劉 健，賈文軍，徐國偉，王浩程，趙 地，張江亭

(天津工業(yè)大學(xué) 天津300387)

1 活動目的意義和必要性

隨著美國“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”[1]、德國“工業(yè) 4.0”[2]戰(zhàn)略規(guī)劃的相繼提出并實施，全球掀起了新工業(yè)革命的浪潮，其主要特征是多種技術(shù)的融合，在工業(yè)生產(chǎn)中綜合了人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新技術(shù)，實現(xiàn)人、物、服務(wù)的互聯(lián)[3]。我國當(dāng)前也正在實施“中國制造 2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等重大戰(zhàn)略，力求在未來全球創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)戰(zhàn)略制高點[4]。

《中國制造 2025》明確要加快發(fā)展智能裝備和產(chǎn)品，推動制造過程智能化，重點建設(shè)數(shù)字化工廠，深化互聯(lián)網(wǎng)在制造業(yè)的應(yīng)用，提供個性化產(chǎn)品[5]。目前，智能制造已成為全球制造業(yè)發(fā)展的主要趨勢，是新一輪工業(yè)革命的核心，同時也是“中國制造 2025”的制高點、突破口和主攻方向[6]。就智能制造的定義方面，工信部組織專家給出了一個比較全面的描述：智能制造是基于新一代信息技術(shù)，貫穿設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動各個環(huán)節(jié)，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行等功能的先進(jìn)制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱[7]。具有以智能工廠為載體，以關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)智能化為核心，以端到端數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)、以網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為支撐等特征，可有效縮短產(chǎn)品研制周期、降低運營成本、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低資源能源消耗[8]。這實際上指出了智能制造的核心技術(shù)、管理要求、主要功能和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，體現(xiàn)了智能制造對于我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級和國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要作用。然而，目前智能制造在我國尚處于起步階段，企業(yè)在智能制造實施和升級改造過程中往往茫然不知從何做起。因此，面向企業(yè)、大眾，特別是社會主義事業(yè)的建設(shè)者和接班人，開展關(guān)于“智能制造”的科普活動是非常必要的。

另一方面，習(xí)近平總書記在十九大報告中指出，我國社會主要矛盾已轉(zhuǎn)化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾，保障和改善民生要抓住人民最關(guān)心最直接最現(xiàn)實的利益問題。紡織行業(yè)作為重要的民生產(chǎn)業(yè)，正處于轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期，借力“中國制造 2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”加快新一代信息技術(shù)與紡織業(yè)融合的創(chuàng)新發(fā)展成為大勢所趨；結(jié)合持續(xù)的科技創(chuàng)新，推動紡織行業(yè)向綠色低碳、數(shù)字化、智能化和柔性化等方向發(fā)展，是實現(xiàn)紡織產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必由之路[9]。同時，紡織學(xué)科是天津工業(yè)大學(xué)的“一流學(xué)科”，在這樣的大背景下，天津工業(yè)大學(xué)工程教學(xué)實習(xí)訓(xùn)練中心作為工程訓(xùn)練國家級實驗教學(xué)示范中心，緊密結(jié)合天津工業(yè)大學(xué)建設(shè)高水平大學(xué)的辦學(xué)定位，以國家級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)為依托，以一流紡織學(xué)科為特色，以培養(yǎng)新工科背景下的綜合工程人才為目標(biāo)，在學(xué)校的大力支持下，建成了紡織智能制造實訓(xùn)創(chuàng)新中心。

本文以“立足民生，個性織造”為主題策劃紡織智能制造專題科普宣傳活動。

2 活動目標(biāo)

通過智能制造專題科普宣傳活動，讓廣大科技工作者、學(xué)校師生、青少年了解“中國制造 2025”，提升對先進(jìn)制造、人工智能、智能制造科技創(chuàng)新成果及發(fā)展的認(rèn)知度，普及智能制造相關(guān)科學(xué)知識，深化對“智能制造”的理解，對于企業(yè)未來的發(fā)展，教師教學(xué)科研的拓展，學(xué)生的專業(yè)理解和職業(yè)規(guī)劃起到促進(jìn)作用。另外，將思政教育寓于科普活動中，引導(dǎo)青少年關(guān)心人類社會、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，培養(yǎng)家國情懷，并通過宣傳、體驗、實驗、觀摩等環(huán)節(jié)拓寬視野，提高文化自信，同時激發(fā)對科學(xué)技術(shù)的興趣，樹立科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)科學(xué)精神和科學(xué)行為習(xí)慣，提高科學(xué)素質(zhì)。具體目標(biāo)包括：

①企業(yè)，將紡織智能制造應(yīng)用成功的技術(shù)、經(jīng)驗，推廣到還處在工業(yè) 2.0和 3.0階段的企業(yè)，使相關(guān)企業(yè)加速邁進(jìn)工業(yè)4.0。

②科研人員，為科研人員提供實驗場所、實驗設(shè)備、加工技術(shù)等。

③學(xué)生，培養(yǎng)滿足“新工科”需求的具有綜合工程能力的高素質(zhì)人才，同時寓思政教育于科普活動中，引導(dǎo)青少年樹立社會責(zé)任感，提高文化自信。

3 活動內(nèi)容

根據(jù)智能制造的描述性定義，在智能工廠中通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)、計算機(jī)輔助工具和智能裝備的集成與互操作來實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化分布式管理，進(jìn)而實現(xiàn)企業(yè)業(yè)務(wù)流程、工藝流程及資金流程的協(xié)同，以及生產(chǎn)資源(材料、能源等)在企業(yè)內(nèi)部及企業(yè)之間的動態(tài)配置。本次科普活動即向大眾(特別是青少年)重點展示與智能裝備互聯(lián)互通的計算機(jī)輔助工具及生產(chǎn)管理系統(tǒng)，其中，作為智能制造核心的智能裝備，包含先進(jìn)數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人、增材制造裝備(3D打印機(jī))、智能傳感與控制裝備、智能檢測與裝配裝備、智能物流與倉儲裝備等。

紡織智能制造專題科普宣傳活動以“立足民生，個性織造”為主題，分為虛實結(jié)合先進(jìn)制造實驗室、機(jī)器人創(chuàng)新實驗室、紡織智能制造實訓(xùn)創(chuàng)新中心三大部分，圍繞制造、創(chuàng)新、智能等與百姓生活息息相關(guān)的問題，以科技展覽展示、互動體驗、科學(xué)實驗、咨詢服務(wù)、科技講座、科普設(shè)施開放為主要形式，以趣味機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人、3D 打印、先進(jìn)制造、自動化生產(chǎn)線、智能工廠等為主要內(nèi)容，通過線上線下相結(jié)合的形式展現(xiàn)科技創(chuàng)新成果，凸顯新時代高科技給生活帶來的便利與快捷，突出公眾的參與性、互動性和體驗性。

3.1 先進(jìn)制造實驗及咨詢服務(wù)

在虛實結(jié)合先進(jìn)制造實驗室展示虛擬加工仿真、數(shù)控加工技術(shù)及8套機(jī)電一體化實踐平臺(材料分揀實訓(xùn)裝置、典型機(jī)電設(shè)備安裝與控制實訓(xùn)裝置、自動生產(chǎn)線拆裝與調(diào)試實訓(xùn)臺、現(xiàn)代物流倉儲自動化實驗系統(tǒng)、機(jī)電一體化拆裝實訓(xùn)裝置、光機(jī)電一體化實訓(xùn)考核裝置、伺服步進(jìn)運動位控裝置、二維裝盤實驗裝置)，體驗數(shù)控雕刻加工、3D 打印增材制造，并對相關(guān)技術(shù)問題提供咨詢服務(wù)。

3.2 智能科技展示及互動體驗

在機(jī)器人創(chuàng)新實驗室展播時下熱門的“人工智能”科普資訊，展示人形機(jī)器人、六足機(jī)器人、游歷機(jī)器人、輪式機(jī)器人、無人機(jī)等“人工智能”高新技術(shù)展品，讓大眾通過與科技展品的互動體驗，深刻體會科技奧妙，感受科技創(chuàng)新對生活帶來的便利和影響。

3.3 智能制造講座及設(shè)施開放

“立足民生，個性織造”紡織智能制造專題科普宣傳活動依托天津工業(yè)大學(xué)紡織智能制造實訓(xùn)創(chuàng)新中心，向大眾特別是青少年普及紡織民生產(chǎn)業(yè)在個性化設(shè)計、全成型織造、物料自動傳輸、智能管控等方面的高新技術(shù)及智能制造發(fā)展，體驗三維人體掃描、3D選款、工業(yè)機(jī)器人控制等先進(jìn)技術(shù)。

4 活動創(chuàng)新點

4.1 緊跟時代要求，主題特色鮮明

為深入貫徹習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想和黨的十九大精神，推動新時代“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的發(fā)展理念深入人心，本科普宣傳活動以“中國制造 2025”為指導(dǎo)，以紡織民生產(chǎn)業(yè)為出發(fā)點，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)同與共享為主要途徑，基于產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的最新發(fā)展開展科普宣傳。

現(xiàn)場采用挖掘機(jī)與裝載機(jī)清理浮土，產(chǎn)生的棄土運輸?shù)街付ㄎ恢?，不得在現(xiàn)場大量堆放，以免影響正常的注漿施工。

4.2 科普內(nèi)容豐富，注重實踐體驗

此次科普宣傳活動包含虛實結(jié)合先進(jìn)制造、機(jī)器人創(chuàng)新技術(shù)、紡織智能制造 3大部分，圍繞制造、創(chuàng)新、智能等與百姓生活息息相關(guān)的問題開展科普宣傳，內(nèi)容豐富。此次活動以科技展覽展示、互動體驗、科學(xué)實驗、咨詢服務(wù)、科技講座、科普設(shè)施開放為主要形式，突出公眾的參與性、互動性和體驗性。

4.3 學(xué)科交叉融合，突出產(chǎn)學(xué)研合作

此次科普宣傳活動的主要對象紡織智能工廠是當(dāng)前紡織行業(yè)的發(fā)展方向，涉及機(jī)械制造、電氣控制、信息技術(shù)、計算機(jī)等多學(xué)科，其中的織物個性化設(shè)計、全成型織造、物料自動傳輸、自動熨燙、智能管控等功能裝備協(xié)調(diào)統(tǒng)一，彰顯產(chǎn)學(xué)研合作成效。

5 實施單位基礎(chǔ)條件

此次活動實施單位天津工業(yè)大學(xué)工程教學(xué)實習(xí)訓(xùn)練中心是工程訓(xùn)練國家級實驗教學(xué)示范中心，2018年被評為天津市外國留學(xué)生實習(xí)實踐基地。中心整合了學(xué)校機(jī)、電、信息技術(shù)實驗實踐及專業(yè)實踐教學(xué)資源，建立了以機(jī)械制造、電工電子、信息技術(shù)為基礎(chǔ)實訓(xùn)平臺，以工程認(rèn)知、制造裝備、生產(chǎn)工藝實訓(xùn)為專業(yè)實訓(xùn)平臺，以創(chuàng)新理論、創(chuàng)新實踐為創(chuàng)新教育平臺的三大實訓(xùn)平臺，實現(xiàn)了學(xué)校設(shè)備及資源的共享。同時緊密依托本校學(xué)科特色，結(jié)合本?！半p一流”建設(shè)和產(chǎn)學(xué)研技術(shù)優(yōu)勢，融入社會化實際生產(chǎn)的大工程要素，建成紡織智能工廠，進(jìn)一步強化大工程意識、培養(yǎng)工程綜合實踐能力。

5.1 實施單位工作基礎(chǔ)

天津工業(yè)大學(xué)工程教學(xué)實習(xí)訓(xùn)練中心是校級課外實踐創(chuàng)新基地，2015年以來每年都會針對大一新生開展大學(xué)課外實踐創(chuàng)新科普活動(圖 1)，活動場所稱為“智慧教室”，展示近年來天津工業(yè)大學(xué)大學(xué)生學(xué)科競賽、創(chuàng)新性研究成果，包括學(xué)校 14個教學(xué)單位的學(xué)生創(chuàng)新作品、獲獎證書、獎杯、介紹展板等。為大一新生啟迪思維、開拓思路、激發(fā)靈感、獲得激勵，提高他們在大學(xué)四年參與創(chuàng)新實踐的熱情，明確專業(yè)學(xué)習(xí)方向，營造良好的創(chuàng)新氛圍。

圖1 大學(xué)課外實踐創(chuàng)新科普活動Fig.1 Science popularization activities of university extracurricular practice and innovation

5.2 實施單位條件

5.2.1 虛實結(jié)合先進(jìn)制造實驗室

圖2所示的虛實結(jié)合先進(jìn)制造仿真實驗室，包括16個數(shù)控仿真實訓(xùn)平臺，集成Fanuc數(shù)控系統(tǒng)、西門子數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控面板，數(shù)據(jù)傳輸，相關(guān)模擬軟件及教師管理軟件等。其中，采用硬面板仿真模擬器操作虛擬機(jī)床仿真，硬面板模擬器硬件接有外掛式手輪，可模擬真實操作。在科普活動中，該實驗室承接先進(jìn)制造虛擬加工仿真展示及體驗環(huán)節(jié)，展示智能制造中計算機(jī)輔助工具。

圖2 虛實結(jié)合先進(jìn)制造仿真實驗室Fig.2 Advanced manufacturing simulation laboratory based on virtual and real equipments

圖3所示為虛實結(jié)合先進(jìn)制造體驗實驗室，包括15臺套自制三軸數(shù)控雕銑機(jī)和8套機(jī)電一體化實踐平臺(材料分揀實訓(xùn)裝置、典型機(jī)電設(shè)備安裝與控制實訓(xùn)裝置、自動生產(chǎn)線拆裝與調(diào)試實訓(xùn)臺、現(xiàn)代物流倉儲自動化實驗系統(tǒng)、機(jī)電一體化拆裝實訓(xùn)裝置、光機(jī)電一體化實訓(xùn)考核裝置、伺服步進(jìn)運動位控裝置、二維裝盤實驗裝置)。在科普活動中，該實驗室承接先進(jìn)制造體驗、實驗環(huán)節(jié)，展示智能制造生產(chǎn)線功能模塊。

圖3 虛實結(jié)合先進(jìn)制造體驗實驗室Fig.3 Advanced manufacturing experience laboratory based on virtual and real equipments

圖4 虛實結(jié)合先進(jìn)制造加工實驗室Fig.4 Advanced manufacturing and processing laboratory based on virtual and real equipments

5.2.2 機(jī)器人創(chuàng)新實驗室

圖 5所示為天津工業(yè)大學(xué)工程教學(xué)實習(xí)訓(xùn)練中心機(jī)器人創(chuàng)新實驗室，擁有人形舞蹈機(jī)器人、游歷機(jī)器人、武術(shù)擂臺機(jī)器人、輪式機(jī)器人、空中機(jī)器人、FIRA足球機(jī)器人、水中機(jī)器人等50多臺套。學(xué)生依托機(jī)器人創(chuàng)新實驗室可參加各級各類學(xué)科創(chuàng)新競賽、課外科技活動，以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目申請，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力和團(tuán)隊合作能力；指導(dǎo)老師通過機(jī)器人科技創(chuàng)新講座向同學(xué)介紹專業(yè)發(fā)展方面的最新科技動態(tài)，為學(xué)生答疑解惑。在科普活動中，該實驗室承接智能科技展示及互動體驗環(huán)節(jié)，展示智能工廠的人工智能裝備及控制方式。

圖5 機(jī)器人創(chuàng)新實驗室Fig.5 Robot innovation laboratory

5.2.3 紡織智能制造實訓(xùn)創(chuàng)新中心

紡織智能制造實訓(xùn)創(chuàng)新中心的核心是紡織特色智能制造綜合實訓(xùn)平臺，集成了人體三維掃描、AGV系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人、電腦橫機(jī)織造、自動熨燙、成品輸送及碼垛等功能的智能制造生產(chǎn)線，并融入RFID設(shè)備管理與綜合應(yīng)用系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能管控等管理系統(tǒng)，如圖6所示。

圖6 紡織智能制造實訓(xùn)創(chuàng)新中心實踐平臺布置圖及現(xiàn)場圖Fig.6 Layout and scene drawings of practice platform in textile intelligent manufacturing training innovation center

該實訓(xùn)平臺充分采用工業(yè)現(xiàn)場總線、有線及無線近場通訊等多種網(wǎng)絡(luò)通信與接入技術(shù)，將現(xiàn)場層設(shè)備及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實現(xiàn)制造環(huán)境內(nèi)的一體化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。平臺采用分布式計算與基于服務(wù)的軟件架構(gòu)來構(gòu)建制造空間信息服務(wù)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上搭建面向生產(chǎn)綜合管控的信息系統(tǒng)，對整個制造空間內(nèi)的資源和業(yè)務(wù)過程進(jìn)行全景、全信息綜合展示。在科普活動中，紡織智能制造創(chuàng)新中心承接智能制造講座及設(shè)施開放環(huán)節(jié)，展示紡織智能工廠，包括紡織智能裝備、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等。