CN112684770A

CN112684770A - 可编组式的数字化生产工作站

Info

Publication number: CN112684770A
Application number: CN202011562943.5A
Authority: CN
Inventors: 马靖; 蒋增强; 鄂明成; 李琦; 王译晨
Original assignee: Beijing Jiaotong University
Current assignee: Beijing Jiaotong University
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2021-04-20
Anticipated expiration: 2040-12-25
Also published as: CN112684770B

Abstract

本申请提出一种可编组式的数字化生产工作站，涉及机电产品制造设备技术领域，包括：物理编组装置，用于根据作业场景类型和工艺复杂度进行自定义可变编组，生成不同形式的产线；信息编组终端，用于根据不同的工艺要求与工作站中所涉及的动态制造要素集进行数字化场景定义，并控制产线运行。本发明解决了传统一体式流水线通用化与模块化程度低、功能用途少、可重构能力弱、投资成本高等技术问题，从机械与电气结构上实现了可模块化、可编组化及多用途化，从运行上实现了数字化与精益有效融合，实现了精益工作站数字化定义和精益产线数字化重构。

Description

可编组式的数字化生产工作站

技术领域

本申请涉及机电产品制造设备技术领域，尤其涉及一种可编组式的数字化生产工作站。

背景技术

目前，快速发展的科学技术和激烈的市场竞争环境导致产品生命周期的缩短和需求量的变动，这就要求企业在保证产品质量和创新性的同时，能够具备更高的生产柔性，从而缩短新产品上线生产准备时间和适应变批量生产需求波动，以达到降低生产成本和提高企业效益的目的。目前，传统的固定式流水线生产系统已经不能适应较短的产品生命周期约束下的多品种变批量生产需求，主要体现在以下几点：

第一，当前采用整体固定式流水线布局方式，产品工艺路线相对比较固定，虽然生产效率高，且能够实现相同或相似产品簇的混流生产，但对于工艺复杂度高且工艺差异较大的新产品，则整体固定式流水线需要更长的生产切换时间或需要构建新的流水线生产系统；其次，整体固定式流水线对于工艺简单或变批量的产品生产则会导致更多制造资源的浪费(如人力资源、车间面积资源、流水线体资源等)。

第二，整体固定式流水线生产系统一次性投入成本高，且部分设施通用化模块化程度较低，无法拆分后重新按照工艺需求进行编组或作为其他用途独立使用(如手工装配工位通用化程度较低，不能进行多工位编组协同作业；流水线体不能拆分后进行可变编组使用；线边物料架不能集中编组作为物料超市使用等)。因此，流水线生产系统中部分生产设施的可再利用性和利用率不高；

第三，大部分整体固定式流水线生产系统中过分强调单纯应用先进技术提高系统的柔性与其他智能化特性，但是往往存在投入成本高、投资效果差、投资收益小等情况。而单纯利用精益方法提高系统柔性又存在由于人员因素导致的效果反弹情况。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种可编组式的数字化生产工作站，解决了传统一体式流水线通用化与模块化程度低、功能用途少、可重构能力弱、投资成本高等技术问题，从机械与电气结构上实现了可模块化、可编组化及多用途化，从运行上实现了数字化与精益有效融合，实现了精益工作站数字化定义和精益产线数字化重构。

为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种可编组式的数字化生产工作站，包括：

物理编组装置，用于根据作业场景类型和工艺复杂度进行自定义可变编组，生成不同形式的产线；

信息编组终端，用于根据不同的工艺要求与工作站中所涉及的动态制造要素集进行数字化场景定义，并控制所述产线运行。

优选的，所述物理编组装置包括模块化可编组台体机构和多用途分离式台架机构；

所述模块化可编组台体机构，用于从整体上支撑不同生产工艺流程和布局类型下的多工作站结构化编组；

所述多用途分离式台架机构与所述模块化可编组台体机构在机械和电气结构上保持独立性，用于部署生产所需部分制造要素，与所述模块化可编组台体机构进行组合后作为一个工作站整体参与生产线编组、或与所述模块化可编组台体机构分离后进行独立编组使用。

优选的，所述模块化可编组台体机构，包括：模块化可编组物流机构、可调节台面机构和模块化可编组支架，所述模块化可编组支架的上部设置所述模块化可编组物流机构和所述可调节台面机构；

所述模块化可编组物流机构，用于根据所述作业场景类型进行物流编组；

所述可调节台面机构，用于在多工作站编组应用或单工作站非编组独立应用作业场景下，提供可调节台面作业区域。

优选的，所述模块化可编组物流机构包括：正向物流机构和反向物流机构；

所述正向物流机构，用于物流正向传输；

所述反向物流机构，用于物流反向传输。

优选的，所述模块化可编组物流机构包括：模块化输送装置和驱动装置；

所述模块化输送装置和所述驱动装置通过物理拟合进行连接和编组。

优选的，所述信息编组终端包括：数字化网络物理终端；

所述数字化网络物理终端，用于获取不同作业场景下的工作站运行过程中所参与制造要素的实时状态。

优选的，所述信息编组终端还包括：数字化精益融合终端，所述数字化精益融合终端包括：数字化精益作业场景定义器、数字化精益作业场景管控器和多工作站协同模式下的数字化精益编组器；

所述数字化精益作业场景定义器，用于将精益作业方法与所述数字化网络物理终端所组成的数字化网络物理环境进行映射或融合，并在所述映射或融合上针对不同的产品工艺及生产约束，进行数字化精益作业场景定义；

所述数字化精益作业场景管控器，用于接收所述数字化网络物理终端传递的场景实时运行状态，并根据所述精益作业场景定义对应的规则进行监控；

所述数字化精益编组器，用于与其他工作站进行数字化编组与精益协同生产。

优选的，所述数字化精益作业场景定义器、所述数字化精益作业场景管控器和所述多工作站协同模式下的数字化编组器设置在所述多用途分离式台架机构的工控终端上。

优选的，所述多用途分离式台架机构根据所述信息编组终端和制造要素的安装或存放规模进行预设范围内的自适应调整。

优选的，所述数字化网络物理终端由采集各种制造要素实时状态的物联网终端组成。

本发明有益效果：本申请实施例的可编组式的数字化生产工作站，通过物理编组装置，用于根据作业场景类型和工艺复杂度进行自定义可变编组，生成不同形式的产线；信息编组终端，用于根据不同的工艺要求与工作站中所涉及的动态制造要素集进行数字化场景定义，并控制产线运行。由此，解决了传统一体式流水线通用化与模块化程度低、功能用途少、可重构能力弱、投资成本高等技术问题，从机械与电气结构上实现了可模块化、可编组化及多用途化，从运行上实现了数字化与精益有效融合，实现了精益工作站数字化定义和精益产线数字化重构。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例所提供的一种可编组式的数字化生产工作站的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种可编组式的数字化生产工作站的结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种可编组式的数字化生产工作站的结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种可编组式的数字化生产工作站的结构示意图；

图5为本申请中一个示例的可编组式的数字化生产工作站的主体结构示意图；

图6是本申请一个示例的可编组式的数字化生产工作站编组示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述本申请实施例的可编组式的数字化生产工作站。

图1为本申请实施例一所提供的一种可编组式的数字化生产工作站的结构示意图。

如图1所示，该可编组式的数字化生产工作站包括：物理编组装置01和信息编组终端。

其中，物理编组装置01，用于根据作业场景类型和工艺复杂度进行自定义可变编组，生成不同形式的产线，实现工作站机械与电气结构可编组。

信息编组终端02，用于根据不同的工艺要求与工作站中所涉及的动态制造要素集进行数字化场景定义，并控制产线运行，具备对工作站中的制造要素进行精益场景组态、精益场景感知与精益场景管控，实现数字化精益定义生产工作站，同时每个工作站自働化终端之间能够组网协同，实现数字化精益定义产线。

在本申请实施例中，作业场景类型指的是不同的生产模式，如固定式工位生产模式、流水线生产模式、脉动式生产模式等。

在本申请实施例中，工艺复杂度指的是完成规定的生产工艺(工序数量及作业内容多少)及目标(如产能、节拍)要求下所需的工作站的数量。

举例而言，作业场景类型为流水线生产模式，工艺复杂度为在80秒/件的生产节拍要求下，完成单个产品的生产需要625秒，则需要8个工作站进行编组生产，根据作业场景类型为流水线生产模式，工艺复杂度为8个工作站进行自定义可变编组生成环形生产线、直线型、U型线等不同形式的产线。

在本申请实施例中，工艺要求指的是作业流程与作业规范。

在本申请实施例中，工作站中所涉及的动态制造要素集指的是人、机、料、法、环。

举例而言，在环形布局形式的流水线生产模式下，按照作业指导书上的作业流程与作业规范，将8个工作站中所涉及的人员、物料、设备等制造要素，通过数字化技术进行装备，使其具备数字化能力，在此基础上完成不同工作站数字化场景的定义与产线运行控制。在本申请实施例中，在图1的基础上，如图2所示，物理编组装置01包括模块化可编组台体机构011和多用途分离式台架机构012。

模块化可编组台体机构011，用于从整体上支撑不同生产工艺流程和布局类型下的多工作站结构化编组。

多用途分离式台架机构012与模块化可编组台体机构011在机械和电气结构上保持独立性，用于部署生产所需部分制造要素，与模块化可编组台体机构011进行组合后作为一个工作站整体参与生产线编组、或与模块化可编组台体机构011分离后进行独立编组使用。

在本申请实施例中，在图2的基础上，如图3所示，模块化可编组台体机构011，包括：模块化可编组物流机构0111、可调节台面机构0112和模块化可编组支架0113，模块化可编组支架0113的上部设置所述模块化可编组物流机构0111和可调节台面机构0112。

在本申请实施例中，模块化可编组物流机构0111，用于根据作业场景类型进行物流编组。

可调节台面机构0112，用于在多工作站编组应用或单工作站非编组独立应用作业场景下，提供可调节台面作业区域。

在本申请实施例中，模块化可编组物流机构0111包括：正向物流机构和反向物流机构；正向物流机构，用于物流正向传输；反向物流机构，用于物流反向传输。

在本申请实施例中，模块化可编组物流机构0111包括：模块化输送装置和驱动装置；模块化输送装置和驱动装置通过物理拟合进行连接和编组。

具体地，模块化可编组物流机构0111、可调节台面机构0112主要提供物流及工作台面功能，其中，具备物流正向传输与反向回流功能，具有动力和非动力双重物流特性。

在本申请实施例中，在图2的基础上，如图4所示，信息编组终端02包括：数字化网络物理终端021和数字化精益融合终端022，数字化网络物理终端021，用于获取不同作业场景下的工作站运行过程中所参与制造要素的实时状态。

在本申请实施例中，数字化精益融合终端022包括：数字化精益作业场景定义器、数字化精益作业场景管控器和多工作站协同模式下的数字化精益编组器。

其中，数字化精益作业场景定义器，用于将精益作业方法与数字化网络物理终端所组成的数字化网络物理环境进行映射或融合，并在映射或融合上针对不同的产品工艺及生产约束，进行数字化精益作业场景定义。

数字化精益作业场景管控器，用于接收数字化网络物理终端传递的场景实时运行状态，并根据精益作业场景定义对应的规则进行监控。

数字化精益编组器，用于与其他工作站进行数字化编组与精益协同生产。

在本申请实施例中，多用途分离式台架机构根据信息编组终端和制造要素的安装或存放规模进行预设范围内的自适应调整。

在本申请实施例中，数字化网络物理终端021由采集各种制造要素实时状态的物联网终端组成。

举例而言，数字化网络物理终端021由物料类感知终端、生产工具类感知终端、作业人员类感知终端、生产方法类感知终端、生产结果类感知终端和其他辅助感知终端组成。

图5为本申请中一个示例的可编组式的数字化生产工作站的主体结构示意图。

在本申请的一个实施例中，可调节台面机构0112可以根据作业场景需求进行灵活切换，在可编组式的数字化生产工作站独立使用时，可以通过可调节台面机构0112覆盖到模块化可编组物流机构0111的上方，为生产作业提供作业平面。在多个可编组式的数字化生产工作站编组使用时，可以通过可调节台面机构0112与模块化可编组物流机构0111分离，为生产作业提供与物流传输分离的工作支撑平面，或者可以通过可调节台面机构0112收缩起来，作业人员直接在模块化可编组物流机构0111的可作业平面上或模块化可编组物流机构0111上的在制品托盘上进行作业。

在本申请的一个实施例中，多用途分离式台架机构012能够为信息编组终端02和其他工作站制造要素提供固定或安装主体，能够与模块化可编组台体机构011进行组合后作为一个生产工作站整体参与生产线编组，也可与模块化可编组台体机构011拆分后作为其他用途独立编组使用。多用途分离式台架机构012能够根据信息编组终端02和制造要素的安装规模进行一定范围内的自适应调整。

在本申请的一个实施例中，多用途分离式台架机构012根据制造要素的存放规模，从三坐标尺寸方向(0121,0122,0123)和台架层数维度进行适应性调整，并编组为一个普通的线边轻型物料存放超市或一个轻型小规模的物料存放仓库；如果安装与物料存储和分拣作业相匹配的信息编组终端02，则可编组为一个融合精益防错方法的数字化线边物料存放超市或一个轻型小规模的数字化物料存放仓库。

在本申请的一个实施例中，多用途分离式台架机构012与模块化可编组台体机构011组合成整个物理编组装置01，多用途分离式台架机构012能够提供可编组式的数字化生产工作站作业所需的制造要素和数字化终端安装或存放所需的安装主体。

在本发明的一个实施例中，在多个可编组式的数字化生产工作站组成的直线形布局中，可以使用模块化可编组台体机构011的正向物流机构的动力或非动力物流功能进行正向传输，而回流功能则在反向物流机构的支撑下，依靠托盘或物料重力特性实现，同时也可以采用反向物流机构的动力功能进行回流。在实现直线形生产线物理编组的基础上，通过数字化网络物理终端021和数字化精益融合终端022实现场景化信息编组与协同生产。

在本申请的一个实施例中，在多个可编组式多用途数字化精益生产工作站1组成的环形布局中，可编组式模块化台体机构011的正向物流机构01111可以依靠环形布局同时承担正向物流传输和反向回流功能，当然也可以激活可编组式模块化台体机构011的反向物流机构01112的动力功能执行反向物流功能。在实现环形生产线物理编组的基础上，通过数字化网络物理终端021和数字化精益融合终端022实现场景化信息编组与协同生产。

在本发明的一个实施例中，在多个可编组式的数字化生产工作站组成的U型布局中，可以使用模块化可编组台体机构011的正向物流机构的动力或非动力物流功能进行正向传输，而回流功能则在反向物流机构的支撑下，采用反向物流机构的动力功能进行回流。在实现U形生产线物理编组的基础上，通过数字化网络物理终端021和数字化精益融合终端022实现场景化信息编组与协同生产。

本申请实施例的可编组式的数字化生产工作站，通过物理编组装置，用于根据作业场景类型和工艺复杂度进行自定义可变编组，生成不同形式的产线；信息编组终端，用于根据不同的工艺要求与工作站中所涉及的动态制造要素集进行数字化场景定义，并控制产线运行。由此，解决了传统一体式流水线通用化与模块化程度低、功能用途少、可重构能力弱、投资成本高等技术问题，从机械与电气结构上实现了可模块化、可编组化及多用途化，从运行上实现了数字化与精益有效融合，实现了精益工作站数字化定义和精益产线数字化重构。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种可编组式的数字化生产工作站，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述可编组式的数字化生产工作站，其特征在于，所述物理编组装置包括模块化可编组台体机构和多用途分离式台架机构；

3.如权利要求2所述可编组式的数字化生产工作站，其特征在于，所述模块化可编组台体机构，包括：模块化可编组物流机构、可调节台面机构和模块化可编组支架，所述模块化可编组支架的上部设置所述模块化可编组物流机构和所述可调节台面机构；

4.如权利要求3所述可编组式的数字化生产工作站，其特征在于，所述模块化可编组物流机构包括：正向物流机构和反向物流机构；

所述正向物流机构，用于物流正向传输；

所述反向物流机构，用于物流反向传输。

5.如权利要求3所述可编组式的数字化生产工作站，其特征在于，所述模块化可编组物流机构包括：模块化输送装置和驱动装置；

6.如权利要求1所述可编组式的数字化生产工作站，其特征在于，所述信息编组终端包括：数字化网络物理终端；

7.如权利要求6所述可编组式的数字化生产工作站，其特征在于，所述信息编组终端还包括：数字化精益融合终端，所述数字化精益融合终端包括：数字化精益作业场景定义器、数字化精益作业场景管控器和多工作站协同模式下的数字化精益编组器；

8.如权利要求7所述可编组式的数字化生产工作站，其特征在于，

所述数字化精益作业场景定义器、所述数字化精益作业场景管控器和所述多工作站协同模式下的数字化编组器设置在所述多用途分离式台架机构的工控终端上。

9.如权利要求8所述可编组式的数字化生产工作站，其特征在于，

所述多用途分离式台架机构根据所述信息编组终端和制造要素的安装或存放规模进行预设范围内的自适应调整。

10.如权利要求6所述可编组式的数字化生产工作站，其特征在于，

所述数字化网络物理终端由采集各种制造要素实时状态的物联网终端组成。