基于“工业4.0”的智能制造生产线实训产品设计

汤文莉

摘要：所谓“工业4.0”指的是第四次工业革命，是由德国政府《德国2020高技术战略》中提出的一个新概念。该项目在德国境内受到其教育局、研究部、经济技术部的联合支持，总计投资额度达2亿欧元。“工业4.0”概念的提出旨在提升本国乃至世界范围内的生产力，推动制造业的智能化程度，并且建立具有适应性与资源整合能力的智慧工厂。

关键词：“工业4.0”;智能制造;生产线实训

中图分类号：T-1             文献标识码：A

“工业4.0”概念包含多个内容，尤其是阐释了集中式控制方式转变为分散式控制方式，大大降低控制过程的风险性，突出节点在智能生产过程所发挥的重要作用。智能制造生产线的理念和“工业4.0”概念有相似性，突出了智能化在现代制造业中的作用，强化生产制造过程中的智能化手段。

1 智能制造生产线实训存在的问题

1.1 实践环节少

智能制造生产线实训环节对场地和设备要求非常高，很多高校在组织课程的时候往往不具备较大规模的实训基地，无法容纳较多学生同时参与实训。教学过程仍然以较为传统的理论传输为主[1-2]。

1.2 设备落后

高校实训基地所使用的设备多是生产制造企业在使用之后淘汰下来的部分设备，这部分设备科技含量较低，并且使用过程无法保障其流畅性，可操作性和学习性都相对较低。

2 智能制造生产线实训产品设计

本设计方案以汽车轮毂制造为基础，构造了整套适合轮毂生产制造全过程，包含产品确定生产（下单），到产品的初步加工、质量检测、产品装箱、贴标、入库以及物流等所有环节。产品的交易方式不仅仅表现为线下合同交易，借助现阶段最火的交易方式——电商平台交易，用户基于网络即可实现订单选择，包含产品的参数、类型与个数。订单签订之后，即可对订单进行加工制作。整个系统的构造以“工业4.0”为背景，从中应用了大量的现代化智能设备，结合现有阶段较前沿的智能机器人、视觉检测、无线射频等技术，力求为高校搭建一个符合学生们学习环境和接受方式的实训平台。平台开始运转之后所有的生产制造环节都避免了人为因素在整个过程中发挥的作用：首先，可实现基于平台的订单生成系统线上订单的落实;订单完成之后总控台即可下发生产指令，各加工单位接受指令之后即可落实相应的产品加工工作。加工成品需要进行产品合格检验，检验过程完全由设备实现，并且将检验合格的产品直接放入成品区，不合格的产品将被放入回收区，生产过程无人干预。

当然，此平台的设计初衷是为了加强教学效果，平台的各个环节可实现自由更换节奏，由全自动转变为各单元单独工作，不对彼此产生影响，进而方便学生们学习过程的开展。具体流程如图1所示。

此设计对象为汽车轮毂生产加工，整合整个产品的下单→加工→质检→分装→物流等所有过程，实现全过程的无人操作，系统的工作流程如图2所示。

2.1 订单生成系统

基于“工业4.0”的智能制造生产线实训设计系统可实现订单在线生成，能够实现在线提供适合客户需求的个性化服务，深入了解客户在产品使用方面的具体要求。两者之间的交互方式通过使用终端设备即可实现，系统自身中控系统可实现和客户终端设备（手机、电脑）进行交互，客户基于终端设备即可对系统中控设备下达指令，简单快捷。

2.2 产品加工过程

智能制造系统中控系统在接收到客户生成的订单之后，会首先对仓库内是否有已经加工完成的产品进行判断，如存在已经加工完成的成品，可直接使用这部分成品。如存在库存的情况，运输机器人接收到中控系统发出的搬运指令，可直接将这部分成品搬运至运输线上，使其进入物流配送系统，系统则自动将所有的成品运输到指定地点[3]。

其次，如中控系统发现客户所需产品在库房内没有成品，中控系统会及时向总控制台发送补充原料库存提示。智能携带位置定位装置，不同类型的产品所处的位置存在较大差别，具体数量可通过智能料架上的智能传感器装置对所有的记录装置进行传送，使其能够准确地传递中控系统。储存原料的厂房在满足生产的基本条件之后，即可由中控系统对其下产品制作的指令[4]。

（1）首先需要对毛坯件进行处理，笛卡尔机器人在接收到订单之后会取出相应的半成品料，并将其放置在对应的载具上，中控系统会首先对这部分半成品料的品质进行判断，确定半成品料是否能够达到继续加工的要求。此时，若是能够达到基本生产要求的半成品毛坯，即可将其送往下一步生产加工车间，并在其上标注专属的电子标签。

（2）传送系统在检测到系统存在半成品工料之后会将智能小车运输到其他加工单元之中，不同单元的加工指令不同，所生产的产品也不同，不同的产品对应了不同的加工工序，而加工工序在使用之前就已经被写入中控系统之中。中控系统接收到某一订单之后即可根据产品的类型对相应的产品加工区发放加工指令，加工中心可根据指令实现对应产品的生产制作。

（3）加工中心处也有搬运机器人，这部分搬运机器人主要是帮助毛料运输小车搬运毛料。加工中心处机器人在接收到毛料之后会将毛料运输到指定加工位置，初次加工的主要内容是对轮毂外形和浇口处进行处理，加工完成之后可由搬运机器人将所有的初步加工完成之后的产品放回运输小车上。

（4）运输小车会继续对半成品进行再次运输，初步加工完成之后的轮毂需要进行二次检测，这一环节主要由智能相机对半成品零部件进行判断，判断其是否符合基础加工条件。如初次加工之后的轮毂符合基础加工条件，可将这部分信息直接在RFID检测装置内检测，完成检测之后写入信息。无法通过二次检验标准的零部件或者加工过程中产生的废旧零件将会被回收至垃圾箱。检测合格的产品将自动进入到下一工序之中，并由小车将其再次搬运到加工中心。

（5）加工中心处二次加工单元的机器人在接收到运输小车初次加工之后的毛料，会将这一毛料直接搬运至二次加工场所，二次加工主要是对轮毂的螺纹孔和气孔进行加工处理，整个搬运过程同样由加工中心处机器人负责，轮毂加工完成之后，再由机器人将二次加工之后的轮廓搬运至运输机器人上，机器人再次将加工完成之后的轮毂搬运至检测中心处，对二次加工轮毂质量进行检测。

（6）其余加工过程也都是按照这一顺序来陆续完成，加工中心处的不同单元对应着不同的加工处理工序，每一次加工处理完毕之后都有检测系统对于加工处理完毕之后的轮毂进行质量检验，检验合格的设备会在其上标注相应的标识码，通过标识码即可进行下一环节的加工或处理，而没有标识码的产品将进行回收处理。

3   结语

综上所述，本文构架了一整套符合工业4.0理念的智能制造生产线实训系统，该系统既具备无人操作即可实现生产加工的效能，同样也可实现独立加工的步骤。符合对现阶段高校课程教学所应用到的所有条件。同时该系统与工业4.0理念的極大契合性也决定了该系统不但能胜任教学环节，还可实现实际工作的效能。

参考文献

[1] 马千仲.汽车部件智能装配生产线及工业机器人应用研发及产业化[J].汽车实用技术，2019，44（18）：180-181.

[2] 梁艳，贾先，赵祎，等.智能制造需求背景下应用型本科工业机器人技术应用课程实践训练模式[J].西部素质教育，2019，5（17）：206-207.

[3] 吕延岗，董彦宗，马宝秋.服务智能制造的专业综合实训体系探索与构建[J].中国职业技术教育，2019，27（20）：91-96.

[4] 任富明，刘名涛，蔡鹏飞.制动盘智能制造生产线工艺设计、三维建模及运动仿真[J].机车车辆工艺，2019，56（3）：48-49，60.