电气与动力工程学院

"数字化工厂"大学生创新实践基地

发布时间:2026-03-24浏览量:

“数字化工厂”大学生创新实践基地坐落于迎西校区电机馆,涵盖201、233、234、325、326等多个房间,实践场地总面积达680平方米,仪器设备总值900多万元。

基地有通识教育、过程控制、运动控制、工业信息网络、智能产线和无人机开发六大实践平台,聚焦搭建理论教学与实际工作场景桥梁的核心目标,推动信息技术与实践教学深度融合,深化实践教学模式改革,助力提升创新能力与教学质量,为学校发展注入新活力。坚持自主、开放、创新原则,构建学生主导+教师指导体系,以产-教-课-赛融合模式培养创新人才,全面开放设备资源,鼓励学生参与重要课题与项目研究,以科学研究为引导、学科竞赛为载体,推动学生勇于实践、探索与创新,系统性培养创新能力,为培养新工科创新人才提供有力支撑。

中心近五年获国家级奖项25项、省级137项,获批教育部产学合作协同育人项目5项,开设创新创业课程1门,并承担多项创新训练计划。

一、智能制造通识教育平台

智能制造通识教育平台是面向智能制造领域的开放式通识学习平台,构建了从业务指标规划设计、多源信号采集处理到智能决策支持的全链路技术框架,整合了多种工艺对象、各类传感器、信号处理模块、核心控制器、执行机构、人机交互界面(HMI)以及业务数字化管理系统等关键组成部分。

在功能布局上,平台划分设备层、控制层、监控层、管理层四大核心区域,搭载单部电梯、智能制造数字化产线、液位控制3套专业虚拟调试平台,以及自动门、提升机等8种典型实验对象。

平台以项目实践为核心导向,聚焦智能制造核心领域,助力学习者全面、系统地掌握智能制造知识体系,最终具备自动化系统的分析、开发与调试能力。

二、过程控制平台

过程控制平台采用高精度动态仿真技术,通过数字化手段,在小型化半实物实验装置上完整复现实际工业装置的各类对象特性。系统由三部分构成:工业生产场景平台模拟现场环境,包含设备、仪表、机泵、阀门等;工业集散控制系统(DCS)配置西门子S7-400控制器与ET200M远程分布式I/O设备;工业虚拟仿真软件包提供工程对象数据引擎、教学辅助模块、智能评分系统及数据通讯接口。

该系统可开展对象特性分析、控制方案设计、系统实施等多种专业实验。其对象特性与工业装置完全一致,支持多种信号通讯方式,学生可借助数十个检测点与十多个执行机构,自由探索控制算法,契合新工科对多学科交叉、复杂工程问题解决及创新能力的培养要求。

三、运动控制综合平台

运动控制综合平台是典型的运动控制技术应用的实例,其源自对工业领域典型生产加工过程的抽象提取,包含圆盘同步、直线同步、卷绕、飞剪、抓取在内的多种运动控制对象。卷绕控制对象取材自工业中常见的需要恒张力的卷取过程,广泛应用于造纸、纺织、印染、纤维、橡胶等行业,可实现转矩控制和速度控制两种控制模式。飞剪运动控制对象提取自冶金板材行业中典型的加工处理过程,尤其在轧钢加工线中应用普遍,且有着举足轻重的地位。抓取对象取材自工业现场常见的XYZ三自由度运动机构,在物流仓储行业中应用尤为普遍。

四、工业网络与信息综合平台

工业网络与信息综合平台是融合工业网络通讯(CT)、工业控制系统(OT)、信息系统(IT)及工业信息安全的综合系统,可构建与实际生产企业一致的工业生产网络、管理系统架构及信息安全防护体系。

平台采用工业以太网交换机、无线通讯模块、信息安全模块、PLC、触摸屏等设备与信息系统,支持高冗余高可靠工业网络、PROFINET实时通讯网络,可实现NAT、VPN等安全防护策略,以及工业以太网线缆、无线、光纤等多介质数据传输。

平台面向自动化、信息安全等多专业实践教学,覆盖工业以太网线制作、网络部件安装、网络配置管理、故障诊断、PLC操作、信息安全防护配置、信息系统部署,直至项目系统设计实施的全流程实践内容。

五、智能制造产线

智能制造产线通过部署具备自动供料、检测、组装及装卸运输功能的成套设备,构建高度连续的全自动化生产线,还原真实产品生产场景。本系统整合分散的教学与实践要素,形成一个多方参与、动态进化的平台。既能让为学生将理论知识转化为实际操作能力,提供全新的综合实践平台,也能为教师提供教学创新与技术精进的载体,实现教学、实践与技术更新的协同推进。

虚拟现实技术在工业领域应用广泛,可构建物理制造环境数字复制品,测试验证产品设计合理性。智能产线虚拟调试依托数字孪生模型,能在无硬件实体的设计阶段,开发调试自动化控制工程,验证并优化生产工艺,还可在计算机上模拟含机械部件、电气设备等的生产过程,在虚拟环境测试工艺。助力学生综合运用所学知识,自主设计并构建各类规模化自动化生产系统模型。

该平台可模拟触点开关组装,覆盖供料、检测等典型工艺,通过仿真在三维场景还原硬件工艺过程,且支持工业以太网通讯,能直连可编程控制器(PLC)控制各工作站。

六、无人机开发平台

聚焦无人机技术教学与产业应用,打造“理论-实践-竞赛-行业”一体化培养平台,助力学生掌握核心技术、适配产业需求。

实验室设有多元核心模块:通过Easy云课堂实现学习答疑,搭配无人机开源飞控、运动轨迹观测与专业教学仿真构建数字教学场景;提供竞赛管理功能,以赛促学激发创新;借助智能流转装置管理设备借还,实现教学过程与资产管理数据可视化。

课程以项目任务式为纲,构建软件在环仿真→硬件在环仿真→桌面整机测试→自由飞行验证四级实践阶梯,由浅入深提升学生分析与实操能力。结合电力巡检、应急消防等真实场景,强化飞行技能与产业应用能力,实现从实验室到产业端的无缝衔接。