微型智慧工廠實驗與研究平臺的製作方法
2023-12-04 23:54:36
本發明屬於機械加工領域，尤其是一種微型智慧工廠實驗與研究平臺。
背景技術：
隨著《中國製造2025》發展規劃的提出，製造業開始從當前工業2.0和工業3.0並存的發展現狀向工業4.0發展過渡，當前立體倉庫、agv小車、工具機、機器人等設備技術發展多年，均已實現自動化，zigbee、rfid等物聯網技術應用普及，工業乙太網技術日臻完善。企業往往根據自身產品會設計不同的製造系統。
在教育教學中，將企業的整條生產線搬入高校教學不切實際。高校教學及科研考慮到場地、價格及維護等因素往往首選微型或者小型的生產系統，從而導致當前高校有些配置工業級的立庫、機器人等幾個獨立設備，搭建不成系統；有些高校配置的小型生產系統往往是環形線設計，系統依據環形輸送線而設計，工藝簡單，智能化程度不高。
此外，現有平臺普遍存在者以下問題。
1、系統輸送線多採用環形結構設計，各設備圍繞環形線布置，工作模式固定，工藝簡單固定，不具備柔性化，無法實現產品的定製化生產。
2、環形流水線的設計導致只能實現串行工序，無法實現並形工序。
3、系統中鮮有配置智能信息採集傳感器及工業乙太網通訊，導致一些生產加工過程數據無法實時的採集及上傳，從而無法實現讓客戶實時查詢生產加工進度及後續產品的追蹤溯源，更加不能實現後續大數據的統計分析優化生產。
4、系統大多為串行生產，無法實現多訂單的混流生產。
5、不同的設備類型，不同的通訊接口（如rs232\rs485、can、modbus和profinet）及通訊協議導致系統集成困難。
6、系統需要人工參與生產作業的工序較多，無法實現類似無人工廠的生產模式，智能化程度不高。
為此，有必要設計一種新型的生產系統平臺，能夠實現全自動化、小型化的生產平臺。
技術實現要素：
本發明的主要目的是提供一種微型智慧工廠實驗與研究平臺，用來克服現有製造平臺自動化程度低，過於複雜的問題。
本發明是這樣實現的，一種微型智慧工廠實驗與研究平臺，包括加工線系統、立體倉庫系統、分揀系統、人工裝配系統、輸送分流系統、agv送料系統，所述加工線系統、立體倉庫系統、分揀系統、人工裝配系統、輸送分流系統分別與所述agv送料系統相連；所述加工線系統、立體倉庫系統、分揀系統、人工裝配系統、輸送分流系統分別設有工作檯，所述工作檯包括臺面和設置在所述臺面以下的櫃體，所述櫃體內部設有電路控制板；所述加工線系統、立體倉庫系統、分揀系統、人工裝配系統、輸送分流系統之間通過opc通訊協議相互電連；所述加工線系統、立體倉庫系統、分揀系統、人工裝配系統、輸送分流系統分別設有plc控制器。通過有機的將這些系統組合形成平臺，能夠大大節約空間金錢，完成設備組裝。各模塊之間通過agv進行物料的輸送，模塊之間的流程控制通過智能製造控制系統軟體來調度控制。平臺各個模塊有獨立的控制系統，除agv小車外其他模塊均通過工業乙太網連接至交換機組成區域網。智能倉儲系統、自動分揀系統、生產裝配單元及智能加工單元的柔性線採用plc控制器控制，採用opc協議，通過工業乙太網口與上位機通訊；上下料機器人、裝配機器人、數控銑床、電子標籤輔助揀選系統及視覺檢測儀均直接通過工業乙太網接口與上位機通訊。
本發明的進一步技術方案是：所述立體倉庫系統設有設置在所述檯面上的貨架、入貨臺輸送線、出貨臺輸送線、rfid讀寫器、貨叉和天門立柱；所述天門立柱設置在所述貨架側邊；所述貨叉設置在所述天門立柱上，所述入貨臺輸送線和所述出貨臺輸送線分別與所述貨架相連。立體倉庫系統主要用於物料（原材料、半成品及成品）倉儲。由堆垛機、前後排貨架、出入貨臺、輸送線及rfid讀寫器組成。前排貨架4行5列，後排貨架4行7列。控制器採用plc控制器，配有觸控螢幕，可方便實現物料的出入庫、移庫、調庫及盤點作業。系統可以單獨使用，也可以通過opc協議來實現調度控制。
本發明的進一步技術方案是：所述加工線系統包括設置在所述檯面上的移動控制盒、六軸機器人、銑床、直線模組和輸送線，所述移動控制盒、所述六軸機器人和所述銑床依次沿所述輸送線形進方向設置。加工線系統主要用於物料智能加工。由多輸入多輸出的柔性輸送線、yaskawa機器人、機器人行走機構、2臺數控銑床及多個rfid讀寫器組成。柔性輸送線控制器採用plc控制器，配有觸控螢幕，系統可以單獨使用，也可以通過opc協議來實現調度控制；機器人可以通過乙太網遠程控制；數控銑床支持乙太網遠程上傳/下載和切換加工代碼等控制。智能製造單元各模塊可以獨立運行，也可以採用智能製造調度控制軟體來進行智能調度控制。
本發明的進一步技術方案是：所述加工線系統還設有視覺檢測儀，所述視覺檢測儀設有相互電連的光源和高精度相機。視覺測量儀主要用於對加工的物料進行測量，對加工質量進行檢測。由高精度相機、光源及軟體組成。系統可以自動實現對工件的測量並將數據保存後臺伺服器，可在3秒裡實現多到100個數據的快速測量，測量精度高達3um。系統可以單獨使用，也可以通過乙太網來實現調度控制。
本發明的進一步技術方案是：所述分揀系統設有設置在所述臺面之上的一條輸送線、rfid讀寫器和4個分揀口，所述分揀口配有相互連接的頂升裝置。自動分揀系統主要用於成品的分揀作業。由一條輸送線、4條分揀線、4個頂昇平移機構及rfid讀寫器組成。控制器採用plc控制器，配有觸控螢幕，實現分揀口的設置及分揀作業控制。系統可以單獨使用，也可以通過opc協議來實現調度控制。
本發明的進一步技術方案是：所述人工裝配系統設有設置在所述檯面上的輸送線、多個觸控螢幕和頂升裝置，所述觸控螢幕沿所述輸送線平行設置，所述頂升裝置與所述觸控螢幕相電連。人工裝配系統主要用於模擬真實工廠中的人工生產裝配線。由兩條並形輸送線、6個帶有顯示觸控螢幕工位、主觸控螢幕及rfid讀寫器組成。工位上的顯示觸控螢幕可以顯示sop和裝配動畫等信息；控制器採用plc控制器，通過主觸控螢幕系統可以方便設置不同的裝配任務，實現對裝配線的控制。系統可以單獨使用，也可以通過opc協議來實現調度控制。
本發明的進一步技術方案是：所述輸送分流系統設有設置在所述檯面上的輸送線、左流利貨架、右流利貨架，所述左流利貨架和所述右流利貨架分別設置在所述輸送線形進方向的左、右兩側，所述左流利貨架、右流利貨架上分別設有電子標籤。輸送分流系統主要用於物料（原材料、半成品及成品，主要是針對成品）的揀選作業，是人機互動的單元模塊。由左右兩排重力式流利貨架、無動力輸送線及rfid讀寫器組成。每排貨架均設計成兩層，每層3個倉位，每個倉位配有中文電子標籤。系統還配置有一個訂單顯示器及訂單完成器。控制器採用433m無線網關控制器，支持乙太網連接。系統可以單獨使用，也可以通過乙太網來實現調度控制。
本發明的進一步技術方案是：所述agv送料系統設有分別與所述加工線系統、立體倉庫系統、分揀系統、人工裝配系統、輸送分流系統相連的車軌，所述車軌上設有agv車，所述agv車上設有zigbee無線通訊網卡。agv小車送立庫出貨口自動接收託盤(託盤中有物料)，自動運行到對應設備的入貨口，將託盤自動輸送到入貨口，這個過程稱為agv送料。agv小車軌道由1050*500*30mm規格的木板組成，木板通過兩根100mm長的鋁型材固定在桌子兩邊。agv採用兩輪差動驅動控制，前後各12路灰度傳感器用於尋跡及到站姿態控制，配有zigbee無線通訊模塊，接收上位機控制命令及反饋狀態信息。
本發明的進一步技術方案是：所述工作檯的臺面為t型槽型材。單元設備機械電氣模塊化設計，通訊接口標準化設計，統一採用工業乙太網。桌面採用標準的帶t型槽型材，方便機械安裝。電控櫃安置於臺面下，採用抽屜式設計，配有有機玻璃門，既方便觀察狀態及維修又能防塵，安全美觀又實用。
本發明的進一步技術方案是：所述加工線系統、立體倉庫系統、分揀系統、人工裝配系統、輸送分流系統採用環形布局、線形布局或並形布局。
本發明的有益效果是：本方案提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺通過運用工業物聯網、工業服務網和智能控制等相關技術，微型智慧工廠實驗與研究平臺實現了製造的智能化和無人化。與傳統製造模式相比具有更透徹的感知、更廣泛的互聯互通和更深入的智能化。微型智慧工廠實驗與研究平臺是以印章、象棋、紀念品等工藝品為加工對象，可實現工件的智能倉儲、智能加工、智能檢測和智能裝配的全過程加工生產，更加符合工業4.0時代的生產製造模式。
附圖說明
為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺的工作檯的示意圖。
圖2是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺的臺面型材截面示意圖。
圖3是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺的立體倉庫系統示意圖。
圖4是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺的加工線系統示意圖。
圖5是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺的分揀系統示意圖。
圖6是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺的人工裝配系統示意圖。
圖7是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺的輸送分流系統示意圖。
圖8是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺環形布局時候的示意圖。
圖9是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺線形布局時候的示意圖。
圖10是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺並形布局時候的示意圖。
具體實施方式
本發明提供一種微型智慧工廠實驗與研究平臺。以下結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明。
本方案公開了一種微型智慧工廠實驗與研究平臺，包括加工線系統、立體倉庫系統、分揀系統、人工裝配系統、輸送分流系統、agv送料系統，所述加工線系統、立體倉庫系統、分揀系統、人工裝配系統、輸送分流系統分別與所述agv送料系統相連；所述加工線系統、立體倉庫系統、分揀系統、人工裝配系統、輸送分流系統分別設有工作檯，所述工作檯包括臺面和設置在所述臺面以下的櫃體，所述櫃體內部設有電路控制板；所述加工線系統、立體倉庫系統、分揀系統、人工裝配系統、輸送分流系統之間通過opc通訊協議相互電連；所述加工線系統、立體倉庫系統、分揀系統、人工裝配系統、輸送分流系統分別設有plc控制器。通過有機的將這些系統組合形成平臺，能夠大大節約空間金錢，完成設備組裝。各模塊之間通過agv進行物料的輸送，模塊之間的流程控制通過智能製造控制系統軟體來調度控制。平臺各個模塊有獨立的控制系統，除agv小車外其他模塊均通過工業乙太網連接至交換機組成區域網。智能倉儲系統、自動分揀系統、生產裝配單元及智能加工單元的柔性線採用plc控制器控制，採用opc協議，通過工業乙太網口與上位機通訊；上下料機器人、裝配機器人、數控銑床、電子標籤輔助揀選系統及視覺檢測儀均直接通過工業乙太網接口與上位機通訊。
圖1是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺的工作檯的示意圖。從圖中可以看出工作檯包括上下兩層，臺面下層是一個櫃體，櫃體內包括鋁合金支架110，合頁109、櫃門103，臺面101、面板側面102、門拉手103、移動面板105、面板拉手106、腳杯107、萬向輪108等。
圖2是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺的臺面型材截面示意圖。也就是圖1中面板側面102的放大圖。這種臺面有利於裝置的固定和安裝。
圖3是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺的立體倉庫系統示意圖。所述立體倉庫系統設有設置在所述檯面上的貨架22、入貨臺輸送線28、出貨臺輸送線27、rfid讀寫器、貨叉23和天門立柱21；工作檯24內部設有移動電路控制板26，還設有人機互動界面25；所述天門立柱設置在所述貨架側邊；所述貨叉設置在所述天門立柱上，所述入貨臺輸送線和所述出貨臺輸送線分別與所述貨架相連。立體倉庫系統採用plc控制，配有工業級觸控螢幕，模塊可以通過觸控螢幕進行單機作業，也可以與智能製造調度控制軟體通訊，實現調度控制，通訊採用opc通訊協議。出入口配有rfid讀寫器智能信號傳感器，可對工件託盤上的標籤進行讀寫操作，實現關鍵節點的信息採集及輔助調度控制。
圖4是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺的加工線系統示意圖。所述加工線系統包括設置在所述檯面上的移動控制盒19、六軸機器人12、銑床14、直線模組15和輸送線16，此外工作檯18上還設有移動控制盒10、緩呈臺13，工作檯內部設有移動電路控制板17；所述移動控制盒、所述六軸機器人和所述銑床依次沿所述輸送線形進方向設置。加工線系統有一條多輸入多輸出的加工線、上下料機器人及2臺數控系統組成。智能製造調度控制軟體可以柔性控制agv送料，加工線柔性選擇加工口，機器人智能上下料，2臺銑床可以實現遠程下載cnc加工代碼，自動切換代碼加工，可以實現工件的不同面加工，機器人自動輔助翻轉工件面。關鍵節點配有多臺rfid讀寫器。設備狀態及工具機加工過程數據通過工業乙太網上傳數據至伺服器。
加工線系統還配有工業用視覺測量儀11，通過上下料機器人將加工後的工件自動搬運至檢測臺，可以實現短時間的多達百組加工數據測量，測量精度為um級別。測量數據保存至伺服器。
加工線系統還配有裝配機器人，可以實現搬運、視覺定位、點膠等裝配作業。
圖5是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺的分揀系統示意圖。分揀系統由一條輸送線36、4個分揀口32及rfid讀寫器組成，此外在工作檯35內還設有移動電路控制面板33，工作檯上部還設有人機互動界面34和頂升裝置31。主控器採用plc控制，可以通過主觸控螢幕進行單機作業，也可以與智能製造調度控制軟體通訊，實現調度控制，通訊採用opc通訊協議。
圖6是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺的人工裝配系統示意圖。人工裝配系統為模擬人工裝配過程，6個工位配有觸控螢幕42，可以顯示sop、裝配動畫等信息。此外，在工作檯46內部還設有移動電路控制板44,在工作檯46上還設有人機互動界面45、頂升裝置41、輸送線43；主控器採用plc控制，可以通過主觸控螢幕進行單機作業，也可以與智能製造調度控制軟體通訊，實現調度控制，通訊採用opc通訊協議。單元配有rfid讀寫器智能信號傳感器。
圖7是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺的輸送分流系統示意圖。所述輸送分流系統設有設置在所述檯面上的輸送線53、左流利貨架56、右流利貨架52，所述左流利貨架和所述右流利貨架分別設置在所述輸送線形進方向的左、右兩側，所述左流利貨架、右流利貨架上分別設有電子標籤51。此外，在工作檯55內部還設有移動電路控制板54。輸送分流系統由rfid讀寫器、中文電子標籤等流利貨架組成，單元可進行單機揀選作業，也可以與智能製造調度控制軟體通訊，實現調度控制。
圖8是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺環形布局時候的示意圖。圖9是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺線形布局時候的示意圖。圖10是本發明實施例提供的微型智慧工廠實驗與研究平臺並形布局時候的示意圖。從圖中可以看到加工線系統1、立體倉庫系統2、分揀系統3、人工裝配系統4、輸送分流系統5和agv送料系統的設置位置。
本方案中各模塊可以獨立運行，也可以整體流程控制。由於模塊的獨立性強，模塊之間物料的輸送採用agv柔性輸送，系統得以實現直線式串行布局，也可以類似環形布局，也可以並形布局等多種布局方式，靈活多變，輪式可移動臺方便移動，方便現場移動安裝。
柔性化的布局設計，附以輸送線的多輸入口多輸出口設計，可以實現並形工序。
得益於智能製造調度控制系統的狀態反饋驅動控制機制及智能調度控制算法，可以實現並形工序，可以實現多訂單的混流控制。
微型智慧工廠實驗與研究平臺是一個物理信息高度融合（cps）的系統，十分利於高校提高綜合實驗的開出比率，利於複雜工程的教學及科研，對工業4.0的發展有一定的促進作用。
相對於現有平臺，本方案具有以下優點。
1、系統模塊化設計，實現柔性布局，可以隨現場環境改變布局，現場安裝簡單方便。
2、系統是一個物理信息高度融合系統（cps），實現可訂單的定製化生產，生產過程全程無需人工參與，智能調度控制，智能化程度高。
3、實現了並形工序的生產。
4、實現了多訂單的混流生產。
5、現場增加了智能信號傳感設備，應用工業乙太網技術，可以採集加工過程的海量數據，並保存至後臺伺服器，從而實現加工狀態的實時查詢，實現產品全生命周期的追蹤溯源，後期可以進行大數據分析進一步優化工藝，提高生產。
6、十分利於高校提高綜合實驗的開出比率，利於複雜工程的教學及科研，對工業4.0的發展有一定的促進作用。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。