CN109164777B - 自动换产的柔性制造系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动换产的柔性制造系统及方法，包括信息数据模块、制造模块、仓储模块、工装搬运传输模块、工件搬运传输模块以及制造过程管理模块，适用于机械加工制造；其中，工装和工件上均设置有标识部分；所述标识部分包括RFID数据芯片和/或类别信息二维码；所述信息数据模块包括工件类别信息库、工装类别信息库以及信息数据读取装置；制造过程管理模块能够通过信息数据模块识别的类别信息判断换产步骤，并全自动化完成换产。相较于传统的生产模式，本发明具有生产效率高、适应性强、换产周期短、消耗人力资源少等优点，为提高机械加工生产线的生产效率、降低生产成本，提供了有效的解决方法。

Description

自动换产的柔性制造系统及方法

技术领域

本发明涉及机械加工制造领域，具体地，涉及一种自动换产的柔性制造系统及方法，尤其是一种实现快速换产的全自动柔性制造模式的技术方案。

背景技术

机械加工是生产制造环节中的重要一环，现有的机械加工制造生产线，基本上采用针对性强的单一部件生产线。其更改产线的难度大、消耗的时间长、消耗的人力资源大，不具备快速换产的能力，为了满足机械加工的生产需要，发明一种实现快速换产的全自动化柔性制造模式尤为重要。

相关研发人员也对此进行了一些探究，如专利文献CN107272627A公开的一种智能化柔性生产线，包括：系统数据库,将生产物料的标识代码与在相应工站对物料实施的装配工序对应起来保存；托板,放置所述物料并在流水线上流动到各个工站,托板上粘贴物料的标识代码；多个工站,对到达各工站的托板上的物料进行相应的装配工序；读取设备,设在各个工站,读取物料的标识代码；工站控制系统,根据读取设备读取的物料的标识代码与当前工站的工站号,从系统数据库获取该对到达当前工站的托板上的物料实施的装配工序,并使当前工站对到达当前工站的托板上的物料实施相应的装配工序。能够在同一条生产线上同时混合生产多种规格的产品。

又如专利文献CN106141691A公开的一种发动机缸盖柔性自动化生产线系统，包括：粗车外圆模块、镗削内孔模块、修正车削模块、精镗内孔模块、半精加工模块、粗珩磨削模块、精车水道模块和螺伞珩磨模块,其中粗车外圆模块、修正车削模块、半精加工模块和精车水道模块位于同一列,镗削内孔模块、精镗内孔模块、粗珩磨削模块和螺伞珩磨模块位于同一列,两列设备之间设置有中转区,每个加工模块旁边设置有一个关节行走机器人,中转区内设置有若干个部件暂存区,部件暂存区之间设置有传送装置。

以上两种现有技术均存在着一定的不足：前者是一种装配生产线，不具备生产加工能力，局限性较强，无法广泛应用；后者只针对发动机缸盖，且换产过程自动化程度较低，无法在同一生产线上同时混合生产多种产品，具有明显的缺陷。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种自动换产的柔性制造系统及方法。

根据本发明提供的一种自动换产的柔性制造系统，包括信息数据模块、制造模块、仓储模块、工装搬运传输模块、工件搬运传输模块以及制造过程管理模块，其中：

信息数据模块：识别待生产工件的类别信息，并将待生产工件的类别信息作为第一信号发送给制造过程管理模块；识别当前工装的类别信息，并将当前工装的类别信息作为第二信号发送给制造过程管理模块；

制造过程管理模块：接收第一信号、第二信号以及第五信号；

-接收到第一信号和第二信号时，通过第一信号和第二信号判断待生产工件和当前工装是否匹配，如果工件和工装匹配，则向制造模块和工件搬运传输模块发送第三信号；如果待生产工件和当前工装不匹配，则根据第一信号匹配得到适合工装的类别信息，并将适合工装的类别信息作为第四信号发送给工装搬运传输模块；

-接收到第五信号时，向制造模块和工件搬运传输模块发送第六信号；

工装搬运传输模块：接收第四信号并根据第四信号从仓储模块中取出适合工装，随后将适合工装运送至制造模块，将制造模块中安装的当前工装更换为适合工装，并将当前工装运送至仓储模块，向制造过程管理模块发送第五信号；

工件搬运传输模块：

-接收到第三信号时，配合制造模块开始生产过程；

-接收到第六信号时，配合制造模块开始生产过程；

制造模块：

-接收到第三信号时，配合工件搬运传输模块开始生产过程；

-接收到第六信号时，通过第六信号得到适合工装的类别信息，切换匹配的制造模式，随后配合工件搬运传输模块开始生产过程。

优选地，所述工件搬运传输模块包括桁架轨道、地面轨道、桁架机器人、滑行关节机器人以及物料传输辊道中的任一种或任多中组合。

优选地，所述桁架机器人和滑行关节机器人包括抓手库，所述抓手库能够根据待生产工件的类别信息更换匹配的抓手。

优选地，所述工装和工件上均设置有标识部分；所述标识部分包括RFID数据芯片和/或类别信息二维码；所述信息数据模块包括工件类别信息库、工装类别信息库以及信息数据读取装置。

优选地，所述制造模块包括CNC数控机床、辅助装备以及抽检装备；所述制造模式包括CNC数控机床的数控代码；所述辅助装备包括上料装备、下料装备、识别装备、分拣装备、搬运装备、清洗装备、测量装备、装配装备、打码装备中的任一种或任多种组合；所述抽检装备包括抽检通道和检测设备，所述检测设备包括三坐标测量仪、通止规、气动检具、粗糙度仪以及刀检仪中的任一种或任多种组合。

优选地，所述工装搬运传输模块包括自动引导运输车和多轴机器人；所述自动引导运输车包括自动引导小车AGV和/或定向引导小车AGC，能够运送工装和/或工件；

所述多轴机器人设置在制造模块中，能够

-安装或拆卸工装；或者

-搬运工件。

根据本发明提供的一种自动换产的柔性制造方法，包括信息数据采集步骤、匹配判断步骤、工装更换步骤以及制造步骤，其中：

信息数据采集步骤：识别待生产工件的类别信息，并将待生产工件的类别信息作为第一信号；识别当前工装的类别信息，并将当前工装的类别信息作为第二信号；

匹配判断步骤：通过第一信号和第二信号判断待生产工件和当前工装是否匹配，如果待生产工件和当前工装匹配，则进入制造步骤；如果待生产工件和当前工装不匹配，则进入工装更换步骤；

工装更换步骤：控制搬运传输模块更换匹配的适合工装，并切换匹配的制造模式，然后进入制造步骤；

制造步骤：控制搬运传输模块和制造模块开始生产过程。

优选地，所述工装更换步骤包括如下子步骤：

适合工装匹配子步骤：根据第一信号匹配得到适合工装的类别信息，并将适合工装的类别信息作为第四信号；

适合工装更换子步骤：根据第四信号控制搬运传输模块从仓储模块中取出适合工装，随后将适合工装运送至制造模块，将制造模块中安装的当前工装更换为适合工装，并将当前工装运送至仓储模块，生成第五信号；

制造模式切换子步骤：根据第五信号生成第六信号；通过第六信号得到适合工装的类别信息，切换匹配的制造模式，然后进入制造步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明实现了一种能够在同一生产线上根据工件类型自动快速换产的柔性制造系统，产线更换周期可控制在几小时内；

2、本发明为规模化制造创造了条件，对产能和加工节拍的控制能力强；

3、本法民全程使用多轴机器人及自动引导运输车，在制造过程管理系统的协助下，能够实现全自动化的无人工厂；

4、本发明能够缩短生产周期，节约加工和人力资源成本，提高了生产效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的自动换产的柔性制造系统的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种自动换产的柔性制造系统，包括信息数据模块、制造模块、仓储模块、工装搬运传输模块、工件搬运传输模块以及制造过程管理模块，其中：

信息数据模块：识别待生产工件的类别信息，并将待生产工件的类别信息作为第一信号发送给制造过程管理模块；识别当前工装的类别信息，并将当前工装的类别信息作为第二信号发送给制造过程管理模块；

制造过程管理模块：接收第一信号、第二信号以及第五信号；

-接收到第一信号和第二信号时，通过第一信号和第二信号判断待生产工件和当前工装是否匹配，如果工件和工装匹配，则向制造模块和工件搬运传输模块发送第三信号；如果待生产工件和当前工装不匹配，则根据第一信号匹配得到适合工装的类别信息，并将适合工装的类别信息作为第四信号发送给工装搬运传输模块；

-接收到第五信号时，向制造模块和工件搬运传输模块发送第六信号；

工装搬运传输模块：接收第四信号并根据第四信号从仓储模块中取出适合工装，随后将适合工装运送至制造模块，将制造模块中安装的当前工装更换为适合工装，并将当前工装运送至仓储模块，向制造过程管理模块发送第五信号；

工件搬运传输模块：

-接收到第三信号时，配合制造模块开始生产过程；

-接收到第六信号时，配合制造模块开始生产过程；

制造模块：

-接收到第三信号时，配合工件搬运传输模块开始生产过程；

-接收到第六信号时，通过第六信号得到适合工装的类别信息，切换匹配的制造模式，随后配合工件搬运传输模块开始生产过程。

优选地，所述工件搬运传输模块包括桁架轨道、地面轨道、桁架机器人、滑行关节机器人以及物料传输辊道中的任一种或任多中组合。所述桁架机器人和滑行关节机器人包括抓手库，所述抓手库能够根据待生产工件的类别信息更换匹配的抓手。所述工装和工件上均设置有标识部分；所述标识部分包括RFID数据芯片和/或类别信息二维码，其中RFID数据芯片为无线射频识别数据芯片；所述信息数据模块包括工件类别信息库、工装类别信息库以及信息数据读取装置。所述制造模块包括CNC数控机床、辅助装备以及抽检装备，其中CNC数控机床为计算机数字化控制机床；所述制造模式包括CNC数控机床的数控代码；所述辅助装备包括上料装备、下料装备、识别装备、分拣装备、搬运装备、清洗装备、测量装备、装配装备、打码装备中的任一种或任多种组合；所述抽检装备包括抽检通道和检测设备，所述检测设备包括三坐标测量仪、通止规、气动检具、粗糙度仪以及刀检仪中的任一种或任多种组合。所述工装搬运传输模块包括自动引导运输车和多轴机器人；所述自动引导运输车包括自动引导小车AGV和/或定向引导小车AGC，能够运送工装和/或工件；

所述多轴机器人设置在制造模块中，能够

-安装或拆卸工装；或者

-搬运工件。

根据本发明提供的一种自动换产的柔性制造方法，包括信息数据采集步骤、匹配判断步骤、工装更换步骤以及制造步骤，其中：

信息数据采集步骤：识别待生产工件的类别信息，并将待生产工件的类别信息作为第一信号；识别当前工装的类别信息，并将当前工装的类别信息作为第二信号；

匹配判断步骤：通过第一信号和第二信号判断待生产工件和当前工装是否匹配，如果待生产工件和当前工装匹配，则进入制造步骤；如果待生产工件和当前工装不匹配，则进入工装更换步骤；

工装更换步骤：控制搬运传输模块更换匹配的适合工装，并切换匹配的制造模式，然后进入制造步骤；

制造步骤：控制搬运传输模块和制造模块开始生产过程。

具体地，所述工装更换步骤包括如下子步骤：

适合工装匹配子步骤：根据第一信号匹配得到适合工装的类别信息，并将适合工装的类别信息作为第四信号；

适合工装更换子步骤：根据第四信号控制搬运传输模块从仓储模块中取出适合工装，随后将适合工装运送至制造模块，将制造模块中安装的当前工装更换为适合工装，并将当前工装运送至仓储模块，生成第五信号；

制造模式切换子步骤：根据第五信号生成第六信号；通过第六信号得到适合工装的类别信息，切换匹配的制造模式，然后进入制造步骤。

具体地，本发明提供的自动换产的柔性制造方法能够利用本发明提供的自动换产的柔性制造系统进行生产，此时搬运传输模块包括工装搬运传输模块和工件搬运传输模块。

进一步地，所述类别信息二维码安装或雕刻在工件上，RFID数据芯片和类别信息二维码记录了工件或工装的信息。所述CNC数控机床，具有快速更换工装的结构设计，并且能根据制造过程管理系统的指令自动更换数控代码。所述的辅助装备包括了CNC数控机床之外的实现上下料、识别、分拣、搬运、清洗、测量、装配、打码等功能的制造装备。所述的仓储模块用于存放工件及生产线中使用的各类工艺装备。所述的自动引导运输车包括了自动引导小车AGV和定向引导小车AGC等。自动引导运输车往返于CNC数控机床、辅助装备、抽检装备及仓储系统之间，用于运输各类需要更换的工艺装备以及工件。所述的多轴机器人位于各工位中，用于工艺装备的安装与拆卸以及工件的搬运。所述的制造过程管理系统可以根据信息数据模块的信息，自动向生产线发送快速换产指令。

更进一步地，基于本发明的生产线生产过程可以由下述步骤实现：

第一步：将待生产工件运送至上料装备，通过读取信息数据模块的信息，识别并判断工件类别信息；

第二步：根据第一步中读取的工件类别信息，确定制造过程管理模块是否发送换产指令，所述换产指令即为一种第四信号；

第三步：桁架机器人更换相应抓手；

第四步：自动引导运输车从立体仓库中取出相应工装，所述立体仓库即为仓储模块的一部分；

第五步：多轴机器人快速将各个工位中的工装与自动引导运输车上的工装进行对换；

第六步：CNC数控装备根据工件的类型，自动更换为相应的数控代码；

第七步：桁架机器人按工艺流程将工件放入CNC数控装备，开始加工工件；

第八步：辅助工位对工件进行清洗、测漏等处理；

第九步：检查工件是否合格，并输出工件成品。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种自动换产的柔性制造系统，其特征在于，包括信息数据模块、制造模块、仓储模块、工装搬运传输模块、工件搬运传输模块以及制造过程管理模块，其中：

信息数据模块：识别待生产工件的类别信息，并将待生产工件的类别信息作为第一信号发送给制造过程管理模块；识别当前工装的类别信息，并将当前工装的类别信息作为第二信号发送给制造过程管理模块；

制造过程管理模块：接收第一信号、第二信号以及第五信号；

-接收到第一信号和第二信号时，通过第一信号和第二信号判断待生产工件和当前工装是否匹配，如果待生产工件和当前工装匹配，则向制造模块和工件搬运传输模块发送第三信号；如果待生产工件和当前工装不匹配，则根据第一信号匹配得到适合工装的类别信息，并将适合工装的类别信息作为第四信号发送给工装搬运传输模块；

-接收到第五信号时，向制造模块和工件搬运传输模块发送第六信号；

工装搬运传输模块：接收第四信号并根据第四信号从仓储模块中取出适合工装，随后将适合工装运送至制造模块，将制造模块中安装的当前工装更换为适合工装，并将当前工装运送至仓储模块，向制造过程管理模块发送第五信号；

工件搬运传输模块：

-接收到第三信号时，配合制造模块开始生产过程；

-接收到第六信号时，配合制造模块开始生产过程；

制造模块：

-接收到第三信号时，配合工件搬运传输模块开始生产过程；

-接收到第六信号时，通过第六信号得到适合工装的类别信息，切换匹配的制造模式，随后配合工件搬运传输模块开始生产过程。

2.根据权利要求1所述的自动换产的柔性制造系统，其特征在于，所述工件搬运传输模块包括桁架轨道、地面轨道、桁架机器人、滑行关节机器人以及物料传输辊道中的任一种或任多种 组合。

3.根据权利要求2所述的自动换产的柔性制造系统，其特征在于，所述桁架机器人和滑行关节机器人包括抓手库，所述抓手库能够根据待生产工件的类别信息更换匹配的抓手。

4.根据权利要求1所述的自动换产的柔性制造系统，其特征在于，所述工装和工件上均设置有标识部分；所述标识部分包括RFID数据芯片和/或类别信息二维码；所述信息数据模块包括工件类别信息库、工装类别信息库以及信息数据读取装置。

5.根据权利要求1所述的自动换产的柔性制造系统，其特征在于，所述制造模块包括CNC数控机床、辅助装备以及抽检装备；所述制造模式包括CNC数控机床的数控代码；所述辅助装备包括上料装备、下料装备、识别装备、分拣装备、搬运装备、清洗装备、测量装备、装配装备、打码装备中的任一种或任多种组合；所述抽检装备包括抽检通道和检测设备，所述检测设备包括三坐标测量仪、通止规、气动检具、粗糙度仪以及刀检仪中的任一种或任多种组合。

6.根据权利要求1所述的自动换产的柔性制造系统，其特征在于，所述工装搬运传输模块包括自动引导运输车和多轴机器人；所述自动引导运输车包括自动引导小车AGV和/或定向引导小车AGC，能够运送工装和/或工件；

所述多轴机器人设置在制造模块中，能够

-安装或拆卸工装；或者

-搬运工件。

7.一种自动换产的柔性制造方法，其特征在于，包括信息数据采集步骤、匹配判断步骤、工装更换步骤以及制造步骤，其中：

信息数据采集步骤：识别待生产工件的类别信息，并将待生产工件的类别信息作为第一信号；识别当前工装的类别信息，并将当前工装的类别信息作为第二信号；

匹配判断步骤：通过第一信号和第二信号判断待生产工件和当前工装是否匹配，如果待生产工件和当前工装匹配，则进入制造步骤；如果待生产工件和当前工装不匹配，则进入工装更换步骤；

工装更换步骤：控制搬运传输模块更换匹配的适合工装，并切换匹配的制造模式，然后进入制造步骤；

制造步骤：控制搬运传输模块和制造模块开始生产过程；所述工装更换步骤包括如下子步骤：

适合工装匹配子步骤：根据第一信号匹配得到适合工装的类别信息，并将适合工装的类别信息作为第四信号；

适合工装更换子步骤：根据第四信号控制搬运传输模块从仓储模块中取出适合工装，随后将适合工装运送至制造模块，将制造模块中安装的当前工装更换为适合工装，并将当前工装运送至仓储模块，生成第五信号；

制造模式切换子步骤：根据第五信号生成第六信号；通过第六信号得到适合工装的类别信息，切换匹配的制造模式，然后进入制造步骤。

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