小型智能制造生產體驗中心的設計與實施

摘 要：本項目中心設計目的：和現代制造企業的實際設計制造接軌，再結合體驗中心培養特點來設計。旨在引導學生體驗現代制造業的數字化、智能化、智能制造生產的有關技術產生興趣。智能制造生產線的構成：立體倉庫及其控制系統、自動化車床工作站、自動化加工中心工作站、自動化檢測與打標工作站、智能AGV小車及其調度系統、PLC控制與實訓平臺、智能制造MES平臺、大屏展示系統、機器人仿真實訓系統。

關鍵詞：智能制造生產線;工業機器人;加工中心;MES系統;柔性制造

一、智能制造生產線的設計背景

我校已建校30多年，機電技術應用、機械、數控等專業，是我校建校以來的主打專業，但隨著社會的發展，為了適應社會的需求，我校的專業也有了較大的改變。而且隨著數字化制造技術的發展，現代制造企業的人才需求正在逐漸轉變。體驗中心技能人才培養方向，要從之前培養一線操作工、裝配工、維修工、數控編程等操作技能，轉變為培養面向生產管理、技術管理、工藝管理等具有操作技能和一定現場管理能力的綜合素質人才。當前裝備制造業人才缺口較大的是高精尖生產設備操作及數控編程人才（多軸加工、車銑復合）、生產管理及流程優化人才。

如何把企業對人才的要求在日常教學中體現出來，成為人才培養模式改革的一個重要突破點。通過給大量企業用戶提供服務，掌握整理了企業的人才需求，整合資源，特提出了小型智能制造生產線的設計與實施。

二、智能制造生產線的設計思路

本項目中心設計目的是和現代制造企業的實際設計制造接軌，再結合體驗中心培養特點來設計。本設計旨在引導學生體驗現代制造業的數字化、智能化，引導學生對智能制造生產的有關技術產生興趣。本方案按以下幾點為建設具體目標：

（1）柔性制造：通過基礎建模系統、快速工藝軟件系統進行工藝流程建模;經過CNC模塊化卡盤、機械手模塊化卡具、模塊化物流托盤，實現柔性化的業務流程配置。

（2）智能計劃：通過電子工單系統的計劃排產模塊，設定排產策略實現一站式排產，自動分解出配套計劃。通過PLC和MES數據采集模塊，實時反饋進度，計劃端可實時掌控狀態、任務動態。

（3）聚合互聯：通過智能制造平臺的自動化設備的接口，將計劃任務自動下發到各自動化設備，形成CNC生產任務、立體庫任務、AGV任務、機械手任務、表面粗糙度檢測儀任務、三坐標檢測儀任務和激光打標機任務，并實施采集、調度其執行狀態。

（4）過程可視：通過訂單流程看板、中央監控看板、產線看板、工位看板、物料看板等，展現CNC設備、AGV、機械手的業務狀態和設備狀態，實時準確實現可視化管理。

（5）全程追溯：通過正向追溯和逆向追溯，使用掃碼槍以及PDA對產品的基礎檔據、工藝標準、質量標準、制造設備狀態數據、制造刀具、卡具、三坐標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、存儲過程進行整合串聯追溯。

三、智能制造生產線的實施

（一）智能制造生產線的工作流程

（二）智能制造生產線的布局

智能制造生產線結合機器人、加工中心、MES系統等多類先進性技術，組成了一個完整的智造平臺。采用智能制造生產線和教室結合的方式，左邊為教室，學生和老師可在左邊的教室進行理論課的教學，右邊為智能制造生產線，理論教學結束后可以在此進行實際操作。

（三）智能制造生產線的構成

立體倉庫及其控制系統。該系統由自動化堆垛機、貨架、PDA、掃碼槍等硬件組成。自動化堆垛機：支持200×200mm托盤;支持與AGV小車協調自動化出入庫;堆垛機觸摸屏及控制柜：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器人、滾筒線、車床等硬件。支持工件自動化上下料，遠程啟動、無人化加工、實時進度監控。教學課程實訓點：機器人與PLC網絡控制與通信：機器人與AGV貨物交接邏輯控制與通信：FANUC機器人編程基礎與用戶坐標系的應用;機器人自動化上下料課題實訓。

自動化加工中心工作站。該工作站包括六軸機器人、滾筒線、立式加工中心、自動化排屑機等硬件。支持工件自動化上下料，遠程啟動、無人化加工、實時進度監控。教學課程實訓點：機器人與PLC網絡控制與通信：機器人與AGV貨物交接邏輯控制與通信：FANUC機器人編程基礎與世界坐標系的應用;機器人自動化上下料課題實訓。

自動化檢測與打標工作站。該工作站包括六軸機器人、滾筒線、粗糙度檢測系統、三坐標測量儀、激光打標機等硬件。教學課程實訓點：機器人與PLC網絡控制與通信：機器人與AGV貨物交接邏輯控制與通信：FANUC機器人編程基礎與多工作站的協調應用;機器人自動化檢測課題實訓;機器人自動化打標課題實訓;三坐標檢測儀的系統認識與使用;粗糙度檢測儀的基礎知識與自動化應用;激光打標機工業場景使用與信息化場景應用。

智能AGV小車及其調度系統。該系統包括AGV小車及其調度軟件，AGV小車支持通過標準網絡通信協議受PLC調度控制。AGV小車結構組成與基本原理;AGV手動控制與使用保養;AGV與PLC網絡控制與通信。

PLC控制與實訓平臺。PLC通過數字輸入獲得機床開關門、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調度系統、立庫控制系統、機器人控制系統的SLAVE端進行通信。通過S7 ETHERNET協議，PLC與MES系統交換關于表面粗糙度檢測系統、激光打標系統、三坐標測量儀進行通信，由MES系統根據各設備接口采集相關信息再轉發給PLC控制器。

智能制造MES平臺。該系統包括基礎建模、電子工單、文檔發放、倉庫管理等軟件模塊。柔性化建設，工廠建模和流程建模可根據不同任務、不同工作進行不同形式的設定，以支持多種任務的完成。通過工廠建模，可以設定任務執行車間以及班組，包括每個班組的任務等，不同的任務由不同的車間班組來執行。通過每一臺自動化設備的接口，將所有自動化設備連接在MES系統中，由MES系統統一進行管理，包括任務的下發、設備數據的采集以及調度等工作。MES系統可對生產車間的所有自動化設備進行管控，包括CNC、自動化立體倉庫、AGV小車、三坐標測量儀、表面粗糙度測量儀、激光打標機等設備，都可通過MES系統直接對其進行任務的下達以及狀態監控、數據采集等工作。通過下達不同的指令，使智能制造車間內的設備實現對多種工作內容的完成。整個生產車間融為一體，相互協作，所有數據集中式管控，任務統一下達，猶如一支軍隊，MES系統為軍隊的指揮官，所有自動化設備為士兵，指揮官統一指揮，下達任務，士兵及時完成任務，并將完成情況反饋給指揮官統一管理，井然有序，目的明確，效率高、質量好，達到聚合互聯的效果。

大屏展示系統。包括設備監控、任務監控等頁面。

機器人仿真實訓系統。該系統提供機器人虛擬仿真、在線編程實訓平臺。

最終，本項目形成一個完整統一的、可擴展的、先進的、可柔性配置的、可便于教學的信息化綜合解決方案。模擬企業內的訂單、計劃、生產、物流、質量、設備、檢測等方面，并可進行詳細作業計劃、實時信息反饋和數據分析。從計劃排程、分配、下達，在生產過程中對每個制造環節進行作業指導、信息采集、狀態管理、趨勢分析和防錯預警。將模擬工廠內各層資源統一協調，形成生產指揮中心。再結合硬件資源，實現了小型智能制造生產線的設計與實施。

參考文獻：

[1]智能制造工程實施指南設計.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，機電專業。