本發(fā)明涉及生產(chǎn)線及實驗教學演示，具體地，涉及一種基于實驗室的柔性智能化生產(chǎn)線及生產(chǎn)方法。

背景技術：

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè),它的發(fā)展直接影響到國民經(jīng)濟各部門的發(fā)展,也影響到國計民生和國防力量的加強。因此，各國都把機械制造業(yè)的發(fā)展放在首要位置。隨著機械產(chǎn)品國際市場競爭的日益加劇以及經(jīng)濟全球化和國際產(chǎn)業(yè)轉移趨勢不斷深化，發(fā)達國家都把高新技術注入制造業(yè)的開發(fā)中，作為競爭取勝的重要手段，特別是在批量小、品種多、質量高、更新快的產(chǎn)品市場競爭要求以及各種社會因素的綜合影響，制造過程的自動化程度的提高很有必要。

但是傳統(tǒng)的制造業(yè)生成產(chǎn)品周期長，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，不能實現(xiàn)個性化生產(chǎn)，傳統(tǒng)制造業(yè)想信息化程度差，運營和維護水平較低，不能適應生產(chǎn)任務復雜的、動態(tài)多變的訂單要求。

借助現(xiàn)代的工具和方法，利用各學科最新研究成果，通過集成傳統(tǒng)制造技術、計算機技術與科學以及人工智能等技術，發(fā)展一種新型的制造技術與系統(tǒng)，即智能制造技術。智能制造是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動，它把制造自動化的概念更新，擴展到柔性化、智能化和高度集成化。智能制造借助CPS(Cyber-Physical Systems)達到全部生產(chǎn)過程的智能化，從而將資源、信息、物體以及人緊密聯(lián)系在一起，將生產(chǎn)工廠轉變?yōu)橐粋€智能環(huán)境。因此，設計一個柔性智能化生產(chǎn)線可實現(xiàn)面向客戶需求的個性化設計，生產(chǎn)周期短，可實時動態(tài)改變，生產(chǎn)過程柔性化，可實時調(diào)整，并能提高資源利用率，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約勞動力，提高經(jīng)濟效益。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于實驗室的柔性智能化生產(chǎn)線及生產(chǎn)方法。

根據(jù)本發(fā)明提供的基于實驗室的柔性智能化生產(chǎn)線，包括原材料庫、物流單元、加工單元、檢測單元以及立體式倉儲單元；

其中，所述原材料庫用于放置待加工的原材料產(chǎn)品；

所述加工單元用于將原材料產(chǎn)品加工生成成品；

所述檢測單元用于對成品檢測；

所述物流單元用于將成品運輸至立體式倉儲單元；

所述立體式倉儲單元，用于將成品分類存儲。

優(yōu)選地，所述加工單元的生產(chǎn)部分包括取料機器人、直線導軌、車床以及數(shù)控加工中心；

所述車床用于對原材料產(chǎn)品粗加工生成半成品；所述數(shù)控加工中心用于對半成品的精加工生成成品；

所述取料機器人用于原材料產(chǎn)品、半成品以及成品抓取并放置到直線導軌上；

所述直線導軌用于將原材料產(chǎn)品、半成品以及成品運送到相應工位。

優(yōu)選地，所述加工單元的控制部分包括第一交換機、第一工控機、第一PLC以及機器人控制柜；

第一交換機、第一工控機、第一PLC、機器人控制柜、車床以及數(shù)控加工中心之間相互通信實；

所述機器人控制柜連接所述取料機器人。

優(yōu)選地，所述原材料庫上設置有個圓柱形凹槽，所述圓柱形凹槽用于放置原材料產(chǎn)品

優(yōu)選地，所述檢測單元包括智能工業(yè)相機和RFID標簽讀寫設備；

所述智能工業(yè)相機用于獲取成品的產(chǎn)品信息，并將產(chǎn)品信息寫入所述物流單元的托盤上的RFID標簽中；

所述RFID標簽讀寫設備用于RFID標簽的讀取。

所述產(chǎn)品信息包括產(chǎn)品尺寸、產(chǎn)品形狀、產(chǎn)品種類。

優(yōu)選地，所述加工單元還包括手持式控制器、急停按鈕和安全繼電器；

其中，手持式控制器、急停按鈕連接所述安全繼電器的控制模塊

所述安全繼電器的開關模塊連接所述取料機器人。

優(yōu)選地，所述物流單元的生產(chǎn)部分包括環(huán)形導軌和托盤；所述托盤在所述環(huán)形導軌上運行；

所述環(huán)形導軌用于將成品運送到立體式倉儲工位；

所述環(huán)形導軌上布置有多個傳感器；

所述傳感器，用于實時感知和檢測成品的位置信息，從而控制托盤的運行節(jié)拍，并將位置信息上傳到數(shù)據(jù)處理單元；

所述物流單元的控制部分包括閥島、第二交換機、安全繼電器、第二IO單元、第二PLC、第一無線收發(fā)器、第二工控機以及顯示屏VFD單元；

其中，智能工業(yè)相機、RFID標簽讀寫設備、所述閥島、所述安全繼電器、所述第二IO單元、所述第一無線收發(fā)器以及第二工控機之間通過第二交換機交互；

所述第二PLC連接所述安全繼電器；所述顯示屏VFD單元連接所述第二IO單元；

所述物流單元的控制部分用于控制環(huán)形導軌的正常運行。

優(yōu)選地，所述立體式倉儲單元的生產(chǎn)部分包括分揀機器人和三層立體倉庫；

所述分揀機器人用于根據(jù)產(chǎn)品信息和產(chǎn)品信息對應的產(chǎn)品存儲信息對成品進行分類存儲；

所述立體式倉儲單元中設置有紅外對射型傳感器；用于獲取產(chǎn)品的存儲信息，并通過第一IO單元將產(chǎn)品的存儲信息進行上行傳輸數(shù)據(jù)處理單元。

所述立體式倉儲單元的控制部分包括第二無線收發(fā)器、第三交換器、第一IO單元、機器人控制器、第三工控機、第三PLC；

其中，所述分揀機器人、所述第二無線收發(fā)器、第一IO單元、第三工控機以及第三PLC之間通過第三交換器交互；

第一IO單元連接所述機器人控制器。

優(yōu)選地，還包括柵欄；

所述原材料庫、所述加工單元的生產(chǎn)部分、所述檢測單元、所述物流單元的生產(chǎn)部分設置在所述柵欄內(nèi)側；

所述加工單元的控制部分、所述物流單元的控制部分、所述立體式倉儲單元的控制部分設置在所述柵欄的外側，構成MES控制部分。

本發(fā)明提供的采用所述的基于實驗室的柔性智能化生產(chǎn)線的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：

步驟S1：取料機器人從原材料庫抓取待加工原材料產(chǎn)品放置直線導軌上；

步驟S2：直線導軌將原材料產(chǎn)品運送到相應粗加工工位；

步驟S3：所述車床對原材料產(chǎn)品進行粗加工生成半成品；

步驟S4：取料機器人將半成品抓出后放置在直線導軌沿直線導軌自行移動到精加工工位加工；

步驟S5：數(shù)控加工中心對半成品進行精加工生成成品；

步驟S6：取料機器人將成品放入檢測單元中進行檢測后放置在托盤上；

步驟S7：環(huán)形導軌用于將成品運送到立體式倉儲工位，分揀機器人用于根據(jù)產(chǎn)品信息和產(chǎn)品信息對應的產(chǎn)品存儲信息對成品進行分類存儲。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明利用信息物理融合技術、MES管控技術和計算機技術，通過設計合理的生產(chǎn)線布置和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)虛擬和現(xiàn)實的高度融合,并用MES對生產(chǎn)系統(tǒng)進行管控，自動化程度高，可提高資源利用率，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約勞動力，提高經(jīng)濟效益；

2、本發(fā)明作為實驗室教學系統(tǒng)，本發(fā)明也可以提高學生對自動化生產(chǎn)線的理解，直觀性和可操作性強，提高學生的創(chuàng)新能力，也提高了教學質量；

3、本發(fā)明基于實驗室的柔性智能化生產(chǎn)線，在于上述的柔性智能化生產(chǎn)線的實施，不僅安全可靠，還能滿足客戶的個性化需求，生產(chǎn)周期短，可實時動態(tài)改變，生產(chǎn)過程柔性化，并能提高資源利用率，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約勞動力，提高經(jīng)濟效益。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明中原材料庫的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明中物流單元的生成部分的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明中檢測單元的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明中立體式倉儲單元的結構示意圖；

圖6為本發(fā)明中加工單元的控制部分的結構示意圖；

圖7為本發(fā)明中物流單元的控制部分的結構示意圖；

圖8為本發(fā)明中立體式倉儲單元的控制部分的結構示意圖；

圖9、圖10為本發(fā)明急停按鈕、手持式控制器的安裝示意圖。

圖中：

1為原材料庫；2為物流單元；3為加工單元；4為檢測單元；5為立體式倉儲單元；6為數(shù)據(jù)處理單元；7為原材料產(chǎn)品；8為環(huán)形導軌；9為托盤；10為車床；11為數(shù)控加工中心；12為取料機器人；13為分揀機器人；14為直線導軌；15為成品；17為智能工業(yè)相機；18為RFID標簽讀寫設備；19為RFID標簽；20為柵欄；21為生產(chǎn)部分；22為MES控制部分；23為三層立體倉庫；24為廢品庫；25為紅外對射型傳感器；26為第一交換機；27為第一工控機；28為第一PLC；29為機器人控制柜；30為主機；31為閥島；32為第二交換機；33為安全繼電器；34為第二IO單元；35為第二PLC；36為第一無線收發(fā)器；37為第二工控機；38為第二無線收發(fā)器；39為第三交換器；40為第一IO單元；41為機器人控制器；42為第三工控機；43為第三PLC；44為急停按鈕；45為安全繼電器；46為手持式控制器；47為顯示屏VFD單元。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

在本實施例中，本發(fā)明提供的基于實驗室的柔性智能化生產(chǎn)線，包括原材料庫1、物流單元2、加工單元3、檢測單元4以及立體式倉儲單元5；

其中，所述原材料庫1用于放置待加工的原材料產(chǎn)品7；

所述加工單元3用于將原材料產(chǎn)品7加工生成成品15；

所述檢測單元4用于對成品15檢測；

所述物流單元2用于將成品15運輸至立體式倉儲單元5；

所述立體式倉儲單元5，用于將成品15分類存儲。

原材料產(chǎn)品7是用聚四氟乙烯做的圓柱棒，用不同的顏色代表不同種類的待加工產(chǎn)品，其中白色、黑色、粉色表示合格產(chǎn)品，綠色表示有缺陷的產(chǎn)品，實現(xiàn)同一生產(chǎn)線可生產(chǎn)不同產(chǎn)品的功能。

所述加工單元3的生產(chǎn)部分包括取料機器人12、直線導軌14、車床10以及數(shù)控加工中心11；

所述車床10用于對原材料產(chǎn)品7粗加工生成半成品；所述數(shù)控加工中心11用于對半成品的精加工生成成品15；

所述取料機器人12用于原材料產(chǎn)品7、半成品以及成品15抓取并放置到直線導軌14上；

所述直線導軌14用于將原材料產(chǎn)品7、半成品以及成品15運送到相應工位。

所述取料機器人12、所述分揀機器人13均設置在所述物流單元2的直線導軌14上；

所述加工單元3的控制部分包括第一交換機26、第一工控機27、第一PLC28以及機器人控制柜29；

第一交換機26、第一工控機27、第一PLC28、機器人控制柜29、車床10以及數(shù)控加工中心11之間相互通信實；

所述機器人控制柜29連接所述取料機器人12。

所述原材料庫1上設置有25個圓柱形凹槽，所述圓柱形凹槽用于放置原材料產(chǎn)品7

所述檢測單元包括智能工業(yè)相機17和RFID標簽讀寫設備18；

所述智能工業(yè)相機17用于獲取成品15的產(chǎn)品信息，并將產(chǎn)品信息寫入所述物流單元2的托盤9上的RFID標簽19中；

所述RFID標簽讀寫設備18用于RFID標簽19的讀取。RFID標簽19攜帶了產(chǎn)品相應的生產(chǎn)加工信息，便于產(chǎn)品質量的追溯。

所述產(chǎn)品信息包括產(chǎn)品尺寸、產(chǎn)品形狀、產(chǎn)品種類。

所述加工單元3還包括手持式控制器46、急停按鈕44和安全繼電器45；

其中，手持式控制器46、急停按鈕44連接所述安全繼電器45的控制模塊；

所述安全繼電器45的開關模塊連接所述取料機器人12。借助安全繼電器45和手持式控制器46等硬件實現(xiàn)邏輯上的安全保障，在出現(xiàn)緊急情況時，能夠在第一時間做出應對措施，有效的保障了設備和人的安全。

所述物流單元2的生產(chǎn)部分包括環(huán)形導軌8和托盤9；所述托盤9在所述環(huán)形導軌8上運行；

所述環(huán)形導軌8用于將成品15運送到立體式倉儲工位。如將報廢品回收入廢品庫24，實現(xiàn)局部區(qū)域的分布式智能，成品15入庫后，托盤9上的RFID標簽信息自動清除后進入下一個生產(chǎn)循環(huán)；所述的立體式倉儲單元5中部署了大量的紅外對射型傳感器25，通過第一IO單元40實現(xiàn)底層數(shù)據(jù)的上行傳輸。

所述環(huán)形導軌8上布置有多個傳感器；

所述傳感器，用于實時感知和檢測成品15的位置信息，從而控制托盤9的運行節(jié)拍，并將位置信息上傳到數(shù)據(jù)處理單元6；

所述物流單元2的控制部分包括閥島31、第二交換機32、安全繼電器33、第二IO單元34、第二PLC35、第一無線收發(fā)器36、第二工控機37以及顯示屏VFD單元47；

其中，智能工業(yè)相機17、RFID標簽讀寫設備18、所述閥島31、所述安全繼電器33、所述第二IO單元34、所述第一無線收發(fā)器36以及第二工控機37之間通過第二交換機32交互；

所述第二PLC35連接所述安全繼電器33；所述顯示屏VFD單元47連接所述第二IO單元34；

所述物流單元2的控制部分用于控制環(huán)形導軌8的正常運行。

所述立體式倉儲單元5的生產(chǎn)部分包括分揀機器人13和三層立體倉庫23；

所述分揀機器人13用于根據(jù)產(chǎn)品信息和產(chǎn)品信息對應的產(chǎn)品存儲信息對成品15進行分類存儲；

所述立體式倉儲單元5中設置有紅外對射型傳感器25；用于獲取產(chǎn)品的存儲信息，并通過第一IO單元40將產(chǎn)品的存儲信息進行上行傳輸數(shù)據(jù)處理單元6。

所述立體式倉儲單元5的控制部分包括第二無線收發(fā)器38、第三交換器39、第一IO單元40、機器人控制器41、第三工控機42、第三PLC43；

其中，所述分揀機器人13、所述第二無線收發(fā)器38、第一IO單元40、第三工控機42以及第三PLC43之間通過第三交換器39交互。機器人控制器41連接所述第一IO單元40。

分揀機器人13根據(jù)機器人控制器41的要求做出相應的放置操作。

本發(fā)明提供的基于實驗室的柔性智能化生產(chǎn)線，還包括柵欄20；

所述原材料庫1、所述加工單元3的生產(chǎn)部分、所述檢測單元、所述物流單元2的生產(chǎn)部分設置在所述柵欄20內(nèi)側；

所述加工單元3的控制部分、所述物流單元2的控制部分、所述立體式倉儲單元5的控制部分設置在所述柵欄20的外側，構成MES控制部分22。

柵欄20在生產(chǎn)時具有自鎖功能，在日常教學研究中可有效保護人生安全；所述生產(chǎn)部分21布置在柵欄20內(nèi)部，包含制造設備和控制元件等基礎設施，實現(xiàn)產(chǎn)品的加工、運轉和檢測等功能；

所述MES控制部分22布置在柵欄20外部，由多臺主機30進行控制，可顯示生產(chǎn)加工及物流等生產(chǎn)狀態(tài)的實時信息，并下達個性化訂單。

本發(fā)明提供的采用所述的基于實驗室的柔性智能化生產(chǎn)線的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：

步驟S1：取料機器人12從原材料庫1抓取待加工原材料產(chǎn)品7放置直線導軌14上；

步驟S2：直線導軌14將原材料產(chǎn)品7運送到相應粗加工工位；

步驟S3：所述車床10對原材料產(chǎn)品7進行粗加工生成半成品；

步驟S4：取料機器人12將半成品抓出后放置在直線導軌14沿直線導軌14自行移動到精加工工位加工；

步驟S5：數(shù)控加工中心11對半成品進行精加工生成成品15；

步驟S6：取料機器人12將成品15放入檢測單元4中進行檢測后放置在托盤9上；

步驟S7：環(huán)形導軌8用于將成品15運送到立體式倉儲工位，分揀機器人13用于根據(jù)產(chǎn)品信息和產(chǎn)品信息對應的產(chǎn)品存儲信息對成品15進行分類存儲。

成品15入庫后，托盤9上的RFID標簽信息自動清除后進入下一個生產(chǎn)循環(huán)。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質內(nèi)容。