智能制造生產線實訓系統應用研究

李野

摘要：結合工業機器人搬運、上下料領域的優勢，將工業機器人、自動化立體倉庫、AGV小車、自動加工單元、自動檢測單元、自動裝配單元、PLC、信息管理系統進行有機的結合，形成一套能夠實現電機智能生產的生產線系統，通過該產線能夠實現電機主要零件的自動加工、檢測、標識處理、裝配等工序，通過該生產線的建立，為機器人在智能制造生產線的教學應用提供一種創新、有效的解決方案，為后續智能制造方向的人才培養提供一套全面有效的應用支撐。

關鍵詞：工業機器人;生產線;智能制造;實訓教學

中圖分類號：TP309? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0197-03

0? 引言

隨著現代生產方式的變革，生產過程不再是流水形式，而更傾向于離散式，能夠根據市場的需求進行定制化生產，從而滿足市場的需求，而智能生產線更應該具備靈活、高效、智能，而隨著現代信息技術的發展對生線線的要求也越來越高，同時對數字化、集成化、網絡化、智能化需求也越發明顯。而在生產過程中勢必離不開加工、檢測、裝配、物料周轉等關鍵環節，這些環節的靈活、有機的結合，將最大程度的實現設備的實用效率，進而提高生產效率。同時，通過機器人及信息管理系統的接入，最大限度的降低人工勞動強度，著實的做到了提質、降本、增效的目的[1-3]。

1? 系統的組成

該智能制造生產線系統結合智能立體倉庫、物料輸送單元、全自動加工單元、全自動檢測單元、激光標識單元、自動裝配單元、AGV系統及信息管理系統形成一套完成的智能生產線單元，同時借助PLC系統，能夠實現各個分系統的協同工作，在該系統中能夠實現伺服電機的殼體、前端蓋、后端蓋、電機軸的全自動加工過程，同時通過檢測單元能夠完成電機軸的自動檢測，激光標識單元能夠實現智能生產線的定制化處理，能夠完成產品的標識跟蹤，自動裝配單元能夠實現軸承的全自動壓緊裝配，同時通過直角坐標機器人系統，能夠完成電機前端蓋、后端蓋的全自動螺釘鎖緊裝配過程，生產過程的物料全部通過AGV系統實現物料的自動周轉。

根據產品特點及生產工藝流程要求，對生產區域進行合理的規劃，最終形成了智能存儲單元、智能加工單元、智能檢測與標識單元、物流周轉單元、全自動裝配單元、信息管理調度控制系統六個核心區域，系統布局圖如圖1所示。

通過該系統能夠有效的完成伺服電機的自動加工、裝配及存儲過程。

1.1 智能存儲單元

智能存儲單元采用智能立體庫進行貨物的自動存儲過程，通過立體倉庫能夠實現毛坯、半成品、成品、裝配過程標準件等貨物的自動存儲，存儲方式采用專用托盤結構，不同的產品形態會放置到專用的托盤工裝上，托盤信息記錄采用現代比較流行的RFID技術，對托盤的物料信息進行記錄，通過每道生產工序完成生產后，會自動的更新托盤信息，托盤流轉到后續工序，通過RFID讀碼器進行讀碼，確定物料信息，然后再根據物料信息進行工序的生產。智能存儲單元預設有三個對接接口，可以實現與加工生產線自動對接，同時預留兩個AGV系統對接接口，可以實現不同形態產品的自動出、入庫對接，從而實現物料的閉環管理。

1.2 智能加工單元

智能加工單元通過搬運機器人與數控加工機床結合，實現零件的全自動加工過程，該系統通過一臺配備有外部移動軌道的六軸機器人與三臺機床（一臺數控加工中心、兩臺數控車床）實現四種零件的全自動加工過程，并在加工過程配合換面模塊、對中模塊實現零件的方向轉換與對正，同時通過快換夾具單元實現不同夾手的快速更換，從而實現不同零件間的自動抓取過程。通過總控模塊實現機器人與機床的自動調度控制[4]，機床與總控系統間形成交互信息如表1所示。

1.3 智能檢測與標識單元

智能檢測系統通過光學檢測傳感器實現對電機軸的自動檢測，同時配備自動移動平臺，確保檢測過程中對待檢測的電機軸進行軸向移動，從而實現階梯軸各段軸徑的自動檢測，在該檢測系統中采用基恩士的LS-7000傳感器，實現電機軸的自動檢測，該傳感器通過遠心鏡頭HL-CCD的光學系統，能幫助達到常規測微計的雙倍速度和精度，測量精度可達±2μm，測量最大的檢測直徑可達65mm，將測量的數據記錄到PLC系統中，并將數據寫入RFID卡中，為后續軸的進一步加工提供數據支撐。同時，標識系統通過激光打標機，對伺服電機殼體進行標識處理，通過激光打標機的上位機與信息管理系統進行連接，實現定制的標識處理，該信息管理系統將數據寫入激光打標機上位機系統中，激光打標機上位機通過內部軟件處理，將信息轉化成二維碼信息，并利用自身的標識系統，實現二維碼打標，完成定制化的信息輸入，后期通過掃描二維碼即可得到產品的信息。

1.4 物流周轉單元

物流周轉單元利用輥筒輸送機、AGV轉運系統、托盤站臺實現各個獨立單元間的物料自動周轉，AGV系統自帶舉升功能，實現物料托盤的自動舉升與降落。AGV系統通過信息管理系統接受取貨-送貨任務指令，同時AGV系統采用二維碼的導航系統，僅需要在AGV的行走軌跡上粘貼關鍵點位二維碼即可，既不破壞地面后期維護簡便。AGV系統與輥筒輸送機、托盤站臺對接，實現托盤的自動裝載過程，AGV車體托舉托盤輸送到指定位置，通過車體上的舉升裝置自動落下，將貨物托盤自動放置到指定位置。通過AGV系統，可以實現物料托盤在多個工位間靈活傳輸，使生產過程更加靈活、方便，不再受限于傳輸方向的影響。

1.5 全自動裝配單元

全自動裝配單元，用于實現電機軸的支撐軸承裝配和電機殼體與前后端蓋的自動擰螺釘過程，電機軸的支撐軸承裝配，采用專用的軸承壓緊裝置，實現兩端軸承的自動壓裝過程，通過機器人系統，將軸自動放置道軸承壓緊裝置上，啟動軸承壓緊裝置，完成兩個軸承的自動壓緊過程。擰螺釘裝配過程，采用直角坐標機器人系統，同時配備自動擰緊電批，實現螺釘的自動擰緊過程，螺釘通過自動震動料倉實現自動喂料，擰緊電批通過磁性批頭對螺釘進行準確抓取，并按照預定的示教位置，準確的完成8棵螺釘的自動擰緊過程，從而實現電機殼體與前后端蓋的自動裝配過程。

1.6 信息管理調度控制

系統管理調度系統用于實現與智能存儲單元、AGV系統、智能加工單元、智能檢測標識單元、全自動裝配單元五個系統間信息傳遞與過程控制，并能對下發生產任務訂單進行過程監控，查看生產訂單的完成工序，同時能夠實現設備監控，并在該系統中能夠完成設備維護維修管理，并實現定期的信息提示。

2? 系統工作流程

系統的工作流程如圖2所示，系統下發生產任務，生產任務由三部分內容組成，分別為加工任務、檢測標識任務、裝配任務，三個任務訂單分別對應三個獨立的生產單元即智能加工單元、智能檢測與標識單元、全自動裝配單元，三個獨立的單元系統都配備有獨立的PLC系統，用于完成獨立單元內的設備控制與使用，同時將信息上報給信息管理系統，另外信息管理系統通過庫存信息及生產訂單情況，進行自動調度各個單元生產完成物料送至區域，最終完成產品的生產過程。

3? 系統網絡架構

整個智能制造生產線系統通過系統層、控制層、執行層三個方面進行管理與控制，系統層對數據及任務進行管理，同時下發并接受控制層上傳信息，對信息進行分析處理及顯示，控制層對數據及任務進行分級處理并指導設備進行相應動作操控，同時對完成任務進行上傳。執行層即最終完成與實現具體動作并在完成動作任務后進行反饋，實現具體任務的上傳，通過三層的網絡結構，可以清晰明了的進行信息交互、指令控制、動作反饋，從而使智能制造生產線能夠有機協調的運轉。系統網絡架構圖如圖3所示。

在智能生產線系統中，各個獨立單元通過PLC系統實現自動控制過程，同時通過信息管理系統進行各個單元間協調控制與調度，同時信息管理系統能夠實現對生產信息、生產進度、生產流程、設備狀態、機器人運行參數信息進行跟蹤與實時顯示。在本系統中各個獨立單元與各設備間采用不同的網絡交互協議，系統層與控制層采用OPC、TCP/IP的交互方式，控制層與各控制單元采用profinet總線、IO的交互方式[5]，智能生產線系統網絡交互如圖4所示。

4? 結束語

該智能制造生產線系統以伺服電機為載體，能夠支持多個獨立單元的運行，同時又能夠完成整線的自動生產過程，該套系統中將智能制造過程中應用的多種制造設備及生產工藝融合在一起，使實訓學員能夠對多個領域和生產環節進行實踐實訓，為更進一步的理解智能制造的概念，為其后期在工作中更好的應用智能制造方法，提供了一種良好的實踐設備。同時，該套系統也為智能制造方向的實訓提供了一個系統、全面的生產應用模式，而該模式的應用也會對未來智能制造的發展提供一種應用支撐。

參考文獻：

[1]董國強，徐英鋒，等.智能制造技術在工業自動化生產線中的應用探究[J].科技創新與應用，2020（34）：98-99.

[2]楊啟鑫.智能制造在機電一體化技術中的應用 [J].機電技術與應，2020（9）：148-149.

[3]朱繼凱.關于機電一體化技術在智能制造中的運用研究 [J].湖北農機化，2020（6）：191.

[4]韓鴻鸞.工業機器人與CNC機床集成上下料 工作站技術應用[J].金屬加工，2018（1）：72-75.

[5]陳亮，彭林，任彥仰.基于PROFINET協議實現工控機與S7-1200的遠程通信[J].數字技術與應用，2019，37（6）：24，26.