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智慧工厂4.0研究平台

概要信息
该平台主要是为面向“工业 4.0”教学需求专门研制的工业级智慧工厂实训系统,该平台主要是体现以 MES 生产管理系统为核心,与云计算中心相结合,软件在云计算的虚拟机上运行,以电气控制网络化为基 础,结合 RFID 物联网技术的“智慧工厂”,实现智能化生产、加工、装配、仓储、数字化物流跟踪等过程 的智能化柔性生产线,在生产管理及物流调度软件系统方面,通过合理的统筹、优化算法,结合网络技术 及现场总线技术,实现了生产过程、物流仓储的高效、智能。该平台满足自动化类、机电一体化等主要专业,涵盖电子信息、计算机、工业机器人等众多专业领域的专项技术和专业核心技术的教学、科研和实训。
规格:
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产品描述

一、概述

该平台主要是为面向“工业 4.0”教学需求专门研制的工业级智慧工厂实训系统,该平台主要是体现以 MES 生产管理系统为核心,与云计算中心相结合,软件在云计算的虚拟机上运行,以电气控制网络化为基 础,结合 RFID 物联网技术的“智慧工厂”,实现智能化生产、加工、装配、仓储、数字化物流跟踪等过程 的智能化柔性生产线,在生产管理及物流调度软件系统方面,通过合理的统筹、优化算法,结合网络技术 及现场总线技术,实现了生产过程、物流仓储的高效、智能。

该平台满足自动化类、机电一体化等主要专业,涵盖电子信息、计算机、工业机器人等众多专业领域 的专项技术和专业核心技术的教学、科研和实训。

该平台主要通过手机 APP 和浏览器远程下单,完成从网上下单、生产订单解析、工艺编排、智能仓储 存取、柔性流程重配和生产、基于视觉的平面装配和立体装配的全自动化过程。构建真正意义上的工业 4.0 新型工作模式和基础平台,便于自动化专业学生在上面开展专业实验。

该平台将生产制造执行系统 MES 和 WMS 有机地结合起来,将生产管理、先进制造及仓储管理融于一 体,集成应用典型工业自动化控制技术。系统具有模块化特性和系统开放性(其上可做模块化单独实验和 系统综合实验),技术和器件不仅能与当今实际应用的主流先进技术和先进应用器件保持一致,而且还具有 二次开发的平台。

平台主要功能如下:

 生产线采用全自动化生产,无需人工干预,同时能实时监控设备生产状态、故障信息、反馈当前物 流信息。

 客户可通过手机和浏览器远程下单,系统自动排产,三种产品(汉子刻章、拼图、立体器具)共线 生产装配。客户可知晓产品生产进度,凭标识码实现自动存储和取件。

③  生产线配有 RFID 系统,全程追踪产品的生产过程。涵盖订单下发、物料传输、物料加工、物料入库等;生产管理系统记录每一个生产过程数据,可产品追溯。

④原料库存在原料低于生产库存时,系统自动生成新的采购订单,向供应商提交新的订货要求。

⑤设备具有远程访问功能,可以记录、查询相关生产信息和状态信息。

⑥系统为每台设备建立档案,记录各个设备的保养、维护信息,核心设备提供远程访问和远程诊断功 能。

二、特点

1)实验室内的柔性制造系统,拥有多个工作单元,功能多,技术先进。学生可以直接体验生产现场 的先进技术。同时也学到生产现场不具备的故障诊断、生产执行系统等等。

2)实验室的产品采用模块化设计,可以创新组合,符合未来先进制造流水线的柔性和适应性要求。

3)实验室设备集中了当前以及未来先进的机器人技术、现场总线技术、PLC  技术、图像处理与诊断 技术、自动立体仓储技术等等。

4)能够集成工业物联网的感知控制层,传输通信层,网络协议层,应用程序层,云端服务层一体化 的工业物联网实训设备

5)实验设备直接以生产现场使用的工业元器件组成一个功能齐全的生产流水线,直接与实际生产结 合,利于培养实用型、创新性专业技术人才。

6)实验设备为开放式系统设计,学生和老师在探究系统技术和理论的同时,可以进行自我设计,提 升系统的设计结构和设计要求。同时进行先进技术、先进理论的各种尝试。

7)先进的教育理念,以“用知识、实践知识”为宗旨,以项目的形式开展教学、科研及技术开发, 利于培养创新性、实践型专业技术人才。

8)包含物联网控制屏、实训组件、现场多模传感器、物联网中间件,工业触摸屏,可编程控制器及 实训导线等组成。

9)对于基于工业物联网及可编程控制器的电气控制实训项目,能够结合流行组态软件与计算机进行 通信监控实训装置的运行状态,更加贴近工业现场。

三、系统工艺流程介绍

1、“陀螺”智能制造控制流程

序号

工艺名称

工件 3D 

工艺说明

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

车削

 

 

 

转轴 1.铝制半成品

工艺: 1.车削出圆锥

2.车削圆头

 

3.车削倒角

 

 

 

 

2

 

 

 

 

3D 打印


 

转盘 1.塑料或有机玻璃 工艺:

1.3D 打印花纹或者自定 义的图案

2.转盘中心钻孔

 

 

 

3

 

 

 

装配

 

工艺:

1.将转轴放置在装配工位

2.将转盘安装到转轴中

3.装配机器人将螺母装配到位

4.在装配单元,气动螺母机把螺母拧紧

 

 根据手机 APP、浏览器等下达订单要求,发送给云服务器 MES 生产管理系统,通过以太网协议将生产任务信息传递给现在数控加工设备,实现全自动化“图案”雕刻生产加工,同时监控并显示 现场设备的工作状态、工作流程及设备故障灯等工作属性;

根据生产任务订单要求,立体仓库快速完成原材料的出库工作,经过 AGV 智能物流单元将有机玻 璃原材料运送到智能生产加工对接积放滚道处,通过 RFID 读写装置识别多种原材料的规格属性, 通知移载机器人分拣取料;

通过长距离轨道移载机器人,实现数控铣床组之间的连线生产工作,机器人将前一道完成的工序, 继续移载至下一台数控铣床,直至原材料加工完成,移载机器人将加工完成的工件放置在生产加 工单元出口滚道上,经 RFID 读写装置,写入工件规格、加工完成时间等信息。

2、“字母拼图”的智能出库及装配流程

通过手机 APP、浏览器等 MES 生产管理系统,远程下达“单词”等生产订单,MES 系统通过解析下 单的图案信息,进行拆卸和装配工艺编排,通过以太网协议,将控制指令发送给现场的智能机器人;

智能仓储单元通过使用三轴自动堆垛机,首先将一个空托盘出库,并输送到 AGV 小车上;

然后再将货架上 26 个字母原材料(每个托盘上面放置 26 个字母多套)搬运到仓库出口处;

在仓库出口处,利用直角坐标机器人,选取需要的字母放置到 AGV 小车上的空白托盘上;

通过 AGV 物流输送单元,将所需原材料运送至智能拆卸单元滚道入口处,滚道将来料输送至拆卸定位 装置,通过 RFID 读写装置,判断来料是否是所需要的“字母”原料,如来料正确则通过机器视觉检测 单元,再次闭环判断来料是否满足“单词”生产要求,检测合格,蜘蛛手机器人快速完成来料拆卸, 并将拆卸过的原料放置旁边皮带输送线上;

皮带输送线通过间歇步进运动依次接收被拆卸的“字母”,接收完成后,皮带输送线低速连续运行,将 原料输送至智能装配单元处;

六自由度机器人通过安装在其末端关节处的机器视觉,对来料进行快速识别装配工作,此时皮带输送 线是连续不停,低速运送原料;

通过“字母”装配工位上的 RFID 读写器,写入装配完成七巧板成品工作信息,托盘流到 AGV 对接料架,通过 AGV 将装配完成的成品件搬运回立体仓库存储。

 

3、“立体器具-缓冲器”装配输送流程

通过手机 APP、浏览器等 MES 生产管理系统,远程下达装配任务,MES 系统通过解析下单的任务信 息,进装配工艺编排,通过以太网协议,将控制指令发送给现场的智能机器人;

智能仓储单元通过使用三轴自动堆垛机,将货架上立体器具原材料搬运到仓库出口处。

通过立体仓库出口处的 RFID 读取信息,判断来料产品信息是否正确,如来料正确则将原材料托盘输送 AGV 小车上;

通过 AGV 物流输送单元,将所需原材料运送至智能拆卸单元滚道入口处,滚道将来料输送至拆卸定位 装置,通过 RFID 读写装置,判断来料是否是立体器具原料,如来料正确则通定位装置直接放行,通过 滚道继续将立体器具原料输送至智能装配单元,来料托盘被定位装夹;

六自由度机器人通过安装在其末端关节处的机器视觉,对来料进行快速识别装配工作;

通过装配工位上的 RFID 读写器,写入装配完成后立体器具成品工作信息,托盘流到 AGV 对接料架, 通过 AGV 将装配完成的成品件搬运回立体仓库存储。

 

 

四、项目方案设计

1、智慧工厂整体规划布局

该平台主要是为面向“工业 4.0”教学需求专门研制的工业级智慧工厂实训系统,该平台主要是体现以 MES 生产管理系统为核心,与云计算中心相结合,软件在云计算的虚拟机上运行,以电气控制网络化为基 础,结合 RFID 物联网技术的“智慧工厂”,实现智能化生产、加工、装配、仓储、数字化物流跟踪等过程 的智能化柔性生产线,在生产管理及物流调度软件系统方面,通过合理的统筹、优化算法,结合网络技术 及现场总线技术,实现了生产过程、物流仓储的高效、智能。

三维布局图1

 

三维布局图 2

 

 

2、系统组成

典型的智慧工厂主要是围绕着 MES/FMS/WMS 等软件管理系统为核心,以现场控制网络化为基础, 其智能系统主要包括:智能仓储单元、智能生产制造单元、数字化物流单元、智能装配单元、智能生产输 送分拣单元、物联网系统等模块单元。

本系统组成单元:

1.  智能仓储单元

2.  智能生产单元

3.  AGV 物流输送单元

4.  手眼协调拆卸单元

5.  手眼协调装配单元

6.  生产装配输送单元

7.  智能拣选单元

8.  物联网 RFID 识别单元

9.  生产管理与控制单元(MES/FMS/WMS 及现场总线)

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