Детальне пояснення виробничих ліній інтелектуального виробництва

На базі складальних конвеєрів поступово розвиваються автоматичні лінії. Вони являють собою виробничу систему, яка з’єднує групу верстатів з ЧПК і допоміжного обладнання відповідно до послідовності процесу через систему транспортування заготовки та систему керування та автоматично завершує весь або частину процесу виробництва продукту. У всій автоматизованій виробничій лінії її специфічний склад включає загалом 13 частин, в основному включаючи різні функціональні сайти, різні функціональні модулі, датчики, електромагнітні клапани та інтерфейси імпорту та експорту. Серед них функціональні сайти в основному включають матеріальні станції, станції обробки, станції складання та обробки та станції сортування готової продукції; Серед різних модулів існує загалом 5 типів, а саме модуль перетворювача частоти, модуль живлення, модуль ПЛК і модуль кнопки, а також модуль приводу двигуна. На основі інтеграції цих частин автоматизовані виробничі лінії можуть не тільки здійснювати завантаження, розвантаження та обробку, але й повне складання, сортування та передачу відповідного вмісту.
Як окремі верстати, інтелектуальні токарні верстати та токарні центри можуть відповідати виробництву та виготовленню загальних невеликих і простих деталей. Однак із трансформацією та модернізацією режимів промислового виробництва до автоматизації та гнучкості традиційні операції складальної лінії більше не можуть задовольняти існуючі виробничі вимоги щодо високої точності, високої ефективності та високої гнучкості. Тому розроблено інтелектуальні токарні виробничі лінії на основі інтелектуальних роботів, інтелектуальні токарні верстати та інтелектуальні токарні центри, що стане основним напрямком розвитку автоматизації виробництва. Інтелектуальна токарна виробнича лінія включає таке обладнання, як керування виробничою лінією, перевірка якості, манипуляційні роботи, обробні верстати, логістичні транспортні лінії, управління виробництвом і складування готової продукції. Кожне обладнання є важливою складовою інтелектуальної токарної виробничої лінії. Завдяки подальшій системній інтеграції кілька інтелектуальних виробничих ліній зможуть формувати цифрові цехи та цифрові фабрики, досягаючи автоматизації та інтелектуальності всього заводу.
1 Загальна схема інтелектуальних виробничих ліній
На малюнку 1 показано типову інтелектуальну токарну виробничу лінію, яка в основному завершує змішану автоматичну обробку та виробництво деталей від чорнової до готової продукції. Токарна виробнича лінія складається з системи керування виробничою лінією, блоку онлайн-детектування, блоку промислового робота, блоку механічної обробки, блоку зберігання сировини, блоку зберігання готової продукції та блоку логістики автомобіля RGV. Обладнання для обробки використовує інтелектуальний верстат серії CK виробництва Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd., який оснащений інтелектуальною системою ЧПК Baoji B80.

Малюнок 1 Інтелектуальна токарна виробнича лінія [1]
1) Основна система контролю та блок виявлення
На рисунку 2 показана типова система керування, розроблена Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd., яка складається з внутрішніх терміналів і терміналів на місці. Внутрішній термінал оснащений декількома дисплеями та базами даних, які відповідають за отримання великих даних виробництва та виробництва, що передаються з усього виробничого цеху. Дисплеї використовуються для відображення різних станів на місці майстерні користувача, включаючи стан роботи обладнання, стан обробки деталей, ситуацію з логістикою, статус персоналу та інформацію про навколишнє середовище, таку як температура та вологість на місці майстерні користувача. Вищий керівний персонал може легко отримати візуальний доступ до внутрішнього терміналу та чітко побачити різні умови на місці. У виробничому цеху користувача обладнані термінали на місці для контролю роботи на місці всієї виробничої лінії, завершення збору, аналізу, локального та дистанційного керування базовими даними обладнання, динамічної візуалізації інформації та інших операцій. Внутрішній термінал оснащено дисплеєм, на якому можна чітко та зручно переглядати різні стани майстерні користувача, включаючи моніторинг обладнання, статистику виробництва, статистику несправностей, розподіл обладнання, аналіз тривог, базу знань про процеси тощо. Сайт-термінал може додавати інформаційні панелі управління виробництвом, завантажувати та завантажувати програми обробки, ідентифікувати персонал за допомогою карток, а також виконувати статистику прогресу та аналіз виробничих завдань. Він може збирати та передавати дані на місці за допомогою різних методів доступу, таких як дротовий, Wi-Fi, 2G/3G/4G/5G тощо. Зібрані виробничі великі дані можна передавати до бази даних SQLServer внутрішнього терміналу користувача через Інтернет. , Взаємодія даних із внутрішніми терміналами через термінальні комп’ютери.

Рисунок 2 Загальна система керування [2]
На малюнку 3 показано типовий онлайн-блок виявлення, що складається з промислових роботів, кінцевих ефекторів і датчиків із кількома джерелами. Після того, як логістична система транспортує готову продукцію в призначене місце, промисловий робот переміщує весь блок виявлення на призначену робочу станцію та використовує візуальну камеру для фотографування, розпізнавання та визначення місцезнаходження частин, які потрібно перевірити. Промисловий робот знову регулює своє положення, щоб вирівняти весь блок виявлення з частиною, яка підлягає тестуванню.

Малюнок 3 Блок виявлення онлайн
Після завершення розпізнавання та позиціонування кінцевий ефектор відповідає за захоплення частин, які підлягають тестуванню. Деталі переміщуються в призначене місце на тестовій платформі за допомогою промислового робота. Індикатори точності деталей, що підлягають перевірці, такі як отвір, глибина, кривизна, шорсткість і площинність, виявляються в режимі он-лайн датчиками з кількома джерелами, попередньо обладнаними на тестовій платформі. Інтелектуальні алгоритми також можна використовувати для автоматичного вимірювання та класифікації деталей, передачі різних типів компонентів на різні лінії логістики та виконання операцій автоматичної класифікації деталей. Блок виявлення може повертати результати виявлення в основну систему керування через Інтернет, і оператор може безпосередньо переглядати результати виявлення частин через термінальний комп’ютер і дисплей основної системи керування в приміщенні або на місці. Якщо він відповідає вимогам виявлення, він може безпосередньо перейти до наступної операції робочої станції. Якщо він не відповідає вимогам, на дисплеї відображатиметься нагадування про невідповідність, і оператор прийматиме рішення та прийматиме рішення на основі ступеня невідповідності частин. Після завершення виявлення кінцевий ефектор захоплює виявлені частини, а промисловий робот передає виявлені частини в систему логістики, яка потім транспортує їх на наступну робочу станцію для обробки.
2) Промислові роботи та агрегати токарних верстатів
Модуль обробки, розроблений і виготовлений Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd., показаний на малюнку 4, і складається з двох частин: промислових роботів і токарних верстатів. Серед них промислові роботи відповідають за рух і захоплення деталей, що підлягають обробці, а токарні верстати є інтелектуальними машинами, які можуть забезпечити високу точність і ефективність обробки.

Рисунок 4 Модуль обробки
Після того, як логістична система розподілу транспортує сирі або напівфабрикати на призначену робочу станцію, промисловий робот захоплює сирі або напівфабрикати та поміщає їх у інтелектуальний токарний верстат, щоб допомогти машині завершити затискання деталей до бути обробленим. Для токарних верстатів із подвійною станцією після того, як один інтелектуальний токарний верстат завершить токарну роботу, промисловий робот передає напівфабрикати на інший інтелектуальний токарний верстат для завершення обробки на наступній станції. Після завершення всіх робіт з обробки промисловий робот захопить і передасть готові деталі до логістичної системи, яка потім перенесе деталі на наступну робочу станцію.
Токарний верстат оснащений функцією інтелектуального захисту здоров’я, функцією температурної компенсації, функцією інтелектуального виявлення поломки інструменту, функцією інтелектуальної оптимізації параметрів процесу, функцією експертної діагностики, аналізом динамічного балансу шпинделя та функцією інтелектуального управління справністю, функцією активного запобігання вібрації шпинделя та інтелектуальним функція хмарного дворецького [3]. Основною функцією інтелектуальних верстатів є співпраця з промисловими роботами для виконання різних етапів обробки та виробничих завдань, одночасно забезпечуючи ефективність і точність обробки та виробництва деталей. Користувачі можуть замінити інтелектуальні верстати верстатами різних класів відповідно до потреб виробничого цеху, наприклад високошвидкісними токарними верстатами, точними токарними верстатами та обробними центрами. Вони також можуть додавати або зменшувати відповідні інтелектуальні функції відповідно до власних потреб, щоб сформувати найбільш підходящу токарну виробничу лінію для потреб підприємства.
3) Підрозділ логістики та складування готової продукції
На малюнку 5 показано типову логістичну одиницю, розроблену та виготовлену компанією Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd. Вона складається з промислових роботів, кінцевих ефекторів, візків RGV, пристосувань для транспортування деталей і ходових доріжок, головним чином реалізуючи передачу та транспортування верстатів. оброблені частини. У майстерні користувача інтелектуальні виробничі лінії можуть бути оснащені однією або кількома логістичними виробничими лініями відповідно до потреб виробничих завдань. Інтелектуальні токарні виробничі лінії з меншою кількістю верстатів або більш простими завданнями обробки можуть використовувати режим оптимізації одного об’єкта для виконання таких операцій, як завантаження, переміщення та розвантаження; У ситуаціях, коли існує багато завдань верстатів або складних завдань механічної обробки, щоб уникнути складності та конфлікту завдань логістичної системи, можна обладнати дві або більше логістичних ліній. Одна лінія використовується для завантаження сирих або напівфабрикатів, одна лінія використовується для транспортування проміжного процесу, а інша лінія використовується для різання готових деталей. Для інтелектуальних токарних виробничих ліній із відносно простими сценаріями обробки промислові роботи можуть бути закріплені та виконувати затискання та вилучення деталей; Для більш складних інтелектуальних токарних виробничих ліній мобільні роботи можуть бути окремо обладнані для розподілу, захоплення та випуску деталей на пішохідній доріжці. Передача деталей між різними робочими станціями виконується автомобілем RGV. Завдяки автоматичному програмуванню автомобіль RGV може точно досягти заданої позиції протягом заданого часу, гарантуючи, що промислові роботи зможуть легко розпізнавати та захоплювати деталі. Автомобіль RGV оснащений пристроями для транспортування деталей, а майстерня користувача може обладнати різні пристосування відповідно до розміру та розміру оброблених деталей. Після того, як пристосування заповнюється достатньою кількістю сирих або готових деталей на кожній позиції, вагон RGV запускається для завершення відповідних робіт із завантаження, транспортування та розвантаження.

Рисунок 5 Блок логістики Рисунок 6 Блок зберігання готової продукції
На малюнку 6 показано типовий блок зберігання готової продукції, розроблений і виготовлений компанією Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd., який складається з шафи для зберігання, промислових роботів, кінцевих ефекторів і ходових доріжок. Після обробки деталей готові деталі автомобілем RGV транспортуються до зони розкрою, а промисловий робот переміщується до зони розкрою. Кінцевий ефектор захоплює готові деталі за їх номерами, а потім промисловий робот переносить готові деталі в призначене місце в шафі для зберігання. Кінцевий ефектор потребує спеціального дизайну від кожного блоку користувача на основі форми та розміру оброблених частин, щоб відповідати роботі захоплення різних частин. Шафа для зберігання складається з незалежних невеликих шаф однакового розміру, які можна швидко зібрати та розібрати між кожною шафою. Для стаціонарних промислових роботів майстерня користувача повинна відрегулювати довжину та висоту розробленої шафи для зберігання відповідно до максимальної робочої висоти та діапазону промислового робота. Промислові роботи, обладнані рухомими доріжками, можуть бути розроблені для більш довгих шаф для зберігання готової продукції. Роботи можуть збільшити охоплення своєї роботи, пересуваючись по доріжках, які можуть бути прямими або круговими відповідно до потреб. Для користувальницьких майстерень із кількома шафами для зберігання або шафами для зберігання готової продукції з різними класифікаціями деталей користувацькі пристрої також можуть регулювати довжину та форму пішохідної доріжки. Наприклад, кругла доріжка може змусити одного робота відповідати кільком шафам для зберігання готової продукції, досягаючи кількох послуг для одного робота та покращуючи використання робота. Якщо існує велика кількість готових логістичних складських шаф, довжину пішохідної доріжки слід збільшити або встановити двох або більше промислових роботів, щоб забезпечити ефективність логістики. Слід зазначити, що проект довжини пішохідної доріжки повинен враховувати час ходьби робота і не повинен бути розроблений занадто довго. Якщо час роботи робота занадто довгий, це може призвести до низької ефективності розподілу логістики, спричиняючи накопичення готових деталей у зоні різання, що призводить до нещасних випадків, таких як зіткнення деталей, що збільшує виробничі ризики та знижує ефективність роботи.
2 Ієрархія керування контролерів верстатів
Поєднання штучного інтелекту та комп’ютерних технологій значно підвищило рівень інтелекту систем ЧПК, що в основному відображається в різних аспектах систем ЧПК:
(1) Інтелектуальне застосування прямого керування, онлайн-ідентифікація та самоналаштування параметрів керування для покращення ходових характеристик;
(2) Використання технології адаптивного керування для досягнення ефективності та якості інтелектуальної обробки;
(3) Застосування інтелектуальних технологій, таких як експертні системи, для досягнення інтелектуальної діагностики несправностей, інтелектуального моніторингу та інших аспектів керування процесом обробки.
Під час виробничого процесу рівень керування контролером верстата можна розділити на три рівні, як показано на малюнку 7, включаючи рівень керування двигуном, рівень керування процесом і рівень наглядового керування. Серед них рівень керування двигуном може досягти моніторингу положення та швидкості верстата за допомогою обладнання для виявлення машини, такого як решітки та кодери імпульсів; Ієрархія керування процесом в основному включає моніторинг сили різання, тепла різання, зносу інструменту тощо під час процесу обробки та налаштування параметрів процесу обробки; Ієрархія нагляду та контролю приймає точність розмірів, шорсткість поверхні та інші параметри обробленого продукту як контрольні цілі для покращення якості обробки продукту.

Рисунок 7. Ієрархія керування контролера верстата
1) Тенденції розвитку інтелектуального управління процесингом за кордоном
(1) Дослідження стратегії інтелектуального керування: у сфері обробки нейронної мережі експерти запропонували алгоритм пошуку зграї риби, керований роєм частинок, для оптимізації параметрів обробки верстатів з ЧПК. Запропоновано гібридний метод на основі нейронних мереж і генетичних алгоритмів для зменшення обчислювальної складності та споживання часу нейронними мережами, що потребує ітерації та конвергенції процесів через вплив складності мережі. Експерименти з моделюванням проводяться з розпізнавання ознак у планарній обробці, щоб продемонструвати її здійсненність. Хтось запропонував модель на основі генетичного алгоритму, придатну для розв’язання прогнозування невеликої сили різання, яка може досягти прогнозування сили різання та оптимізації параметрів різання.
(2) Застосування моніторингу процесу обробки: відстежуйте та спостерігайте за ненормальними явищами під час процесу обробки, а потім вживайте заходів, щоб зупинити процес обробки та налаштувати параметри процесу обробки (наприклад, швидкість шпинделя), щоб уникнути пошкодження верстата. Аномальні явища під час процесу обробки можуть виникати поступово, наприклад, знос інструменту; Це також може статися раптово, наприклад, пошкодження інструменту; Або це можна запобігти, наприклад, вібрацію або вібрацію.
2) Вітчизняна тенденція розвитку інтелектуального керування обробкою
Під інтелектуальним керуванням системи автоматизації можуть завчасно виявляти несправності, оскільки вони можуть ефективно з’єднувати всі машини за допомогою комп’ютерної мови під час процесу застосування та створювати зв’язану систему обробки. Відповідно до різних датчиків, методів контролю та цілей контролю, дослідження моніторингу процесу обробки в основному зосереджені на таких аспектах:
(1) Вивчаючи знос інструменту, досягти моніторингу стану обробки;
(2) Вивчаючи силу різання, отриману опосередковано за допомогою інструментів для вимірювання сили або струму двигуна, можна покращити стан процесу обробки;
(3) Дослідження офлайн оптимізації параметрів у сфері CAM;
(4) Дослідження моделювання інтелектуальних алгоритмів керування обробкою тощо.
Платформа повного життєвого циклу верстатів з ЧПУ 3
Інтелектуальне виробництво – це інформаційно-базований виробничий підхід, спрямований на весь життєвий цикл продукту, досягаючи повсюдних умов сприйняття. Дані та інформація є «кров’ю» інтелектуального виробництва. Оцифровка перетворює дані на інформацію, створюючи корисну цінність за допомогою мережевого та інтелектуального прийняття рішень. Таким чином, інтелектуальне виробництво продукції ґрунтується на даних. Весь життєвий цикл продукту подається на чотири етапи.
(1) Етап виробництва компонентів: дані процесу закупівлі, дані процесу виробництва, тестування та записи про складування;
(2) Допоміжний етап складування продукту: допоміжні записи перевірки складського зберігання продукту, допоміжна інформація про замовлення на придбання продукту;
(3) Етап налагодження верстатів: дані процесу виробництва верстатів, дані про випробування та налагодження заводу верстатів, записи заводу верстатів;
(4) Етап передачі верстата: запуск користувача, запис даних налаштування машини, самообслуговування, ремонт одним ключем, записи про технічне обслуговування користувача та дані процесу використання користувача.
Платформа служби керування повним життєвим циклом верстатів з ЧПК застосовує ключові технології, такі як Інтернет речей, хмарні сервіси та великі дані, для збору даних про повний життєвий цикл верстатів з ЧПК від проектування, обробки, налагодження верстатів, а також передачі та використання користувачам. . Він створює архівну базу даних верстатів, проводить відстеження інформації про повний життєвий цикл і надає користувачам дистанційний моніторинг обладнання, керування статистикою виробництва, експлуатацію обладнання та обслуговування. На малюнку 8 показано технологічну архітектуру BOCHICLOUD компанії Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd. Основною особливістю Baoji Cloud є її функції обслуговування та обслуговування:
(1) База знань про випадки несправностей: надання користувачам рішень щодо несправностей;
(2) Усунення несправностей: усунення несправностей обладнання в режимі онлайн, своєчасне надсилання замовлень на ремонт і швидке подальше реагування інженерів;
(3) Регулярне технічне обслуговування: відстежуйте зміни продуктивності обладнання протягом його життєвого циклу та створюйте індивідуальні плани обслуговування;
(4) Прогнозне технічне обслуговування: передбачення потенційних ризиків відмови обладнання та своєчасне забезпечення запасними частинами.

Рисунок 8. Технічна архітектура BOCHICLUD [4]
4 Інтеграція систем цифрових виробничих ліній
Зі швидким розвитком технології інтегрованої системи керування автоматизовані виробничі лінії рухаються до вищих рівнів автоматизації та інтеграції. Інтегроване керування виробничими лініями – це об’єднання в мережу інтелектуальних пристроїв, які необхідно об’єднати через певну мережу, створюючи їх єдине ціле, інтегруючи та взаємодіючи внутрішню інформацію для досягнення цілей керування. Існує два типи інтегрованого контролю для виробничих ліній: інтеграція обладнання та інтеграція інформації. Інтеграція пристроїв — це об’єднання різних пристроїв із незалежними функціями керування в органічне ціле через мережу. Це ціле є інтегрованою системою керування, яка є одночасно незалежною та пов’язаною та може бути налаштована відповідно до різних потреб виробництва. Інформаційна інтеграція — це застосування концепцій функціонального модульного дизайну для досягнення динамічного розподілу ресурсів, моніторингу пристроїв, збору та обробки даних, контролю якості та інших функцій, формування основних функціональних модулів, включаючи незалежне керування та інші функції обробки. Кожен функціональний модуль реалізує стандартизоване взаємозв’язок, а спеціальні режими керування та стратегії планування використовуються для створення функціональних одиниць для досягнення очікуваних цілей, таким чином досягаючи інтегрованого контролю.
Традиційні підприємства автоматизації зосереджені на реалізації автоматизації на рівні обладнання, але не знайомі з системами верхнього рівня, такими як SCADAMES/ERP, що призводить до нехтування цифровим отриманням інформації про виробничу лінію та горизонтальним і вертикальним потоком виробничої інформації. MES/ERP та інші компанії, що займаються програмним забезпеченням, зосереджуються на аналізі даних і контролі розгортання на верхньому рівні системи. Складно задіяти апаратні пристрої та методи керування з різними моделями виконавчих пристроїв і контролерів на нижньому рівні, що впливає на вертикальний потік інформації. За допомогою цифрових вимірювань можна досягти цифрового збору та поширення виробничої інформації (ключових параметрів), що може зруйнувати бар’єри між верхньою системою та нижньою виробничою лінією, вивільнити наявну високоякісну продуктивність і прискорити процес розвитку китайського виробництва. обробна промисловість. Завдяки інтеграції технологій проектування, виробництва та управління інструментами, побудові цифрової виробничої лінії для інструментів і досягненню плавного потоку даних на всіх етапах процесу розробки інструментів, роль цифрових технологій у процесі розробки інструментів може бути повністю використана, тим самим покращуючи точність і ефективність виготовлення інструментів, скорочення циклів розробки та зниження витрат на розробку.
Інтегроване управління виробничими лініями є органічним цілим, що поєднує комунікаційні, комп'ютерні та автоматизовані технології. Для координації роботи різного обладнання та підсистем у виробничій лінії система використовує ПЛК та його розподілений віддалений модуль введення/виведення для досягнення централізованого управління та децентралізованого контролю виробничих підрозділів; У той же час ПЛК отримує керування від верхньої системи MES, включаючи перевірку інформації оператора, контроль продукції, управління матеріалами та іншу інформацію. Структура системи керування виробничою лінією показана на малюнку 9, а вміст зв’язку включає ідентифікацію оператора, стан корпусу виробничої лінії, інформацію про робота, інформацію про обробку заготовки, робочий стан верстата та різноманітну інформацію про несправності.

Рисунок 9 Принципова схема структури системи керування виробничою лінією
Апаратна конфігурація системи керування показана на малюнку 10, яка використовує мережу PROFINET для зв’язку з основними польовими пристроями вводу-виводу. Пристрої вводу/виводу включають модулі з функціями Ethernet, такі як польовий модуль IM151-3PN, модуль вводу/виводу ET200ecoPN, модуль зв’язку RF180C тощо. Щоб обмінюватися даними з іншими системами ПЛК у майстерні, система керування також обладнаний з'єднувачем промислового класу PN/PN. Через цей міст можна досягти обміну інформацією між автоматичною виробничою лінією та іншими системами ПЛК у цеху. При цьому для забезпечення надійності виробництва між контролерами кожного блоку використовуються волоконно-оптичні кільцеві з’єднання. Якщо система MES виходить з ладу, система управління може нормально працювати без системи MES.