CN106204318A - 一种喷涂数字化车间 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种喷涂数字化车间，包括：喷涂生产线、物流系统、车间监控管理系统以及车间信息安全智能防护系统分别与车间制造执行系统连接；喷涂生产线用于对产品的预处理、油漆喷涂、固化、检验提供的作业环境；物流系统用于根据任务以及路径图实现对车辆管理；车间制造执行系统用于制定喷涂生产计划、喷涂作业管理以及各系统间组网通信；车间监控管理系统用于对喷涂生产实时管理以及监测与报警；车间信息安全智能防护系统用于对喷涂生产线、物流系统、车间监控管理系统以及车间制造执行系统进行信息防护。本发明可以提升全面喷涂过程的自动化水平。

Description

一种喷涂数字化车间
技术领域
本发明涉及数字化车间技术领域，具体涉及一种喷涂数字化车间。
背景技术
涂装是制造业中一项非常重要的工序，能有效地防止工件受外界环境侵蚀，从而提高工件寿命；而且能美化工件外观。
然而，在航空航天领域中，飞机和导弹外表面的喷涂长期以来依靠人工作业，采用手工方式喷涂存在着以下三大缺点：(1)涂层的质量不稳定，均匀性较差，浪费涂料；(2)施工人员的劳动强度较大、效率低、人数多，但是仍然满足不了大面积施工作业的要求；(3)精准度低，喷涂质量完全是由人工凭借经验控制。随着工业技术的发展，飞机和导弹等军工产品的制造材料越来越复杂，外表面涂层的工艺要求不断提高，传统的施工方法使得涂装工序成为产能瓶颈，工艺质量也无法达到技术要求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种喷涂数字化车间，可以通过对喷涂过程中喷涂、物流传输、物料管理、状态监控、系统安全等方面进行控制管理，从而实现对产品数据的实时识别、采集、存储、反馈和报警，进而提升全面喷涂过程的自动化水平。
本发明提供了一种喷涂数字化车间，包括：喷涂生产线、物流系统、车间制造执行系统、车间监控管理系统和车间信息安全智能防护系统；所述喷涂生产线、所述物流系统、车间监控管理系统以及所述车间信息安全智能防护系统分别与所述车间制造执行系统连接；
所述喷涂生产线用于对产品的预处理、油漆喷涂、固化、检验提供的作业环境；
所述物流系统用于根据任务以及路径图实现对车辆管理；
所述车间制造执行系统用于制定喷涂生产计划、喷涂作业管理以及各系统间组网通信；
所述车间监控管理系统用于对所述喷涂生产实时管理以及监测与报警；
所述车间信息安全智能防护系统用于对所述喷涂生产线、所述物流系统、车间监控管理系统以及所述车间制造执行系统进行信息防护。
可选地，所述喷涂生产线包括：产品周转设备、喷漆预处理设备、底漆喷涂设备、底漆固化设备、底漆打磨设备以及面漆喷涂设备；
所述产品周转设备包括喷漆车、运输车和吊装设备，用于利用吊装设备在运输车与喷漆车之间进行吊装；
所述喷漆预处理设备包括清洗机器人以及热风循环箱，用于利用清洗机器人对产品进行清洗并烘干，以及打磨；
所述底漆喷涂设备包括涂料搅拌设备、油漆泵、喷枪、喷涂机器人以及通风装置，用于在通风装置提供的喷涂空间中由机器人对产品的待喷涂表面进行喷涂；
所述底漆固化设备包括电加热器与风机，用于在风机的作用下实现恒温固化产品表面的底漆；
所述底漆打磨设备包括打磨机器人，用于在机器人采用湿打磨的方式下清除底漆表面的粗颗粒及杂质获得平整表面；
所述面漆喷涂设备包括涂料搅拌设备、油漆泵、喷枪、油漆配比装置和喷涂机器人，用于采用喷涂机器人将不同颜色的油漆进行配比后喷涂到产品表面并自然流平。
可选地，所述物流系统包括AGV小车、环境检测装置、主控装置和上位机；
所述AGV小车用于按照指令行走与定位；
所述环境检测装置包括陀螺仪和激光雷达，用于检测环境距离信息以及所述AGV小车的航向角；
所述主控装置与所述上位机用于分析、处理数据以作出决策判断。
可选地，所述AGV小车包括充电模块，用于在电池电量不足时在指定充电位置进行充电。
可选地，所述车间制造执行系统包括多系统集成及基础数据管理模块、喷涂生产计划与调度管理模块以及喷涂作业管理模块；
所述多系统集成及基础数据管理模块用于实现多系统的集成组网，以及维护各种数据以及信息交互；
所述喷涂生产计划与调度管理模块用于计划导入、编制、查询和下达；
所述喷涂作业管理模块用于控制和协调计划订单在车间现场的执行过程以结合不同的生产方式。
可选地，所述车间监控管理系统包括生产线实时管理子系统和生产线监测报警子系统；
所述生产线实时管理子系统用于提供单一或者联机的制程设备；
所述生产线监测报警子系统用于负责物料设备的接入以及在线过程管理。
可选地，所述生产线实时管理子系统还设置有工业监控图形组态软件，用于监视并控制生产线和生产过程。
由上述技术方案可知，本发明通过设置喷涂生产线、物流系统、车间制造执行系统、车间监控管理系统和车间信息安全智能防护系统，并且喷涂生产线、物流系统、车间监控管理系统以及车间信息安全智能防护系统分别与车间制造执行系统连接。由车间制造执行系统连接企业上层管理系统与下层的喷涂生产线、物流系统、车间监控管理系统和车间信息安全智能防护系统，将各个系统集成组网，从而实现生产计算有序进展。本发明可以对产品进行自动喷涂作业，且产品的涂层均匀，重复精度好，效率高，能够使工人从恶劣的工作环境中解放出来。另外，还可以实时采集生产线的数据，实现对生产线状态监控以及系统安全的控制管理。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1是本发明实施例提供的站位示意图；
图2是本发明实施例提供的喷漆生产线结构图；
图3是本发明实施例提供的物流系统控制图；
图4是本发明实施例提供的喷涂生产计划与调度管理模块示意图；
图5是本发明实施例提供的喷涂作业管理模块示意图；
图6是本发明实施例提供的生产线实时管理子系统构成示意图；
图7是本发明实施例提供的车间信息安全智能防护系统示意图；
图8是本发明实施例提供的多层防御体系结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明实施例提供的站位示意图。参见图1，①～⑩站位组成自动化喷漆生产线，各站位分别为：隔离保护站位，清洗、打磨清洁站位，底漆喷涂站位，烤漆固化站位，底漆打磨站位，面漆喷涂站位，标识喷涂站位，展品调转运输站位，交付检验及调转运输站位，调转运输站位。并且，本发明实施例提供的喷涂数字化车间还配备中央监控室。
图2是本发明实施例提供的喷漆生产线结构图。参见图2，产品进入喷涂生产线依次经由9、10、1、2、3、4、5、6、7、8这十个生产站位，完成自动化喷漆过程。
产品在喷涂生产线上采用喷漆车运输，产品和喷漆车之间采用吊挂方式对接。
产品在运输车和喷漆车之间的吊装工作在9站位和10站位进行，9站位使用完的小车通过导轨运输到10站位待命，构成闭环。产品由10站位进入1站位，工人将对产品进行验收，对检验合格的产品进行遮盖隔离，非合格品则不予喷漆。
产品进入2站位喷漆预处理，包括油污清洗、打磨、全部清洁和清洁检查。油污清洗采用清洗机器人清洗方式，通过碱洗、水洗设备的清洗达到去除油脂、氧化物锈皮、灰尘、腐蚀物的效果。该清洗设备主要包括贮液槽、棚体和清洗机器人。贮液槽基本功能是作为喷淋泵吸液与清洗回液的中间缓冲储备，及停车时处理液的贮存。棚体的基本功能是把喷淋过程封闭在一个密闭的空间内，将喷嘴喷射出的处理液收集下来，循环使用，同时避免造成对工作环境的污染。清洗机器人是完成工件喷洗的主要工作部分，设在贮液槽的立式离心泵以一定压力将处理液送至喷淋管中，再由清洗机器人末端上的喷嘴呈扇状或锥形喷出。油污清洗过后水分烘干，热空气为载流体利用热风循环箱通过对流的方式将热量传递给工件，使产品加热而完成水分烘干的工艺过程。水分烘干室内温度由控温仪表自动调节，保持工艺温度。当烘道内温度异常升高时，温度控制器及时切断电源并发出声光报警，确保安全。
清洗烘干后的产品，从2站位退回1站位，在1站位采用打磨机器人湿打磨方式进行打磨。打磨过程如下：规划打磨机器人的打磨路径，并将规划完的打磨机器人位置信息传递给打磨机器人的位置控制器。打磨机器人位置控制器驱打磨动机器人到达相应位置开始打磨。力矩传感器测量打磨工具和产品之间力的大小，再将测量的信息传递给力控制器。力控制器对打磨机器人进行调节以保持打磨工具和产品之间力的相对恒定，从而保证打磨的效果。本发明中采用喷嘴喷出压缩空气并电离成离子风高速喷向产品以去除打磨后所产生的灰尘、毛屑等。检查产品表面的除锈质量，达到Sa2.5级的产品进入3站位进行底漆喷涂。
喷漆站位为产品喷涂提供良好的喷涂空间和环境，该喷涂环境需要满足环保要求。新鲜空气通过送风装置送入室体顶部的静压室，经均流调节器调节和过滤层过滤后，以一定的有载风速均匀地送入喷涂空间内自上而下流动，这样可以使喷漆时飞溅的废漆物被压入喷涂空间的底部过滤器。
该站位采用喷涂机器人自动喷涂：产品静止，两台喷涂机器人通过外部行走机构，在长度方向上将产品的表面进行全面喷涂。其中每台喷涂机器人负责回转体一个方向的表面喷涂。为实现对产品的表面全面喷涂，还需要为喷涂机器人进行片区规划、喷枪的运动轨迹规划、协同控制及避碰监测、补喷定位等，喷涂完成后自然流平。
底漆喷涂完成的产品经8站位，通过自动横向移动导轨，选择进入4站位即烤漆固化室。固化室内采用电加热器提供热能，在风机的作用下，上送热风下回风，实现内循环逐步升温加热，当固化室内温度达到设定温度后，电加热器自动停机风机持续运转；当下降到最低温度时电加热器自动开机。当达到设定烘烤时间时底漆固化设备自动关机，完成一次烤漆固化工作。
实际应用中，固化室采用PLC自动控制。固化后的底漆漆面需要进行打磨清洁处理，将固化合格的产品由喷漆车运入5站位。首先由打磨机器人湿打磨2遍，然后使用静电除尘枪采用压缩空气方式除去产品表面的灰尘、磨屑、毛屑等，废料进入粉尘收集池进行收集。
产品进入6站位进行面漆喷涂。该过程与底漆喷涂过程基本一致。由于面漆通常采用双组份或者多组份涂料，需增加油漆配比设备。供漆单元将不同颜色的油漆输送给油漆配比设备，然后将配比好的油漆再输送给喷涂机器人。该喷涂机器人执行喷涂任务。
7站位是标识喷涂站位。该站位采用人工喷涂方式，然后再由工人对产品进行外观、厚度、附着力检查，在合格产品上喷涂标识。最后产品经由导轨传输至9站位，工人对产品进行清除隔离物、清洁、检查等工作，合格后进行检验交付。
图3是本发明实施例提供的物流系统控制图。参见图3，物流系统AGV小车、环境检测装置、主控装置和上位机；所述AGV小车用于按照指令行走与定位；所述环境检测装置包括陀螺仪和激光雷达，用于检测环境距离信息以及所述AGV小车的航向角；所述主控装置与所述上位机用于分析、处理数据以作出决策判断。AGV小车系统作业时，上位机通过无线通信系统自动将任务分配给离任务作业点最近的AGV小车。AGV小车根据作业指令按预先制定的路径自动驶向作业点进行作业，在行驶过程中AGV小车自动修正自身的偏差，从而保证行走和定位的精度。陀螺仪用于AGV航向角的检测，角度信息交由主控板处理，激光雷达实现环境距离信息的检测与障碍物的识别跟踪，电量不足时电池发出信号，所有数据信息交由上位机处理。上位机作出综合决策判断，通过电机驱动器控制电机使AGV小车实现前进后退避障充电等相应工作。此外，各模块之间的通信均采用无线通信。
喷涂生产管理中存在大量的物流和信息流，不仅需要从生产现场采集数据信息，而且需要随时获取其他的管理系统中的信息。车间制造执行系统包括喷涂生产计划与调度管理模块、喷涂作业管理模块和多系统集成及基础数据管理模块。在自动化喷涂过程中，车间制造执行系统涉及的软硬件系统众多、数据处理方式多样，存在大量的交互与协调，为此该执行系统与各受控系统集成组网。基础数据管理提供各种资料和数据，还要接受来自企业其他系统的数据以及向其他系统反馈现场信息。
参见图4，在喷涂生产计划与调度管理模块中，系统的总生产计划由ERP系统导入，再根据各个车间的实际情况合理编制任务并下达到对应的车间进行喷涂生产。根据车间喷涂生产计划及各生产指令和物料准备情况，适时制定、调整各班组的周生产计划，确保生产计划节点完成生产任务。参见图5，在喷涂作业管理模块中，根据企业对产品的复杂程度以及计划控制粒度灵活设置现场生产管理的层次和可控制点数，具有制造单元或设备的任务排序和负荷调整能力，可实现不同生产方式的结合。作业管理模块与基于条码技术的数据采集过程、质量检查过程、故障处理过程和质量跟踪过程实现无缝集成。
车间监控管理系统由生产线实时管理子系统和生产线检测报警子系统组成。生产线实时管理子系统包括三个层次：设备控制层、集中监控层和生产管理层。在工业控制网运行于网络系统与数据库环境下，以集成技术为核心，实现物流指令快速、准确的直行及物流信息的采集、处理、传送、存储和分析，并做出正确的决策一协调各业务环节，实现物料高效有序的流动和科学管理。还可通过对物资消耗、库存分析，及时、准确地了解某一时段内的生产情况，为企业信息决策提供所需的工艺统计数据、物流数据和辅助决策信息。通过工业监控图形组态软件可有效地监视并控制生产线和生产过程，并通过Intranet网可在企业各个有关部门实现数据共享，进而对生产进行监控、控制、故障诊断、报警信息及管理信息等的处理。
参见图6，生产信息管理系统具有信息维护和信息查询功能。信息维护为使用者提供维护车间数据库信息的接口，用户可以打开相应窗口修改或查询数据，主要包括对设备、故障、操作和工位信息的维护与查询。信息查询为使用者提供可以查询车间生产信息的接口，用户可以打开相应窗口查询当日和历史各类生产信息。
从工业系统网络可分为三个层次：计划管理层、制造执行层、工业控制层。建立车间信息安全智能防护系统，从设备级到网络进行信息安全防护，保障喷涂车间信息安全。防护目标是：(1)即使在某一点发生网络安全事故，也能保证装置或工厂的正常安全稳定运行对于现代计算机网络，该防护目标在于当工业网络的某个局部存在病毒感染或者其它不安全因素时，不会向其它设备或网络扩散，从而保证装置或工厂的安全稳定运行；(2)工厂操作人员能够及时准确的确认故障点，并排除问题怎样能够及时发现网络中存在的感染及其他问题，准确找到故障的发生点，是维护控制系统信息安全的前提。为实现上述目标，车间信息安全智能防护系统构建了“三层架构，多层防御”的安全体系。参见图7，管理层与制造执行层之间的安全防护，使用认证加密网关和工业隔离网关分别在纵向和横向通信进行防护。不仅采用虚拟专网VPN构建专用通道，还进行漏洞扫描。在制造执行系统层和工业控制系统层之间，使用工业防火墙进行网络监控与应急系统保护，对工业控制系统进行安全保护。终端防护系统提供对工业网络终端各数据接口的综合防护。
参见图8，车间信息安全智能防护系统采用多层防御体系，包括边界防御、网络防御、主机防御、应用与数据资源防御4层防御体系。边界防御层采用工业隔离网关、工业入侵检测子系统、认证加密网关、安全审计子系统进行防御。网络防御层采用网络漏洞扫描与管理子系统、网络监测应急子系统进行防御。主机防御层采用病毒防治子系统、主机入侵检测子系统、系统漏洞扫描进行防御。应用与数据防御层采用终端防护子系统、工业防火墙、业务系统安全扫描与安全加固进行防御。车间信息安全边界防护选用HT706-ICSP边界安全专用网关产品，其具备数据传输100％、抗隐蔽通道、双通道硬件隔离、数据深度分析，兼容多种网络工业协议和串行工业协议，提供审计配置管理功能。该边界安全专用网关既能提供全面的网络安全防护，又可灵活方便的在各种网络环境下实施。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (7)

1.一种喷涂数字化车间，其特征在于，包括：喷涂生产线、物流系统、车间制造执行系统、车间监控管理系统和车间信息安全智能防护系统；所述喷涂生产线、所述物流系统、车间监控管理系统以及所述车间信息安全智能防护系统分别与所述车间制造执行系统连接；
所述喷涂生产线用于对产品的预处理、油漆喷涂、固化、检验提供的作业环境；
所述物流系统用于根据任务以及路径图实现对车辆管理；
所述车间制造执行系统用于制定喷涂生产计划、喷涂作业管理以及各系统间组网通信；
所述车间监控管理系统用于对所述喷涂生产实时管理以及监测与报警；
所述车间信息安全智能防护系统用于对所述喷涂生产线、所述物流系统、车间监控管理系统以及所述车间制造执行系统进行信息防护。
2.根据权利要求1所述的喷涂数字化车间，其特征在于，所述喷涂生产线包括：产品周转设备、喷漆预处理设备、底漆喷涂设备、底漆固化设备、底漆打磨设备以及面漆喷涂设备；
所述产品周转设备包括喷漆车、运输车和吊装设备，用于利用吊装设备在运输车与喷漆车之间进行吊装；
所述喷漆预处理设备包括清洗机器人以及热风循环箱，用于利用清洗机器人对产品进行清洗并烘干，以及打磨；
所述底漆喷涂设备包括涂料搅拌设备、油漆泵、喷枪、喷涂机器人以及通风装置，用于在通风装置提供的喷涂空间中由机器人对产品的待喷涂表面进行喷涂；
所述底漆固化设备包括电加热器与风机，用于在风机的作用下实现恒温固化产品表面的底漆；
所述底漆打磨设备包括打磨机器人，用于在机器人采用湿打磨的方式下清除底漆表面的粗颗粒及杂质获得平整表面；
所述面漆喷涂设备包括涂料搅拌设备、油漆泵、喷枪、油漆配比装置和喷涂机器人，用于采用喷涂机器人将不同颜色的油漆进行配比后喷涂到产品表面并自然流平。
3.根据权利要求1所述的喷涂数字化车间，其特征在于，所述物流系统包括AGV小车、环境检测装置、主控装置和上位机；
所述AGV小车用于按照指令行走与定位；
所述环境检测装置包括陀螺仪和激光雷达，用于检测环境距离信息以及所述AGV小车的航向角；
所述主控装置与所述上位机用于分析、处理数据以作出决策判断。
4.根据权利要求1所述的喷涂数字化车间，其特征在于，所述AGV小车包括充电模块，用于在电池电量不足时在指定充电位置进行充电。
5.根据权利要求1所述的喷涂数字化车间，其特征在于，所述车间制造执行系统包括多系统集成及基础数据管理模块、喷涂生产计划与调度管理模块以及喷涂作业管理模块；
所述多系统集成及基础数据管理模块用于实现多系统的集成组网，以及维护各种数据以及信息交互；
所述喷涂生产计划与调度管理模块用于计划导入、编制、查询和下达；
所述喷涂作业管理模块用于控制和协调计划订单在车间现场的执行过程以结合不同的生产方式。
6.根据权利要求1所述的喷涂数字化车间，其特征在于，所述车间监控管理系统包括生产线实时管理子系统和生产线监测报警子系统；
所述生产线实时管理子系统用于提供单一或者联机的制程设备；
所述生产线监测报警子系统用于负责物料设备的接入以及在线过程管理。
7.根据权利要求6所述的喷涂数字化车间，其特征在于，所述生产线实时管理子系统还设置有工业监控图形组态软件，用于监视并控制生产线和生产过程。
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