目前中国制造业现状，从手工作坊延伸至全自动化生产线，生产制造水平参差不齐，随着国家对实体制造业扶持力度逐年增大，政策引导下的中国制造业正在转型升级，同时，企业急需大量懂得智慧生产的人才。作为人才摇篮的高等院校在培养智慧制造人才方面承担重要责任。

  针对学校的实训环境，在全自动生产线基础上实现智慧生产，建立一个既能将已有的设备实现互联互通，也能将新购置的设备共融互联是一个合理的构建方式。全面了解设备运行状态，通过采集设备运行参数进行统计、分析，找出生产加工过程中的盲区和短板，有效的降低生产成本、提高生产效率，通过智慧车间软件管理开发平台和MES系统的应用使得对智慧制造的实现过程更加了解，并且在二次开发基础上实现科研价值。

  加工设备互联互通的安全问题也是联网必须考虑的重要因素，而无论是学校/企业原有的设备还是现在新购设备本身都未从网络安全的层面有所考虑，无论新旧设备都是没有安全认证措施的“开口”设计，对于设备的联网安全存在巨大安全隐患。

  智慧车间实训平台主要着眼点是基于打造全自动化生产线上实现智慧制造，通过模拟实践了解企业生产现场运行状态，培养适合制造业升级的智慧制造人才。

一、特点

  1.支持常见的工业现场协议和设备协议（如法兰克、西门子等设备协议），确保既有设备和新购设备的自然融入；

  2、应用层采用下一代物联网和工业4.0标准协议之一的OPC UA构架；

  3、通过嵌入式数控设备信息采集控制器，除了现场网络接入设备（如法兰克数控系统。点对点操控而不是路由，彻底消除不安全因素）外， 也同时提供多路数字输入输出和模拟量采集通道，必要时可以扩展采集和控制功能，例如能耗评估或故障诊断和控制等；

  4、提供简单易学的二次开发平台，教师和学生可以进一步结合自己的需要进行开发和学习， 供应商和厂家也可以继续完善和开发拓展应用，确保解决方案的迭代升级；换句话说，解决方案是可灵活扩展的、可进化的解决方案；平台支持快捷方便的网络部署和应用程序更新，便于升级维护和扩展应用；

  5、互联互通的安全保障：

  所有节点上都采用公钥私钥认证和高级加密方式，做到三不原则，即“防偷窥”，“防篡改”，“防攻击”；采用通用和成熟的安全体系，例如，类似于主流的电商网站的安全机制；

  所有节点同时采用硬件物理隔离方式，实现网络安全和电气安全的双重防护；

  6、透明教学：

  不同于工业环境应用，教学环境更注重过程的教学，注重实现过程的重现。本案采用步骤分解的教学模式，实现知其然，也知其所以然；关键内容和环节步骤化和透明化，适宜教学场景；

  7、MES集成：

  将工业应用的MES系统打散融合到系统中， 教学提示和考核的内容也自然分解到其中，这是与工业现场使用的MES最大不同的地方；

  8、教学考评：

  与工业生产类似， 教学的质量和效果也需要客观和定量的评价。这也是所有教学系统难以解决的难点。 平台提供集成的教学考评系统，并力图从采集到的数据（包括累积的历史数据）对教学品质和学生学习成果分门别类进行度量，尽可能提供较为全面的评估结论；

  9、移动应用：

  二次平台也支持安卓和苹果等的app开发。然而，与常见方案不同的是，总是通过PC机上的单一开发环境完成需要的app的开发和部署，并不需要知晓复杂的安卓和苹果等的宿主开发语言和环境。最大的好处是既可快速体验手机应用的特点，又极大降低移动app的开发难度，更适合于学校非计算机软件专业的学生的移动互联的实训和体验。

二、构架

1、总体构架

整个解决方案按层次分为后端层(Backend Layer)、应用层(Application Layer)、联网路由控制层(Link&Control Layer)、物理层(Physical Layer)等四个层面。 目前所有层的内容仅是代表了典型场景， 可以根据需要增补删改。

2、功能分解：

A.后台服务层（Backend Layer）：

    后端层目前包括关系型数据库（SQL），制造执行系统（MES），教学考评系统（EES），第三方产品接口（3INTERFACE,可选）， 流程控制系统（FCS）, 安全支持系统（SSL），OPC UA桥。

    B.应用层（Application Layer）：

    应用层分为桌面应用、移动应用与展示应用。安全支持系统主要使用其加解密和认证的功能，确保信息和命令的安全完整。 这与联网控制层的应用方式是一致的。与后端的差别是不需要密钥生成和管理分发功能。 

    C.路由控制层（Link & Control Layer）：

    常用设备分分DW-28与DW-59 两种，在方案设计中根据内容要求结合使用。我们推荐方案中配置一台触摸显示一体化的DW-59设备。之所以这样做，是因为同样的数控设备， 教学与实际工厂现场的应用要求有很多不同点。 有了显示触控设备， 各式的管理信息，教学信息等可以直接推送到每个学生的现场，增加教学的直观感和交互性。

    D.物理层（Physical Layer）：

    车间现场的设备比较庞杂， 学校之外的现场就更复杂了。 这里描述是仅仅是常见的部分设备，如法兰克等数控加工中心、ABB等机器人、PLC定制设备、空调水泵等能源设备。

    3.1、设备组成：实训室现场设备由原料仓库、AGV小车、数控加工设备、机器人、成品仓库、现场看板六部分组成，后台设备软件由MES系统、智能制造分析展示系统、程序控制中心、DW开发部署平台四部分支持；真实反映了从原材料上料开始到产品加工完成中间的自动化生产流程，图示如下：

    3.2、工作原理：AGV小车在原料仓库上料（人工）后，按照既定路线运送至原料待加工指定地点（待机器人抓取完成后AGV小车自动运行至下一地点），由机器人抓取原料并放置数控加工设备A处进行加工，加工完成后由机器人抓取并放置在数控加工设备B处进行加工，产品加工完成后由机器人抓取并放置在AGV小车上，小车按既定路线将已加工完成产品运送至成品仓库。

    3.3、方案构成部分：

    a．上料、加工、下料所有设备互联互通

    b．加工程序控制部分（设定与在线传输）

    c．加工信息数据采集

    d．生产状态数据分析并展示（如加工进度、设备OEE、绩效等信息、现场看板）

    e．人工智能模型建立（尤其适用于科研）

    f．MES系统应用与开发

    g．DW二次开发部署平台（尤其适用于科研）

    注明：以上各条均可单独开发教程，是智慧制造的重要组成部分，更是制造型企业生产现场所需必要技能。

图例（部分）：