小型智能制造柔性生產(chǎn)線教學(xué)系統(tǒng)

摘要：隨著德國"工業(yè)4.0"、美國"工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)"及我國"中國制造2025"的提出,智能制造、自動化裝備等細分產(chǎn)業(yè)得到重點關(guān)注,并不斷向FMS柔性制造系統(tǒng)或FMC柔性制造單元發(fā)展。

一、智能制造生產(chǎn)線介紹

   工業(yè)4.0智能制造生產(chǎn)線實驗平臺主要應(yīng)用于學(xué)生應(yīng)用實踐類教學(xué)。它將各分散的學(xué)習(xí)要素集中起來，組成一個能夠讓學(xué)生參與設(shè)計、構(gòu)建和調(diào)試，讓更多老師參與研發(fā)、設(shè)計和學(xué)習(xí)，讓設(shè)備不斷更新、技術(shù)不斷前進的系統(tǒng)。所要研發(fā)的系統(tǒng)能夠為學(xué)生提供了一種嶄新的綜合實驗平臺，使他們能夠綜合運用所學(xué)知識設(shè)計、構(gòu)建各種較大規(guī)模的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)模型。這種全新的實驗?zāi)Ｊ绞纸?jīng)濟地擴展了實驗設(shè)備，對培養(yǎng)和提高大學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力具有非常重要的價值。工業(yè)智能制造示范線以模塊化大大的提高了其靈活性，更貼近現(xiàn)實生產(chǎn)實際過程，讓學(xué)生在學(xué)校就能夠了解實際生產(chǎn)實踐的細節(jié)，填補了產(chǎn)學(xué)同步的空白。綜合了現(xiàn)代實際生產(chǎn)中較流行、較先進的各種實用技術(shù)知識點，其中包括PLC編程技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，電氣控制技術(shù)，氣動應(yīng)用技術(shù)，傳感器技術(shù)，伺服驅(qū)動控制技術(shù)，機器人應(yīng)用技術(shù)等。

   采用了模塊化的設(shè)計，學(xué)生可以發(fā)揮自己的創(chuàng)新思維，對原有的生產(chǎn)流程進行創(chuàng)新改造。在掌握基礎(chǔ)知識的前提下，進一步提高學(xué)生的積極性、動手能力和創(chuàng)新思維。

二、智能制造生產(chǎn)線實訓(xùn)方案特點

智能制造生產(chǎn)線實驗平臺，是對工業(yè)現(xiàn)場大型設(shè)備進行提煉和濃縮的一款小型智能制造生產(chǎn)線實訓(xùn)設(shè)備，專門為職業(yè)院校、教育培訓(xùn)機構(gòu)等而研制的，它適合機械制造及其自動化、機電一體化、電氣工程及自動化、控制工程、測控技術(shù)、計算機控制、自動化控制等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)和培訓(xùn)。融合了數(shù)控機床加工、光、電、氣，包含了PLC、機器人、傳感器、氣動、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、電機驅(qū)動與控制、計算機等諸多技術(shù)領(lǐng)域，對柔性制 造技術(shù)的工作過程進行研究，監(jiān)控系統(tǒng)、主控PLC和下位PLC通過網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)構(gòu)成一個完整的多級計算機控制系統(tǒng)，通過訓(xùn)練，使學(xué)生了解智能制造生產(chǎn)線的基本組成和基本原理，讓學(xué)生全面掌握機電一體化技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)和集成技術(shù)，幫助學(xué)生從系統(tǒng)整體角度去認識。為信息學(xué)院自動化和電氣工程自動化本科及其控制科學(xué)與工程研究生均提供了實驗和科研的平臺。

三、設(shè)備實物圖

四、系統(tǒng)組成簡介

1、立體倉庫單元

   立體倉庫單元的主要功能是為系統(tǒng)提供加工工件原材料和儲存成品件兩大倉儲功能，采用三層貨架儲存單元貨物，用相應(yīng)的物料搬運設(shè)備進行貨物入庫和出庫作業(yè)的倉庫。

2、環(huán)型流水線單元

   環(huán)型流水線單元主要由鋁合金型材基體、環(huán)行傳輸線、自動導(dǎo)向機構(gòu)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、自動定位機構(gòu)等組成。可完成對工件在不同速度下的輸送，不同工位的自動定位，從而大大提高了自動環(huán)形傳輸線的工作效率。
3、數(shù)控車床加工中心單元

   數(shù)控車床加工中心單元采用小型化，占地小，用于整個工件的軸類部份的加工，采用自動門、自動裝夾、四工位自動刀架、并有工件冷卻加工系統(tǒng)，現(xiàn)實機加工件無人化DNC自動加工，配置伺服電機、工業(yè)級數(shù)控系統(tǒng)，精度高。

4、數(shù)控銑床加工中心單元

   數(shù)控銑床加工中心單元采用小型化，占地小，用于整個工件三軸聯(lián)動加工?？捎糜诘窨?、數(shù)控鉆、數(shù)控銑等加工工藝，采用自動門、自動裝夾等，現(xiàn)實機加工件無人化DNC自動加工，配置伺服電機、工業(yè)級數(shù)控系統(tǒng)，精度高，

5、六自由度機器人單元

   六自由度工業(yè)機器人、抓取機構(gòu)、氣爪等組成，主要完成對工件的提取及搬運到各數(shù)控加工單元、AGV小車搬運單元及工件視覺檢測單元等。包含旋轉(zhuǎn)（S軸），下臂（L軸）、上臂（U軸）、手腕旋轉(zhuǎn)（R軸）、手腕擺動（B軸）和手腕回轉(zhuǎn)（T軸）,6個關(guān)節(jié)合成實現(xiàn)末端的6自由度動作

6、四坐標機器人

   四坐標機器人主要負責立體倉庫的原材料入庫與出庫、成品零件的入庫。夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、運動自由度間成空間直角關(guān)系、多用途的操作機。他能夠搬運物體、操作工具，以完成各種作業(yè)，具有高速性的吞吐量,超長的工作運行時間,節(jié)省地面空間

7、視覺檢測單元單元

   檢測單元的主要功能是對工件的精度、外觀形狀品質(zhì)是否合格，通過攝像頭獲取工件的圖像，由圖像處理器完成工件合格與否的判斷，將不合格工件剔除，將合格的工件傳送至下一單元，而將不合格的工件推送至廢料槽。

8、RFID系統(tǒng)單元

   RFID系統(tǒng)單元是一種非接觸式的自動識別系統(tǒng)，它通過射頻無線信號自動識別目標對象，用于對工件材料的信息記錄，加工路徑記錄、產(chǎn)品追溯化管理，由RFID標簽和RFID讀寫器組成，標簽安裝在工件放置的工裝板上-記錄該工裝板上放置零件信息，RFID讀寫器安裝在工裝板經(jīng)過的每一個工位上，當工件到達該工位時系統(tǒng)可通過讀寫器，識別到該工件的運輸及加工途徑。每個傳輸工裝板上都安裝有RFID標簽，在每個加工工位物料都需要進行識讀操作，并將信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給服務(wù)器，實時的跟蹤物料位置信息和倉儲位置信息，做到物料、成品、半成品的可追溯性管理。

9、AGV小車搬運單元

   AGV小車無人搬運車由機器人輸送加工后的零件或從庫房特定庫架抓取零件，AGV智能小車并依據(jù)方位計劃運動途徑，運行至裝卸站,準停，主動將零件放置到裝卸站緩沖區(qū)，由四軸坐標機器人卸貨至立體倉庫成品區(qū)或原材料區(qū)。實現(xiàn)線邊設(shè)備和自動倉儲的自動上下料功能，采用激光通訊傳感器通訊，信號傳輸快捷方便；行走模組采用PLC控制，AGV的PLC通訊，PLC發(fā)送任務(wù)碼給機器人，實現(xiàn)點位控制；主控通訊，AGV整體與主控PLC通訊。

10、PLC工作站單元

   采用工業(yè)自動化主流PLC，可隨意擴展，配備觸摸屏、具備物聯(lián)網(wǎng)接口，鋁合金型材構(gòu)成，連接牢固。

11、總控臺

    總控平臺主要由單相電網(wǎng)電壓指示、電源控制部分、控制主機、狀態(tài)指示燈、10.4英寸工業(yè)彩色觸摸屏S7-315主機，電腦等組成，主要完成監(jiān)視各分站的工作狀態(tài)并協(xié)調(diào)各站運行，完成工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的集成。它帶有電源總控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，產(chǎn)線處的有數(shù)據(jù)均可從總控制臺收集獲取，可通過總控調(diào)度分配各個模塊的工作職能。電源系統(tǒng)實施強弱電分開管理，待機休息及檢修時要求強電關(guān)閉，控制、信號燈弱點部分完全獨立運行。

12、零部件周轉(zhuǎn)拖盤

    用于原材料及成品件的輸送周轉(zhuǎn)用，配合RFID系統(tǒng)及智能倉庫、環(huán)型流水線中應(yīng)用。實現(xiàn)送料，取料，輸送周轉(zhuǎn)功能；實現(xiàn)智能化工作與管理，并對每個環(huán)節(jié)的時間點、責任人等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行實時采集，匯集到統(tǒng)一的信息平臺，提高存儲貨物的能力。