CN103914042B - 智能工厂及其柔性执行单元、柔性智能化设备 - Google Patents

智能工厂及其柔性执行单元、柔性智能化设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种柔性智能化设备,该柔性智能化设备包括柔性执行单元和控制器单元。柔性执行单元包括:电机,用于驱动终端的加工结构执行基本加工动作,基本加工动作由加工工序经过分解形成;驱动器,具有通信接口和电机驱动接口,驱动器还包括可配置的柔性系统模块,驱动器通过通信接口接收驱动配置信息,根据驱动配置信息对柔性系统模块进行配置,并通过电机驱动接口输出用于驱动电机的驱动信号。控制器单元管理多个柔性执行单元,并提供计算服务;并对应执行一个较为完整的工艺。还公开包括该柔性智能化设备的智能工厂。上述柔性设备单元可用于构建更加灵活的生产线和智能工厂。上述生产线和智能工厂可极大地提高生产过程的柔性化和智能化。

Description

智能工厂及其柔性执行单元、柔性智能化设备
技术领域
[0001]本发明涉及生产线技术领域,特别是涉及一种柔性执行单元、一种柔性智能化设 备和一种智能工厂。
背景技术
[0002] 1统工业加工中,为了提升目标产品的大批量生产加工效率,产品生产加工的机 械设备或产线一般都是专业定制的,其功能目的性极强,从而保证了加工设备或产线的工 作效率,但是这样的方式也会存在灵活性严重受限的问题,一旦加工目标产品有所调整,则 加工设备或者产线调整的代价极高,甚至要废掉重建。
[0003]另外,传统加工方式使用的装备或者产线受限于技术发展水平,因此目标加工产 品,以及相关的加工过程、工艺以及加工方法都是事先配置完成的,在设备或者产线正式部 署完成后,各种工艺、过程、以及方法基本就基本固化下来,即便如果对设备或产线的加工 细节进行的调整一般也都需要在停机情况下,经过专业人员多次调试才能完成,设备或者 产线加工制造过程中自身缺乏足够的智能进行主动的调整与优化。
[0004]时至今日,伴随社会生产力与人们生活水平的快速提升,社会人们对于工业产品 的需求,工业加工已经逐渐从传统的单纯大规模批量生产模式逐渐转型成为规模定制生产 模式,从而也对支撑工业生产的机械设备与生产线提出了强烈的虚拟化、柔性化、智能化等 新需求。
发明内容
[0005] 基于此,有必要提供一种可用于灵活配置产线的柔性执行单元。
[0006] 一种柔性执行单元,包括:电机,用于驱动终端的加工结构执行基本加工动作,所 述基本加工动作由加工工序经过分解形成;驱动器,具有通信接口和电机驱动接口,所述驱 动器还包括可配置的柔性系统模块,所述驱动器通过通信接口接收驱动配置信息,根据所 述驱动配置信息对柔性系统模块进行配置,并通过所述电机驱动接口输出用于驱动所述电 机的驱动信号。
[0007] 在其中一个实施例中,所述电机为步进电机、伺服电机、直线电机或音圈电机。 [0008] 一种柔性智能化设备,包括:一个以上如上所述的柔性执行单元;控制器单元,与 若干所述柔性执行单元连接,为所述柔性执行单元提供计算服务和对所述驱动器进行管 理。
[0009]在其中一个实施例中,所述控制器单元为运动控制器、可编程逻辑控制器或工业 计算机;所述控制器单元与驱动器通过高速现场总线通信连接;所述控制器单元通过高速 现场总线获取自身、以及控制器单元所管理的所述的柔性执行单元的驱动配置信息与工作 数据。
[0010] 一种智能工厂,包含至少一条生产线和产线计算服务中心;所述生产线包括布置 在工位上的若千如上所述的柔性智能化设备;
[0011] 所述产线计算服务中心与所述柔性智能化设备通信连接,为生产线上部署的柔性 智能化设备提供计算、管理服务;所述柔性智能化设备从产线计算服务中心获取驱动配置 信息和/或工作数据。
[0012] 在其中一个实施例中,所述控制器单元为物理部署在柔性智能化设备上的实体, 或是运行在产线计算服务中心上的虚拟模块。
[0013] 在其中一个实施例中,还包括云计算中心,多个所述产线计算服务中心与所述云 计算中心通信连接,从云计算中心获取产线驱动配置信息和/或工作数据。
[0014] 在其中一个实施例中,所述产线计算服务中心为运行在云计算中心的虚拟模块。
[0015] 在其中一个实施例中,所述云计算中心还与所述柔性执行单元中的驱动器通信连 接,为所述驱动器提供计算服务和进行管理;所述驱动器从云计算中心获取驱动配置信息 和/或工作数据。
[0016] 上述智能工厂,其包括的柔性执行单元通过在驱动器层面设置可配置的柔性系统 模块,同时可接收外部输入的驱动配置信息,因此可以对电机的行为灵活地控制和改变,使 得工厂的加工工序可以被分解为基本加工动作并被实际执行,从而实现工厂的生产线可由 大量的柔性执行单元进行灵活配置,极大地提高生产过程的柔性化和智能化。
[0017] 上述柔性执行单元可用于构建更加灵活的生产线和智能工厂。
附图说明
[0018] 图1为一实施例的智能工厂体系结构示意图。
具体实施方式
[0019] 如图1所示,为一实施例的智能工厂体系结构示意图。该智能工厂包括产线计算服 务中心10和若干条生产线50。产线计算服务中心10和生产线50通过高速数据交换设备20通 信连接,并进一步以高速数据交换设备20作为通信节点通过因特网与云计算中心40通信。 [0020] 生产线50包括布置在工位上的若千柔性智能化设备30。产线计算服务中心10与柔 性智能化设备3〇通信连接,为生产线50上部署的柔性智能化设备30提供计算、管理服务。柔 性智能化设备30从产线计算服务中心10获取驱动配置信息和/或工作数据。
[0021] 柔性智能化设备30包括控制器310和柔性执行单元320。控制器310统一管理和控 制柔性执行单元320。柔性执行单元320在控制器310的控制下协同完成制造工序。其中每个 柔性执行单元320完成一个该工序的基本加工动作,所述基本加工动作由加工工序经过分 解形成。基本加工动作有例如转动、平移以及往复运动等。
[0022] 柔性执行单元320包括驱动器321和电机322。驱动器321具有通信接口和电机驱动 接口,并且还包括可配置的柔性系统模块(图未示)。驱动器321通过通信接口接收驱动配置 信息,根据所述驱动配置信息对柔性系统模块进行配置,并通过所述电机驱动接口输出用 于驱动电机322的驱动信号。
[0023]驱动器321可从控制器310、产线计算服务中心1〇以及云计算中心40获得驱动配置 信息。驱动器321中的柔性系统模块一般是具有通用数据处理功能的软硬件系统。该柔性系 统模块通过在通用数据处理系统中配置专用于处理驱动配置信息的单元,将驱动配置信息 转换为驱动电机322的驱动信号,就可以实现对柔性执行单元320的加工控制。
[0024]驱动配置信息是一组控制信息的集合,并满足约定的数据协议。例如为完成某个 工序的驱动配置信息包括一组对应到各个柔性执行单元320的控制信息,如使用其中一个 柔性执行单元320将工件平移到指定位置,然后用另一个柔性执行单元320将工件持续转 动。控制信息经过驱动器321的处理形成对电机322的驱动信号及参数,由电机322驱动终端 的加工结构实际上完成上述基本加工动作。
[0025]电机322可为步进电机、伺服电机、直线电机或音圈电机。
[0026] 控制器310和驱动器321可以是实际上部署在厂区车间的设备,也可以是产线计算 服务中心10中的虚拟模块。控制器310除了统一管理和控制布置在工位上的柔性执行单元 32〇外,还可以为驱动器321提供计算服务。也即,控制器310可以对驱动配置信息进行处理, 为驱动器321提供中间结果或最终结果。
[0027]产线计算服务中心10还与驱动器321通信连接,为驱动器321提供计算服务和对驱 动器321进行管理;驱动器321从产线计算服务中心10获取驱动配置信息和/工作数据。
[0028]在一个实施例中,控制器310为产线计算服务中心10上的虚拟模块。
[0029]多个产线计算服务中心10与云计算中心通信40连接,从云计算中心40获取驱动配 置信息和/工作数据。
[0030]在一个实施例中,产线计算服务中心10为云计算中心40的虚拟模块。
[0031] 进一步地,所述云计算中心40还与驱动器321通信连接,为驱动器321提供计算服 务和对驱动器321进行管理;驱动器321从云计算中心40获取驱动配置信息和/工作数据。 [0032]可以理解,上述实施例中,柔性执行单元320可以从控制器310、产线计算服务中心 10以及云计算中心40中的任一个获得驱动配置信息,并自行处理为驱动电机322的驱动信 号及参数。同时,控制器310可以是产线计算服务中心10中的虚拟模块,而产线计算服务中 心10又可以是云计算中心40的虚拟模块。
[0033]因此,在实际构成智能工厂体系时,可以仅在工厂车间部署柔性执行单元320,同 时部署云计算中心40。云计算中心40构建产线计算服务中心10和控制器310的虚拟模块,以 形成完整的并且层级体系分明的虚拟工厂,云计算中心40向柔性执行单元320发送驱动配 置信息,由柔性执行单元320最终执行生产工序。
[0034] 为保证生产过程的稳定,也可以冗余构建实体的产线计算服务中心10和控制器 310,驱动配置信息既可以由云计算中心40中的产线计算服务中心10和控制器310的虚拟模 块辅助计算和下发,也可以经过实体构建的产线计算服务中心10和控制器310辅助计算和 下发。
[0035] 上述智能工厂,其包括的柔性执行单元通过在驱动器层面设置可配置的柔性系统 模块,同时可接收外部输入的驱动配置信息,因此可以对电机的行为灵活地控制和改变,使 得工厂的加工工序可以被分解为基本加工动作并被实际执行,从而实现工厂的生产线可由 大量的柔性执行单元进行灵活配置,极大地提高生产过程的柔性化和智能化。
[0036]由于在执行层面的柔性执行单元具备通用数据处理功能,也即具备类似于计算机 系统的数据处理能力,因此原本的嵌入式、固化程序的数据机床的方案可以完全由软件实 现其功能,从而达到灵活配置的目的。
[0037]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员 来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保 护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1. 一种柔性执行单元,包括: 电机,用于驱动终端的加工结构执行基本加工动作,所述基本加工动作由加工工序经 过分解形成;所述基本加工动作包括转动、平移以及往复运动; 驱动器,具有通信接口和电机驱动接口,所述驱动器还包括可配置的柔性系统模块,所 述驱动器通过通信接口接收驱动配置信息,根据所述驱动配置信息对柔性系统模块进行配 置,并通过所述电机驱动接口输出用于驱动所述电机的驱动信号,以驱动所述加工结构完 成所述基本加工动作; 所述柔性系统模块是具有通用数据处理功能的软硬件系统,且配置专用于处理驱动配 置信息的单元,将驱动配置信息转换为驱动电机的驱动信号,实现对柔性执行单元的加工 控制; 驱动配置信息是一组控制信息的集合,所述柔性执行单元执行其中对应的控制信息; 不同的驱动配置信息使多个柔性执行单元完成不同的基本加工动作的组合。
2. 根据权利要求1所述的柔性执行单元,其特征在于,所述电机为步进电机、伺服电机、 直线电机或音圈电机。
3. —种柔性智能化设备,包括: 一个以上权利要求1所述柔性执行单元; 控制器单元,与若干所述柔性执行单元连接,为所述柔性执行单元提供计算服务和对 所述驱动器进行管理。
4. 根据权利要求3所述的柔性智能化设备,其特征在于: 所述控制器单元为运动控制器、可编程逻辑控制器或工业计算机; 所述控制器单元与驱动器通过高速现场总线通信连接; 所述控制器单元通过高速现场总线获取自身、以及控制器单元所管理的所述的柔性执 行单元的驱动配置信息和/或工作数据。
5. —种智能工厂,包含至少一条生产线和产线计算服务中心;所述生产线包括布置在 工位上的若干如权利要求3或4所述的柔性智能化设备; 所述产线计算服务中心与所述柔性智能化设备通信连接,为生产线上部署的柔性智能 化设备提供计算、管理服务;所述柔性智能化设备从产线计算服务中心获取驱动配置信息 和/或工作数据。
6. 根据权利要求5所述的智能工厂,其特征在于,所述控制器单元为物理部署在柔性智 能化设备上的实体,或是运行在产线计算服务中心上的虚拟模块。
7. 根据权利要求5所述的智能工厂,其特征在于,还包括云计算中心,多个所述产线计 算服务中心与所述云计算中心通信连接,从云计算中心获取产线驱动配置信息和/或工作 数据。
8. 根据权利要求7所述的智能工厂,其特征在于,所述产线计算服务中心为运行在云计 算中心的虚拟模块。
9. 根据权利要求7所述的智能工厂,其特征在于,所述云计算中心还与所述柔性执行单 元中的驱动器通信连接,为所述驱动器提供计算服务和进行管理;所述驱动器从云计算中 心获取驱动配置信息和/或工作数据。
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