基于“工業(yè)4.0”的智能制造生產(chǎn)線實訓(xùn)產(chǎn)品設(shè)計

湯文莉

摘要：所謂“工業(yè)4.0”指的是第四次工業(yè)革命，是由德國政府《德國2020高技術(shù)戰(zhàn)略》中提出的一個新概念。該項目在德國境內(nèi)受到其教育局、研究部、經(jīng)濟技術(shù)部的聯(lián)合支持，總計投資額度達2億歐元?！肮I(yè)4.0”概念的提出旨在提升本國乃至世界范圍內(nèi)的生產(chǎn)力，推動制造業(yè)的智能化程度，并且建立具有適應(yīng)性與資源整合能力的智慧工廠。

關(guān)鍵詞：“工業(yè)4.0”;智能制造;生產(chǎn)線實訓(xùn)

中圖分類號：T-1? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

“工業(yè)4.0”概念包含多個內(nèi)容，尤其是闡釋了集中式控制方式轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑹娇刂品绞?，大大降低控制過程的風(fēng)險性，突出節(jié)點在智能生產(chǎn)過程所發(fā)揮的重要作用。智能制造生產(chǎn)線的理念和“工業(yè)4.0”概念有相似性，突出了智能化在現(xiàn)代制造業(yè)中的作用，強化生產(chǎn)制造過程中的智能化手段。

1 智能制造生產(chǎn)線實訓(xùn)存在的問題

1.1 實踐環(huán)節(jié)少

智能制造生產(chǎn)線實訓(xùn)環(huán)節(jié)對場地和設(shè)備要求非常高，很多高校在組織課程的時候往往不具備較大規(guī)模的實訓(xùn)基地，無法容納較多學(xué)生同時參與實訓(xùn)。教學(xué)過程仍然以較為傳統(tǒng)的理論傳輸為主[1-2]。

1.2 設(shè)備落后

高校實訓(xùn)基地所使用的設(shè)備多是生產(chǎn)制造企業(yè)在使用之后淘汰下來的部分設(shè)備，這部分設(shè)備科技含量較低，并且使用過程無法保障其流暢性，可操作性和學(xué)習(xí)性都相對較低。

2 智能制造生產(chǎn)線實訓(xùn)產(chǎn)品設(shè)計

本設(shè)計方案以汽車輪轂制造為基礎(chǔ)，構(gòu)造了整套適合輪轂生產(chǎn)制造全過程，包含產(chǎn)品確定生產(chǎn)（下單），到產(chǎn)品的初步加工、質(zhì)量檢測、產(chǎn)品裝箱、貼標(biāo)、入庫以及物流等所有環(huán)節(jié)。產(chǎn)品的交易方式不僅僅表現(xiàn)為線下合同交易，借助現(xiàn)階段最火的交易方式——電商平臺交易，用戶基于網(wǎng)絡(luò)即可實現(xiàn)訂單選擇，包含產(chǎn)品的參數(shù)、類型與個數(shù)。訂單簽訂之后，即可對訂單進行加工制作。整個系統(tǒng)的構(gòu)造以“工業(yè)4.0”為背景，從中應(yīng)用了大量的現(xiàn)代化智能設(shè)備，結(jié)合現(xiàn)有階段較前沿的智能機器人、視覺檢測、無線射頻等技術(shù)，力求為高校搭建一個符合學(xué)生們學(xué)習(xí)環(huán)境和接受方式的實訓(xùn)平臺。平臺開始運轉(zhuǎn)之后所有的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)都避免了人為因素在整個過程中發(fā)揮的作用：首先，可實現(xiàn)基于平臺的訂單生成系統(tǒng)線上訂單的落實;訂單完成之后總控臺即可下發(fā)生產(chǎn)指令，各加工單位接受指令之后即可落實相應(yīng)的產(chǎn)品加工工作。加工成品需要進行產(chǎn)品合格檢驗，檢驗過程完全由設(shè)備實現(xiàn)，并且將檢驗合格的產(chǎn)品直接放入成品區(qū)，不合格的產(chǎn)品將被放入回收區(qū)，生產(chǎn)過程無人干預(yù)。

當(dāng)然，此平臺的設(shè)計初衷是為了加強教學(xué)效果，平臺的各個環(huán)節(jié)可實現(xiàn)自由更換節(jié)奏，由全自動轉(zhuǎn)變?yōu)楦鲉卧獑为毠ぷ?，不對彼此產(chǎn)生影響，進而方便學(xué)生們學(xué)習(xí)過程的開展。具體流程如圖1所示。

此設(shè)計對象為汽車輪轂生產(chǎn)加工，整合整個產(chǎn)品的下單→加工→質(zhì)檢→分裝→物流等所有過程，實現(xiàn)全過程的無人操作，系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。

2.1 訂單生成系統(tǒng)

基于“工業(yè)4.0”的智能制造生產(chǎn)線實訓(xùn)設(shè)計系統(tǒng)可實現(xiàn)訂單在線生成，能夠?qū)崿F(xiàn)在線提供適合客戶需求的個性化服務(wù)，深入了解客戶在產(chǎn)品使用方面的具體要求。兩者之間的交互方式通過使用終端設(shè)備即可實現(xiàn)，系統(tǒng)自身中控系統(tǒng)可實現(xiàn)和客戶終端設(shè)備（手機、電腦）進行交互，客戶基于終端設(shè)備即可對系統(tǒng)中控設(shè)備下達指令，簡單快捷。

2.2 產(chǎn)品加工過程

智能制造系統(tǒng)中控系統(tǒng)在接收到客戶生成的訂單之后，會首先對倉庫內(nèi)是否有已經(jīng)加工完成的產(chǎn)品進行判斷，如存在已經(jīng)加工完成的成品，可直接使用這部分成品。如存在庫存的情況，運輸機器人接收到中控系統(tǒng)發(fā)出的搬運指令，可直接將這部分成品搬運至運輸線上，使其進入物流配送系統(tǒng)，系統(tǒng)則自動將所有的成品運輸?shù)街付ǖ攸c[3]。

其次，如中控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)客戶所需產(chǎn)品在庫房內(nèi)沒有成品，中控系統(tǒng)會及時向總控制臺發(fā)送補充原料庫存提示。智能攜帶位置定位裝置，不同類型的產(chǎn)品所處的位置存在較大差別，具體數(shù)量可通過智能料架上的智能傳感器裝置對所有的記錄裝置進行傳送，使其能夠準(zhǔn)確地傳遞中控系統(tǒng)。儲存原料的廠房在滿足生產(chǎn)的基本條件之后，即可由中控系統(tǒng)對其下產(chǎn)品制作的指令[4]。

（1）首先需要對毛坯件進行處理，笛卡爾機器人在接收到訂單之后會取出相應(yīng)的半成品料，并將其放置在對應(yīng)的載具上，中控系統(tǒng)會首先對這部分半成品料的品質(zhì)進行判斷，確定半成品料是否能夠達到繼續(xù)加工的要求。此時，若是能夠達到基本生產(chǎn)要求的半成品毛坯，即可將其送往下一步生產(chǎn)加工車間，并在其上標(biāo)注專屬的電子標(biāo)簽。

（2）傳送系統(tǒng)在檢測到系統(tǒng)存在半成品工料之后會將智能小車運輸?shù)狡渌庸卧?，不同單元的加工指令不同，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也不同，不同的產(chǎn)品對應(yīng)了不同的加工工序，而加工工序在使用之前就已經(jīng)被寫入中控系統(tǒng)之中。中控系統(tǒng)接收到某一訂單之后即可根據(jù)產(chǎn)品的類型對相應(yīng)的產(chǎn)品加工區(qū)發(fā)放加工指令，加工中心可根據(jù)指令實現(xiàn)對應(yīng)產(chǎn)品的生產(chǎn)制作。

（3）加工中心處也有搬運機器人，這部分搬運機器人主要是幫助毛料運輸小車搬運毛料。加工中心處機器人在接收到毛料之后會將毛料運輸?shù)街付庸の恢茫醮渭庸さ闹饕獌?nèi)容是對輪轂外形和澆口處進行處理，加工完成之后可由搬運機器人將所有的初步加工完成之后的產(chǎn)品放回運輸小車上。

（4）運輸小車會繼續(xù)對半成品進行再次運輸，初步加工完成之后的輪轂需要進行二次檢測，這一環(huán)節(jié)主要由智能相機對半成品零部件進行判斷，判斷其是否符合基礎(chǔ)加工條件。如初次加工之后的輪轂符合基礎(chǔ)加工條件，可將這部分信息直接在RFID檢測裝置內(nèi)檢測，完成檢測之后寫入信息。無法通過二次檢驗標(biāo)準(zhǔn)的零部件或者加工過程中產(chǎn)生的廢舊零件將會被回收至垃圾箱。檢測合格的產(chǎn)品將自動進入到下一工序之中，并由小車將其再次搬運到加工中心。

（5）加工中心處二次加工單元的機器人在接收到運輸小車初次加工之后的毛料，會將這一毛料直接搬運至二次加工場所，二次加工主要是對輪轂的螺紋孔和氣孔進行加工處理，整個搬運過程同樣由加工中心處機器人負責(zé)，輪轂加工完成之后，再由機器人將二次加工之后的輪廓搬運至運輸機器人上，機器人再次將加工完成之后的輪轂搬運至檢測中心處，對二次加工輪轂質(zhì)量進行檢測。

（6）其余加工過程也都是按照這一順序來陸續(xù)完成，加工中心處的不同單元對應(yīng)著不同的加工處理工序，每一次加工處理完畢之后都有檢測系統(tǒng)對于加工處理完畢之后的輪轂進行質(zhì)量檢驗，檢驗合格的設(shè)備會在其上標(biāo)注相應(yīng)的標(biāo)識碼，通過標(biāo)識碼即可進行下一環(huán)節(jié)的加工或處理，而沒有標(biāo)識碼的產(chǎn)品將進行回收處理。

3? ?結(jié)語

綜上所述，本文構(gòu)架了一整套符合工業(yè)4.0理念的智能制造生產(chǎn)線實訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)既具備無人操作即可實現(xiàn)生產(chǎn)加工的效能，同樣也可實現(xiàn)獨立加工的步驟。符合對現(xiàn)階段高校課程教學(xué)所應(yīng)用到的所有條件。同時該系統(tǒng)與工業(yè)4.0理念的極大契合性也決定了該系統(tǒng)不但能勝任教學(xué)環(huán)節(jié)，還可實現(xiàn)實際工作的效能。

參考文獻

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