小型智能制造生产体验中心的设计与实施

摘 要：本项目中心设计目的：和现代制造企业的实际设计制造接轨，再结合体验中心培养特点来设计。旨在引导学生体验现代制造业的数字化、智能化、智能制造生产的有关技术产生兴趣。智能制造生产线的构成：立体仓库及其控制系统、自动化车床工作站、自动化加工中心工作站、自动化检测与打标工作站、智能AGV小车及其调度系统、PLC控制与实训平台、智能制造MES平台、大屏展示系统、机器人仿真实训系统。

关键词：智能制造生产线;工业机器人;加工中心;MES系统;柔性制造

一、智能制造生产线的设计背景

我校已建校30多年，机电技术应用、机械、数控等专业，是我校建校以来的主打专业，但随着社会的发展，为了适应社会的需求，我校的专业也有了较大的改变。而且随着数字化制造技术的发展，现代制造企业的人才需求正在逐渐转变。体验中心技能人才培养方向，要从之前培养一线操作工、装配工、维修工、数控编程等操作技能，转变为培养面向生产管理、技术管理、工艺管理等具有操作技能和一定现场管理能力的综合素质人才。当前装备制造业人才缺口较大的是高精尖生产设备操作及数控编程人才（多轴加工、车铣复合）、生产管理及流程优化人才。

如何把企业对人才的要求在日常教学中体现出来，成为人才培养模式改革的一个重要突破点。通过给大量企业用户提供服务，掌握整理了企业的人才需求，整合资源，特提出了小型智能制造生产线的设计与实施。

二、智能制造生产线的设计思路

本项目中心设计目的是和现代制造企业的实际设计制造接轨，再结合体验中心培养特点来设计。本设计旨在引导学生体验现代制造业的数字化、智能化，引导学生对智能制造生产的有关技术产生兴趣。本方案按以下几点为建设具体目标：

（1）柔性制造：通过基础建模系统、快速工艺软件系统进行工艺流程建模;经过CNC模块化卡盘、机械手模块化卡具、模块化物流托盘，实现柔性化的业务流程配置。

（2）智能计划：通过电子工单系统的计划排产模块，设定排产策略实现一站式排产，自动分解出配套计划。通过PLC和MES数据采集模块，实时反馈进度，计划端可实时掌控状态、任务动态。

（3）聚合互联：通过智能制造平台的自动化设备的接口，将计划任务自动下发到各自动化设备，形成CNC生产任务、立体库任务、AGV任务、机械手任务、表面粗糙度检测仪任务、三坐标检测仪任务和激光打标机任务，并实施采集、调度其执行状态。

（4）过程可视：通过订单流程看板、中央监控看板、产线看板、工位看板、物料看板等，展现CNC设备、AGV、机械手的业务状态和设备状态，实时准确实现可视化管理。

（5）全程追溯：通过正向追溯和逆向追溯，使用扫码枪以及PDA对产品的基础档据、工艺标准、质量标准、制造设备状态数据、制造刀具、卡具、三坐标检测仪表的检测记录、粗糙度仪的检测记录、加工过程、检验过程、存储过程进行整合串联追溯。

三、智能制造生产线的实施

（一）智能制造生产线的工作流程

（二）智能制造生产线的布局

智能制造生产线结合机器人、加工中心、MES系统等多类先进性技术，组成了一个完整的智造平台。采用智能制造生产线和教室结合的方式，左边为教室，学生和老师可在左边的教室进行理论课的教学，右边为智能制造生产线，理论教学结束后可以在此进行实际操作。

（三）智能制造生产线的构成

立体仓库及其控制系统。该系统由自动化堆垛机、货架、PDA、扫码枪等硬件组成。自动化堆垛机：支持200×200mm托盘;支持与AGV小车协调自动化出入库;堆垛机触摸屏及控制柜：支持手动、半自动、自动模式;货架：40个库位;PDA：对托盘扫码查询工单信息;掃码枪：对托盘扫码入库绑定托盘编号。

自动化车床工作站。该工作站包括六轴机器人、滚筒线、车床等硬件。支持工件自动化上下料，远程启动、无人化加工、实时进度监控。教学课程实训点：机器人与PLC网络控制与通信：机器人与AGV货物交接逻辑控制与通信：FANUC机器人编程基础与用户坐标系的应用;机器人自动化上下料课题实训。

自动化加工中心工作站。该工作站包括六轴机器人、滚筒线、立式加工中心、自动化排屑机等硬件。支持工件自动化上下料，远程启动、无人化加工、实时进度监控。教学课程实训点：机器人与PLC网络控制与通信：机器人与AGV货物交接逻辑控制与通信：FANUC机器人编程基础与世界坐标系的应用;机器人自动化上下料课题实训。

自动化检测与打标工作站。该工作站包括六轴机器人、滚筒线、粗糙度检测系统、三坐标测量仪、激光打标机等硬件。教学课程实训点：机器人与PLC网络控制与通信：机器人与AGV货物交接逻辑控制与通信：FANUC机器人编程基础与多工作站的协调应用;机器人自动化检测课题实训;机器人自动化打标课题实训;三坐标检测仪的系统认识与使用;粗糙度检测仪的基础知识与自动化应用;激光打标机工业场景使用与信息化场景应用。

智能AGV小车及其调度系统。该系统包括AGV小车及其调度软件，AGV小车支持通过标准网络通信协议受PLC调度控制。AGV小车结构组成与基本原理;AGV手动控制与使用保养;AGV与PLC网络控制与通信。

PLC控制与实训平台。PLC通过数字输入获得机床开关门、夹具的传感器信号，通过模拟量输入获得液压夹具的压力反馈信号。PLC作为MODBUSTCP的MASTER端与触摸屏、AGV调度系统、立库控制系统、机器人控制系统的SLAVE端进行通信。通过S7 ETHERNET协议，PLC与MES系统交换关于表面粗糙度检测系统、激光打标系统、三坐标测量仪进行通信，由MES系统根据各设备接口采集相关信息再转发给PLC控制器。

智能制造MES平台。该系统包括基础建模、电子工单、文档发放、仓库管理等软件模块。柔性化建设，工厂建模和流程建模可根据不同任务、不同工作进行不同形式的设定，以支持多种任务的完成。通过工厂建模，可以设定任务执行车间以及班组，包括每个班组的任务等，不同的任务由不同的车间班组来执行。通过每一台自动化设备的接口，将所有自动化设备连接在MES系统中，由MES系统统一进行管理，包括任务的下发、设备数据的采集以及调度等工作。MES系统可对生产车间的所有自动化设备进行管控，包括CNC、自动化立体仓库、AGV小车、三坐标测量仪、表面粗糙度测量仪、激光打标机等设备，都可通过MES系统直接对其进行任务的下达以及状态监控、数据采集等工作。通过下达不同的指令，使智能制造车间内的设备实现对多种工作内容的完成。整个生产车间融为一体，相互协作，所有数据集中式管控，任务统一下达，犹如一支军队，MES系统为军队的指挥官，所有自动化设备为士兵，指挥官统一指挥，下达任务，士兵及时完成任务，并将完成情况反馈给指挥官统一管理，井然有序，目的明确，效率高、质量好，达到聚合互联的效果。

大屏展示系统。包括设备监控、任务监控等页面。

机器人仿真实训系统。该系统提供机器人虚拟仿真、在线编程实训平台。

最终，本项目形成一个完整统一的、可扩展的、先进的、可柔性配置的、可便于教学的信息化综合解决方案。模拟企业内的订单、计划、生产、物流、质量、设备、检测等方面，并可进行详细作业计划、实时信息反馈和数据分析。从计划排程、分配、下达，在生产过程中对每个制造环节进行作业指导、信息采集、状态管理、趋势分析和防错预警。将模拟工厂内各层资源统一协调，形成生产指挥中心。再结合硬件资源，实现了小型智能制造生产线的设计与实施。

参考文献：

[1]智能制造工程实施指南设计.https：//max.book118.com/html/2020/0623/5334203210002310.shtm.

[2]一个智能制造项目实施案例.http：//www.360doc.com/content/19/0130/07/57701911_812090836.shtml.

[3]小型智能制造智能工厂实训室解决方案.https：//machine.qjy168.com/news/260195.html.

作者简介：李晓昕（1971— ），女，汉族，江苏徐州人，本科，机电专业。