CN107967860A - 迷你教学辅助系统 - Google Patents

Abstract

一种迷你教学辅助系统，包括呈闭环状按顺序依次设置的由轨道衔接的上位机模块、原料库模块、生产加工模块、成品库模块、位于加工模块与原料库或成品库之间的转运模块以及设置在轨道上的智能物流模块，其技术要点是：所述上位机模块包括安装有控制软件的上位机以及打标机，成品库模块包括成品库以及与打标机相配合的扫码机，上位机模块与原料库模块或生产加工模块或成品库模块或转运模块或智能物流模块之间通过无线网络通讯。其具有结构简单紧凑、功能强大、使用维护成本低、故障率低、使用方便、适用范围广等优点。

Description

迷你教学辅助系统

技术领域

本发明涉及一种供教学用的自动生产线模拟装置，具体说是一种迷你教学辅助系统，其主要适用于涉及机械、电子、自动化等多领域综合应用的培训及学习。

背景技术

工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划。工业四代(Industry 4.0)是指利用物联信息系统(Cyber-Physical System简称CPS)将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化，最后达到快速、有效、个人化的产品供应。工业4.0包含智能生产和智能制造两大主题。其中，智能制造侧重于对传感技术、大数据分析技术和软件技术等信息化技术的应用，涉及机械、电气、电子信息、自动化、计算机编程等诸多领域，而各项技术在研发及应用领域的交叉应用日益增多，所以急需精通各项技术的复合型人才。这就对高校培养人才的体系提出了新的要求和挑战。而现有的工业系统，生产产品单一、柔性较差，并且缺少互动的应用，难以适应现代教学的多样化需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种迷你教学辅助系统，从根本上解决了上述问题，其具有结构简单紧凑、功能强大、使用维护成本低、故障率低、使用方便、适用范围广等优点。可简洁快速地实现系统的集成和框架的搭建，使教学系统平台模块化、智能化、自动化和个性化。

一方面，为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：该迷你教学辅助系统包括呈闭环状按顺序依次设置的由轨道衔接的上位机模块、原料库模块、生产加工模块、成品库模块、位于加工模块与原料库或成品库之间的转运模块以及设置在轨道上的智能物流模块，其技术要点是：所述上位机模块包括安装有控制软件的上位机以及打标机，成品库模块包括成品库以及与打标机相配合的扫码机，上位机模块与原料库模块或生产加工模块或成品库模块或转运模块或智能物流模块之间通过无线网络通讯。

所述原料库包括礼盒原料库或钥匙链原料库或钥匙扣原料库。

所述生产加工模块包括数控机床或激光刻印机或3D打印机或视觉系统。

所述转运模块为四自由度机器人或夹取机械手。

所述智能物流模块可选用AGV小车、GC、AGVS或RGV。

所述上位机模块还包括安装有可生成订单的APP的智能手机、智能穿戴设备或电脑。

另一方面，本发明还提供了采用上述迷你教学系统生产钥匙链礼品的生产方法，其技术要点是，包括以下步骤：

步骤1）通过上位机模块的控制软件选择合适的礼盒、钥匙链、钥匙扣等原料样式，并输入所需在钥匙链上雕刻的内容后提交订单，打标机生成专属的条形码或二维码；

步骤2）通过无线网络，将订单信息传送至礼盒原料库，将步骤1）中所选定的礼盒推出，延时启动AGV，AGV插取该礼盒沿轨道运送至钥匙扣原料库等待；

步骤3）四自由度机器人通过吸盘在钥匙扣原料库中吸取步骤1）中所选定的钥匙链转运至激光刻印机，激光刻印机按照步骤1）中输入的内容在钥匙扣上雕刻；

步骤4）四自由度机器人通过吸盘在钥匙链原料库中吸取相应的钥匙链放入AGV小车上的礼盒中，待雕刻完成后将钥匙扣吸取后放入礼盒中；

步骤5）AGV小车沿轨道移动至成品库，夹取机械手抓取礼盒放入成品库中，并录入成品位置信息，至此完成整个加工过程；

步骤6）通过扫码枪扫描步骤1）生成的专属条形码或二维码后，夹取机械手根据成品位置信息从成品库中抓取对应的成品后，通过坡道将成品滑落至出货口后取走，则完成取货过程。

本发明的有益效果：

本发明的系统整体采用模块结构拼接而成，各模块均具有独立的功能，并采用了相配合的轨道相互衔接，可实现产品的搬运、加工及取放。连接后的各模块之间形成环形布局，使各模块间的布局更加紧凑，不但有效节省了使用空间，而且利于观摩学习。可根据需要自由替换和颠倒位置以形成不同的智能生产线（为实现特定功能，甚至可采用完全相同的相邻模块进行衔接），从而有效实现个性化定制流程，从而提高了系统的适用范围，简化了系统结构，并降低了使用成本。各模块之间通过无线网络实现信息共享，并统一由上位机的控制软件控制运行，进行信息收集、处理、决策等指令的下达，实现了整个系统的信息化管理。控制软件通过模块化的方式将CRM、RRP、SRM、MES等系统的功能相结合。通过协议通信将各模块信息上传到中控系统，供中控系统分析和决策。由于采用了闭环结构，AGV可在轨道上循环运行执行转运作业，不但使系统整体结构更为紧凑，而且降低了AGV的设置成本，提高了AGV的单位时间内的利用率，降低了生产成本。

在教学培训上，通过本发明的教学辅助系统，可使学生进一步了解智能化工厂的体系，完善自身知识体系，明确学习方向；系统模块完全开放，并可自由替换，各模块控制程序采用开源代码编写，利于学生的学习和二次开发，进一步提高学生的动手实践能力；

在工业应用上，可预先模拟生产线的布置，实验其可行性，并根据实际生产需要进行相应的调整改装，为大规模生产做足准备工作，并可针对不同的生产线实现“个性化”和“智能化”，根据客户要求进一步调整，预先发现加工、检测、组装、运输等环节中的潜在问题，为大规模生产奠定基础，使最终生产过程更为顺利，降低实际生产环节的错误率，提高生产线的组装效率，从而提高经济效益。

综上所述，本发明可将工业自动化技术、工业机器人技术、智能AGV机器人技术、RFID无线信息通信技术、激光刻印和3D打印技术、工业无线通信技术、立体仓库技术、Labviwe软件编程技术、手机APP、自动派货及订单跟踪等技术有机结合，使设备、产品、客户紧密地连接在一起，保证了产品与生产设备之间、不同的生产设备之间以及数字世界和物理世界之间的互联性。可在市场上为个性化产品定制设计符合工业4.0体系的个性化定制平台，满足高度自动化、无人化、市场化需求，从而实现了“工业4.0”的三大主题，即“智能工厂”、“智能生产”、“智能物流”。

附图说明

图1为本发明其中一种实施方式的俯视结构示意图；

图2为本发明其中一种实施方式的等轴侧视结构示意图；

图3为本发明其中一种实施方式的信息交互流程示意图；

图4为本发明控制软件的逻辑流程示意图I；

图5为本发明控制软件的逻辑流程示意图II；

图6为本发明控制软件的逻辑流程示意图III。

附图标记说明：1上位机、2打标机、3轨道、4原料库模块、41礼盒原料库、42钥匙扣原料库、43钥匙链原料库、5机器人加工中心、51四自由度机器人、52夹取机械手、6智能物流模块、7生产加工模块、71激光刻印机、8成品库模块、9扫码枪。

具体实施方式

以下结合图1~6，通过具体实施例详细说明本发明的内容。

以下以钥匙链礼盒的生产过程为例，说明本发明的其中一种实施方式。该迷你教学辅助系统包括呈闭环状按顺序依次设置的由轨道3衔接的上位机模块、原料库模块4、生产加工模块7、成品库模块8、位于加工模块与原料库或成品库之间的转运模块以及设置在轨道3上的智能物流模块6。其中，上位机模块包括上位机1以及打标机2（可采用常用的条形码或二维码），打标机打出二维码记录产品信息。在智能工厂中可以应用RFID、二维码、条形码等技术作为产品的身份证，与产品的过程信息绑定，便于识别产品，追溯产品的过程信息。上位机作为整个mini智能工厂的中央控制中心，装有控制软件（可基于美国NI公司的Labview开发环境编写开源代码），通过多种通讯协议（如TCP、OPC、模拟量、数字量等）与下位机（如PLC、单片机或NCS）或其他模块进行数据通讯，实时监控其他模块的运行状态，并通过发出下单、原材料出库、产品加工、AGV运输、产品入库及出库等命令进行远程控制，实现对整个系统的信息化管理。在实际智能工厂中，由ERP/MES/SFC系统实现整个工厂的信息化管理。

此外，还可通过安装在智能手机、智能穿戴设备或电脑上的APP生成订单代替中控机的订单生成系统，并通过网络与物流数据相连，可实现下单、发货、查询订单状态等功能。并通过无线网对整个工艺流程进行工艺管控，对加工的产品增加各工位的生产信息，以便清晰地查找各工位的生产信息；

原料库模块和成品库模块均可采用立体仓库实现原材料和成品自动出入库。其中，原料库模块包括钥匙扣原料库、钥匙坠原料库以及礼盒原料库，优选的，按照礼盒原料库、钥匙扣原料库、钥匙链原料库的顺序布置各原料库，并通过转运模块（优选四自由度机器人）在各原料库之间搬运原材料。

生产加工模块7可选用数控机床、激光刻印机71、3D打印机或视觉系统，本实施例优选采用激光刻印机，激光刻印机可依据接收到的指令开始作业，并在作业完成后将信息反馈给中控系统。

成品库模块8包括成品库和扫码枪9，扫码枪通过扫描条形码或二维码获取其中的产品信息后，通过无线网与中空系统通讯。

转运模块包括若干机械手，优选在各原料库之间设置四自由度机器人51，在生产加工模块与成品库模块之间设置夹取机械手52。依据指令四自由度机器人51自动抓取钥匙坠放到激光刻印机上，在智能工厂的加工过程中通过大量使用机器人、数控机床等自动化设备，与智能仓储系统、智能物流模块等相结合可实现无人化工厂。依据指令将礼盒、钥匙链、钥匙坠运输到对应位置，将成品运输至成品库，可与中控系统进行通信，接收中控系统指派的任务，并将完成情况反馈给中控系统。

智能物流模块可选用AGV小车、GC、AGVS或RGV等。

上述系统的生产过程包括以下步骤：

步骤1）操作人员根据实际需要，通过上位机模块的控制软件选择合适的礼盒、钥匙链、钥匙扣等原料样式，并输入所需雕刻的内容后提交订单，打标机生成专属的条形码或二维码。

步骤2）通过无线网络，将订单信息传送至礼盒原料库，将步骤1）中所选定的礼盒推出，延时启动AGV，AGV插取该礼盒沿轨道运送至礼品装配区（即机器人加工中心）等待。

步骤3）四自由度机器人通过吸盘在原料库中吸取步骤1）中所选定的钥匙链转运至激光刻印机（激光加工系统），激光刻印机雕刻步骤1）中操作人员输入的内容。

步骤4）四自由度机器人通过吸盘在钥匙链原料库中吸取相应的钥匙链放入AGV小车上的礼盒中，待雕刻完成后将钥匙扣吸取后放入礼盒中。

步骤5）AGV小车沿轨道移动至成品库，夹取机械手抓取礼盒放入成品库中，并录入成品位置信息，至此完成整个加工过程。

步骤6）操作人员通过扫码枪扫描步骤1）生成的专属条形码或二维码后，夹取机械手根据成品位置信息从成品库中抓取对应的成品后，通过坡道将成品滑落至出货口后取走，则完成取货过程。

本发明的说明书中，如无特殊说明，则AGV小车（Automated Guided Vehicle，简称AGV)，指代装备有电磁或光学等自动导引装置；GC(Automatic Generation Control)指代智能物流模块可采用自动发电装置；AGV（Automated Guided Vehicle）指代自动导引装置；AGVS (Automated Guided Vehicle System) 指代自动导向搬运车系统；RGV (RailGuided Vehicle) 指代有轨制导车辆；PLC指代可编程逻辑控制器；NCS指代数控系统。

Claims (7)

1.一种迷你教学辅助系统，包括呈闭环状按顺序依次设置的由轨道衔接的上位机模块、原料库模块、生产加工模块、成品库模块、位于加工模块与原料库或成品库之间的转运模块以及设置在轨道上的智能物流模块，其特征在于：所述上位机模块包括安装有控制软件的上位机以及打标机，成品库模块包括成品库以及与打标机相配合的扫码机，上位机模块与原料库模块或生产加工模块或成品库模块或转运模块或智能物流模块之间通过无线网络通讯。

2.根据权利要求1所述的迷你教学辅助系统，其特征在于：所述原料库包括礼盒原料库或钥匙链原料库或钥匙扣原料库。

3.根据权利要求2所述的迷你教学辅助系统，其特征在于：所述生产加工模块包括数控机床或激光刻印机或3D打印机或视觉系统。

4.根据权利要求3所述的迷你教学辅助系统，其特征在于：所述转运模块为四自由度机器人或夹取机械手。

5.根据权利要求4所述的迷你教学辅助系统，其特征在于：所述智能物流模块可选用AGV小车、GC、AGVS或RGV。

6.根据权利要求1~5任一项所述的迷你教学辅助系统，其特征在于：所述上位机模块还包括安装有可生成订单的APP的智能手机、智能穿戴设备或电脑。

7.一种采用权利要求6所述迷你教学辅助系统生产钥匙链礼品的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）通过上位机模块的控制软件选择合适的礼盒、钥匙链、钥匙扣等原料样式，并输入所需在钥匙链上雕刻的内容后提交订单，打标机生成专属的条形码或二维码；

步骤2）通过无线网络，将订单信息传送至礼盒原料库，将步骤1）中所选定的礼盒推出，延时启动AGV，AGV插取该礼盒沿轨道运送至钥匙扣原料库等待；

步骤3）四自由度机器人通过吸盘在钥匙扣原料库中吸取步骤1）中所选定的钥匙链转运至激光刻印机，激光刻印机按照步骤1）中输入的内容在钥匙扣上雕刻；

步骤4）四自由度机器人通过吸盘在钥匙链原料库中吸取相应的钥匙链放入AGV小车上的礼盒中，待雕刻完成后将钥匙扣吸取后放入礼盒中；

步骤5）AGV小车沿轨道移动至成品库，夹取机械手抓取礼盒放入成品库中，并录入成品位置信息，至此完成整个加工过程；

步骤6）通过扫码枪扫描步骤1）生成的专属条形码或二维码后，夹取机械手根据成品位置信息从成品库中抓取对应的成品后，通过坡道将成品滑落至出货口后取走，则完成取货过程。