CN114488982B - 一种基于5g通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，涉及定子铁芯叠装领域，包括以下步骤，边缘计算数据中心接收产品切换生产任务，自动匹配叠片主控系统程序和机器人自动叠装程序，确定待叠装系统编号，通过选定的程序和信息下达至主控系统和机器人控制器；程序自动更新后，自动进行叠片生产；任务完成，将任务完成信息和设备系统状态信息上传至边缘计算数据中心，边缘计算数据中心将任务完成信息和设备系统状态信息发送给制造运营管理系统，等待下一次任务的步骤，通过该方法可周期短，成本低的进行叠片，利用5G网络提高的低时延、高速率以及强大的边缘计算能力，完成以5G边缘计算实现柔性化自动叠片。
Description
技术领域
本发明涉及定子铁芯叠装领域，特别涉及基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法。
背景技术
定子铁芯叠装是电机制造的核心环节之一，随着市场的个性化定制需求不断攀升，叠装布局需要方便调整，叠装产品能够快速切换。铁芯叠装实现柔性化自动化生产，不仅能提高设备资源利用率，降低生产成本，更能全面提升生产效率。
自动叠装系统普遍以主控PLC（可编程逻辑控制器）为控制中心，集成执行机构（机器人、夹具）、上料机构、视觉检测系统、叠装定位工装、安全防护及传感等多个子系统，组成一个自动化单元。再采用传统有线布局网络的方式，连接其他车间级或企业级制造系统。
国内已有较多自动化叠片装置或产线，但甚少考虑柔性化生产，目前尚未有基于5G边缘计算实现柔性化自动叠片的方法。
要实现柔性化高效率、全流程自动化叠片，现有技术方案存在以下不足：现有模式无法快速自动进行产品切换程序更新，要叠装不同产品，需重新开发、现场更新、编辑调试系统程序，周期长，成本高；系统由人工维护和备份，容易造成人为失误，遗漏更新或误删、误改系统备份，影响生产效率；现有技术方案，只完成了叠片重复动作的自动化，但生产任务及物料配送仍需人工完成，序间流程还未实现自动化；生产工艺布局无法灵活调整，传统有线方式无法快速重构叠片系统网络，需要重新布线，周期长，成本高。
现有技术中提出有公开号CN113031536A，公开日为2021年6月25日的中国发明专利文献，该专利文献所公开的技术方案如下：
该申请公开了一种基于5G架构的柔性制造产品加工系统，包括云计算平台、加工切片平台制造系统、过程监控切片平台制造系统和机械系统；云计算平台用于分别为加工切片平台制造系统和过程监控切片平台制造系统提供资源；加工切片平台制造系统用于利用云计算平台提供的资源制造加工切片平台；过程监控切片平台制造系统用于利用云计算平台提供的资源制造过程监控切片平台；机械系统通过5G网络分别与云计算平台、加工切片平台和过程监控切片平台相连接。该申请的系统能够充分利用5G网络提高的低时延、高速率以及强大的边缘计算能力，将生产的机械生产和加工控制进行分离，从而实现基于5G网络架构的满足多种产品生产要求的柔性制造加工方式。
上述技术提供了一种基于5G架构的柔性制造产品加工系统，通过该系统能够充分利用5G网络提高的低时延、高速率以及强大的边缘计算能力，将生产的机械生产和加工控制进行分离，从而实现基于5G网络架构的满足多种产品生产要求的柔性制造加工方式，不过上述技术难以适用于定子铁芯叠装领域，无法满足产品快速切换和工艺布局调整的柔性化需求，并未解决现有模式无法快速自动进行产品切换程序更新，要叠装不同产品，需重新开发、现场更新、编辑调试系统程序，周期长，成本高的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，满足产品快速切换和工艺布局调整的柔性化需求,实现基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，包括以下几个步骤：
S1、边缘计算数据中心接收产品切换生产任务，根据待叠装产品类型和设备使用状态，自动匹配叠片主控系统程序和机器人自动叠装程序，确定待叠装系统编号；
S2、通过5G通信将选定的叠片主控系统程序、生产任务信息和机器人自动叠装程序下达至主控系统和机器人控制器；
S3、主控系统中的主控系统程序和机器人控制器中的机器人自动叠装程序自动更新后，根据叠片任务，自动进行叠片生产；
S4、叠片任务完成，将任务完成信息和设备系统状态信息通过主控系统上传至边缘计算数据中心，边缘计算数据中心将任务完成信息和设备系统状态信息发送给制造运营管理系统，等待下一次任务。
进一步的，所述S3的叠片生产过程中，主控系统将叠片信息实时推送给边缘数据中心。
进一步的，所述叠片信息包括叠片状态、突发故障和任务完成情况。
进一步的，所述S3的叠片生产过程中，有缺料的情况发生时，缺料信息通过主控系统上传至边缘计算数据中心，再由边缘计算数据中心发送给物料调度系统。
进一步的，所述边缘计算数据中心与物料调度系统通过5G通信连接。
进一步的，所述边缘计算数据中心中包括两个数据库，分别用于主控系统程序的备份更新管理和机器人自动叠装程序的备份更新管理。
进一步的，所述数据库均设有有效区和历史区，以最新更新的唯一版本放入有效区，执行数据下发，每次更新后，系统自动备份版本放入历史区。
进一步的，所述边缘计算数据中心进行系统程序的定期日常备份和临时优化更改。
进一步的，所述产品切换生产任务由制造运营管理系统下发给边缘计算数据中心。
进一步的，所述边缘计算数据中心与制造运营管理系统通过5G通信连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、本发明提供一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，基于5G通信和边缘计算数据中心，实现柔性化自动化叠片的方法及信息交互流程；利用5G专网的边缘计算技术，自动叠装系统建立边缘计算数据中心，自动匹配叠片主控系统程序和机器人自动叠装程序，确定待叠装系统编号，完成自动叠装的柔性化生产，不需要重新开发、现场更新、编辑调试系统程序的繁琐步骤，具有周期短，成本低的特点，充分利用5G网络低时延、大带宽的特性，通过边缘计算数据中心，减少传输层级，提高传输效率，保证快速准确匹配叠装系统编号，并更新系统程序，满足产品快速切换需求，完成以5G边缘计算实现柔性化自动叠片，通过与制造运营管理系统的直接交互，提高生产效率，提高生产任务传输效率和传达的准确性。
2、本发明中，所述S3的叠片生产过程中，主控系统将叠片信息实时推送给边缘数据中心，实时进行任务监督，把握任务进度，保证叠片质量，出现突发故障时，能及时止损或解决，能增加系统的运行稳定性，减少生产时的失误，提高生产效率。
3、本发明中，根据实际使用情况，所述叠片信息包括叠片状态、突发故障和任务完成情况，来把握任务进度，保证叠片质量，防止出现突发故障。
4、本发明中，S3的叠片生产过程中，有缺料的情况发生时，缺料信息通过主控系统上传至边缘计算数据中心，再由边缘计算数据中心发送给物料调度系统，通过状态监控与物料配送调度系统，完成物料的自动配送，提高生产效率，满足叠片序间自动衔接，打通了自动叠装系统与物料系统的信息流，不再是自动单元或产线单个工序的产品切换，而是全流程的柔性化自动化叠装，为进一步实现无人化车间和黑灯工厂提供支撑。
5、本发明中，边缘计算数据中心与物料调度系统通过5G通信连接，充分利用5G网络低时延、大带宽的特性，通过边缘计算数据中心，减少传输层级，提高传输效率，保证信息传输的快速准确。
6、本发明中，边缘计算数据中心中包括两个数据库，分别用于主控系统程序的备份更新管理和机器人自动叠装程序的备份更新管理，对主控系统程序和机器人自动叠装程序进行分开管理，合理分类，提高系统匹配效率，防止程序下发出错，同时便于对备份的查找和修改。
7、本发明中，用于主控系统程序的备份更新管理和机器人自动叠装程序的备份更新管理的两个数据库皆设有有效区和历史区，以最新更新的唯一版本放入有效区，执行数据下发，每次更新后，系统自动备份版本放入历史区，通过设置历史区的形式将系统自动备份版本进行保存，方便历史数据查找，降低生产误差，提高生产效率。
8、本发明中，边缘计算数据中心进行系统程序的定期日常备份和临时优化更改，通过进行系统程序的定期日常备份，自动备份更新系统和程序，杜绝人为误操作造成数据丢失，保证系统程序的良好运行，提高方法的稳定性，同时可进行临时优化更改，对系统程序进行优化更改，提高边缘计算数据中心适用性，不断优化，弥补生产过程中可能出现的系统漏洞，提高叠片质量，提高生产效率，提高方法的稳定性。
9、本发明中，所述产品切换生产任务由制造运营管理系统下发给边缘计算数据中心，打通了自动叠装系统与任务系统的信息流，直接由任务分配管理系统实时下发生产任务，通过系统之间的交互，提高生产效率，提高生产任务传输效率和传达的准确性，不再是自动单元或产线单个工序的产品切换，补充完成全流程的柔性化自动化叠装，为进一步实现无人化车间和黑灯工厂提供支撑。
10、本发明中，所述边缘计算数据中心与制造运营管理系统通过5G通信连接，充分利用5G网络低时延、大带宽的特性，通过边缘计算数据中心，减少传输层级，提高传输效率，保证信息传输的快速准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1为本发明中实施例2的方法步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。
除非另外定义，本发明公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
作为本发明的一个较佳实施方式，本实施例公开一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，包括以下几个步骤：
S1、边缘计算数据中心接收产品切换生产任务，根据待叠装产品类型和设备使用状态，自动匹配叠片主控系统程序和机器人自动叠装程序，确定待叠装系统编号；
S2、通过5G通信将选定的叠片主控系统程序、生产任务信息和机器人自动叠装程序下达至主控系统和机器人控制器；
S3、主控系统和机器人控制器中的主控系统程序与机器人自动叠装程序自动更新后，根据叠片任务，自动进行叠片生产；
S4、叠片任务完成，将任务完成信息和设备系统状态信息通过主控系统上传至边缘计算数据中心，边缘计算数据中心将任务完成信息和设备系统状态信息发送给制造运营管理系统，等待下一次任务。
该实施例中基于5G通信和边缘计算数据中心，实现柔性化自动化叠片的方法及信息交互流程；利用5G专网的边缘计算技术，自动叠装系统建立边缘计算数据中心，自动匹配叠片主控系统程序和机器人自动叠装程序，确定待叠装系统编号，完成自动叠装的柔性化生产，不需要重新开发、现场更新、编辑调试系统程序的繁琐步骤，具有周期短，成本低的特点，利用5G网络低时延、大带宽的特性，通过边缘计算数据中心，减少传输层级，提高传输效率，保证快速准确匹配叠装系统编号，并更新系统程序，满足产品快速切换需求，完成以5G边缘计算实现柔性化自动叠片，同时通过5G无线终端，即插即用，免去传统有线方式布线问题，适应市场需求灵活配置布局，通过与制造运营管理系统的直接交互，提高生产效率，提高生产任务传输效率和传达的准确性。
实施例2
作为本发明的又一佳实施方式，参照说明书附图1，本实施例公开一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，包括以下几个步骤：
S1、边缘计算数据中心接收由制造运营管理系统下发的产品切换生产任务，根据待叠装产品类型和设备使用状态，自动匹配叠片主控系统程序和机器人自动叠装程序，确定待叠装系统编号；
S2、通过5G通信将选定的叠片主控系统程序、生产任务信息和机器人自动叠装程序下达至主控系统和机器人控制器；
S3、主控系统和机器人控制器中的主控系统程序与机器人自动叠装程序自动更新后，根据叠片任务，自动进行叠片生产，叠片生产过程中，主控系统将叠片状态、突发故障和任务完成情况实时推送给边缘数据中心，有缺料的情况发生时，缺料信息通过主控系统上传至边缘计算数据中心，再由边缘计算数据中心发送给物料调度系统；
S4、叠片任务完成，将任务完成信息和设备系统状态信息通过主控系统上传至边缘计算数据中心，边缘计算数据中心将任务完成信息和设备系统状态信息发送给制造运营管理系统，等待下一次任务。
所述边缘计算数据中心中包括两个数据库，分别用于主控系统程序的备份更新管理和机器人自动叠装程序的备份更新管理，数据库均设有有效区和历史区，以最新更新的唯一版本放入有效区数据库，执行数据下发，每次更新后，系统自动备份版本放入历史区数据库，边缘计算数据中心进行系统程序的定期日常备份和临时优化更改，边缘计算数据中心与物料调度系统通过5G通信连接，边缘计算数据中心与制造运营管理系统通过5G通信连接。
该实施例中，通过设置两个数据库，分别用于主控系统程序的备份更新管理和机器人自动叠装程序的备份更新管理，数据库均设有有效区和历史区，每次更新后，系统自动备份版本放入历史区，方便历史数据查找，提高装置安全性，叠片过程中，实时进行任务监督，把握任务进度，保证叠片质量，出现突发故障时，能及时止损或解决，能增加系统的运行稳定性，减少生产时的失误，提高生产效率，并通过产品切换模块与制造运营管理系统的连接，完成叠装产品任务的自动切换，进行状态监控与物料配送调度系统的连接，完成物料的自动配送，提高生产效率，满足叠片序间自动衔接，打通了自动叠装系统与任务系统、物料系统的信息流，不再是自动单元或产线单个工序的产品切换，完成全流程的柔性化自动化叠片，实现叠片全流程自动化无人化操作，为实现无人化车间和黑灯工厂提供支撑，充分利用5G网络低时延、大带宽的特性，通过边缘计算数据中心，减少传输层级，提高传输效率。
实施例3
作为本发明的另一佳实施方式，本实施例公开一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，包括以下几个步骤：
S1、边缘计算数据中心接收由制造运营管理系统下发的产品切换生产任务，根据待叠装产品类型和设备使用状态，自动匹配叠片主控系统程序和机器人自动叠装程序，确定待叠装系统编号；
S2、通过5G通信将选定的叠片主控系统程序、生产任务信息和机器人自动叠装程序下达至主控系统和机器人控制器；
S3、主控系统和机器人控制器中的主控系统程序与机器人自动叠装程序自动更新后，根据叠片任务，自动进行叠片生产，叠片生产过程中，主控系统将叠片状态和任务完成情况实时推送给边缘数据中心，有缺料的情况发生时，缺料信息通过主控系统上传至边缘计算数据中心，再由边缘计算数据中心发送给物料调度系统；
S4、叠片任务完成，将任务完成信息和设备系统状态信息通过主控系统上传至边缘计算数据中心，边缘计算数据中心将任务完成信息和设备系统状态信息发送给制造运营管理系统，等待下一次任务。
该实施例中，叠片过程中，实时进行任务监督，把握任务进度，保证叠片质量，能增加系统的运行稳定性，提高生产效率，通过产品切换模块与制造运营管理系统的连接，完成叠装产品任务的自动切换，进行状态监控与物料配送调度系统的连接，完成物料的自动配送，提高生产效率，满足叠片序间自动衔接，打通了自动叠装系统与任务系统、物料系统的信息流，不再是自动单元或产线单个工序的产品切换，完成全流程的柔性化自动化叠片，实现叠片全流程自动化无人化操作，为实现无人化车间和黑灯工厂提供支撑。
实施例4
作为本发明的又一佳实施方式，本实施例公开一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，包括以下几个步骤：
S1、边缘计算数据中心接收产品切换生产任务，根据待叠装产品类型和设备使用状态，自动匹配叠片主控系统程序和机器人自动叠装程序，确定待叠装系统编号；
S2、通过5G通信将选定的叠片主控系统程序、生产任务信息和机器人自动叠装程序下达至主控系统和机器人控制器；
S3、主控系统和机器人控制器中的主控系统程序与机器人自动叠装程序自动更新后，根据叠片任务，自动进行叠片生产，叠片生产过程中，主控系统将叠片状态、突发故障和任务完成情况实时推送给边缘数据中心；
S4、叠片任务完成，将任务完成信息和设备系统状态信息通过主控系统上传至边缘计算数据中心，边缘计算数据中心将任务完成信息和设备系统状态信息发送给制造运营管理系统，等待下一次任务；
所述边缘计算数据中心中包括两个数据库，分别用于主控系统程序的备份更新管理和机器人自动叠装程序的备份更新管理，边缘计算数据中心与物料调度系统通过5G通信连接，边缘计算数据中心与制造运营管理系统通过5G通信连接。
该实施例中，通过设置两个数据库，分别用于主控系统程序的备份更新管理和机器人自动叠装程序的备份更新管理，对主控系统程序和机器人自动叠装程序进行分开管理，合理分类，提高系统匹配效率，防止程序下发出错，同时便于对备份的查找和修改，提高装置安全性，并通过产品切换模块与制造运营管理系统的连接，完成叠装产品任务的自动切换，打通了自动叠装系统与任务系统的信息流，对全流程的柔性化自动化叠片进行，为实现无人化车间和黑灯工厂提供支撑，充分利用5G网络低时延、大带宽的特性，通过边缘计算数据中心，减少传输层级，提高传输效率。
实施例5
作为本发明的又一佳实施方式，本实施例公开一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，包括以下几个步骤：
S1、边缘计算数据中心接收产品切换生产任务，根据待叠装产品类型和设备使用状态，自动匹配叠片主控系统程序和机器人自动叠装程序，确定待叠装系统编号；
S2、通过5G通信将选定的叠片主控系统程序、生产任务信息和机器人自动叠装程序下达至主控系统和机器人控制器；
S3、主控系统和机器人控制器中的主控系统程序与机器人自动叠装程序自动更新后，根据叠片任务，自动进行叠片生产，叠片生产过程中，有缺料的情况发生时，缺料信息通过主控系统上传至边缘计算数据中心，再由边缘计算数据中心发送给物料调度系统；
S4、叠片任务完成，将任务完成信息和设备系统状态信息通过主控系统上传至边缘计算数据中心，边缘计算数据中心将任务完成信息和设备系统状态信息发送给制造运营管理系统，等待下一次任务；
所述边缘计算数据中心与物料调度系统通过5G通信连接，边缘计算数据中心与制造运营管理系统通过5G通信连接。
该实施例中，通过边缘计算数据中心与物料配送调度系统的连接，完成物料的自动配送，提高生产效率，满足叠片序间自动衔接，打通了自动叠装系统与物料系统的信息流，补充柔性化自动化叠片的补料流程，为实现无人化车间和黑灯工厂提供支撑，边缘计算数据中心与制造运营管理系统通过5G通信连接，充分利用5G网络低时延、大带宽的特性，通过边缘计算数据中心，减少传输层级，提高传输效率，提高生产效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
S1、边缘计算数据中心接收产品切换生产任务，根据待叠装产品类型和设备使用状态，自动匹配叠片主控系统程序和机器人自动叠装程序，确定待叠装系统编号；
S2、通过5G通信将选定的叠片主控系统程序、生产任务信息和机器人自动叠装程序下达至主控系统和机器人控制器；
S3、主控系统和机器人控制器中的主控系统程序与机器人自动叠装程序自动更新后，根据叠片任务，自动进行叠片生产；
S4、叠片任务完成，将任务完成信息和设备系统状态信息通过主控系统上传至边缘计算数据中心，边缘计算数据中心将任务完成信息和设备系统状态信息发送给制造运营管理系统，等待下一次任务。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，其特征在于，所述S3的叠片生产过程中，主控系统将叠片信息实时推送给边缘数据中心。
3.根据权利要求2所述的一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，其特征在于，所述叠片信息包括叠片状态、突发故障和任务完成情况。
4.根据权利要求1所述的一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，其特征在于，所述S3的叠片生产过程中，有缺料的情况发生时，缺料信息通过主控系统上传至边缘计算数据中心，再由边缘计算数据中心发送给物料调度系统。
5.根据权利要求4所述的一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，其特征在于，所述边缘计算数据中心与物料调度系统通过5G通信连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，其特征在于，所述边缘计算数据中心中包括两个数据库，分别用于主控系统程序的备份更新管理和机器人自动叠装程序的备份更新管理。
7.根据权利要求6所述的一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，其特征在于，所述数据库均设有有效区和历史区，以最新更新的唯一版本放入有效，执行数据下发，每次更新后，系统自动备份版本放入历史区。
8.根据权利要求1所述的一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，其特征在于，所述边缘计算数据中心进行系统程序的定期日常备份和临时优化更改。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，其特征在于，所述产品切换生产任务由制造运营管理系统下发给边缘计算数据中心。
10.根据权利要求1所述的一种基于5G通信和边缘计算的柔性化自动化叠片方法，其特征在于，所述边缘计算数据中心与制造运营管理系统通过5G通信连接。
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