中国现代教育装备
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 教育科技  
基于数字孪生的皮带机分拣教学系统设计与开发
来源:《中国现代教育装备》杂志 时间:2025-6-30 16:12:03
  [导读]教育数字化转型背景下,以数字孪生技术为依托,开发了提升智能制造人才培养质量的新教学系统。以皮带机分拣线为例,建立了皮带机分拣设备的数字孪生体,实现了全要素高保真还原,并完成了分拣功能的虚拟调试。构建了沉浸式、个性化的教学场景,基于OPC UA协议实现了皮带机物理实体与数字模型的双向映射、动态交互和实时连接等全生命周期的同步运行,提高了学生的实践能力,从而满足当下智能制造复合型人才的培养需求。

  作为智能制造领域的关键技术之一,数字孪生技术是驱动未来制造业转型的重要驱动力[1]。它根据现实生活中的物理实体构建完全一致的虚拟映射空间,具有高保真、实时连接等特性[2]。2018年4月,教育部发布《教育信息化2.0行动计划》,将实验教学信息化作为高等教育系统性变革的内生变量,以高质量实验教学助推高等教育教学质量变轨超车,助力高等教育强国建设[3]。这为数字孪生技术融入实验教学提供了新的思路。

  皮带机分拣线是常见的物流传输及分拣设备。实训教学是理论课程的延伸及实践落地,借助该产线学生可以编写PLC程序控制机构运行,理解不同物料传感器的识别原理。为了紧跟实验教学信息化变革潮流,在实训过程中融入数字孪生技术,创建皮带机分拣线数字模型,开展基于数字孪生的虚实结合实训教学。

  1 数字孪生体系框架

  2 皮带机分拣教学系统设计流程

  3 应用案例:皮带机分拣教学系统开发

  4 结语

  利用数字孪生技术对智能制造实训环节进行改革,实现数字化教学,对新时代智能制造人才培养具有重要意义。本文将数字孪生技术引入实训教学,建立皮带机分拣线的数字模型,实现了对分拣线全要素的高度逼真模拟。在Process Simulate软件中利用OPC UA协议完成了皮带机分拣线与数字模型之间的双向映射、动态交互及实时数据同步,覆盖从设计到运行的整个生命周期,构建了实时交互的数字孪生实验平台,提出以下结论。

  一是皮带机分拣线教学系统能够全面满足教学需求。该系统不仅为学生提供了深入了解数字孪生技术的机会,还可通过实际操作和模拟练习,显著提升了学生的逻辑思维能力和解决问题的能力。

  二是皮带机分拣线教学系统的设计开发以数字化手段解决了理论与实际应用脱节的问题,提升了教学效果及数字化教学应用水平,进一步推动数字化教学的发展。

  参考文献

  [1] 刘永刚,姚立权.基于数字孪生的虚拟仿真技术远程教学实训的应用研究:以智能制造技术专业为例[J].湖北开放职业学院学报,2023,36(18):145-147.

  [2] 赵丽艳.数字孪生支持下虚拟仿真实验辅助植物景观设计课程改革与实践:以“城市社区花园可食植物景观设计”虚拟仿真实验教学为例[J].现代园艺,2023,46(20):183-185.

  [3] 教育部关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知[EB/OL].http://www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7945/s7946/201806/t20180607_338713.html.

  [4] 姚柳.基于数字孪生的数控技术课程教学实践[J].集成电路应用,2023,40(10):396-397.

  [5] 周文军.基于数字孪生的PLC教学实训系统开发与应用[J].信息与电脑(理论版),2023,35(6):161-164.

  [6] 杨斌,俞齐鑫,张丹.基于数字孪生技术的智能产线虚拟仿真实训教学研究[J].科教导刊,2023(26):46-49.

  [7] 陶红.虚拟现实中基于几何和实体建模方法研究[J].电脑编程技巧与维护,2013(4):62,86.

  [8] 林承志,黄华,张仕祥.基于Unity的制造业自动化生产线数字孪生平台设计[J].唐山学院学报,2023,36(3):38-43,84.

  [9] 肖庆阳,方建儒,王龙,等.基于数字孪生的全周期智慧车间系统[J].组合机床与自动化加工技术, 2021(10):129-132.

  [10] 林润泽,王行健,冯毅萍,等. 基于数字孪生的智能装配机械臂实验系统[J].实验室研究与探索, 2019,38(12): 83-88.

  [11] 罗岚,周崇尧,胡琼,等.深海采矿动态数字孪生系统开发[J].哈尔滨工程大学学报, 2023(2):1-7.

  [12] 曹家勇,吕文壮,唐鼎,等.基于Tecnomatix的汽车前地板焊装生产线的工艺规划及仿真验证[J].机械设计与制造, 2021(10): 174-178.

张文超 王明伟 张尧 大连工业大学机械工程与自动化学院


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