小型智能制造生產(chǎn)體驗中心的設(shè)計與實施

摘 要：本項目中心設(shè)計目的：和現(xiàn)代制造企業(yè)的實際設(shè)計制造接軌，再結(jié)合體驗中心培養(yǎng)特點(diǎn)來設(shè)計。旨在引導(dǎo)學(xué)生體驗現(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：立體倉庫及其控制系統(tǒng)、自動化車床工作站、自動化加工中心工作站、自動化檢測與打標(biāo)工作站、智能AGV小車及其調(diào)度系統(tǒng)、PLC控制與實訓(xùn)平臺、智能制造MES平臺、大屏展示系統(tǒng)、機(jī)器人仿真實訓(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)控等專業(yè)，是我校建校以來的主打?qū)I(yè)，但隨著社會的發(fā)展，為了適應(yīng)社會的需求，我校的專業(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、車銑復(fù)合）、生產(chǎn)管理及流程優(yōu)化人才。

如何把企業(yè)對人才的要求在日常教學(xué)中體現(xiàn)出來，成為人才培養(yǎng)模式改革的一個重要突破點(diǎn)。通過給大量企業(yè)用戶提供服務(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)計與實施。

二、智能制造生產(chǎn)線的設(shè)計思路

本項目中心設(shè)計目的是和現(xiàn)代制造企業(yè)的實際設(shè)計制造接軌，再結(jié)合體驗中心培養(yǎng)特點(diǎn)來設(shè)計。本設(shè)計旨在引導(dǎo)學(xué)生體驗現(xiàn)代制造業(yè)的數(shù)字化、智能化，引導(dǎo)學(xué)生對智能制造生產(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CNC模塊化卡盤、機(jī)械手模塊化卡具、模塊化物流托盤，實現(xiàn)柔性化的業(yè)務(wù)流程配置。

（2）智能計劃：通過電子工單系統(tǒng)的計劃排產(chǎn)模塊，設(shè)定排產(chǎn)策略實現(xiàn)一站式排產(chǎn)，自動分解出配套計劃。通過PLC和MES數(shù)據(jù)采集模塊，實時反饋進(jìn)度，計劃端可實時掌控狀態(tài)、任務(wù)動態(tài)。

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

（4）過程可視：通過訂單流程看板、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)，實時準(zhǔn)確實現(xiàn)可視化管理。

（5）全程追溯：通過正向追溯和逆向追溯，使用掃碼槍以及PDA對產(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)檢測儀表的檢測記錄、粗糙度儀的檢測記錄、加工過程、檢驗過程、存儲過程進(jìn)行整合串聯(lián)追溯。

三、智能制造生產(chǎn)線的實施

（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)等多類先進(jìn)性技術(shù)，組成了一個完整的智造平臺。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)行實際操作。

（三）智能制造生產(chǎn)線的構(gòu)成

立體倉庫及其控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由自動化堆垛機(jī)、貨架、PDA、掃碼槍等硬件組成。自動化堆垛機(jī)：支持200×200mm托盤;支持與AGV小車協(xié)調(diào)自動化出入庫;堆垛機(jī)觸摸屏及控制柜：支持手動、半自動、自動模式;貨架：40個庫位;PDA：對托盤掃碼查詢工單信息;掃碼槍：對托盤掃碼入庫綁定托盤編號。

自動化車床工作站。該工作站包括六軸機(jī)器人、滾筒線、車床等硬件。支持工件自動化上下料，遠(yuǎn)程啟動、無人化加工、實時進(jìn)度監(jiān)控。教學(xué)課程實訓(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)與用戶坐標(biāo)系的應(yīng)用;機(jī)器人自動化上下料課題實訓(xùn)。

自動化加工中心工作站。該工作站包括六軸機(jī)器人、滾筒線、立式加工中心、自動化排屑機(jī)等硬件。支持工件自動化上下料，遠(yuǎn)程啟動、無人化加工、實時進(jìn)度監(jiān)控。教學(xué)課程實訓(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)器人自動化上下料課題實訓(xùn)。

自動化檢測與打標(biāo)工作站。該工作站包括六軸機(jī)器人、滾筒線、粗糙度檢測系統(tǒng)、三坐標(biāo)測量儀、激光打標(biāo)機(jī)等硬件。教學(xué)課程實訓(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)器人自動化檢測課題實訓(xùn);機(jī)器人自動化打標(biāo)課題實訓(xùn);三坐標(biāo)檢測儀的系統(tǒng)認(rèn)識與使用;粗糙度檢測儀的基礎(chǔ)知識與自動化應(yīng)用;激光打標(biāo)機(jī)工業(yè)場景使用與信息化場景應(yīng)用。

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

PLC控制與實訓(xùn)平臺。PLC通過數(shù)字輸入獲得機(jī)床開關(guān)門、夾具的傳感器信號，通過模擬量輸入獲得液壓夾具的壓力反饋信號。PLC作為MODBUSTCP的MASTER端與觸摸屏、AGV調(diào)度系統(tǒng)、立庫控制系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)的SLAVE端進(jìn)行通信。通過S7 ETHERNET協(xié)議，PLC與MES系統(tǒng)交換關(guān)于表面粗糙度檢測系統(tǒng)、激光打標(biāo)系統(tǒng)、三坐標(biāo)測量儀進(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。該系統(tǒng)包括基礎(chǔ)建模、電子工單、文檔發(fā)放、倉庫管理等軟件模塊。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。通過工廠建模，可以設(shè)定任務(wù)執(zhí)行車間以及班組，包括每個班組的任務(wù)等，不同的任務(wù)由不同的車間班組來執(zhí)行。通過每一臺自動化設(shè)備的接口，將所有自動化設(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)可對生產(chǎn)車間的所有自動化設(shè)備進(jìn)行管控，包括CNC、自動化立體倉庫、AGV小車、三坐標(biāo)測量儀、表面粗糙度測量儀、激光打標(biāo)機(jī)等設(shè)備，都可通過MES系統(tǒng)直接對其進(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。通過下達(dá)不同的指令，使智能制造車間內(nèi)的設(shè)備實現(xiàn)對多種工作內(nèi)容的完成。整個生產(chǎn)車間融為一體，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，MES系統(tǒng)為軍隊的指揮官，所有自動化設(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)控等頁面。

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

最終，本項目形成一個完整統(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、計劃、生產(chǎn)、物流、質(zhì)量、設(shè)備、檢測等方面，并可進(jìn)行詳細(xì)作業(yè)計劃、實時信息反饋和數(shù)據(jù)分析。從計劃排程、分配、下達(dá)，在生產(chǎn)過程中對每個制造環(huán)節(jié)進(jìn)行作業(yè)指導(dǎo)、信息采集、狀態(tài)管理、趨勢分析和防錯預(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，實現(xiàn)了小型智能制造生產(chǎn)線的設(shè)計與實施。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]一個智能制造項目實施案例.http：//www.360doc.com/content/19/0130/07/57701911_812090836.shtml.

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

作者簡介：李曉昕（1971— ），女，漢族，江蘇徐州人，本科，機(jī)電專業(yè)。