Detaljeret forklaring af intelligente produktionslinjer

Automatiske produktionslinjer udvikles gradvist på basis af samlebånd. De er et produktionssystem, der forbinder en gruppe CNC-værktøjsmaskiner og hjælpeudstyr i henhold til processekvensen gennem arbejdsemnetransportsystemet og kontrolsystemet, og fuldfører automatisk hele eller en del af produktfremstillingsprocessen. I hele den automatiserede produktionslinje omfatter dens specifikke sammensætning i alt 13 dele, hovedsageligt inklusive forskellige funktionelle steder, forskellige funktionelle moduler, sensorer, magnetventiler og import- og eksportgrænseflader. Blandt dem omfatter funktionelle steder hovedsageligt materialestationer, forarbejdningsstationer, samlings- og håndteringsstationer og sorteringsstationer for færdige produkter; Blandt forskellige moduler er der i alt 5 typer, nemlig frekvensomformermodul, effektmodul, PLC-modul og knapmodul samt motordrevmodul. På basis af integration af disse dele kan automatiserede produktionslinjer ikke kun opnå lastning og losning og forarbejdning, men også komplet samling, sortering og formidling af relateret indhold.
Som enkeltmaskineprodukter kan intelligente drejebænke og drejecentre imødekomme produktion og fremstilling af almindelige små og simple dele. Men med transformationen og opgraderingen af ​​industrielle produktionsformer til automatisering og fleksibilitet kan traditionelle samlebåndsoperationer ikke længere opfylde de eksisterende produktionskrav om høj præcision, høj effektivitet og høj fleksibilitet. Derfor er der udviklet intelligente drejeproduktionslinjer baseret på intelligente robotter, intelligente drejebænke og intelligente drejecentre. Det vil blive den vigtigste udviklingsretning for produktionsautomatisering. Den intelligente drejningsproduktionslinje involverer udstyr som produktionslinjekontrol, kvalitetsinspektion, håndteringsrobotter, bearbejdningsmaskiner, logistiktransportlinjer, produktionsstyring og færdigvarelager. Hvert udstyr er en vigtig komponent i den intelligente drejeproduktionslinje. Gennem yderligere systemintegration vil flere intelligente produktionslinjer være i stand til at danne digitale værksteder og digitale fabrikker, der opnår automatisering og intelligens af hele fabrikken.
1 Overordnet layout af intelligente produktionslinjer
Figur 1 viser en typisk intelligent drejningsproduktionslinje, som hovedsageligt fuldender den blandede automatiske bearbejdning og produktion af dele fra rå til færdige produkter. Drejeproduktionslinjen består af et produktionslinjekontrolsystem, en online-detektionsenhed, en industrirobotenhed, en bearbejdningsmaskineenhed, en råvarelagerenhed, en færdigvarelagerenhed og en RGV-billogistikenhed. Bearbejdningsudstyret anvender CK-seriens intelligente værktøjsmaskine produceret af Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd., som er udstyret med Baoji B80 intelligent CNC-system.

Figur 1 Intelligent drejning produktionslinje [1]
1) Hovedkontrolsystem og detektionsenhed
Figur 2 viser et typisk styresystem designet af Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd., bestående af indendørs terminaler og on-site terminaler. Indendørsterminalen er udstyret med flere displays og databaser, som er ansvarlige for at modtage produktions- og produktions big data transmitteret fra hele produktionsværkstedet. Displayene bruges til at vise forskellige statusser på brugerværkstedet, herunder udstyrsdriftsstatus, delbehandlingsstatus, logistiksituation, personalestatus og miljøoplysninger såsom temperatur og fugtighed på brugerværkstedet. Ledende personale kan nemt få adgang til indendørsterminalen Visuelt og tydeligt se de forskellige forhold på stedet. I brugerens produktionsværksted er on-site terminaler udstyret til at kontrollere on-site driften af ​​hele produktionslinjen, fuldføre indsamling, analyse, lokal og fjernstyring af udstyrs grundlæggende data, dynamisk informationsvisualisering og andre operationer. On-site terminalen er udstyret med et display, som overskueligt og bekvemt kan se de forskellige statusser på brugerens værksted, herunder udstyrsovervågning, produktionsstatistik, fejlstatistik, udstyrsdistribution, alarmanalyse, procesvidenbase mv. site terminal kan tilføje produktionsstyringsdashboards, uploade og downloade behandlingsprogrammer, identificere personale ved at swipe kort og udføre fremskridtsstatistik og analyse af produktionsopgaver. Den kan indsamle og overføre data på stedet gennem forskellige adgangsmetoder såsom kablet, Wi-Fi, 2G/3G/4G/5G osv. De indsamlede store produktionsdata kan overføres til SQLServer-databasen på brugerens indendørsterminal via internettet , Interagere data med indendørs terminaler gennem terminalcomputere.

Figur 2 Generelt kontrolsystem [2]
Figur 3 viser en typisk online-detektionsenhed, bestående af industrirobotter, sluteffektorer og multikildesensorer. Efter at logistiksystemet har transporteret de færdige produkter til det udpegede sted, flytter industrirobotten hele detektionsenheden til den udpegede arbejdsstation og bruger et visuelt kamera til at tage billeder, genkende og lokalisere de dele, der skal testes. Industrirobotten justerer sin position igen for at bringe hele detektionsenheden på linje med den del, der skal testes.

Figur 3 Online detektionsenhed
Efter at genkendelsen og positioneringen er afsluttet, er sluteffektoren ansvarlig for at gribe de dele, der skal testes. Delene overføres til den udpegede position på testplatformen gennem en industrirobot. Nøjagtighedsindikatorerne for de dele, der skal testes, såsom blænde, dybde, krumning, ruhed og fladhed, detekteres online af multikildesensorer, der er forududstyret på testplatformen. Intelligente algoritmer kan også bruges til automatisk at måle og klassificere delene, overføre forskellige typer komponenter til forskellige logistiklinjer og fuldføre automatiske deleklassifikationsoperationer. Detektionsenheden kan returnere detekteringsresultaterne til hovedkontrolsystemet via internettet, og operatøren kan direkte se detekteringsresultaterne af delene gennem terminalcomputeren og displayet af det indendørs eller on-site hovedkontrolsystem. Hvis den opfylder detekteringskravene, kan den gå direkte videre til den næste arbejdsstationsoperation. Hvis det ikke opfylder kravene, vil der blive vist en påmindelse om manglende overensstemmelse på displayet, og operatøren vil træffe vurderinger og beslutninger baseret på graden af ​​uoverensstemmelse mellem delene. Efter at detekteringen er afsluttet, griber endeeffektoren de detekterede dele, og industrirobotten overfører de detekterede dele til logistiksystemet, som derefter transporterer dem til den næste arbejdsstation til behandling.
2) Industrirobotter og drejemaskineenheder
Bearbejdningsmodulet designet og fremstillet af Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd. er vist i figur 4, som består af to dele: industrirobotter og drejemaskiner. Blandt dem er industrirobotter ansvarlige for bevægelsen og grebet af de dele, der skal bearbejdes, og drejemaskiner er intelligente maskiner, der kan sikre høj præcision og bearbejdningseffektivitet.

Figur 4 Behandlingsmodul
Efter at logistikdistributionssystemet har transporteret rå- eller halvfærdige dele til den udpegede arbejdsstation, griber industrirobotten de rå- eller halvfærdige dele og placerer dem i den intelligente drejemaskine for at hjælpe maskinen med at fuldføre opspændingsarbejdet af delene til blive behandlet. For dobbeltstationsdrejemaskiner overfører industrirobotten de halvfærdige dele til en anden intelligent drejebænk for at fuldføre behandlingen af ​​den næste station, efter at en intelligent drejebænk har afsluttet drejearbejdet. Når alt forarbejdningsarbejde er afsluttet, vil industrirobotten gribe og overføre de færdige dele til logistiksystemet, som derefter overfører delene til den næste arbejdsstation.
Drejemaskinen er udstyret med intelligent sundhedsbeskyttelsesfunktion, termisk temperaturkompensationsfunktion, intelligent værktøjsbrudsdetektionsfunktion, intelligent procesparameteroptimeringsfunktion, ekspertdiagnosefunktion, spindeldynamisk balanceanalyse og intelligent sundhedsstyringsfunktion, spindelvibrationsaktiv undvigelsesfunktion og intelligent funktion til at undgå spindelvibrationer. cloud butler funktion [3]. Hovedfunktionen af ​​intelligente værktøjsmaskiner er at samarbejde med industrirobotter for at fuldføre forskellige stadier af forarbejdnings- og produktionsopgaver, samtidig med at effektiviteten og nøjagtigheden af ​​delbearbejdning og produktion sikres. Brugere kan erstatte intelligente værktøjsmaskiner med forskellige kvaliteter af værktøjsmaskiner i henhold til produktionsværkstedets behov, såsom højhastighedsdrejemaskiner, præcisionsdrejemaskiner og bearbejdningscentre. De kan også tilføje eller reducere tilsvarende intelligente funktioner i henhold til deres egne behov for at danne den bedst egnede drejeproduktionslinje til virksomhedens produktionsbehov.
3) Logistik og færdigvarelagerenhed
Figur 5 viser en typisk logistikenhed designet og produceret af Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd. Den består af industrirobotter, endeeffektorer, RGV-vogne, deletransportarmaturer og gangstier, der hovedsageligt udfører overførsel og transport af værktøjsmaskiner forarbejdede dele. I brugerværkstedet kan intelligente produktionslinjer udstyres med enkelte eller flere logistikproduktionslinjer alt efter produktionsopgavernes behov. Intelligente drejningsproduktionslinjer med færre værktøjsmaskiner eller enklere forarbejdningsopgaver kan anvende et enkelt objekts strømlinetilstand for at fuldføre operationer såsom lastning, overførsel og losning; I situationer, hvor der er mange værktøjsmaskiner eller komplekse bearbejdningsopgaver, kan to eller flere logistiklinjer udstyres for at undgå kompleksiteten og konflikten i logistiksystemets opgaver. En linje bruges til at læsse rå- eller halvfærdige dele, en linje bruges til transport i mellemliggende processer, og den anden linje bruges til at skære færdige dele. Til intelligente drejningsproduktionslinjer med relativt enkle forarbejdningsscenarier kan industrirobotter fikseres og fuldføre fastspændingen og udvindingen af ​​dele; Til mere komplekse intelligente drejeproduktionslinjer kan mobile robotter udstyres separat til at fordele, gribe og frigive dele på gangstien. Overførslen af ​​dele mellem forskellige arbejdsstationer udføres af en RGV-bil. Gennem automatisk programmering kan RGV-bilen nøjagtigt nå den forudbestemte position inden for en specificeret tid, hvilket sikrer, at industrirobotter kan genkende og gribe dele uden problemer. RGV-bilen er udstyret med deleforsendelsesarmaturer, og brugerens værksted kan udstyre forskellige armaturer alt efter størrelsen og størrelsen af ​​de forarbejdede dele. Efter at armaturet er fyldt med nok rå eller færdige dele ved hver position, kører RGV-bilen for at fuldføre det tilsvarende lastning, transport og losning.

Figur 5 Logistikenhed Figur 6 Færdigvarelagerenhed
Figur 6 viser en typisk færdigvareopbevaringsenhed designet og produceret af Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd., bestående af et opbevaringsskab, industrirobotter, endeeffektorer og gangstier. Efter at delene er behandlet, transporteres de færdige dele til skæreområdet af RGV-bilen, og industrirobotten flytter til skæreområdet. Endeeffektoren griber de færdige dele baseret på deres antal, og derefter overfører industrirobotten de færdige dele til det udpegede sted i opbevaringsskabet. Sluteffektoren kræver et særligt design af hver brugerenhed baseret på formen og størrelsen af ​​de bearbejdede dele for at imødekomme forskellige deles gribende arbejde. Opbevaringsskabet er sammensat af selvstændige små skabe i samme størrelse, som hurtigt kan samles og skilles ad mellem hvert skab. For fastmonterede industrirobotter bør brugerværkstedet justere længden og højden af ​​det designede opbevaringsskab i henhold til industrirobottens maksimale arbejdshøjde og rækkevidde. Industrirobotter udstyret med gangstier kan designes til længere færdigvareopbevaringsskabe. Robotter kan øge deres arbejdsdækning ved at gå på spor, som kan indstilles som lige eller cirkulære efter behov. Til brugerværksteder med flere opbevaringsskabe, eller færdigvareopbevaringsskabe med forskellige delklassifikationer, kan brugerenhederne også justere længden og formen af ​​gangstien. For eksempel kan en cirkulær bane få en robot til at svare til flere færdige produktopbevaringsskabe, opnå flere tjenester for en robot og forbedre robotudnyttelsen. Når der er et stort antal færdige logistikopbevaringsskabe, bør længden af ​​gangstien øges, eller to eller flere industrirobotter skal udstyres for at sikre effektiviteten af ​​logistikken. Det skal bemærkes, at design af gangstiens længde bør tage hensyn til robottens gangtid og ikke bør designes for lang. Hvis robottens gangtid er for lang, kan det føre til lav logistikdistributionseffektivitet, hvilket forårsager akkumulering af færdige dele i skæreområdet, hvilket resulterer i ulykker såsom delkollisioner, hvilket øger produktionsrisici og reducerer arbejdseffektiviteten.
2 Kontrolhierarki af værktøjsmaskiners controllere
Kombinationen af ​​kunstig intelligens og computerteknologi har i høj grad fremmet intelligensniveauet for CNC-systemer, hovedsageligt afspejlet i forskellige aspekter af CNC-systemer:
(1) Intelligent anvendelse af feedforward-kontrol, online-identifikation og selvjustering af kontrolparametre for at forbedre køreegenskaberne;
(2) Brug af adaptiv kontrolteknologi til at opnå intelligent behandlingseffektivitet og kvalitet;
(3) Anvendelse af intelligente teknologier såsom ekspertsystemer for at opnå intelligent fejldiagnose, intelligent overvågning og andre aspekter af bearbejdningsprocesstyring.
Under fremstillingsprocessen kan kontrolniveauet for værktøjsmaskinens styreenhed opdeles i tre niveauer som vist i figur 7, herunder motorkontrolniveau, proceskontrolniveau og tilsynskontrolniveau. Blandt dem kan motorkontrolniveauet opnå positions- og hastighedsovervågning af værktøjsmaskinen gennem maskindetekteringsudstyr såsom gitre og pulskodere; Proceskontrolhierarkiet omfatter hovedsageligt overvågning af skærekraften, skærevarme, værktøjsslid osv. under bearbejdningsprocessen og justering af bearbejdningsprocesparametrene; Tilsyns- og kontrolhierarkiet tager dimensionsnøjagtigheden, overfladeruheden og andre parametre for det forarbejdede produkt som kontrolmål for at forbedre forarbejdningskvaliteten af ​​produktet.

Figur 7 Kontrolhierarki af værktøjsmaskinecontroller
1) Udviklingstendenserne for intelligent behandlingskontrol i udlandet
(1) Forskning i intelligent kontrolstrategi: Inden for bearbejdning af neurale netværkskontrol har eksperter foreslået en partikelsværmdrevet fiskesværmsøgningsalgoritme for at optimere bearbejdningsparametrene for CNC-værktøjsmaskiner. En hybridmetode baseret på neurale netværk og genetiske algoritmer foreslås for at reducere beregningskompleksiteten og tidsforbruget af neurale netværk, hvilket kræver procesiteration og konvergens på grund af netværkets kompleksitets indflydelse. Simuleringseksperimenter udføres på egenskabsgenkendelse i plan bearbejdning for at demonstrere dets gennemførlighed. Nogen har foreslået en genetisk algoritme baseret model, der er egnet til at løse forudsigelse af lille skærekraft, som kan opnå forudsigelse af skærekraft og optimering af skæreparametre.
(2) Anvendelse af bearbejdningsprocesovervågning: Overvåg og overvåg unormale fænomener under bearbejdningsprocessen, og tag derefter foranstaltninger for at stoppe bearbejdningsprocessen og justere bearbejdningsprocesparametre (såsom spindelhastighed) for at undgå beskadigelse af værktøjsmaskiner. Unormale fænomener under bearbejdningsprocessen kan forekomme gradvist, såsom slid på værktøj; Det kan også opstå pludseligt, såsom værktøjsskader; Eller det kan forhindres, såsom vibrationer eller vibrationer.
2) Indenlandsk udviklingstendens af intelligent bearbejdningskontrol
Under intelligent styring kan automationssystemer proaktivt fejlfinde fejl, da de effektivt kan forbinde alle maskiner via computersprog under ansøgningsprocessen og generere et sammenkædet behandlingssystem. I henhold til de forskellige sensorer, kontrolmetoder og kontrolmål, der anvendes, fokuserer forskning i bearbejdningsprocesovervågning hovedsageligt på følgende aspekter:
(1) Ved at studere værktøjsslid opnås overvågning af bearbejdningsstatus;
(2) Ved at studere skærekraften opnået indirekte gennem målekraftinstrumenter eller motorstrømme kan bearbejdningsprocesstatus forbedres;
(3) Forskning i offline parameteroptimering inden for CAM;
(4) Simuleringsforskning om intelligente bearbejdningsstyringsalgoritmer mv.
3 CNC-værktøjsmaskine Fuld livscyklusstyringsserviceplatform
Intelligent fremstilling er en informationsbaseret fremstillingstilgang rettet mod hele produktets livscyklus og opnår allestedsnærværende opfattelsesbetingelser. Data og information er det strømmende "blod" i intelligent fremstilling. Digitalisering omdanner data til information og skaber nyttig værdi gennem netværksforbundet og intelligent beslutningstagning. Derfor er intelligent produktfremstilling drevet af data. Hele produktlivscyklusarkiveringen er opdelt i fire faser.
(1) Komponentproduktionsstadiet: indkøbsprocesdata, produktionsprocesdata, test- og lagerregistreringer;
(2) Understøttelse af produktopbevaringsfasen: understøttelse af produktopbevaringsinspektionsregistre, understøttelse af produktindkøbsordreoplysninger;
(3) Værktøjs-fejlretningsstadiet: værktøjsmaskiners fremstillingsprocesdata, værktøjsmaskiners fabrikstest og -justeringsdata, værktøjsmaskiners fabriksoptegnelser;
(4) Værktøjsoverdragelsesstadiet: brugerstart, registrering af maskinjusteringsdata, selvvedligeholdelse, reparation af én nøgle, registreringer af brugervedligeholdelse og procesdata for brugerbrug.
CNC-værktøjsmaskinens fuld livscyklusstyringsserviceplatform anvender nøgleteknologier såsom tingenes internet, cloudtjenester og big data til at indsamle fuld livscyklusdata for CNC-værktøjsmaskiner fra design, forarbejdning, værktøjsmaskine-fejlretning og brugeroverdragelse og brug . Det etablerer en værktøjsmaskinarkivdatabase, udfører sporbarhed af fuld livscyklusinformation og giver brugere fjernovervågning af udstyr, styring af produktionsstatistik, udstyrsdrift og vedligeholdelsestjenester. Figur 8 viser BOCHICLOUD-teknologiarkitekturen for Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd. Det centrale højdepunkt i Baoji Cloud er dens drift- og vedligeholdelsesservicefunktioner:
(1) Videnbase om fejltilfælde: at give brugerne fejlløsninger;
(2) Fejlreparation: online reparation af udstyrsfejl, rettidig afsendelse af reparationsordrer og hurtig opfølgning fra ingeniører;
(3) Regelmæssig vedligeholdelse: Spor ydelsesændringerne af udstyret gennem dets livscyklus og giv skræddersyede vedligeholdelsesplaner;
(4) Forebyggende vedligeholdelse: Forudsige potentielle risici for udstyrsfejl, og sørg for rettidige reservedele.

Figur 8 BOCHICLUD teknisk arkitektur [4]
4 Integration af digitale produktionslinjesystemer
Med den hurtige udvikling af integreret kontrolsystemteknologi bevæger automatiserede produktionslinjer sig mod højere niveauer af automatisering og integration. Integreret kontrol af produktionslinjer er netværket af intelligente enheder, der skal forbindes gennem et bestemt netværk, hvilket gør dem til en helhed, integrerer og interagerer intern information for at opnå kontrolmål. Der er to typer integreret kontrol til produktionslinjer: udstyrsintegration og informationsintegration. Enhedsintegration er integration af forskellige enheder med uafhængige kontrolfunktioner til en organisk helhed gennem et netværk. Denne helhed er et integreret styresystem, der både er uafhængigt og relateret, og som kan konfigureres efter forskellige produktionsbehov. Informationsintegration er anvendelsen af ​​funktionelle modulære designkoncepter for at opnå dynamisk ressourceallokering, enhedsovervågning, dataindsamling og -behandling, kvalitetskontrol og andre funktioner, der danner grundlæggende funktionelle moduler inklusive uafhængig kontrol og andre behandlingsfunktioner. Hvert funktionsmodul realiserer standardiseret sammenkobling, og specifikke kontroltilstande og planlægningsstrategier bruges til at konstruere funktionelle enheder for at nå forventede mål og derved opnå integreret kontrol.
Traditionelle automationsvirksomheder fokuserer på implementering af automatisering på udstyrsniveau, men er ikke bekendt med systemer på øverste niveau såsom SCADAMES/ERP, hvilket fører til at negligere den digitale indsamling af produktionslinjeinformation og den horisontale og vertikale strøm af produktionsinformation. MES/ERP og andre softwaresystemvirksomheder fokuserer på dataanalyse og implementeringskontrol på det øverste systemniveau. Det er vanskeligt at inddrage hardwareenheder og kontrolmetoder med forskellige modeller af eksekveringsenheder og controllere på det lavere niveau, hvilket påvirker den vertikale informationsstrøm. Gennem digital måling kan den digitale erhvervelse og cirkulation af produktionsinformation (nøgleparametre) opnås, hvilket kan nedbryde barriererne mellem det øvre system og den nedre produktionslinje, frigive eksisterende højkvalitetsproduktivitet og fremskynde udviklingsprocessen for Kinas fremstillingsindustrien. Ved at integrere værktøjsdesign, fremstilling og styringsteknologier, konstruere en digital produktionslinje til værktøj og opnå jævn dataflow i alle stadier af værktøjsudviklingsprocessen, kan den digitale teknologis rolle i værktøjsudviklingsprocessen udnyttes fuldt ud og derved forbedres værktøjsfremstillingsnøjagtighed og effektivitet, afkortning af udviklingscyklusser og reduktion af udviklingsomkostninger.
Integreret styring af produktionslinjer er en organisk helhed, der kombinerer kommunikations-, computer- og automationsteknologier. For at koordinere arbejdet med forskellige udstyr og undersystemer i produktionslinjen, vedtager systemet PLC og dets distribuerede fjern-I/O-modul for at opnå centraliseret styring og decentral styring af produktionsenheder; Samtidig modtager PLC'en styring fra det øvre MES-system, herunder verifikation af operatørinformation, produktkontrol, materialestyring og anden information. Strukturen af ​​produktionslinjekontrolsystemet er vist i figur 9, og kommunikationsindholdet inkluderer operatøridentifikation, produktionslinjekroppens status, robotinformation, information om emnebearbejdning, værktøjsmaskinens arbejdsstatus og forskellige fejlinformationer.

Figur 9 Skematisk diagram af produktionslinjens kontrolsystemstruktur
Styresystemets hardwarekonfiguration er vist i figur 10, som bruger et PROFINET-netværk til at kommunikere med de underliggende felt-IO-enheder. IO-enhederne omfatter moduler med Ethernet-funktionalitet såsom IM151-3PN feltmodul, ET200ecoPN input/output modul, RF180C kommunikationsmodul osv. For at dele data med andre PLC systemer på værkstedet er styresystemet også udstyret med en industriel PN/PN-kobling. Gennem denne bro kan informationsudveksling mellem den automatiske produktionslinje og andre PLC-systemer i værkstedet opnås. Samtidig, for at sikre pålideligheden af ​​produktionen, bruges fiberoptiske ringnetværksforbindelser mellem controllerne i hver enhed. Når først MES-systemet svigter, kan kontrolsystemet fungere normalt uden MES-systemet.