CN108389462A - 一种虚实结合的工厂实验室实训*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种虚实结合的工厂实验室实训***包括：应用层，包括计划管理模块、仓储管理模块、物流管理模块、工艺管理模块、设备管理模块、效率管理模块，以及看板模块；虚拟层，包括数据中心模块和虚拟***模块；通讯层，包括协议解析模块、数据上传模块和指令下达模块；物理层，包括产品设计模块和产品生产模块。该***模拟离散型智能工厂，集合信息物理***、智能加工设备、智能物流、制造信息化的四大模块实现产品的大规模个性化定制，以虚实结合为主要特点，模拟展示出智能工厂生产制造产品的全生命周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种实训***，尤其是虚实结合的工厂实验室实训***。
背景技术
随着数字化和信息化技术在工厂生产制造过程中的不断应用，制造业在向智能制造进行转变，传统的制造企业正面临企业升级转型的机遇和挑战。而智能制造的人员短缺，现有的培训技术和方法都存在严重的不足，无法与智能制造的生产技术相配套，在实训领域几乎没有将虚拟与生产线实际操作结合在一起的实训***。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种虚实结合的工厂实验室实训***，解决智能制造人员培养不足的问题。
本发明所采取的技术方案是：一种虚实结合的工厂实验室实训***自上而下包括应用层、虚拟层、通讯层和物理层，其中，
应用层，包括计划管理模块、仓储管理模块、物流管理模块、工艺管理模块、设备管理模块、效率管理模块，以及看板模块；
虚拟层，包括数据中心模块和虚拟***模块；
通讯层，包括协议解析模块、数据上传模块和指令下达模块；
物理层，包括产品设计模块和产品生产模块。
进一步地，所述计划管理模块，用于制定产品的生产计划，不同产品的生产计划对应不同的工艺路线；
所述仓储管理模块，用于管理所述产品生产模块中原材料的出库、产品的入库；
所述物流管理模块，用于管理所述产品生产模块中AGV小车的运输，指挥不同型号的产品根据生产计划对应的工艺路线行进，自动进入正确的加工单元进行加工；
所述工艺管理模块，用于对产品的定制化进行管理，选取定制化对应的工艺技术；
所述设备管理模块，用于管理所述产品生产模块中的加工单元，执行产品的生产计划；
所述效率管理模块，用于管理所述工厂实验室实训***各模块之间的信息共享，提高***的运行效率；
所述看板模块用于获取和展示
所述虚拟***模块的统计分析数据。
进一步地，所述数据中心模块具体包括：
数据存储模块，用于实时存储所述产品生产模块中原材料出库数据、AGV小车、加工单元的运行数据、产品的入库数据；
数字化模型模块，预置有与所述物理层的所述产品生产模块相对应的生产模型，以及与所述生产模型相对应的模型控制规则；
指令生成模块，用于根据所述虚拟***模块生成的执行参数将用户在所述应用层输入的操作转为指令。
进一步地，所述虚拟***模块还包括：
脚本驱动模块，用于实时对数据存储模块存储的数据进行处理，将处理后的数据传输到模型运作模块；
模型运作模块，用于根据所述脚本驱动模块处理后的数据以及所述模型控制规则控制所述生产模型的运行，并且能够对生产模型的运行进行录像、回放、局部放大和内部细节透视操作。
进一步地，所述协议解析模块，用于对根据不同协议采集到的所述物理层的数据进行解析；
所述数据上传模块，用于将所述协议解析模块解析后的数据上传到所述数据中心模块；
所述指令下达模块，用于将所述数据中心模块根据所述应用层用户操作生成的指令传输到所述物理层的产品生产模块。
进一步地，所述产品设计模块，用于对产品的定制化进行设计；
所述产品生产模块，用于产品的实际生产操作，包括用于产品生产加工的一个或多个加工单元；使用AGV小车运输原材料或产品的运输单元；用于存储原材料或产品的仓库单元；以及利用传感器设备采集AGV小车的运行数据、运行轨迹数据，采集所述加工单元的运行数据，采集所述仓库单元原材料、产品的运输及存储数据的数据采集单元。
进一步地，所述传感器设备采用无线技术、RFID技术或扫码技术。
进一步地，应用层、虚拟层、通讯层和物理层之间使用工业以太网传输数据。
由于采用上述技术方案，本发明所产生的有益效果在于：
该***应用在教学领域，模拟离散型智能工厂，集合信息物理***、智能加工设备、智能物流、制造信息化的四大模块实现产品的大规模个性化定制，以虚实结合为主要特点，模拟展示出智能工厂生产制造产品的全生命周期。该***集合MES***、智能加工、智能物流和信息物理***，实现学生对智能生产线的实训和操作。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
具体实施方式
本发明的目的在于通过虚实结合的3D实时动画的方式提高直观程度，对智能智造中涉及的物流和信息流进行细致剖析，同时支持录像、回放、局部放大、内部细节透视等多种呈现手段，增进学员对智能制造中的大规模个性化定制、CPS、虚实结合等相关知识的理解，最终提高教学质量。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明：
参见图1所示，本发明提供一种虚实结合的工厂实验室实训***自上而下包括应用层、虚拟层、通讯层和物理层，其中，
应用层，包括计划管理模块、仓储管理模块、物流管理模块、工艺管理模块、设备管理模块、效率管理模块，以及看板模块；
虚拟层，包括数据中心模块和虚拟***模块；
通讯层，包括协议解析模块、数据上传模块和指令下达模块；
物理层，包括产品设计模块和产品生产模块。
在该实施方式中，所述计划管理模块，用于制定产品的生产计划，生产计划主要包括不同产品的生产计划对应不同的工艺路线、原材料需求计划、设备生产能力计划、生产车间控制、制造标准的制定等等，其中不同的工艺路线对应不不同的原材料，不同的加工单元；
所述仓储管理模块，用于管理所述产品生产模块中原材料的出库、产品的入库，根据生产计划随时调整库存，并精确反应库存现状；
所述物流管理模块，用于管理所述产品生产模块中AGV小车的运输，指挥不同型号的产品根据生产计划对应的工艺路线行进，自动进入正确的加工单元进行加工。主要用于控制AGV小车按照制定好的生产计划对应的工艺路线行进，将原材料或产品送入正确的加工单元进行加工，并且记录物流构成、物流活动的具体过程等等；
所述工艺管理模块，用于对产品的定制化进行管理，选取定制化对应的工艺技术，比如定制化生产充电宝，需要经过冲压端盖、注塑端盖及后处理、机芯组装、机芯打螺丝、外壳激光打标、总装等工艺，而定制化生产***，需要3D打***柄、章柄后处理、章头雕刻、章头章柄组装等工艺。
所述设备管理模块，用于管理所述产品生产模块中的加工单元，执行产品的生产计划；
所述效率管理模块，用于管理所述工厂实验室实训***各模块之间的信息共享，提高***的运行效率；
所述看板模块用于获取和展示所述虚拟***模块的统计分析数据，比如展示虚拟***模块中产品的生产情况、加工单元的运行情况、仓储存储情况、物流情况等，可以根据用户的选择进行展示。
在该实施方式中，所述数据中心模块具体包括：
数据存储模块，用于实时存储所述产品生产模块中原材料出库数据、AGV小车、加工单元的运行数据、产品的入库数据；
数字化模型模块，预置有与所述物理层的所述产品模块相对应的生产模型，以及与所述生产模型相对应的模型控制规则。
在该实施方式中，数字化模型模块中预置的生产模型与物理层实际生产车间中产品生产模块中设置的具体加工单元一一对应，生产模型为3D模型，能够通过3D动画演示加工单元的运行。
指令生成模块，用于根据所述虚拟***模块生成的执行参数将用户在所述应用层输入的操作转为指令。
在该实施方式中，虚拟***模块还包括：
脚本驱动模块，用于实时对数据存储模块存储的数据进行处理，将处理后的数据传输到模型运作模块，模型运作模块据此调用所述数字化模型模块内对应的预置的生产模型。由于虚拟***模块通过脚本驱动将实时采集和存储在数据存储模块中的现场数据进行处理，并从数字化模型模块中调用对应的预置生产模型进行呈现，同时调用对应的控制规则进行动态组合与排配，最终呈现为与生产现场实时同步的3D虚拟动画。此外，由于从通讯层传输过来的大量数据中包括很多无效的噪音数据，虚拟***模块通过脚本驱动将噪音数据过滤，以免对3D虚拟实时动画造成干扰。
模型运作模块，用于根据所述脚本驱动模块处理后的数据以及所述模型控制规则选取所述对应的生产模型并控制其运行，并且能够对生产模型的运行进行录像、回放、局部放大和内部细节透视操作。通过对生产模型的录像、回放、局部放大和内部细节透视操作，可以使学员更好了解各个加工单元及其内部的运转，增强学员对相关知识的理解，最终提高教学质量。
在该实施方式中，所述协议解析模块，用于对根据不同协议采集到的所述物理层的数据进行解析；
所述数据上传模块，用于将所述协议解析模块解析后的数据上传到所述数据中心模块；
所述指令下达模块，用于将所述数据中心模块根据所述应用层用户操作生成的指令传输到所述物理层的产品生产模块。
在该实施方式中，所述产品设计模块，用于对产品的定制化进行设计；
所述产品生产模块，用于产品的实际生产操作，设置有多个用于对产品进行生产加工的加工单元，使用AGV小车运输原材料或产品的运输单元；用于存储原材料或产品的仓库单元；以及利用传感器设备采集AGV小车的运行数据、运行轨迹数据，采集加工单元的运行数据，采集所述仓库单元原材料、产品的运输及存储数据的数据采集单元。
在该实施方式中，所述传感器设备采用无线技术、RFID技术或扫码技术。
在该实施方式中，应用层、虚拟层、通讯层和物理层之间使用工业以太网传输数据。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (8)
1.一种虚实结合的工厂实验室实训***，其特征在于，所述工厂实验室实训***自上而下包括应用层、虚拟层、通讯层和物理层，其中，
应用层，包括计划管理模块、仓储管理模块、物流管理模块、工艺管理模块、设备管理模块、效率管理模块，以及看板模块；
虚拟层，包括数据中心模块和虚拟***模块；
通讯层，包括协议解析模块、数据上传模块和指令下达模块；
物理层，包括产品设计模块和产品生产模块。
2.如权利要求1所述的工厂实验室实训***，其特征在于，
所述计划管理模块，用于制定产品的生产计划，不同产品的生产计划对应不同的工艺路线；
所述仓储管理模块，用于管理所述产品生产模块中原材料的出库、产品的入库；
所述物流管理模块，用于管理所述产品生产模块中AGV小车的运输，指挥不同型号的产品根据生产计划对应的工艺路线行进，自动进入正确的加工单元进行加工；
所述工艺管理模块，用于对产品的定制化进行管理，选取定制化对应的工艺技术；
所述设备管理模块，用于管理所述产品生产模块中的加工单元，执行产品的生产计划；
所述效率管理模块，用于管理所述工厂实验室实训***各模块之间的信息共享，提高***的运行效率；
所述看板模块用于获取和展示所述虚拟***模块的统计分析数据。
3.如权利要求1所述的工厂实验室实训***，其特征在于，所述数据中心模块具体包括：
数据存储模块，用于实时存储所述产品生产模块中原材料出库数据、AGV小车、加工单元的运行数据、产品的入库数据；
数字化模型模块，预置有与所述物理层的所述产品生产模块相对应的生产模型，以及与所述生产模型相对应的模型控制规则；
指令生成模块，用于根据所述虚拟***模块生成的执行参数将用户在所述应用层输入的操作转为指令。
4.如权利要求3所述的工厂实验室实训***，其特征在于，所述虚拟***模块还包括：
脚本驱动模块，用于实时对数据存储模块存储的数据进行处理，将处理后的数据传输到所述模型运作模块；
模型运作模块，用于根据所述脚本驱动模块处理后的数据以及所述模型控制规则控制所述生产模型的运行，并且能够对生产模型的运行进行录像、回放、局部放大和内部细节透视操作。
5.如权利要求1所述的工厂实验室实训***，其特征在于，
所述协议解析模块，用于对根据不同协议采集到的所述物理层的数据进行解析；
所述数据上传模块，用于将所述协议解析模块解析后的数据上传到所述数据中心模块；
所述指令下达模块，用于将所述数据中心模块根据所述应用层用户操作生成的指令传输到所述物理层的产品生产模块。
6.如权利要求1所述工厂实验室实训***，其特征在于，
所述产品设计模块，用于对产品的定制化进行设计；
所述产品生产模块，用于产品的实际生产操作，包括用于产品生产加工的一个或多个加工单元；使用AGV小车运输原材料或产品的运输单元；用于存储原材料或产品的仓库单元；以及利用传感器设备采集AGV小车的运行数据、运行轨迹数据，采集所述加工单元的运行数据，采集所述仓库单元原材料、产品的运输及存储数据的数据采集单元。
7.如权利要求6所述工厂实验室实训***，其特征在于，
所述传感器设备采用无线技术、RFID技术或扫码技术。
8.如权利要求1-7中任一权利要求所述工厂实验室实训***，其特征在于，所述应用层、虚拟层、通讯层和物理层之间使用工业以太网传输数据。
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