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智能傳感器應用實訓系統
一、裝置整體需求概述
1、智能傳感器應用系統要求包括傳感器技術、機械裝配技術、氣動技術、液壓技術、電子技術、電工技術、計算機技術以及生產數字化技術（如工業物聯網、射頻識別、近場通信、無線通信、PLC網絡服務、網絡安全、2D視覺系統和3D視覺系統等）。該系統還要求集成機器人技術、數據上云和邊緣計算技術。
2、要求通過學習該應用系統，學員將能夠掌握組裝、安裝、調試、維護、修理及優化自動化設備上的各類智能與傳統傳感器的技能。他們還將學會如何進行信息采集、數據傳輸以及實現數據上云應用。利用從各種傳感器獲取的數據及生產過程中產生的信息，學員可以完成對設備的生產流程優化、質量控制以及預測性維護等功能。
3、該系統要求由多個應用單元組成，包括供料分揀單元、視覺分析單元、訂單灌裝單元、機器人3D視覺包裝單元、智能倉儲與預測性維護單元，以及低代碼開發平臺和MiniMES系統。它綜合運用了多種技術，如視覺傳感器技術、3D視覺技術、工業協作機器人技術、伺服控制技術、電機控制技術、可視化界面編程技術、PLC控制技術、工業傳感器應用技術、MySQL數據庫技術、預測性維護技術和低代碼開發技術。
4、整個系統要求覆蓋從原材料處理到成品存儲的完整生產流程，具體功能包括：工件上料、工件屬性檢測、視覺分析與計算、缺陷工件分揀、固體顆粒填充、工件稱重、工業機器人進行產品包裝、3D視覺定位、檢測、成品貼標、分類存儲。通過先進的技術與功能模塊，系統不僅需實現高效的自動化生產，還能確保產品質量的一致性和生產過程的透明度。同時，系統的預測性維護功能需有助于提前發現潛在問題，減少停機時間，提高整體生產效率。此外，低代碼開發平臺使得非專業開發人員也能快速調整體系抓取生產數據，進一步增強了系統的靈活性和適應性。
5、系統應包含全國行業職業技能大賽人工智能競賽智能硬件裝調賽項（智能傳感器與邊緣計算方向）的競賽能力，投標文件需提供制造商賽項支持證明材料和競賽現場照片。
二、產品特點需求
1、結構穩定，布局合理要求：框架式組合結構，結構穩定，空間占用小，布局合理，操作方便安全，外形界面柔和，人機界面友好。
2、功能全面性要求：裝置需融合典型機電一體化設備機械部件安裝、氣動系統的安裝與調試、電氣控制電路的安裝和PLC編程、機電設備安裝與調試、自動控制系統安裝與調試于一體，滿足實訓教學和競賽的需要。
3、安全可靠性要求：保證學生基本技能的訓練、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：裝置需具有單獨功能的部件進行模塊化組裝，每個模塊都具有相應的培訓內容，各個模塊又能組成一個工業系統。裝置中的各個模塊能夠體現出典型的工業控制過程，模塊組合而成的工藝流程能夠由簡單到復雜，由淺入深，層次分明，便于學生進行有梯度的訓練，能以基礎知識為起點，實現從基礎原理、技能訓練到復雜的工業化領域。各模塊單元能根據實際生產物流和順序規劃等不同的課題進行重新組合。裝置應涵蓋技術廣泛，使學生不僅能進行基本指令訓練，而且提供特殊生產控制工藝流程。設計電源模塊，繼電器模塊，同時與PLC模塊的靈活控制相結合，便于設備的升級與設備功能擴展。螺旋送料模塊，氣動機械手等模塊的高度可以根據實訓內容靈活調整。設備要求每個工作單元及模塊可以單獨拼湊，具備升級空間，提供工作站的組合照片。同時工作單元采用通用化模塊與創新模塊組合的方式，不同模塊間可以根據實訓任務自由組合，可以構建出教學和競賽任務所需的各種不同類型創新型組合單元。
5、集成式設計要求：裝置中的工作單元應采用機電集成式設計，每個單元中所涉及的各個傳感器、電機、電磁閥等傳感器和執行器的安裝部件和接口單元獨立地匯集成一體，同一個工作單元中各個器件通過標準接口再與控制器進行連接，這樣便于模塊和工作單元之間的靈活組合，教師及學生可自行設計不同的課題對平臺的各單元進行重新組合，也可自行開發被控單元與平臺配合使用。投標文件中要求提供采用的集成化接口端子照片。
6、多種賽項的支持能力要求：系統要求需是滿足中華人民共和國職業技能大賽“機電一體化”項目相關能力及水平要求以上的設備，系統主要組成供料單元、罐裝單元需能夠滿足中華人民共和國第一、二、三屆職業技能大賽相關選拔賽的參賽訓練要求，支持自由設定已知模塊和未知模塊，學生在各自區域內獨立完成新單元的安裝、編程、調試及運行，然后配合其它單元完成整條生產線的安裝、編程、調試及運行，最終完成實訓教學和競賽訓練。
7、豐富的教學資源要求：要求配套實訓教程、教學課件以及操作手冊等豐富的教學資源，為開展高效的教學活動提供極大的便利。提供課程教學軟件，包含氣動、液壓、傳感器技術、可編程控制器技術、機電一體化、電工技能、仿真等基礎教學資源，師生可登錄軟件，通過文字、動畫、視頻等方式進行學習和創作。設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機電一體化競賽的培訓需求，投標人或制造商供貨時需提供與設備配套的用于競賽訓練的國賽或省賽試題資料不少于10套。
8、要求服務的課程
1）《傳感器原理與應用》：設備中要求涉及到對多種智能傳感器的安裝、調試與應用，這與該課程緊密相關。通過賽項實踐，學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制，以及如何根據不同的應用場景選擇合適的傳感器類型，增強對傳感器特性和參數的掌握。
2）《智能傳感器技術》：專門針對智能傳感器展開教學，賽項的內容能夠為該課程提供豐富的實際案例和應用場景。學生可以學習到智能傳感器的數據獲取、處理和傳輸技術，以及智能傳感器在人工智能系統中的集成和應用方法，提升對智能傳感器技術發展趨勢的認識。
3）《智能傳感器硬件安裝實踐》：培養學生智能傳感器的硬件安裝步驟和注意事項。包括傳感器的機械安裝（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）。以振動傳感器為例，詳細講解如何將其安裝在電機等設備上，以準確監測設備的振動情況。提供實際的安裝工具和工業級傳感器產品，讓學生親自動手進行安裝，教師現場指導糾正錯誤操作，如接線錯誤、安裝位置不當等問題。
4）《智能傳感器調試與故障排除》：講解智能傳感器調試的方法和流程，如通過軟件工具對傳感器進行參數設置（如靈敏度調整、濾波設置等）。對于光纖傳感器，學生要學會使用調試軟件設置光強度閾值等參數。開展故障排除實踐，模擬傳感器常見故障（如信號干擾、通信中斷、硬件損壞等），讓學生通過檢測工具（如示波器、萬用表等）和調試軟件進行故障診斷和修復。
5）《程序設計基礎》：考核學生對傳感器數據獲取和處理的編程能力，這要求學生具備扎實的編程基礎。該課程可以為學生打下編程的基礎，包括編程語言的語法、算法設計、邏輯思維等方面的訓練，使學生能夠熟練運用編程語言對傳感器采集到的數據進行處理和分析。
6）《數據處理與分析》：在智能傳感器應用中，大量的數據需要進行處理和分析才能發揮價值。賽項中的數據處理環節可以與該課程相結合，讓學生學習數據清洗、轉換、存儲、分析等技術，掌握數據處理的工具和方法，提高學生對大數據的處理和分析能力，為智能傳感器應用中的數據處理提供支持。
7）《機器人系統集成與傳感器協作》：講解機器人的基本結構和控制系統，以及如何將智能傳感器集成到機器人系統中。例如，在協作機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，從而調整抓取力度。開展實驗課程，讓學生實際操作將智能傳感器與機器人進行連接和通信設置。例如，通過編程實現機器人根據超聲波傳感器檢測到的距離信息來調整運動路徑，避免碰撞。
8）《機器人生產線應用案例分析》：分析機器人生產線中智能傳感器的應用案例，如汽車制造生產線中，利用 3D 智能相機對汽車零部件進行視覺檢測，識別零部件的形狀、尺寸和表面缺陷。組織學生參觀實際的機器人生產線，觀察智能傳感器在其中的布局和工作流程，讓學生繪制傳感器與機器人協作的工作流程圖，加深對系統的理解。
9）《電子電路基礎》：智能傳感器的工作離不開電子電路的支持，賽項中涉及到傳感器與電路的連接和調試。這門課程可以幫助學生掌握電子電路的基本原理、電路元件的特性和電路的設計方法，為學生理解智能傳感器的電路連接和調試提供理論基礎。
10）《系統集成與調試》：該課程主要培養學生對系統的集成和調試能力，與賽項中智能傳感器的組網、系統的集成和調試等內容相關。通過課程學習和實踐，學生可以了解系統集成的流程和方法，掌握系統調試的工具和技巧，提高學生對智能傳感器系統的集成和調試能力。
11）《人工智能導論》：該課程介紹人工智能的基本概念、原理和方法，為學生理解智能傳感器在人工智能領域的應用提供理論基礎。賽項中的智能傳感器應用技術是人工智能技術的重要組成部分，通過將賽項內容與課程相結合，可以幫助學生更好地理解人工智能技術的應用場景和發展趨勢，激發學生對人工智能技術的學習興趣。
12）《機器學習與深度學習》：智能傳感器產生的大量數據需要通過機器學習和深度學習算法進行分析和處理，以實現智能化的應用。這門課程可以讓學生學習機器學習和深度學習的算法原理、模型訓練和優化方法等知識，為學生在智能傳感器應用中運用機器學習和深度學習技術提供理論支持。
13）《邊緣計算基礎概念與架構》：介紹邊緣計算的基本概念，如邊緣節點的定義、邊緣計算在智能工業自動化系統中的作用。通過對比云計算，讓學生理解邊緣計算如何在靠近數據源（智能傳感器）的地方進行數據處理，減少數據傳輸延遲。講解邊緣計算的架構模型，包括邊緣設備、邊緣服務器和云平臺之間的關系。以智能傳感器數據處理為例，展示數據如何從傳感器傳輸到邊緣設備進行初步處理，再根據需要上傳到云平臺進行進一步分析。
14）《傳感器數據邊緣處理技術》：培養學生如何在邊緣計算環境下對智能傳感器數據進行處理的能力，如數據濾波、特征提取、數據融合等技術。以超聲波傳感器和視覺傳感器（工業 2D、3D 智能相機）的數據融合為例，講解如何將距離數據和圖像數據進行融合，以更準確地識別物體的位置和狀態。開展編程實踐，讓學生使用編程語言（如 Python）編寫邊緣計算數據處理程序，對來自不同智能傳感器的數據進行處理，并將處理結果反饋給機器人控制系統或其他執行機構。
15）《電子實訓》：通過實際操作訓練學生的電子設備裝配、調試和維修技能，與賽項中的硬件操作部分緊密相關。學生可以在實訓中熟悉各種電子設備和工具的使用，提高動手能力和解決實際問題的能力，為賽項中的硬件操作環節做好準備。
16）《綜合實踐項目》：設置綜合性的實踐項目，讓學生將所學的知識和技能應用到實際項目中。可以以智能傳感器應用為主題，讓學生設計和實現一個智能傳感器系統，包括傳感器的選擇、安裝、調試，系統的集成和編程等，培養學生的綜合應用能力和團隊合作精神。
17）《系統架構與組成部分》：講解智能工業自動化系統的整體架構，包括智能傳感器、機器人、自動化設備、控制系統和信息管理系統等組成部分。通過系統框圖展示各部分之間的連接和數據流向，如智能傳感器將數據傳輸給控制系統，控制系統根據數據驅動機器人和自動化設備進行生產操作。分析不同行業（如電子制造、機械加工、食品加工等）智能工業自動化系統的特點和差異，讓學生了解系統的多樣性和靈活性。
18）《系統運行與監控實踐》：讓學生實際操作智能工業自動化系統的運行，通過監控軟件觀察系統中各個智能傳感器的數據變化和機器人的工作狀態。例如，在自動化包裝生產線系統中，學生可以通過監控軟件查看重量傳感器、光纖傳感器等的數據，以及包裝機器人的工作效率和故障情況。開展系統優化實踐，讓學生根據系統運行數據提出優化建議，如調整傳感器位置、優化機器人運動路徑等，以提高系統的生產效率和質量。
三、技術條件
1、輸入電源：單向220V±10% 50Hz
2、裝置容量：≤1.5kVA
3、外形尺寸：≥3500mm×760mm×800mm
4、安全保護：具有漏電壓、漏電流保護，安全符合國家標準
四、設備配置需求清單
序號 名稱 單位 數量
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 機器人3D視覺包裝單元 套 1
5 智能倉儲預測性維護單元 套 1
6 傳感器應用測試臺 套 1
7 邊緣計算工控機 套 1
8 邊緣計算平臺 套 1
9 系統配件 套 1
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