CN117910945A - 一种融合单点渐进成型和线控设备的制造单元部署方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种融合单点渐进成型和线控设备的制造单元部署方法，包括：确定制造单元部署为存储区、单点渐进成型加工单元(加工输入区、加工中心、加工输出区)、线控设备装配单元(装配输入区、装配中心、装配输出区)、装配完成区，建立三种装配资源模型包括线控设备，装配中心和装配完成区Petri网模型，确定线控设备存在等待搬运、搬运工件、复位、维护状态信息，装配中心存在等待装配、检验装配、装配工件、装配维护状态信息，装配完成区存在可用存储空间和占用存储空间两种状态信息。本发明将制造单元划分为不同功能区域，提高了产品质量和加工装配效率，利用Petri技术实现制造资源动态和高效的状态感知，优化资源配置效率。

Description

一种融合单点渐进成型和线控设备的制造单元部署方法

技术领域

本发明属于复杂产品生产装配技术领域，具体涉及一种融合单点渐进成型和线控设备的制造单元部署方法。

背景技术

在复杂产品的生产装配过程中，有效的组织和管理制造单元的资源，优化制造流程，提高产品的生产效率和质量，是生产运营管理面临的重要问题。目前，车间的资源配置和管理多依赖于人工操作，无法实现精细化的生产流程控制，难以保证产品的装配质量和生产效率，并且很少考虑资源状态变化对装配计划和生产调度的影响。

制造资源的不确定性和动态变化会严重影响制造车间的正常运行。目前制造资源存在控制机制不全面、监控数据及时性差、调度智能水平低等问题，这些资源的动态管理和优化配置是实现高效生产的关键。然而，传统的资源管理方式多是静态的，一旦设定就无法改变，难以适应复杂、变化的生产环境。同时，对于复杂产品的生产装配，需要一种能够准确描述资源状态，动态调整资源配置，实时优化装配过程的管理和控制方法。但现有的管理方法无法准确地描述资源状态，也缺乏有效的资源配置和制造过程优化手段。

发明内容

发明目的：本发明为解决上述背景技术中存在的问题，提供了一种融合单点渐进成型和线控设备的制造单元部署方法。

技术方案：本发明采用以下技术方案：一种融合单点渐进成型和线控设备的制造单元部署方法，包括以下步骤：

步骤1、根据复杂产品制造单元设置的输入和输出区域以及制造过程空间划分准则，确定制造单元区域部署为：存储区、单点渐进成型加工单元(加工输入区、单点渐进成型加工中心、加工输出区)、线控设备装配单元(装配输入区、装配中心、装配输出区)、装配完成区组成；

步骤2、以制造过程中复杂产品、装配中心、线控设备和装配完成区等资源，建立单点渐进成型加工单元Petri网模型、线控设备装配单元Petri网模型和装配完成区Petri网模型三种装配资源模型；

步骤3、根据建立的制造资源模型，确定单点渐进成型加工中心Petri网模型包括加工中心获取信息、加工中心状态检查信息、加工资源验证信息、加工任务完成信息、加工设备维护信息，线控设备装配单元Petri网模型包括线控设备获取复杂产品搬运信息、检查线控设备状态信息、线控设备搬运工件信息、工件存储信息、工件搬运完成信息、线控设备复位信息和线控设备维护信息；；装配完成区Petri网模型包括可用存储空间信息和占用存储空间信息。

进一步的，所述步骤1制造单元空间区域部署，具体实现如下：

存储区内的复杂产品加工原材料通过搬运设备搬运到加工输入区等待加工，在加工中心进行工件加工，输送到加工输出区，再通过搬运设备将工件搬运到装配输入区，接着通过线控设备在装配中心的装配输出区进行部装，循环步骤，直至复杂产品总装完毕，最终由搬运设备将装配输出区内复杂产品搬运至装配完成区。

进一步的，所述步骤2建立三种装配资源的Petri网感知模型，具体实现如下：

步骤21：单点渐进成型加工单元Petri网模型：加工单元的主要活动包括搬运设备将加工原材料从加工输入区搬运到加工中心进行加工，加工完成通过搬运设备将成品工件搬运到加工输出区，所述加工单元存在等待加工状态、检验加工状态、加工工件状态、加工设备维护状态。

步骤22：构建线控设备装配单元Petri网模型：线控设备通过工装将工件从装配输入区搬运到装配中心的装配输出区，循环步骤，复杂产品的装配任务在装配中心通过线控设备完成。线控设备在搬运任务完成后一键自动复位。所述线控设备是一个正方体或者长方体的工装，具备6个自由度，每个自由度通过绳索控制，工装可以安装机械式、液压式、磁性、真空吸盘等夹具，可用于工件搬运、工件装配、质量检查、数据记录和分析。线控设备存在等待搬运状态、搬运工件状态、复位状态、维护状态四个状态。

步骤23：构建装配完成区Petri网模型：装配完成区主要活动包括搬运设备将复杂产品从装配输出区搬运到装配完成区。所述装配完成区具备一定的存储容量，包括可用存储空间和占用存储空间两种状态。线控、搬运设备和装配中心可通过RFID访问装配完成区的存储容量信息，实现复杂产品的搬运和存储。

进一步的，所述步骤3建立的单点渐进成型加工单元Petri网模型，具体包括信息如下：

1)加工中心获取信息：加工中心通过配置RFID，获取工件在输入输出位置上的标签信息，识别工件是否处于等待加工状态，并获得加工工件所需的人员、设备、工具和标准操作说明；

2)加工中心状态检查信息：加工中心获得加工任务后，首先验证人员、设备和工具是否处于就绪状态。如果存在，则加工中心处于正常状态，可以完成下一个加工任务；

3)加工资源验证信息：加工中心通过RFID获取加工工件所需的人员、设备、工具的标签信息。此时会触发指令来验证标签和标准操作说明中的信息。如果这两种信息一致，则可以进行加工。否则，将异常信息上传到系统进行验证和资源重新分配；

4)加工中心任务完成信息：当工件、人员、设备、工具和操作说明准备就绪，就开始执行加工任务。当零件开始加工时，加工输入区内工件个数减少1，加工输出区工件个数增加1。此外。检查加工中心的加工输出区是否有工件的存储空间，如果不存在，则继续等待；如果存在，将工件移动到加工中心的加工输出区，加工输出区的存储空间减少1；

5)加工设备维护信息：加工中心在加工过程中可能出现故障，除了工具和设备外，还需要定期维护。

进一步的，所述步骤3建立的线控设备装配单元Petri网模型，具体包括信息如下：

1)线控设备获取工件搬运信息：设置工件的标签信息，通过在线控设备上配置的RFID获得工件的标签信息。将工件标识为等待搬运，获得工件的搬运路径；

2)检查线控设备状态信息：在工件搬运过程中，需要了解线控设备是否处于就绪状态，即是否能完成搬运工件的任务。如果警示灯不亮，则表示搬运设备状态处于就绪状态，能够完成工件的搬运任务。如果警示灯显示，则表示此时线控设备处于异常状态，产品搬运需等待线控设备状态变为就绪状态；

3)线控设备搬运工件信息：当工件、线控设备、线控路径信息等资源处于就绪状态，进行搬运活动。当工件被运输时，装配输入区工件数量减少1，装配输出区的工件数量增加1；

4)工件存储信息和工件搬运完成信息：第一步是确定装配中心的装配输入区或装配输出区是否存在可用的空间状态。如果存在，即开始搬运，当工件被搬运设备搬运至装配输入区时，装配中心的装配输出区工件数量会增加1，装配输入区工件数量会减少1。如果不存在，则在装配输入区或装配输出区存储空间可用时，等待并继续处理；当线控设备按照搬运路径完成对工件的搬运时，可以对下一个工件的电子标签信息进行标记；

5)线控设备维护信息：除了线控设备在搬运工件的过程中可能出现的故障，需要停机检修外，还需要在一定的运行时间后，按照线控设备的检修标准进行定期检修。

进一步的，所述步骤3建立的装配完成区Petri网模型，具体包括信息如下：

1)可用存储空间信息：搬运设备或装配中心的RFID感知到装配完成区内有存储工件空间，搬运设备将装配输出区内的工件移动或转移，即装配完成区处于可用存储空间状态；

2)占用存储空间信息：搬运设备或装配中心的RFID感知到装配完成区有工件占用存储空间，装配输出区会触发提醒，此时装配完成区处于占用存储空间状态。

有益效果：本发明和现有技术相比，具有如下显著优点：(1)传统制造单元一般会按照复杂产品部件的不同划分加工装配区域，会导致空间利用率不高，制造计划更新不及时带来的效率降低，本发明将制造单元空间区域分区部署，有效地划分不同功能区域，实现了资源的最优化配置，提高加工装配效率和产品质量；(2)本发明建立三种资源Petri网模型，准确地描述各资源之间的关系和相互作用，从而降低装配复杂性，解决资源配置优化效率降低、资源动态响应能力不足等问题；(3)传统装配设备具备三个自由度，只能x、y、z方向移动。本发明线控设备具备6个自由度，还能够x、y、z方向旋转运动，利用绳索控制在三维空间内自由移动和旋转，快速适应不同装配任务的需求，极大地提高了加工装配效率和制造的自动化程度；(4)本发明实现了加工和装配的状态检查、资源验证、任务完成、感知和管理存储空间状态功能，提高制造准确性以及产品的搬运和存储效率。

附图说明

图1为本发明的一种融合单点渐进成型和线控设备的制造单元部署方法流程图。

图2为实施例中复杂产品制造单元俯视图。

图3为实施例中复杂产品制造单元主视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例：如图1所示，本发明的一种融合单点渐进成型和线控设备的制造单元资源部署方法，具体包括如下步骤：

步骤1：根据复杂产品制造单元设置的输入和输出区域以及制造过程空间划分准则，将制造单元空间区域分区部署，具体实现如下：

①以拟卫星复杂产品(q)制造单元部署为例，如图2所示，将制造单元空间区域部署为：存储区(c0)、单点渐进成型加工单元包括加工输入区(p0)、加工中心(m0)、加工输出区(p1)、线控设备装配单元包括装配输入区(s0)、装配中心(a0)、装配输出区(s1)以及装配完成区(c1)。所述制造单元还包括搬运设备(w0-w2)，线控设备(t0-t1)、库卡机械臂(k0)、装配人员(o1-o4)以及复杂产品(q)，如图3所示。

②基于上述空间部署，存储区(c0)将拟卫星结构板(z0-zn)通过AGV(AutomaticGuided Vehicle)自动搬运机器人(w0)搬运到金属单点渐进成型加工中心(m0)的加工输入区(p0)等待加工，通过编程设置库卡机械臂(k0)运动轨迹，在加工中心(m0)进行结构板外形加工，输送到加工输出区(p1)，AGV(w1)将结构板搬运到装配中心(a0)装配输入区(s0)，接着通过线控设备(t0)在装配中心(a0)装配输出区(s1)进行总装，循环步骤，直至拟卫星复杂产品(q)装配完毕，最终由搬运设备(w2)搬运到装配完成区(c1)。

步骤2建立三种装配资源的Petri网感知模型，具体实现如下：

①构建单点渐进成型加工单元Petri网模型：加工单元加工活动是搬运设备(w0)将工件原材料从加工输入区(p0)搬运到加工中心(m0)进行加工，加工完成通过搬运设备(w1)将成品工件搬运到加工输出区(p1)，加工单元存在等待加工状态、检验加工状态、加工工件状态、加工设备维护状态。

②构建线控设备装配单元Petri网模型：线控设备(t0)将卫星结构板(z0)从装配输入区(s0)搬运到装配中心(a0)的装配输出区(s1)，循环步骤，拟卫星复杂产品的装配任务在装配中心(a0)通过线控设备(t0，t1)完成。线控设备(t0，t1)在搬运任务完成后一键自动复位。线控设备具备6个自由度，是一个正方体的工装，每个自由度通过绳索控制，工装下方安装真空吸盘夹具，线控设备通过真空吸盘进行工件搬运，将工件从装配输入区(s0)吸附到装配输入区(s1)的装配台上；线控设备根据预定义的装配工序和方式将工件装配，根据设计要求进行精确的位置调整和配件固定，确保装配的准确性和可靠性；线控设备使用传感器和视觉系统进行质量检查，对装配过程中的关键参数进行监测和测量，确保工件的质量符合要求；线控设备记录和存储装配过程中的数据，包括工件的位置、使用的工具和扭矩，数据可用于分析和优化装配过程的效率和质量。线控设备存在等待搬运状态、搬运工件状态、复位状态、维护状态四个状态。

③构建装配完成区Petri网模型：装配完成区(c1)主要活动包括搬运设备(w0)将复杂产品(q)从装配输出区(s1)搬运到装配完成区(c1)。所述存储区存在一定的存储容量，包括存储空间可用和存储空间使用两种状态。线控(t0-t1)、搬运设备(w2)和装配中心(a0)通过RFID访问装配完成区的存储容量信息，最终实现复杂产品(q)的搬运和存储。

步骤3建立的单点渐进成型加工单元Petri网模型，具体实现如下：

1)加工中心获取信息：加工中心(m0)配置RFID，获取工件在加工输入输出位置上的标签信息(q0，q1)，识别工件处于等待加工状态，获得加工工件所需的人员(o2)、设备(k0)、工具和标准操作说明；

2)加工中心状态检查信息：加工中心获得加工任务后，验证人员(o2)、设备(k0)和工具处于就绪状态，加工中心(m0)处于正常状态，可以完成下一个加工任务；

3)加工资源验证信息：加工中心(m0)通过RFID获取加工工件人员(o2)、设备(k0)和工具的标签信息。触发指令验证标签和标准操作说明中的信息，发现这两种信息一致，则可以进行加工；

4)加工中心任务完成信息：工件(q0)、人员(o2)、设备(k0)工具和操作说明准备就绪，开始执行加工任务。零件开始加工，检查加工中心(m0)的加工输出区(p0)存在工件存储空间，将工件(q0)移动到加工中心的加工输出区(p1)，加工输出区(p0)工件个数减少1，加工输出区(p1)存储的工件个数增加1。；

5)加工设备维护信息：加工中心在加工过程中出现故障，需要定期维护工具和设备。

步骤3建立的线控设备装配单元Petri网模型，具体实现如下：

1)线控设备获取复杂产品搬运信息：设置复杂产品工件(q)的标签信息，通过在线控设备(t0，t1)上配置的RFID获得复杂产品(q)的标签信息。将复杂产品工件(q)标识为等待搬运，获得复杂产品的搬运路径(w)；

2)检查线控设备状态信息：在复杂产品搬运过程中，检查线控设备是否处于就绪状态，即是否能完成搬运工件的任务。警示灯不亮，则表示搬运设备状态处于就绪状态，可以对工件进行搬运任务；

3)线控设备搬运工件信息：复杂产品(q)、线控设备(t0，t1)、线控路径信息(r)等资源都处于就绪状态，进行搬运活动。工件被运输时，装配输入区(s0)工件数量减少1，装配输出区(s1)的工件数量增加1；

4)工件存储信息和工件搬运完成信息：确定装配中心的装配输入区(s0)或装配输出区(s1)中存在可用的空间状态。开始搬运，工件被搬运到装配输入区(s0)时，装配输出区(s1)的工件数量增加1，装配输出区(s1)减少1个工件的存储空间。线控设备按照搬运路径完成对工件(q0)的搬运，下一个工件(q1)的电子标签信息被标记；

5)线控设备维护信息：线控设备(t0，t1)在一定的运行时间(h)后，按照线控设备的检修标准进行检修。

步骤3建立的装配完成区Petri网模型，具体实现如下：

可用存储空间信息：搬运设备(w2)的RFID感知到装配完成区(c1)内有存储工件空间，搬运设备(w2)将装配输出区(s1)内的工件转移，即装配完成区处于可用存储空间状态。

通过对装配中心线控设备、人员等资源的实时感知，掌握了线控设备(t0，t1)装配资源的实时数据，通过调用复杂产品工件(q0)的标准作业指导书进行设备感知。例如，设置两种线控设备都能正常使用时，装配时间为1h；当只有一台线控设备可以正常使用时，装配时间为2h；如果这两种线控设备都不能正常使用，装配任务就不能进行。当计划要求装配中心装配时间小于1h时，只有在两台设备均正常时才能完成；当计划要求装配中心装配时间小于2h时，只要有一台设备正常，就可以正常完成，其余的一台线控设备资源可以进入装配输入区等待新的任务。当没有正常使用的设备时，必须重新编制装配计划。综上所述，本实施例可以提高复杂产品制造单元的效率和质量，减少人力和物力资源的浪费。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (6)

1.一种融合单点渐进成型和线控设备的制造单元部署方法,其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、根据复杂产品制造单元设置的输入和输出区域以及制造过程空间划分准则，确定制造单元空间区域部署为：存储区、单点渐进成型加工单元、线控设备装配单元、装配完成区组成；

步骤2、以制造过程中复杂产品、装配中心、线控设备和装配完成区资源，建立单点渐进成型加工单元Petri网模型、线控设备装配单元Petri网模型和装配完成区Petri网模型三种装配资源模型；

步骤3、根据建立的制造资源模型，确定单点渐进成型加工单元Petri网模型包括加工中心获取信息、加工中心状态检查信息、加工资源验证信息、加工任务完成信息、加工设备维护信息，线控设备装配单元Petri网模型包括线控设备获取复杂产品搬运信息、检查线控设备状态信息、线控设备搬运工件信息、工件存储信息、工件搬运完成信息、线控设备复位信息和线控设备维护信息；装配完成区Petri网模型包括可用存储空间信息和占用存储空间信息。

2.根据权利要求1所述的融合单点渐进成型和线控设备的制造单元部署方法,其特征在于，步骤1中制造单元空间区域部署，具体实现如下：存储区内的复杂产品加工原材料通过搬运设备搬运到加工输入区等待加工，在加工中心进行工件加工，输送到加工输出区，再通过搬运设备将工件搬运到装配输入区，接着通过线控设备在装配中心的装配输出区进行部装，循环步骤，直至复杂产品总装完毕，最终由搬运设备将装配输出区内复杂产品搬运至装配完成区。

3.根据权利要求1所述的融合单点渐进成型和线控设备的制造单元部署方法,其特征在于，

步骤2中建立三种装配资源的Petri网模型，具体实现如下：

步骤21：单点渐进成型加工单元Petri网模型：加工单元的主要活动包括搬运设备将加工原材料从加工输入区搬运到加工中心进行加工，加工完成通过搬运设备将成品工件搬运到加工输出区，所述加工单元存在等待加工状态、检验加工状态、加工工件状态、加工设备维护状态，

步骤22：构建线控设备装配单元Petri网模型：线控设备通过工装将工件从装配输入区搬运到装配中心的装配输出区，循环步骤，复杂产品的装配任务在装配中心通过线控设备完成，线控设备在搬运任务完成后一键自动复位，所述线控设备是一个正方体或者长方体的工装，具备6个自由度，每个自由度通过绳索控制，工装可以安装机械式、液压式、磁性、真空吸盘等夹具，可用于工件搬运、工件装配、质量检查、数据记录和分析，线控设备存在等待搬运状态、搬运工件状态、复位状态、维护状态四个状态，

步骤23：构建装配完成区Petri网模型：装配完成区主要活动包括搬运设备将复杂产品从装配输出区搬运到装配完成区，所述装配完成区具备一定的存储容量，包括可用存储空间和占用存储空间两种状态，线控、搬运设备和装配中心可通过RFID访问装配完成区的存储容量信息，实现复杂产品的搬运和存储。

4.根据权利要求1所述的融合单点渐进成型和线控设备的制造单元部署方法,其特征在于，所述步骤3建立的单点渐进成型加工单元Petri网模型，具体包括信息如下：

1)加工中心获取信息：加工中心通过配置RFID，获取工件在输入输出位置上的标签信息，识别工件是否处于等待加工状态，并获得加工工件所需的人员、设备、工具和标准操作说明；

2)加工中心状态检查信息：加工中心获得加工任务后，首先验证人员、设备和工具是否处于就绪状态，如果存在，则加工中心处于正常状态，可以完成下一个加工任务；

3)加工资源验证信息：加工中心通过RFID获取加工工件所需的人员、设备、工具的标签信息，此时会触发指令来验证标签和标准操作说明中的信息，如果这两种信息一致，则可以进行加工，否则，将异常信息上传到系统进行验证和资源重新分配；

4)加工中心任务完成信息：当工件、人员、设备、工具和操作说明准备就绪，就开始执行加工任务，当零件开始加工时，加工输入区内工件个数减少1，加工输出区工件个数增加1，此外，检查加工中心的加工输出区是否有工件的存储空间，如果不存在，则继续等待；如果存在，将工件移动到加工中心的加工输出区，加工输出区的存储空间减少1；

5)加工设备维护信息：加工中心在加工过程中可能出现故障，除了工具和设备外，还需要定期维护。

5.根据权利要求1所述的融合单点渐进成型和线控设备的制造单元部署方法,其特征在于，所述步骤3建立的线控设备装配单元Petri网模型，具体包括信息如下：

1)线控设备获取工件搬运信息：设置工件的标签信息，通过在线控设备上配置的RFID获得工件的标签信息，将工件标识为等待搬运，获得工件的搬运路径；

2)检查线控设备状态信息：在工件搬运过程中，需要了解线控设备是否处于就绪状态，即是否能完成搬运工件的任务,如果警示灯不亮，则表示搬运设备状态处于就绪状态，能够完成工件的搬运任务，如果警示灯显示，则表示此时线控设备处于异常状态，产品搬运需等待线控设备状态变为就绪状态；

3)线控设备搬运工件信息：当工件、线控设备、线控路径信息等资源处于就绪状态，进行搬运活动，当工件被运输时，装配输入区工件数量减少1，装配输出区的工件数量增加1；

4)工件存储信息和工件搬运完成信息：第一步是确定装配中心的装配输入区或装配输出区是否存在可用的空间状态，如果存在，即开始搬运，当工件被搬运设备搬运至装配输入区时，装配中心的装配输出区工件数量会增加1，装配输入区工件数量会减少1，如果不存在，则在装配输入区或装配输出区存储空间可用时，等待并继续处理；当线控设备按照搬运路径完成对工件的搬运时，对下一个工件的电子标签信息进行标记；

5)线控设备维护信息：除了线控设备在搬运工件的过程中可能出现的故障，需要停机检修外，还需要在一定的运行时间后，按照线控设备的检修标准进行定期检修。

6.根据权利要求1所述的融合单点渐进成型和线控设备的制造单元部署方法,其特征在于，所述步骤3建立的装配完成区Petri网模型，具体包括信息如下：

1)可用存储空间信息：搬运设备或装配中心的RFID感知到装配完成区内有存储工件空间，搬运设备将装配输出区内的工件移动或转移，即装配完成区处于可用存储空间状态；

2)占用存储空间信息：搬运设备或装配中心的RFID感知到装配完成区有工件占用存储空间，装配输出区会触发提醒，此时装配完成区处于占用存储空间状态。