超高柔性的生產(chǎn)制造
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使用眾多標(biāo)準(zhǔn)化的移動(dòng)運(yùn)送單元(“MTU”)、可運(yùn)送容器(如桌子或箱子)和各種類(lèi)型的工作單元來(lái)構(gòu)建高度柔性的制造環(huán)境的制造系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在制造環(huán)境中，工作單元對(duì)本文也稱(chēng)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(dòng)零件和組件用于進(jìn)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(duì)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(jī)系統(tǒng)。傳送機(jī)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)并構(gòu)建成在工作單元之間以特定次序運(yùn)送工件。通常將工件安裝在可隨傳送機(jī)部分行進(jìn)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(jī)是固定到地板的剛性結(jié)構(gòu)。使用傳送機(jī)系統(tǒng)時(shí)，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(shí)間。這導(dǎo)致顯著部分的時(shí)間內(nèi)并沒(méi)有使用工作單元。由于不同工作單元在循環(huán)時(shí)間上的不同，也會(huì)在傳送機(jī)系統(tǒng)中產(chǎn)生瓶頸。該瓶頸導(dǎo)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(gè)或多個(gè)工作單元，其中每個(gè)工作單元對(duì)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)工件之一執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)制造工序；
[0007]一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)運(yùn)送單元(“MTU”)，以將包含工件的可運(yùn)送容器遞送至工作單元或從工作單元遞送出，一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)運(yùn)送單元獨(dú)立于一個(gè)或多個(gè)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在其中具有用于一個(gè)或多個(gè)MTU中的每個(gè)MTU的狀態(tài)信息，并且使用該狀態(tài)信息來(lái)控制一個(gè)或多個(gè)MTU的每個(gè)MTU而將可運(yùn)送容器遞送至一個(gè)或多個(gè)工作單元或從一個(gè)或多個(gè)工作單元遞送出。
【附圖說(shuō)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(guān)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(gè)工作單元中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和控制設(shè)備的相互連接的框圖。
[0011]圖3示出了在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和控制設(shè)備與如圖1所示的MTU的移動(dòng)之間進(jìn)行的協(xié)調(diào)的流程圖。
[0012]圖4示出了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用的用來(lái)協(xié)調(diào)MTU的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
[0013]圖5示出了可運(yùn)送容器的一個(gè)示例。
[0014]圖6示出了對(duì)接站的一個(gè)示例。
[0015]圖7示出了在倉(cāng)庫(kù)位置、制造位置以及裝運(yùn)位置之間的關(guān)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(shí)施方式】
[0017]如下面更詳細(xì)的描述，眾多MTU將包含工件的可運(yùn)送容器遞送至用于制造工序的工作單元。可運(yùn)送容器可以是桌子、箱子、托盤(pán)、貨板等形式。眾多MTU還將其制造工序已經(jīng)在一個(gè)工作單元處完成的工件遞送到用于待對(duì)工件執(zhí)行的另一個(gè)制造工序的另一個(gè)工作單元，或者遞送到制造設(shè)施中的非工作單元位置(例如，裝運(yùn)或存儲(chǔ)位置)。應(yīng)當(dāng)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(shù)語(yǔ)“工作單元”包括但不限于機(jī)器人單元、硬自動(dòng)化單元、手動(dòng)單元和測(cè)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(guān)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(jī)器人工作單元12 ;硬自動(dòng)化工作單元14，其是用于特定生產(chǎn)目的的設(shè)備，例如CNC機(jī)械設(shè)備；測(cè)試單元16;以及手動(dòng)工作單元18，由人在其處執(zhí)行操作。MTU 20a前進(jìn)至某位置拿起可運(yùn)送容器，MTU 20b將可運(yùn)送容器運(yùn)載至期望位置。如下面所述，當(dāng)在工作流程中的下一個(gè)工作單元并未準(zhǔn)備好接收可運(yùn)送容器的情況下，緩沖站26在工序中暫時(shí)保持工作，直到工作單元準(zhǔn)備好接收該工作。應(yīng)注意，在圖1中不同類(lèi)型的工作單元12、14、16和18，相關(guān)聯(lián)的容器站24a、24b，兩個(gè)MTU20a、20b以及緩沖單元26中的每個(gè)不僅具有唯一的參考編號(hào)而且具有唯一的符號(hào)。
[0019]參考圖5，圖5示出了以桌子60的形式的個(gè)可運(yùn)送容器的實(shí)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(xiāo)64，用于將工件定位在桌子上。如本領(lǐng)域技術(shù)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(gè)或多個(gè)工件還可以在箱子、托盤(pán)、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(lǐng)域技術(shù)人員所已知的，可以實(shí)現(xiàn)視覺(jué)系統(tǒng)或其他定位方式以確定工件在箱子、托盤(pán)、貨板等中的位置和/或定向。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“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(duì)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(gè)硬自動(dòng)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(jī)械設(shè)備。機(jī)械設(shè)備可以包括但不限于機(jī)床(例如，CNC銑床或車(chē)床)、自動(dòng)化壓機(jī)或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械設(shè)備。
[0021]本文所使用的術(shù)語(yǔ)“機(jī)械設(shè)備”不僅包括硬自動(dòng)化單元14中的上述機(jī)械設(shè)備，而且包括在單元中下述機(jī)器人12，以及在測(cè)試單元16和手動(dòng)單元18中的設(shè)備。
[0022]眾所周知，每個(gè)機(jī)器人工作單元12還包括一個(gè)或多個(gè)機(jī)器人。例如，機(jī)器人工作單元12可以具有兩個(gè)機(jī)器人，其中一個(gè)保持待加工工件，而另一個(gè)保持工具，該工具可以對(duì)工件執(zhí)行特定工作，或者該工具可以是自適應(yīng)的或柔性的，使得可將其用于對(duì)工件執(zhí)行幾項(xiàng)任務(wù)。單元中的每個(gè)機(jī)器人可以是例如具有多個(gè)自由度的工業(yè)機(jī)器人臂。這種機(jī)器人臂的示例包括串聯(lián)和并聯(lián)的臂結(jié)構(gòu)。
[0023]機(jī)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(dòng)化)獲得的多個(gè)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(dòng)更換工具的類(lèi)型，或者可以是包括允許自動(dòng)更換工具的工具庫(kù)的類(lèi)型。
[0024]如圖2的框圖中所示，每個(gè)機(jī)器人工作單元12還包括相關(guān)聯(lián)的機(jī)器人控制器或其他控制裝置12a。還如圖2所示，硬自動(dòng)化工作單元14、測(cè)試單元16、手動(dòng)工作單元18和MTU 20a和20b中的每一個(gè)還分別包括相關(guān)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信的能力。
[0025]還如圖2所示，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)22通過(guò)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(dòng)運(yùn)送單元20a、20b之間的交互。特別地，按需(預(yù)測(cè)性地)調(diào)用MTU 20a,20b以如MTU 20a那樣從存儲(chǔ)區(qū)域或之前的工作單元取得可運(yùn)送的容器，并且如MTU 20b那樣向下一個(gè)工作單元或站遞送所取得的可運(yùn)送容器。通過(guò)比如工序完成、在完成工序之前或之后的指定時(shí)間量、工序錯(cuò)誤等的事件來(lái)觸發(fā)按需請(qǐng)求。
[0026]如圖1所示，工作單元12、14、16和18中的每個(gè)工作單元可以具有一個(gè)或多個(gè)容器站24a和24b。容器站24是工作單元中的每個(gè)工作單元中的這樣的位置，在該位置處，可運(yùn)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(shí)刻的示例。容器站24b，其在圖1中的唯一符號(hào)是正方形，是在該時(shí)刻具有可運(yùn)送容器的容器站，并且容器站24a，其唯一符號(hào)是圓圈，是在該時(shí)刻為空的容器站。在每個(gè)工作單元中的多個(gè)容器站24允許工作單元在該工作單元已經(jīng)完成它對(duì)在該工作單元中的另一可運(yùn)送容器上的工件的加工之后，立即開(kāi)始對(duì)尚未加工的工件的加工。因此，在每個(gè)工作單元中的多個(gè)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(yùn)行。
[0027]每個(gè)工作單元可以具有使用基于機(jī)械的或傳感器的方案來(lái)確定可運(yùn)送容器的位置的方法。參考圖6，圖6示出了在對(duì)接站88的形式中基于機(jī)械的定位方法的實(shí)施例，可以在容器站24中使用對(duì)接站88來(lái)準(zhǔn)確并安全地將可運(yùn)送容器定位在特定位置。在該實(shí)施例中，對(duì)接站88具有兩個(gè)線(xiàn)形致動(dòng)器90，設(shè)有附裝卡鉗92和兩個(gè)固定卡鉗94。
[0028]針對(duì)該實(shí)施例，可運(yùn)送桌子在框架頂端拐角中具有橫向構(gòu)件，用于在線(xiàn)形致動(dòng)器被致動(dòng)時(shí)將卡鉗接合。在線(xiàn)形致動(dòng)器上的兩個(gè)卡鉗推進(jìn)橫向構(gòu)件，從而沿對(duì)接站88的頂端滑動(dòng)桌子直到固定卡鉗94與剩余的橫向構(gòu)件接合，準(zhǔn)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