CN109917770A - 一种大型结构件自动化生产线智能管控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型结构件自动化生产线智能管控系统，其特征在于：包括智能加工生产线、生产过程智能管控中心、物流管控模块、换刀系统控制模块、中央刀库管控模块、装卸区管控模块、物料缓存库管控模块、工装管理系统、物料管理系统、工艺管理系统、生产计划系统和刀具管理系统。通过对整体架构设计合理，从制造现场状态数据获取、过程智能决策、整体运行状态分析三个层面，对于车间自动化生产线制造现场整体智能管控模式进行了架构,使其解决大型结构件自动化生产线制造资源保障问题。

Description

一种大型结构件自动化生产线智能管控系统

技术领域

本发明属于智能化生产控制技术领域，具体涉及一种大型结构件自动化生产线智能管控系统。

背景技术

随着物联网、大数据及人工智能等技术在车间生产制造过程中的应用日益深入，正推动大型结构件零件加工向自动化、智能化方向发展。产线生产过程管控系统，利用物联网技术和监控技术加强生产线加工任务、制造资源、生产物流等的协同，提高生产过程可控性、减少生产线人为干预，保障产线生产过程的顺利进行。大型结构件零件普遍具有加工周期长、高价值、难加工特点，生产过程涉及环节多、资源保障要求高，产线生产过程控制难度大。目前，大型结构件零件的生产过程仍然以人为管理保障为主，由于缺乏生产过程智能管控系统，导致加工过程资源保障往往不足，常常因为各类制造资源未能及时到位影响零件加工过程顺利进行，零件加工效率难以提升。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种大型结构件自动化生产线智能管控系统，通过对整体架构设计，从制造现场状态数据获取、过程智能决策、整体运行状态分析三个层面，对车间自动化生产线制造现场整体智能管控模式进行了架构,使其解决大型结构件自动化生产线制造资源保障问题。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种大型结构件自动化生产线智能管控系统，其特征在于：包括智能加工生产线、生产过程智能管控中心、物流管控模块、换刀系统控制模块、中央刀库管控模块、装卸区管控模块、物料缓存库管控模块、工装管理系统、物料管理系统、工艺管理系统、生产计划系统和刀具管理系统；

所述生产过程智能管控中心、物流管控模块、换刀系统控制模块、中央刀库管控模块、装卸区管理模块和物料缓存库管控模块以数据交互总线平台为基础，构建一个以生产过程智能管控中心为核心的大型结构件自动化生产线生产过程分布式智能管控系统，并具有与车间的工装管理系统、物料管理系统、工艺管理系统、生产计划系统、刀具管理系统进行信息集成与实时交互的能力；

所述物流管控模块包括：物料AGV调度单元和AGV状态监控单元；

所述换刀系统控制模块包括：移动换刀机器人调度单元和机器人状态监控单元；

所述中央刀库管控模块包括：刀库孔位管理单元与刀具配置管理单元；

所述装卸区管控模块包括：装卸任务管理单元和装卸工作台监控单元；

所述物料缓存库管控模块包括：仓储管理单元与库存物料监控单元；

所述智能加工生产线包括：数控加工单元、移动换刀机器人、物料搬运AGV小车、零件装卸站、缓存立体库、中央刀库；

所述智能加工生产线完成零件的自动化生产加工；

所述生产过程智能管控中心利用物联网技术与智能调度技术，完成各类制造资源状态信息的监控；包括：设备加工状态、零件加工过程状态、托盘状态、换刀机器人状态、机床刀库配置状态及刀具使用寿命状态；

所述物流管控模块接收生产过程智能管控中心调度指令，根据设备加工任务物料需求驱动物料AGV小车将所需物料从物料缓存立体库准确配送至各加工单元，在加工单元完成工序加工后，将物料配送至后续加工单元，当所有零件加工完工后，将完工零件运送至缓存立体库进行入库操作；

所述换刀系统控制模块接收生产过程智能管控中心刀具配送指令，根据设备加工任务刀具需求与中央刀库管控模块交互，获取中央刀库中刀具位置信息，驱动移动换刀机器人从中央刀库抓取所需刀具、移动至对应设备、并将刀具放入设备刀库；

所述中央刀库管控模块完成中央刀库刀具安放位置的分区管理，完成中央刀库刀具位置信息的管理与刀具的出入库管理，同时根据生产线加工任务信息，完成刀具类别、数量的评估，实现刀具库存的预警管理；

所述装卸区管理模块完成零件装夹与重装夹任务的管理，根据产线生产任务，完成零件装夹与重装夹顺序的安排，并将零件装卸结果反馈至生产过程智能管控中心，完成物流AGV调用将装夹好的零件运送至物料缓存库。

所述生产过程智能管控中心包括：计划调度单元、过程控制单元、制造资源保障单元、制造现场状态监控单元、状态分析单元，所述计划调度单元完成产线生产任务的接收，并根据产线制造资源及产线在制任务执行状态，利用基于人工智能的调度算法，进行加工单元的动态调度，所述过程控制单元根据产品制造工艺规程驱动产品制造过程的进行，实现加工、物流、检验各生产过程的衔接，所述制造资源保障单元根据加工单元设备及物流设备装置故障、维修及日常保养维护情况，形成加工单元设备及物流设备检修与保养计划并将计划发送给维护人员，根据产线接收任务及各加工单元刀具配备情况，形成各加工单元刀具配送计划，所述制造现场状态监控单元利用物联网技术通过条码、RFID、设备OPC接口的传感器，实现对设备运行状态、生产任务执行过程、物流资源状态信息的实时监控，并将实时监控信息反馈至计划调度、过程控制、制造资源保障单元，实现现场实时状态数据驱动的产线生产过程的动态调整与控制，所述状态分析单元通过对产线生产过程及制造资源历史运行大数据的分析，实现对产品加工质量（一次通过率、成品率、废品率）、加工单元全局设备效率（Overall Equipment Effectiveness, OEE）、产线任务执行效率（加工时间、等待时间、通过时间、运输时间、装卸时间）分析，产线生产成本（加工成本、运输成本、质量成本）分析。

所述物料AGV调度单元包括加工单元、装卸站及物料缓存立体库之间的物料搬运需求；

所述AGV状态监控单元包括车载RFID读写装置。

所述移动换刀机器人调度单元包括加工单元生产任务刀具需求信息及各设备刀具配置信息及寿命数据；

所述机器人状态监控单元包括置于机械手上的RFID芯片。

刀库孔位管理单元包括分开区域划分的刀具类别、需报废刀具和需回收刀具；

所述刀具配置管理单元包括记录刀具信息的刀具号、剩余寿命和当前状态。

所述装卸任务管理单元包括装卸需求和工作序列；

所述装卸工作台监控单元包括装卸时间的记录与统计。

所述仓储管理单元包括记录零件的具体信息；

所述库存物料监控单元包括对零件存放信息的监控。

所述数据交互总线平台包括利用数据总线将各系统模块之间的数据接口与业务过程统一起来。

所述数控加工单元包括数控加工设备、自动上下料装置和机床信息交互单元；所述机床信息交互单元通过传感器及通信接口，实现与机床数控系统、PLC控制单元的数据通讯。

所述物料搬运AGV小车包括UWB、磁条与RFID射频识别的方式，实现AGV的车间定位。

本发明带来的有益效果有。

1、通过对整体架构设计合理，从制造现场状态数据获取、过程智能决策、整体运行状态分析三个层面，对于车间自动化生产线制造现场整体智能管控模式进行了架构，涉及：产线动态排程与调度、刀具管理、物料仓储、智能物流、质量管理各业务过程，基于物联网及数据总线技术，实现车间制造现场多业务域的系统集成，实现对生产制造过程质量、成本及效率的科学管理。

2、通过对产线整体运行状态及其变化趋势的分析，实现对生产线运行态势的整体掌握，从而支撑管理人员制定产线改进策略，保障产品加工质量，提升产线生产运行效率，降低生产成本；上述为生产过程智能管控中心生产管理软件各单元间的基本关系，实现了产线制造现场状态实时感知、制造过程动态调控与决策及整体运行态势分析。

3、通过智能算法形成物料搬运计划及优化物流作业路径规划，驱动物料AGV完成产线物料在加工单元、装卸站及物料缓存立体库间的及时配送；通过读取零件RFID芯片获取车载零件信息并与其当前搬运任务信息相匹配，实现车载零件实时信息反馈与搬运任务防错；通过车载信息发送装置，实时反馈物流任务状态信息，实现AGV资源接收、资源运送、运送资源到达移交各阶段状态的实时反馈；通过车载传感装置，实现对AGV实时位置信息、AGV故障信息、AGV电池信息的实时反馈，通过以上过程最终保证对产线物流状态信息的实时掌控。

4、通过形成生产线各加工单元设备刀具配送与回收计划，并依据计划信息自动进行换刀机器人移动路径规划，驱动移动换刀机器人完成产线各加工设备刀具的智能配送与回收；通过利用置于机械手上的RFID读写装置通过读取刀具刀柄中的RFID芯片信息，获取所取刀具信息并与其当前任务信息相匹配，避免刀具的错误抓取；实时反馈换刀机器人任务执行状态信息，实现刀具抓取、刀具配送、刀具存放各阶段状态信息的实时反馈。

5、通过将中央刀库的孔位进行合理划分，按照刀具类别、需报废刀具、需回收刀具将刀库孔位划分为不同区域，一方面提升换刀机器人取放刀具过程中刀具位置的检索速度，另一方面便于中央刀库刀具的规范化管理，避免刀具存放混乱；通过刀库孔位地图记录管理各孔位上放置的刀具具体信息，包括：刀具号、剩余寿命、当前状态（需报废/需回收/待使用）；当刀具存放时，负责分配刀库孔位，换刀机器人根据分配的刀具孔位完成刀具的存放；当刀具抓取时，负责根据刀具需求信息检索刀库孔位，换刀机器人根据检索的刀具孔位信息完成刀具的抓取。

6、通过根据到达任务的装卸需求，根据任务紧急程度及装卸区各工位任务执行情况，对零件的装拆任务进行智能排程，形成零件装拆任务工作序列，各装卸区各工位根据工作序列顺序完成各零件的装夹与拆卸；根据各工作台反馈的任务执行情况，对整个装卸区的装卸任务执行状态进行实时反馈，并将结果反馈至生产过程智能管控中心，并完成各任务装卸时间的记录与统计。

7、通过根据各仓储位置允许安放零件的规格大小管理各仓储位置允许安放的零件类型，记录各仓储位置存放的零件的具体信息，实现仓储位置与零件信息的关联；当零件存放时，负责分配零件仓储位置，将零件放置于指定位置；当零件取出时，负责检索零件存放位置实现零件取出；通过实现仓储位置零件存放信息的监控，形成仓储零件的存储地图，对各完工零件的存储时间进行分析，便于对零件的周转周期进行管理与分析。

8、通过将各系统模块之间的数据交互与业务关联转换为各模块提供的服务接口间的消息传递与交互，从而实现车间不同系统间的数据与业务过程集成。

9、通过通过数控加工设备完成零件的制造加工，自动上下料装置实现零件的自动上下料，从而改变以往大型结构件需要人工吊装的零件上下料方式；通过实现对机床运行状态信息（开机/停机/待机/故障报警信息、机床转速、功率、主轴电流、机床振动）的获取，实现对机床加工任务信息（当前加工零件任务号、开始加工时间、工序完工时间）的采集，实现对机床加工过程信息（工序使用NC程序、工序所用刀具及工装、环境温度、冷却液）的采集，当设备故障/维护保养时通过接收智能管控中心的控制指令机床信息交互单元可以实现故障设备的远程自动/手动启停，通过与数控系统通讯接口，实现零件加工NC程序的自动下载。

10、通过换刀机器人通过控制总线实现与换刀系统控制模块连接，实时反馈机器人运行状态；换刀机器人通过运动控制单元根据刀具取放任务位置信息及任务指令完成对机器人移动及抓取动作的控制；通过UWB实现AVG大范围移动过程中的实时定位，通过RFID实现AGV到达目标位置后的精准定位，通过磁条实现AGV到达目标位置后的精准移动，完成任务后AGV根据电量情况查找最近充电位进行充电；AGV车物料RFID射频识别装置可以自动识别车辆装载的物料信息，并通过无线传输模块将任务信息传送至物流管控模块。

附图说明

图1是本发明的系统整体架构示意图。

图2是本发明的系统功能结构图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种大型结构件自动化生产线智能管控系统，其特征在于：包括智能加工生产线、生产过程智能管控中心、物流管控模块、换刀系统控制模块、中央刀库管控模块、装卸区管控模块、物料缓存库管控模块、工装管理系统、物料管理系统、工艺管理系统、生产计划系统和刀具管理系统；

所述生产过程智能管控中心、物流管控模块、换刀系统控制模块、中央刀库管控模块、装卸区管理模块和物料缓存库管控模块以数据交互总线平台为基础，构建一个以生产过程智能管控中心为核心的大型结构件自动化生产线生产过程分布式智能管控系统，并具有与车间的工装管理系统、物料管理系统、工艺管理系统、生产计划系统、刀具管理系统进行信息集成与实时交互的能力；

所述物流管控模块包括：物料AGV调度单元和AGV状态监控单元；

所述换刀系统控制模块包括：移动换刀机器人调度单元和机器人状态监控单元；

所述中央刀库管控模块包括：刀库孔位管理单元与刀具配置管理单元；

所述装卸区管控模块包括：装卸任务管理单元和装卸工作台监控单元；

所述物料缓存库管控模块包括：仓储管理单元与库存物料监控单元；

所述智能加工生产线包括：数控加工单元、移动换刀机器人、物料搬运AGV小车、零件装卸站、缓存立体库、中央刀库；

所述智能加工生产线完成零件的自动化生产加工；

所述生产过程智能管控中心利用物联网技术与智能调度技术，完成各类制造资源状态信息的监控；包括：设备加工状态、零件加工过程状态、托盘状态、换刀机器人状态、机床刀库配置状态及刀具使用寿命状态；

所述物流管控模块接收生产过程智能管控中心调度指令，根据设备加工任务物料需求驱动物料AGV小车将所需物料从物料缓存立体库准确配送至各加工单元，在加工单元完成工序加工后，将物料配送至后续加工单元，当所有零件加工完工后，将完工零件运送至缓存立体库进行入库操作；

所述换刀系统控制模块接收生产过程智能管控中心刀具配送指令，根据设备加工任务刀具需求与中央刀库管控模块交互，获取中央刀库中刀具位置信息，驱动移动换刀机器人从中央刀库抓取所需刀具、移动至对应设备、并将刀具放入设备刀库；

所述中央刀库管控模块完成中央刀库刀具安放位置的分区管理，完成中央刀库刀具位置信息的管理与刀具的出入库管理，同时根据生产线加工任务信息，完成刀具类别、数量的评估，实现刀具库存的预警管理；

所述装卸区管理模块完成零件装夹与重装夹任务的管理，根据产线生产任务，完成零件装夹与重装夹顺序的安排，并将零件装卸结果反馈至生产过程智能管控中心，完成物流AGV调用将装夹好的零件运送至物料缓存库。

所述生产过程智能管控中心包括：计划调度单元、过程控制单元、制造资源保障单元、制造现场状态监控单元、状态分析单元，所述计划调度单元完成产线生产任务的接收，并根据产线制造资源及产线在制任务执行状态，利用基于人工智能的调度算法，进行加工单元的动态调度，所述过程控制单元根据产品制造工艺规程驱动产品制造过程的进行，实现加工、物流、检验各生产过程的衔接，所述制造资源保障单元根据加工单元设备及物流设备装置故障、维修及日常保养维护情况，形成加工单元设备及物流设备检修与保养计划并将计划发送给维护人员，根据产线接收任务及各加工单元刀具配备情况，形成各加工单元刀具配送计划，所述制造现场状态监控单元利用物联网技术通过条码、RFID、设备OPC接口的传感器，实现对设备运行状态、生产任务执行过程、物流资源状态信息的实时监控，并将实时监控信息反馈至计划调度、过程控制、制造资源保障单元，实现现场实时状态数据驱动的产线生产过程的动态调整与控制，所述状态分析单元通过对产线生产过程及制造资源历史运行大数据的分析，实现对产品加工质量（一次通过率、成品率、废品率）、加工单元全局设备效率（Overall Equipment Effectiveness, OEE）、产线任务执行效率（加工时间、等待时间、通过时间、运输时间、装卸时间）分析，产线生产成本（加工成本、运输成本、质量成本）分析。

所述物料AGV调度单元包括加工单元、装卸站及物料缓存立体库之间的物料搬运需求；

所述AGV状态监控单元包括车载RFID读写装置。

所述移动换刀机器人调度单元包括加工单元生产任务刀具需求信息及各设备刀具配置信息及寿命数据；

所述机器人状态监控单元包括置于机械手上的RFID芯片。

刀库孔位管理单元包括分开区域划分的刀具类别、需报废刀具和需回收刀具；

所述刀具配置管理单元包括记录刀具信息的刀具号、剩余寿命和当前状态。

所述装卸任务管理单元包括装卸需求和工作序列；

所述装卸工作台监控单元包括装卸时间的记录与统计。

所述仓储管理单元包括记录零件的具体信息；

所述库存物料监控单元包括对零件存放信息的监控。

所述数据交互总线平台包括利用数据总线将各系统模块之间的数据接口与业务过程统一起来。

所述数控加工单元包括数控加工设备、自动上下料装置和机床信息交互单元；所述机床信息交互单元通过传感器及通信接口，实现与机床数控系统、PLC控制单元的数据通讯。

所述物料搬运AGV小车包括UWB、磁条与RFID射频识别的方式，实现AGV的车间定位。

通过对整体架构设计合理，从制造现场状态数据获取、过程智能决策、整体运行状态分析三个层面，对于车间自动化生产线制造现场整体智能管控模式进行了架构，涉及：产线动态排程与调度、刀具管理、物料仓储、智能物流、质量管理各业务过程，基于物联网及数据总线技术，实现车间制造现场多业务域的系统集成，实现对生产制造过程质量、成本及效率的科学管理。

通过对产线整体运行状态及其变化趋势的分析，实现对生产线运行态势的整体掌握，从而支撑管理人员制定产线改进策略，保障产品加工质量，提升产线生产运行效率，降低生产成本；上述为生产过程智能管控中心生产管理软件各单元间的基本关系，实现了产线制造现场状态实时感知、制造过程动态调控与决策及整体运行态势分析。

通过智能算法形成物料搬运计划及优化物流作业路径规划，驱动物料AGV完成产线物料在加工单元、装卸站及物料缓存立体库间的及时配送；通过读取零件RFID芯片获取车载零件信息并与其当前搬运任务信息相匹配，实现车载零件实时信息反馈与搬运任务防错；通过车载信息发送装置，实时反馈物流任务状态信息，实现AGV资源接收、资源运送、运送资源到达移交各阶段状态的实时反馈；通过车载传感装置，实现对AGV实时位置信息、AGV故障信息、AGV电池信息的实时反馈，通过以上过程最终保证对产线物流状态信息的实时掌控。

通过形成生产线各加工单元设备刀具配送与回收计划，并依据计划信息自动进行换刀机器人移动路径规划，驱动移动换刀机器人完成产线各加工设备刀具的智能配送与回收；通过利用置于机械手上的RFID读写装置通过读取刀具刀柄中的RFID芯片信息，获取所取刀具信息并与其当前任务信息相匹配，避免刀具的错误抓取；实时反馈换刀机器人任务执行状态信息，实现刀具抓取、刀具配送、刀具存放各阶段状态信息的实时反馈。

通过将中央刀库的孔位进行合理划分，按照刀具类别、需报废刀具、需回收刀具将刀库孔位划分为不同区域，一方面提升换刀机器人取放刀具过程中刀具位置的检索速度，另一方面便于中央刀库刀具的规范化管理，避免刀具存放混乱；通过刀库孔位地图记录管理各孔位上放置的刀具具体信息，包括：刀具号、剩余寿命、当前状态（需报废/需回收/待使用）；当刀具存放时，负责分配刀库孔位，换刀机器人根据分配的刀具孔位完成刀具的存放；当刀具抓取时，负责根据刀具需求信息检索刀库孔位，换刀机器人根据检索的刀具孔位信息完成刀具的抓取。

通过根据到达任务的装卸需求，根据任务紧急程度及装卸区各工位任务执行情况，对零件的装拆任务进行智能排程，形成零件装拆任务工作序列，各装卸区各工位根据工作序列顺序完成各零件的装夹与拆卸；根据各工作台反馈的任务执行情况，对整个装卸区的装卸任务执行状态进行实时反馈，并将结果反馈至生产过程智能管控中心，并完成各任务装卸时间的记录与统计。

通过根据各仓储位置允许安放零件的规格大小管理各仓储位置允许安放的零件类型，记录各仓储位置存放的零件的具体信息，实现仓储位置与零件信息的关联；当零件存放时，负责分配零件仓储位置，将零件放置于指定位置；当零件取出时，负责检索零件存放位置实现零件取出；通过实现仓储位置零件存放信息的监控，形成仓储零件的存储地图，对各完工零件的存储时间进行分析，便于对零件的周转周期进行管理与分析。

通过将各系统模块之间的数据交互与业务关联转换为各模块提供的服务接口间的消息传递与交互，从而实现车间不同系统间的数据与业务过程集成。

通过通过数控加工设备完成零件的制造加工，自动上下料装置实现零件的自动上下料，从而改变以往大型结构件需要人工吊装的零件上下料方式；通过实现对机床运行状态信息（开机/停机/待机/故障报警信息、机床转速、功率、主轴电流、机床振动）的获取，实现对机床加工任务信息（当前加工零件任务号、开始加工时间、工序完工时间）的采集，实现对机床加工过程信息（工序使用NC程序、工序所用刀具及工装、环境温度、冷却液）的采集，当设备故障/维护保养时通过接收智能管控中心的控制指令机床信息交互单元可以实现故障设备的远程自动/手动启停，通过与数控系统通讯接口，实现零件加工NC程序的自动下载。

通过换刀机器人通过控制总线实现与换刀系统控制模块连接，实时反馈机器人运行状态；换刀机器人通过运动控制单元根据刀具取放任务位置信息及任务指令完成对机器人移动及抓取动作的控制；通过UWB实现AVG大范围移动过程中的实时定位，通过RFID实现AGV到达目标位置后的精准定位，通过磁条实现AGV到达目标位置后的精准移动，完成任务后AGV根据电量情况查找最近充电位进行充电；AGV车物料RFID射频识别装置可以自动识别车辆装载的物料信息，并通过无线传输模块将任务信息传送至物流管控模块。

该生产过程智能管控系统包括智能加工生产线、智能生产线生产过程智能管控中心、物流管控模块、换刀系统控制模块、中央刀库管控模块、装卸区管理模块、缓存库管控模块；上述智能加工生产线、智能生产线生产过程智能管控中心、物流管控模块、换刀系统控制模块、中央刀库管控模块、装卸区管理模块、缓存库管控模块,所述生产过程智能管控中心、物流管控模块、换刀系统控制模块、中央刀库管控模块、装卸区管理模块、缓存库管控模块以数据交互总线平台为基础构建一个以生产过程智能管控中心为核心的大型结构件自动化生产线生产过程分布式智能管控系统，并具有与车间工装管理系统、物料管理系统、工艺管理系统、生产计划系统、刀具管理系统进行信息集成与实时交互的能力，具有对各类制造资源进行智能调配的能力。

所述生产过程智能管控中心利用物联网技术与智能调度技术，完成各类制造资源状态信息的监控,包括：设备加工状态、零件加工过程状态、托盘状态、换刀机器人状态、机床刀库配置状态及刀具使用寿命状态，完成与车间MES系统的交互完成生产任务的接收与计划调度，依据产线实时状态信息完成生产线各类制造资源的调配，包括：通过加工单元实时状态的分析完成设备资源的动态调度，通过与物流管控模块的消息交互完成对物料AGV小车的调度，通过与换刀系统控制模块的消息交互完成对移动换刀机器人的调度，通过与工艺管理系统的消息交互完成数控加工NC程序的获取。

所述物流管控模块接收生产过程智能管控中心调度指令，根据设备加工任务物料需求驱动物料AGV小车将所需物料从物料缓存立体库准确配送至各加工单元，在加工单元完成工序加工后，将物料配送至后续加工单元，当所有零件加工完工后，将完工零件运送至缓存立体库进行入库操作。

所述换刀系统控制模块接收生产过程智能管控中心刀具配送指令，根据设备加工任务刀具需求与中央刀库管控模块交互，获取中央刀库中刀具位置信息，驱动移动换刀机器人从中央刀库抓取所需刀具、移动至对应设备、并将刀具放入设备刀库；也可根据生产过程智能管控中心发出的各加工单元刀库中刀具卸载指令，将所需卸载的刀具从设备刀库中取出并放置到中央刀库。

所述中央刀库管控模块完成中央刀库刀具安放位置的分区管理，完成中央刀库刀具位置信息的管理与刀具的出入库管理，同时根据生产线加工任务信息，完成刀具类别、数量的评估，实现刀具库存的预警管理。

所述装卸区管理模块完成零件装夹与重装夹任务的管理，根据产线生产任务，完成零件装夹与重装夹顺序的安排，并将零件装卸结果反馈至生产过程智能管控中心，完成物流AGV调用将装夹好的零件运送至物料缓存库。

实施例2

所述生产过程智能管控中心包括：产线生产过程管理软件与监控设备；所述生产过程智能管控中心生产管理软件包括：计划调度单元、过程控制单元、制造资源保障单元、制造现场状态监控单元、状态分析单元；所述计划调度单元完成产线生产任务的接收，并根据产线制造资源及产线在制任务执行状态，利用基于人工智能的调度算法，进行加工单元的动态调度；所述过程控制单元根据产品制造工艺规程驱动产品制造过程的进行，实现加工、物流、检验各生产过程的衔接；所述制造资源保障单元根据加工单元设备及物流设备装置故障、维修及日常保养维护情况，形成加工单元设备及物流设备检修与保养计划并将计划发送给维护人员，根据产线接收任务及各加工单元刀具配备情况，形成各加工单元刀具配送计划；所述制造现场状态监控单元利用物联网技术通过条码、RFID、设备OPC接口及各类传感器，实现对设备运行状态、生产任务执行过程、物流资源状态信息的实时监控，并将实时监控信息反馈至计划调度、过程控制、制造资源保障单元，实现现场实时状态数据驱动的产线生产过程的动态调整与控制；所述状态分析单元通过对产线生产过程及制造资源历史运行大数据的分析，实现对产品加工质量（一次通过率、成品率、废品率）、加工单元全局设备效率（OEE）、产线任务执行效率（加工时间、等待时间、通过时间、运输时间、装卸时间）分析，产线生产成本（加工成本、运输成本、质量成本）分析，通过对产线整体运行状态及其变化趋势的分析，实现对生产线运行态势的整体掌握，从而支撑管理人员制定产线改进策略，保障产品加工质量，提升产线生产运行效率，降低生产成本；上述为生产过程智能管控中心生产管理软件各单元间的基本关系，实现了产线制造现场状态实时感知、制造过程动态调控与决策及整体运行态势分析。

所述物流管控模块包括：物料AGV调度单元和AGV状态监控单元；物料AGV调度单元综合考虑加工单元、装卸站及物料缓存立体库之间的物料搬运需求，通过蚁群算法形成物料搬运计划及优化物流作业路径规划，驱动物料AGV完成产线物料在加工单元、装卸站及物料缓存立体库间的及时配送；物流管控模块的AGV状态监控单元，利用车载RFID读写装置通过读取零件RFID芯片获取车载零件信息并与其当前搬运任务信息相匹配，实现车载零件实时信息反馈与搬运任务防错；通过车载信息发送装置，实时反馈物流任务状态信息，实现AGV资源接收、资源运送、运送资源到达移交各阶段状态的实时反馈；通过车载传感装置，实现对AGV实时位置信息、AGV故障信息、AGV电池信息的实时反馈，通过以上过程最终保证对产线物流状态信息的实时掌控。

所述换刀系统控制模块包括：移动换刀机器人调度单元和机器人状态监控单元；移动换刀机器人调度单元，综合考虑各加工单元生产任务刀具需求信息及各设备刀具配置信息及寿命数据，形成生产线各加工单元设备刀具配送与回收计划，并依据计划信息自动进行换刀机器人移动路径规划，驱动移动换刀机器人完成产线各加工设备刀具的智能配送与回收；机器人状态监控单元，利用置于机械手上的RFID读写装置通过读取刀具刀柄中的RFID芯片信息，获取所取刀具信息并与其当前任务信息相匹配，避免刀具的错误抓取；实时反馈换刀机器人任务执行状态信息，实现刀具抓取、刀具配送、刀具存放各阶段状态信息的实时反馈。

所述中央刀库管控模块包括：刀库孔位管理单元与刀具配置管理单元；刀库孔位管理单元，将中央刀库的孔位进行合理划分，按照刀具类别、需报废刀具、需回收刀具将刀库孔位划分为不同区域，一方面提升换刀机器人取放刀具过程中刀具位置的检索速度，另一方面便于中央刀库刀具的规范化管理，避免刀具存放混乱。刀具配置管理单元，通过刀库孔位地图记录管理各孔位上放置的刀具具体信息，包括：刀具号、剩余寿命、当前状态（需报废/需回收/待使用）；当刀具存放时，负责分配刀库孔位，换刀机器人根据分配的刀具孔位完成刀具的存放；当刀具抓取时，负责根据刀具需求信息检索刀库孔位，换刀机器人根据检索的刀具孔位信息完成刀具的抓取。

所述装卸区管理模块包括：装卸任务管理单元和装卸工作台监控单元；装卸任务管理单元，根据到达任务的装卸需求，根据任务紧急程度及装卸区各工位任务执行情况，对零件的装拆任务进行智能排程，形成零件装拆任务工作序列，各装卸区各工位根据工作序列顺序完成各零件的装夹与拆卸。装卸工作台监控单元，根据各工作台反馈的任务执行情况，对整个装卸区的装卸任务执行状态进行实时反馈，并将结果反馈至生产过程智能管控中心，并完成各任务装卸时间的记录与统计。

所述缓存库管控模块包括：仓储管理单元与库存物料监控单元；仓储管理单元，根据各仓储位置允许安放零件的规格大小管理各仓储位置允许安放的零件类型，记录各仓储位置存放的零件的具体信息，实现仓储位置与零件信息的关联；当零件存放时，负责分配零件仓储位置，将零件放置于指定位置；当零件取出时，负责检索零件存放位置实现零件取出；库存物料监控单元，实现仓储位置零件存放信息的监控，形成仓储零件的存储地图，对各完工零件的存储时间进行分析，便于对零件的周转周期进行管理与分析。

所述智能加工生产线包括：数控加工单元、移动换刀机器人、物料搬运AGV小车、零件装卸站、缓存立体库、中央刀库；数控加工单元包括：数控加工设备、自动上下料装置、机床信息交互单元；数控加工设备完成零件的制造加工，自动上下料装置实现零件的自动上下料，从而改变以往大型结构件需要人工吊装的零件上下料方式；机床信息交互单元通过传感器及通信接口，实现与机床数控系统、PLC控制单元的数据通讯，实现对机床运行状态信息（开机/停机/待机/故障报警信息、机床转速、功率、主轴电流、机床振动）的获取，实现对机床加工任务信息（当前加工零件任务号、开始加工时间、工序完工时间）的采集，实现对机床加工过程信息（工序使用NC程序、工序所用刀具及工装、环境温度、冷却液）的采集，当设备故障/维护保养时通过接收智能管控中心的控制指令机床信息交互单元可以实现故障设备的远程自动/手动启停，通过与数控系统通讯接口，实现零件加工NC程序的自动下载；换刀机器人通过控制总线实现与换刀系统控制模块连接，实时反馈机器人运行状态，通过运动控制单元根据刀具取放任务位置信息及任务指令完成对机器人移动及抓取动作的控制；物料搬运AGV小车采用UWB、磁条与RFID射频识别的方式，实现AGV的车间定位，通过UWB实现AVG大范围移动过程中的实时定位，通过RFID实现AGV到达目标位置后的精准定位，通过磁条实现AGV到达目标位置后的精准移动，完成任务后AGV根据电量情况查找最近充电位进行充电；AGV车物料RFID射频识别装置可以自动识别车辆装载的物料信息，并通过无线传输模块将任务信息传送至物流管控模块。零件装卸站完成到达零件的装卸与装卸任务管理，缓存立体库实现生产线物料、加工完成零件的在制品缓存，中央刀库实现生产线刀具的统一管理，实现刀具的缓存。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种大型结构件自动化生产线智能管控系统，其特征在于：包括智能加工生产线、生产过程智能管控中心、物流管控模块、换刀系统控制模块、中央刀库管控模块、装卸区管控模块、物料缓存库管控模块、工装管理系统、物料管理系统、工艺管理系统、生产计划系统和刀具管理系统；

所述生产过程智能管控中心、物流管控模块、换刀系统控制模块、中央刀库管控模块、装卸区管理模块和物料缓存库管控模块以数据交互总线平台为基础，构建一个以生产过程智能管控中心为核心的大型结构件自动化生产线生产过程分布式智能管控系统，并具有与车间的工装管理系统、物料管理系统、工艺管理系统、生产计划系统、刀具管理系统进行信息集成与实时交互的能力；

所述生产过程智能管控中心包括：产线生产过程管理软件与监控设备；

所述物流管控模块包括：物料AGV调度单元和AGV状态监控单元；

所述换刀系统控制模块包括：移动换刀机器人调度单元和机器人状态监控单元；

所述中央刀库管控模块包括：刀库孔位管理单元与刀具配置管理单元；

所述装卸区管控模块包括：装卸任务管理单元和装卸工作台监控单元；

所述物料缓存库管控模块包括：仓储管理单元与库存物料监控单元；

所述智能加工生产线包括：数控加工单元、移动换刀机器人、物料搬运AGV小车、零件装卸站、缓存立体库、中央刀库；

所述智能加工生产线完成零件的自动化生产加工；

所述生产过程智能管控中心利用物联网技术与智能调度技术，完成各类制造资源状态信息的监控；包括：设备加工状态、零件加工过程状态、托盘状态、换刀机器人状态、机床刀库配置状态及刀具使用寿命状态；

所述物流管控模块接收生产过程智能管控中心调度指令，根据设备加工任务物料需求驱动物料AGV小车将所需物料从物料缓存立体库准确配送至各加工单元，在加工单元完成工序加工后，将物料配送至后续加工单元，当所有零件加工完工后，将完工零件运送至缓存立体库进行入库操作；

所述换刀系统控制模块接收生产过程智能管控中心刀具配送指令，根据设备加工任务刀具需求与中央刀库管控模块交互，获取中央刀库中刀具位置信息，驱动移动换刀机器人从中央刀库抓取所需刀具、移动至对应设备、并将刀具放入设备刀库；

所述中央刀库管控模块完成中央刀库刀具安放位置的分区管理，完成中央刀库刀具位置信息的管理与刀具的出入库管理，同时根据生产线加工任务信息，完成刀具类别、数量的评估，实现刀具库存的预警管理；

所述装卸区管理模块完成零件装夹与重装夹任务的管理，根据产线生产任务，完成零件装夹与重装夹顺序的安排，并将零件装卸结果反馈至产线智能管控中心，完成物流AGV调用将装夹好的零件运送至物料缓存库。

2.如权利要求1所述的一种大型结构件自动化生产线智能管控系统，其特征在于：所述产线生产过程管理软件包括：计划调度单元、过程控制单元、制造资源保障单元、制造现场状态监控单元、状态分析单元，所述计划调度单元完成产线生产任务的接收，并根据产线制造资源及产线在制任务执行状态，利用基于人工智能的调度算法，进行加工单元的动态调度，所述过程控制单元根据产品制造工艺规程驱动产品制造过程的进行，实现加工、物流、检验各生产过程的衔接，所述制造资源保障单元根据加工单元设备及物流设备装置故障、维修及日常保养维护情况，形成加工单元设备及物流设备检修与保养计划并将计划发送给维护人员，根据产线接收任务及各加工单元刀具配备情况，形成各加工单元刀具配送计划，所述制造现场状态监控单元利用物联网技术通过条码、RFID、设备OPC接口的传感器，实现对设备运行状态、生产任务执行过程、物流资源状态信息的实时监控，并将实时监控信息反馈至计划调度、过程控制、制造资源保障单元，实现现场实时状态数据驱动的产线生产过程的动态调整与控制，所述状态分析单元通过对产线生产过程及制造资源历史运行大数据的分析，实现对产品加工质量（一次通过率、成品率、废品率）、加工单元全局设备效率（Overall Equipment Effectiveness, OEE）、产线任务执行效率（加工时间、等待时间、通过时间、运输时间、装卸时间）分析，产线生产成本（加工成本、运输成本、质量成本）分析。

3.如权利要求1所述的一种大型结构件自动化生产线智能管控系统，其特征在于：所述物料AGV调度单元包括加工单元、装卸站及物料缓存立体库之间的物料搬运需求；

所述AGV状态监控单元包括车载RFID读写装置。

4.如权利要求1所述的一种大型结构件自动化生产线智能管控系统，其特征在于：所述移动换刀机器人调度单元包括加工单元生产任务刀具需求信息及各设备刀具配置信息及寿命数据；

所述机器人状态监控单元包括置于机械手上的RFID芯片。

5.如权利要求1所述的一种大型结构件自动化生产线智能管控系统，其特征在于：所述刀库孔位管理单元包括分开区域划分的刀具类别、需报废刀具和需回收刀具；

所述刀具配置管理单元包括记录刀具信息的刀具号、剩余寿命和当前状态。

6.如权利要求1所述的一种大型结构件自动化生产线智能管控系统，其特征在于：所述装卸任务管理单元包括装卸需求和工作序列；

所述装卸工作台监控单元包括装卸时间的记录与统计。

7.如权利要求1所述的一种大型结构件自动化生产线智能管控系统，其特征在于：所述仓储管理单元包括记录零件的具体信息；

所述库存物料监控单元包括对零件存放信息的监控。

8.如权利要求1所述的一种大型结构件自动化生产线智能管控系统，其特征在于：所述数据交互总线平台包括利用数据总线将各系统模块之间的数据接口与业务过程统一起来。

9.如权利要求1所述的一种大型结构件自动化生产线智能管控系统，其特征在于：所述数控加工单元包括数控加工设备、自动上下料装置和机床信息交互单元；所述机床信息交互单元通过传感器及通信接口，实现与机床数控系统、PLC控制单元的数据通讯。

10.如权利要求1所述的一种大型结构件自动化生产线智能管控系统，其特征在于：所述移动换刀机器人调度单元包括智能化移动式五轴关节机器人；

所述物料搬运AGV小车包括UWB、磁条与RFID射频识别的方式，实现AGV的车间定位。