工業(yè)4.0智能工廠實驗平臺

一、概述：

該系統(tǒng)是一個符合中國制造2025與工業(yè)4.0相關(guān)技術(shù)要求的智能工廠及綜合教學(xué)實踐系統(tǒng)，利用智能控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、信息物聯(lián)技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)，實現(xiàn)智能化生產(chǎn)、智能化過程協(xié)同、智能化互聯(lián)互通、智能化資源管理、智能化質(zhì)量管控等功能。系統(tǒng)集成生產(chǎn)對象的制造，組裝、質(zhì)檢、打標(biāo)、包裝、物流倉儲等主要生產(chǎn)工序，同時需集成智能CPS、MES系統(tǒng)，實現(xiàn)從客戶下單、產(chǎn)品排產(chǎn)、原材料出庫、產(chǎn)品制造、質(zhì)量監(jiān)控、成品入庫等各環(huán)節(jié)的信息化和可視化。作為教學(xué)實驗實踐系統(tǒng)，該系統(tǒng)還配備技能人才培訓(xùn)所需的完整的課程體系和培訓(xùn)教材，并體現(xiàn)出師資培訓(xùn)、產(chǎn)學(xué)研開發(fā)等特色。

二、主要特點：

系統(tǒng)設(shè)計在整體上能保證達到安全可靠、功能齊全、性價比高、操作維護簡便等特點；

1、先進性：系統(tǒng)充分融合當(dāng)今智能制造設(shè)備所包含的主要元素，集PLC技術(shù)、機器人技術(shù)、個性化定制、柔性生產(chǎn)技術(shù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、機器視覺技術(shù)、RFID技術(shù)、智能倉儲技術(shù)、AGV小車轉(zhuǎn)運技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)等眾多先進技術(shù)于一身，以展現(xiàn)當(dāng)前最新發(fā)展水平，適應(yīng)時代發(fā)展的要求；

2、可靠性：系統(tǒng)采用被行業(yè)認可的知名品牌和設(shè)備，充分考慮學(xué)校智能制造實驗室的實際需求和技術(shù)發(fā)展趨勢，設(shè)計和選用功能與要求均宜于智能制造實驗室建設(shè)的系統(tǒng)配置方案，通過嚴(yán)密、有機的組合，實現(xiàn)最佳的性價比，確保可靠性與實用性；

3、可擴展性：系統(tǒng)采用模塊化配置，便于集中管理與分散控制，總體結(jié)構(gòu)應(yīng)保證系統(tǒng)的兼容性和可擴展性；

4、安全性：系統(tǒng)具有接地保護、過載保護、短路保護、漏電保護、誤操作保護等功能，安全性符合相關(guān)的國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，所有材質(zhì)均符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，所有元器件滿足國家CCC認證。

三、主要結(jié)構(gòu)：

實驗室主要包括兩部分，其拓撲結(jié)構(gòu)圖可參考圖1。

1、智能制造主產(chǎn)線：主產(chǎn)線以電機應(yīng)用產(chǎn)品為生產(chǎn)對象，研究工業(yè)4.0在智能制造過程中的要素、關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)、產(chǎn)線柔性化生產(chǎn)以及物理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)集成技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)下單區(qū)、加工裝配工作站、質(zhì)檢工作站、打標(biāo)工作站、裝盒工作站、AGV、輸送線、立體倉儲、監(jiān)控大屏。

2、智能制造副產(chǎn)線：副產(chǎn)線包括AGV、2臺實驗工作站

1）加工裝配工作站采用機器人完成產(chǎn)品加工和自動裝配工藝，包括：自動上料、視覺檢測、機器人裝配、自動鎖螺絲、下料；

2） 激光打標(biāo)工作站采用激光雕刻機對固定標(biāo)識以及客戶個性書寫內(nèi)容進行展示，包括上料、雕刻、緩沖、下料；

3） 質(zhì)檢工作站采用機器人實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量檢測，如：產(chǎn)品功能檢測、外觀機器視覺檢查，檢測后如需繼續(xù)裝配可增設(shè)裝配功能，展示產(chǎn)品質(zhì)檢過程，包括：上料、功能檢測、機器視覺外觀檢查、合格放行、不合格品下線；

4） 產(chǎn)品裝盒工作站采用機器人完成產(chǎn)品裝盒，通過自動貼標(biāo)機打印二維碼及貼標(biāo)，綁定產(chǎn)品標(biāo)識與生產(chǎn)過程，包括：底盒上料、產(chǎn)品入盒、合上蓋、打印貼標(biāo)，成品放入AGV小車；

5） 智能立體倉儲：用于原材料和成品的存儲，通過合理區(qū)域規(guī)劃達到有序擺放，實現(xiàn)產(chǎn)品的快速出庫入庫，保證生產(chǎn)速度；

6） 實驗工作站：該站以主產(chǎn)線產(chǎn)品裝配功能為基礎(chǔ)，完成主產(chǎn)線半成品的裝配，具備機器人通用實驗功能（配置機器人后）、PLC控制實驗功能和虛實結(jié)合訓(xùn)練功能。

   機器人通用實驗功能：如機器人示教、定位、工件抓取、工件擺放、視覺分揀、裝配、碼垛等多種擴展實驗。實驗站自帶通用實驗物件，也可通過AGV與智能倉儲連接，實現(xiàn)主產(chǎn)線產(chǎn)品原材料的物料配送(能展示實驗單機與主產(chǎn)品生產(chǎn)線通過AGV傳遞產(chǎn)品物件，單機除能加工處理AGV傳遞的物件加工，還能自成系統(tǒng)完成與主線無關(guān)的物件對象的實驗項目)。

PLC控制實驗功能：如PLC認知實驗、傳送帶控制、直線運動位置檢測、定位控制、電機運動控制、交流伺服驅(qū)動器控制實驗等：

1）物流系統(tǒng)：智能物流系統(tǒng)貫穿于整個生產(chǎn)線單元，包括：連接各個工作站的自動輸送線和AGV系統(tǒng)；

2）監(jiān)控大屏：在大屏幕上展現(xiàn)本智能制造生產(chǎn)線加工裝配、激光打標(biāo)、質(zhì)量檢測、成品裝盒以及倉庫物流的整個生產(chǎn)全過程和生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

智能制造實驗平臺效果圖（僅供參考）

四、運行方式：

產(chǎn)線生產(chǎn)過程無需人員參與，全自動運行，包括互聯(lián)網(wǎng)下單、MES生產(chǎn)管控、原材料出庫、加工裝配、個性化打標(biāo)定制、質(zhì)量檢測、成品裝盒、成品入庫、數(shù)字孿生同步仿真。

1、  用戶在“互聯(lián)網(wǎng)訂單系統(tǒng)”上選擇產(chǎn)品種類或輸入個性簽名；

2、  “互聯(lián)網(wǎng)訂單系統(tǒng)”下發(fā)用戶訂單并與MES系統(tǒng)自動同步；

3、  MES自動生成工單，同步倉儲管理系統(tǒng)完成原材料出庫，并下發(fā)至與工單相關(guān)的工作站；

4、  MES根據(jù)生產(chǎn)工藝及各單元生產(chǎn)狀況，調(diào)度物流系統(tǒng)實現(xiàn)半成品在產(chǎn)線各工作站間的流轉(zhuǎn)，并記錄生產(chǎn)過程和展示生產(chǎn)進度；

5、  整線（數(shù)字孿生系統(tǒng)+物理工作站）根據(jù)生產(chǎn)指令，進行產(chǎn)品的生產(chǎn)和裝配，其中：

 1) 數(shù)字孿生系統(tǒng)與物理系統(tǒng)同步，通過大屏以三維虛擬仿真的形式展現(xiàn)生產(chǎn)全過程和生產(chǎn)數(shù)據(jù)；

 2) 倉庫物流單元：預(yù)先將產(chǎn)品部件分類擺放入自動倉庫原材料庫位；

 3) 成品庫和原材料庫公用，分別設(shè)定不同庫位存放，各庫位設(shè)置物料傳感器，自動檢測庫位狀態(tài)，材料信息統(tǒng)一由倉儲管理系統(tǒng)記錄；

 4) 出庫材料由高速堆垛機負責(zé)，經(jīng)AGV或輸送線運送至相關(guān)工站，入庫成品經(jīng)AGV由裝盒工作站運送至倉庫，根據(jù)入庫指令入成品庫位；

 5) 產(chǎn)線各工位按照MES系統(tǒng)要求，完成加工裝配、打標(biāo)、質(zhì)檢、包裝等過程。