，使统计更加科学：①以机械手及关联机床为段落划分；②无机械手设备以前后有上下在制点划分为段落。

2）生产时间的统计，将段落作为一个整体设备来统计生产时间，例如有个段落由4台机床组成，每台每天工作100分钟，整体的生产时间应为4台总生产时间400÷4=100分钟。

3）并行、串行工序分类统计

对于设备故障统计的一刀切的算法，存在着不合理性：

①对于整段设备，如果是由串行机床组成，则单台设备的故障，均会影响整段设备的生产：

段落故障时间=机床1+机床2+机床3

②对于整段设备，如果存在着并行机床（加工内容相同），一台设备的故障，仅仅影响了效率的一部分，若是关联的机械手故障，则可以认为引起了整段设备整体故障。

例如：一台机械手，关联4台并行机床。机床1故障20分钟，机床2故障40分钟，整段生产时间100分钟。

则实际对生产影响的故障时间为：20÷4+40÷4=15分

若机械手故障20分钟，则会影响整段生产，所以实际对生产影响的故障时间为20分。

③对于整段设备由并行机床、串行机床混合组成，则需将以上2种计算方法混合应用。

4）故障故障时间不重复计算

①并行设备

由于并行设备已经在故障统计中考虑了效率的折算，所以并行设备之间的重叠故障时间在理论上是不存在的。

②并行设备&机械手

由于机械手与各并行机床在实际意义上相当于串行，所以机械手与各并行机床的故障是存在重叠的，应该扣除。

例如：机床1.1故障时间8：00-8：20，故障20分；机床1.2故障时间8：10-8：18，故障8分；机械手故障时间8：10-8：25，故障15分。

按照我们上面的算法，不考虑重叠时间，整个段落的故障时间应该为：（20+8）÷2+15=29分。

这里面就有个问题了，根据上述情况，机械手（8：10-8：25）的15分的故障时间应该算为整个段落的故障时间，而此时机床1.1和机床1.2不管是不是故障，这一段时间内都是整段故障了，而机床1.1（8：00-8：10）这段时间实际上仅影响生产效率一半，所以正确的故障时间应该为：10÷2+15=20分。

这样算来差距还是很大了，根据机械手与机床1的重叠故障时间为10分，机械手与机床2的重叠故障时间为8分，所以正确的计算方法应该是：（20+8-10-8）÷2+15=20分。

③串行设备&机械手

该段落内如果均为串行设备，机械手不管是否存在，都应算作与机加工设备串行。

同一段落内，串行设备由于任意一台故障均是影响整个段落生产，故应该在故障中扣除：例如：机床1故障时间8：00-8：20，故障20分；机床2故障时间8：10-8：15，故障15分；机床3故障时间8：15-8：30，故障15分。按照传统意义的故障统计，总共的故障时间应为：20+15+15=50分。

但是整个段落是在8：00至8：30之间故障，实际故障时间为30分，所以机床2（8：10至8：15）故障的15分以及机床3（8：15至8：20）的5分的故障时间应为重叠时间，正确的算法应该是：20+15+15-15-5=30分。

四、总结

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在“互联网+”及信息技术不断成熟发展的背景下，智能化时代的大局已经初步形成，而智能化的初期表现就是生产自动化。在计算机技术、电子信息技术的共同作用下，自动化生产线早已成为了现实，现如今，自动化生产线面临着新一轮的技术革新，其必须与最新的计算机控制技术相结合，形成更为智能化的发展。

一、计算机控制技术与自动化生产线概述

计算机控制技术是基于计算机编程而实现的电子控制技术，其采用电子控制元件与计算机后台控制模块相对接，电子元器件就可按照计算机内置编程来完成相应的工作任务。与此同时，工厂中必须安装相应的自动化生产线，自动化生产线上集成了生产某种类产品所必需的各类机器设备，这些机器设备中都安装了电子控制元部件，自动化生产线上的流程实现了对接，在第一个流程开始工作之后，后面的流程就会形成相应的自动运转。这种自动化生产设备的设计比较复杂，需要安装很多电子元器件，这些元件有的是感应运作，有的是按照编好的程序运作，最终实现个流程的相互配合。而在智能自动化生产线中，其不仅可以按照既定的流程完成生产任务，还可以根有很多功能上的拓展，比如智能化的识别、调整、修复、挑拣、标注等功能，甚至是智能化的设计、改造功能。

二、计算机控制技术在自动化生产线中的应用

(一)自动化生产线中的计算机控制设备结构及优化计算机控制技术实际上也是依托计算机硬件设备而实现的，所以在自动化生产线中需要相应的计算机总控后台及相应设备。在计算机控制设备的结构设计中需要计算机硬件设备、电路连接器、电子控制元件以及各类扩展单元。一般小型的自动化生产线的控制元件不会太多，相应的计算机控制设备也比较简单，但是大型的自动化生产线都有计算机总控后台，计算机总控后台也是专业设计生产的，并不是一台普通计算机就能够直接进行应用的。而在自动化生产线的不断优化发展中，计算机控制设备的结构以及所使用的配件也是在不断优化的。仅仅是从计算机控制设备的CPU来看，其就在不断更新换代，以提高计算机控制的效率。在智能化生产线的发展中，计算机控制设备也必须是智能化的构成，其可以进行更为强大的内部信息和程序处理，并能够对出现的问题作出自动化的分析和处理。

(二)自动化生产线中计算机控制器程序设计及优化在由计算机控制的自动化生产线中可以按照既定的功能编程来完成每一步的生产任务，同时完成各类检测要求，现如今的自动化生产线执行效率高，出错率低。之所以能够实现自动化的生产，除了在机械设备上做出了相应的协调配合设计之外，最主要依赖的还是计算机总控设备，也就是计算机控制器，其所具备的程序设计功能是支持和保障机械设备自动化运作的关键。在自动化生产线中所应用的计算机控制器是可以进行编程的，其一般在出厂时就内置了各种生产程序，但是在实际应用过程中，其所具备的程序设计扩展功能可以实现自动化生产线功能的进一步拓展。而且现如今所使用的机械编程比计算机编程要简单一些，其有一些已经合成的编程控制模块，可以拿来直接应用，不需要再从头进行原始编程操作。对计算机控制器程序进行优化可以从企业自动化生产线的工艺和功能要求方面来进行分析，从而提高生产效率。

(三)自动化生产线中控制总线的应用及优化计算机控制下的自动化生产线中需要由控制总线来进行连接，因为在计算机信息技术中的数据信息无法直接传输给机械设备来进行识别，必须要通过控制总线来实现数据信息和模拟信息之间的转换，从而让机械设备可以根据接收到的指令来完成相应的工作。一般在自动化生产线中总线从计算机控制系统中接出之后，连接到智能化远程的处理器以及变频器中，相应的机械设备上的控制器就可以完成相应的操作。具体在总线应用中需要采用节约总线并提高数据传输效率的方案，从而提高总线控制的运行效率，中间配置上相应的转换设备以及测量控制器，实现对各类机械设备的控制。