CN115052709A - 用于产品加工的车间 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于产品管理的车间(1)，该车间提供了多个工作区(10)，每个工作区由围墙(12)界定。每个工作区(10)具有至少一个用于移动和搬运产品的机器人单元(16)。工作区(10)通过至少一个架空传送单元(30)连接在一起，该至少一个架空传送单元用于将产品从一个工作区(10)传送到另一个工作区。该车间高效、可靠、通用且安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于产品管理的车间，该车间可用于不同的行业并设计用于不同的目的，例如部件加工或产品本身的储运。
背景技术
本发明涉及一种用于产品管理的高度自动化的模块式车间，该车间可以通过软件来管理。
由软件管理的高度自动化的模块式生产车间是众所周知的。
美国专利申请US2004/0255449示出了一种可重新配置的集成生产系统。
该系统包括多个生产单元，每个生产单元与加工过程的至少一个步骤相关联。
工件在每个单元内移动，并在单元之间传送。
此类系统通常在结构和功能上很复杂。
此外，此类系统体积庞大，并且出于安全原因，不允许加工操作人员在各个单元之间移动。
发明内容
本发明的一个目的是改进目前的生产车间和用于产品管理的通常自动化的车间，以便克服现有技术的上述限制。
本发明的另一个目的是提供一种用于产品管理的自动化模块式车间，该车间的组织方式使得去除某个模块工作区不会损害到生产流程，并且引入一个新的工作区也不需要对该车间进行重新配置。
本发明的另一个目的是提供一种用于产品管理的自动化模块式车间，该车间可靠且通用，并能够适应不同的生产需求。
本发明的另一个目的是提供一种用于产品管理的自动化模块式车间，尤其是提供一种用于小批量或以单个部件(单件流)的方式加工部件的车间。
本发明的另一个目的是提供一种用于产品管理的自动化模块式车间，其中进入该车间的操作人员的工作在功能上与自动化生产循环相结合。
本发明的另一个目的是提供一种用于产品管理的自动化模块式车间，其中进入该自动化模块式车间的操作人员的安全得到了保证。
本发明的另一个目的是提供一种用于产品管理的自动化模块式车间，其中机器易于维护和修理。
本发明的这些目的通过根据权利要求1所述的用于产品管理的车间来实现。
附图说明
为了更好地理解本发明，下面给出了其一个非限制性示例性实施方案的描述，如附图所示，其中：
图1是管理车间的平面图；
图2是管理车间的模块单元的透视图；
图3是图2中的模块单元的平面图；
图4是管理车间的多个模块单元的透视图；
图5是图4中的模块单元的平面图；
图6是以模块单元为特征的装置的透视图；
图7是图6中示出的装置的平面图；
图8是图6的一个细节；
图9是图6的另一个细节；
图10是模块单元中使用的一个部件的透视图；
图11是图10中的部件的另一个视角的透视图；
图12是车间的模块单元的另一个实施方案；
图13是图12中的模块单元的平面图；
图14是图13的一个细节；
图15是图12的一个细节；
图16是车间中使用的装置的透视图；
图17是图16中的装置的另一个视图；
图18是图16中的装置的平面图。
具体实施方式
现在结合附图公开了一种用于产品管理的模块式车间1，其在图1中示出。车间1可以以完全自动化或部分自动化的方式工作，尤其是，将分析用于通过从杆料上去除碎屑的操作来小批量或以单个部件(单件流)的方式加工机械部件的车间1的一个实施方案。
模块式车间1的基座单元包括由围墙12界定的工作区10，围墙12中的至少一个围墙设有至少一个入口14，用于进入模块式车间1。在图2和图3的实施方案中，这些围墙界定了正方形的工作区10。还可以采用诸如光电屏障等的虚拟替代品、激光扫描仪或物理和虚拟边界的组合来界定工作区10。
车间1由多个工作区10组成。在图4和图5中，车间1的一部分示出为包括四个彼此靠近组装的工作区10。在两个工作区10之间形成有运输通道22。
每个工作区10包含至少一个机器人单元16，并且通过至少一个自动化架空传送单元30与至少一个相邻的其他工作区10连通，该机器人单元用于移动和搬运正被加工的机械部件和加工所需的物品，该自动化架空传送单元设置在工作区10的分隔围墙12上方，并且经过两个不同工作区10之间的通道22上方。
可能地，在同一工作区10中可以安装一个以上的架空传送单元30，以将多个工作区10连接在一起。例如，在图2和图3所示的工作区10中有四个架空传送单元30，各自设置在正方形工作区10的相应侧，垂直设置在工作区10的分隔围墙12上方。
参考图4和图5，在工作区10内还可以有机械部件的加工工位18，该加工工位与机器人单元16操作关联。
每个工作区10都设有控制面板24，用于操作工作区10中的电气单元(例如，机器人单元16、加工工位18、架空传送单元30等)。
此外，每个工作区10连接到用于供应能量、空气、流体和数据的供应管线26。在图2的实施方案中，供应管线26设置在工作区10上方，并且沿着由分隔围墙12界定的周界延伸。还可以有供应管线26的位置的其他可能的解决方案。
工作区10还可以包含附图中未示出的内部储存单元，这些储存单元适于容纳正被加工的产品或加工所需的物品。工作区10还可以包含可移动的防护装置，这些可移动的防护装置适于将工作区10划分成不同的分区。以这种方式，操作人员可以非常安全地进入到工作区10的其中一个隔离分区内，而不必停止该工作区10中的其他分区的生产循环。
在图6至图9中，示出了自动化架空传送单元30。每个架空传送单元30由支架28支撑。在附图所示的实施方案中，支架28固定到传送单元30连通的每个工作区10的内地板上。支架28还可以固定到容纳车间1的结构的天花板上或者固定到围墙12上，只要它们是实体的。
架空传送单元30包括箱形外壳31。在所示实施方案中，外壳31没有顶面。在面向由架空传送单元30连接的工作区10的侧面32、33上分别设有开口34、35，这些开口是允许机器人单元16搬运在架空传送单元30上传送的机械部件和加工所需的物品所必需的。
在由箱形外壳31限定的空腔内有一个固定引导装置36，在所示的实施方案中，该引导装置界定了一个椭圆形的回路。还可以采用不同形状的引导装置36。
多个传送板38沿着固定引导装置36循环移动：机器人搬运单元16将待传送的物品放置在传送板38上，并且一旦物品被传送到所需的工作区10，就从传送板38拾取待传送的物品。传送板38连接到锚定系统(为了简单起见，这些锚定系统未在附图中示出)，并且由一个或多个牵引组39移动。
图10和图11示出了传送板38的一个实施方案。传送板的上表面41包括耦接元件42、43、44，这些耦接元件设计成用于接收需要从车间1内的一个工作区10传送到另一个工作区的每种类型的物品或产品。耦接元件42、43、44必须确保物品在沿着固定引导装置36移动的过程中的方向和稳定性。
中心底座42成形为接收托盘，杆件被夹紧在托盘上，必须在不同的工作区10加工杆件，以形成机械部件成品。在图9中，在开口34附近示出了传送板38和带有正被加工的部件的托盘之间的耦接。另一方面，侧底座43成形为用于接收加工所需的其他物品(例如，工作工具)。另一方面，柱销44执行保持用于机器人和容纳例如废料、碎屑、碎片等的盒子的夹爪的任务。
传送板38的下表面45包括耦接元件47，用于与固定引导装置36耦接，该固定引导装置装配到固定在下表面45上的支撑件46。在图11所示的实施方案中，有四个圆柱形的耦接元件47，其上设有环形凹槽48，这些环形凹槽适于与固定引导装置36的侧部接触。由于有耦接元件47，当传送板38被牵引组39沿着固定引导装置36移动时，传送板38稳定地保持在适当的位置，以便确保机械部件或加工所需的物品能够正确传送。
工作区10还可以提供一个交换工位50，用于与外界交换物品，该交换工位设置在其中一个围墙12附近。图12至图15示出了设置有交换工位50的工作区10。在该特定实施方案中，交换工位50包括圆形旋转工作台51。还可以有交换工位50的其他可能的实施方案，诸如例如线性或环形引导系统。
旋转工作台51的第一半部分52位于工作区10的内部，而第二半部分53位于工作区10的外部。两个半部分52、53由分隔围墙54分开，该分隔围墙可以是实体类型或虚拟类型。在图12至图15的实施方案中，分隔围墙54是垂直于工作台51固定的板，并将外部空间与工作区10隔离。在工作台51上有设置在传送板38上的相同耦接元件42、43、44，在这些耦接元件上可以设置要被带到工作区10外部或内部的物品。
由所公开的多个工作区10组成的车间1可以自动工作。有可能的是，如果必要或优选的话，还可以利用工人来执行某些功能，诸如例如质量控制。
分隔两个相邻工作区的距离必须足以形成足够宽的通道22，以允许进入车间1的操作人员和相应的操作工具(诸如例如叉车和脚手架)通过。
在所公开的实施方案中，车间1设置成主要通过排屑技术来制造机械部件。参考图16至图18，待加工的杆件61放置并夹紧在托盘62上，形成托盘/杆料组件63。带杆料63的托盘开始从一个工作区10循环移动到另一个工作区，其中在各个工作区10的加工工位18处对杆件61进行改造，直到其呈现出部件的最终形状。
为了在托盘上对中、放置和夹紧杆件61，加工工位18可以包括对中和锁定装置60，如图16至图18所示。对中和锁定装置60由主体67组成，头部65装配到该主体上。对中和锁定装置60可沿着彼此垂直的引导装置64、66移动，而头部65可沿着装配在主体67上的引导装置68移动。
最初，机器人单元16将托盘62安置在头部65的端部。对中和锁定装置60接近锯床72，杆料设置在该锯床处，杆件61会从杆料上切割下来以被夹紧在托盘62上。通过沿着引导装置66、68的协调运动，头部65与要切割出杆件61的杆料共同设置在轴线上。随后，对中和锁定装置60沿着引导装置64移动，以便将头部65带到要切割出杆件61的杆料上。一旦杆料和托盘62相接触，螺丝固定系统74就会锁定杆料和托盘62。锁定后，锯床72根据在车间1内将要进行的加工类型切割杆件61的部分。一旦切割完成，对中和锁定装置60就会沿着引导装置64离开锯床72。最后，机器人单元16拾取带有杆料63的托盘，该托盘被送到工作区10或被放置在加工工位18或同一工作区的交换工位50。
对中和锁定装置60的主要优点是，当杆件61已经放置并夹紧在托盘62上时，能够执行切割动作。
由每个工作区10中的机器人单元16搬运带有杆料63的托盘、工具和加工所需的物品。
一旦拾取了普通物品，该物品就可以被放置在加工工位18处、交换工位50(如果有的话)处或仓库(如果有的话)中，或者可以被放置在唯一的或其中一个架空传送单元30上，以便可以将其移动到随后的工作区10。
架空传送单元30的高度必须使得工作区10中的机器人单元16能够很容易地够到该架空传送单元，并且使得操作人员和器械能够很容易地通过各个工作区10之间的通道22。
面向两个相邻工作区10之间的通道22并由架空传送单元30连接的架空传送单元30的侧面37的高度使得移动中的物品不会意外掉落到下方通道22中的架空传送单元30上，从而避免沿着车间1的通道22移动的操作人员可能发生事故。
传送板38沿着固定引导装置36的运动与起点机器人单元16的运动同步，使得在开口34或35附近有传送板38准备接收待传送的物品。一旦将物品固定在相关的耦接元件42、43、44中，传送板38就开始沿着固定引导装置36移动到架空传送单元30的相对端。传送板38停在与装载了物品的开口相对的开口34、35附近。随后，从终点工作区10的机器人单元16拾取物品。
可以由架空传送单元30执行的另一个功能是临时存放加工所需的物品(诸如工具、夹爪、带有杆料63的托盘和用于收集碎屑、废料等的盒子)。
工作区的围墙12主要执行两个功能。第一个功能包括分隔和依据功能划定具有不同功能(即，设置有不同的加工工位18)的不同工作区10。第二个功能包括保护进入车间1的操作人员，以避免工作场所对操作人员可能造成的健康危害。
由于有围墙12，如果这些围墙是实体屏障，则可能危害到在车间1工作的操作人员的健康的任何故障都至少会在最初阶段就被限制在工作区10内。另一方面，如果分隔围墙是虚拟类型的，则一旦操作人员穿过虚拟类型的分隔围墙，工作区10的自动功能就会被中断，从而防止了可能的危害。
在机器人单元16的运行期间，每个工作区10的入口14保持关闭，并且仅当机器人单元16被停止时才可以通过该入口。由工作区10内的机器执行的功能是自动化的，因此操作人员仅可以在机器故障的维护或修理期间通过入口14的位置进入。一旦停止机器的自动运行且确定内部没有对操作人员健康的严重危害，维护操作人员就可以非常安全地进入。
操作人员可以与正被加工的部件互动，通过交换工位50拾取工作区10中加工所需的其他工具和其他物品。备选地，操作人员可以将工具和加工所需的其他物品放置在工作区10内。
相关工作区10的机器人单元16将带有必须由操作人员进行手工操作的正被加工的部件63的托盘或必须由操作人员拾取的加工所需的其他物品插入到旋转工作台51的内半部分52的合适耦接元件42、43、44中。
通过操作人员的命令，工作台51旋转半圈，从而将插有托盘63或其他物品的内半部分52暴露在工作区10的外部，而外半部分53面向工作区10的内部。
备选地，操作人员可以将待输送到工作区10内的带有杆料63的托盘或加工所需的其他物品插入到外半部分53上设置的合适耦接元件42、43、44内，然后将工作台51旋转半圈，以便面对工作区10内的外半部分53。
工作区的形状和尺寸没有限制，只要这些工作区可以在功能上集成到车间内部，并且在设置在车间内部的情况下可以为操作人员确保安全和便利性。
工作区的扩展取决于多种因素，诸如车间组装在其内的建筑的尺寸以及工作区内设置的机器数量。
还可以将多个加工工位与同一个工作区相关联，这些加工工位在操作上与多个机器人单元相关联。
现有技术的限制因所公开的车间而被克服。工作区的模块化特性使得能够设计出自动化的且同时灵活的加工车间，从而能够适应获得机械部件成品所需的加工任务量。
工作区的功能细分和架空传送单元的存在使得在工作区之间存在通道网络。操作人员能够在通道之间安全走动，这些通道由工作区的围墙分隔的工作分区分隔。此外，车间的各种机器的维护更简单且易于执行。
所示车间的总体结构可以广泛用于管理产品，而不一定用于通过去屑来加工部件，也可用于例如自动储存产品。
Claims (14)
1.一种用于产品管理的车间(1)，其包括多个工作区(10)，每个工作区(10)由围墙(12)界定，每个工作区(10)包括至少一个用于移动和搬运产品的机器人单元(16)，并且其中，所述工作区(10)通过至少一个用于将产品从一个工作区(10)传送到另一个工作区的架空传送单元(30)连接在一起。
2.根据权利要求1所述的用于产品管理的车间(1)，其用于部件加工和加工所需的物品，其中，所述工作区(10)包括至少一个部件加工工位(18)，所述加工工位(18)与所述机器人单元(16)可操作地相关联，其中，设置有多个托盘(62)，所述托盘(62)适于支撑正被加工的部件，并构造为由所述机器人单元(16)搬运，以便在一个工作区(10)和另一个工作区之间的传送期间以及在所述加工工位(18)中向工作区(10)内的所述部件提供支撑。
3.根据权利要求1或2所述的用于产品管理的车间(1)，其包括一个或多个介于所述工作区(10)的所述围墙(12)之间的通道(22)。
4.根据权利要求3所述的用于产品管理的车间(1)，其中，连接两个相邻工作区(10)的所述架空传送单元(30)在所述围墙(12)上方和其间的所述通道(22)上方延伸。
5.根据上述权利要求中任一项所述的用于产品管理的车间(1)，其中，所述架空传送单元(30)由所述单元(30)连通的所述工作区(10)处的下支架(28)和/或上支架(28)支撑。
6.根据上述权利要求中任一项所述的用于产品管理的车间(1)，其中，所述架空传送单元(30)包括外壳(31)，所述外壳(31)设有在面向所述工作区(10)的侧面(32、33)上设置的开口(34、35)，并且设有装配在由所述外壳(31)形成的空腔中的固定引导装置(36)，多个传送板(38)在所述固定引导装置(36)上移动。
7.根据权利要求6所述的用于产品管理的车间(1)，其中，在所述传送板(38)的上表面(41)上设置有耦接元件(42、43、44)，所述耦接元件(42、43、44)适于接收托盘(63)，所述托盘(63)带有正被加工的部件和加工所需的其他物品，所述部件和物品需要在所述加工车间(1)内从一个工作区(10)传送到另一个工作区。
8.根据权利要求6或7所述的用于产品管理的车间(1)，其中，在所述下表面(45)上设置有耦接元件(47)，在所述耦接元件(47)上设置有凹槽(48)，所述凹槽(48)适于与所述固定引导装置(36)的边缘相耦接，以便使在所述固定引导装置(36)上移动的传送板(38)保持平衡。
9.根据上述权利要求中任一项所述的用于产品管理的车间(1)，其中，所述工作区(10)包括至少一个交换工位(50)，所述至少一个交换工位(50)设置在所述围墙(12)内，以使得部件或加工所需的其他物品能够移动到所述工作区(10)的外部和/或内部。
10.根据权利要求9所述的用于产品管理的车间(1)，其中，所述交换工位(50)包括圆形旋转工作台(51)和分隔围墙(54)，在所述圆形旋转工作台(51)上设置有耦接底座(42、43、44)以接收带有正被加工的部件和加工所需的其他物品的托盘(63)，所述分隔围墙(54)将所述工作台(51)分成两个部分(52、53)并将所述工作区(10)与外部环境隔开。
11.根据权利要求2所述的用于产品管理的车间(1)，其中，所述加工工位(18)包括用于将未加工的加工部件(61)对中和锁定在托盘(62)上的对中和锁定装置(60)以及用于对未加工的加工部件(61)进行初步加工的装置(72)。
12.根据权利要求11所述的用于产品管理的车间(1)，其中，所述对中和锁定装置(60)包括主体(67)，所述主体(67)能够沿着彼此垂直的引导装置(64、66)移动，其中，所述主体(67)设置有头部(65)，所述托盘(62)装配在所述头部上，其能够沿着装配到所述主体上的引导装置(68)移动，其中，所述对中和锁定装置(60)沿着所述引导装置(64、66、68)移动，以对准和放置装配在所述头部(65)上的托盘(62)来与所述未加工的加工部件(61)接触。
13.根据权利要求11或12所述的用于产品管理的车间(1)，其中，在所述未加工的加工部件(61)和所述托盘(62)接触的时刻，所述托盘(62)和所述未加工的加工部件(61)通过耦接装置(74)锁定在一起，以便通过所述初步加工装置(72)对所述未加工的加工部件(61)进行后续加工。
14.根据上述权利要求中任一项所述的用于产品管理的车间(1)，其中，所述围墙(12、54)由非实体虚拟屏障、例如光电屏障形成。
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