离散工业智能机加车间多系统集成应用研究＊

陈伟兴，卜向红，张峰生

（杭州优海信息系统有限公司，浙江 杭州 310000）

传统信息技术、自动化技术与现代管理、物联网、大数据技术的创新融合应用，实现多系统集成应用和基于工业互联网平台的智能制造新模式，对促进制造企业高质量发展意义重大[1-2]。

针对以汽车零部件制造为代表的离散工业中存在的问题：①自动化批量生产能力强，但柔性制造能力不足；②检测和物流没有实现自动化，人机效率受到制约；③各自动化单元之间存在信息孤岛，没有集成应用等问题。进行智能机加工车间的改造成为当前“企业数字化制造，行业平台化服务”推进的基础工作之一。通过机加工、物流配送、在线检测等自动化系统建设，数控系统与APS/MES/WMS系统的深度集成应用，有利于推进汽车零部件智造车间的实现。

1 智能制造车间整体规划

根据生产现状问题以及工艺、装备要求，以生产过程“自动化、信息化、柔性化、集成化、数字化、平台化”为目标，设计了如图1所示的基于“桁架机器人+智能物流系统+柔性自动检测站”的汽车制动器卡钳智能机加车间整体布局，以实现自动化上下料、到位自动检测等。其中，柔性自动加工线由MES/PLC等软件控制系统和码垛机、桁架机械手、加工装备组成，实现系统集成应用和多品种、小批量生产的柔性化。

图1 车间整体布局设计

在系统业务架构上，如图2所示，设计了包含控制层、协议层、数据管理层、执行层和计划层在内的5层业务应用模式，通过生产现场设备状态信息的采集、识别及传输处理，实现了ERP/APS/MES/WMS系统的集成应用。

图2 系统业务架构

2 柔性制造系统设计

2.1 自动加工线设计

柔性自动加工线设计如图3所示，其中，生产单元主要由桁架、机械手、码垛机、加工中心、集中排屑机、钳体托盘、工装托盘、控制系统等组成。

图3 柔性产线布局

生产线功能包括：①钳体自动化生产、机加工工装自动化；②自动切换机械手爪，实现换型时夹具防错；③自动检测零件是否装夹到位；④集中处理废屑。

2.2 自动检测站设计

柔性自动检测站如图4所示，由MES/WMS/RCS/PLC等软件控制系统和三坐标测量仪、机器人、机器视觉、输送链、吹扫机、AGV小车等装备组成，实现工件在线检测全流程无人化、柔性化。

图4 自动检测站设计

2.3 系统特点

系统特点为流程全自动、系统柔性化，具体情况如下。

流程全自动：AGV送检产品，系统自动识别产品类别，机器人更换相应手爪和三坐标仪工装，通过机器人串联完成。

系统柔性化：机器人手爪柔性化，实现产品手爪互换；定位、吹扫机构柔性化；三坐标工装柔性化，配备三坐标检测工装库，实现同一套手爪抓取产品及对应检测工装。

3 数字化管理平台设计

3.1 总体设计

数字化管理平台总体设计与软件组成情况如下。

设计原则：车间数字化管理平台采用面向服务架构模型设计[3-4]，满足高内聚、弱耦合的总设计原则；业务架构采用业务层和技术层分离实现，面向服务接口完成以制造车间为单位的全息生产监控系统。

软件组成：车间应用与控制集成系统由ERP/APS/MES/WMS等应用系统和RCS/PLC等控制系统组成[5-6]；MES实现IOT、MDC功能，并且集成了WMS、ERP、PLM、APS、QMS系统数据，对车间内所有软硬件资源进行统一调度，实现了接单、排产、产前检查、准时化送料、在线检测等应用。多系统集成应用管理如图5所示。车间数字化管理平台网络架构如图6所示。

图5 多系统集成应用管理

图6 网络架构设计

3.2 业务设计

平台整体业务架构设计实现了MES/ERP/WMS/APS等系统的集成应用，并通过RCS/PLC等控制系统实现平台功能模块之间的交互和数据共享。总体上，基于车间生产业务需求和PLC、CNC、传感器等采集的数据基础，完成生产准备、设备管理、库存管理等功能模块开发，并实现与APS、WMS、AGV的集成。平台业务架构设计如图7所示。

图7 平台业务架构设计

平台基于设备层的数字化改造，通过生产数据的采集、传输并进行存储，借助MES与WMS的交互集成，完成程序、看板、品质和刀具管理等业务功能，并实现工业数据应用的可视化；根据车间业务流对接企业ERP、APS，实现采购管理、销售管理、库存管理、计划管理等。整体业务流设计如图8所示。

图8 平台整体业务流

3.3 功能设计

平台整合应用系统数据、设备采集数据、产线物流数据，并将物流调度信息、车间生产状态、人员班次、工装刀具、工艺质量等信息可视化展现。

设备状态监控：设计车间全局监控系统，将整个车间生产状态实时映射，直观展示车间生产状态。设备故障时，支持远程查看CNC屏幕显示并操作CNC。机台总览如图9所示。

图9 机台总览

数据报表：报表系统将收集的数据进行分析统计，供管理人员进行数据的查询、筛选、搜索、导出。计划管理如图10所示。

图10 计划管理

4 结束语

本文设计的智造车间，实现从“生产计划下达—坯件自动出库—坯件精准配送—自动加工反馈—下机件自动送检—合格件自动入库”的全自动闭环生产过程。同时，建立的基于多系统集成应用的智能工厂管理平台，推动了车间生产管理的数字化、平台化。成果应用促进了精准生产、降低在制品库存、缩短生产周期、提高设备利用率，具有广阔的市场前景。