超高柔性的生產(chǎn)制造
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使用眾多標準化的移動運送單元(“MTU”)、可運送容器(如桌子或箱子)和各種類型的工作單元來構(gòu)建高度柔性的制造環(huán)境的制造系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在制造環(huán)境中，工作單元對本文也稱為工件的零件和組件執(zhí)行各種工序，如焊接、組裝、加工、檢查等。必須將零件和組件遞送至工作單元，并且也可以在工作單元之間移動零件和組件用于進一步的工作，或在工序流程中將零件和組件遞送到制造環(huán)境中的非工作單元位置，所述工序流程是對工件執(zhí)行的所有工序以及這些工序的次序的集合。
[0003]用于在制造環(huán)境中遞送工件的傳統(tǒng)方法是使用傳送機系統(tǒng)。傳送機系統(tǒng)被設計并構(gòu)建成在工作單元之間以特定次序運送工件。通常將工件安裝在可隨傳送機部分行進并且將其精確地定位在工作單元內(nèi)的固定裝置上。
[0004]傳送機是固定到地板的剛性結(jié)構(gòu)。使用傳送機系統(tǒng)時，總是存在將前面的工件移出單元且將新的工件遞送至單元的工作單元等待時間。這導致顯著部分的時間內(nèi)并沒有使用工作單元。由于不同工作單元在循環(huán)時間上的不同，也會在傳送機系統(tǒng)中產(chǎn)生瓶頸。該瓶頸導致了將工件遞送至工作單元的延遲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]一種制造系統(tǒng)，具有:
[0006]一個或多個工作單元，其中每個工作單元對相關聯(lián)的一個或多個工件之一執(zhí)行一個或多個制造工序；
[0007]一個或多個移動運送單元(“MTU”)，以將包含工件的可運送容器遞送至工作單元或從工作單元遞送出，一個或多個移動運送單元獨立于一個或多個工作單元之間的固定就位路徑并且以使得在工作單元中確定工件的位置的方式、將容器遞送到工作單元；以及
[0008]計算機系統(tǒng)，在其中具有用于一個或多個MTU中的每個MTU的狀態(tài)信息，并且使用該狀態(tài)信息來控制一個或多個MTU的每個MTU而將可運送容器遞送至一個或多個工作單元或從一個或多個工作單元遞送出。
【附圖說明】
[0009]圖1示出了示例性的制造環(huán)境，其由工作單元以及相關聯(lián)的容器站、MTU和緩沖站所構(gòu)成。
[0010]圖2示出了用于在每個工作單元中的計算機系統(tǒng)和控制設備的相互連接的框圖。
[0011]圖3示出了在計算機系統(tǒng)和控制設備與如圖1所示的MTU的移動之間進行的協(xié)調(diào)的流程圖。
[0012]圖4示出了計算機系統(tǒng)使用的用來協(xié)調(diào)MTU的一個實施例的流程圖。
[0013]圖5示出了可運送容器的一個示例。
[0014]圖6示出了對接站的一個示例。
[0015]圖7示出了在倉庫位置、制造位置以及裝運位置之間的關系的框圖。
[0016]圖8示出了用于協(xié)調(diào)輸入工件遞送的流程圖。
【具體實施方式】
[0017]如下面更詳細的描述，眾多MTU將包含工件的可運送容器遞送至用于制造工序的工作單元?？蛇\送容器可以是桌子、箱子、托盤、貨板等形式。眾多MTU還將其制造工序已經(jīng)在一個工作單元處完成的工件遞送到用于待對工件執(zhí)行的另一個制造工序的另一個工作單元，或者遞送到制造設施中的非工作單元位置(例如，裝運或存儲位置)。應當理解，同樣可將工件從非工作單元位置遞送至工作單元。本文所使用的術語“工作單元”包括但不限于機器人單元、硬自動化單元、手動單元和測試單元。
[0018]現(xiàn)參考圖1，圖1中示出了在示例性制造環(huán)境10中的工作單元12、14、16、18以及相關聯(lián)容器站24a、24b，MTU 20a、20b以及緩沖站26的布局。圖1所示工作單元包括:機器人工作單元12 ;硬自動化工作單元14，其是用于特定生產(chǎn)目的的設備，例如CNC機械設備；測試單元16;以及手動工作單元18，由人在其處執(zhí)行操作。MTU 20a前進至某位置拿起可運送容器，MTU 20b將可運送容器運載至期望位置。如下面所述，當在工作流程中的下一個工作單元并未準備好接收可運送容器的情況下，緩沖站26在工序中暫時保持工作，直到工作單元準備好接收該工作。應注意，在圖1中不同類型的工作單元12、14、16和18，相關聯(lián)的容器站24a、24b，兩個MTU20a、20b以及緩沖單元26中的每個不僅具有唯一的參考編號而且具有唯一的符號。
[0019]參考圖5，圖5示出了以桌子60的形式的個可運送容器的實施例。桌子60包括鉸接夾62形式的固定裝置，用于將工件固定到桌子60，以及接合銷64，用于將工件定位在桌子上。如本領域技術人員所已知的，存在將工件固定于桌子的許多其他方式。一個或多個工件還可以在箱子、托盤、貨板等中遞送，而不是被固定到容器。在工件未被固定到容器的情況下，并且如本領域技術人員所已知的，可以實現(xiàn)視覺系統(tǒng)或其他定位方式以確定工件在箱子、托盤、貨板等中的位置和/或定向。本文所使用的術語“定位”或“確定位置”表示在工作單元中確定容器和/或工件的位置和/或定向，其中針對工件的確定伴隨或者不伴隨確定容納或包含工件的容器、箱子等的位置和/或定向。
[0020]再次參考圖1，每個硬自動化單元14可以包含用于執(zhí)行各種制造工序的一件或多件機械設備。機械設備可以包括但不限于機床(例如，CNC銑床或車床)、自動化壓機或本領域技術人員公知的其他標準化機械設備。
[0021]本文所使用的術語“機械設備”不僅包括硬自動化單元14中的上述機械設備，而且包括在單元中下述機器人12，以及在測試單元16和手動單元18中的設備。
[0022]眾所周知，每個機器人工作單元12還包括一個或多個機器人。例如，機器人工作單元12可以具有兩個機器人，其中一個保持待加工工件，而另一個保持工具，該工具可以對工件執(zhí)行特定工作，或者該工具可以是自適應的或柔性的，使得可將其用于對工件執(zhí)行幾項任務。單元中的每個機器人可以是例如具有多個自由度的工業(yè)機器人臂。這種機器人臂的示例包括串聯(lián)和并聯(lián)的臂結(jié)構(gòu)。
[0023]機器人工作單元12還可以包括工具更換裝置，如例如可從ATI IndustrialAutomt1n (ATI工業(yè)自動化)獲得的多個工具更換裝置之一的QC系列工具更換裝置。眾所周知，工具更換裝置可以是要求手動更換工具的類型，或者可以是包括允許自動更換工具的工具庫的類型。
[0024]如圖2的框圖中所示，每個機器人工作單元12還包括相關聯(lián)的機器人控制器或其他控制裝置12a。還如圖2所示，硬自動化工作單元14、測試單元16、手動工作單元18和MTU 20a和20b中的每一個還分別包括相關聯(lián)的控制裝置14a、16a、18a和20c?？刂蒲b置是可編程裝置，其執(zhí)行程序并具有與其他控制裝置或計算機系統(tǒng)通信的能力。
[0025]還如圖2所示，計算機系統(tǒng)22通過與它們各自的控制裝置12a、14a、16a、18a和20c通信以協(xié)調(diào)工作單元12、14、16和18與移動運送單元20a、20b之間的交互。特別地，按需(預測性地)調(diào)用MTU 20a,20b以如MTU 20a那樣從存儲區(qū)域或之前的工作單元取得可運送的容器，并且如MTU 20b那樣向下一個工作單元或站遞送所取得的可運送容器。通過比如工序完成、在完成工序之前或之后的指定時間量、工序錯誤等的事件來觸發(fā)按需請求。
[0026]如圖1所示，工作單元12、14、16和18中的每個工作單元可以具有一個或多個容器站24a和24b。容器站24是工作單元中的每個工作單元中的這樣的位置，在該位置處，可運送容器在該工作單元內(nèi)被定位并且可以被加工。圖1示出了容器站24a、24b在給定時刻的示例。容器站24b，其在圖1中的唯一符號是正方形，是在該時刻具有可運送容器的容器站，并且容器站24a，其唯一符號是圓圈，是在該時刻為空的容器站。在每個工作單元中的多個容器站24允許工作單元在該工作單元已經(jīng)完成它對在該工作單元中的另一可運送容器上的工件的加工之后，立即開始對尚未加工的工件的加工。因此，在每個工作單元中的多個容器站24將優(yōu)化地保持工作單元在接近100%的使用率下運行。
[0027]每個工作單元可以具有使用基于機械的或傳感器的方案來確定可運送容器的位置的方法。參考圖6，圖6示出了在對接站88的形式中基于機械的定位方法的實施例，可以在容器站24中使用對接站88來準確并安全地將可運送容器定位在特定位置。在該實施例中，對接站88具有兩個線形致動器90，設有附裝卡鉗92和兩個固定卡鉗94。
[0028]針對該實施例，可運送桌子在框架頂端拐角中具有橫向構(gòu)件，用于在線形致動器被致動時將卡鉗接合。在線形致動器上的兩個卡鉗推進橫向構(gòu)件，從而沿對接站88的頂端滑動桌子直到固定卡鉗94與剩余的橫向構(gòu)件接合，準確地將桌子固定至工作單元中的已知位置和定向。該接合方