CN107862110A - 一种电子产品生产线虚拟换产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电子产品生产线虚拟换产方法，包括以下步骤：根据主流水线的布局规划和对电子产品换产所需的专用生产平台在仿真系统进行建模，并在上位机中建立三维模型库；对建立的三维模型库进行模块化后进行封装；结合三维模型库进行单元模块化算法求解、整线执行与调度算法，确定出产品换产的初始方案；专用生产平台通过实现柔性调度，在上位机中实现的三维模型库的快速重构；三维模型库进行整线装配，并对重构后的三维模型库进行逻辑脚本的编制并最后重新封装；对重构后的三维模型库在上位机的测试模块上进行主流水线的整线换产虚拟测试；生成换产测试结果，根据换产测试结果生成生产线优化设计方案。

Description

一种电子产品生产线虚拟换产方法
技术领域
本发明涉及工业自动化技术领域，具体涉及一种电子产品生产线虚拟换产方法。
背景技术
传统电子产品生产线的现状：多品种、小批量的生产特征是众多企业共同的特点，特别是对于电子产品制造企业，产品的生命周期短，更新迭代快，导致品种繁多，且单一品种的需求量不多。
以电子制造系统的核心生产过程为例，核心过程是将电子元器件组装在印刷电路板上，实现电子元器件的互联，而组装过程主要涉及表面贴装技术(Surface MountingTechnology，SMT)。目前SMT设备的换产时间通常需要1h左右，为了减少因换产损失的设备效率，传统做法是采用大批量加工模式。以常见的P产品为例，SMT设备2周加工1次，一次生产2周所需量。图1为其现场的物与信息流动图。从图1可知，表面贴装完成后的在制品较多，延长了过程周期时间。传统的大批量加工模式导致了以下几个问题:1)传统的大批量加工模式导致对SMT设备资源的竞争加剧。SMT设备作为电子装联的关键设备，是多种产品共同需要的通用设备目前因大批量加工，每周只能生产有限的品种。2)生产周期长。SMT设备一次表贴2周用量，后工序又不能及时消耗，工序之间存在大量的在制品，使生产周期长，资金占用量增加，而且还影响制造柔性，生产线不能迅速切换到别的产品。3)存在批量不合格的质量风险。由于周期长，批量大，一旦发现不合格产品，往往就是一大批，且不能及时补救。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种缩短换产时间，实现快速换产的电子产品生产线虚拟换产方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种电子产品生产线虚拟换产方法，包括以下步骤：
步骤A，根据主流水线的布局规划和对电子产品换产所需的专用生产平台在仿真系统进行建模，并在上位机中建立三维模型库；
步骤B，依据主流水线和专用生产平台进行动作方式和控制方式的封装，并定义标准化的数据接口和信息接口，对建立的三维模型库进行模块化后进行封装；
步骤C，根据样本订单的情况，并依据初始生产条件的约束，结合三维模型库进行单元模块化算法求解、整线执行与调度算法，确定出产品换产的初始方案；
步骤D，根据初始的换产方案将高度模块化的专用生产平台通过实现柔性调度，在上位机中实现的三维模型库的快速重构；
步骤E，利用仿真系统对重构后的三维模型库进行整线装配，并对重构后的三维模型库的运动规划之后进行逻辑脚本的编制并最后重新封装；
步骤F，对重构后的三维模型库在上位机的测试模块上进行主流水线的整线换产虚拟测试；
步骤G，对步骤F接受到的实时状态数据进行分析，生成换产测试结果，根据换产测试结果生成生产线优化设计方案。
优选的，所述步骤A包括以下步骤：
步骤A1，依据车间建筑物结构，考虑车间物流形式、制造工艺过程、设备集合形态，在仿真系统上进行车间的快速布局规划和模型装配，将电子产品的主流水线进行建模和布局规划；
步骤A2，根据工厂场地、加工流程、工艺计划和加工设备因素，在仿真系统上对电子产品换产的自动化生产线搭建需要的通用设备、专机设备、传输设备、仓储设备和机械手进行建模；
步骤A3，在仿真系统中结合步骤A1和步骤A2的建模结果，最终在上位机中建立起三维模型库。
优选的，所述步骤D包括以下步骤：
步骤D1，建立基本的生产线各组成设备的3D模型库，并且对上述的3D模型库编辑好属性；
步骤D2，根据换产方案中的工艺不同将专用生产平台中的不同模型装配到主流水线周边；
步骤D3，通过机械手将主流水线上的物品取到专用生产平台中的设备上进行生产；
步骤D4，通过设置不同样本订单的属性和参数，进行主流水线的动态模拟，实现三维模型库的快速重构。
优选的，所述步骤F包括以下步骤：
步骤F1，对步骤E中重构好的三维模型库虚拟运行，执行在确定初始方案是的整线算法引擎；
步骤F2，在上位机的测试模块上进行整线换产虚拟测试，借助仿真软件中软PLC控制通用设备、专机设备、传输设备、仓储设备和机械手的某一单元模型进行运动规划、控制逻辑设计和传感器的布局；
步骤F3，在三维模型库中进行逻辑验证和控制测试。
优选的，所述步骤G包括以下步骤：
步骤G1，对步骤F的整线仿真运行虚拟测试结果进行分析，作为适应性和合理性评估的主要依据，后进一步优化算法引擎，进行算法的修改整定；
步骤G2，通过考虑产品生产过程中的生产故障、设计错误、瓶颈工位、换产时间、故障修复、负荷分析和工艺分析的因素，优化并增加数学建模的条件，重新进行主流水线和专用生产平台模块化的算法求解，使整线执行新的调度算法，产生新的换产方案，如此便可不断迭代优化初始的换产方案。
优选的，所述主流线包括工作台物料架、自动取放料机械手、夹具自动阻挡机构和自动化设备平台。
优选的，所述的专用生产平台包括通用设备、专机设备、传输设备、仓储设备和机械手。
优选的，所述上位机还包括通信模块；所述通信模块用于与所述专用生产平台中的传输设备之间的通信。
优选的，所述传输设备为AGV小车。
优选的，所述仿真系统为三维CAD模型，所述仿真软件为Demo3D。
本发明的有益效果：虚拟换产运行可以根据不同的设备生产节拍不一样，找出可能会出现瓶颈的工位，提前进行设备产能改善，从而实现较好的线平衡性，另外要求能模拟出当某个设备出现故障时，人机互换需要多少时间，重新恢复正常生产需要多长时间。生产线的柔性化设计以及虚拟换产测试平台的设计大大提高了设备利用率，提高了产能，同时能够减小生产批量、缩短交货期、降低库存水平、提高生产效率，提前预测瓶颈工位工艺流程，预测对资源的竞争情况，减少生产过程干扰因素造成的浪费，实现均衡化生产。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的一个实施例的物料信息流动现状示意图；
图2是本发明的一个实施例的电子产品生产线虚拟换产方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
一种电子产品生产线虚拟换产方法，包括以下步骤：
步骤A，根据主流水线的布局规划和对电子产品换产所需的专用生产平台在仿真系统进行建模，并在上位机中建立三维模型库；
步骤B，依据主流水线和专用生产平台进行动作方式和控制方式的封装，并定义标准化的数据接口和信息接口，对建立的三维模型库进行模块化后进行封装；
步骤C，根据样本订单的情况，并依据初始生产条件的约束，结合三维模型库进行单元模块化算法求解、整线执行与调度算法，确定出产品换产的初始方案；
步骤D，根据初始的换产方案将高度模块化的专用生产平台通过实现柔性调度，在上位机中实现的三维模型库的快速重构；
步骤E，利用仿真系统对重构后的三维模型库进行整线装配，并对重构后的三维模型库的运动规划之后进行逻辑脚本的编制并最后重新封装；
步骤F，对重构后的三维模型库在上位机的测试模块上进行主流水线的整线换产虚拟测试；
步骤G，对步骤F接受到的实时状态数据进行分析，生成换产测试结果，根据换产测试结果生成生产线优化设计方案。
建立一个柔性标准化的自动生产线虚拟换产平台，由主流水线模型和专用生产平台模型组成，专用生产平台中的传输设备实现柔性调度，进而满足“双重柔性”的内在需求、“高频换产”的新型特征与“同步优化”的迫切需求，实现柔性标准化自动生产线的快速重构以达到快速换产的目的，整线动态虚拟运行调试，调试通过后即可进行设备虚实同步实现，搭建一个电子产品生产线虚拟换产测试平台，对智能车间进行三维可视化与实时化的同步控制，进行车间异常的实时响应与诊断，车间运行性能的实时监控与调控。虚拟换产运行可以根据不同的设备生产节拍不一样，找出可能会出现瓶颈的工位，提前进行设备产能改善，从而实现较好的线平衡性，另外要求能模拟出当某个设备出现故障时，人机互换需要多少时间，重新恢复正常生产需要多长时间。生产线的柔性化设计以及虚拟换产测试平台的设计大大提高了设备利用率，提高了产能，同时能够减小生产批量、缩短交货期、降低库存水平、提高生产效率，提前预测瓶颈工位工艺流程，预测对资源的竞争情况，减少生产过程干扰因素造成的浪费，实现均衡化生产。
更进一步地，所述步骤A包括以下步骤：
步骤A1，依据车间建筑物结构，考虑车间物流形式、制造工艺过程、设备集合形态，在仿真系统上进行车间的快速布局规划和模型装配，将电子产品的主流水线进行建模和布局规划；
步骤A2，根据工厂场地、加工流程、工艺计划和加工设备因素，在仿真系统上对电子产品换产的自动化生产线搭建需要的通用设备、专机设备、传输设备、仓储设备和机械手进行建模；
步骤A3，在仿真系统中结合步骤A1和步骤A2的建模结果，最终在上位机中建立起三维模型库。
上述的通用设备、专机设备、传输设备、仓储设备和机械手形成一个通用的生产平台，能够根据不同的订单生产需求将不同的专用设备通过传输设备传输到主流水线上，从而实现设备的柔性调度需求。
更进一步地，所述步骤D包括以下步骤：
步骤D1，建立基本的生产线各组成设备的3D模型库，并且对上述的3D模型库编辑好属性；
步骤D2，根据换产方案中的工艺不同将专用生产平台中的不同模型装配到主流水线周边；
步骤D3，通过机械手将主流水线上的物品取到专用生产平台中的设备上进行生产；
步骤D4，通过设置不同样本订单的属性和参数，进行主流水线的动态模拟，实现三维模型库的快速重构。
根据不同的生产样本订单，对三维模型库的快速重构之后，能够模拟出正常换线所需要的人力和时间，主流水线的柔性化设计能够使主流水线实现快速重构，从而能够找到换产的瓶颈，提前预测得到各个工位的工艺流程，预测得到对生产所需资源的竞争情况，减少生产过程中各种的干扰因素造成的浪费，实现均衡化的生产。
上述的专用生产平台中的不同模型包括通用设备模型、专机设备模型、传输设备模型、仓储设备模型和机械手模型。
更进一步地，所述步骤F包括以下步骤：
步骤F1，对步骤E中重构好的三维模型库虚拟运行，执行在确定初始方案是的整线算法引擎；
步骤F2，在上位机的测试模块上进行整线换产虚拟测试，借助仿真软件中软PLC控制通用设备、专机设备、传输设备、仓储设备和机械手的某一单元模型进行运动规划、控制逻辑设计和传感器的布局；
步骤F3，在三维模型库中进行逻辑验证和控制测试。
上述的换产虚拟测试过程都是直接在上位机的测试模块中完成的，而不需要等到实现模型制造完成了才能进行测试。上述的仿真软件中有传感器和软PLC，仿真与实物相似能够使得在仿真过程中令测试更加真实有效。
而且在三维模型库中进行单元系统测试，能够快速定位故障查找原因，排出可能存在的错误，提前检验实物系统是否能够满足生产实际的要求，检验实物系统应用到实际生产中的实用性和稳定性，同时也能提升功能模块测试的整体技术水平，尤其对逻辑控制算法和故障诊断策略十分复杂的实物系统。同时还可以以测试结果为依据，对实物系统设计方案进行优化与改进，能够避免返工。在仿真模型中测试和验证的方案都可以直接复制到实物系统中，这样能够使各个部门实现并行工作，大大减少现场调试和测试的时间与成本。
更进一步地，所述步骤G包括以下步骤：
步骤G1，对步骤F的整线仿真运行虚拟测试结果进行分析，作为适应性和合理性评估的主要依据，后进一步优化算法引擎，进行算法的修改整定；
步骤G2，通过考虑产品生产过程中的生产故障、设计错误、瓶颈工位、换产时间、故障修复、负荷分析和工艺分析的因素，优化并增加数学建模的条件，重新进行主流水线和专用生产平台模块化的算法求解，使整线执行新的调度算法，产生新的换产方案，如此便可不断迭代优化初始的换产方案。
经过上述的不断的迭代，使得最终能够得到最优化的生产换产方案，大大提高了设备利用率，提高了产能，同时能够减小生产批量、缩短交货期、降低库存水平、提高生产效率，提前预测瓶颈工位工艺流程，预测对资源的竞争情况，减少生产过程干扰因素造成的浪费，实现均衡化生产。
更进一步地，所述主流线包括工作台物料架、自动取放料机械手、夹具自动阻挡机构和自动化设备平台。
主流水线可实现载具定序阻挡、放行和上下层自动循环。上述的主流水线能够完成人工、人机协同、整机自动三种工作模式的切换，从而达到人工到机器的一个柔性切换过程。
更进一步地，所述的专用生产平台包括通用设备、专机设备、传输设备、仓储设备和机械手。
所述专用生产平台不仅仅为一个通用的生产平台，而是将不同的多种设备固定在常规的通用生产平台上，这样一来通用的生产平台就变成了一个高度模块化的专用生产平台，生产设备的高度模块化实现生产线的柔性调度。
更进一步地，所述上位机还包括通信模块；所述通信模块用于与所述专用生产平台中的传输设备之间的通信。
上位机包括有测试模块和通信模块，主要实现对重构后的三维模型库进行测试，还有就是与AGV小车之间的通信了，从而能够做到换产前的准备和换产后的测试。
更进一步地，所述传输设备为AGV小车。
AGV小车一般用来搬送重量较轻的生产物料或包材，可以搬运最重达500KG的设备，除了AGV小车的基本功能之外也具备以下功能，装载设备、卸载设备、移动搬运设备、定位、无线控制、避障、路径优化、闲置充电及故障报警等。一般情况下主要为搬运工作，将调好的专用生产平台上的设备搬运到主流水线对应的位置，主流水线对应的位置处要设置自带编号的位置感应器或其他装置，AGV小车通过接收上位机的通信模块发出的信号将专用生产平台的其他设备搬送目的地的具体位置指令后，将设备搬运到指定位置，流水线自带感应器，并确认位置是否有误；另一种是在线的设备位置互换；最后一种是将设备从主流水线运送回专用生产平台放置。AGV小车在将设备搬运到主流水线对应的位置并放下时，应发送一个单项任务完成的指令给到上位机的通信模块，上位机的通信模块自动对设备进行锁紧或者提醒工程人员手动操作锁紧机构将设备锁紧。
更进一步地，所述仿真系统为三维CAD模型，所述仿真软件为Demo3D。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电子产品生产线虚拟换产方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A，根据主流水线的布局规划和对电子产品换产所需的专用生产平台在仿真系统进行建模，并在上位机中建立三维模型库；
步骤B，依据主流水线和专用生产平台进行动作方式和控制方式的封装，并定义标准化的数据接口和信息接口，对建立的三维模型库进行模块化后进行封装；
步骤C，根据样本订单的情况，并依据初始生产条件的约束，结合三维模型库进行单元模块化算法求解、整线执行与调度算法，确定出产品换产的初始方案；
步骤D，根据初始的换产方案将高度模块化的专用生产平台通过实现柔性调度，在上位机中实现的三维模型库的快速重构；
步骤E，利用仿真系统对重构后的三维模型库进行整线装配，并对重构后的三维模型库的运动规划之后进行逻辑脚本的编制并最后重新封装；
步骤F，对重构后的三维模型库在上位机的测试模块上进行主流水线的整线换产虚拟测试；
步骤G，对步骤F接受到的实时状态数据进行分析，生成换产测试结果，根据换产测试结果生成生产线优化设计方案。
2.根据权利要求1所述的电子产品生产线虚拟换产方法，其特征在于：所述步骤A包括以下步骤：
步骤A1，依据车间建筑物结构，考虑车间物流形式、制造工艺过程、设备集合形态，在仿真系统上进行车间的快速布局规划和模型装配，将电子产品的主流水线进行建模和布局规划；
步骤A2，根据工厂场地、加工流程、工艺计划和加工设备因素，在仿真系统上对电子产品换产的自动化生产线搭建需要的通用设备、专机设备、传输设备、仓储设备和机械手进行建模；
步骤A3，在仿真系统中结合步骤A1和步骤A2的建模结果，最终在上位机中建立起三维模型库。
3.根据权利要求2所述的电子产品生产线虚拟换产方法，其特征在于：所述步骤D包括以下步骤：
步骤D1，建立基本的生产线各组成设备的3D模型库，并且对上述的3D模型库编辑好属性；
步骤D2，根据换产方案中的工艺不同将专用生产平台中的不同模型装配到主流水线周边；
步骤D3，通过机械手将主流水线上的物品取到专用生产平台中的设备上进行生产；
步骤D4，通过设置不同样本订单的属性和参数，进行主流水线的动态模拟，实现三维模型库的快速重构。
4.根据权利要求2所述的电子产品生产线虚拟换产方法，其特征在于：所述步骤F包括以下步骤：
步骤F1，对步骤E中重构好的三维模型库虚拟运行，执行在确定初始方案是的整线算法引擎；
步骤F2，在上位机的测试模块上进行整线换产虚拟测试，借助仿真软件中软PLC控制通用设备、专机设备、传输设备、仓储设备和机械手的某一单元模型进行运动规划、控制逻辑设计和传感器的布局；
步骤F3，在三维模型库中进行逻辑验证和控制测试。
5.根据权利要求1所述的电子产品生产线虚拟换产方法，其特征在于：所述步骤G包括以下步骤：
步骤G1，对步骤F的整线仿真运行虚拟测试结果进行分析，作为适应性和合理性评估的主要依据，后进一步优化算法引擎，进行算法的修改整定；
步骤G2，通过考虑产品生产过程中的生产故障、设计错误、瓶颈工位、换产时间、故障修复、负荷分析和工艺分析的因素，优化并增加数学建模的条件，重新进行主流水线和专用生产平台模块化的算法求解，使整线执行新的调度算法，产生新的换产方案，如此便可不断迭代优化初始的换产方案。
6.根据权利要求1所述的电子产品生产线虚拟换产方法，其特征在于：所述主流线包括工作台物料架、自动取放料机械手、夹具自动阻挡机构和自动化设备平台。
7.根据权利要求1所述的电子产品生产线虚拟换产方法，其特征在于：所述的专用生产平台包括通用设备、专机设备、传输设备、仓储设备和机械手。
8.根据权利要求7所述的电子产品生产线虚拟换产方法，其特征在于：所述上位机还包括通信模块；所述通信模块用于与所述专用生产平台中的传输设备之间的通信。
9.根据权利要求8所述的电子产品生产线虚拟换产方法，其特征在于：所述传输设备为AGV小车。
10.根据权利要求4所述的电子产品生产线虚拟换产方法，其特征在于：所述仿真系统为三维CAD模型，所述仿真软件为Demo3D。
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