数字化柔性集成制造系统

产品编号:105215-220

产品型号:数字化柔性制造

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更新时间:2014.06.04

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详细信息

数字化柔性集成制造系统

一、       项目介绍

1.1 建设目标

该方案的构建系统是一个真实地、服务于实践教学的柔性加工制造生产线(FMS),集成当前工业设计、生产和控制的前沿技术,如:

1)      ERP、MES系统、WMS、PLM、PLC、传感器、数控加工、机器人、现场总线、工业组态软件、现代物流、三维设计等技术;

2)      完全采用工业化的元器件,贴近工业化的现场环境,能够让学生全面认识工业生产现场设备的组织形式和生产方式;

3)      系统由若干个功能模块集成而成,在实际教学应用中,模块化的结构既保证每个模块既可以单独运行,方便学生入门学习(如了解数字制造的概念、柔性制造系统的概念、技术集成的概念、物流系统的概念、机电控管一体化的概念以及现代先进制造的发展方向)和实验训练(如相关专业的课程实验实训、课程设计、生产实习、毕业实习和毕业设计等);又可以部分/整体联机运行,对学生进行深层次的应用学习和培训;

4)      可以根据子系统的不同集成方式和不同知识结构的合理整合,演绎成不同的选修课程。

1.2 设计原则

本方案建立依据当前主流成熟技术、主流成熟装备及学校现有资源(设备和软件)进行技术和系统集成,在确保每个组成单元稳定可靠的基础上、考虑技术的先进性和可行性和工业化,有机的将各个单元组合成具有一定创新性、先进性和实用性的数字化柔性加工制造系统。

1.3 组成与功能

1.3.1、           系统组成

本方案包含数字设计分系统、加工制造分系统(MES)、检测分系统、生产物流分系统和信息管理分系统五大部分综合组成。

系统包含设计单元、加工制造单元、检测单元、物流单元、智能化立体仓库单元、系统中央控制单元等多个单元模块。系统具有可进行小批量多品种柔性加工、无人值守加工生产能力等,采用数字化信息系统管理模式,每一台设备均采用网络型式对外联接,由服务器统一管理生产过程中的各种数字联接任务,具有现代化柔性制造加工系统的特征。

1.3.2、           数字设计分系统:

该系统囊括了工序管理、工艺路线管理、NC代码和CAD图纸管理、物料清单BOM维护等,该系统与ERP系统进行了集成。

1.3.3、           加工制造分系统(MES):

设备数据采集与监控MDC、四轴联动加工中心、数控车削中心、三轴立式加工中心、数控雕铣机、装配单元和MES系统等。

1.3.4、           检测分系统:

系统配套了高精度粗糙度测量仪、多轴激光扫描仪和质量管理系统等作为质量检测系统。

1.3.5、           生产物流分系统:

系统配套了工业级七轴行走搬运机器人、倍速链传输线、出入库平台、巷道式堆垛机、货架式双排立体仓库、传输升降机、RFID识读系统及WMS仓储管理软件等。

1.3.6、           信息管理分系统:

基于B/S架构开发的基于生产管理的ERP系统,包括采购管理模块、销售管理模块、仓库管理模块、工艺设计模块、生产计划模块、生产执行模块、质量管理模块、设备监控模块、生产线信息终端模块、立体仓库控制系统模块等。同时还包括计算机、视频监控装置、大屏幕生产看板及网络设备等。

1.3.7、           系统功能

Ø        既能完成认知型和综合型实验实训,又能完成开发设计型实验实训,还能实现学生现场动手操作、监视、网络计算机同步观测与分析相结合;

Ø        对样件具有全程演示及生产能力;系统具有全自动控制功能(单机操作时应具手动功能),能充分展示现代制造企业进行数字化生产管理的各个环节;

Ø        系统应具有单机独立控制、独立运行功能;

Ø        系统应具有启停控制、动态作业计划调度、库存资源动态显示、系统故障诊断与处理、工件位置动态显示等等功能。

1.4 服务课程及实训项目

系统除能服务于工程训练实践教学环节外,还覆盖多门相关课程,并能进行相关的实践性教学环节。基本服务范围如下:

1.4.1      服务的相关课程类

机械设计与制造基础、机械工程测试技术、机电传动控制、液压与气压传动、机器人技术与应用、机电一体化系统设计、数控加工与应用、机电系统仿真、CAD/CAM、PLC原理及应用、HMI人机界面技术应用、数字化制造技术、机电一体化系统设计、金属切削原理与刀具、机械制造工艺学、机电设备故障诊断、先进制造技术、多轴数控加工技术、虚拟与仿真技术等,和其它相关课程。

1.4.2      教学演示类项目

柔性化加工系统演示、PC远程控制演示、机电控管一体化技术演示、数控机床组合加工演示、机器人柔性化演示、自动传输系统演示、工件自动装配演示、产品自动仓储系统演示等等。

1.4.3      设计、单机使用的课程实验类项目

金属切削刀具设计、机械运动机构设计、高精度定位器设计、RFID应用设计、PLC编程设计、HMI人机互换界面设计、自动化数控机床夹具设计、机器人夹具设计、零部件加工工艺设计、数控编程实验、零件加工工艺设计、加工质量检测实验、数控设备故障诊断和维护实验、机电设备故障诊断与分析实验、CAD\CAM实验、工业机器人应用实验、液压与气压传动实验等,和其它相关课程实验。

1.4.4      专业综合训练类、设计类等项目

机械制造技术项目综合训练、机床检测综合实验、数字化技术项目综合训练、多轴数控技术项目综合训练、工业机器人项目综合训练、机电控制综合实验、机电一体化系统综合设计、机电一体化系统综合设计、工件传输线应用设计、机床夹具应用选择与设计、机器人夹具设计、工件装配项目应用设计、立体仓库应用设计、机器防护与安装设计、液压系统应用设计、气压系统应用设计、系统供电方案应用设计、计算机辅助工艺规程设计、数据库应用及开发、总控系统的应用与开发、物联网技术、传感器应用与选择、PLC应用编程设计、PLC网格通讯应用、伺服驱动应用、人机界面编程设计、远程组态系统设计、数控机床联机通讯应用、机器人联机通讯应用、生产实习、毕业实习、毕业设计等。

1.4.5      实践类操作项目

零件加工程序编写、PLC程序编写、电气线路连接操作、机器人示教操作、数控机床清理维护操作、生产路径规划操作、组合夹具应用与调整、数控编程调试、机器人编程学习、立体仓库出入库操作、工件装配操作、产品设计/制造/检测/装配/、运储综合实践等。

 

二、       方案特点

以工程教学为背景、以建设大系统为终极目标,提供具有高集成度的、高度开放性的、系统功能完善、先进性和模块化的实验室用数字化柔性加工制造系统解决方案。系统中的单元设备基本涵盖了工业领域正在得到广泛应用的各种先进控制技术和正处于工业前沿领域的特种加工技术,使得该系统成为一个真正融合光、机、电、气以及信息一体化的综合型研究平台。

2.1 高度集成

系统建立在工业工程、柔性制造、自动控制、物流工程、质量管理、生产管理以及先进制造等技术基础之上,将各个加工执行单元、物流系统、机器人、检测与装配、仓储系统和数字信息管理系统进行有机集成、贴近工业生产流程的教学实训柔性制造系统;

2.2 适度柔性

系统能方便地调整工艺路线,重设加工流程,能够适应小批量、多品种的柔性制造要求,能体现夹具、加工、刀具、工艺路线等柔性生产。

2.3 高度开放

在最大程度上为客户开放,可以和工业上众多工业装备进行技术集成,软件系统由于采用通用软件开发平台,用户可以以我司提供的接口进行深层次的系统二次开发,以便于开发出适合用户需求的系统调度程序和单机运行程序,极大程度上方便了课题研究工作。

2.4 模块化

系统中的加工执行单元、物流传输线、机器人、立体仓储、检测设备等具有“联机/单机”两种操作模式,所有的单元设备均可进行单项教学和部分系统联机教学,有利于学生参与和实践教学。

2.5 工业化

系统虽为教学系统,但所有单元设备乃至整个系统都采用了标准工业级的装备和技术集成,真实贴近工业化生产。

2.6 多层网络结构

系统具有多层网络结构(管理层<应用层级>、监控层及和设备层级)构成,体现现代柔性制造系统中的物流及生产信息流的交汇关联、数字化设计与生产的紧密关联。

2.7 先进性和创新性

系统利用数字信息管理系统对整个软硬件资源进行总体管控,体现数字化设计制造、数字化生产管理、柔性加工等主流技术的融合,既贴近工业生产实际,又满足学生实践教学需求。


三、       柔性体现

3.1 生产柔性

在系统中所有加工设备、检测设备及物流系统之间均通过机器人进行上下料作业,可以同时加工多种不同产品,充分体现在一定柔性范围内多品种加工的需求。

3.2 物流柔性

在该系统中主要用于物品输送的设备有:传输线设备、七轴行走机械手,所有物品通从立体仓库中输出,传输线负责按照不同加工路径将产品运输到各个加工工位,机器人负责将运输到工位上的零部件抓取并放入到相应的加工机床夹具中,产品输送由统一工装板进行传送,零部件输送到目标工位由上位机管理软件的物品输送路径指定,可做到可追溯性管理。

3.3 夹具柔性

在该系统中夹具的有:机床夹具、机器人夹具、物品工装板,系统中因为需要加工大小形状不同的零部件,系统所设计的各种夹具都可以进行调整,机器人自行更换夹具搬运工件。

3.4 仓储柔性

多种货物存储时立体仓库采用了入库识别处理,与ERP系统实时对接,做到可追溯性管理。

3.5 集成柔性

系统管理层采用以太网络,设备层采用PROFIBUS-DP网络,可将任意以上标准的工业设备进行集成,留有二次升级和扩展空间。

 

 

 

 

 

 

 

 

四、       参与性体现

4.1 CAD计算机辅助设计

在数字化加工系统中首先需要进行的是产品设计,可以在系统总控单元安装有CAD辅助设计软件的上位机上,自行设计出所需加工零部件,制作出零件的3D图档与2D工程文档。

4.2 产品工艺路线规划

在产品设计完成后,由工艺设计人员(模拟工艺部门)进行加工零部件工艺设计,并进行工艺路线规划。

4.3 CAM计算机辅助制造(仿真模拟)

在数字化加工系统中所有加工均采用无人化操作,零部件设计完成下发生产后,在产品加工前,必须通过CAM仿真模拟加工,用于验证每一步工艺设计的合理性和确保系统的安全性。

4.4 数控加工操作

系统中配置多种不同型号数控机床,在联网应用时机床需要通过网络进行数据传输与机床的远程故障排查,在系统需要加工前操作人员需在远程对机床进行故障排查\程序传输,个别机床需要操作人进行人工夹具调整、零点刀调整、刀具磨损检测等一系列操作与维护工作,也可以在单机使用进行现场编程与加工实习,通过该部分参与可以让学生模拟在企业中进行数字化机床管理维护的各个环节。

4.5 机器人操作

在数字化加工系统中工业机器作为一个最为常见且具有高灵活性的工具,在每次更换生产产品时需要对机器人进行相应调整,每一次新产品的操作都需要操作人员对机器进行示教调整,路径规划调整,通过该部分参与可以让学生模拟企业中转产与生产调整;

4.6 PLC编程操作

系统中涉及PLC控制的各组成单元,均提供程序源代码以供PLC编程技能实训。

 

 


五、       巨林数字化柔性加工制造系统软件

巨林数字化柔性加工制造系统,是一套与工业自动化设备同步对接的企业管理与生产管理软件。系统实现从产品设计到采购、生产、质检、销售的生产经营全过程数字化信息管理,是数字化柔性制造工厂的信息管理和工厂现场实时管控平台。

系统根据不同产品的工艺设计,自动控制生产物流,自动切换数控机床代码,自动加工制造,自动进行质量检测,自动装配。实时采集和监控整个生产及物流过程的各项数据,综合反映企业日常生产经营活动、价值流转的物流和资金流循环流动轨迹,累积企业管理决策所需要的管理和控制信息。它具有:

5.1 企业资源计划(ERP):

包括物料管理、采购管理、销售管理、仓库管理;

5.2 数字化工艺设计(TIS):

包括CAD图纸管理、NC机代码管理、机器人代码管理、工序管理、工艺路线管理;

5.3 制造执行系统(MES):

包括生产计划、生产执行、质量管理、工位信息终端、电子看板、DNC网络NC程序传输管理、数控机床实时监控;

5.4 生产物流系统(PLM):

包括自动化立体仓库实时管控、传输线实时管控、行走机器人实时管控。系统采用B/S架构,可通过电脑、平板电脑、手机等终端随时随地远程登录系统;提供丰富的二次开发接口和个性化订制服务。

5.5 软件配套教材:

系统交付使用后供系统电气设计原理图、系统安装备份、系统安装手册、系统各控制程序、实训教材等。

 

 

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