現(xiàn)代工業(yè)4.0智能制造無人工廠生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)方案

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(shí)驗(yàn)平臺主要應(yīng)用于學(xué)生應(yīng)用實(shí)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(jìn)的系統(tǒng)。所要研發(fā)的系統(tǒng)能夠?yàn)閷W(xué)生提供了一種嶄新的綜合實(shí)驗(yàn)平臺，使他們能夠綜合運(yùn)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(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞纸?jīng)濟(jì)地擴(kuò)展了實(shí)驗(yàn)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(shí)生產(chǎn)實(shí)際過程，讓學(xué)生在學(xué)校就能夠了解實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐的細(xì)節(jié)，填補(bǔ)了產(chǎn)學(xué)同步的空白。綜合了現(xiàn)代實(shí)際生產(chǎn)中較流行、較先進(jìn)的各種實(shí)用技術(shù)知識點(diǎn)，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(jī)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(jìn)行創(chuàng)新改造。在掌握基礎(chǔ)知識的前提下，進(jìn)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(shí)訓(xùn)方案特點(diǎn)

智能制造生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)平臺，是對工業(yè)現(xiàn)場大型設(shè)備進(jìn)行提煉和濃縮的一款小型智能制造生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)設(shè)備，專門為職業(yè)院校、教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)等而研制的，它適合機(jī)械制造及其自動化、機(jī)電一體化、電氣工程及自動化、控制工程、測控技術(shù)、計算機(jī)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(jī)床加工、光、電、氣，包含了PLC、機(jī)器人、傳感器、氣動、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、電機(jī)驅(qū)動與控制、計算機(jī)等諸多技術(shù)領(lǐng)域，對柔性制 造技術(shù)的工作過程進(jìn)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(jī)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(jī)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(rèn)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(shí)驗(yàn)和科研的平臺。

三、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(yùn)設(shè)備進(jìn)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(jī)構(gòu)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、自動定位機(jī)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(shí)機(jī)加工件無人化DNC自動加工，配置伺服電機(jī)、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。可用于雕刻、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(shí)機(jī)加工件無人化DNC自動加工，配置伺服電機(jī)、工業(yè)級數(shù)控系統(tǒng)，精度高，

5、六自由度機(jī)器人單元

六自由度工業(yè)機(jī)器人、抓取機(jī)構(gòu)、氣爪等組成，主要完成對工件的提取及搬運(yùn)到各數(shù)控加工單元、AGV小車搬運(yùn)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(shí)現(xiàn)末端的6自由度動作

6、四坐標(biāo)機(jī)器人

四坐標(biāo)機(jī)器人主要負(fù)責(zé)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(yùn)動自由度間成空間直角關(guān)系、多用途的操作機(jī)。他能夠搬運(yùn)物體、操作工具，以完成各種作業(yè)，具有高速性的最大化吞吐量,超長的工作運(yùn)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(biāo)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(biāo)簽和RFID讀寫器組成，標(biāo)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(dāng)工件到達(dá)該工位時系統(tǒng)可通過讀寫器，識別到該工件的運(yùn)輸及加工途徑。每個傳輸工裝板上都安裝有RFID標(biāo)簽，在每個加工工位物料都需要進(jìn)行識讀操作，并將信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給服務(wù)器，實(shí)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(yùn)單元

AGV小車無人搬運(yùn)車由機(jī)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(yùn)動途徑，運(yùn)行至裝卸站,準(zhǔn)停，主動將零件放置到裝卸站緩沖區(qū)，由四軸坐標(biāo)機(jī)器人卸貨至立體倉庫成品區(qū)或原材料區(qū)。實(shí)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(jī)器人，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)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(kuò)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(jī)、狀態(tài)指示燈、10.4英寸工業(yè)彩色觸摸屏S7-315主機(jī)，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(yùn)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(shí)施強(qiáng)弱電分開管理，待機(jī)休息及檢修時要求強(qiáng)電關(guān)閉，控制、信號燈弱點(diǎn)部分完全獨(dú)立運(yùn)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(shí)現(xiàn)送料，取料，輸送周轉(zhuǎn)功能；實(shí)現(xiàn)智能化工作與管理，并對每個環(huán)節(jié)的時間點(diǎn)、責(zé)任人等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集，匯集到統(tǒng)一的信息平臺，最大限度的提高存儲貨物的能力。

四、整套系統(tǒng)功能

既能完成認(rèn)知型和綜合型實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，又能完成開發(fā)設(shè)計型實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，還能實(shí)現(xiàn)學(xué)生現(xiàn)場動手操作；對樣件具有全程演示及生產(chǎn)能力；系統(tǒng)應(yīng)具有全自動控制功能，能充分展示現(xiàn)代工業(yè)中進(jìn)行數(shù)字化管理生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)；系統(tǒng)應(yīng)具有單機(jī)獨(dú)立控制、獨(dú)立運(yùn)行功能；系統(tǒng)應(yīng)具有啟停控制、動態(tài)作業(yè)計劃調(diào)度、庫存資源動態(tài)顯示、系統(tǒng)故障診斷與處理、工件位置動態(tài)顯示等等功能。
該系統(tǒng)除能服務(wù)于工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)外，還應(yīng)能覆蓋相關(guān)課程，并能進(jìn)行相關(guān)的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，具體如下：
（1）可服務(wù)的相關(guān)課程
機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)與操作、機(jī)械制造基礎(chǔ)、機(jī)械工程測試技術(shù)、機(jī)電傳動控制、液壓與氣壓傳動、機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)控技術(shù)、機(jī)電系統(tǒng)仿真、CAD/CAM、PLC原理及應(yīng)用、數(shù)字化制造技術(shù)、機(jī)電設(shè)備故障診斷、制造技術(shù)、多軸數(shù)控加工技術(shù)、虛擬與仿真技術(shù)等，和其它相關(guān)課程。
（2）教學(xué)演示類項(xiàng)目
柔性化加工系統(tǒng)演示、控制演示、機(jī)電控管一體化技術(shù)演示、自動傳輸系統(tǒng)演示、AGV搬運(yùn)演示、機(jī)器人編程使用、產(chǎn)品自動倉儲系統(tǒng)演示等等。
（3）綜合訓(xùn)練類、設(shè)計類等項(xiàng)目
機(jī)械制造技術(shù)項(xiàng)目綜合訓(xùn)練、機(jī)床檢測綜合實(shí)驗(yàn)、數(shù)字化技術(shù)項(xiàng)目綜合訓(xùn)練、多軸數(shù)控技術(shù)項(xiàng)目綜合訓(xùn)練、機(jī)電控制綜合實(shí)驗(yàn)、機(jī)電一體化系統(tǒng)綜合設(shè)計、機(jī)電一體化系統(tǒng)綜合設(shè)計、工件傳輸線應(yīng)用設(shè)計、工件裝配項(xiàng)目應(yīng)用設(shè)計、立體倉庫應(yīng)用設(shè)計、氣壓系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計、系統(tǒng)供電方案應(yīng)用設(shè)計、計算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計、數(shù)據(jù)庫應(yīng)用及開發(fā)、總控系統(tǒng)的應(yīng)用與開發(fā)、傳感器應(yīng)用與選擇、PLC應(yīng)用編程設(shè)計、PLC網(wǎng)格通訊應(yīng)用、伺服驅(qū)動應(yīng)用、人機(jī)界面編程設(shè)計、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等等。

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