智能制造自動化生產線的仿真搭建

林峰，陳天凡，趙仕宇

（福州職業技術學院，福州 350108）

0 引言

目前，很多制造企業都上線智能制造自動化生產線，但是這些智能制造自動化生產線要么是為了生產專門產品而設計，要么生產線規模太大，操作復雜，無法用于教學；同時，該項目所設計的智能制造自動化生產線受場地面積限制，無法將企業中的智能制造自動化生產線照搬到學校進行使用[1]。為了解決企業中所使用的自動化生產線不適合進行實訓教學，同時為了解決高校智能制造實訓設備落后問題，該項目設計了一條功能齊全，適合生產和教學的產學一體智能制造自動化生產線。

1 總體方案設計

該項目所設計智能制造自動化生產線選擇中小型汽車零部件為主要加工對象。中小型汽車零部件生產批量大，結構簡單，適合產地有限的智能制造自動化生產線搭建。此智能制造自動化生產線應合理搭建在25m×8m=200m2的場地上，同時可以分開設置多個實訓教學單元，滿足獨立開展實訓教學工作的需要。此外，該智能制造自動化生產線應該能按標準進行實際生產加工，所生產加工的產品包含但不限于以下零件：渦輪增壓器中間體、飛輪、法蘭、階梯軸。整條生產線要求功能齊全，從毛坯到成品全過程實現自動化，運行順暢，節拍合理。

本條智能制造自動化生產線有6 個模塊組成，分別是：倉儲模塊、物流模塊、加工模塊、清潔模塊、檢測模塊、監控模塊[2]。

（1）倉儲模塊設計

該模塊主要完成毛坯入庫操作。在初始狀態，需要人工將毛坯隨意堆放到容器中，因此需要用到視覺系統來識別單個毛坯堆放時的位置和姿態，為機器人定位和抓取提供準確數據，再由機器人將毛坯放置在物料托盤上并擺放整齊。最后，將托盤放入貨架的未加工區域。整個貨架分位未加工區域和成品區域，通過RFID 實現智能貨架管理。

此外，倉儲模塊可以與其他模塊分開，獨立設置倉儲模塊實訓教學單元，主要讓學生通過該模塊了解視覺系統工作原理；熟悉智能貨架管理工作原理和動作流程；掌握機器人抓取毛坯、進出庫編程等。

（2）物流模塊設計

此模塊主要完成毛坯、半成品和成品在各模塊之間的貨物搬運[3]。該項目場地面積小，除了布置必須的加工單元外，空余面積無法布置傳送帶等需要占用場地的傳送裝置。故采用由AGV 小車和各個接駁料道組成物料模塊，占用場地面積小，可以靈活設計傳送路線，方便學生在場地進行實訓。

此外，物流模塊中的AGV 小車可以讓學生了解AGV 小車工作原理，掌握搬運路線的設計和應用。

（3）加工模塊設計

此模塊主要完成毛坯到成品的加工過程。通過分析渦輪增壓器中間體、飛輪、法蘭和階梯軸加工工藝，此模塊設計采用1 臺數控車床、1 臺數控車削加工中心、2 臺立式數控加工中心、1 臺數控鉆工中心等數控機床和3 臺固定式機器人組成，主要實現功能如下：

①零部件自動裝夾和加工。

②學生可以學習數控加工知識。

③學生可以學習機器人編程和操作。

④學生可以學習數控機床和機器人組成的獨立自動化加工單元。

（5）檢測模塊設計

此模塊由自動影像測量儀和三坐標比對儀器等測量檢測設備組成，主要實現檢測半成品或成品零件是否加工合格。學生可以通過此檢測模塊學習現代工廠最先進的檢測技術。

（6）監控模塊設計

此模塊由智能制造自動化生產線監控系統和檢測系統組成，可以實現可視化教學，參數實時監控、檢測和故障診斷等。

2 智能制造自動化生產線仿真搭建

該項目投資金額比較大，需要對生產線進行精心設計，可以通過VisualOne 智能工廠虛擬仿真系統對智能制造自動化生產線進行仿真搭建，排除不合理布局，設計出合理的自動化加工流程[4]，搭建的智能制造仿真生產線如圖1 所示。（掃圖2 所示二維碼，觀看智能制造生產線自動化生產過程視頻）

圖1 智能制造自動化生產線仿真搭建

圖2 掃碼看視頻

3 渦輪增壓器中間體自動化加工過程

以汽車零件渦輪增壓器中間體生產加工為例，實現智能制造全自動化加工過程。其中，渦輪增壓器中間體如圖3 所示，其加工工藝如表1 所示。

圖3 渦輪增壓器中間體

表1 渦輪增壓器中間體加工工藝

智能制造自動化生產線加工工藝流程如圖4所示。

圖4 自動化加工工藝流程圖

4 結語

該項目基于VisualOne 智能工廠虛擬仿真系統優化布局，所設計智能制造自動化生產線又可以獨立組成學習模塊，幫助學生學習當前智能制造的先進技術。本條生產線亦可對多種加工對象設計自動化加工流程，實現柔性化加工生產。