CN109636117A - 一种装配信息集成管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配信息集成管理系统，属于装配信息管理技术领域，包括：装配信息管理模块、装配知识管理模块、装配系统管理模块、装配信息采集管理模块及装配工艺流程管理模块；装配信息采集管理模块用于采集自动化装配设备的运行数据及待装配零件、人员的身份数据；装配系统管理模块用于对自动化装配设备和相应工装的数据进行记录；装配信息管理模块用于储存自动化装配设备的运行数据、待装配零件和人员的身份数据；装配知识管理模块内预存有自动化装配设备对待装配零件进行装配过程中的知识；所述装配工艺流程管理模块用于对待装配零件进行装配工艺的工艺规划和运行仿真；本发明能够解决待装配零件基于高效率约束目标下的装配需求。

Description

一种装配信息集成管理系统

技术领域

本发明属于装配信息管理技术领域，具体涉及一种装配信息集成管理系统。

背景技术

随着目前智能制造的快速发展，以信息技术为核心的全球化产业变革和科技革命正经历着新的跨越式发展。目前，德国的工业4.0，美国的工业互联网，中国制造2025、英国的工业2050战略以及日本的协同机器人等，都意味着制造业正经历着从数字化向信息化、再逐步向智能化发展的时代大趋势。智能制造的实质是传统制造技术与信息技术、自动化技术与人工智能技术相融合，逐步实现数据向知识转化的过程。

装配作为制造过程中的关键环节，产品质量的优劣很大程度上是由装配质量决定。相同的设计、相同的材料、相同的零部件加工质量，如果装配工艺不同，则会使装配后产品质量产生天壤之别。随着制造业的不断发展，多品种变批量的产品生产必将成为未来的生产需求，针对这样的产品生产模式，需要形成由若干个单元组成对某一类产品的智能装配生产线。

将制造技术从数字化提高到智能化，信息系统在其中有着至关重要的作用。制造信息贯穿了产品的全生命周期的人机物法环，是一个包含极大数据量、知识量等的信息包，是智能制造系统的大脑。美国国家标准技术院(NIST)提出了基于信息物理系统的智能制造系统分层构架中，通过采集、分析、交互存在于系统各个的数据信息，实现系统的监测、调整和控制。智能装配信息系统是智能装配系统相关的数据、信息、知识管理系统。然而目前国内外在自动化装配领域的信息化水平低，尚未有合适的系统能够实现操作人员信息管理、装配器械信息管理、产品的全生命周期信息管理、操作方法信息管理、装配环境信息管理，即尚未有成熟的针对装配的信息系统架构能够较好地表达装配过程所需的数据、信息、知识等数据源。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种装配信息集成管理系统，能够解决多品种变批量小型、微细结构及关键部件基于高精度、高效率、低成本等约束目标下的装配需求，且能够与企业PLM系统、ERP系统和MES系统的数据进行互联共享。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种装配信息集成管理系统，包括：装配信息管理模块、装配知识管理模块、装配系统管理模块、装配信息采集管理模块及装配工艺流程管理模块；

所述装配信息采集管理模块用于采集自动化装配设备的运行数据及具有身份标识的待装配零件、人员的身份数据，并发送给装配信息管理模块进行记录；所述运行数据由预设在自动化装配设备上的监测元件获得；

所述装配系统管理模块用于对自动化装配设备和不同零件的相应工装的数据进行记录，并发送给装配工艺流程管理模块；

所述装配信息管理模块用于储存接收到的自动化装配设备的运行数据、待装配零件和人员的身份数据，并将待装配零件的身份数据发送给装配工艺流程管理模块；

所述装配知识管理模块内预存有自动化装配设备对待装配零件进行装配过程中的相关领域知识，并将相关领域知识中待装配零件及相似零件已有的装配工艺案例发送给装配工艺流程管理模块；

所述装配工艺流程管理模块用于根据接收到的自动化装配设备和不同零件的相应工装的数据、待装配零件的身份数据及待装配零件及相似零件已有的装配工艺案例，对待装配零件进行装配工艺的工艺规划和运行仿真；且自动化装配设备的控制系统根据装配系统管理模块的工艺规划和运行仿真控制自动化装配设备对待装配零件进行装配。

进一步的，自动化装配设备对待装配零件进的装配作业启动后，装配工艺流程管理将装配过程进行过程记录，发送给装配信息管理模块进行记录。

进一步的，当自动化装配设备发生故障时，所述装配系统管理模块用于对自动化装配设备的故障记录和维修记录进行管理，并把故障记录和维修记录发送给装配信息管理模块进行储存，同时将故障原因和故障解决方法发送给装配知识管理模块进行记录。

进一步的，当待装配零件的种类发生改变时，所述装配工艺流程管理模块进行重构指导，并将重构指导发送给装配系统管理模块，使得装配系统管理模块能够进行系统重构设计。

进一步的，所述装配信息采集管理模块包括：身份识别采集模块、自动运行数据采集模块及人机协同采集模块；

所述身份识别采集模块用于采集自动化装配设备、待装配零件、操作人员、管理人员中具有身份标识的物体或人员，并将采集到的数据录入到身份管理模块及发送给企业已有的MES系统；

所述自动运行数据采集模块用于对自动化装配设备中的力传感器数据、温度传感器数据、相机监控画面、螺钉拧紧机构的扭矩力传输数据、工业机器人的位置数据及自动化装配设备各个运行轴的坐标数据进行采集，形成历时数据，并发送给装配信息管理模块及发送给企业已有的MES系统；

所述人机协同采集模块为通过操作人员对自动化装配设备的故障、故障原因、无法进行物理标识的微小待装配零件的身份数据进行手动记录及发送给企业已有的MES系统。

进一步的，所述装配信息管理模块包括：历时数据库、产品数据库、身份管理模块和交互接口；

所述历时数据库用于记录自动运行数据采集模块采集的历时数据，并对所述历时数据进行均值、方差、标准差的基础运算，根据均值、方差、标准差判断自动化装配设备是否处于一个稳定的状态；

所述产品数据用于记录待装配零件的工艺参数和批次管理数据，待装配零件的工艺参数和批次管理数据从企业已有的PLM系统提取；

所述身份管理模块用于对身份识别采集模块录入的身份数据进行管理，并从企业已有的ERP系统提取企业工作人员的身份数据和物资资源管理数据进行储存；其中，所述管理为：对自动化装配设备、待装配零件进行编号记录以进行身份识别；对操作人员和管理人员的管理包括用户名和密码，不同用户等级的用户看到的装配信息集成管理系统的系统界面有所不同，分为管理者权限、操作者权限和访问者权限，权限依次从高到低；

所述交互接口用于装配信息集成管理系统中各模块间不同格式数据的交互与传递。

进一步的，所述装配知识管理模块包括：人工知识系统、装配工艺案例模块、分析推理模块及人机协同工艺优化模块；

所述人工知识系统为通过对有经验的工程师以访谈形式进行经验知识的搜集和记录，然后对经验知识进行分解重组，再以本体的知识体现形式将经验知识生成领域本体；

所述装配工艺案例模块用于提供待装配零件及相似零件已有的装配工艺案例，并对当前的待装配零件的装配工艺进行储存；

所述分析推理模块在人工知识系统和装配工艺案例模块的知识记录完成后，通过规则类知识生成规则化语言和人工智能算法，对事实类知识进行相应的推理，推理后生成的新的知识可进入人机协同工艺优化模块；

所述人机协同工艺优化模块对分析推理模块生成的新的知识通过专业领域有经验的工作人员进行验证，形成优化后的装配知识。

进一步的，所述装配工艺流程管理模块包括：工艺规划模块、运行仿真模块和过程记录模块；

所述工艺规划模块用于对待装配零件的装配工艺进行规划设计，规划设计包括装配时间和装配路径；

所述运行仿真模块用于根据所述装配时间和装配路径对待装配零件的装配工艺进行虚拟运行仿真，以实现装配流程的调度管理；

所述过程记录模块用于对待装配零件的实际的装配工艺流程进行记录，并发送给装配信息管理模块进行储存。

有益效果：(1)本发明将企业的PLM(产品生命周期管理Product LifecycleManagement)、ERP(企业资源计划Enterprise Resource Planning)、MES(制造企业生产过程执行系统Manufacturing Execution System)系统进行集成管理、在提供数据和知识的基础上，结合小型、微细结构的自动化装配技术，形成一套完整的信息存储、记录和指导方法，为企业提供大量的数据和信息，对装配过程的人机物法环进行高效有序的管理，提高了装配质量和装配效率，节约了装配成本，帮助企业将低层次数据转换成有用的高层次信息来提供智能服务、智能决策，从而提高其信息化水平，实现了从数字化装配过渡到以信息技术为核心的智能化装配转型。

(2)本发明对装配过程进行信息记录和智能指导，提高了产品(产品即为待装配零件装配完成后组成的成品)精度、产品一致性及产品合格率，将产品信息进行有效的管理解决了目前产品装配过程信息不对称,造成产品生产效率不高、重复作业频繁等问题。

(3)本发明通过将产品装配过程进行记录，可实现后期的追溯查询，同时将工人经验以知识库的形式记录下来，可提供给其他工人师傅进行学习参考，从而达到产品质量长期稳定的目的，解决了因工作人员变动使得经验无法传承，使得产品装配质量具有较大局限性的问题。

(4)本发明以精密小型、微细结构装配为设计对象，但总体框架结构同样适用于其他结构智能装配，当产品对象发生变化时，只需要将其中的相关知识等信息进行更新替换，既可以生成面向其他领域装配的智能装配信息集成系统，使得企业可以根据本发明的框架搭建相应的信息集成系统，快速构建相应的软件系统，因此该发明框架具有一定的普适性、推广性和应用性。

附图说明

图1为本发明的组成图；

图2为本发明的流程图；

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种装配信息集成管理系统，参见附图1，包括：装配信息管理模块、装配知识管理模块、装配系统管理模块、装配信息采集管理模块及装配工艺流程管理模块；

所述装配信息采集管理模块包括：身份识别采集模块、自动运行数据采集模块及人机协同采集模块；

所述身份识别采集模块用于采集自动化装配设备、待装配零件、操作人员、管理人员中具有身份标识的物体或人员，并将采集到的数据录入到身份管理模块及发送给企业已有的MES系统；身份识别采集模块的身份识别方法有RFID射频识别法、激光二维码扫描法及条形码；

所述自动运行数据采集模块用于对自动化装配设备中的力传感器数据、温度传感器数据、相机监控画面、螺钉拧紧机构的扭矩力传输数据、工业机器人的位置数据及自动化装配设备各个运行轴的坐标数据进行采集，形成历时数据，并发送给装配信息管理模块及发送给企业已有的MES系统；

所述人机协同采集模块为通过操作人员对自动化装配设备的故障、故障原因、无法进行物理标识的微小待装配零件的身份数据进行手动记录及发送给企业已有的MES系统，来提高装配信息的可靠性和完整性；

其中，所述MES系统根据接收到的装配信息采集管理模块的数据进行产品生产计划和资源调度后，生成生产计划指令和资源调度指令，并将两个指令发送给外部的自动化装配设备的控制系统，进而控制系统控制自动化装配设备对待装配零件进行自动装配；

所述装配信息管理模块包括：历时数据库、产品数据库、身份管理模块和交互接口；

所述历时数据库用于记录所述自动运行数据采集模块采集的历时数据，并对所述历时数据进行均值、方差、标准差的基础运算，根据均值、方差、标准差判断自动化装配设备是否处于一个稳定的状态(若均值、方差、标准差没有异常数据，则稳定，若均值、方差、标准差有异常数据，则不稳定)；历时数据库内的历时数据有利于数据和信息的追溯，对后续的装配动作提供参考；如：当待装配零件出现质量不合格或者自动化装配设备出现故障时，根据历时数据库内的历时数据可以查找和追溯故障发生原因；同时历时数据库模块记录待装配零件的实际的装配工艺流程；

所述产品数据库用于记录待装配零件的工艺参数和批次管理数据，待装配零件的工艺参数和批次管理数据可以从企业已有的PLM系统提取；

所述身份管理模块用于对身份识别采集模块录入的身份数据进行管理，并从企业已有的ERP系统提取企业工作人员的身份数据和物资资源管理数据进行储存；其中，所述管理为：对自动化装配设备、待装配零件进行编号记录以进行身份识别；对操作人员和管理人员的管理包括用户名和密码，不同用户等级的用户看到的装配信息集成管理系统的系统界面有所不同，分为管理者权限、操作者权限和访问者权限，权限依次从高到低，同时用户在对装配信息集成管理系统进行操作后留下电子签名，方便之后的信息追溯；

所述交互接口用于装配信息集成管理系统中各模块间不同格式数据的交互与传递；

所述装配知识管理模块用于提供装配过程的相关领域知识，包括：人工知识系统、装配工艺案例模块、分析推理模块及人机协同工艺优化模块；

所述人工知识系统为通过对有经验的工程师以访谈形式进行经验知识的搜集和记录，然后对经验知识进行分解重组，再以本体的知识体现形式将经验知识生成领域本体；是后续知识推理、工艺优化的基础；

所述装配工艺案例模块用于提供待装配零件及相似零件已有的装配工艺案例，并对当前的待装配零件的装配工艺进行储存；

所述分析推理模块在人工知识系统和装配工艺案例模块的知识记录完成后，通过规则类知识生成规则化语言和人工智能算法，对事实类知识进行相应的推理，推理后生成的新的知识可进入人机协同工艺优化模块；

所述人机协同工艺优化模块对分析推理模块生成的新的知识通过专业领域有经验的工作人员进行验证(所述验证指的是筛选掉与实际情况不符的知识)，形成优化后的装配知识；该优化后的装配知识指导相应的装配领域人员更优地完成装配动作，并能有效提高产品一致性和可靠性；

所述装配系统管理模块用于对自动化装配设备的数据、不同零件的相应工装的数据、自动化装配设备对不同零件装配的系统重构、自动化装配设备的故障记录和维修记录进行记录，并把自动化装配设备和不同零件的相应工装的数据发送给装配工艺流程管理模块，把故障记录和维修记录发送给历时数据库进行储存；其中，自动化装配设备的故障记录和维修记录可从人工知识系统和装配工艺案例管理中查阅；

所述装配工艺流程管理模块包括：工艺规划模块、运行仿真模块和过程记录模块；

所述工艺规划模块用于对待装配零件的装配工艺进行规划设计，规划设计包括装配时间和装配路径；

所述运行仿真模块用于根据所述装配时间和装配路径对待装配零件的装配工艺进行虚拟运行仿真，从而实现装配流程的调度管理，通过运行仿真检验装配工艺的可操作性和可实施性，以避免一些碰撞和干涉的发生，节约成本；

所述过程记录模块用于对待装配零件的实际的装配工艺流程进行记录，并发送给历时数据库进行储存。

以一种微小型引信零件(引信零件由不同的微小型部件装配而成)的装配过程为例，搭建了针对微小型引信零件小批零变品种的装配信息集成管理系统，该装配信息集成管理系统具有远程查看和控制功能，以WEB浏览器的形式呈现给用户，使得该系统较为友好，操作容易上手；

微小型引信零件的装配信息管理模块的历时数据库的数据记录包括对自动化装配设备中的装配力传感器的数据和螺钉拧紧机构的数据进行记录；所述自动运行数据采集模块采集每一次微小型部件装配时的装配力传感器的装配力数据，再将装配力数据以表格形式打包发给历时数据库，历时数据库对装配力数据进行处理，将装配不同引信零件的相同微小型部件时，进行装配力大小的分析，同时进行均值方差等计算，从而评价自动装配一致性；自动化装配设备中的自动螺钉拧紧机构可实现引信零件的螺钉自动装配，同时反馈扭矩值，装配同一个引信零件时，需要拧多种不同螺钉，此时历时数据库将对不同引信零件的相同位置的螺钉进行扭矩值比较分析，从而提高螺钉装配一致性；螺钉装配一致性好可以大大降低零件次品率，同时减少同样的产品同样的装配工艺却出现不同产品功能的问题出现；

微小型引信零件装配信息管理模块的身份管理模块对待装配引信零件的管理方法为：通过对待装配引信零件进行编号记录以进行身份识别，由于所述微小型引信零件具有体积小、结构复杂等特点，不适合使用激光打码、RFID的方法进行身份标识，因此使用简单的数字编码方法进行编号；

微小型引信零件装配信息管理模块的身份管理模块对用户的管理包括用户名和密码，不同用户等级的用户看到的装配信息集成管理系统的系统界面有所不同，分为管理者权限、操作者权限和访问者权限，权限依次从高到低，同时用户在对装配信息集成管理系统进行操作后留下电子签名，方便之后的信息追溯；

微小型引信零件装配工艺流程管理模块的运行仿真模块通过仿真软件对引信零件的自动装配过程进行仿真，仿真过程中进行干涉检验，对干涉部分进行工艺优化，同时，在基于时间最短的装配流程指导下，对装配时间进行优化，由此可实现装配时间最短-装配路径最优双目标下的工艺优化；通过仿真软件实现该功能可减少在设备上进行实物调整带来的材料损耗、设备返工等成本增加问题。

装配信息集成管理系统各模块之间的关系为：参见附图2，装配信息集成管理系统以人机界面的方式来呈现及操作；操作人员通过人机界面将知识及其他无法通过机器直接获得的数据，例如自动装配设备零部件型号、无法进行身份标识的微小待装配零件的身份数据输入给装配信息管理模块；

装配信息采集管理模块将从自动化装配设备的传感器、相机、螺钉拧紧机构、工业机器人中采集到的数据发送给装配信息管理模块；

自动化装配设备的控制系统控制自动化装配设备对待装配零件进行自动装配，同时，控制系统将生成的控制日志发送给装配信息采集模块；当自动化装配设备发生故障时，装配系统管理模块将故障发生位置(及即故障记录)发送给装配信息管理模块进行记录，并将提取出的故障原因和故障解决方法发送给装配知识管理模块进行记录；

装配信息管理模块将待装配零件信息、装配知识管理模块将装配工艺信息(即待装配零件及相似零件已有的装配工艺案例)及装配系统管理模块将装配平台(所述装配平台包括自动化装配设备和不同零件的相应工装)信息发送给装配工艺流程管理模块，装配工艺流程管理模块对待装配零件进行装配工艺的工艺规划和运行仿真；

自动化装配设备对待装配零件的装配作业启动后，装配工艺流程管理将装配过程进行过程记录，发送给装配信息管理模块进行记录；此外，当待装配零件的种类发生改变时，装配工艺流程管理模块进行重构指导，并将重构指导发送给装配系统管理模块，使得装配系统管理模块能够进行系统重构设计。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种装配信息集成管理系统，其特征在于，包括：装配信息管理模块、装配知识管理模块、装配系统管理模块、装配信息采集管理模块及装配工艺流程管理模块；

所述装配信息采集管理模块用于采集自动化装配设备的运行数据及具有身份标识的待装配零件、人员的身份数据，并发送给装配信息管理模块进行记录；所述运行数据由预设在自动化装配设备上的监测元件获得；

所述装配系统管理模块用于对自动化装配设备和不同零件的相应工装的数据进行记录，并发送给装配工艺流程管理模块；

所述装配信息管理模块用于储存接收到的自动化装配设备的运行数据、待装配零件和人员的身份数据，并将待装配零件的身份数据发送给装配工艺流程管理模块；

所述装配知识管理模块内预存有自动化装配设备对待装配零件进行装配过程中的相关领域知识，并将相关领域知识中待装配零件及相似零件已有的装配工艺案例发送给装配工艺流程管理模块；

所述装配工艺流程管理模块用于根据接收到的自动化装配设备和不同零件的相应工装的数据、待装配零件的身份数据及待装配零件及相似零件已有的装配工艺案例，对待装配零件进行装配工艺的工艺规划和运行仿真；且自动化装配设备的控制系统根据装配系统管理模块的工艺规划和运行仿真控制自动化装配设备对待装配零件进行装配。

2.如权利要求1所述的一种装配信息集成管理系统，其特征在于，自动化装配设备对待装配零件进的装配作业启动后，装配工艺流程管理将装配过程进行过程记录，发送给装配信息管理模块进行记录。

3.如权利要求1所述的一种装配信息集成管理系统，其特征在于，当自动化装配设备发生故障时，所述装配系统管理模块用于对自动化装配设备的故障记录和维修记录进行管理，并把故障记录和维修记录发送给装配信息管理模块进行储存，同时将故障原因和故障解决方法发送给装配知识管理模块进行记录。

4.如权利要求1所述的一种装配信息集成管理系统，其特征在于，当待装配零件的种类发生改变时，所述装配工艺流程管理模块进行重构指导，并将重构指导发送给装配系统管理模块，使得装配系统管理模块能够进行系统重构设计。

5.如权利要求1所述的一种装配信息集成管理系统，其特征在于，所述装配信息采集管理模块包括：身份识别采集模块、自动运行数据采集模块及人机协同采集模块；

所述身份识别采集模块用于采集自动化装配设备、待装配零件、操作人员、管理人员中具有身份标识的物体或人员，并将采集到的数据录入到身份管理模块及发送给企业已有的MES系统；

所述自动运行数据采集模块用于对自动化装配设备中的力传感器数据、温度传感器数据、相机监控画面、螺钉拧紧机构的扭矩力传输数据、工业机器人的位置数据及自动化装配设备各个运行轴的坐标数据进行采集，形成历时数据，并发送给装配信息管理模块及发送给企业已有的MES系统；

所述人机协同采集模块为通过操作人员对自动化装配设备的故障、故障原因、无法进行物理标识的微小待装配零件的身份数据进行手动记录及发送给企业已有的MES系统。

6.如权利要求5所述的一种装配信息集成管理系统，其特征在于，所述装配信息管理模块包括：历时数据库、产品数据库、身份管理模块和交互接口；

所述历时数据库用于记录自动运行数据采集模块采集的历时数据，并对所述历时数据进行均值、方差、标准差的基础运算，根据均值、方差、标准差判断自动化装配设备是否处于一个稳定的状态；

所述产品数据用于记录待装配零件的工艺参数和批次管理数据，待装配零件的工艺参数和批次管理数据从企业已有的PLM系统提取；

所述身份管理模块用于对身份识别采集模块录入的身份数据进行管理，并从企业已有的ERP系统提取企业工作人员的身份数据和物资资源管理数据进行储存；其中，所述管理为：对自动化装配设备、待装配零件进行编号记录以进行身份识别；对操作人员和管理人员的管理包括用户名和密码，不同用户等级的用户看到的装配信息集成管理系统的系统界面有所不同，分为管理者权限、操作者权限和访问者权限，权限依次从高到低；

所述交互接口用于装配信息集成管理系统中各模块间不同格式数据的交互与传递。

7.如权利要求1所述的一种装配信息集成管理系统，其特征在于，所述装配知识管理模块包括：人工知识系统、装配工艺案例模块、分析推理模块及人机协同工艺优化模块；

所述人工知识系统为通过对有经验的工程师以访谈形式进行经验知识的搜集和记录，然后对经验知识进行分解重组，再以本体的知识体现形式将经验知识生成领域本体；

所述装配工艺案例模块用于提供待装配零件及相似零件已有的装配工艺案例，并对当前的待装配零件的装配工艺进行储存；

所述分析推理模块在人工知识系统和装配工艺案例模块的知识记录完成后，通过规则类知识生成规则化语言和人工智能算法，对事实类知识进行相应的推理，推理后生成的新的知识可进入人机协同工艺优化模块；

所述人机协同工艺优化模块对分析推理模块生成的新的知识通过专业领域有经验的工作人员进行验证，形成优化后的装配知识。

8.如权利要求1所述的一种装配信息集成管理系统，其特征在于，所述装配工艺流程管理模块包括：工艺规划模块、运行仿真模块和过程记录模块；

所述工艺规划模块用于对待装配零件的装配工艺进行规划设计，规划设计包括装配时间和装配路径；

所述运行仿真模块用于根据所述装配时间和装配路径对待装配零件的装配工艺进行虚拟运行仿真，以实现装配流程的调度管理；

所述过程记录模块用于对待装配零件的实际的装配工艺流程进行记录，并发送给装配信息管理模块进行储存。