Detaljert forklaring av intelligente produksjonsproduksjonslinjer

Automatiske produksjonslinjer utvikles gradvis på grunnlag av samlebånd. De er et produksjonssystem som kobler sammen en gruppe CNC-maskinverktøy og tilleggsutstyr i henhold til prosesssekvensen gjennom arbeidsstykkets transportsystem og kontrollsystem, og fullfører automatisk hele eller deler av produktproduksjonsprosessen. I hele den automatiserte produksjonslinjen inkluderer dens spesifikke sammensetning totalt 13 deler, hovedsakelig inkludert ulike funksjonelle steder, forskjellige funksjonelle moduler, sensorer, magnetventiler og import- og eksportgrensesnitt. Blant dem inkluderer funksjonelle steder hovedsakelig materialstasjoner, prosessstasjoner, monterings- og håndteringsstasjoner og ferdigproduktsorteringsstasjoner; Blant ulike moduler er det totalt 5 typer, nemlig frekvensomformermodul, effektmodul, PLS-modul og knappemodul, og motordrivmodul. På grunnlag av integrering av disse delene kan automatiserte produksjonslinjer ikke bare oppnå lasting og lossing og prosessering, men også komplett montering, sortering og formidling av relatert innhold.
Som enkeltmaskinprodukter kan intelligente dreiebenker og dreiesentre møte produksjon og produksjon av generelle små og enkle deler. Men med transformasjonen og oppgraderingen av industrielle produksjonsmoduser til automatisering og fleksibilitet, kan tradisjonelle samlebåndoperasjoner ikke lenger oppfylle de eksisterende produksjonskravene med høy presisjon, høy effektivitet og høy fleksibilitet. Derfor har intelligente dreieproduksjonslinjer basert på intelligente roboter, intelligente dreiebenker og intelligente dreiesentre utviklet seg, det vil bli hovedutviklingsretningen for produksjonsautomatisering. Den intelligente dreieproduksjonslinjen involverer utstyr som produksjonslinjekontroll, kvalitetsinspeksjon, håndteringsroboter, maskineringsmaskiner, logistikktransportlinjer, produksjonsstyring og lagring av ferdige produkter. Hvert utstyr er en viktig komponent i den intelligente dreieproduksjonslinjen. Gjennom ytterligere systemintegrasjon vil flere intelligente produksjonslinjer kunne danne digitale verksteder og digitale fabrikker, og oppnå automatisering og intelligens av hele fabrikken.
1 Overordnet layout av intelligente produksjonslinjer
Figur 1 viser en typisk intelligent dreieproduksjonslinje, som hovedsakelig fullfører blandet automatisk prosessering og produksjon av deler fra grov til ferdige produkter. Den dreieproduksjonslinjen består av et produksjonslinjekontrollsystem, en online deteksjonsenhet, en industrirobotenhet, en maskineringsmaskinenhet, en råvarelagringsenhet, en ferdigproduktlagringsenhet og en RGV billogistikkenhet. Behandlingsutstyret tar i bruk CK-seriens intelligente maskinverktøy produsert av Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd., som er utstyrt med Baoji B80 intelligent CNC-system.

Figur 1 Produksjonslinje for intelligent dreiing [1]
1) Hovedkontrollsystem og deteksjonsenhet
Figur 2 viser et typisk kontrollsystem designet av Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd., bestående av innendørsterminaler og terminaler på stedet. Innendørsterminalen er utstyrt med flere skjermer og databaser, som er ansvarlige for å motta produksjons- og produksjonsstordata overført fra hele produksjonsverkstedet. Displayene brukes til å vise ulike statuser på brukerverkstedstedet, inkludert utstyrsdriftsstatus, delbehandlingsstatus, logistikksituasjon, personellstatus og miljøinformasjon som temperatur og fuktighet på brukerverkstedstedet. Ledende personell kan enkelt få tilgang til innendørsterminalen Visuelt og tydelig se de ulike forholdene på stedet. I brukerens produksjonsverksted er terminaler på stedet utstyrt for å kontrollere driften av hele produksjonslinjen på stedet, fullføre innsamlingen, analysen, lokal og ekstern styring av utstyrets grunnleggende data, dynamisk informasjonsvisualisering og andre operasjoner. Terminalen på stedet er utstyrt med et display, som tydelig og enkelt kan se de ulike statusene til brukerens verksted, inkludert utstyrsovervåking, produksjonsstatistikk, feilstatistikk, utstyrsdistribusjon, alarmanalyse, prosesskunnskapsbase osv. site terminal kan legge til produksjonsstyringsdashboard, laste opp og laste ned behandlingsprogrammer, identifisere personell ved å sveipe kort og utføre fremdriftsstatistikk og analyse av produksjonsoppgaver. Den kan samle inn og overføre data på stedet gjennom ulike tilgangsmetoder som kablet, Wi Fi, 2G/3G/4G/5G osv. De innsamlede store produksjonsdataene kan overføres til SQLServer-databasen til brukerens innendørsterminal via Internett , Samhandling av data med innendørsterminaler gjennom terminaldatamaskiner.

Figur 2 Generelt kontrollsystem [2]
Figur 3 viser en typisk online deteksjonsenhet, bestående av industriroboter, endeeffektorer og multikildesensorer. Etter at logistikksystemet transporterer de ferdige produktene til det angitte stedet, flytter industriroboten hele deteksjonsenheten til den angitte arbeidsstasjonen, og bruker et visuelt kamera til å ta bilder, gjenkjenne og lokalisere delene som skal testes. Industriroboten justerer posisjonen igjen for å justere hele deteksjonsenheten med delen som skal testes.

Figur 3 Online deteksjonsenhet
Etter at gjenkjennelsen og posisjoneringen er fullført, er endeeffektoren ansvarlig for å gripe delene som skal testes. Delene overføres til den angitte posisjonen på testplattformen gjennom en industrirobot. Nøyaktighetsindikatorene for delene som skal testes, slik som blenderåpning, dybde, krumning, ruhet og flathet, oppdages online av multikildesensorer som er forhåndsutstyrt på testplattformen. Intelligente algoritmer kan også brukes til automatisk å måle og klassifisere delene, overføre forskjellige typer komponenter til forskjellige logistikklinjer og fullføre automatiske delerklassifiseringsoperasjoner. Deteksjonsenheten kan returnere deteksjonsresultatene til hovedkontrollsystemet via Internett, og operatøren kan direkte se deteksjonsresultatene for delene gjennom terminaldatamaskinen og visning av innendørs- eller hovedkontrollsystemet på stedet. Hvis den oppfyller deteksjonskravene, kan den gå direkte videre til neste arbeidsstasjonsoperasjon. Hvis den ikke oppfyller kravene, vil en påminnelse om avvik vises på displayet, og operatøren vil ta vurderinger og avgjørelser basert på graden av avvik til delene. Etter at deteksjonen er fullført, griper endeeffektoren de detekterte delene, og industriroboten overfører de detekterte delene til logistikksystemet, som deretter transporterer dem til neste arbeidsstasjon for behandling.
2) Industriroboter og dreiemaskinenheter
Behandlingsmodulen designet og produsert av Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd. er vist i figur 4, som består av to deler: industriroboter og dreiemaskiner. Blant dem er industriroboter ansvarlige for bevegelse og griping av delene som skal bearbeides, og dreiemaskiner er intelligente maskiner som kan sikre høy presisjon og bearbeidingseffektivitet.

Figur 4 Behandlingsmodul
Etter at logistikkdistribusjonssystemet har transportert rå- eller halvfabrikata til den angitte arbeidsstasjonen, griper industriroboten rå- eller halvfabrikata og plasserer dem i den intelligente dreiemaskinen for å hjelpe maskinen med å fullføre klemmearbeidet til delene til bli behandlet. For dreiemaskiner med to stasjoner, etter at en intelligent dreiebenk fullfører dreiearbeidet, overfører industriroboten de halvferdige delene til en annen intelligent dreiebenk for å fullføre behandlingen av neste stasjon. Etter at alt prosessarbeid er fullført, vil industriroboten gripe og overføre de ferdige delene til logistikksystemet, som deretter overfører delene til neste arbeidsstasjon.
Snumaskinen er utstyrt med intelligent helsevernfunksjon, termisk temperaturkompensasjonsfunksjon, intelligent funksjon for verktøybrudddeteksjon, intelligent prosessparameteroptimaliseringsfunksjon, ekspertdiagnosefunksjon, spindeldynamisk balanseanalyse og intelligent helsestyringsfunksjon, aktiv unngåelsesfunksjon for spindelvibrasjoner og intelligent funksjon for å unngå spindelvibrasjoner. cloud butler-funksjon [3]. Hovedfunksjonen til intelligente maskinverktøy er å samarbeide med industriroboter for å fullføre ulike stadier av prosesserings- og produksjonsoppgaver, samtidig som effektiviteten og nøyaktigheten til delbehandling og produksjon sikres. Brukere kan erstatte intelligente maskinverktøy med forskjellige kvaliteter av maskinverktøy i henhold til behovene til produksjonsverkstedet, for eksempel høyhastighetsdreiemaskiner, presisjonsdreiemaskiner og maskineringssentre. De kan også legge til eller redusere tilsvarende intelligente funksjoner i henhold til deres egne behov for å danne den best egnede dreieproduksjonslinjen for bedriftens produksjonsbehov.
3) Logistikk- og ferdigvarelagerenhet
Figur 5 viser en typisk logistikkenhet designet og produsert av Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd. Den består av industriroboter, endeeffektorer, RGV-vogner, deltransportarmaturer og gangstier, hovedsakelig for overføring og transport av maskinverktøy bearbeidede deler. I brukerverkstedet kan intelligente produksjonslinjer utstyres med én eller flere logistikkproduksjonslinjer i henhold til behovene til produksjonsoppgaver. Intelligente dreieproduksjonslinjer med færre maskinverktøy eller enklere prosesseringsoppgaver kan ta i bruk ett enkelt objekt-strømlinjemodus for å fullføre operasjoner som lasting, overføring og lossing; I situasjoner hvor det er mange maskinverktøyoppgaver eller komplekse maskineringsoppgaver, for å unngå kompleksiteten og konflikten i logistikksystemoppgaver, kan to eller flere logistikklinjer utstyres. En linje brukes til lasting av rå eller halvfabrikata deler, en linje brukes til mellomprosesstransport, og den andre linjen brukes til å kutte ferdige deler. For intelligente dreieproduksjonslinjer med relativt enkle prosesseringsscenarier, kan industriroboter fikses og fullføre fastspenning og henting av deler; For mer komplekse intelligente dreieproduksjonslinjer kan mobile roboter utstyres separat for å distribuere, gripe og frigjøre deler på gangstien. Overføringen av deler mellom ulike arbeidsstasjoner gjennomføres av en RGV-bil. Gjennom automatisk programmering kan RGV-bilen nøyaktig nå den forhåndsbestemte posisjonen innen en spesifisert tid, noe som sikrer at industriroboter kan gjenkjenne og gripe deler jevnt. RGV-bilen er utstyrt med delefraktarmaturer, og brukerens verksted kan utstyre forskjellige armaturer i henhold til størrelsen og størrelsen på de behandlede delene. Etter at armaturet er fylt med nok rå eller ferdige deler ved hver posisjon, kjører RGV-bilen for å fullføre det tilsvarende lasting, transport og lossearbeid.

Figur 5 Logistikkenhet Figur 6 Lagringsenhet for ferdig produkt
Figur 6 viser en typisk lagringsenhet for ferdige produkter designet og produsert av Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd., bestående av et lagringsskap, industriroboter, endeeffektorer og gangstier. Etter at delene er behandlet, transporteres de ferdige delene til skjæreområdet av RGV-bilen, og industriroboten beveger seg til skjæreområdet. Endeeffektoren griper de ferdige delene basert på antallet, og deretter overfører industriroboten de ferdige delene til det angitte stedet i lagringsskapet. Endeeffektoren krever spesiell design av hver brukerenhet basert på formen og størrelsen på de behandlede delene for å møte gripearbeidet til forskjellige deler. Oppbevaringsskapet er satt sammen av selvstendige små skap i samme størrelse, som raskt kan monteres og demonteres mellom hvert skap. For fastmonterte industriroboter bør brukerverkstedet justere lengden og høyden på det utformede oppbevaringsskapet i henhold til maksimal arbeidshøyde og rekkevidde til industriroboten. Industriroboter utstyrt med gangstier kan utformes for lengre oppbevaringsskap for ferdige produkter. Roboter kan øke arbeidsdekningen ved å gå på spor, som kan stilles inn som rette eller sirkulære etter behov. For brukerverksteder med flere oppbevaringsskap, eller ferdigproduktoppbevaringsskap med forskjellige delklassifiseringer, kan brukerenhetene også justere lengden og formen på gangstien. For eksempel kan et sirkulært spor få én robot til å samsvare med flere ferdige produktlagringsskap, oppnå flere tjenester for én robot og forbedre robotutnyttelsen. Når det er et stort antall ferdige logistikkoppbevaringsskap, bør lengden på gangstien økes, eller to eller flere industriroboter bør utstyres for å sikre effektiviteten til logistikken. Det skal bemerkes at utformingen av gangstilengden bør ta hensyn til robotens gangtid og ikke være utformet for lang. Hvis gangtiden til roboten er for lang, kan det føre til lav logistikkdistribusjonseffektivitet, og føre til akkumulering av ferdige deler i skjæreområdet, noe som resulterer i ulykker som delkollisjoner, noe som øker produksjonsrisikoen og reduserer arbeidseffektiviteten.
2 Kontrollhierarki av maskinverktøykontrollere
Kombinasjonen av kunstig intelligens og datateknologi har i stor grad fremmet intelligensnivået til CNC-systemer, hovedsakelig reflektert i ulike aspekter av CNC-systemer:
(1) Intelligent bruk av feedforward-kontroll, online identifikasjon og selvinnstilling av kontrollparametere for å forbedre kjøreytelsen;
(2) Bruke adaptiv kontrollteknologi for å oppnå intelligent behandlingseffektivitet og kvalitet;
(3) Bruk av intelligente teknologier som ekspertsystemer for å oppnå intelligent feildiagnose, intelligent overvåking og andre aspekter ved maskineringsprosesskontroll.
Under produksjonsprosessen kan kontrollnivået til maskinverktøykontrolleren deles inn i tre nivåer som vist i figur 7, inkludert motorkontrollnivå, prosesskontrollnivå og tilsynskontrollnivå. Blant dem kan motorkontrollnivået oppnå posisjons- og hastighetsovervåking av maskinverktøyet gjennom maskindeteksjonsutstyr som gitter og pulsgivere; Prosesskontrollhierarkiet inkluderer hovedsakelig overvåking av skjærekraft, skjærevarme, verktøyslitasje, etc. under maskineringsprosessen, og justering av maskineringsprosessparametere; Tilsyns- og kontrollhierarkiet tar dimensjonsnøyaktigheten, overflateruheten og andre parametere til det behandlede produktet som kontrollmål for å forbedre behandlingskvaliteten til produktet.

Figur 7 Kontrollhierarki til maskinverktøykontrolleren
1) Utviklingstrendene for intelligent behandlingskontroll i utlandet
(1) Forskning på intelligent kontrollstrategi: Innenfor nevrale nettverkskontrollmaskinering har eksperter foreslått en partikkelsvermdrevet fiskesvermsøkealgoritme for å optimalisere maskineringsparametrene til CNC-maskinverktøy. En hybridmetode basert på nevrale nettverk og genetiske algoritmer er foreslått for å redusere beregningskompleksiteten og tidsforbruket til nevrale nettverk, noe som krever prosessiterasjon og konvergens på grunn av påvirkning av nettverkskompleksitet. Simuleringseksperimenter utføres på funksjonsgjenkjenning i plan maskinering for å demonstrere dens gjennomførbarhet. Noen har foreslått en genetisk algoritmebasert modell som er egnet for å løse prediksjon av liten skjærekraft, som kan oppnå prediksjon av skjærekraft og optimalisering av skjæreparametere.
(2) Anvendelse av maskineringsprosessovervåking: Overvåk og overvåk unormale fenomener under maskineringsprosessen, og ta deretter tiltak for å stoppe maskineringsprosessen og justere maskineringsprosessparametere (som spindelhastighet) for å unngå skade på maskinverktøyet. Unormale fenomener under maskineringsprosessen kan oppstå gradvis, slik som verktøyslitasje; Det kan også oppstå plutselig, for eksempel skade på verktøyet; Eller det kan forhindres, for eksempel vibrasjon eller vibrasjon.
2) Innenlandsk utviklingstrend for intelligent maskineringskontroll
Under intelligent kontroll kan automasjonssystemer proaktivt feilsøke feil, da de effektivt kan koble alle maskiner via dataspråk under søknadsprosessen og generere et koblet behandlingssystem. I henhold til de forskjellige sensorene, kontrollmetodene og kontrollmålene som brukes, fokuserer forskning på maskineringsprosessovervåking hovedsakelig på følgende aspekter:
(1) Ved å studere verktøyslitasje, oppnå overvåking av maskinstatus;
(2) Ved å studere skjærekraften oppnådd indirekte gjennom målekraftinstrumenter eller motorstrømmer, kan maskineringsprosessens status forbedres;
(3) Forskning på offline parameteroptimalisering innen CAM;
(4) Simuleringsforskning på intelligente maskineringskontrollalgoritmer, etc.
3 CNC Machine Tool Full Lifecycle Management Service Platform
Intelligent produksjon er en informasjonsbasert produksjonstilnærming rettet mot hele produktets livssyklus, og oppnår allestedsnærværende persepsjonsforhold. Data og informasjon er det rennende "blodet" i intelligent produksjon. Digitalisering transformerer data til informasjon, og skaper nyttig verdi gjennom nettverksbasert og intelligent beslutningstaking. Derfor er intelligent produktproduksjon drevet av data. Hele produktets livssyklusarkivering er delt inn i fire stadier.
(1) Komponentproduksjonsstadiet: data om anskaffelsesprosess, produksjonsprosessdata, testing og lagerregistreringer;
(2) Støtte produktlagerstadiet: støtte for produktlagerinspeksjonsposter, støtte produktinnkjøpsordreinformasjon;
(3) Maskinverktøyets feilsøkingsstadium: data om produksjonsprosessen for maskinverktøy, test- og justeringsdata fra maskinverktøyfabrikken, data fra fabrikken for maskinverktøy;
(4) Overleveringsstadiet for maskinverktøy: brukeroppstart, registrering av maskinjusteringsdata, selvvedlikehold, reparasjon av én nøkkel, brukervedlikeholdsposter og prosessdata for brukerbruk.
Tjenesteplattformen for CNC-maskinverktøy for full livssyklus bruker nøkkelteknologier som tingenes internett, skytjenester og big data for å samle inn hele livssyklusdata for CNC-maskinverktøy fra design, prosessering, feilsøking av maskinverktøy og brukeroverlevering og bruk . Den etablerer en arkivdatabase for maskinverktøy, sporer informasjon i hele livssyklusen og gir brukere ekstern utstyrsovervåking, produksjonsstatistikkstyring, utstyrsdrift og vedlikeholdstjenester. Figur 8 viser BOCHICLOUD-teknologiarkitekturen til Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd. Kjernehøydepunktet til Baoji Cloud er funksjonene for drift og vedlikehold:
(1) Kunnskapsbase for feiltilfeller: gi brukere feilløsninger;
(2) Feilreparasjon: online reparasjon av utstyrsfeil, rettidig utsendelse av reparasjonsordrer og rask oppfølging av ingeniører;
(3) Regelmessig vedlikehold: spor ytelsesendringene til utstyret gjennom hele livssyklusen og gi tilpassede vedlikeholdsplaner;
(4) Forutsigbart vedlikehold: Forutsi potensielle risikoer for utstyrssvikt og gi rettidige reservedeler.

Figur 8 BOCHICLUD teknisk arkitektur [4]
4 Integrasjon av digitale produksjonslinjesystemer
Med den raske utviklingen av integrert kontrollsystemteknologi beveger automatiserte produksjonslinjer seg mot høyere nivåer av automatisering og integrasjon. Integrert kontroll av produksjonslinjer er nettverksbygging av intelligente enheter som må kobles gjennom et bestemt nettverk, noe som gjør dem til en helhet, integrerer og samhandler intern informasjon for å oppnå kontrollmål. Det finnes to typer integrert kontroll for produksjonslinjer: utstyrsintegrasjon og informasjonsintegrasjon. Enhetsintegrasjon er integrasjon av ulike enheter med uavhengige kontrollfunksjoner til en organisk helhet gjennom et nettverk. Denne helheten er et integrert kontrollsystem som er både uavhengig og relatert, og kan konfigureres etter ulike produksjonsbehov. Informasjonsintegrasjon er bruken av funksjonelle modulære designkonsepter for å oppnå dynamisk ressursallokering, enhetsovervåking, datainnsamling og prosessering, kvalitetskontroll og andre funksjoner, og danner grunnleggende funksjonelle moduler inkludert uavhengig kontroll og andre prosesseringsfunksjoner. Hver funksjonsmodul realiserer standardisert sammenkobling, og spesifikke kontrollmoduser og planleggingsstrategier brukes til å konstruere funksjonelle enheter for å oppnå forventede mål, og dermed oppnå integrert kontroll.
Tradisjonelle automasjonsbedrifter fokuserer på automatiseringsimplementering på utstyrsnivå, men er ikke kjent med overordnede systemer som SCADAMES/ERP, noe som fører til å neglisjere digital innhenting av produksjonslinjeinformasjon og horisontal og vertikal flyt av produksjonsinformasjon. MES/ERP og andre programvaresystembedrifter fokuserer på dataanalyse og distribusjonskontroll på det øvre systemnivået. Det er vanskelig å involvere maskinvareenheter og kontrollmetoder med ulike modeller av utførelsesenheter og kontrollere på lavere nivå, noe som påvirker den vertikale informasjonsflyten. Gjennom digital måling kan digital innhenting og sirkulasjon av produksjonsinformasjon (nøkkelparametere) oppnås, noe som kan bryte ned barrierene mellom det øvre systemet og den nedre produksjonslinjen, frigjøre eksisterende høykvalitetsproduktivitet og akselerere utviklingsprosessen til Kinas produksjonsindustrien. Ved å integrere verktøydesign, produksjon og styringsteknologier, konstruere en digital produksjonslinje for verktøy og oppnå jevn dataflyt i alle stadier av verktøyutviklingsprosessen, kan rollen til digital teknologi i verktøyutviklingsprosessen utnyttes fullt ut, og dermed forbedres verktøyets produksjonsnøyaktighet og effektivitet, forkorter utviklingssykluser og reduserer utviklingskostnader.
Integrert kontroll av produksjonslinjer er en organisk helhet som kombinerer kommunikasjons-, datamaskin- og automasjonsteknologier. For å koordinere arbeidet til ulike utstyr og undersystemer i produksjonslinjen, bruker systemet PLS og dens distribuerte eksterne I/O-modul for å oppnå sentralisert styring og desentralisert kontroll av produksjonsenheter; Samtidig mottar PLS-en styring fra det øvre MES-systemet, inkludert verifisering av operatørinformasjon, produktkontroll, materialhåndtering og annen informasjon. Strukturen til produksjonslinjekontrollsystemet er vist i figur 9, og kommunikasjonsinnholdet inkluderer operatøridentifikasjon, produksjonslinjekroppsstatus, robotinformasjon, informasjon om arbeidsstykket, arbeidsstatus for maskinverktøy og diverse feilinformasjon.

Figur 9 Skjematisk diagram av produksjonslinjens kontrollsystemstruktur
Maskinvarekonfigurasjonen til kontrollsystemet er vist i figur 10, som bruker et PROFINET-nettverk for å kommunisere med de underliggende felt-IO-enhetene. IO-enhetene inkluderer moduler med Ethernet-funksjonalitet som IM151-3PN-feltmodul, ET200ecoPN-inn-/utgangsmodul, RF180C kommunikasjonsmodul osv. For å dele data med andre PLS-systemer i verkstedet, er kontrollsystemet også utstyrt med en PN/PN-kobling av industrikvalitet. Gjennom denne broen kan informasjonsutveksling mellom den automatiske produksjonslinjen og andre PLS-systemer i verkstedet oppnås. Samtidig, for å sikre påliteligheten til produksjonen, brukes fiberoptiske ringnettverksforbindelser mellom kontrollerene til hver enhet. Når MES-systemet svikter, kan kontrollsystemet fungere normalt uten MES-systemet.