在數字時代浪潮的席捲下，各行業正經歷著深刻變革，虛擬仿真行業也不例外。2025年，虛擬仿真技術在多領域應用持續深化，尤其是在教育教學方面，其與專業課程的融合不斷拓展。智能製造工程專業對智能產線實訓有著迫切需求，在此背景下，智能產線虛擬仿真教學的發展成為教育領域關注的焦點。

  一、智能產線虛擬仿真系統的構建

  (一)設計理念：虛實結合，強化實踐

  虛擬仿真技術為智能產線教學帶來了全新思路。《2025-2030年全球及中國虛擬仿真行業市場現狀調研及發展前景分析報告》指出，構建的智能產線虛擬仿真實訓教學場景，具有豐富多樣、沉浸式與交互式的特點。學生藉助數字教學方式，可在仿真系統中驗證和鞏固專業知識，深度參與設計開發流程，訓練操作技能。同時，將實際運行數據映射到虛擬實驗系統，緊密結合工程實際，實現不同工位多設備聯動的虛擬仿真教學模式，使仿真結果更具可靠性。

  (二)設計目標：全面仿真，培養綜合能力

  智能製造虛擬仿真系統採用新型人機互動系統，對工業機器人以及智能製造活動中的人、物、信息和製造過程進行全方位仿真。覆蓋產品從初始設計、生產建模、仿真加工、裝配到檢驗的全生產周期。通過將虛擬仿真技術與學科專業深度融合，利用平台還原智能製造全流程，以培養學生基本認知和綜合設計操作能力為目標。藉助虛擬化技術將平台共享至網際網路，突破場地限制，擴大共享範圍。實驗內容涵蓋工業機器人實訓操作與智能生產實際案例，滿足多專業、多層次學生創新實踐需求。

  (三)系統架構：集成多元功能

  對工業機器人、電氣及周邊設備進行三維虛擬仿真，可依據用戶需求迅速構建智能生產線仿真模擬，開展工程規劃、驗證、工藝分析、邏輯驗證等工作，整合物流、人機工程及物理仿真模擬功能。該系統集成真實 / 虛擬機器人示教編程系統、工業機器人運動控制器，運用硬體模擬技術實現控制器與虛擬化通信。實訓教學操作包含 PLC 編程控制、工業機器人示教編程應用等。系統支持多品牌工業機器人虛擬仿真組件及運動仿真，用戶可自定義模型庫並導入編輯多種文件格式搭建教學場景，還能模擬多種物理範疇場景，達到與真實智能製造相同的實訓效果。

  二、智能產線虛擬仿真系統的實驗教學體系

  (一)實驗體系：涵蓋多環節訓練

  智能產線虛擬仿真練習內容豐富，包括機器人典型結構設計與建模、智能產線物流仿真、機器人工作站離線編程仿真、產品裝配仿真等。在機器人設計開發環節，針對機器人典型組件建立三維模型並參數化形成模型庫;智能物流規劃環節，分析評估產線內部物流與配送資源，優化物流配送路徑等;機器人離線編程環節，根據產線任務對機器人進行教導控制操作，生成並優化運動軌跡及程序代碼;智能裝配仿真環節，通過虛擬裝配分析電子產品裝配情況，規劃裝配工藝順序。

  (二)實驗方法：循序漸進開展實驗

  首先，打開仿真軟體進入模型編輯界面，建立工業機器人等組件模型庫，為智能裝配產線智能化場景奠定基礎。接著，導入產線組件三維模型，加入運動學和動力學分析算法，實現虛擬仿真運動控制。然後，按照實驗項目要求進行虛擬調試和仿真驗證。最後，對仿真結果進行討論，優化並改進實驗結果。

  三、智能產線虛擬仿真教學實施

  (一)任務要求：設計與仿真實踐

  指導教師依據培養方案，要求學生設計多機器人智能產線，搭建仿真應用場景，完成原材料出庫、物流傳輸、機器人裝配與檢測、成品入庫等工作的自動化仿真，並進行總結匯報與考核。

  (二)場景搭建：多模塊構成智能產線

  智能產線由五個主要部分組成。立體倉儲模塊，包含原料庫區和成品庫區，由直角坐標機器人負責出入庫;產品裝配模塊，SCARA 機器人完成部件組裝，傳送帶傳送物料，配有光電傳感器等檢測裝置;視覺檢測與封裝模塊，由 FANUC_1 機器人、虛擬相機、料倉等完成產品裝配檢測及封裝任務;自動緊固模塊，FANUC_2 機器人、送螺絲機、檢測裝置完成產品緊固螺釘任務;倍速鏈傳送模塊，由上 / 下層倍速鏈、電動機、升降機等提供物流搬運功能。

  (三)仿真分析：優化產線性能

  智能產線模型搭建完成後進行仿真模擬，物料經倍速鏈運輸，到達相應位置後由不同機器人完成裝配、封裝、緊固等任務。仿真完成後，用戶可實時查看產線數據分析，了解產線基本運行狀況。根據產線性能仿真分析結果，如產線瓶頸、設備利用率等，調整產線工藝、優化產線布局，為實體智能產線搭建和優化提供支撐。

  (四)教學過程及評價：促進學生自主學習

  學生在課前完成相關內容學習後，教師提出課程目標，下發實驗要求和學習資料，引導學生自主學習實驗原理，預習虛擬實驗基本操作。課中，教師強調實驗目標與技術難點，引導學生設計實驗參數，自主學習、思考並調試驗證仿真結果，最終提交實驗報告。該仿真系統可收集學生對實驗系統、設計、學習效果等多方面評價與反饋信息，實現教學資源開放共享和教學評價功能。

  總結

  2025年，虛擬仿真技術在智能產線教學領域展現出強大的應用潛力。通過構建智能產線虛擬仿真系統，明確設計理念、目標與架構，建立完善的實驗教學體系並有效實施教學，學生能夠沉浸式參與智能產線相關的各項流程，了解智能製造產線整體運行過程，掌握性能分析方法。這不僅有利於實現實驗教學資源的數位化管理與整合，還為培養具有前瞻視野、智能製造理念和 「兩化融合」 能力的卓越工程師奠定了堅實基礎，推動了虛擬仿真技術在教育領域的深度應用與發展。