CN112435571A - 一种工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统，涉及智能制造技术领域，包括智能仓库码垛模块、AGV运载模块、工业机器人上下料模块、智能数控加工模块、工业机器人智能装配模块、智能视觉检测模块、智能打标模块、系统信息管理控制模块、网关调试模块、MES/工业APP云平台模块以及智能制造仿真模块，本发明以先进制造技术为基础，基于数字化、网络化、智能化的智能制造技术，结合工业互联网工程应用，并将智能制造和工业互联网技术深度融合，实现了理论与实践的融合，旨在促进智能制造与互联网领域高素质复合型技能人才的技术提升和培养。
Description
技术领域
本发明涉及智能制造技术领域，具体涉及一种工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统。
背景技术
智能制造已成为全球制造业发展趋势，是新一轮工业革命的核心。发展智能制造，对推动产业提质增效、转型升级，实现制造强国战略目标具有决定性的意义。
产业升级，教育先行，截止到目前，我国有数百所职业类和高等院校开设智能制造相关专业，其中教学平台设施以及师资队伍建设成为制约智能制造及智能装备发展的主要瓶颈。本系统参考智能制造企业典型行业应用案例，结合企业的实际人才需求，有针对性的创新设计，可以有效地促进专业实用的技能人才培养。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统，以解决现有技术存在的上述缺陷。
一种工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统，其特征在于，包括智能仓库码垛模块、AGV运载模块、工业机器人上下料模块、智能数控加工模块、工业机器人智能装配模块、智能视觉检测模块、智能打标模块、系统信息管理控制模块、网关调试模块、MES/工业APP云平台模块以及智能制造仿真模块；
所述智能仓库码垛模块用于工件的存储并配合AGV运载模块实现工件的取放；
所述AGV运载模块用于实现工件在仓库与各个加工工位之间的搬运；
所述工业机器人上下料模块用于实现工件在加工工位中的取放；
所述智能数控加工模块用于实现工件的自动加工及测量；
所述工业机器人智能装配模块用于实现工件的装配；
所述智能视觉检测模块用于对智能数控加工模块加工完成的半成品、工业机器人智能装配模块装配完成的成品、智能打标模块标记结果是否合格进行检测；
所述智能打标模块用于对智能视觉检测模块检验合格的半成品、成品，依据系统信息管控模块的要求进行打标；
所述系统信息管理控制模块能够与各个模块进行数据交换以实现监控并协调管理各分站模块按流程作业；
所述网关调试模块用于进行互联网的安装、检测及调试，搭建一个功能完备的工业互联网，通过管控软件开展网络连接、设置、测试、功能调试等实训项目；
所述MES/工业APP云平台模块搭建了一套完整的开放性软件平台，MES系统将基本硬件的控制和数据采集进行封装，实现一套标准化的软件接口，工业APP通过MES提供的底层接口，为用户设计的软件界面提供基础的数据源和完成对整个生产流程的自动化管理，从而实现对整个生产系统的数据可视化和管理智能化；
所述智能制造仿真模块采用机器人离线编程软件作为工具为实训人员提供多功能的实训要求，帮助实训人员迅速掌握包括机器人的基本操作、机器人坐标系转换、机器人运动学、机器人的控制的基本操作知识。
优选的，所述智能仓储码垛模块包括立体仓库、仓格传感器、巷道式码垛机、系统工件、RFID电子标签；立体仓库负责工件（原料、半成品、成品、废品）的存储；巷道式码垛机负责工件、托盘从仓库取出放于AGV小车上，或者从AGV小车取件放回仓库中；RFID电子标签安装工件或托盘上，RFID读写器安装于巷道式码垛机上，在巷道式码垛机出、入库时进行读写检测、RFID模块通过工业互联网与主控通信并将工件生产追溯数据写入RFID中。
优选的，所述AGV运载模块包括AGV运载机器人本体、无线路由接入点、工件托盘输送机；AGV运载机器人本体通过工业互联网接收系统信息监控模块的指令运行到指定的位置，并返回运行状态，无线路由接入点通过无线工业互联网进行数据的收发，工件托盘输送机负责从智能仓库码垛模块进行出库接收、入库输送、加工工位输出输入；AGV运载机器人本体在系统信息管控制模块调度下实现从仓库至加工工位搬运功能。
优选的，所述工业机器人上下料模块包括工业机器人、机器人控制柜与示教盒、机器人快换主盘、机器人快换附盘工具与支架；工业机器人通过更换末端快换工具拾取待加工工件或零点定位托盘，搬运至数控机床内进行加工；加工完毕后，工业机器人拾取工件零点托盘放入装配工位中进行装配加工。
优选的，所述智能数控加工模块包括数控机床、在线检测装置、摄像头和气吹装置；按照设定的流程和工艺，该模块通过工业机器人完成上下料作业，完成后进行数控机床加工；为便于观察零件的加工过程，数控机床内均配置摄像头，摄像机镜头前装有气动清洁喷嘴，可实现定时/自动/手动吹气，保证镜头清晰；在线检测装置安装在加工中心刀库内，加工完成后进行在线测量，测量数据通过工业互联网上传，供系统信息管控模块采集使用。根据检测数据，判断零件的误差趋势、是否合格，并进行处理。
优选的，所述工业机器人装配模块包括工业机器人、机器人控制柜与示教盒、机器人末端工具与装配支架；工业机器人通过末端工具拾取待合格的半成品工件进行装配，装配完成后，智能打标模块接收系统信息管控制模块进行指定打标动作。
优选的，所述智能视觉模块包括智能相机及光源；智能视觉检测模块主要对数控机床加工完成的半成品、装配完成的成品、智能打标模块标记结果是否合格进行检测，并将检测的结果通过工业互联网上传至系统信息管控模块，系统管控模块根据检测结果决定是否进行装配，及装配、标记是否合格判定，通过工业互联网调度装配工业机器人进行半成品装配，合格品通过工业互联网调度打标模块进行打标，并将最终的结果通过工业互联网供系统信息管控模块采集使用。
优选的，所述智能打标模块主要由打标机组成。
优选的，所述系统信息管控模块包括系统电气控制柜、人机界面、中央控制系统、智能制造MES系统软件、电子看板、云平台、CAD/CAM数字化设计模块、系统监控与信息显示、系统集成与系统总控；系统通过工业互联网，各分模块同系统信息管理控制模块做数据交换，起到监控并协调管理各分站模块按流程作业的功能。
优选的，所述网关调试模块包括网关安装网架、工业互联网网关、服务器、网络集成测试工具；通过工业互联网集成测试工具进行互联网的安装、检测及调试，搭建一个功能完备的工业互联网，并通过管控软件开展包括网络连接、设置、测试、功能调试的实训项目。
本发明的优点在于：本发明的工业互联网+智能制造技术聚焦智能制造与互联网技术相结合的应用实际，以先进制造技术为基础，基于数字化、网络化、智能化的智能制造技术，结合工业互联网工程应用，在智能制造技术中加入数控加工设备、工业机器人、在线检测、零点定位夹具、RFID、立体仓库、MES/WMS等，在工业互联网技术中加入网关、云计算、工业APP等，并将智能制造和工业互联网技术深度融合。以数字化、网络化、智能化为标准设计的智能制造互联网单元为载体，围绕工业机器人的编程与操作、数控设备的调试与应用、AGV技术的编程与应用、智能仓库的编程与管理、互联网工程的搭建与调试、管控软件的调试与应用等内容进行实训项目设计，并能实现融合生产，旨在促进智能制造与互联网领域高素质复合型技能人才的技术提升和培养。
附图说明
图1为本发明中工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统的布局图。
图2为本发明中工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统的工艺流程图。
图3为本发明中工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统的云、边、端架构图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图3所示：
系统准备
系统运行前调试。检查设备电缆、气路连接是否正常。按实训（装调）要求进行工业互联网配线并使用网络集成工具确认网线连接满足要求、走线合理、网线压线正确。
系统初始化启动
开机启动后通过网络调试工具控制软件进行网络测试，确保网络设置正常。进行系统自检，检查各模块是否处于联机状态，检查急停按钮、气动动作功能等是否正常，检查系统中无干扰样件留存。系统初始化，人工将系统待加工毛坯、半成品料放置于立体仓库内。系统可运行CAD/CAM数字化设计软件，进行工件模型设计和加工程序仿真生产等操作并验证检查。系统信息管控模块软件启动，MES/工业APP云平台对系统工件数据初始化并通过软件下达生产任务。
出入库操作
立体仓库模块根据MES/工业APP云平台要求将相应库位中的工件托盘出库至输出工位，等待AGV到位后将工件托盘输出至AGV小车上。AGV小车根据MES/工业APP云平台调度将待加工毛坯料、半成品料、成品件、标准件托盘运送至上下料工位，由工业机器人采用相应的快换工具将待加工毛坯料搬运至料仓，将半成品搬运至智能装配单元，将成品件、标准件搬运至检测单元。加工、装配完成后由工业机器人将成品、半成品放回托盘中，从上下料工位返回AGV小车中，最后AGV小车运输至立体仓库入库。
加工中心加工
工业机器人依据MES/工业APP云平台传来的工件信息，采用相应的快换工具将料仓工位中的工件取出，等待数控机床门开后，将工件放入数控机床中，机器人退出、机床卡盘夹紧，关闭机床门，数控机床门关后，依据MES/工业APP所设置工艺流程进行加工，加工完成后机床门开，工业机器人夹取工件，机床卡盘松开，工业机器人取出工件送至料仓工位。
半成品入库
上一步加工完成的工件（合格品、废品）通过工业机器人放入料仓，RFID记录料仓信息，由工业机器人从料仓取出放回上下料工位，返回AGV小车，由AGV小车将完成后的工件运至立体仓库工位。由巷道式码垛机将工件信息写入RFID并搬运至MES/工业APP指定的工位中。
检测装配成品打标
巷道式码垛机从立体仓库取成品、标准件放到AGV并送至智能装配单元上下料工位后，由工业机器人将工件放入检测工位由智能相机检测工件位姿、合格信息，并将信息通过工业互联网传送给系统信息管控模块，由系统信息管控模块确定对合格的工件进行装配，装配完成后，系统信息管控模块启动工业机器人将成品搬运至打标工位打标。
至此，工件数控加工入库完成，从3步重复启动系统依据系统信息管控制模块依据工业APP的设定的要求进行循环生产，直至生产任务加工完成。
整个系统加工过程的生产数据采集、SCAD监控、边缘计算处理、由网关、服务器上传到MES/工业APP云平台，记录到数据库，可通过MES/工业APP云模块进行自动统计并分析，以统计图和数据表格的形式进行分类展示。同时，利用从设备采集的实时数据结合设备控制接口，可完成各个单元设备的实时调度，进行整个生产过程的控制。从而完成产品整个生产周期的全流程的监控、追溯和管理。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (10)
1.一种工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统，其特征在于，包括智能仓库码垛模块、AGV运载模块、工业机器人上下料模块、智能数控加工模块、工业机器人智能装配模块、智能视觉检测模块、智能打标模块、系统信息管理控制模块、网关调试模块、MES/工业APP云平台模块以及智能制造仿真模块；
所述智能仓库码垛模块用于工件的存储并配合AGV运载模块实现工件的取放；
所述AGV运载模块用于实现工件在仓库与各个加工工位之间的搬运；
所述工业机器人上下料模块用于实现工件在加工工位中的取放；
所述智能数控加工模块用于实现工件的自动加工及测量；
所述工业机器人智能装配模块用于实现工件的装配；
所述智能视觉检测模块用于对智能数控加工模块加工完成的半成品、工业机器人智能装配模块装配完成的成品、智能打标模块标记结果是否合格进行检测；
所述智能打标模块用于对智能视觉检测模块检验合格的半成品、成品，依据系统信息管控模块的要求进行打标；
所述系统信息管理控制模块能够与各个模块进行数据交换以实现监控并协调管理各分站模块按流程作业；
所述网关调试模块用于进行互联网的安装、检测及调试，搭建一个功能完备的工业互联网，通过管控软件开展网络连接、设置、测试、功能调试等实训项目；
所述MES/工业APP云平台模块搭建了一套完整的开放性软件平台，MES系统将基本硬件的控制和数据采集进行封装，实现一套标准化的软件接口，工业APP通过MES提供的底层接口，为用户设计的软件界面提供基础的数据源和完成对整个生产流程的自动化管理，从而实现对整个生产系统的数据可视化和管理智能化；
所述智能制造仿真模块采用机器人离线编程软件作为工具为实训人员提供多功能的实训要求，帮助实训人员迅速掌握包括机器人的基本操作、机器人坐标系转换、机器人运动学、机器人的控制的基本操作知识。
2.如权利要求1所述的工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统，其特征在于，所述智能仓储码垛模块包括立体仓库、仓格传感器、巷道式码垛机、系统工件、RFID电子标签；立体仓库负责工件的存储；巷道式码垛机负责工件、托盘从仓库取出放于AGV小车上，或者从AGV小车取件放回仓库中；RFID电子标签安装工件或托盘上，RFID读写器安装于巷道式码垛机上，在巷道式码垛机出、入库时进行读写检测、RFID模块通过工业互联网与主控通信并将工件生产追溯数据写入RFID中。
3.如权利要求1所述的工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统，其特征在于，所述AGV运载模块包括AGV运载机器人本体、无线路由接入点、工件托盘输送机；AGV运载机器人本体通过工业互联网接收系统信息监控模块的指令运行到指定的位置，并返回运行状态，无线路由接入点通过无线工业互联网进行数据的收发，工件托盘输送机负责从智能仓库码垛模块进行出库接收、入库输送、加工工位输出输入；AGV运载机器人本体在系统信息管控制模块调度下实现从仓库至加工工位搬运功能。
4.如权利要求1所述的工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统，其特征在于，所述工业机器人上下料模块包括工业机器人、机器人控制柜与示教盒、机器人快换主盘、机器人快换附盘工具与支架；工业机器人通过更换末端快换工具拾取待加工工件或零点定位托盘，搬运至数控机床内进行加工；加工完毕后，工业机器人拾取工件零点托盘放入装配工位中进行装配加工。
5.如权利要求1所述的工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统，其特征在于，所述智能数控加工模块包括数控机床、在线检测装置、摄像头和气吹装置；按照设定的流程和工艺，该模块通过工业机器人完成上下料作业，完成后进行数控机床加工；为便于观察零件的加工过程，数控机床内均配置摄像头，摄像机镜头前装有气动清洁喷嘴，可实现定时/自动/手动吹气，保证镜头清晰；在线检测装置安装在加工中心刀库内，加工完成后进行在线测量，测量数据通过工业互联网上传，供系统信息管控模块采集使用；
根据检测数据，判断零件的误差趋势、是否合格，并进行处理。
6.如权利要求1所述的工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统，其特征在于，所述工业机器人装配模块包括工业机器人、机器人控制柜与示教盒、机器人末端工具与装配支架；工业机器人通过末端工具拾取待合格的半成品工件进行装配，装配完成后，智能打标模块接收系统信息管控制模块进行指定打标动作。
7.如权利要求1所述的工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统，其特征在于，所述智能视觉模块包括智能相机及光源；智能视觉检测模块主要对数控机床加工完成的半成品、装配完成的成品、智能打标模块标记结果是否合格进行检测，并将检测的结果通过工业互联网上传至系统信息管控模块，系统管控模块根据检测结果决定是否进行装配，及装配、标记是否合格判定，通过工业互联网调度装配工业机器人进行半成品装配，合格品通过工业互联网调度打标模块进行打标，并将最终的结果通过工业互联网供系统信息管控模块采集使用。
8.如权利要求1所述的工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统，其特征在于，所述智能打标模块主要由打标机组成。
9.如权利要求1所述的工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统，其特征在于，所述系统信息管控模块包括系统电气控制柜、人机界面、中央控制系统、智能制造MES系统软件、电子看板、云平台、CAD/CAM数字化设计模块、系统监控与信息显示、系统集成与系统总控；系统通过工业互联网，各分模块同系统信息管理控制模块做数据交换，起到监控并协调管理各分站模块按流程作业的功能。
10.如权利要求1所述的工业互联网+智能制造技术融合生产与综合实训系统，其特征在于，所述网关调试模块包括网关安装网架、工业互联网网关、服务器、网络集成测试工具；通过工业互联网集成测试工具进行互联网的安装、检测及调试，搭建一个功能完备的工业互联网，并通过管控软件开展包括网络连接、设置、测试、功能调试的实训项目。
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