小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心的設(shè)計(jì)與實(shí)施

摘 要：本項(xiàng)目中心設(shè)計(jì)目的：和現(xiàn)代制造企業(yè)的實(shí)際設(shè)計(jì)制造接軌，再結(jié)合體驗(yàn)中心培養(yǎng)特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)。旨在引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)現(xiàn)代制造業(yè)的數(shù)字化、智能化、智能制造生產(chǎn)的有關(guān)技術(shù)產(chǎn)生興趣。智能制造生產(chǎn)線的構(gòu)成：立體倉(cāng)庫(kù)及其控制系統(tǒng)、自動(dòng)化車(chē)床工作站、自動(dòng)化加工中心工作站、自動(dòng)化檢測(cè)與打標(biāo)工作站、智能AGV小車(chē)及其調(diào)度系統(tǒng)、PLC控制與實(shí)訓(xùn)平臺(tái)、智能制造MES平臺(tái)、大屏展示系統(tǒng)、機(jī)器人仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：智能制造生產(chǎn)線;工業(yè)機(jī)器人;加工中心;MES系統(tǒng);柔性制造

一、智能制造生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)背景

我校已建校30多年，機(jī)電技術(shù)應(yīng)用、機(jī)械、數(shù)控等專(zhuān)業(yè)，是我校建校以來(lái)的主打?qū)I(yè)，但隨著社會(huì)的發(fā)展，為了適應(yīng)社會(huì)的需求，我校的專(zhuān)業(yè)也有了較大的改變。而且隨著數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代制造企業(yè)的人才需求正在逐漸轉(zhuǎn)變。體驗(yàn)中心技能人才培養(yǎng)方向，要從之前培養(yǎng)一線操作工、裝配工、維修工、數(shù)控編程等操作技能，轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)面向生產(chǎn)管理、技術(shù)管理、工藝管理等具有操作技能和一定現(xiàn)場(chǎng)管理能力的綜合素質(zhì)人才。當(dāng)前裝備制造業(yè)人才缺口較大的是高精尖生產(chǎn)設(shè)備操作及數(shù)控編程人才（多軸加工、車(chē)銑復(fù)合）、生產(chǎn)管理及流程優(yōu)化人才。

如何把企業(yè)對(duì)人才的要求在日常教學(xué)中體現(xiàn)出來(lái)，成為人才培養(yǎng)模式改革的一個(gè)重要突破點(diǎn)。通過(guò)給大量企業(yè)用戶(hù)提供服務(wù)，掌握整理了企業(yè)的人才需求，整合資源，特提出了小型智能制造生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與實(shí)施。

二、智能制造生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)思路

本項(xiàng)目中心設(shè)計(jì)目的是和現(xiàn)代制造企業(yè)的實(shí)際設(shè)計(jì)制造接軌，再結(jié)合體驗(yàn)中心培養(yǎng)特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)旨在引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)現(xiàn)代制造業(yè)的數(shù)字化、智能化，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)智能制造生產(chǎn)的有關(guān)技術(shù)產(chǎn)生興趣。本方案按以下幾點(diǎn)為建設(shè)具體目標(biāo)：

（1）柔性制造：通過(guò)基礎(chǔ)建模系統(tǒng)、快速工藝軟件系統(tǒng)進(jìn)行工藝流程建模;經(jīng)過(guò)CNC模塊化卡盤(pán)、機(jī)械手模塊化卡具、模塊化物流托盤(pán)，實(shí)現(xiàn)柔性化的業(yè)務(wù)流程配置。

（2）智能計(jì)劃：通過(guò)電子工單系統(tǒng)的計(jì)劃排產(chǎn)模塊，設(shè)定排產(chǎn)策略實(shí)現(xiàn)一站式排產(chǎn)，自動(dòng)分解出配套計(jì)劃。通過(guò)PLC和MES數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)時(shí)反饋進(jìn)度，計(jì)劃端可實(shí)時(shí)掌控狀態(tài)、任務(wù)動(dòng)態(tài)。

（3）聚合互聯(lián)：通過(guò)智能制造平臺(tái)的自動(dòng)化設(shè)備的接口，將計(jì)劃任務(wù)自動(dòng)下發(fā)到各自動(dòng)化設(shè)備，形成CNC生產(chǎn)任務(wù)、立體庫(kù)任務(wù)、AGV任務(wù)、機(jī)械手任務(wù)、表面粗糙度檢測(cè)儀任務(wù)、三坐標(biāo)檢測(cè)儀任務(wù)和激光打標(biāo)機(jī)任務(wù)，并實(shí)施采集、調(diào)度其執(zhí)行狀態(tài)。

（4）過(guò)程可視：通過(guò)訂單流程看板、中央監(jiān)控看板、產(chǎn)線看板、工位看板、物料看板等，展現(xiàn)CNC設(shè)備、AGV、機(jī)械手的業(yè)務(wù)狀態(tài)和設(shè)備狀態(tài)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)可視化管理。

（5）全程追溯：通過(guò)正向追溯和逆向追溯，使用掃碼槍以及PDA對(duì)產(chǎn)品的基礎(chǔ)檔據(jù)、工藝標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、制造設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、制造刀具、卡具、三坐標(biāo)檢測(cè)儀表的檢測(cè)記錄、粗糙度儀的檢測(cè)記錄、加工過(guò)程、檢驗(yàn)過(guò)程、存儲(chǔ)過(guò)程進(jìn)行整合串聯(lián)追溯。

三、智能制造生產(chǎn)線的實(shí)施

（一）智能制造生產(chǎn)線的工作流程

（二）智能制造生產(chǎn)線的布局

智能制造生產(chǎn)線結(jié)合機(jī)器人、加工中心、MES系統(tǒng)等多類(lèi)先進(jìn)性技術(shù)，組成了一個(gè)完整的智造平臺(tái)。采用智能制造生產(chǎn)線和教室結(jié)合的方式，左邊為教室，學(xué)生和老師可在左邊的教室進(jìn)行理論課的教學(xué)，右邊為智能制造生產(chǎn)線，理論教學(xué)結(jié)束后可以在此進(jìn)行實(shí)際操作。

（三）智能制造生產(chǎn)線的構(gòu)成

立體倉(cāng)庫(kù)及其控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由自動(dòng)化堆垛機(jī)、貨架、PDA、掃碼槍等硬件組成。自動(dòng)化堆垛機(jī)：支持200×200mm托盤(pán);支持與AGV小車(chē)協(xié)調(diào)自動(dòng)化出入庫(kù);堆垛機(jī)觸摸屏及控制柜：支持手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)模式;貨架：40個(gè)庫(kù)位;PDA：對(duì)托盤(pán)掃碼查詢(xún)工單信息;掃碼槍?zhuān)簩?duì)托盤(pán)掃碼入庫(kù)綁定托盤(pán)編號(hào)。

自動(dòng)化車(chē)床工作站。該工作站包括六軸機(jī)器人、滾筒線、車(chē)床等硬件。支持工件自動(dòng)化上下料，遠(yuǎn)程啟動(dòng)、無(wú)人化加工、實(shí)時(shí)進(jìn)度監(jiān)控。教學(xué)課程實(shí)訓(xùn)點(diǎn)：機(jī)器人與PLC網(wǎng)絡(luò)控制與通信：機(jī)器人與AGV貨物交接邏輯控制與通信：FANUC機(jī)器人編程基礎(chǔ)與用戶(hù)坐標(biāo)系的應(yīng)用;機(jī)器人自動(dòng)化上下料課題實(shí)訓(xùn)。

自動(dòng)化加工中心工作站。該工作站包括六軸機(jī)器人、滾筒線、立式加工中心、自動(dòng)化排屑機(jī)等硬件。支持工件自動(dòng)化上下料，遠(yuǎn)程啟動(dòng)、無(wú)人化加工、實(shí)時(shí)進(jìn)度監(jiān)控。教學(xué)課程實(shí)訓(xùn)點(diǎn)：機(jī)器人與PLC網(wǎng)絡(luò)控制與通信：機(jī)器人與AGV貨物交接邏輯控制與通信：FANUC機(jī)器人編程基礎(chǔ)與世界坐標(biāo)系的應(yīng)用;機(jī)器人自動(dòng)化上下料課題實(shí)訓(xùn)。

自動(dòng)化檢測(cè)與打標(biāo)工作站。該工作站包括六軸機(jī)器人、滾筒線、粗糙度檢測(cè)系統(tǒng)、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、激光打標(biāo)機(jī)等硬件。教學(xué)課程實(shí)訓(xùn)點(diǎn)：機(jī)器人與PLC網(wǎng)絡(luò)控制與通信：機(jī)器人與AGV貨物交接邏輯控制與通信：FANUC機(jī)器人編程基礎(chǔ)與多工作站的協(xié)調(diào)應(yīng)用;機(jī)器人自動(dòng)化檢測(cè)課題實(shí)訓(xùn);機(jī)器人自動(dòng)化打標(biāo)課題實(shí)訓(xùn);三坐標(biāo)檢測(cè)儀的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)與使用;粗糙度檢測(cè)儀的基礎(chǔ)知識(shí)與自動(dòng)化應(yīng)用;激光打標(biāo)機(jī)工業(yè)場(chǎng)景使用與信息化場(chǎng)景應(yīng)用。

智能AGV小車(chē)及其調(diào)度系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括AGV小車(chē)及其調(diào)度軟件，AGV小車(chē)支持通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議受PLC調(diào)度控制。AGV小車(chē)結(jié)構(gòu)組成與基本原理;AGV手動(dòng)控制與使用保養(yǎng);AGV與PLC網(wǎng)絡(luò)控制與通信。

PLC控制與實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。PLC通過(guò)數(shù)字輸入獲得機(jī)床開(kāi)關(guān)門(mén)、夾具的傳感器信號(hào)，通過(guò)模擬量輸入獲得液壓夾具的壓力反饋信號(hào)。PLC作為MODBUSTCP的MASTER端與觸摸屏、AGV調(diào)度系統(tǒng)、立庫(kù)控制系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)的SLAVE端進(jìn)行通信。通過(guò)S7 ETHERNET協(xié)議，PLC與MES系統(tǒng)交換關(guān)于表面粗糙度檢測(cè)系統(tǒng)、激光打標(biāo)系統(tǒng)、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行通信，由MES系統(tǒng)根據(jù)各設(shè)備接口采集相關(guān)信息再轉(zhuǎn)發(fā)給PLC控制器。

智能制造MES平臺(tái)。該系統(tǒng)包括基礎(chǔ)建模、電子工單、文檔發(fā)放、倉(cāng)庫(kù)管理等軟件模塊。柔性化建設(shè)，工廠建模和流程建模可根據(jù)不同任務(wù)、不同工作進(jìn)行不同形式的設(shè)定，以支持多種任務(wù)的完成。通過(guò)工廠建模，可以設(shè)定任務(wù)執(zhí)行車(chē)間以及班組，包括每個(gè)班組的任務(wù)等，不同的任務(wù)由不同的車(chē)間班組來(lái)執(zhí)行。通過(guò)每一臺(tái)自動(dòng)化設(shè)備的接口，將所有自動(dòng)化設(shè)備連接在MES系統(tǒng)中，由MES系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行管理，包括任務(wù)的下發(fā)、設(shè)備數(shù)據(jù)的采集以及調(diào)度等工作。MES系統(tǒng)可對(duì)生產(chǎn)車(chē)間的所有自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行管控，包括CNC、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)、AGV小車(chē)、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、表面粗糙度測(cè)量?jī)x、激光打標(biāo)機(jī)等設(shè)備，都可通過(guò)MES系統(tǒng)直接對(duì)其進(jìn)行任務(wù)的下達(dá)以及狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等工作。通過(guò)下達(dá)不同的指令，使智能制造車(chē)間內(nèi)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)多種工作內(nèi)容的完成。整個(gè)生產(chǎn)車(chē)間融為一體，相互協(xié)作，所有數(shù)據(jù)集中式管控，任務(wù)統(tǒng)一下達(dá)，猶如一支軍隊(duì)，MES系統(tǒng)為軍隊(duì)的指揮官，所有自動(dòng)化設(shè)備為士兵，指揮官統(tǒng)一指揮，下達(dá)任務(wù)，士兵及時(shí)完成任務(wù)，并將完成情況反饋給指揮官統(tǒng)一管理，井然有序，目的明確，效率高、質(zhì)量好，達(dá)到聚合互聯(lián)的效果。

大屏展示系統(tǒng)。包括設(shè)備監(jiān)控、任務(wù)監(jiān)控等頁(yè)面。

機(jī)器人仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供機(jī)器人虛擬仿真、在線編程實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。

最終，本項(xiàng)目形成一個(gè)完整統(tǒng)一的、可擴(kuò)展的、先進(jìn)的、可柔性配置的、可便于教學(xué)的信息化綜合解決方案。模擬企業(yè)內(nèi)的訂單、計(jì)劃、生產(chǎn)、物流、質(zhì)量、設(shè)備、檢測(cè)等方面，并可進(jìn)行詳細(xì)作業(yè)計(jì)劃、實(shí)時(shí)信息反饋和數(shù)據(jù)分析。從計(jì)劃排程、分配、下達(dá)，在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)每個(gè)制造環(huán)節(jié)進(jìn)行作業(yè)指導(dǎo)、信息采集、狀態(tài)管理、趨勢(shì)分析和防錯(cuò)預(yù)警。將模擬工廠內(nèi)各層資源統(tǒng)一協(xié)調(diào)，形成生產(chǎn)指揮中心。再結(jié)合硬件資源，實(shí)現(xiàn)了小型智能制造生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與實(shí)施。

參考文獻(xiàn)：

[1]智能制造工程實(shí)施指南設(shè)計(jì).https：//max.book118.com/html/2020/0623/5334203210002310.shtm.

[2]一個(gè)智能制造項(xiàng)目實(shí)施案例.http：//www.360doc.com/content/19/0130/07/57701911_812090836.shtml.

[3]小型智能制造智能工廠實(shí)訓(xùn)室解決方案.https：//machine.qjy168.com/news/260195.html.

作者簡(jiǎn)介：李曉昕（1971— ），女，漢族，江蘇徐州人，本科，機(jī)電專(zhuān)業(yè)。