智能制造自动化生产线的仿真搭建

林峰，陈天凡，赵仕宇

（福州职业技术学院，福州 350108）

0 引言

目前，很多制造企业都上线智能制造自动化生产线，但是这些智能制造自动化生产线要么是为了生产专门产品而设计，要么生产线规模太大，操作复杂，无法用于教学；同时，该项目所设计的智能制造自动化生产线受场地面积限制，无法将企业中的智能制造自动化生产线照搬到学校进行使用[1]。为了解决企业中所使用的自动化生产线不适合进行实训教学，同时为了解决高校智能制造实训设备落后问题，该项目设计了一条功能齐全，适合生产和教学的产学一体智能制造自动化生产线。

1 总体方案设计

该项目所设计智能制造自动化生产线选择中小型汽车零部件为主要加工对象。中小型汽车零部件生产批量大，结构简单，适合产地有限的智能制造自动化生产线搭建。此智能制造自动化生产线应合理搭建在25m×8m=200m2的场地上，同时可以分开设置多个实训教学单元，满足独立开展实训教学工作的需要。此外，该智能制造自动化生产线应该能按标准进行实际生产加工，所生产加工的产品包含但不限于以下零件：涡轮增压器中间体、飞轮、法兰、阶梯轴。整条生产线要求功能齐全，从毛坯到成品全过程实现自动化，运行顺畅，节拍合理。

本条智能制造自动化生产线有6 个模块组成，分别是：仓储模块、物流模块、加工模块、清洁模块、检测模块、监控模块[2]。

（1）仓储模块设计

该模块主要完成毛坯入库操作。在初始状态，需要人工将毛坯随意堆放到容器中，因此需要用到视觉系统来识别单个毛坯堆放时的位置和姿态，为机器人定位和抓取提供准确数据，再由机器人将毛坯放置在物料托盘上并摆放整齐。最后，将托盘放入货架的未加工区域。整个货架分位未加工区域和成品区域，通过RFID 实现智能货架管理。

此外，仓储模块可以与其他模块分开，独立设置仓储模块实训教学单元，主要让学生通过该模块了解视觉系统工作原理；熟悉智能货架管理工作原理和动作流程；掌握机器人抓取毛坯、进出库编程等。

（2）物流模块设计

此模块主要完成毛坯、半成品和成品在各模块之间的货物搬运[3]。该项目场地面积小，除了布置必须的加工单元外，空余面积无法布置传送带等需要占用场地的传送装置。故采用由AGV 小车和各个接驳料道组成物料模块，占用场地面积小，可以灵活设计传送路线，方便学生在场地进行实训。

此外，物流模块中的AGV 小车可以让学生了解AGV 小车工作原理，掌握搬运路线的设计和应用。

（3）加工模块设计

此模块主要完成毛坯到成品的加工过程。通过分析涡轮增压器中间体、飞轮、法兰和阶梯轴加工工艺，此模块设计采用1 台数控车床、1 台数控车削加工中心、2 台立式数控加工中心、1 台数控钻工中心等数控机床和3 台固定式机器人组成，主要实现功能如下：

①零部件自动装夹和加工。

②学生可以学习数控加工知识。

③学生可以学习机器人编程和操作。

④学生可以学习数控机床和机器人组成的独立自动化加工单元。

（5）检测模块设计

此模块由自动影像测量仪和三坐标比对仪器等测量检测设备组成，主要实现检测半成品或成品零件是否加工合格。学生可以通过此检测模块学习现代工厂最先进的检测技术。

（6）监控模块设计

此模块由智能制造自动化生产线监控系统和检测系统组成，可以实现可视化教学，参数实时监控、检测和故障诊断等。

2 智能制造自动化生产线仿真搭建

该项目投资金额比较大，需要对生产线进行精心设计，可以通过VisualOne 智能工厂虚拟仿真系统对智能制造自动化生产线进行仿真搭建，排除不合理布局，设计出合理的自动化加工流程[4]，搭建的智能制造仿真生产线如图1 所示。（扫图2 所示二维码，观看智能制造生产线自动化生产过程视频）

图1 智能制造自动化生产线仿真搭建

图2 扫码看视频

3 涡轮增压器中间体自动化加工过程

以汽车零件涡轮增压器中间体生产加工为例，实现智能制造全自动化加工过程。其中，涡轮增压器中间体如图3 所示，其加工工艺如表1 所示。

图3 涡轮增压器中间体

表1 涡轮增压器中间体加工工艺

智能制造自动化生产线加工工艺流程如图4所示。

图4 自动化加工工艺流程图

4 结语

该项目基于VisualOne 智能工厂虚拟仿真系统优化布局，所设计智能制造自动化生产线又可以独立组成学习模块，帮助学生学习当前智能制造的先进技术。本条生产线亦可对多种加工对象设计自动化加工流程，实现柔性化加工生产。