CN105824300A - 基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统 - Google Patents

基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统 Download PDF

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孙长青
冯宇
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Abstract

本发明公开了基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统，它涉及智能生产制造技术领域。软件系统分别与智能刀具管理系统、智能程序管理系统、智能日程管理系统、物料识别系统、数据采集分析系统连接,且硬件联网系统与软件系统连接,所述的软件系统为智能MES系统,且智能MES系统与制造数据中心连接,制造数据中心与EPR模块和PDM模块连接。在高度自动化和数字化工厂的基础上，利用物联网技术和数字化管理技术实现工厂的透明化，同时具有采集、分析、判断、规划、推理等自主能力，可实现工厂系统中各组成部分自行组成最佳系统，并具备协调、重组及扩充特性，最终构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。

Description

基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统
技术领域
本发明涉及基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统，属于智能生产制造技术领域。
背景技术
目前，国内的重型制造业普遍处于传统生产制造模式，虽然具备一部分自动化生产能力，但是仍然主要依靠生产管理人员的素质和水平来保证产品的生产；管理水平依据经验为主，管理者无法掌握量化、准确的生产数据。工厂的生产和管理模式仍然停留在传统重型工厂模式，传统重型工厂的普遍现状：
1、工厂资源离散、效率低下：工厂内“人、机、料、法、环、测”的各个环节孤立运行，未能实现有效地协同作业，生产效率低下；
2、重硬轻软：国内工厂具备世界最先进的机床和壮观的工厂，却无法稳定生产具备高度一致性的高精度零件，对实现精密制造所必需的相关软件要素几乎零投入，无法实现高端制造的产业升级；
3、刚性的生产线模式：多为单一批量规模化模式，生产线和生产模式不具备柔性，更无法快速满足用户的个性化需求；
4、管理粗放、制造过程黑箱：即使有经验的生产管理人员也无法对整个生产过程进行科学、量化的管理，更存在很多管理人员看不见的细节过程；无信息化数据管理能力，现有工厂较少在工厂管理软件方面进行投入，有部分投入软件工厂的数字化管理也是离散的信息孤岛，未能真正实现全局数字化管理，更谈不上智能生产。
基于传统重型工厂的现状，必然给传统重型制造业带来下面几点核心问题，这些问题已造成传统重型工厂经营日益艰难，无法持续生存发展。
1、质量：制造不良率居高不下，无质量一致性。
2、成本：人力成本引发产品成本无竞争优势。
3、货期：相对刚性的生产无法满足用户快速交货要求。
加快传统重型工厂的转型、升级已成为解决传统重型工厂生存问题的核心需要。打造重型智能工厂已经迫在眉睫。
发明内容
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统。
本发明基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统,它主要包含硬件联网系统1、智能刀具管理系统2、智能程序管理系统3、智能日程管理系统4、物料识别系统5、数据采集分析系统6和软件系统7组成,软件系统7分别与智能刀具管理系统2、智能程序管理系统3、智能日程管理系统4、物料识别系统5、数据采集分析系统6连接,且硬件联网系统1与软件系统7连接,所述的软件系统7为智能MES系统,且智能MES系统与制造数据中心连接,制造数据中心与EPR模块和PDM模块连接。
其中，所述的硬件联网系统1的功能是对工厂内数控机床、重型机器人、自动化PLC工作中心、柔性制造线等所有具有控制系统接口的设备进行联网管理，同时对联网设备的运行信息、设备的工作负荷、设备维护保养等进行协同管理。
作为优选，所述的智能刀具管理系统2主要功能：对机床内刀具数据进行同步显示，对每一把刀具的寿命进行监控，独立的刀具数据库将工厂内所有刀具纳入管理，根据作业计划为相关机床进行刀具作业准备，在管理端添加或删除机床上的刀具信息，跟对刀仪连接进行刀具数据更新。
作为优选，所述的智能程序管理系统3主要功能：与CAD协同直接编制数控程序；对程序进行二维、三维仿真和检查，程序数据存储、程序效率优化。
作为优选，所述的智能日程管理系统4主要功能：根据每台机床的状况全自动排产，根据编程软件计算出的工时信息确定完成时间，遇到紧急加工的零件可以手工调整作业计划，将作业准备、作业计划直接下达给相关机床。
作为优选，所述的物料识别系统5根据实际要求采用条形码、二维码、无线射频的电子标签(RFID)几种方式进行工厂的物料识别、利用自动化仓库、AGV物流车、自动传送线、机器人实现物料的JIT配送及上下料，掌握每个物料的准确工序状态，其中AGV物流车、自动传送线和机器人组成重型自动化物流设备。
作为优选，所述的数据采集分析系统6具有各种类型的数据采集能力同时还具有标准的数据访问接口，支持MicrosoftClusterServer、冗余数据采集器、支持多时区和夏时制。
进一步的，所述的智能MES系统具有承上起下的功能，将企业层与操作层相连接，且操作层再通过控制层与现场层进行连接，其中控制层通过数控系统运动控制控制器和人机界面对现场层的水、电、气、重型机器人、数控设备和生产线进行控制,其中需要控制重型机器人进行空间精确定位,重型数控翻转,重型机器人重载抓取、搬运和安装，同时重型机器人要与操作工人协同工作，与各种数控设备进行协同工作。
进一步的，以智能MES系统为中心建立智能化车间，通过智能MES系统对设备物料层进行现场数据采集和现场过程控制，同时智能MES系统将数据分析显示在集中显示中心，集中显示中心包含展示大屏，工作台屏幕、PAD和移动电脑，实时显示和管理各部分的运行状态，智能化车间采用集中监视模式，基于OPC协议，通过顶层组态软件系统对底层各类自动化设备进行统一的监控与管理，实现车间设备无人化。
进一步的，整个智能化车间有生产调度指挥控制中心集中管理控制，生产调度指挥控制中心是综合运用数据采集、数字化工程、远程监控、电子看板、Dashboard等技术，构建生产控制中心，实现对生产过程的实时跟踪、过程采集、协同处理、应急指挥、集中管控和智能决策。完成以下功能：显示各种报表，工程各个环节指标数据，展示三块业务板（计划、物流、质量）；显示现场安灯、看板、广播字幕等监控人员流动，在岗情况；监视设备运行情况，各种物料在制品分布；数字工厂，三维仿真、回放，获取现场人员需求，调度负责人处理。
本发明的有益效果：在高度自动化和数字化工厂的基础上，利用物联网技术和数字化管理技术实现工厂的透明化，同时具有采集、分析、判断、规划、推理等自主能力，可实现工厂系统中各组成部分自行组成最佳系统，并具备协调、重组及扩充特性，最终构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中智能MES系统与企业层、操作层之间的关系结构框图；
图3为本发明中智能化车间的框架结构示意图。
具体实施方式：
如图1-3所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它主要包含硬件联网系统1、智能刀具管理系统2、智能程序管理系统3、智能日程管理系统4、物料识别系统5、数据采集分析系统6和软件系统7组成,软件系统7分别与智能刀具管理系统2、智能程序管理系统3、智能日程管理系统4、物料识别系统5、数据采集分析系统6连接,且硬件联网系统1与软件系统7连接,所述的软件系统7为智能MES系统,且智能MES系统与制造数据中心连接,制造数据中心与EPR模块和PDM模块连接。
其中，所述的硬件联网系统1的功能是对工厂内数控机床、重型机器人、自动化PLC工作中心、柔性制造线等所有具有控制系统接口的设备进行联网管理，同时对联网设备的运行信息、设备的工作负荷、设备维护保养等进行协同管理。
作为优选，所述的智能刀具管理系统2主要功能：对机床内刀具数据进行同步显示，对每一把刀具的寿命进行监控，独立的刀具数据库将工厂内所有刀具纳入管理，根据作业计划为相关机床进行刀具作业准备，在管理端添加或删除机床上的刀具信息，跟对刀仪连接进行刀具数据更新。
作为优选，所述的智能程序管理系统3主要功能：与CAD协同直接编制数控程序；对程序进行二维、三维仿真和检查，程序数据存储、程序效率优化。
作为优选，所述的智能日程管理系统4主要功能：根据每台机床的状况全自动排产，根据编程软件计算出的工时信息确定完成时间，遇到紧急加工的零件可以手工调整作业计划，将作业准备、作业计划直接下达给相关机床。
作为优选，所述的物料识别系统5根据实际要求采用条形码、二维码、无线射频的电子标签(RFID)几种方式进行工厂的物料识别、利用自动化仓库、AGV物流车、自动传送线、机器人实现物料的JIT配送及上下料，掌握每个物料的准确工序状态，其中AGV物流车、自动传送线和机器人组成重型自动化物流设备。
作为优选，所述的数据采集分析系统6具有各种类型的数据采集能力同时还具有标准的数据访问接口，支持MicrosoftClusterServer、冗余数据采集器、支持多时区和夏时制。
进一步的，所述的智能MES系统具有承上起下的功能，将企业层与操作层相连接，且操作层再通过控制层与现场层进行连接，其中控制层通过数控系统运动控制控制器和人机界面对现场层的水、电、气、重型机器人、数控设备和生产线进行控制,其中需要控制重型机器人进行空间精确定位,重型数控翻转,重型机器人重载抓取、搬运和安装，同时重型机器人要与操作工人协同工作，与各种数控设备进行协同工作。
进一步的，以智能MES系统为中心建立智能化车间，通过智能MES系统对设备物料层进行现场数据采集和现场过程控制，同时智能MES系统将数据分析显示在集中显示中心，集中显示中心包含展示大屏，工作台屏幕、PAD和移动电脑，实时显示和管理各部分的运行状态，智能化车间采用集中监视模式，基于OPC协议，通过顶层组态软件系统对底层各类自动化设备进行统一的监控与管理，实现车间设备无人化。
进一步的，整个智能化车间有生产调度指挥控制中心集中管理控制，生产调度指挥控制中心是综合运用数据采集、数字化工程、远程监控、电子看板、Dashboard等技术，构建生产控制中心，实现对生产过程的实时跟踪、过程采集、协同处理、应急指挥、集中管控和智能决策。完成以下功能：显示各种报表，工程各个环节指标数据，展示三块业务板（计划、物流、质量）；显示现场安灯、看板、广播字幕等监控人员流动，在岗情况；监视设备运行情况，各种物料在制品分布；数字工厂，三维仿真、回放，获取现场人员需求，调度负责人处理。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统，其特征在于：它主要包含硬件联网系统(1)、智能刀具管理系统(2)、智能程序管理系统(3)、智能日程管理系统(4)、物料识别系统(5)、数据采集分析系统(6)和软件系统(7),软件系统(7)分别与智能刀具管理系统(2)、智能程序管理系统(3)、智能日程管理系统(4)、物料识别系统(5)、数据采集分析系统(6)连接,且硬件联网系统(1)与软件系统(7)连接,所述的软件系统(7)为智能MES系统,且智能MES系统与制造数据中心连接,制造数据中心与EPR模块和PDM模块连接。
2.按照权利要求1所述的基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统，其特征在于：所述的硬件联网系统(1)的功能是对工厂内数控机床、重型机器人、自动化PLC工作中心、柔性制造线等所有具有控制系统接口的设备进行联网管理，同时对联网设备的运行信息、设备的工作负荷、设备维护保养等进行协同管理。
3.按照权利要求1所述的基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统，其特征在于：所述的智能刀具管理系统(2)主要功能：对机床内刀具数据进行同步显示，对每一把刀具的寿命进行监控，独立的刀具数据库将工厂内所有刀具纳入管理，根据作业计划为相关机床进行刀具作业准备，在管理端添加或删除机床上的刀具信息，跟对刀仪连接进行刀具数据更新。
4.按照权利要求1所述的基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统，其特征在于：所述的智能程序管理系统(3)主要功能：与CAD协同直接编制数控程序；对程序进行二维、三维仿真和检查，程序数据存储、程序效率优化。
5.按照权利要求1所述的基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统，其特征在于：所述的智能日程管理系统(4)主要功能：根据每台机床的状况全自动排产，根据编程软件计算出的工时信息确定完成时间，遇到紧急加工的零件可以手工调整作业计划，将作业准备、作业计划直接下达给相关机床。
6.按照权利要求1所述的基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统，其特征在于：所述的物料识别系统(5)根据实际要求采用条形码、二维码、无线射频的电子标签几种方式进行工厂的物料识别、利用自动化仓库、AGV物流车、自动传送线、机器人实现物料的JIT配送及上下料，掌握每个物料的准确工序状态，其中AGV物流车、自动传送线和机器人组成重型自动化物流设备。
7.按照权利要求1所述的基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统，其特征在于：所述的数据采集分析系统(6)具有各种类型的数据采集能力同时还具有标准的数据访问接口，支持MicrosoftClusterServer、冗余数据采集器、支持多时区和夏时制。
8.按照权利要求1所述的基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统，其特征在于：所述的智能MES系统具有承上起下的功能，将企业层与操作层相连接，且操作层再通过控制层与现场层进行连接，其中控制层通过数控系统运动控制控制器和人机界面对现场层的水、电、气、重型机器人、数控设备和生产线进行控制,其中需要控制重型机器人进行空间精确定位,重型数控翻转,重型机器人重载抓取、搬运和安装，同时重型机器人要与操作工人协同工作，与各种数控设备进行协同工作。
9.按照权利要求1所述的基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统，其特征在于：以智能MES系统为中心建立智能化车间，通过智能MES系统对设备物料层进行现场数据采集和现场过程控制，同时智能MES系统将数据分析显示在集中显示中心，集中显示中心包含展示大屏，工作台屏幕、PAD和移动电脑，实时显示和管理各部分的运行状态，智能化车间采用集中监视模式，基于OPC协议，通过顶层组态软件系统对底层各类自动化设备进行统一的监控与管理，实现车间设备无人化。
10.按照权利要求1所述的基于物联网技术和数字化管理技术的重型智能工厂系统，其特征在于：所述的整个智能化车间有生产调度指挥控制中心集中管理控制，生产调度指挥控制中心是综合运用数据采集、数字化工程、远程监控、电子看板、Dashboard等技术，构建生产控制中心，实现对生产过程的实时跟踪、过程采集、协同处理、应急指挥、集中管控和智能决策，完成以下功能：显示各种报表，工程各个环节指标数据，展示三块业务板；显示现场安灯、看板、广播字幕等监控人员流动，在岗情况,监视设备运行情况，各种物料在制品分布；数字工厂，三维仿真、回放，获取现场人员需求，调度负责人处理。
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