CN209746415U - 一种智能工厂实训*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种智能工厂实训***，包括：设备层、执行层、生产管控层、企业资源管理层、大数据云平台；设备层包括终端设备，终端设备包括自动导引输送车、ABB/KUKA机器人、数控车、数控加工中心、工业通信网络、工业网络主站信息采集及3D信息实时显示***其中一种或多种结合，用于生产任务的实施；执行层包括：智能仓储单元和自动化生产线，用于执行生成计划内的任务；生产管控层包括智能制造管理***(MES)，用于生成计划内任务的分配；企业资源管理层包括智能企管***(ERP)，用于生成生产计划。大数据云平台，用于与外界互联，获取产品需求信息与产品技术信息。

Description

一种智能工厂实训***

技术领域

本实用新型涉及智能生产技术领域，特别涉及一种智能工厂实训***。

背景技术

新世纪以来，新一轮科技革命和产业变革正在孕育兴起，全球科技创新呈现出新的发展态势和特征。这场变革是信息技术与制造业的深度融合，是以制造业数字化、网络化、智能化为核心，建立在物联网基础上，同时叠加新能源、新材料等方面的突破而引发的新一轮变革，将给世界范围内的制造业带来深刻影响。

美国、欧洲、日本都将智能制造视为21世纪最重要的先进制造技术，认为是国际制造业科技竞争的制高点。我国也于2015年正式发布“中国制造2025”战略规划，它是加速推进国家创新驱动发展战略，实现中国由“制造大国”到“制造强国”转变的重要战略纲领。“人才为本”作为“中国制造2025”20字战略指导基本5条方针之一，创新驱动、质量保障、绿色发展、结构优化，归根到底都在于人才，要坚持把人才作为建设制造强国的根本，走人才引领的发展道路。十三五规划纲要中则明确提出推动战略前沿领域创新突破，加快突破新一代信息通信、新能源、新材料、航空航天、生物医药、智能制造等领域核心技术，并把智能制造和机器人作为九大重点工程之一，列为科技创新2030重大项目。

智能制造是基于新一代信息技术，将制造技术与数字技术、智能技术、网络技术的集成应用于设计、生产、管理和服务的全生命周期，在制造工程中进行感知、分析、推理、决策与控制，具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的新进制造过程、***与模式的总称，旨在高效、优质、柔性、清洁、安全、敏捷地制造产品、服务用户。数字化、智能化建设大大提升了工厂的生产效率，也大大的改变其管理模式和人才需求。

实用新型内容

本实用新型提供一种智能工厂实训***，构造一个智能工厂，从接单到产品生产完入库，全程智能化、自动化，提高了工厂的生产效率，节约人力成本。

本实用新型提供一种智能工厂实训***，包括：

设备层、执行层、生产管控层、企业资源管理层、大数据云平台；

所述设备层包括终端设备，终端设备包括AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引车)、焊装机器人、焊接***、组装机器人、上下料机器人、自动化输送线、七轴工业机器人、数控车床、数控加工中心、工业通信网络、工业网络主站信息采集及3D信息实时显示***，用于生产任务的实施；

执行层包括：自动化生产线和智能仓储单元，自动化生产线包括：智能焊装单元、智能组装单元、智能加工单元、智能物流单元；智能仓储单元包括材料库、半成品库和成品库，所述执行层用于执行生成计划内的任务；

生产管控层包括智能制造管理***，即(Manufacturing Execution System)简称MES，用于实现生产计划内任务的分配；

企业资源管理层包括智能企管***，即(Enterprise Resource Planning)简称ERP，用于生成生产计划；

大数据云平台，用于与外界互联，获取产品需求信息和产品技术信息；

所述大数据云平台从互联网上获取产品需求信息与产品技术信息，所述企业资源管理层根据产品需求信息生成生产计划，所述生产管控层从所述企业资源管理层获取生产计划并将生产计划内任务进行分配到所述执行层，所述执行层控制设备层执行生产计划内的任务。

可选的，智能焊装单元包括5套智能焊装***，每套焊装***包括焊装机器人、焊接***。

可选的，智能组装单元包括自动化输送线、组装机器人、上下料机器人。

可选的，智能加工单元包括数控加工中心、数控车床、七轴工业机器人、RFID缓存料架。

可选的，智能物流单元包括AGV及其激光导航***。

可选的，材料库、半成品库和成品库分别包括货架、堆垛机、出入库输送机、自动控制子***与管理信息子***。

可选的，3D实时显示***包括3D控制***和与所述3D控制***连接的3D显示屏；

所述3D控制***分别与所述智能焊装单元、智能组装单元、智能加工单元、智能物流单元连接，用于接收所述智能焊装单元、智能组装单元、智能加工单元和智能物流单元的工作状态并在3D显示器上显示；

所述3D控制***还通过3D显示屏接收用户的操作指令，并根据用户的操作指令发送与用户的操作指令相对应的控制命令到所述智能焊装单元、智能组装单元、智能加工单元、智能物流单元中其中一个或多个。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型实施例中一种智能工厂实训***的示意图；

图2为本实用新型实施例中一种控制***的示意图；

图3为本实用新型实施例中一种智能组装单元的示意图；

图4为本实用新型实施例中一种AGV的示意图；

图5为本实用新型实施例中又一种AGV的示意图；

图6为本实用新型实施例中又一种智能工厂实训***的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供了一种智能工厂实训***，如图1所示，包括：

设备层21、执行层22、生产管控层23、企业资源管理层24、大数据云平台25；

所述设备层21包括终端设备，终端设备包括AGV、焊装机器人、焊接***、组装机器人、上下料机器人、自动化输送线、七轴工业机器人、数控车床、数控加工中心、工业通信网络、工业网络主站信息采集及3D信息实时显示***，用于生产任务的实施；

执行层22包括：智能仓储单元和自动化生产线，自动化生产线包括：智能焊装单元、智能组装单元、智能加工单元、智能物流单元；智能仓储单元包括材料库、半成品库和成品库，用于执行生成计划内的任务；

生产管控层23包括智能制造管理***，MES(智能制造管理***)可以实现实时交互管理，数据采集管理，操作管理，生产调度管理，仓库管理等一系列管理操作，用于生成计划内任务的分配及下发、管理和生产调度；

企业资源管理层24包括智能企管***，ERP(智能企管***)是对生产计划管理，设备维护管理，采购/物料管理，财务管理，分销与运输管理等进行一系列的管理，ERP(智能企管***)还可以拓展出智慧城市与智能物流等高端产业链，用于生成生产计划。

大数据云平台25，用于与外界互联，获取订单；

所述大数据云平台从互联网上获取订单，所述企业资源管理层根据订单生成生产计划，所述生产管控层从所述企业资源管理层获取生产计划并将生产计划内任务进行分配到所述执行层，所述执行层控制设备层执行生产计划内的任务。

大数据云平台实现整个智能工厂内部信息“纵向整合”，外部信息“横向整合”，实现社会化协同制造和服务化制造，实现企业与客户、企业与企业、产业链上游与下游间数据的互联互通。云平台以生产制造业务为核心，课整合制造活动中所需要的各种制造类服务，实现制造服务和商品的发布、悬臂、搜索、评价等；云平台还提供只能研发，整合设计环节所需要的何磊制造资源供用户在线设计分析、工业及设计任务管理，支持设备数据与质量数据的同步，除斥之外还能智能管控及售后云服务的智能服务应用，实现数据驱动的和个性化定制订单的柔性生产，提高生产效率，提升设备综合利用率。

从接单到产品生产完入库，全程智能化、自动化，提高了工厂的生产效率，节约人力成本。

可选的，智能焊装单元包括5套智能焊装***，每套焊装***包括焊装机器人、焊接***。

以实际使用时工业机器人的末轴法兰装接焊枪组成焊装机器人，并配套焊接***提供热源、焊丝、保护气，保护气是纯氩和混合气等多种气体，能焊接最常用铝合金和钢材等多种材料，使之从事焊接组装的焊装机器人。智能焊装单元、智能焊装***分别与AGV协调工作，并同步显示到3D显示***上；

智能焊装单元的各智能焊装***与智能焊装***之间的协调工作过程：5套焊接***协同工作，完成减速机下端盖的焊接。

智能焊装单元与AGV之间的协调工作原理：利用AGV可以任意轨迹规划的特点，完成对5套焊装***送卸料的轨迹规划，运行形式包括2台AGV对1套焊装***的送卸料和2台AGV对5套焊装***的同时送卸料。

1套焊装***与2台AGV之间的协调工作过程：1台AGV从智能仓储单元出发，给焊装***运送减速机零件，以完成送料过程，焊装单元焊接完成后，由另1台AGV完成焊接成型产品的运输，运送智能加工单元，以完成卸料过程。

智能焊装单元与2台AGV之间的协调工作过程：1台AGV从智能仓储单元出发，给5套焊装***分别依次运送减速机零件，5套焊装***焊接完成后，由另1台AGV同时依次装载5套焊装***焊接成型的产品，然后一起运回智能加工单元。

可选的，智能组装单元包括自动化输送线、组装机器人、上下料机器人。例如配有ABB\kuka等多种品牌的机器人。

在智能工厂的实际运作中，一个智能组装单元包括：4台组装机器人、2台上下料机器人和两条自动化输送线；如图3所示，其中两条自动化输送线分别为一条环形输送线5和一条直线输送线6；环形输送线5设置在直线输送线6的上层，4台组装机器人两两设置在直线输送线6的两侧并且位于环形输送线5内侧，两台上下料机器人分别设置在直线输送线6的一端两侧；4台组装机器人分别是第一组装机器人1、第二组装机器人2、第三组装机器人3和第四组装机器人4；两台上下料机器人分别为第一上下料机器人7和第二上下料机器人8。

第一上下料机器人7，主要负责将放置有小齿轮的托盘、放置有大齿轮的托盘、放置有底座的托盘、放置有上盖的托盘从第一AGV9上抓取后放置到直线输送线6上，

直线输送线6分别将其送到各个组装机器人的抓取工位，例如将放置有底座的托盘送到第一组装机器人1的第一抓取工位15，将放置有小齿轮的托盘送到第二组装机器人2的第二抓取工位16，将放置有大齿轮的托盘送到第三组装机器人3的第三抓取工位17；将放置有上盖的托盘送到第四组装机器人4的第四抓取工位18；

第二上下料机器人8，主要负责将空的托盘从第二AGV10取出然后放置到环形输送线5上；

环形输送线5将托盘移动到第一组装机器人1的第一安装工位11上，第一组装机器人1将底座从第一抓取工位15上抓取然后放置到空的托盘上；环形输送线5继续输送托盘到第二组装机器人2的第二安装工位12，第二组装机器人2将小齿轮从第二抓取工位16抓取后安装到放置在托盘上的底座上；环形输送线5继续输送托盘到第三组装机器人3的第三安装工位13，第三组装机器人3将大齿轮从第三抓取工位17抓取后安装到放置在托盘上的底座上；环形输送线5继续输送托盘到第四组装机器人4的第四安装工位14，第四组装机器人4将上盖从第四抓取工位18抓取后安装到放置在托盘上的底座上；这样完成了减速机的装配，环形输送线5继续输送托盘将托盘输送到末端19，第二上下料机器人8将输送到末端19的托盘抓取放置到第二AGV10上。

第二AGV10将组装好的减速机运送到智能仓储单元存放。

可选的，智能加工单元包括数控加工中心、数控车床、七轴工业机器人、RFID缓存料架。例如在智能工厂的实际运作时智能制造加工单元流程如下：

当物料(通过AGV移动)移动至七轴工业机器人抓取位置时，七轴工业机器人从RFID缓存料架上抓取物料，数控车床防护门自动打开，七轴工业机器人将物料放至加工位置，七轴工业机器人松开物料并离开数控车床区域，防护门自动关闭，并开始第一道工序加工。

数控车床加工完毕后，防护门打开，七轴工业机器人将物料抓取，七轴工业机器人通过设置在七轴工业机器人下端的轨道进行移动，移动到加工中心位置处时，加工中心防护门自动打开，七轴工业机器人将物料放至加工位置，七轴工业机器人松开物料并离开加工中心区域，防护门自动关闭，并开始第二道工序加工。

加工中心加工完毕后，就完成了工件的加工，轴和减速器箱体同时加工完成后，由七轴工业机器人取出并放置至自卸式AGV，AGV再将物料转运半成品库中，由WMS(WarehouseManagement System,仓储管理***)***记录进入半成品库。

七轴工业机器人从AGV托盘取料；

移动到车床完成上下料(此时车床开始加工)；

移动到立加完成上下料(此时立加开始加工)；

加工完成后进行检测(此时机内检测***检测)

将工件放到料盘中；

重复以上循环直到加工完成，到快换爪处换爪。

可选的，智能物流单元包括AGV及其激光导航***。在智能工厂的实际运作时AGV与控制台通过无线电台进行实时信息交互，实现物流***的精准定位和导航。AGV根据预先规划好的地图路线分别将待加工产品运送到焊装单元、装配单元、加工单元的上下料抓取点，并将各单元加工完成的产品运送到成品库。

如图4和5所示，AGV包括：车体31、设置在车体31上的控制面板34和设置在车体31底端的驱动***32。激光导航***33设置在AGV的车体31正上方。

AGV及控制台内都安装与导航路径相符的地图文件。工作人员将AGV***启动并将AGV上线，AGV通过WLAN接收到控制台发出的运送任务后，沿导航路线运行到取货点，在取货点完成取货动作并确认取货成功(通过货物检测开关)，然后沿导航路线将货物运到送货点，在送货点完成卸货动作并确认卸货成功后继续执行下一运送任务。AGV在行走过程中以一定的时间周期将自身的位置及状态信息上报给控制台，控制台核对该信息并根据AGV的运行情况向AGV下发下一步的运行指令。当控制台接收到AGV上报的电池电量较低的信息后，会向该AGV下发充电指令，AGV在完成本次送货任务后会自动运行到充电站进行充电，完成充电后继续执行运送任务。以上的取货、送货、充电等过程均由AGV***自动完成，无需人工干预。

可选的，材料库、半成品库和成品库分别包括货架、堆垛机、出入库输送机、自动控制子***与管理信息子***。通过自动控制子***与管理信息子***能按照指令自动完成货物的存取作业，并对仓库的货物进行自动化管理，使物料搬运仓储更加合理。立体仓库每个库位有显著位置标识，与智能仓储管理软件相一致，每个托盘安装RFID标签卡，由堆垛机完成物料再各仓位与物料出料点支教的运送。

仓库入库流程：

AGV件载有物料的托盘，输送到出入库输送机，

设置在输送机上的RFID读卡器读取托盘上的RFID标签卡，通过管理信息子***查询该托盘应该放置在货架的位置；

自动控制子***从管理信息子***中获取将托盘放置在货架的位置，控制出入库输送机动作将托盘输送到对应货架的下方，

然后托盘由设置在货架下方的堆垛机放置到货架上。

仓库出库流程：

自动控制子***获取需要出库的材料或产品信息；

自动控制子***从管理信息子***中获取存放有需要出库的材料或产品信息的托盘放置；

控制设置在货架下方的堆垛机将托盘从货架上取下，放置到出入库输送机，

出入库输送机将托盘输送到等候的AGV小车上。

可选的，3D实时显示***包括3D控制***和与所述3D控制***连接的3D显示屏；

所述3D控制***分别与所述智能焊装单元、智能组装单元、智能加工单元、智能物流单元连接，用于接收所述智能焊装单元、智能组装单元、智能加工单元和智能物流单元的工作状态并在3D显示器上显示；

所述3D控制***还通过3D显示屏接收用户的操作指令，并根据用户的操作指令发送与用户的操作指令相对应的控制命令到所述智能焊装单元、智能组装单元、智能加工单元、智能物流单元中其中一个或多个。

智能工厂实训***各部分以主控制器S7-1500为控制核心，并通过西门子PLC内部S7通信方式，与组装单元的控制核心S7-300相连，进而由Profinet通信方式控制ABB、KUKA机器人以及通过I/O通信方式控制组装线；同时，也通过Profinet通信方式连接焊装单元；AGV的控制器与主控制器S7-1500的连接是通过I/O硬接线，并通过WLAN无线通信控制AGV；加工单元中的数控车、加工中心等通过Profinet通信方式和I/O通信方式共同连接到主控制器S7-1500；立体仓库单元直接由主控制器S7-1500通过I/O连接进行控制；MES***与主控制器S7-1500通过Modbus通信方式连接，并借助以太网连接方式引入ERP***。各部分通过主控制器S7-1500为纽带，实现互联互通，最终实现了智能工厂实训***的运行。

在本方案指导下已建成一种智能工厂实训***，执行层包括仓储单元、加工单元、焊装单元、物流单元、组装单元，各单元在ERP***、MES***管理下协同工作，生产减速机产品，具体实施过程是：

由智能仓储单元原料库存储原材料；

AGV物流单元送原材料减速机零件到智能焊装单元，进行减速机上下端盖的焊接成型；

然后再由AGV物流单元送原材料到智能加工单元，经过车床和加工中心工作，输出减速机零件，继续由AGV物流单元运回仓储单元半成品库；

最后再由AGV物流单元送减速机零部件到组装单元，自动完成减速机的组装，完成后的减速机成品由AGV物流单元送回智能仓储单元成品库。

在整个过程中由ERP***排产计划、生产调度等综合管理，MES***负责任务的分配及下发管理等。

在一个已经建成的智能工厂中，如图6所示，所述大数据云平台从互联网上获取订单，所述企业管理中心根据订单生成生产计划，所述生产管控中心从所述企业管理中心获取生产计划并将生产计划内任务进行分配到所述执行层，所述执行层(智能焊装单元、智能加工单元和智能组装单元)控制设备层执行生产计划内的任务。在其中物流单元从产品生成的过程中链接各个执行层的作用；内部局域网(工业互联网)从数据上链接大数据云平台、企业管理中心、生产管控中心和各个执行层。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种智能工厂实训***，其特征在于，包括：

设备层、执行层、生产管控层、企业资源管理层、大数据云平台；

所述设备层包括终端设备，终端设备包括AGV、焊装机器人、焊接***、组装机器人、上下料机器人、自动化输送线、七轴工业机器人、数控车床、数控加工中心、工业通信网络、工业网络主站信息采集及3D信息实时显示***，用于生产任务的实施；

执行层包括：自动化生产线和智能仓储单元，自动化生产线包括：智能焊装单元、智能组装单元、智能加工单元、智能物流单元；智能仓储单元包括材料库、半成品库和成品库，所述执行层用于执行生成计划内的任务；

生产管控层包括智能制造管理***，用于实现生产计划内任务的分配；

企业资源管理层包括智能企管***，用于生成生产计划；

大数据云平台，用于与外界互联，获取产品需求信息和产品技术信息；

所述大数据云平台从互联网上获取产品需求信息与产品技术信息，所述企业资源管理层根据产品需求信息生成生产计划，所述生产管控层从所述企业资源管理层获取生产计划并将生产计划内任务进行分配到所述执行层，所述执行层控制设备层执行生产计划内的任务。

2.如权利要求1所述的智能工厂实训***，其特征在于，所述智能焊装单元包括5套智能焊装***，每套焊装***包括焊装机器人、焊接***。

3.如权利要求1所述的智能工厂实训***，其特征在于，所述智能组装单元包括自动化输送线、组装机器人、上下料机器人。

4.如权利要求1所述的智能工厂实训***，其特征在于，所述智能加工单元包括数控加工中心、数控车床、七轴工业机器人、RFID缓存料架。

5.如权利要求1所述的智能工厂实训***，其特征在于，所述智能物流单元包括AGV及其激光导航***。

6.如权利要求1所述的智能工厂实训***，其特征在于，所述材料库、半成品库和成品库分别包括货架、堆垛机、自动控制子***与管理信息子***。

7.如权利要求1所述的智能工厂实训***，其特征在于，所述3D实时显示***包括3D控制***和与所述3D控制***连接的3D显示屏；

所述3D控制***分别与所述智能焊装单元、智能组装单元、智能加工单元、智能物流单元连接，用于接收所述智能焊装单元、智能组装单元、智能加工单元和智能物流单元的工作状态并在3D显示器上显示；

所述3D控制***还通过3D显示屏接收用户的操作指令，并根据用户的操作指令发送与用户的操作指令相对应的控制命令到所述智能焊装单元、智能组装单元、智能加工单元、智能物流单元中其中一个或多个。