公共實訓基地智能制造生產線課程信息控制系統研究

卞秀輝

（遼寧機電職業技術學院 遼寧 丹東 118009）

1 引言

隨著經濟的不斷發展，傳統的制造業漸漸的被現代化的智能制造所取代，“工業4.0”悄然興起。智能制造是以現代信息化技術為基礎集成了感知、決策、執行等功能的裝備制造系統的總稱，在智能制造自動化生產過程中工業機器人、加工中心、數控車床、可編程控制器、各種智能儀器儀表、智能傳感器等通過工業以太網等通信技術聯系在一起，實現設備間數據信息的互聯互通，并采用各種信息化手段設計工藝流程、制定生產方案、進行生產調度、故障診斷等。智能制造是一個綜合智能系統，由人、信息系統、物理系統組成，物理系統是主體，信息系統是主導，人是主宰。《“中國制造2025”規劃綱要》明確提出以人為本。大到中國制造業由大變強小到企業轉型升級，最后的落腳點都是人才支撐[1]。所以，加強智能制造人才培養力度，創新智能制造人才培養模式，對中國智能制造行業的推進和發展起著重要的作用。

智能制造生產線課程是智能控制技術專業的核心課程，課程依托于公共實訓基地的渦輪增壓器關鍵零部件智能制造生產線設備，該系統是一個既可用于工業智能生產、又立足于教學，既能充分體現學生參與性、又能使教學與智能制造工業現場實現無縫對接的系統。該課程的開發不僅拓展和完善了高職院校的實訓教學體系[2],在傳統的“校內實訓教學＋校外頂崗實習”的基礎上增加了有機銜接，二者的過渡課程使得學生在校內就可以接觸到先進的智能制造設備，學習先進的智能制造技術。

2 硬件控制系統結構

該智能制造生產線系統是由立體倉庫單元、四個加工單元以及自動化清洗單元、三坐標檢測單元、AGV運載單元以及網絡連接與通信單元。這是一個柔性制造系統，通過控制系統軟件按照工藝流程，可以選擇一個或多個加工單元參與生產過程，并且可以回流作業；可以完成多個品種物料的機械加工以及物流管理。系統硬件網絡結構如圖1所示。

圖1 系統硬件網絡結構

2.1 自動化立體倉庫單元

自動化立體倉庫是智能制造生產線中的核心部分，精準的庫存信息是保證整個系統生產計劃與控制過程順利進行的前提與基礎[3-4]。自動化立體倉庫包括原料出庫單元和成品入庫單元，倉庫由雙排立體倉庫、巷道式堆垛機、倉格檢測傳感器、托盤與工件、單元電氣控制柜、單元控制觸摸屏、PLC單元電氣控制系統等組成。倉格檢測傳感器能夠準確的判斷每一個倉格是否被占用，可編程控制器作為自動化立體倉庫的控制主體采集并統計庫位信息，并將庫位信息傳輸給本地服務器；托盤上安裝RFID標簽，用于倉儲盤點等物流管理作業，同時設置定位槽，放置工件。本地服務器通過庫房管理、出庫、入庫等操作完成系統生產過程的毛坯件，半成品件以及成品件的自動存儲和自動檢索，將物料需求計劃發給立體倉庫可編程控制器，可編程控制器對出/入庫作業合理優化調度，并進一步執行控制堆垛機進行取料與放料操作。

2.2 加工檢測單元

生產線中有四個加工單元，一個清洗單元和一個檢測單元，每個加工單元都由可編程控制器、工業機器人以及加工中心或數控車床構成，其中六軸工業機器人主要用于車床或加工中心的上下料，利用末端工具將傳送鏈托盤上待加工工件自動拾取搬運到數控車床，并將工件放入氣動夾具內，夾具夾緊進行機械加工，加工完畢后，工業機器人自動拾取工件送回傳送鏈托盤內，工件需要兩面加工的，工業機器人能夠自動更換抓手工具，將工件調換方向后繼續加工；可編程控制器作為整個單元的控制主體，控制協調單元內部各設備的協同運行。檢測單元采用三坐標檢測儀，上下料機器人將工件抓取到三坐標平臺，然后進行關鍵尺寸檢測，檢測完成后，通過單元電腦上傳檢測數據，與系統中的標準數據對比，判斷零件是否合格。

2.3 網絡連接與通信

系統通過工業總線和以太網聯網，單元內部采用總線通信，各單元與本地服務器之間采用路由器構成一個局域網，本地服務器通過IP地址識別單元設備，并進行數據通信，該局域網可以通過工業物聯網網關連接到Internet網絡中，智能制造生產線車間外的遠程客戶端可以對車間內的設備進行遠程監控。本地服務器上的系統總控程序監測、控制協調管理各分站單元按照工藝流程作業。

3 軟件控制系統

上位機采用了制造執行系統（Manufacturing Execution System, MES）為基礎，創建了柔性制造控制系統，同時采用一種可以迅速響應需求而相應調整生產品種的柔性制造技術，通過讓系統中的加工設備具有適應加工對象變化的能力，提高自動化水平，從而達到降低生產成本和提高市場響應的能力。整個系統采用三級權限管理，本系統的工作權限由高到低將用戶分為三類：管理員、教師和學生，每級權限對應不同的功能模塊，極大地方便了管理員對整個系統的管理、教師對于學生實訓的管理，及學生對于實訓的操作。

實時監控模塊主要是對設備的運行狀態的進行監控，設備有單機和聯機兩種工作狀態，聯機狀態下監控系統中各單元協調運行的情況，單機狀態顯示各單元的運行狀態細節，不顯示整體網絡狀態。生產計劃模塊用于創建相應的生產訂單并提交該訂單到系統等待處理；同時可以查看是實驗待處理訂單與客戶待處理訂單的詳細信息；也可追溯實驗以及客戶的歷史訂單詳情。由創建訂單、待處理訂單和歷史訂單三個子模塊構成。設備管理模塊用于設備管理，顯示設備連續工作時間、故障和維修信息記錄與安排，由設備臺賬、報警記錄、設備統計和維修保養計劃四個子模塊構成。個人中心模塊用于用戶編輯和修改自己的個人信息，由基本信息和密碼修改兩個子模塊構成。以上四個模塊管理員、教師、學生都具有訪問權限。教師單獨訪問的模塊有實驗預約和教學系統，實驗預約模塊用來給老師管理班級，預約實驗和查看自己實驗安排、預約的狀況和實驗歷史。由學生管理、班級分組、實驗預約、實驗安排、預約狀況和實驗歷史六個子模塊組成。教學系統模塊用于實現教學管理、作業管理等在線互動教學，文獻資料的在線閱讀或下載等功能，由教學大綱、作業管理、作業批改、文獻資料和教學日歷五個子模塊構成。管理員權限用戶可以進行庫存管理、用戶管理以及實驗管理等。

4 總結

公共實訓基地的智能制造生產線課程，讓學生對智能制造系統有了全面的認識，對接智能制造崗位需求進行課程內容設置，讓學生得到更加系統化、專業化的實踐鍛煉，學生的專業知識綜合應用能力以及傳統技術與信息化控制技術的融合能力將得到大幅度提升。以后將進一步加大力度進行教學改革，轉變教學模式，完善教學手段，為我國培養更多的智能制造高潛質的專業人才。