CN109079497B - 工程机械总装生产线在线感知与柔性装配系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程机械总装生产线在线感知系统，属于智能制造领域。包括固定轨道，固定轨道包括多个装配工位，固定轨道上设置有运输装置；每个装配工位上设置有传感器、信息扫描终端、工位控制器和可更换的工装，传感器通过ZigBee通信与工位控制器连接，信息扫描终端通过RS485通信与工位控制器连接；同一车间内的所有工位控制器通过CAN总线与一个工业控制计算机连接；所有工业控制计算机通过以太网与服务器连接，其中：服务器通过蚁群算法为各个待装配零部件的装配路径；服务器根据装配路径，通过遗传算法为分配在同一个工装上的待装配零部件的装配顺序进行排序。本发明对工业现场多源数据的在线采集，实现了在线感知和柔性制造。

Description

工程机械总装生产线在线感知与柔性装配系统

技术领域

本发明涉及智能制造领域，特别是指一种工程机械总装生产线在线感知与柔性装配系统。

背景技术

目前，全球拥有在役工程机械设备逾1000万台，其中含我国在役设备400万台，分布于150多个国家和地区的施工现场。工程机械、装备制造等类型企业的最终产品装配(总装)是一项涉及物料、人员、机器等众多因素的复杂性活动。

装配作为制造过程最后阶段的生产活动，是将不同零部件通过各种工艺过程按顺序组装成一种具有特定功能产品的生产过程。机械装配根据其组织形式可以分为固定式装配与移动式装配。固定式装配是指将机械装配过程中所需的各种零部件全部放在一个固定不变的位置进行装配，在小批量生产的机械装配中通常选用这种装配模式来进行机械装配。移动式装配是指机械装配的装配地点及装配人员在装配的整个过程中都不是固定的，这种装配方式广泛地应用于目前大批量的汽车机械的生产装配过程中，例如目前广泛使用的流水线式的装配就是移动式装配的典型代表。

大型机械相对轿车、卡车等生产量较小，属于中小批量生产，通常采用固定式装配，不采用自动化总装生产线。并且现有的自动化总装生产线适用于汽车等品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定的产品生产，不能满足工程机械总装要求。

另外，在建立工程机械总装生产线时需要考虑在线感知，工程机械的生产过程感知主要是指装配车间各种生产过程状态的感知，涉及生产执行状态、生产质量管理等方面。在传统的生产过程信息获取模式中，即使借助于等信息化系统，依然存在信息采集费时、滞后、不增值等问题：诸如生产状态、生产进度之类的生产执行状态信息以及检验结果之类的生产质量信息，都是通过手工的方式输入到信息化系统当中的；然而，随着生产过程规模的日益复杂化、生产因素随机多变化，生产过程中的信息呈现多源且海量的特征，如果再采用传统模式，就会使得费时、滞后、出错等问题更加突出，同时也会占用工人的劳动时间，浪费生产资源。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种工程机械总装生产线在线感知与柔性装配系统，本发明对工业现场多源数据的在线采集，实现了在线感知和柔性制造。

本发明提供技术方案如下：

一种工程机械总装生产线在线感知与柔性装配系统，包括固定轨道，所述固定轨道包括多个装配工位，所述固定轨道上设置有运输装置；每个装配工位上设置有传感器、信息扫描终端、工位控制器和可更换的工装，所述传感器通过ZigBee通信与所述工位控制器连接，所述信息扫描终端通过RS485通信与所述工位控制器连接；同一车间内的所有工位控制器通过CAN总线与一个工业控制计算机连接；所有工业控制计算机通过以太网与服务器连接，其中：

各个待装配零部件的柔性装配方法包括：

所述服务器通过蚁群算法为各个待装配零部件的装配路径，为该零部件的各个装配工序分配合适的工装；

所述服务器根据所述装配路径，通过遗传算法为分配在同一个工装上的待装配零部件的装配顺序进行排序。

进一步的，所述传感器包括扭矩传感器、油压传感器、工件定位传感器、开关传感器、温度传感器、加速度传感器、电压传感器、霍尔传感器、称重传感器和/或粉尘传感器。

进一步的，所述总装生产线上设置有质量检测和反馈控制装置，用于根据不同的产品和装配过程中出现的不同问题，分析挖掘历史数据，决策出不同的加工工序和加工工艺。

进一步的，所述服务器进行线体均衡分析，确定装配工位数量和工序。

进一步的，所述总装生产线用于不同型号推土机的总装，所述装配工位为23个，每个装配工位上设置有用于检测该装配工位的完成情况的信号检测装置，所述运输装置为自动运载车，当信号检测装置检测到该装配工位上最后一道工序完成后，所述自动运载车自动推进。

进一步的，所述工装包括自动吊装机器人、自动清洗机、自动压装机、螺纹拧紧机、组装机器人、传送带、码装机器人和/或液压助力设备。

进一步的，第一工位上，通过自动清洗机清洗机架、各个轴承、一二三级轮、法兰盘、连接盘及下轴承，清洗完成之后通过自动吊装机器人吊装平衡梁；

第六工位上，通过组装机器人通过更换不同的工作头实现搬运、定位组装轴承座、压一级轮、涂抹变速箱锥齿红丹粉；

第八工位上，组装机器人根据工件定位传感器反馈的位置进行二三级轮定位组装，扭矩传感器安装在组装机器人上，将力矩反馈给服务器，以供服务器监控组装情况；通过组装机器人配合自动吊装机器人完成外壳的组装。

进一步的，每个装配工位的长度为4m，装配工位相互之间的距离为2.5-3.5m，所述固定轨道长140-160m，所述固定轨道为24kg/m的轻型钢轨，轨距为1.0M。

进一步的，所述信息扫描终端包括工人身份阅读器、RFID读卡器和/或条码扫描器。

进一步的，所述服务器包括管理处理中心、管理层、动态数据存储模块和人机接口；所述管理处理中心包括状态监测模块、决策模块、数据挖掘模块和联网模块。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过ZigBee、RS485通信将每个工位的传感器与工微控制器连接成一个网络，车间内的所有工位控制器通过CAN总线与工业控制计算机连接成一个网络，所有车间的工业控制计算机通过以太网与服务器连接成一个网络。基于现场总线、工业以太网、无线传感器网络、RFID、条形码等技术，构建多总线的大型工程机械装配生产线在线监测系统，完成对工业现场多源数据的在线采集。本发明围绕装配自动化生产集成、工业现场传感器智能化、支持柔性装配及节拍平衡的决策分析等技术，建设出工程机械装配自动化生产线，通过关键设备和传感器的互联技术，开发工业现场多源数据感知和数据采集系统，结合人工智能研究智能决策分析方法，使系统实现柔性装配和精益制造。

附图说明

图1为本发明的工程机械总装生产线一个具体示例的示意图；

图2为本发明的工程机械总装生产线在线感知系统的示意图；

图3为单个工位网络系统示意图；

图4为第八工位示意图；

图5为服务器示意图；

图6为柔性装配系统框架图；

图7为组装燃油箱工位示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种工程机械总装生产线在线感知与柔性装配系统，如图1所示，包括固定轨道1，固定轨道1包括多个装配工位2，固定轨道1上设置有运输装置3；每个装配工位上设置有传感器4、信息扫描终端5、工位控制器6和可更换的工装，传感器4通过ZigBee通信与工位控制器6连接，信息扫描终端5通过RS485通信与工位控制器6连接；同一车间内的所有工位控制器6通过CAN总线与一个工业控制计算机7连接；所有工业控制计算机7通过以太网与服务器8连接，其中：

各个待装配零部件的柔性装配方法包括：

服务器8通过蚁群算法为各个待装配零部件的装配路径，为该零部件的各个装配工序分配合适的工装；

服务器8根据装配路径，通过遗传算法为分配在同一个工装上的待装配零部件的装配顺序进行排序。

信息扫描终端包括工人身份阅读器500、RFID读卡器600和/或条码扫描器700等

装配作为制造过程最后阶段的生产活动，是将不同零部件通过各种工艺过程按顺序组装成一种具有特定功能产品的生产过程。工程机械相对轿车、卡车等生产量较小，虽然近年来有了较快发展，但是自动化程度仍然不高。大型工程机械整机的装配，过去一直采用分散定台位式的方式，这种装配方式质量随机性大，劳动强度高，而且不容易控制。为了克服这些缺点，实现生产批量化的要求。本发明对工程机械生产线进行自动化改造，建设大型工程机械自动化生产线，生产线配备自动装配装置、工件定位检查装置、工件传送装置等。

运输装置实现输送的自动化，使得工人的劳动强度得到大大降低，并且通过平衡式起重机等设备的应用，让操作者在工作中处于更加便捷和舒适的状态，这样不但能够使工人从重体力劳动中解放出来，更能保证工人的身心健康，进而提高工作效率，降低单位生产的时间成本和人工成本，提高产品的单位利润或取得相对的价格优势。

图1给出的是推土机的装配生产线，以供包括23个装配工位，图1只是给出的一个示例，本发明的自动化生产线并不限于图1给出的形式，还可以是其他的形式。

工程机械装配过程中，多道工序需要检测力矩、液压、液位、位移等物理量，另外设备自身的温度、振动等状态也需要检测。目前生产线上都是使用非电类仪表或模拟信号仪表检测，无法实现传感器的智能化和网络化。本发明的自动化生产线上或者自动化生产线的设备上设置有传感器，这些传感器通过ZigBee通信与工位控制器构成无线传感器网络。本申请的采用智能化的现场传感器和设备传感器，可靠性高、低功耗、环境适应与抗干扰能力强。

并且，本发明将每个车间的所有设备连入一个统一的网络，车间之间的数据再整合上报，形成一个多车间协作管理的智慧工厂。系统每个装配工位上的各种现场传感器、设备传感器和信息扫描终端等终端通过ZigBee、RS485通信与工位控制器组成一个网络。具体的：系统每个装配工位上根据工序不同配有的力矩、油压、工件定位等现场传感器，另外还有监测设备本身的温度、振动等设备传感器，这些传感器通过ZigBee通信与工位控制器构成无线传感器网络。工人身份阅读器、RFID读卡器、条码扫描器等终端使用RS485通信将数据传送到工位控制器。单个工位网络系统示意如图3所示。

每个工位之间搭建CAN网络。每个车间有一台工业控制计算机，作为CAN网络的一个节点，运行本车间内数据采集、数据挖掘、决策分析、节拍控制、基于柔性装配的控制策略等程序。每个车间以LAN的形式接入以太网，并连接服务器，汇总车间信息到监控中心。系统总体系统图如图2所示。

系统将整个生产设备连接到同一个控制网络中。各个子系统(单个车间的系统或者单个工位的系统)独立运行又互相链接，并通过其灵活性保证每道工序在执行时的精确性。通过对单台设备的数据采集和整合及对各子系统的跟踪。各个装配工位均位于输送系统上，输送系统托盘装有RFID，用于跟踪整个流水线上每个部件的运输路线。因而，任何一个工位都能够获得与生产相关的信息。比如装配发动机时，在装配线的起始端将新的发动机放在托盘上，通过条形码和条形码扫描器检测到该发动机的序列号，该序列号存储在数据库中并与托盘上RFID的号码相关联。同时，操作人员的ID号(上线之前打卡记录人员ID号)与数据库里的识别号进行对照检查并记录。这样，即可协调所有的信息，跟踪每个分部件以及整条装配线的信息。通过无线传感器网络及RFID技术，即可实现生产过程工序正确性、工序完整性检查，同时记录了工件、设备、人员的编号，可以实现工程机械产品信息的追溯。

由于工程机械相对轿车、卡车等生产量较小，装配线的自动化能够提高效率和产能，但也要充分考虑到工程机械的产量问题，本发明充分考虑到设备使用的柔性，使设备使用多种产品和批量的装配。生产系统的柔性是指其加工多种零部件、生产多样化产品的能力。本发明根据不同产品结构特点为基点，可通过更换支架、工装等方式保证设备对不同产品的装配的适应性。

生产系统的柔性既取决于系统设计时所确定的设备与运输系统等硬件配置因素，同时也取决于生产管理中各种计划决策。

零部件在装配时，在给定工艺下，一个零部件按不同路径被有效加工(装配)的路径个数为零部件的选路柔性。本发明通过蚁群算法和遗传算法确定零部件的选路柔性。

综上所述，本发明通过ZigBee、RS485通信将每个工位的传感器与工微控制器连接成一个网络，车间内的所有工位控制器通过CAN总线与工业控制计算机连接成一个网络，所有车间的工业控制计算机通过以太网与服务器连接成一个网络。基于现场总线、工业以太网、无线传感器网络、RFID、条形码等技术，构建多总线的大型工程机械装配生产线在线监测系统，完成对工业现场多源数据的在线采集。本发明围绕装配自动化生产集成、工业现场传感器智能化、支持柔性装配及节拍平衡的决策分析等技术，建设出工程机械装配自动化生产线，通过关键设备和传感器的互联技术，开发工业现场多源数据感知和数据采集系统，结合人工智能研究智能决策分析方法，使系统实现柔性装配和精益制造。

本发明的具体柔性选路方法如下：本发明将柔性生产线的优化调度计算过程分为两级。首先，在第一级确定每个待加工产品的加工路径，即为该产品的各个工序选择加工的机器资源分配问题。然后，在第一级在给定加工路径前提下决定分配在同一个机器上加工的各个产品的加工顺序排序问题。与此相应，柔性生产线采用两级递阶优化算法进行优化调度。本发明使用蚁群算法进行第一级加工路径优化的资源分配，在确定产品加工路径后，分配在同一机器上的各产品加工顺序采用遗传算法进行优化。

装配生产线上需要多种传感器，包括工件定位、力矩、油压等，传统的检测技术已经不适应物联网发展的需求。

本发明研制的智能传感器，开发嵌入式软件平台，实现智能化的数据采集、数据处理等功能，具有物联网主流工业现场总线和无线通讯功能，提高整机平均无故障时间和采样精度，满足低功耗设计要求，满足工业级应用要求。

装配线上的数据的量非常巨大，而且这些状态参数信息在一定程度上相互重叠。本发明通过提取原始数据的特征信息，用尽可能少的特征去充分描述系统的运行状态，可以大大降低系统综合管理的复杂性。通过连续地监测的关键性能参数可以有效地实现异常检测和故障预防，并且实时的性能参数监测保证了异常监测和故障的精确性。利用各种推理技术和检测技术有效地获取、传递、处理和利用检测信息，实现对给定环境下的被测系统状特征参数的状态识别和状态预测。对于柔性自动装配系统这样的复杂系统，智能检测技术是实现对其综合管理的关键。

本发明中，传感器包括扭矩传感器100、油压传感器200、工件定位传感器300、力传感器400，还可以包括采集人员工作状态数据的开关传感器，采集设备运转温度和环境温度的温度传感器，采集设备工作振动情况的加速度传感器，检测设备工作状态的电压传感器，采集工位物料数量数据的霍尔传感器，采集物料重量数据的称重传感器，检测制造车间工作环境的粉尘传感器等。

本发明的总装生产线上设置有质量检测和反馈控制装置，用于根据不同的产品和装配过程中出现的不同问题，分析挖掘历史数据，决策出不同的加工工序和加工工艺。

本发明对工程机械的装配在装配流水线上进行，涉及“人-物-料-法-环”等诸多方面的问题。对于工程机械小批量生产情况，如果使用相对固定的加工设备和加工工艺这种刚性自动化方式，会存在不灵活、成本高的缺点。在生产线中加入质量检测和反馈控制装置，根据不同的产品和装配过程中出现的不同问题，分析挖掘历史数据，决策出不同的加工工序和加工工艺，搭建柔性装配系统，可有效提高自动化总装生产线的自动化水平，减少操作人员，提高装配质量，减少生产面积。

服务器进行线体均衡分析，确定装配工位数量和工序。进行线体均衡分析，首先要根据市场需求确定生产节拍，根据工艺流程画出线体均衡优先图，然后决定生产周期时间，最后确定理论工位数量，进行排程，计算生产效率。

柔性装配系统在生产效率、生产质量和多样化产品等方面具有竞争优势，与传统的专用生产系统相比，表现出高度自动化的特征。

本发明提出了一类新的部分柔性制造系统生产能力规划与生产线设计的模型，将产品/产品类的市场需求与产品结构联系起来。在多工位总装生成线的基础上，联合自动化物流系统及计算机控制信息系统形成工程机械柔性装配系统，如图6所示。

本发明的柔性装配系统自动化程度高，可以减少机床操作人员。由于配有质量检测和反馈控制装置，零件的加工质量很高。工序集中，可以减少加工时间，易于和管理系统、技术信息系统及质量信息系统结合形成更高级的自动化制造系统。本系统的柔性具体表现如下：

①物料运输方式的柔性。不同型号的零部件在不同机器设备上被正确地传送并定位的能力，不同类型的机器被直接组合成生产线的能力及被加工的零部件在生产线上机器之间的运输时间短。

②装配工序的操作柔性。装配过程中不同的操作序列可被灵活应，不同操作序列的完成时间由生产线的布局、物料传输系统和计算机控制结构确定，相关的决策问题是指取件器的选择、进料器的指派和零部件在插件机上的分配问题。

③零部件的选路柔性。给定工艺下，一个零部件按不同路径被有效加工的路径个数。降低机器的利用率可增加零部件的选路柔性。

④生产柔性。系统无须大的设备投资而能生产的产品的集合大小的测度。

以下举例说明工程机械总装线柔性装配系统：

大型机械的生产属于中小批量生产，而且产品种类相似，装配工艺基本相同，但是在实际生产中只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才能构成规模经济效益；反之，多品种、小批量生产，设备的专用性低，在装配形式相似的情况下，频繁的调整工夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。为了同时提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本，是终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，采用柔性设计来增加整装线对装配大型机械的适应性。

当一个工程机械装配订单下到工厂时，物料检验系统应该首先检查备料是否齐全，如果缺料，将会提醒工厂备件。如果订单紧急，也可以直接上装配生产线。本系统的柔性装配具有处理此类事件的能力。图7是整装线柔性设计的组装燃油箱工位示意图，在此工位中，完成吊装燃油箱、组装角罩、灯罩、加燃油等。由于不同的车型对螺栓、角罩、灯罩和燃油的量有不同的要求，在设计整装线的时候，需要在此工位进行检验，满足柔性制作的需要。对每个部件设置一个分拣结构，当进行一个生产节拍时，传感器检测到装配线，根据检测的结果通过分拣机构分拣出配件所需要的型号，然后机械臂或者装配自动化设备进行定位装配。

装配生产线上的时候，车间总控系统即根据产品型号生成每个工序所需的工件类型。在组装燃油箱工位上，如果原来标准配置中的灯罩缺货，系统可以自动分析出兼容配件，依靠工件上的RFID识别出工件的类型和指标，判断其是否兼容，由分拣机取出兼容工件装配。

以工程机械中的推土机为例，推土机整机主要零部件包括发动机、变速传动部分、工作部分装置、电气控制系统、行走系统、操作驾驶室等。变速传动部分装置又分为机械式传动和液压式传动，两种传动系统是由机械式变速箱或液力式变矩器、联轴器、中央传动部分、转向离合器、转向制动器、终传动系统和行走装置等组成,因此，推土机的装配过程比较复杂,整机装配包括机械部分、液压系统、电气系统等零件的组装。其中，涉及到零部件的清洗、散件的部装、大件的组装等众多装配过程。

即使不同机型推土机的装配过程大致相同，但是所需的零部件外形尺寸、重量却大不相同。因此，装配过程所需的工艺装备，工位器具、工具及作业时间的要求就相差很大。在相同的生产节拍下，如果不充分考虑各个工位的生产负荷，就有可能出现待工的现象，产生不必要的浪费。所以，要有机结合作业工序，合理分配生产负荷量，使每人承担的作业负荷与整个生产节拍相匹配。进行线体均衡能够合理分配各个操作者的作业时间，适度衡量整个线体的均衡程度；在确定工序瓶颈后，进行切实可行的改善活动，使其余生产线体的改善相结合。同时，线体均衡也与工艺改善密不可分。另外线体均衡能确保各工位在节拍时间内完成生产作业，减少积压和场地占用，进一步缩短产品周期，消除待工现象，稳定和提升产品质量，降低生产过程中无形的浪费。

本发明提供一种总装生产线，用于不同型号推土机的总装，如图1所示，根据整机产品和厂房的结构特点，装配工位2为23个，每个装配工位上设置有用于检测该装配工位的完成情况的信号检测装置，运输装置3为自动运载车，当信号检测装置检测到该装配工位上最后一道工序完成后，自动运载车3自动推进，推进时间同时受基于历史数据驱动的节拍均衡控制系统控制，长时间运行之后节拍控制由节拍均衡系统接管。在基于以机器人、自动运载车、传送带、桁车等为主体，分工位装配，整机在工艺节拍移动中完成装配。

该生产线的工装包括自动吊装机器人、自动清洗机、自动压装机、螺纹拧紧机、组装机器人、传送带、码装机器人和/或液压助力设备等。

第一工位上，通过自动清洗机清洗机架、各个轴承、一二三级轮、法兰盘、连接盘及下轴承，自动清洗机固定在吊装机器人上来回移动，整个清洗时间约20分钟，清洗完成之后通过自动吊装机器人吊装平衡梁，完成第一工位。

第六工位上，通过组装机器人通过更换不同的工作头实现快速搬运、定位组装轴承座、压一级轮、涂抹变速箱锥齿红丹粉。

第八工位上，首先待组装的配件先完成柔性选择，组装机器人根据工件定位传感器反馈的位置进行二三级轮定位组装，扭矩传感器安装在组装机器人上，将力矩反馈给服务器，以供服务器监控组装情况；然后吊装机器人根据系统设定的位置，组装外壳，通过组装机器人配合自动吊装机器人完成外壳的组装，如图4所示。

每个装配工位的长度优选为4m，装配工位相互之间的距离为2.5-3.5m，固定轨道长140-160m，固定轨道为24kg/m的轻型钢轨，轨距为1.0M。

该生产线具有以下特点：

促进劳动组合的调整，提高生产效率，降低生产成本。

可集中、合理的使用工装、专用工具、自动化设备、提高装配的效率和质量。

可合理的利用场地，增加了场地的利用率，同时将配件和夹具、工装的等进行分工位摆放，便于管理，适应了文明生产的要求。

大大降低了减轻了劳动强度，通过采用机器人和自动化的设备，适应了上批量、上效益的要求，同时降低了对生产者的技术要求，因此适于规模化装配生产。

该生产线的控制系统将整个生产设备链接到同一个控制网络中，各个子系统独立运行又互相链接，并通过其灵活性保证每道工序在执行时的精确性。通过对单台设备的数据采集和整合及对各子系统的跟踪，系统可以对生产过程的可靠性和设备控制两方面进行优化。

控制输送系统、专用设备、螺栓紧固装置和压接系统所需的I/O数据在整个装配线范围内进行可靠而快速的传输。自动化控制设备内部由一系列总线端子模块站与相关的数字量、模拟量和串行I/O端子模块连在一起。

各个装配工位均位于输送系统上，输送系统则将托盘(负责输送装配用的各个部件)送到各个装配线。托盘装有RFID(无线射频识别装置)脉冲转发器，用于跟踪整个流水线上每个部件的运输路线。通过该应答器可从SQL数据库中获取某个特定部件的所有相关信息，这样可以在托盘上读取任何必要的装配信息。脉冲转发器的阅读器直接与总线端子模块连接。因而，任何一个工位都能够获得与生产相关的信息，如某个待处理部件的设定值、ID和变量信息。当装配线上需要启用一个新的变量或一个新的规范时，不必更改每个工位的程序。在这种经常发生变化的生产现场线上，可升级性是一个重要的因素。

基于数据库的部件跟踪装配工作流程如下：在装配线的起始端将新的发动机放在托盘上，通过条形码和条形码扫描器检测到该发动机的序列号，该序列号存储在数据库中并与托盘上脉冲转发器的号码相关联。只要托盘到达一个新的装配工位，就读取脉冲转发器上的数据，此时需要提供所有必要的信息。出于安全考虑，操作人员的ID号与数据库里的识别号进行对照，经检查无误后才允许其操作。工作范围可能包括所有配件和装配工艺的号码。所有的结果数据报告给SQL服务器，以进行永久保存，同时检查它的完整性和有效性。只有当计划中的工作完成之后，系统才允许把部件运送到下一个工位。在某些工位，继续向托盘添加分部件；此时，需要再次用到条形码扫描技术。这些部件的序列号与发动机(主部件)的序列号和脉冲转发器的号码相关联。这样，即可协调所有的信息，跟踪每个分部件以及整条装配线的信息。

每个工位都有用户界面(HMI)辅助整个工艺流程，这些用户界面用于向用户提供每个工作步骤的操作说明，并确保按照正确的步骤装配每一个型号的发动机。用户界面还显示每道工序的处理结果和统计数字。当某一工位检测到某个管理员的ID号后，用户界面会给装配线提供一个监控界面，因而在必要时可使系统停止运行，或者将部件缺少的情况记录在数据库里，以便采取进一步措施。

服务器上的数据用于评估停工期(包括其原因和责任人的名字)和有关装配线上装配的每一个部件的统计数字和完整的装配报告，通过应用程序显示在相关的工位上。应用程序与数据库之间有通讯接口，允许获得授权的人员管理装配线的操作，执行以下任务：如将操作权分配给操作人员、确定轮班班次和轮班周期，并设定生产线的控制参数。

本发明的服务器包括管理处理中心、管理层、动态数据存储模块和人机接口；管理处理中心包括状态监测模块、决策模块、数据挖掘模块和联网模块，如图5所示。

系统管理处理中心是整个系统的核心部分，它是由状态监测模块、数据挖掘模块、决策分析模块、联网功能模块，预测模块构成；管理层包含了任务管理、维护资源管理及健康记录管理三大模块；动态数据处理模块主要负责存储机械产品柔性自动装配系统的组成架构、特征信息、故障机理、专家知识及各种诊断、预测和推理模型，并对规则和推断进行分析，以便于数据库知识的不断更新和完善；通讯接口通过综合管理平台实现用户间的协同工作。

数据采集是利用各种传感器釆集装配过程中的相关数据，包括工件信息、设备故障信息、质量信息、人员信息等。数据处理主要功能是完成采集的数据的融合、特征提取和数据传输。系统健康状况预测的主要依据是系统的运行记录、故障记录、停机记录、事故记录和状态监测记录信息。通过预测模型，它可以预测系统及其构成部件未来的健康状况。在发生严重的停机事件之前，它的预测功能可以确保有足够的时间来制定和执行维护计划。它为制定合理的系统维护策略和系统维护计划提供了基础。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种工程机械总装生产线在线感知与柔性装配系统，其特征在于，包括固定轨道，所述固定轨道包括多个装配工位，所述固定轨道上设置有运输装置；每个装配工位上设置有传感器、信息扫描终端、工位控制器和可更换的工装，所述传感器通过ZigBee通信与所述工位控制器连接，所述信息扫描终端通过RS485通信与所述工位控制器连接；同一车间内的所有工位控制器通过CAN总线与一个工业控制计算机连接；所有工业控制计算机通过以太网与服务器连接，其中：

各个待装配零部件的柔性装配方法包括：

所述服务器通过蚁群算法为各个待装配零部件的装配路径，为该零部件的各个装配工序分配合适的工装；

所述服务器根据所述装配路径，通过遗传算法为分配在同一个工装上的待装配零部件的装配顺序进行排序；

所述总装生产线用于不同型号推土机的总装，所述装配工位为23个，每个装配工位上设置有用于检测该装配工位的完成情况的信号检测装置，所述运输装置为自动运载车，当信号检测装置检测到该装配工位上最后一道工序完成后，所述自动运载车自动推进；

所述工装包括自动吊装机器人、自动清洗机、自动压装机、螺纹拧紧机、组装机器人、传送带、码装机器人和/或液压助力设备；

第一工位上，通过自动清洗机清洗机架、各个轴承、一二三级轮、法兰盘、连接盘及下轴承，清洗完成之后通过自动吊装机器人吊装平衡梁；

第六工位上，通过组装机器人通过更换不同的工作头实现搬运、定位组装轴承座、压一级轮、涂抹变速箱锥齿红丹粉；

第八工位上，组装机器人根据工件定位传感器反馈的位置进行二三级轮定位组装，扭矩传感器安装在组装机器人上，将力矩反馈给服务器，以供服务器监控组装情况；通过组装机器人配合自动吊装机器人完成外壳的组装。

2.根据权利要求1所述的工程机械总装生产线在线感知与柔性装配系统，其特征在于，所述传感器包括扭矩传感器、油压传感器、工件定位传感器、开关传感器、温度传感器、加速度传感器、电压传感器、霍尔传感器、称重传感器和/或粉尘传感器。

3.根据权利要求1所述的工程机械总装生产线在线感知与柔性装配系统，其特征在于，所述总装生产线上设置有质量检测和反馈控制装置，用于根据不同的产品和装配过程中出现的不同问题，分析挖掘历史数据，决策出不同的加工工序和加工工艺。

4.根据权利要求3所述的工程机械总装生产线在线感知与柔性装配系统，其特征在于，所述服务器进行线体均衡分析，确定装配工位数量和工序。

5.根据权利要求4所述的工程机械总装生产线在线感知与柔性装配系统，其特征在于，每个装配工位的长度为4m，装配工位相互之间的距离为2.5-3.5m，所述固定轨道长140-160m，所述固定轨道为24kg/m的轻型钢轨，轨距为1.0M。

6.根据权利要求1所述的工程机械总装生产线在线感知与柔性装配系统，其特征在于，所述信息扫描终端包括工人身份阅读器、RFID读卡器和/或条码扫描器。

7.根据权利要求1所述的工程机械总装生产线在线感知与柔性装配系统，其特征在于，所述服务器包括管理处理中心、管理层、动态数据存储模块和人机接口；所述管理处理中心包括状态监测模块、决策模块、数据挖掘模块和联网模块。

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