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智能制造系统设计与搭建AI虚拟仿真实验软件开发
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| 采购信息 | |
| 采购单位名称 | |
| 采购项目名称 | 智能制造系统设计与搭建AI虚拟仿真实验软件开发 |
| 成交供应商 | **** |
| 成 交 价（元） | 140000 |
| 采购清单 | ||||||
| 序号 | 物资名称 | 规格型号 | 单价（元） | 数量 | 技术参数 | |
| 1 | 智能制造系统设计与搭建AI虚拟仿真实验软件开发 | 150000 | 1 | 智能制造系统设计与搭建AI虚拟仿真实验软件开发需求及设计方案 空间与学习路线 1. 序厅：安全任务发布 AI安全导师说明学习目标。学生需要先完**全通识学习，并进行答题，****实验室。答题错误，系统给出反馈与解析。 2. 第一模块：智能制造未来产线认知 学生将沿智能制造未来产线的标准动线依次穿越智能生产区、数字孪生仓储物流区与低碳辅助功能区，每个区域内的柔性生产设备、无人化仓储单元与智慧运维设施均配备AR交互说明与数字标识，在沉浸式实景漫游中完成新一代智能制造未来产线的场景认知、设备识别与作业规范建立，快速构建面向未来工业场景的产线全局认知体系。 3. 第二模块：智能制造未来产线全流程实训 依托数字孪生虚实融合技术，设置新手、中级、高级三级梯度实训模式供学生根据自身能力自主选择，在全开放的工业设备**库支持下，学生可根据目标产品需求自由组态搭建不同类型的智能生产线，完整复现从原料毛坯加工到成品智能质检、机器人精准抓取、AGV无人转运与智能仓储入库的端到端未来制造全闭环流程，同时系统可动态注入电机等核心关键设备的典型工业故障，支持学生完成全流程的故障排查、根因分析与修复处置训练，全面覆盖从产线设计搭建、生产全链路运行到核心设备智能运维的完整智能制造岗位能力训练闭环。 4. 第三模块：智能评价 针对学生的生产线搭建全流程构建多维度自动赋分模型，可对产线布局合理性、设备选型适配度、实际运行效能与设备利用率等核心维度进行精准量化打分，同时动态追踪学生的故障排查操作路径、处置逻辑与最终修复结果，对其故障排除实操能力完成过程性考核，全部实验流程结束后，系统将自动整合全链路操作数据、得分明细与能力诊断结论，一键生成完整的标准化实验报告。 第一模块：智能制造未来产线认知 1.模块任务 采用“准入前置→分区漫游→认知闭环”的单向闭环逻辑，将安全准入模块与产线漫游模块深度融合，全程无回头路、无交叉动线，既符合工业现场安全规范，又能让学生循序渐进建立完整认知体系。 第一站：安全准入实训区 作为学生进入实体产线前的第一站，集中完成三**全能力培养，所有区域均配套AR交互考核与闯关答题机制，未通过准入考核的学生无法进入后续产线漫游环节： 人员安全防护区：通过AR虚拟穿戴模拟，让学生掌握安全帽、防静电服、护目镜等工业防护装备的正确穿戴规范，完成工业场景基础安全意识建立。 产线物料与危化品管理区：依托数字孪生虚拟仓储单元，模拟不同属性物料、危化品的分类存放、申领、转运全流程操作，掌握危化品管控核心规范。 工业三废与废弃物处理区：通过实景交互演示，让学生直观了解生产废液、废固、废气的合规分类与处置流程，建立绿色制造的基础作业准则。 学生完成上述三项子任务后，进入智能制造准入答题墙，完成4道核心知识点闯关题，全部答对后方可解锁下一模块，答题错误时系统即时给出知识点解析，引导学生返回对应区域重新学习。 设置： - 1道产线作业场景防护用品匹配题； - 1道工业安全标识连线题； - 1道产线废弃物分类匹配题； - 1道产线入场前综合安全检查情境简答题。 第二站：未来产线沉浸式实景漫游区 学生通过准入考核后，沿标准单向动线依次穿越智能生产区、数字孪生仓储物流区与低碳辅助功能区三大核心功能区，每个区域的设备与设施均配备AR交互说明与数字标识，在漫游中完成场景认知、设备识别与作业规范的深度强化： 智能生产区：对应柔性生产设备AR交互认知，学生可通过AR眼镜叠**看具身机器人、机械臂、加工中心、AI质检单元的内部结构、运行参数与标准操作流程，完成核心生产设备的识别与作业规范学习。 数字孪生仓储物流区：对应无人化仓储单元AR交互认知，学生可沉浸式体验AGV调度、立体仓出入库、物料智能分拣的全流程，结合前置环节的危化品管理知识，掌握智能仓储场景下的物料安全作业规范。 低碳辅助功能区：对应智慧运维设施AR交互认知，学生可通过AR交互了解智慧能源管控、设备预测性维护、三废末端处理的运行逻辑，联动前置环节的废弃物处理知识，完整建立绿色智能制造的全流程认知体系。 第二模块：智能制造未来产线全流程实训 1.模块任务 软件可以实现所有主流产线的搭建，这里以“搭建一条汽车零部件智能装配生产线”为例进行介绍，学生进入虚拟产线空间后，依次完成产线布局规划、核心设备安装、单站功能及产线的调试，实现产品从毛坯到成品的全流程操作，并完成成品的检测、抓取、运输和仓储，教师端可随机设置故障，学生具有对生产线故障(如电机、传感器、链条断裂、皮带打滑等)进行诊断的能力。让掌握装配产线的基础搭建方法，最终完成生产线的安全运行验证。 2. 模式选择 进入软件后，分别是新手模式、中级模式和高级模式三种模式选择。 新手模式：包含智能制造系统设计与搭建完整过程，可选择性完成实验，每一步实验环节均可选择进行跳过（跳过的步骤视为实验失败步骤，将扣除对应的分数，但是将自动展示出正确的实验操作答案或步骤，不熟悉的学生可利用此方式进行初步的熟悉），学生可以先利用此模式对实验进行熟悉，完成后再次进行实验并选择更高级别模式进入并完成实验； 中级模式：实验中，部分智能制造系统搭建过程具备一定难度，较难部分实验步骤设置选择跳过环节，选择是否跳过（跳过的步骤视为实验失败步骤，将扣除对应的分数），其他步骤不能进行跳过； 高级模式：包含智能制造系统设计与搭建完整过程，实验过程中需要完成每步的设计与搭建过程，无选择跳过环节，需完整完成实验操作请根据自身知识掌握情况谨慎进行选择，避免实验失败。 3. 智能制造未来产线全流程实训 3.1元宇宙数字孪生产线布局规划 学生接入高保真元宇宙数字孪生规划空间后，系统依据零部件装配工艺的逻辑约束，引导其开展产线整体布局设计①。 场景内置主流生产线全部工业级的参数化模型，涵盖具身机器人、四六轴工业机器人、模组移栽机器人、加工中心、输送线、传感器、气动元件等全品类装配产线常用设备，学生可通过搜索、分类筛选快速调取所需模型，还可对模型的尺寸、负载、行程等参数进行自定义调整②，适配不同的产线设计需求。 学生完成模型拖拽布局后，系统自动校验产线布局的合规性，识别出安全通道过窄、设备间距不足、物料周转路径交叉等典型布局问题，即时给出优化提示，平台记录该布局任务完成状态。 3.2未来制造具身机器人元宇宙参数标定③ 针对仓库毛坯料取出的场景，具身机器人围绕负载安全、导航避障、抓取适配、产线协同、环境防护五大核心维度设置专属参数，需适配毛坯料重量大、形态不规则、仓库环境杂乱的工况，避免掉件、卡滞、碰撞等故障。 标定完成后，系统自动启动全工况仿真验证，学生可实时观测参数调整对作业效果的影响，完成从参数配置到故障规避的闭环实训。 3.3元宇宙虚实映射机器人轨迹示教④ 学生进入元宇宙虚实映射实训场景，针对产线上下料工业机器人开展全流程轨迹示教操作。系统将虚拟空间中的机器人末端执行器与虚拟示教器界面完成实时位姿绑定，学生通过沉浸式手动拖拽末端执行器，同步映射至虚拟示教器的关节坐标与笛卡尔坐标面板，逐一记录上料取件、工位对位、下料转接等关键作业点位。 示教过程中，数字孪生系统实时对整条运动轨迹进行碰撞风险预扫描，一旦识别到机器人本体与工装夹具、周边设备发生干涉的潜在风险，立刻在虚实双端同步高亮预警并标注风险区域。学生可在元宇宙空间中直接拖拽调整关键点位，联动虚拟示教器完成点位参数修正，系统自动重新生成平滑过渡的运动路径，最终完成从起点到终点无碰撞、节拍最优的完整上下料轨迹规划与仿真验证。 3.4元宇宙虚实融合控制系统主拓扑结构设计⑤ 学生依托产线数字孪生全景视图，结合已完成的设备布局与工艺流程信息，在元宇宙场景中逐步完成全链路控制系统方案设计。 根据未来制造产线的分布式控制需求，学生从虚实融合模块库中按需选取控制组件，拖拽至对应网络层级节点，完成控制系统主拓扑结构的全链路搭建。提交方案后，系统自动校验信号链路连通性与层级逻辑合规性，若拓扑存在疏漏，将高亮标记异常节点并给出优化指引。 结合系统同步映射的全产线输入信号、输出信号、模拟量信号点表，学生精准选取PLC电源模块、数字量输入输出模块、模拟量采集模块，完成PLC控制站的硬件组态搭建，实现实体产线与数字孪生体的控制逻辑完全映射。 3.5未来制造产线数字孪生控制硬件的配置和选择⑥ （1）单元功能介绍 在元宇宙场景中，逐一完成存放模组单元、物料运输单元、螺母拧紧单元、激光打标单元、包装运输单元的数字孪生体功能映射讲解，明确各单元在虚实协同产线中的协同逻辑与数据交互规则。 （2）单元硬件选择 根据各单元的未来制造场景控制需求，学生依次完成存放模组单元、物料运输单元、螺母拧紧单元等核心工位的硬件选型并提交。系统自动校验选型与工位负载、运动精度、响应速度要求的匹配度，若选型错误则同步给出适配性提示。场景中设置三相异步电机、步进电机、三相同步电机等多类干扰选项，考查学生对不同动力元件的工况适配能力，掌握未来产线不同工位的硬件选型逻辑。 3.6元宇宙电气原理图自动生成与虚实同步修改⑦ 学生在元宇宙中确认所有硬件选型后，系统自动基于数字孪生体的元件参数与连接关系，生成初步电气原理图。学生可点击任意元件直接修改参数、调整回路，修改完成后原理图自动同步更新至对应数字孪生设备，彻底规避传统手动绘图的疏漏问题，实现电气设计与虚拟产线的实时联动。 3.7元宇宙数字孪生存放模组单元设计 （1）单元虚实映射设备组成介绍 本单元由1:1复刻的堆垛机数字孪生体与零件存放仓库孪生场景组成。堆垛机孪生体完整还原实体设备的运动逻辑：从零件仓库中取出零件，放置在倍速链上传送至机器人作业位。堆垛机水平运动机构与竖直运动机构各搭载3个数字孪生传感器，两端传感器实现虚拟限位，中间传感器标记运动零点。按照齿轮泵装配工艺流程，堆垛机从零点位置移动至前盖存放仓位，气动滑台将载有前盖的工装板从货架取出，堆垛机将工装板运送至倍速链传送工位，倍速链将工装板回传至起始侧，载物台将工装板取回仓库单元，再以相同流程完成泵体、后盖工装板的取放，最终堆垛机回归零点位置。 零件存放仓库孪生场景中，从左到右依次精准映射前盖、泵体、后盖的存储仓位与工装板状态，实现实体仓库与虚拟场景的状态实时同步。 （2）元宇宙SFC顺序功能图虚实联动搭建⑧ 学生在元宇宙的逻辑组态界面中，对应堆垛机取料、倍速链传送的全流程，搭建与数字孪生设备动作完全绑定的SFC顺序功能图，每一步逻辑节点都与虚拟设备的运动状态形成映射，实现逻辑组态与设备仿真的同步校验。 （3）PLC程序设计⑨ 根据给出的PLC输入信号和输出信号，让学生编写部分PLC程序逻辑，并下载到虚拟PLC中。 （4）三维仿真运行验证 点击运行本平台，看设备运转的情况是否符合工作流程，若不符合工作流程，设备将按照程序设计里的程序进行相应动作。可返回程序设计步骤进行修改，然后重新进行运行验证。 3.8未来制造元宇宙物料运输单元设计 （1）单元组成简介 物料运输单元以数字孪生倍速链为核心，完成零部件的全流程无人化转运。元宇宙场景中完整还原倍速链传动机构、主动链轮、倍速链传送板、张紧机构、从动链轮的内部结构与运动原理，支持剖切透视查看传动细节，让学生直观掌握未来柔性运输系统的底层运行逻辑。 （2）SFC顺序功能图搭建⑩ 倍速链将工装板运回到起始侧，载物台直接从倍速链上取下工装板，并运回原仓库单元。分别从仓库其他位置去另外两个载有零件（泵体、后盖）的工装板，运动过程同上；然后堆垛机回到零点位置。 根据工作流程，搭建出相对应的SFC顺序功能图。 （3）PLC程序设计⑾ 根据给出的PLC输入信号和输出信号，让学生编写部分PLC程序逻辑，并下载到虚拟PLC中。 （4）三维仿真运行验证 点击运行本平台，看设备运转的情况是否符合工作流程，若不符合工作流程，设备将按照程序设计里的程序进行相应动作。可返回程序设计步骤进行修改，然后重新进行运行验证。 3.9元宇宙智能拧紧单元数字孪生设计 （1）单元组成简介 元宇宙场景中1:1复刻螺母拧紧单元的核心结构：由三个直线模组组成的直角坐标机器人、高精度拧紧轴、自动螺母送料装置，支持360°旋转查看拧紧轴内部传动结构，直观掌握未来智能装配工位的作业原理。 （2）SFC顺序功能图搭建⑿ 机器人用气爪抓起前盖后，将其放置到夹具上。机器人取来泵体，放在前盖上;取来后盖，放在泵体上。拧紧轴从螺母送料装置上取下螺母，将螺母拧在螺栓上。机器人将齿轮泵取下夹具，并将齿轮泵放在成品存放平台上。 根据工作流程，搭建出相对应的SFC顺序功能图。 （3）PLC程序设计⒀ 根据给出的PLC输入信号和输出信号，让学生编写部分PLC程序逻辑，并下载到虚拟PLC中。 （4）三维仿真运行验证 点击运行本平台，看设备运转的情况是否符合工作流程，若不符合工作流程，设备将按照程序设计里的程序进行相应动作。可返回程序设计步骤进行修改，然后重新进行运行验证。 3.10元宇宙激光打标打标单元设计 （1）单元介绍 1）单元功能简介 打标单元在元宇宙场景中完成工件到位检测后，驱动数字孪生激光打标机在泵体表面完成溯源标识打印，实现未来制造产品全生命周期的数字标识管理。 2）单元组成简介 软件中的检测单元主要由直线皮带输送线、变频器、三相交流减速电机、工件检测传感器、激光打标机等组成。 （2）SFC顺序功能图搭建⒁ 打标单元主要工作流程:到料检测传感器检测到工件搬运到位后,激光打标机会将提前设置好的图标打印到泵体上。 （3）PLC程序设计⒂ 根据给出的PLC输入信号和输出信号，让学生编写部分PLC程序逻辑，并下载到虚拟PLC中。 （4）三维仿真运行验证 点击运行本平台，看设备运转的情况是否符合工作流程，若不符合工作流程，设备将按照程序设计里的程序进行相应动作。可返回程序设计步骤进行修改，然后重新进行运行验证。 3.11未来制造元宇宙包装运输单元设计 （1）单元介绍 1）单元功能简介 包装运输单元在元宇宙场景中完成打标后成品的自动化包装，对接未来智能仓储的入库标准，实现产品下线后的全流程无人化衔接。 2）单元组成简介 孪生场景完整还原智能包装盒、包装协作机器人的结构与作业逻辑，直观展示未来柔性包装工位的运行模式。 （2）SFC顺序功能图搭建⒃ 到料检测传感器检测到工件搬运到位后,包装机器人开始对泵体进行包装。根据工作流程，搭建出相对应的SFC顺序功能图。 （3）PLC程序设计⒄ 根据给出的PLC输入信号和输出信号，让学生编写部分PLC程序逻辑，并下载到虚拟PLC中。 （4）三维仿真运行验证 点击运行本平台，看设备运转的情况是否符合工作流程，若不符合工作流程，设备将按照程序设计里的程序进行相应动作。可返回程序设计步骤进行修改，然后重新进行运行验证。 3.12 通讯配置⒅ 以仿真模拟的方式，建立虚拟（工控机）IPC与PLC之间的通信，选择通讯方式。可选择的通讯方式有：RS485、RS232、TCP/IP。选择的同时可查看RS485、RS232、TCP/IP三种不同方式的特点及接线方式。选择通讯方式后，根据PLC的默认地址，设置工控机的IP地址，使其保持同网段，实现PLC与工控机的通讯。例如在监控层网络通讯部分，仿照WinCC与PLC通讯，采用TCP/IP协议，通过仿STEP7功能设置虚拟PLC的以太网通讯地址，建立局域网，设置连接参数，实现通讯连接。 3.13未来产线传感器类型选型⒆ 针对位置检测、物料识别、温度检测等不同场景，从光电传感器、接近传感器、视觉传感器等品类中选择适配型号，明确不同传感器的检测原理与适用场景。 3.14传感器安装点位标定⒇ 在各工位的指定位置拖拽放置对应传感器，调整安装高度与检测距离，系统实时提示安装位置是否符合检测要求。 3.15 气缸参数配置 学生在生产线实习调试气缸时，需按“先基础气源、再运动控制、后安全校验”的顺序完成全流程参数设置，如通气调压、调速稳行、调缓冲限位、带载校验等，避免设备碰撞与安全事故。 3.16 电机参数配置 学生为电机设置额定转速参数、转矩和效率等参数，例如将输送线电机转速设置为0.5m/s，系统实时校验参数是否匹配负载要求。 3.17联合调试 整个系统涉及到硬件、通信、逻辑策略等一系列问题，单个的系统测试完成后。需要将整个系统进行联调。验证各个环节的通信、同步等问题。软件以虚拟仿真的方式，将此部分内容以虚拟交互式教学的方式，引导学生进行学习及操作使配置。 3.18产品检测 针对生产线完成的产品，利用具身机器人搭载AI视觉系统自动识别外观缺陷，学生需设置成像基础参数、识别阈值等参数，对于有缺陷的产品进行分类。 3.19 故障模拟 当学生完成联合调试成功运行之后，系统自动触发产线卡料报警音效与红色警示灯闪烁，场景中呈现预设的装配工位物料卡滞、设备通信中断的异常状态。学生根据状态判定故障类型。 第三模块：实验评价 实验结果提交包含两部分，填写实验报告和提交仿真实验视频；按要求完成一个仿真示教，并保存视频，一同提交。提供实验结果自动批改功能接口，对于按照规范的接口要求进行开发的实验**，平台在学生提交实验结果后自动评判，给出分数和智能批改得分细节。教师还可设置实验报告答案与实验报告题目分数，设置后，学生提交的实验报告中的问题回答可自动批改，给出分数。 实验报告管理功能：支持学生在线提交实验报告，教师可对实验报告进行在线批注和批改，学生可导出单个实验的报告，教师可批量导出单个实验的所有报告。 实验考核模块：提供针对实验项目的网上问卷功能，由参与者填写，并最终评判答案，给出实验评分，后台提供答题人数、答题平均分、每题正确率等数据统计。 AI辅助功能 1. AI安全导师与知识问答 学生进入实验前，AI安全导师介绍人员防护、物料存储、危化品管理和废弃物处理等安全知识。学生可通过自然语言提问，系统结合安全知识库回答防护用品选择、物料分类、隐患风险等问题。答题错误时，系统自动分析错误原因，给出知识点解析和再次学习建议。 2. AI设备认知与操作引导 学生点击设备、机器人、电机、传感器或气缸后，可查看设备功能、适用场景、选型依据和误用风险。系统结合学生当前实验步骤和操作记录，识别漏操作、顺序错误或配置不完整等问题，并根据新手、中级和高级模式提供不同程度的操作提示。 3. AI参数辅助分析 针对机器人负载、传感器类型、气缸压力、电机转速、转矩和效率等参数，AI结合设备工况和工艺要求进行辅助分析，输出参数是否合理、可能存在的运行风险以及建议调整方向，并说明相关原因。 4. AI布局与轨迹分析 系统完成产线间距、通道宽度、物料路径和机器人运动轨迹的基础检测后，AI对检测结果进行解释，说明可能产生的碰撞、干涉、维护不便或物流冲突，并提出布局和轨迹调整建议。 5. AI故障诊断与排故指导 当产线出现卡料、通信中断、电机异常、传感器无信号或皮带打滑等故障时，AI结合报警信息、PLC信号、传感器状态和操作日志，给出可能的故障原因、判断依据和排查顺序，并对学生的故障处理过程进行辅助评价。 6. AI视觉检测 在产品检测环节，AI视觉系统对虚拟相机采集的产品图像进行分析，识别漏装、错装、位置偏移和表面缺陷等预设问题，输出合格或不合格结果、缺陷类型、缺陷位置和识别置信度，并将检测结果写入实验评分和实验报告。 7. AI智能批改与实验报告分析 系统根据教师设置的参考答案、评分标准和实验要求，对学生的实验报告和问答结果进行智能批改，给出得分、扣分依据和答案分析。实验完成后，AI结合学生的操作步骤、参数设置、错误记录、故障处理过程和实验成绩，生成实验总结，指出薄弱知识点并提出复习建议。 引导视频 根据申报要求制作含AI及产业结合内容的引导视频 简介视频 根据申报要求制作含AI及产业结合内容的简介视频 开放式实验教学智能体管理平台 | ||
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