小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

代昌浩

（蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇省蘇州市 215000）

小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心中的核心就是智能制造生產(chǎn)線，它主要被應(yīng)用于機(jī)電技術(shù)應(yīng)用、機(jī)械數(shù)控等專業(yè)中，它希望適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求與生產(chǎn)線生產(chǎn)需求建立生產(chǎn)體驗(yàn)中心，凸顯中心技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)施有效性。

1 小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心的設(shè)計(jì)

在數(shù)字化制造技術(shù)快速蓬勃發(fā)展背景下，現(xiàn)代制造企業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，它在研發(fā)數(shù)字化制造技術(shù)內(nèi)容的過程中也希望培養(yǎng)現(xiàn)代制造企業(yè)中的高水平技術(shù)人才，這基本明確了體驗(yàn)中心中的技能人才培養(yǎng)方向，即要培養(yǎng)一線操作技術(shù)人員、裝配人員、維修人員以及數(shù)控編程技術(shù)人員，豐富他們的相關(guān)操作技能，真正做到對(duì)人才培養(yǎng)管理過程的有效轉(zhuǎn)化，最終培養(yǎng)出全面發(fā)展的綜合素質(zhì)人才。就目前看來，我國裝備制造業(yè)中的人才缺口明顯偏大，其中嚴(yán)重缺乏高精尖生產(chǎn)設(shè)備操作與數(shù)控編程人才，特別是生產(chǎn)管理與流程優(yōu)化人才數(shù)量明顯不足，所以目前企業(yè)需要思考建設(shè)小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心，將其中的各個(gè)技術(shù)模塊內(nèi)容與人才培養(yǎng)作為重點(diǎn)來做，保證做到資源整合到位，優(yōu)化中心建設(shè)水平。總體來說，它是以PLC 編程配合機(jī)器人編程、數(shù)控編程建立的6 軸機(jī)器人上下料與數(shù)控機(jī)床工程體系，可滿足學(xué)習(xí)者對(duì)于工業(yè)機(jī)器人的學(xué)習(xí)操作需要，通過學(xué)習(xí)訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)對(duì)智能無人工作機(jī)組的組建與應(yīng)用，如圖1。

2 小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心的基本設(shè)計(jì)方向

在小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心設(shè)計(jì)與建設(shè)過程中，需要圍繞現(xiàn)代制造企業(yè)實(shí)際設(shè)計(jì)需要建立技術(shù)接軌機(jī)制，確保引入更多現(xiàn)代制造業(yè)中的智能化、數(shù)字化內(nèi)容，全面引導(dǎo)學(xué)生深入到阻焊也學(xué)習(xí)過程中，對(duì)專業(yè)中相關(guān)技術(shù)內(nèi)容產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。大體來講，本文認(rèn)為小型職智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心的基本設(shè)計(jì)思路應(yīng)該體現(xiàn)在以下五點(diǎn)：

（1）要建立柔性制造管理機(jī)制，合理利用已有的基礎(chǔ)建模系統(tǒng)，在系統(tǒng)中運(yùn)用快速工藝軟件系統(tǒng)為工藝流程內(nèi)容有效建模。這里會(huì)采用到CNC(Computer Numerical Control)模塊化卡盤，它配合機(jī)械手模塊化卡具、模塊化物流托盤建立柔性化業(yè)務(wù)流程配置體系，確保柔性制造管理機(jī)制有效形成，為提高生產(chǎn)項(xiàng)目管理質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

（2）要建立智能計(jì)劃管理機(jī)制，保證通過電子共單系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)劃排產(chǎn)模塊，形成設(shè)計(jì)計(jì)劃排產(chǎn)策略。這一策略就能夠迎合生產(chǎn)需要，建立一站式排產(chǎn)機(jī)制，做到對(duì)配套計(jì)劃內(nèi)容的自動(dòng)化、智能化分解，其中它也建立了PLC 與MES 數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)容，保證做到信息內(nèi)容反饋到位。整體來說，是通過計(jì)劃端實(shí)現(xiàn)對(duì)智能計(jì)劃內(nèi)容的有效掌控，優(yōu)化小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心中的動(dòng)態(tài)化任務(wù)內(nèi)容。

（3）要建立聚合互聯(lián)管理機(jī)制，主要是通過小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心平臺(tái)來明確自動(dòng)化設(shè)備接口，確保計(jì)劃任務(wù)能夠自動(dòng)下發(fā)到各個(gè)自動(dòng)化設(shè)備系統(tǒng)中，如此可快速形成各種CNC 生產(chǎn)任務(wù)內(nèi)容、立體庫任務(wù)內(nèi)容以及AGV 任務(wù)內(nèi)容。另外，利用設(shè)備機(jī)械手也可對(duì)生產(chǎn)對(duì)象表面粗糙度進(jìn)行檢測，建立完整的三坐標(biāo)檢測任務(wù)體系，對(duì)體系中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集、調(diào)度與執(zhí)行，提高聚合互聯(lián)管理機(jī)制的整體管理與建設(shè)水平。

圖1：小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心設(shè)備

圖2：小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心中的智能生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝流程圖

圖3：小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心中的智能生產(chǎn)線車間現(xiàn)場效果圖

（4）要建立過程可視化管理機(jī)制，利用訂單流程看板、中央監(jiān)控看板、生產(chǎn)線看板等等展開分析，合理展現(xiàn)CNC 設(shè)備應(yīng)用功能價(jià)值。這其中也必須分析AGV 與機(jī)械手的生產(chǎn)業(yè)務(wù)狀態(tài)與設(shè)備狀態(tài)，確保小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確到位的可視化管理技術(shù)應(yīng)用。

（5）要建立全程追溯管理機(jī)制，其中就應(yīng)該涵蓋了正向與逆向兩種追溯機(jī)制。具體操作技術(shù)流程就是要采用到掃碼槍配合PDA，主要對(duì)產(chǎn)品中的基礎(chǔ)檔數(shù)據(jù)、工藝標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行分析，其中也希望配合狀態(tài)數(shù)據(jù)、卡具、刀具、三坐標(biāo)檢測儀表等等的檢測記錄數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行分析，確保智能制造中的加工、檢驗(yàn)、存儲(chǔ)過程進(jìn)行分析，整合串聯(lián)追溯機(jī)制建設(shè)，提高設(shè)備生產(chǎn)水平[1]。

如上所述，小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心可根據(jù)指令主動(dòng)完成機(jī)床上下料等等復(fù)雜工序，對(duì)擴(kuò)展增加機(jī)器視覺檢測功能非常到位，同時(shí)可對(duì)加工產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)整，保證編程全部由機(jī)器人自動(dòng)裝配完成。

3 小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心的智能制造生產(chǎn)線生產(chǎn)技術(shù)要點(diǎn)

3.1 智能制造生產(chǎn)線的基本生產(chǎn)流程

在小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心中，智能制造生產(chǎn)線工作流程是從工作站開始的，配備AGV（Automated Guided Vehicle）小車行駛到立體倉庫運(yùn)送物料，進(jìn)而展開整個(gè)生產(chǎn)線生產(chǎn)實(shí)施流程，具體生產(chǎn)工作流程參考圖2。

3.2 智能制造生產(chǎn)線的主要生產(chǎn)布局

在小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心中建立了一套完整的機(jī)器人+加工中心生產(chǎn)體系的，其中還設(shè)置了大量的MES 系統(tǒng)，可以說其先進(jìn)性技術(shù)內(nèi)容相當(dāng)豐富，這些技術(shù)設(shè)備及相關(guān)智能化內(nèi)容就共同構(gòu)建了完整的智能化生產(chǎn)制造平臺(tái)，其中也運(yùn)用到了智能制造生產(chǎn)線以及各種智能化生產(chǎn)設(shè)備，其智能車間現(xiàn)場的實(shí)際操作內(nèi)容相當(dāng)豐富多元，如圖3[2]。

3.3 智能制造生產(chǎn)線的基本構(gòu)成

在小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心中，智能制造生產(chǎn)線的基本構(gòu)成內(nèi)容相對(duì)復(fù)雜，其中最重要的就是立體倉庫及其控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)中則包括了自動(dòng)化堆垛機(jī)、產(chǎn)品貨架、PDA 掃描設(shè)備以及掃碼槍等等。首先是自動(dòng)化堆垛機(jī)，它擁有尺寸為400mmx4000mm 的基礎(chǔ)托盤，可配合AGV 小車協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化出入庫技術(shù)操作。另外還有可支持手動(dòng)和自動(dòng)的堆垛機(jī)觸摸屏控制柜。而它的每個(gè)貨架中都配置了50 個(gè)庫位，另外像PDA 可實(shí)現(xiàn)對(duì)托盤數(shù)據(jù)內(nèi)容的掃碼查詢，優(yōu)化工單信息體系，確保掃碼槍對(duì)托盤掃碼準(zhǔn)確到位，并在掃碼入庫過程中自動(dòng)智能化綁定托盤編號(hào)。

除上述技術(shù)內(nèi)容外，智能制造生產(chǎn)線中還包含了自動(dòng)化加工中心工作站，工作站中包含了多種系統(tǒng)技術(shù)內(nèi)容，像立式加工中心、支持工件的自動(dòng)化上下料設(shè)備等等。其中值得注意的是中心工作站中機(jī)器人與PLC 構(gòu)建了合作網(wǎng)絡(luò)控制通信體系，配合這一合作體系對(duì)AGV 貨物出入庫交接工作進(jìn)行處理，為此系統(tǒng)還專門建立了貨物交接邏輯。所謂貨物交接邏輯主要圍繞通信與控制技術(shù)展開，系統(tǒng)中的FANUC 機(jī)器人在編程基礎(chǔ)與世界坐標(biāo)系應(yīng)用方面有所優(yōu)化，確保自動(dòng)化上下料操作實(shí)現(xiàn)有效優(yōu)化，提高系統(tǒng)編程邏輯內(nèi)涵與生產(chǎn)水平。舉個(gè)例子，在自動(dòng)化檢測工作過程中，需要確保機(jī)器人能夠通過PLC 網(wǎng)絡(luò)建立控制通信機(jī)制，保證機(jī)器人能夠與AGV貨物建立復(fù)雜但正確的交際邏輯控制與通信體系。簡言之，就是利用FANUC 機(jī)器人進(jìn)行編程優(yōu)化，保證做到中心中多工作站相互協(xié)調(diào)應(yīng)用，提高整體生產(chǎn)效能。另外就是FANUC 機(jī)器人的編程自檢功能優(yōu)化，結(jié)合三坐標(biāo)檢測儀系統(tǒng)認(rèn)識(shí)應(yīng)用，確保粗糙度檢測儀基礎(chǔ)知識(shí)與自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)到位，建立信息化場景應(yīng)用。總體來說，通過智能AGV 小車與調(diào)度系統(tǒng)，它就建立了調(diào)度軟件，確保AGV小車能夠通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議展開技術(shù)操作，優(yōu)化PLC 調(diào)度控制技術(shù)內(nèi)容，滿足AGV 小車結(jié)構(gòu)組成技術(shù)需求，真正實(shí)現(xiàn)AGV與PLC 網(wǎng)絡(luò)的相互控制與通信流程[3]。

3.4 智能制造生產(chǎn)線的生產(chǎn)技術(shù)要點(diǎn)

3.4.1 智能AGV 小車與調(diào)度系統(tǒng)

在小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心的智能制造生產(chǎn)線上，可建立智能AGV 小車及其調(diào)度系統(tǒng)，二者共同使用同一套智能調(diào)度控制軟件，其中就建立了AGV 小車與調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，二者均受到PLC 調(diào)度控制，在基本工作原理方面表現(xiàn)十分突出。大體來講，就是通過AGV 手動(dòng)控制優(yōu)化設(shè)備應(yīng)用與保養(yǎng)體系，體現(xiàn)智能AGV小車及其調(diào)度系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)優(yōu)勢。

3.4.2 PLC 控制與實(shí)操系統(tǒng)

在小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心中一定要建立PLC 控制與實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，系統(tǒng)中充分運(yùn)用到PLC 的可編程邏輯功能，構(gòu)建數(shù)字輸入機(jī)床開關(guān)門分支系統(tǒng)，并有效控制夾具的傳感器信號(hào)內(nèi)容。在建立模擬量輸入體系過程中，它也主要通過液壓夾具來控制壓力反饋信號(hào)，而在這其中，PLC 則主要作為Master 控制端與AGV 調(diào)度系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)，做到對(duì)機(jī)器人生產(chǎn)的高效率控制，建立機(jī)器人系統(tǒng)中的SLAVE 端并賦予其遠(yuǎn)程通信功能。在中心建設(shè)中要考慮引入Ethernet 協(xié)議，保證MES 系統(tǒng)與PLC 系統(tǒng)有效聯(lián)動(dòng)，對(duì)表面粗糙度檢測內(nèi)容進(jìn)行分析，通過MES 系統(tǒng)設(shè)備接口來轉(zhuǎn)發(fā)信息數(shù)據(jù)到PLC 控制端，提高控制實(shí)操生產(chǎn)效能。

3.4.3 MES 智能制造平臺(tái)

最后是MES 智能制造平臺(tái)，它其中涵蓋了大量技術(shù)模塊內(nèi)容，例如電子工單、基礎(chǔ)建模、文檔發(fā)放、倉庫管理等等，全程要做到柔性化建設(shè)管理，主要根據(jù)流程建模優(yōu)化技術(shù)實(shí)施過程，完成系統(tǒng)中所分配的多種設(shè)備生產(chǎn)任務(wù)。再者就是工廠建模，可提前設(shè)定各種任務(wù)并分配給各個(gè)生產(chǎn)班組，并將所有自動(dòng)化設(shè)備接入到MES系統(tǒng)中，實(shí)施MES 統(tǒng)一智能化、信息化管理流程，做到設(shè)備管控到位。在這里，MES 智能制造平臺(tái)也能實(shí)現(xiàn)與立體倉庫、AGV 小車等等設(shè)備的有效聯(lián)動(dòng)，利用MES 系統(tǒng)下達(dá)任務(wù)內(nèi)容，指揮生產(chǎn)操作流程，并隨時(shí)接收反饋信息以確保系統(tǒng)生產(chǎn)管理統(tǒng)一性[4]。

4 總結(jié)

小型智能制造生產(chǎn)體驗(yàn)中心的設(shè)計(jì)與實(shí)施過程要追求完整統(tǒng)一性，建立具有先進(jìn)技術(shù)內(nèi)容的、可擴(kuò)展的、可柔性配置的技術(shù)機(jī)制，確保生產(chǎn)信息化綜合方案有效完善，提高生產(chǎn)水平。在中心中，智能化生產(chǎn)線的功能作用不可忽視，它在實(shí)施信息采集、狀態(tài)管理與技術(shù)應(yīng)用趨勢分析過程中建立了聯(lián)動(dòng)機(jī)制，形成了智能化生產(chǎn)指揮中心，基本滿足了企業(yè)生產(chǎn)各項(xiàng)需求。