CN116863780B - 一种智能智造实训教学设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能智造教学设备教学领域，公开了一种智能智造实训教学设备，包括智能仓储系统、机器人系统、模拟加工及质量检测系统及分拣系统。本发明的优点是：培养学生的机械设计、选型实操能力，让学生熟练运用机械常用的元器件及非标系统设计；对电机控制技术、气动技术、传感器技术、质量检测及分析、传输线等常用机械元器件能够进行熟练的运用；培养学生自动控制技术的现场实操能力；培养学生更直观的了解工业4.0智能智造工厂的组成部分；锻炼学生MES、WCS、PLC、AI、IOT等技术、系统的控制逻辑能力；锻炼学生的AI工业视觉技术开发、调试及优化能力；培养学生机电一体化综合应用设计实操能力。

Description

一种智能智造实训教学设备

技术领域

本发明涉及智能智造教学设备教学领域，特别是一种智能智造实训教学设备。

背景技术

传统机械通常是单一的机械设备，需要人工操作和干预，生产效率和准确性受限。而智能智造则利用自动化技术和智能控制系统，实现生产流程的全面自动化，提高生产效率和生产性能。智能智造指的是利用先进的信息技术、人工智能和自动化技术来实现智能化生产制造的过程。它将传统的生产制造与现代信息技术相结合，通过大数据分析、机器学习、物联网等技术实现智能化的生产流程和决策，本发明专利的主要目标是利用智能智造技术，将MES、WCS、PLC、AI、IoT等技术与传统的机电一体化自动控制相结合，设备重量轻易搬运，功能丰富，适合第一课堂理论与实践相结合教学方式，更能激发学生对专业知识学习兴趣，培养复合型智能智造技术开发与应用工程师。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低、适用于院校教学用的智能智造实训教学设备。

本发明的目的通过以下系统及方案来实现：一种智能智造实训教学设备，包括

智能仓储系统，用于储存物料；机器人系统，将智能仓储系统内的物料搬运至模拟加工及质量检测系统；模拟加工及质量检测系统，对物料进行模拟加工及检测，并将物料运送至物料输送分拣系统；物料输送分拣系统，对物料进行分拣；PLC控制柜，用于安装PLC模块及HMI；PLC模块，用于采集及控制智能仓储系统、机器人系统、模拟加工及质量检测系统及物料输送分拣系统；HMI，用于提供人机交互界面以及用于监视及操控智能仓储系统、机器人系统、模拟加工及质量检测系统及物料输送分拣系统；MES系统，包括基本数据管理模块、仓库管理模块、工艺管理模块、生产管理模块、质量管理模块、任务管理模块、条码生成模块、追溯中心模块、生产过程控制模块、数据分析模块；基本数据管理模块：创建原材料、产品的基础档案信息；仓库管理模块：维护库位档案信息、查询库位状态、提供可视化库位报表；工艺管理模块：维护工序档案、工艺流线，以及产品工艺路线信息；生产管理模块：维护工单信息，查询工单完工信息；质量管理模块：统计工单加工过程的质检数据；

任务管理模块：管理WCS任务，查询各任务执行状态，以及手工任务的创建；条码生成模块：原料入库时，生成原料SN信息；追溯中心模块：正向追溯以及反向追溯产成品的加工信息；生产过程控制模块：管理加工过程中工序的下发逻辑；数据分析模块：提供多维度、多角色图形报表；WCS系统，包括任务调度模块、库位管理模块、路径管理模块、设备监控模块、手工任务模块、日志管理模块和异常报警模块；任务调度模块：对MES系统下发的任务，进行智能化调度，制定任务优先级；库位管理模块：管理智能仓储系统内的库位信息，查询库位的属性，路径管理模块：维护输送线的路径，并对MES系统下发的任务进行路径拆分，以及寻找最优路径；设备监控模块：监控硬件设备状态，查询设备当前任务执行状态；手工任务模块：下发WCS级的手工任务；日志管理模块：记录管理上下游系统、设备交互报文，以及系统自身运行日志；异常报警模块：对异常设备进行Andon报警；AI软件，用于对模拟加工及质量检测系统上的物料进行图形识别及分析；所述的智能仓储系统、机器人系统、模拟加工及质量检测系统和物料输送分拣系统均设置在底座上，所述的模拟加工及质量检测系统包括模拟焊接打磨模块、视觉检测模块、移料搬运模块和旋转模块，所述的模拟焊接打磨模块用于对物料进行模拟加工，所述的移料搬运模块设置在模拟焊接打磨模块的一侧用于将模拟焊接打磨模块模拟加工后的物料搬运至旋转模块上，所述视觉检测模块对旋转模块上的物料进行检测。

具体的，所述的智能仓储系统包括机械手模块、原材料储存模块和立体仓库模块，所述的原材料储存模块包括存储模块安装支架和原材料放置筒，所述的原材料放置筒设置在存储模块安装支架上，所述原材料放置筒的下端设置有缺口，所述的存储模块安装支架上设置有第一电动推杆，所述第一电动推杆的输出端与缺口对应设置，所述的存储模块安装支架上设置有第一颜色传感器，所述的存储模块安装支架内侧设置有底部到位检测传感器，所述的原材料放置筒下端沿径向设置有对穿的检测孔，所述的存储模块安装支架内侧对应检测孔设置有顶部缺料检测传感器；所述的立体仓库模块包括立体仓库支撑架和拖板放置支撑架，多个所述立体仓库支撑架间隔设置，多个所述立体仓库支撑架相对的面上从上至下均匀设置有多个拖板放置支撑架，相对的拖板放置支撑架上放置有物料拖板；所述的机械手模块包括第一X轴驱动模块、第一Y轴驱动模块、第一Z轴驱动模块和叉车架，所述的叉车架设置在第一Y轴驱动模块上，所述的第一Y轴驱动模块设置在第一Z轴驱动模块上，所述的第一Z轴驱动模块设置在第一X轴驱动模块上。

具体的，所述的机器人系统包括第一中空旋转平台、第二Z轴驱动模块、第二Y轴驱动模块和第一吸盘，所述的第二Z轴驱动模块设置在第一中空旋转平台上，所述的第二Y轴驱动模块设置在第二Z轴驱动模块，所述的第二Y轴驱动模块上设置有固定板，所述的第一吸盘设置在固定板上。

具体的，所述的模拟焊接打磨模块包括支撑底板、第二X轴驱动模块和打磨旋转电机，所述的第二X轴驱动模块设置在支撑底板上，所述的第二X轴驱动模块上设置有模组固定托板，所述的模组固定托板上设置有直线导轨，所述直线导轨上设置有滑块，所述滑块上设置有元器件安装板，所述的打磨旋转电机设置在元器件安装板上，所述打磨旋转电机的输出端设置有打磨砂轮片，所述的模组固定托板上设置有第二电动推杆，所述第二电动推杆的输出端与元器件安装板连接，所述的元器件安装板上设置有环境传感器；所述的移料搬运模块包括第三X轴驱动模块、气缸和第二吸盘，所述的第三X轴驱动模块上设置有安装支架，所述的气缸设置在所述安装支架上，所述的气缸输出端设置有推板，所述的第二吸盘设置在推板上，所述的安装支架上设置有两个负压电机分别为气缸和第二吸盘供气；所述的旋转模块包括第二中空旋转平台、第三电动推杆和产品放置板，所述的第三电动推杆通过电动推杆安装板设置在中空旋转平台上，所述的产品放置板设置在中空旋转平台上与第三电动推杆相对的位置。

具体的，所述的物料输送分拣系统包括传送带组件、放置盒和第五电动推杆，所述的传送带组件设置在两个侧挡板之间，其中一侧挡板的顶端设置有多个安装架，多个所述安装架上均设置有第五电动推杆，另一侧的侧挡板上与第五电动推杆对应设置有放置盒，位于放置盒一侧的侧挡板上位于传送带组件的上方设置有导向板，所述的导向板上设置有第二颜色传感器，所述传送带组件末端一侧的底座上设置有不合格品置物盒，设置第五电动推杆的侧挡板上位于传送带组件的上方设置有安装板，所述的安装板与导向板之间形成倾斜的导向通道，多个所述第五电动推杆靠近第二颜色传感器一侧的安装板上均设置有对射传感器，设置安装板的侧挡板上位于第二颜色传感器相对的位置设置有模拟加工传送对接板。

具体的，还包括物料送入加工模块，所述的物料送入加工模块设置在打磨旋转电机的下方，所述物料送入加工模块包括第三Y轴驱动模块和物料放置盘，所述的物料放置盘设置在第三Y轴驱动模块上。

具体的，所述的模拟加工及质量检测系统还包括开关门模块，所述的开关门模块包括立板、安装侧板和亚克力观察板，两个所述立板相对设置，所述的安装侧板设置在两个立板之间，所述的安装侧板上设置有开口，所述的开口两侧均设置有导轨，所述导轨上设置有滑动块，所述的亚克力观察板通过连接板分别与两个滑动块连接，所述的安装侧板上设置有第四电动推杆，所述第四电动推杆的输出端与连接板连接，所述的开口与物料放置盘对应设置。

具体的，所述原材料放置筒的下方设置有RFID条码生成器，所述物料拖板上设置有FRB电子标签。

具体的，所述的视觉检测模块包括相机安装架、工业相机和照明光源，所述的工业相机设置在相机安装架的上端且位于旋转模块的上方，所述的照明光源设置在相机安装架上用于照射物料。

具体的，所述的立板上设置有传感器固定板，所述传感器固定板上设置有高度检测器，所述高度检测器位于旋转模块的上方。

具体的，所述的PLC控制柜包括人机界面安装外壳和与之连接的安装固定壳，所述人机界面安装外壳和安装固定壳均固定于铝型材框架上，所述铝型材框架上设置有折叠把手，所述安装固定壳上通过安装导轨设置PLC模块，所述HMI安装于人机界面安装外壳上，所述人机界面安装外壳上还设置有快速通讯连接板。

具体的，所述的PLC模块包括PLC主机、IO模块、RS485通讯模块和工业交换机，所述PLC主机分别与IO模块、RS485通讯模块通过直插方式连接，PLC主机和工业交换机通过工业以太网连接，HMI通过以太网连接工业交换机。

本发明具有以下优点：

1. 本专利集成了电机控制技术、传感器检测技术、工业视觉技术，气动控制技术、工业通信技术，嵌入式开发等，并结合智能制造控制技术及系统，如PLC、AI、WCS、MES等，功能丰富，更适合工科院校对于智能制造人才培养的需求；

2. 与传统教学设备相比，本专利具备重量轻、功能齐全，便于搬运，适合第一课堂理论与实践相结合的教学方式，更能激发学生对智能制造相关专业学习兴趣；

3.AI视觉检测是利用AI技术和影像处理技术，自动识别产品视觉上的信息，并快速的进行视觉分析，实现产品检测。与传统检测方法，AI视觉通过高精度摄像头和先进的算法来检测及分析，避免了人为因素的干扰，实现自动化生产，从而大幅度提高生产效率、减少成本、提升产品质量；

4. WCS系统，实时控制自动化设备，双工通信，获取设备的反馈信息，任务执行情况及自动化设备的工作状态，监测设备的故障预警状态，并进行报警。同时调度所有设备，统一监测仓库内所有设备的运行状态，最大化提升仓库运行效率，并帮助学生提前了解学习智能仓储系统的运维；

5. MES系统，根据产品批号回溯原材料、工序、机台、人员等信息，以快速定位异常原因，满足弹性生产需求，通过将品质检测数据进行可视化、多维度的图表分析，及时发现潜在品质异常，实时掌控检测结果，提升检验效率及生产效率，以达到帮助用户快速了解MES系统。

附图说明

图1 为本发明的实训教学设备整体结构示意图；

图2 为本发明的智能仓储系统结构示意图；

图3 为本发明的原材料储存模块正面结构示意图；

图4 为本发明的原材料储存模块背面结构示意图；

图5 为本发明的立体仓库模块结构示意图；

图6 为本发明的物料拖板结构示意图；

图7 为本发明的机械手模块结构示意图；

图8 为本发明的机器人系统结构示意图；

图9 为本发明的叉车架结构示意图；

图10 为本发明的模拟加工及质量检测系统结构示意图；

图11 为本发明的模拟焊接打磨模块结构示意图；

图12 为本发明的开关门模块结构示意图；

图13 为本发明的物料输送分拣系统结构示意图；

图14 为本发明的人机交互界面示意图；

图15 为本发明的PLC控制柜结构示意图；

图16 为本发明的PLC系统示意图；

图17 为本发明的教学设备使用流程总图；

图18 为本发明的原材料入库流程图；

图19 为本发明的材料出库流程图；

图20 为本发明的模拟加工流程图；

图21 为本发明的模拟检测流程图；

图22 为本发明的材料输送分拣流程图；

图中：1-智能仓储系统，11-原材料储存模块，111-存储模块安装支架，112-原材料放置筒，113-RFID条码生成器，114-第一电动推杆，115-第一颜色传感器，117-底部到位检测传感器，118-顶部缺料检测传感器，12-立体仓库模块，121-立体仓库支撑架，122-拖板放置支撑架，123-物料拖板，125-FRB电子标签，13-机械手模块，131-第一X轴驱动模块，132-第一Z轴驱动模块，133-第一Y轴驱动模块，134-叉车架，135-卡槽，2-机器人系统，21-第一中空旋转平台，22-第二Z轴驱动模块，23-第二Y轴驱动模块，24-固定板，25-第一吸盘，3-模拟加工及质量检测系统，31-模拟焊接打磨模块，311-支撑底板，312-第二X轴驱动模块，313-模组固定托板，314-第二电动推杆，315-打磨旋转电机，316-直线导轨，317-元器件安装板，318-打磨砂轮片，32-物料送入加工模块，321-第三Y轴驱动模块，322-物料放置盘，33-开关门模块，331-立板，332-安装侧板，333-亚克力观察板，334-导轨，335-滑动块，336-连接板，337-第四电动推杆，34-旋转模块，341-第二中空旋转平台，342-第三电动推杆，343-产品放置板，35-移料搬运模块，351-第三X轴驱动模块，352-安装支架，353-气缸，354-推板，355-第二吸盘，356-负压电机，357-电磁阀，36-视觉检测模块，361-相机安装架，362-工业相机，363-照明光源，37-高度检测器，38-检测传感器检，4-物料输送分拣系统，41-传送带组件，42-侧挡板，43-安装架，44-第五电动推杆，45-放置盒，46-导向板，47-第二颜色传感器，48-安装板，49-导向通道，410-对射传感器，411-模拟加工传送对接板，5-底座，6-物料，7-不合格品置物盒，8-PLC控制柜，81-PLC模块，82-铝型材框架，83-HMI，84-人机界面安装外壳，85-折叠把手，86-快速通讯连接板，87-安装导轨。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1-图22所示，一种智能智造实训教学设备，包括智能仓储系统1，用于储存物料；机器人系统2，将智能仓储系统1内的物料6搬运至模拟加工及质量检测系统3；模拟加工及质量检测系统3，对物料6进行模拟加工及检测，并将物料6运送至物料输送分拣系统4；物料输送分拣系统4，对物料6进行分拣；PLC控制柜8，用于安装PLC模块81及HMI83；PLC模块81，用于采集及控制智能仓储系统1、机器人系统2、模拟加工及质量检测系统3及物料输送分拣系统4；HMI83，用于提供人机交互界面以及用于监视及操控智能仓储系统1、机器人系统2、模拟加工及质量检测系统3及物料输送分拣系统4；MES系统，包括基本数据管理模块、仓库管理模块、工艺管理模块、生产管理模块、质量管理模块、任务管理模块、条码生成模块、追溯中心模块、生产过程控制模块、数据分析模块；基本数据管理模块：创建原材料、产品的基础档案信息；仓库管理模块：维护库位档案信息、查询库位状态、提供可视化库位报表；工艺管理模块：维护工序档案、工艺流线，以及产品工艺路线信息；生产管理模块：维护工单信息，查询工单完工信息；质量管理模块：统计工单加工过程的质检数据；任务管理模块：管理WCS任务，查询各任务执行状态，以及手工任务的创建；条码生成模块：原料入库时，生成原料SN信息；追溯中心模块：正向追溯以及反向追溯产成品的加工信息；生产过程控制模块：管理加工过程中工序的下发逻辑；数据分析模块：提供多维度、多角色图形报表；WCS系统，包括任务调度模块、库位管理模块、路径管理模块、设备监控模块、手工任务模块、日志管理模块和异常报警模块；任务调度模块：对MES系统下发的任务，进行智能化调度，制定任务优先级；库位管理模块：管理智能仓储系统1内的库位信息，查询库位的属性，路径管理模块：维护输送线的路径，并对MES系统下发的任务进行路径拆分，以及寻找最优路径；设备监控模块：监控硬件设备状态，查询设备当前任务执行状态；手工任务模块：下发WCS级的手工任务；日志管理模块：记录管理上下游系统、设备交互报文，以及系统自身运行日志；异常报警模块：对异常设备进行Andon报警；AI软件，用于对模拟加工及质量检测系统3上的物料6进行图形识别及分析；

所述的智能仓储系统1、机器人系统2、模拟加工及质量检测系统3和物料输送分拣系统4均设置在底座5上，所述的模拟加工及质量检测系统3包括模拟焊接打磨模块31、视觉检测模块36、移料搬运模块35和旋转模块34，所述的模拟焊接打磨模块31用于对物料6进行模拟加工，所述的移料搬运模块35设置在模拟焊接打磨模块31的一侧用于将模拟焊接打磨模块31模拟加工后的物料6搬运至旋转模块34上，所述视觉检测模块36对旋转模块34上的物料6进行检测。

进一步的，所述的智能仓储系统1包括机械手模块13、原材料储存模块11和立体仓库模块12，所述的原材料储存模块11包括存储模块安装支架111和原材料放置筒112，所述的原材料放置筒112设置在存储模块安装支架111上，所述原材料放置筒112的下端设置有缺口，所述的存储模块安装支架111上设置有第一电动推杆114，所述第一电动推杆114的输出端与缺口对应设置，所述的存储模块安装支架111上设置有第一颜色传感器115，所述的存储模块安装支架111内侧设置有底部到位检测传感器117，所述的原材料放置筒112下端沿径向设置有对穿的检测孔，所述的存储模块安装支架111内侧对应检测孔设置有顶部缺料检测传感器118；所述的立体仓库模块12包括立体仓库支撑架121和拖板放置支撑架122，多个所述立体仓库支撑架121间隔设置，多个所述立体仓库支撑架121相对的面上从上至下均匀设置有多个拖板放置支撑架122，相对的拖板放置支撑架122上放置有物料拖板123；所述的机械手模块13包括第一X轴驱动模块131、第一Y轴驱动模块133、第一Z轴驱动模块132和叉车架134，所述的叉车架134设置在第一Y轴驱动模块133上，所述的第一Y轴驱动模块133设置在第一Z轴驱动模块132上，所述的第一Z轴驱动模块132设置在第一X轴驱动模块131上，在叉车架134的前端设置有卡槽135，物料拖板123可以与卡槽135配合，这样就能通过叉车架134搬运物料拖板123。

进一步的，所述的机器人系统2包括第一中空旋转平台21、第二Z轴驱动模块22、第二Y轴驱动模块23和第一吸盘25，所述的第二Z轴驱动模块22设置在第一中空旋转平台21上，所述的第二Y轴驱动模块23设置在第二Z轴驱动模块22，所述的第二Y轴驱动模块23上设置有固定板24，所述的第一吸盘25设置在固定板24上。

进一步的，所述的模拟焊接打磨模块31包括支撑底板311、第二X轴驱动模块312和打磨旋转电机315，所述的第二X轴驱动模块312设置在支撑底板311上，所述的第二X轴驱动模块312上设置有模组固定托板313，所述的模组固定托板313上设置有直线导轨316，所述直线导轨316上设置有滑块，所述滑块上设置有元器件安装板317，所述的打磨旋转电机315设置在元器件安装板317上，所述打磨旋转电机315的输出端设置有打磨砂轮片318，所述的模组固定托板313上设置有第二电动推杆314，所述第二电动推杆314的输出端与元器件安装板317连接，所述的元器件安装板317上设置有环境传感器；所述的移料搬运模块35包括第三X轴驱动模块351、气缸353和第二吸盘355，所述的第三X轴驱动模块351上设置有安装支架352，所述的气缸353设置在所述安装支架352上，所述的气缸353输出端设置有推板354，所述的第二吸盘355设置在推板354上，所述的安装支架352上设置有两个负压电机356分别为气缸353和第二吸盘355供气；所述的旋转模块34包括第二中空旋转平台341、第三电动推杆342和产品放置板343，所述的第三电动推杆342通过电动推杆安装板设置在第二中空旋转平台341上，所述的产品放置板343设置在第二中空旋转平台341上与第三电动推杆342相对的位置。

进一步的，所述的物料输送分拣系统4包括传送带组件41、放置盒45和第五电动推杆44，所述的传送带组件41设置在两个侧挡板42之间，其中一侧挡板42的顶端设置有多个安装架43，多个所述安装架43上均设置有第五电动推杆44，另一侧的侧挡板42上与第五电动推杆44对应设置有放置盒45，位于放置盒45一侧的侧挡板42上位于传送带组件41的上方设置有导向板46，所述的导向板46上设置有第二颜色传感器47，所述传送带组件41末端一侧的底座5上设置有不合格品置物盒7，设置第五电动推杆44的侧挡板42上位于传送带组件41的上方设置有安装板48，所述的安装板48与导向板46之间形成倾斜的导向通道49，多个所述第五电动推杆44靠近第二颜色传感器47一侧的安装板48上均设置有对射传感器410，对射传感器410成对设置，两个对射传感器410相对分别设置在两个侧挡板42上，设置安装板48的侧挡板42上位于第二颜色传感器47相对的位置设置有模拟加工传送对接板411，模拟加工传送对接板411上具有一导向槽，物料6从模拟加工传送对接板411的导向槽被推入到传送带组件41上；还包括物料送入加工模块32，所述的物料送入加工模块32设置在打磨旋转电机315的下方，所述物料送入加工模块32包括第三Y轴驱动模块321和物料放置盘322，所述的物料放置盘322设置在第三Y轴驱动模块321上；所述的模拟加工及质量检测系统3还包括开关门模块33，所述的开关门模块33包括立板331、安装侧板332和亚克力观察板333，两个所述立板331相对设置，所述的安装侧板332设置在两个立板331之间，所述的安装侧板332上设置有开口，所述的开口两侧均设置有导轨334，所述导轨334上设置有滑动块335，所述的亚克力观察板333通过连接板336分别与两个滑动块335连接，所述的安装侧板332上设置有第四电动推杆337，所述第四电动推杆337的输出端与连接板336连接，所述的开口与物料放置盘322对应设置；所述原材料放置筒112的下方设置有RFID条码生成器113，所述物料拖板123上设置有FRB电子标签125；所述的视觉检测模块36包括相机安装架361、工业相机362和照明光源363，所述的工业相机362设置在相机安装架361的上端且位于旋转模块34的上方，所述的照明光源363设置在相机安装架361上用于照射物料6；所述的立板331上设置有传感器固定板，所述传感器固定板上设置有高度检测器37，所述高度检测器37位于旋转模块34的上方。

智能智造实训教学设备总流程图；如图17所示

原材料入库流程图：如图18所示

当需要有新的物料入库时：系统通电初始化，初次运行通过上位机界面点击开始按钮后，PLC模块81端通过智能仓储系统1当中的原材料储存模块11当中的顶部缺料检测传感器118，检测暂存区是否有物材料，PLC模块81将是否有料状态反馈给WCS系统，WCS系统再反馈给MES系统，当MES系统接收到光电反馈信号后，MES系统根据系统自行判断检测当前是否有空余库位，如果有空库位，则下发到指定库位的入库任务入库路径指令给WCS系统，WCS系统此时根据获取智能仓储系统1当中的机械手模块13是否有工作进行判断状态，机械手空闲则下发控制指令给PLC模块81；当PLC模块81接收到动作指令后，先控制机械手模块13到立体仓库模块12对应的库位货架取出物料拖板123，再控制机械手模块13带动物料拖板123移动到原材料储存模块11指定位置。到位后将到位信号反馈给PLC模块81，PLC模块81通知原材料储存模块11当中的第一电动推杆114退回，第一电动推杆114退出后，存储模块安装支架111内的物料6通过重力自动掉入物料拖板123内，底部到位检测传感器117检测物料6掉入物料拖板123内后，第一电动推杆114伸出将存储模块安装支架111内的剩余物料6顶住防止物料6落下，执行此动作后机械手模块13带动物料拖板123与物料6退回到原材料储存模块11当中的第一颜色传感器115下方指定位置后，将到位信号反馈给PLC模块81，原材料储存模块11当中的第一颜色传感器115自动对物料拖板123内的物料进行颜色识别（例：红、黄、绿）动作完成时PLC模块81将接收到颜色信号（RGB）和完成信号上传给WCS系统，WCS系统将颜色信息（RGB）和动作完成信息上传给MES系统。当MES系统接收到颜色和完成信息后、生成电子标签码（例：A0001），下发给WCS系统；WCS系统接收到MES系统的电子标签后，直接与RFID条码生成器连接通讯（TCP/IP协议）将电子标签写入到FRB电子标签中；当信息写入完成后，WCS系统继续下发控制入库路径指令给PLC模块81，PLC模块81控制控制机械手模块13将物料拖板123和物料6放入到对应的货架货位；入库完成之后PLC模块81反馈入库完成给WCS系统，WCS系统上报给MES系统。此时PLC模块81根据WCS系统是否有下达其他工作控制控制机械手模块13工作，若无工作，PLC模块81控制机械手模块13返回原点。

原材料出库流程图：如图19所示

MES系统生成工单，给WCS系统下发指令。（例：出库→加工）首先在MES系统上选择或创建我们的工单信息，（例：加工物品产品、数量）。MES系统下发工单用户执行投产操作，开始执行生产，系统根据工单产品对应的原料，获取存放该原料库位，并下发出库指令给WCS系统，指令下发给WCS系统；WCS系统接收到生产工单后，根据MES系统中提供的原材料库位及相关信息，拆分工单分步WCS系统下发至PLC模块81（例：A库03货架、B库01货架，依次取出）。PLC模块81接收到WCS指令后机械手模块13到对应的货架取出物料6，并上报出库信息给WCS系统，WCS系统将出库信息上报MES系统，MES系统及时更新仓库货位状态信息。PLC模块81控制机械手模块13将立体仓库模块12对应库位物料拖板123与物料6运送至设定的机器人系统2取料位置，到达位置后机器人系统2通过第一中空旋转平台21带动第二Z轴驱动模块22转动，然后第二Z轴驱动模块22带动第二Y轴驱动模块升降，第二Y轴驱动模块23带动第一吸盘25将机械手模块13上的物料6上的货物取走，通过设置一第一负压电机产生负压到第一吸盘25使其吸附物料6，当物料6从机械手模块13取走后，WCS系统给PLC模块81下发托盘放回指令，机械手模块13将物料拖板123送回至立体仓库模块12；当WCS系统下发指令后机器人系统2将物料托运至模拟加工及质量检测系统3接料位置时，模拟加工流程图：如图20所示，PLC模块81先控制开关门模块33的第四电动推杆337带动导轨连接板336移动使其带动亚克力观察板333移开安装侧板332的开口，物料送入加工模块32当中的第三Y轴驱动模块将物料放置盘322移动到指定的接料位置后，机器人系统2带动第二Z轴驱动模块下行将物料6放置到物料放置盘322内，机器人系统2当中第一吸盘25松开物料6使其落入物料放置盘322内，检测传感器检38测到物料6到位后PLC模块81将信号反馈状态给WCS系统，WCS系统反馈状态给MES系统，PLC模块81控制第三Y轴驱动模块321将物料放置盘322与物料6移动到模拟加工安全位置后，PLC模块81将信号反馈状态给WCS系统，WCS系统反馈状态给MES系统，PLC模块81控制第四电动推杆337带动亚克力观察板333将安装侧板332的开口挡住；之后模拟焊接打磨模块当中的第二X轴驱动模块312到达指定位置后，将信号反馈给PLC模块81将信号反馈状态给WCS系统，WCS系统反馈状态给MES系统，第二电动推杆314带动打磨旋转电机315、环境传感器和模拟焊接灯下行，模拟焊接灯打开，第二X轴驱动模块312与物料送入加工模块32当中的第三Y轴驱动模块321完成XY轴方向移动，完成模拟焊接工序后，PLC模块81将信号反馈状态给WCS系统，WCS系统反馈状态给MES系统，打磨旋转电机315旋转，第二X轴驱动模块312与物料送入加工模块32当中的第三Y轴驱动模块321完成XY轴方向移动，完成模拟打磨工序后，PLC模块81将信号反馈状态给WCS系统，WCS系统反馈状态给MES系统，环境传感器对模拟加工完成后的物料6进行温湿度检测并反馈给PLC模块81，PLC模块81将信号反馈状态给WCS系统，WCS系统反馈状态给MES系统，PLC控制第二电动推杆314带动打磨旋转电机315、环境传感器和模拟焊接灯上行模拟加工完成后，PLC模块81将信号反馈状态给WCS系统，WCS系统反馈状态给MES系统，PLC模块81控制开关门模块33的第四电动推杆337带动亚克力观察板333将安装侧板332的开口打开后，PLC模块81将信号反馈状态给WCS系统，WCS系统反馈状态给MES系统，物料送入加工模块32当中的第三Y轴驱动模块321将物料6通过开口送出到接料位置后；PLC模块81将信号反馈状态给WCS系统，WCS系统反馈状态给MES系统，移料搬运模块35的第三X轴驱动模块351移动到接料位置后，PLC模块81将信号反馈状态给WCS系统，WCS系统反馈状态给MES系统，其中一负压电机356启动，电磁阀357切换到推出接口带动气缸353推出与接料口物料6接触后，另一个负压电机356打开，通过第二吸盘355将物料6吸住，电磁阀357切换到缩回接口带动气缸353缩回，第三X轴驱动模块351移动带动物料6到达旋转模块34接料位置，当到达旋转模块34后PLC模块81将信号反馈状态给WCS系统，WCS系统反馈状态给MES系统，电磁阀357切换到推出接口带动气缸353推出将物料6放入旋转模块34产品放置板343内，负压电机356关闭使第二吸盘355将物料6放下，电磁阀357切换到缩回接口，带动气缸353缩回，

模拟检测流程图：如图21所示

通过第二中空旋转平台341带动产品放置板343与物料6实现90度顺时针旋转，到达高度检测器37下方，PLC模块81控制高度检测器37自动对物料6进行外观高度检测，将数据反馈给WCS系统，WCS系统再将数据反馈给MES系统，MES系统保留高度数据（例：高度10.03mm保留两位小数）；通过第二中空旋转平台341带动产品放置板343与物料6实现90度顺时针旋转，到达工业相机362下方，PLC模块81控制工业相机362自动对物料6进行拍照，通过图片软件对图片数据处理后将图片数据与判断结果传送给WCS系统，WCS系统再将数据反馈给MES系统，MES系统保留图像数据。MES系统根据工业相机362与高度检测器37反馈数据结合设定误差判断成品是否合格。通过第二中空旋转平台341带动产品放置板343与物料6实现90度顺时针旋转到达与物料输送分拣系统4对接位置，旋转模块34上的第三电动推杆342伸出将物料6推如到物料输送分拣系统4的传送带组件41上，第三电动推杆342缩回，第二中空旋转平台341带动产品放置板343实现90度顺时针旋转到达接料位置等待接料；

输送分拣流程图：如图22所示

当物料进入传送带组件41时，第二颜色传感器47对物料6进行颜色检测，第二颜色传感器47根据检测结果颜色信息（例：红、绿、黄）反馈给PLC模块81，PLC模块81上报WCS系统，WCS系统反馈给MES系统，MES系统接收到颜色信息之后，分配相对应的分拣存储区信息下发给WCS系统，WCS根据MES系统分配的分拣位置信息下发给PLC模块81；例：当第二颜色传感器47检测到物料6为红色，第二颜色传感器47根据检测结果反馈给PLC模块81，PLC模块81上报WCS系统，WCS系统反馈给MES系统，MES系统接收到红色信息之后，分配到1号库位，当货物到达1号库位放置盒45旁边的1号库位对射传感器410，对射传感器410感应到物料6到来后迅速反馈给PLC模块81，PLC模块81通过传送带组件41的传输速度，通过延时控制传送带组件41电机停止（确保物料正对到1号库位位置），传送带组件41停止后，PLC模块81控制布置在侧挡板上的第五电动推杆将物料6推出，物料6自动调入到1号库位放置盒45内，（其余颜色处置方式如上，库位分配；红为1号库位、绿为1号库位、黄为1号库位，不合格品通过传送带组件41流入到不合格品置物盒7内；当货物到达指定的库位放置盒45后，PLC模块81反馈完成信号给WCS系统，WCS系统反馈给MES系统，为了保证物料6在传送带组件41上传送时位置唯一，在安装板48与导向板46之间设置一倾斜的导向通道49，导向通道49的延伸方向与传送带组件41的传送方向具有一定的夹角，这样传送带组件41上的物料6通过传送带组件41带动进入导向通道49内，导向通道49的宽度与物料6的直径相同，这样物料6就能沿导向通道49移动，在物料6从导向通道49出来时就能保证各个物料6在传送带组件41上的位置一致，便于第五电动推杆推送至放置盒45内。

进一步的，所述的PLC控制柜8包括人机界面安装外壳84和与之连接的安装固定壳，所述人机界面安装外壳84和安装固定壳均固定于铝型材框架82上，所述铝型材框架82上设置有折叠把手85，所述安装固定壳上通过安装导轨87设置有PLC模块81，所述HMI83安装于人机界面安装外壳84上，所述人机界面安装外壳84上还设置有快速通讯连接板86。

进一步的，所述的PLC模块81包括PLC主机、IO模块、RS485通讯模块和工业交换机，所述PLC主机分别与IO模块、RS485通讯模块通过直插方式连接，PLC主机和工业交换机通过工业以太网连接，HMI83通过以太网连接工业交换机。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种智能智造实训教学设备，其特征在于：

智能仓储系统（1），用于储存物料；

机器人系统（2），将智能仓储系统（1）内的物料（6）搬运至模拟加工及质量检测系统（3）；

模拟加工及质量检测系统（3），对物料（6）进行模拟加工及检测，并将物料（6）运送至物料输送分拣系统（4）；

物料输送分拣系统（4），对物料（6）进行分拣；

PLC控制柜（8），用于安装PLC模块（81）及HMI（83）；

PLC模块（81），用于采集及控制智能仓储系统（1）、机器人系统（2）、模拟加工及质量检测系统（3）及物料输送分拣系统（4）；

HMI（83），用于提供人机交互界面以及用于监视及操控智能仓储系统（1）、机器人系统（2）、模拟加工及质量检测系统（3）及物料输送分拣系统（4）；

MES系统，包括基本数据管理模块、仓库管理模块、工艺管理模块、生产管理模块、质量管理模块、任务管理模块、条码生成模块、追溯中心模块、生产过程控制模块、数据分析模块；

基本数据管理模块：创建原材料、产品的基础档案信息；

仓库管理模块：维护库位档案信息、查询库位状态、提供可视化库位报表；

工艺管理模块：维护工序档案、工艺流线，以及产品工艺路线信息；

生产管理模块：维护工单信息，查询工单完工信息；

质量管理模块：统计工单加工过程的质检数据；

任务管理模块：管理WCS任务，查询各任务执行状态，以及手工任务的创建；

条码生成模块：原料入库时，生成原料SN信息；

追溯中心模块：正向追溯以及反向追溯产成品的加工信息；

生产过程控制模块：管理加工过程中工序的下发逻辑；

数据分析模块：提供多维度、多角色图形报表；

WCS系统，包括任务调度模块、库位管理模块、路径管理模块、设备监控模块、手工任务模块、日志管理模块和异常报警模块；

任务调度模块：对MES系统下发的任务，进行智能化调度，制定任务优先级；

库位管理模块：管理智能仓储系统（1）内的库位信息，查询库位的属性，

路径管理模块：维护输送线的路径，并对MES系统下发的任务进行路径拆分，以及寻找最优路径；

设备监控模块：监控硬件设备状态，查询设备当前任务执行状态；

手工任务模块：下发WCS级的手工任务；

日志管理模块：记录管理上下游系统、设备交互报文，以及系统自身运行日志；

异常报警模块：对异常设备进行Andon报警；

AI软件，用于对模拟加工及质量检测系统（3）上的物料（6）进行图形识别及分析；

所述的智能仓储系统（1）、机器人系统（2）、模拟加工及质量检测系统（3）和物料输送分拣系统（4）均设置在底座（5）上，所述的模拟加工及质量检测系统（3）包括模拟焊接打磨模块（31）、视觉检测模块（36）、移料搬运模块（35）和旋转模块（34），所述的模拟焊接打磨模块（31）用于对物料（6）进行模拟加工，所述的移料搬运模块（35）设置在模拟焊接打磨模块（31）的一侧用于将模拟焊接打磨模块（31）模拟加工后的物料（6）搬运至旋转模块（34）上，所述视觉检测模块（36）对旋转模块（34）上的物料（6）进行检测；

所述的智能仓储系统（1）包括机械手模块（13）、原材料储存模块（11）和立体仓库模块（12），所述的原材料储存模块（11）包括存储模块安装支架（111）和原材料放置筒（112），所述的原材料放置筒（112）设置在存储模块安装支架（111）上，所述原材料放置筒（112）的下端设置有缺口，所述的存储模块安装支架（111）上设置有第一电动推杆（114），所述第一电动推杆（114）的输出端与缺口对应设置，所述的存储模块安装支架（111）上设置有第一颜色传感器（115），所述的存储模块安装支架（111）内侧设置有底部到位检测传感器（117），所述的原材料放置筒（112）下端沿径向设置有对穿的检测孔，所述的存储模块安装支架（111）内侧对应检测孔设置有顶部缺料检测传感器（118）；所述的立体仓库模块（12）包括立体仓库支撑架（121）和拖板放置支撑架（122），多个所述立体仓库支撑架（121）间隔设置，多个所述立体仓库支撑架（121）相对的面上从上至下均匀设置有多个拖板放置支撑架（122），相对的拖板放置支撑架（122）上放置有物料拖板（123）；所述的机械手模块（13）包括第一X轴驱动模块（131）、第一Y轴驱动模块（133）、第一Z轴驱动模块（132）和叉车架（134），所述的叉车架（134）设置在第一Y轴驱动模块（133）上，所述的第一Y轴驱动模块（133）设置在第一Z轴驱动模块（132）上，所述的第一Z轴驱动模块（132）设置在第一X轴驱动模块（131）上，所述原材料放置筒（112）的下方设置有RFID条码生成器（113），所述物料拖板（123）上设置有FRB电子标签（125）。

2.根据权利要求1所述的一种智能智造实训教学设备，其特征在于：所述的机器人系统（2）包括第一中空旋转平台（21）、第二Z轴驱动模块（22）、第二Y轴驱动模块（23）和第一吸盘（25），所述的第二Z轴驱动模块（22）设置在第一中空旋转平台（21）上，所述的第二Y轴驱动模块（23）设置在第二Z轴驱动模块（22），所述的第二Y轴驱动模块（23）上设置有固定板（24），所述的第一吸盘（25）设置在固定板（24）上。

3.根据权利要求1所述的一种智能智造实训教学设备，其特征在于：所述的模拟焊接打磨模块（31）包括支撑底板（311）、第二X轴驱动模块（312）和打磨旋转电机（315），所述的第二X轴驱动模块（312）设置在支撑底板（311）上，所述的第二X轴驱动模块（312）上设置有模组固定托板（313），所述的模组固定托板（313）上设置有直线导轨（316），所述直线导轨（316）上设置有滑块，所述滑块上设置有元器件安装板（317），所述的打磨旋转电机（315）设置在元器件安装板（317）上，所述打磨旋转电机（315）的输出端设置有打磨砂轮片（318），所述的模组固定托板（313）上设置有第二电动推杆（314），所述第二电动推杆（314）的输出端与元器件安装板（317）连接，所述的元器件安装板（317）上设置有环境传感器；所述的移料搬运模块（35）包括第三X轴驱动模块（351）、气缸（353）和第二吸盘（355），所述的第三X轴驱动模块（351）上设置有安装支架（352），所述的气缸（353）设置在所述安装支架（352）上，所述的气缸（353）输出端设置有推板（354），所述的第二吸盘（355）设置在推板（354）上，所述的安装支架（352）上设置有两个负压电机（356）分别为气缸（353）和第二吸盘（355）供气；所述的旋转模块（34）包括第二中空旋转平台（341）、第三电动推杆（342）和产品放置板（343），所述的第三电动推杆（342）通过电动推杆安装板设置在第二中空旋转平台（341）上，所述的产品放置板（343）设置在第二中空旋转平台（341）上与第三电动推杆（342）相对的位置。

4.根据权利要求1所述的一种智能智造实训教学设备，其特征在于：所述的物料输送分拣系统（4）包括传送带组件（41）、放置盒（45）和第五电动推杆（44），所述的传送带组件（41）设置在两个侧挡板（42）之间，其中一侧挡板（42）的顶端设置有多个安装架（43），多个所述安装架（43）上均设置有第五电动推杆（44），另一侧的侧挡板（42）上与第五电动推杆（44）对应设置有放置盒（45），位于放置盒（45）一侧的侧挡板（42）上位于传送带组件（41）的上方设置有导向板（46），所述的导向板（46）上设置有第二颜色传感器（47），所述传送带组件（41）末端一侧的底座（5）上设置有不合格品置物盒（7），设置第五电动推杆（44）的侧挡板（42）上位于传送带组件（41）的上方设置有安装板（48），所述的安装板（48）与导向板（46）之间形成倾斜的导向通道（49），多个所述第五电动推杆（44）靠近第二颜色传感器（47）一侧的安装板（48）上均设置有对射传感器（410），设置安装板（48）的侧挡板（42）上位于第二颜色传感器（47）相对的位置设置有模拟加工传送对接板（411）。

5.根据权利要求3所述的一种智能智造实训教学设备，其特征在于：所述的模拟加工及质量检测系统（3）还包括开关门模块（33），所述的开关门模块（33）包括立板（331）、安装侧板（332）和亚克力观察板（333），两个所述立板（331）相对设置，所述的安装侧板（332）设置在两个立板（331）之间，所述的安装侧板（332）上设置有开口，所述的开口两侧均设置有导轨（334），所述导轨（334）上设置有滑动块（335），所述的亚克力观察板（333）通过连接板（336）分别与两个滑动块（335）连接，所述的安装侧板（332）上设置有第四电动推杆（337），所述第四电动推杆（337）的输出端与连接板（336）连接，所述的开口与物料放置盘（322）对应设置。

6.根据权利要求3所述的一种智能智造实训教学设备，其特征在于：所述的视觉检测模块（36）包括相机安装架（361）、工业相机（362）和照明光源（363），所述的工业相机（362）设置在相机安装架（361）的上端且位于旋转模块（34）的上方，所述的照明光源（363）设置在相机安装架（361）上用于照射物料（6）。

7.根据权利要求5所述的一种智能智造实训教学设备，其特征在于：所述的立板（331）上设置有传感器固定板，所述传感器固定板上设置有高度检测器（37），所述高度检测器（37）位于旋转模块（34）的上方。

8.根据权利要求1所述的一种智能智造实训教学设备，其特征在于：所述的PLC控制柜（8）包括人机界面安装外壳（84）和与之连接的安装固定壳，所述人机界面安装外壳（84）和安装固定壳均固定于铝型材框架（82）上，所述铝型材框架（82）上设置有折叠把手（85），所述安装固定壳上通过安装导轨（87）设置PLC模块（81），所述HMI（83）安装于人机界面安装外壳（84）上，所述人机界面安装外壳（84）上还设置有快速通讯连接板（86）。

9.根据权利要求1所述的一种智能智造实训教学设备，其特征在于：所述的PLC模块（81）包括PLC主机、IO模块、RS485通讯模块和工业交换机，所述PLC主机分别与IO模块、RS485通讯模块通过直插方式连接，PLC主机和工业交换机通过工业以太网连接，HMI（83）通过以太网连接工业交换机。