Podrobné vysvětlení inteligentních výrobních výrobních linek
Automatické výrobní linky se postupně vyvíjejí na bázi montážních linek. Jedná se o výrobní systém, který propojuje skupinu CNC obráběcích strojů a pomocných zařízení podle sekvence procesu prostřednictvím systému dopravy obrobků a řídicího systému a automaticky dokončuje celý nebo část výrobního procesu produktu. V celé automatizované výrobní lince její specifické složení zahrnuje celkem 13 dílů, zejména včetně různých funkčních stanovišť, různých funkčních modulů, senzorů, solenoidových ventilů a importních a exportních rozhraní. Mezi funkční lokality patří především materiálové stanice, zpracovatelské stanice, montážní a manipulační stanice a třídírny hotových výrobků; Mezi různými moduly existuje celkem 5 typů, a to modul frekvenčního měniče, výkonový modul, modul PLC a tlačítkový modul a modul pohonu motoru. Na základě integrace těchto dílů mohou automatizované výrobní linky dosáhnout nejen nakládky a vykládky a zpracování, ale také kompletní montáže, třídění a dopravy souvisejícího obsahu.
Jako jednotlivé strojní produkty mohou inteligentní soustruhy a soustružnická centra splňovat výrobu a výrobu obecných malých a jednoduchých dílů. S transformací a modernizací režimů průmyslové výroby na automatizaci a flexibilitu však tradiční operace montážní linky již nemohou splňovat stávající výrobní požadavky na vysokou přesnost, vysokou účinnost a vysokou flexibilitu. Proto se vyvinuly inteligentní soustružnické výrobní linky založené na inteligentních robotech, inteligentních soustruzích a inteligentních soustružnických centrech, které se stanou hlavním vývojovým směrem automatizace výroby. Inteligentní soustružnická výrobní linka zahrnuje zařízení, jako je řízení výrobní linky, kontrola kvality, manipulační roboty, obráběcí stroje, logistické dopravní linky, řízení výroby a skladování hotových výrobků. Každé zařízení je důležitou součástí inteligentní soustružnické výrobní linky. Prostřednictvím další systémové integrace bude více inteligentních výrobních linek schopno tvořit digitální dílny a digitální továrny, čímž se dosáhne automatizace a inteligence celé továrny.
1 Celkové uspořádání inteligentních výrobních linek
Obrázek 1 ukazuje typickou inteligentní soustružnickou výrobní linku, která dokončuje především smíšené automatické zpracování a výrobu dílů od hrubých až po hotové výrobky. Soustružnická výrobní linka se skládá z řídicího systému výrobní linky, online detekční jednotky, jednotky průmyslového robota, jednotky obráběcího stroje, jednotky pro skladování surovin, jednotky pro skladování hotových výrobků a jednotky logistiky automobilů RGV. Zařízení na zpracování využívá inteligentní obráběcí stroj řady CK vyrobený společností Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd., který je vybaven inteligentním CNC systémem Baoji B80.
Obrázek 1 Inteligentní soustružnická výrobní linka [1]
1) Hlavní řídicí systém a detekční jednotka
Obrázek 2 ukazuje typický řídicí systém navržený společností Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd., sestávající z vnitřních terminálů a terminálů na místě. Vnitřní terminál je vybaven několika displeji a databázemi, které jsou zodpovědné za příjem výrobních a výrobních velkých dat přenášených z celé výrobní dílny. Displeje se používají k zobrazení různých stavů na místě uživatelské dílny, včetně stavu provozu zařízení, stavu zpracování dílů, logistické situace, stavu personálu a informací o prostředí, jako je teplota a vlhkost na místě uživatelské dílny. Vedoucí pracovníci mohou snadno přistupovat k vnitřnímu terminálu Vizuálně a jasně sledovat různé podmínky na místě. Ve výrobní dílně uživatele jsou on-site terminály vybaveny pro řízení on-site provozu celé výrobní linky, kompletní sběr, analýzu, lokální a vzdálenou správu základních dat zařízení, dynamickou vizualizaci informací a další operace. Místní terminál je vybaven displejem, na kterém lze jasně a pohodlně zobrazit různé stavy uživatelské dílny, včetně monitorování zařízení, statistik výroby, statistik poruch, distribuce zařízení, analýzy alarmů, znalostní báze procesů atd. terminál na místě může přidávat řídicí panely pro řízení výroby, nahrávat a stahovat programy pro zpracování, identifikovat personál přetažením karet a provádět statistiky průběhu a analýzu výrobních úkolů. Může shromažďovat a přenášet data na místě prostřednictvím různých přístupových metod, jako je kabelové připojení, Wi-Fi, 2G/3G/4G/5G atd. Shromážděná výrobní velká data lze přenášet do databáze SQLServer vnitřního terminálu uživatele prostřednictvím internetu , Interakce dat s vnitřními terminály prostřednictvím terminálových počítačů.
Obrázek 2 Obecný řídicí systém [2]
Obrázek 3 ukazuje typickou online detekční jednotku sestávající z průmyslových robotů, koncových efektorů a vícezdrojových senzorů. Poté, co logistický systém dopraví hotové výrobky na určené místo, průmyslový robot přesune celou detekční jednotku na určenou pracovní stanici a pomocí vizuální kamery pořídí fotografie, rozpozná a lokalizuje díly, které mají být testovány. Průmyslový robot znovu upraví svou polohu, aby vyrovnal celou detekční jednotku s testovanou částí.
Obrázek 3 Online detekční jednotka
Po dokončení rozpoznání a umístění je koncový efektor zodpovědný za uchopení testovaných částí. Díly jsou přenášeny na určené místo na testovací platformě pomocí průmyslového robota. Indikátory přesnosti dílů, které mají být testovány, jako je otvor, hloubka, zakřivení, drsnost a rovinnost, jsou detekovány online vícezdrojovými senzory předem vybavenými na testovací platformě. Inteligentní algoritmy lze také použít k automatickému měření a klasifikaci dílů, přenosu různých typů komponent na různé logistické linky a dokončení operací automatické klasifikace dílů. Detekční jednotka může vrátit výsledky detekce do hlavního řídicího systému prostřednictvím internetu a operátor může přímo zobrazit výsledky detekce dílů prostřednictvím terminálového počítače a zobrazení vnitřního nebo místního hlavního řídicího systému. Pokud splňuje požadavky na detekci, může přímo přejít k další operaci pracovní stanice. Pokud nesplňuje požadavky, na displeji se zobrazí upozornění na neshodu a operátor provede posouzení a rozhodnutí na základě stupně neshody dílů. Po dokončení detekce koncový efektor uchopí detekované díly a průmyslový robot přenese detekované díly do logistického systému, který je následně dopraví ke zpracování na další pracovní stanici.
2) Průmyslové roboty a soustružnické jednotky
Zpracovatelský modul navržený a vyrobený společností Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd. je znázorněn na obrázku 4, který se skládá ze dvou částí: průmyslových robotů a soustruhů. Mezi nimi jsou průmyslové roboty zodpovědné za pohyb a uchopení zpracovávaných dílů a soustruhy jsou inteligentní stroje, které mohou zajistit vysokou přesnost a efektivitu zpracování.
Obrázek 4 Modul zpracování
Poté, co logistický distribuční systém dopraví surové nebo polotovary na určenou pracovní stanici, průmyslový robot uchopí surové nebo polotovary a umístí je do inteligentního soustruhu, aby pomohl stroji dokončit upínací práci dílů na být zpracovány. U soustruhů se dvěma stanicemi platí, že poté, co jeden inteligentní soustruh dokončí soustružnické práce, průmyslový robot přenese polotovary do jiného inteligentního soustruhu, aby dokončil zpracování další stanice. Po dokončení všech zpracovatelských prací průmyslový robot uchopí a přenese hotové díly do logistického systému, který pak díly přenese na další pracovní stanici.
Soustruh je vybaven inteligentní funkcí ochrany zdraví, funkcí tepelné kompenzace teploty, inteligentní funkcí detekce poškození nástroje, inteligentní funkcí optimalizace parametrů procesu, funkcí odborné diagnostiky, analýzou dynamické rovnováhy vřetena a funkcí inteligentního řízení zdraví, funkcí aktivního vyhýbání se vibracím vřetena a inteligentní funkcí funkce cloud butler [3]. Hlavní funkcí inteligentních obráběcích strojů je spolupráce s průmyslovými roboty při plnění různých fází zpracování a výrobních úkolů a zároveň zajištění efektivity a přesnosti zpracování a výroby dílů. Uživatelé mohou nahradit inteligentní obráběcí stroje různými třídami obráběcích strojů podle potřeb výrobní dílny, jako jsou vysokorychlostní soustruhy, přesné soustruhy a obráběcí centra. Mohou také přidávat nebo redukovat odpovídající inteligentní funkce podle svých vlastních potřeb a vytvořit tak nejvhodnější soustružnickou výrobní linku pro potřeby podnikové výroby.
3) Logistika a sklad hotových výrobků
Obrázek 5 ukazuje typickou logistickou jednotku navrženou a vyrobenou společností Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd. Skládá se z průmyslových robotů, koncových efektorů, vozíků RGV, přípravků pro přepravu dílů a pochozích drah, které realizují především přesun a přepravu obráběcích strojů. zpracované díly. V uživatelské dílně lze inteligentní výrobní linky vybavit jednou nebo více logistickými výrobními linkami podle potřeb výrobních úkolů. Inteligentní soustružnické výrobní linky s menším počtem obráběcích strojů nebo jednoduššími úlohami zpracování mohou použít režim zjednodušení jednoho objektu pro dokončení operací, jako je nakládání, přemísťování a vykládání; V situacích, kdy existuje mnoho úloh na obráběcích strojích nebo složitých obráběcích úloh, lze vybavit dvě nebo více logistických linek, aby se předešlo složitosti a konfliktu úloh logistického systému. Jedna linka se používá pro nakládání surových nebo polotovarů, jedna linka se používá pro meziprocesní dopravu a druhá linka se používá pro řezání hotových dílů. U inteligentních soustružnických výrobních linek s relativně jednoduchými scénáři zpracování mohou být průmyslové roboty upevněny a mohou dokončit upínání a vyzvedávání dílů; U složitějších inteligentních soustružnických výrobních linek mohou být mobilní roboty samostatně vybaveny pro distribuci, uchopení a uvolnění dílů na pochozí dráze. Přesun dílů mezi různými pracovními stanicemi zajišťuje vůz RGV. Prostřednictvím automatického programování může vůz RGV přesně dosáhnout předem určené polohy ve stanoveném čase, což zajišťuje, že průmyslové roboty mohou hladce rozpoznat a uchopit díly. Vůz RGV je vybaven přípravky pro přepravu dílů a dílna uživatele může vybavit různé přípravky podle velikosti a velikosti zpracovávaných dílů. Poté, co je přípravek na každé pozici naplněn dostatečným množstvím surových nebo hotových dílů, vůz RGV se rozjede, aby dokončil odpovídající nakládací, přepravní a vykládací práce.
Obrázek 5 Jednotka logistiky Obrázek 6 Jednotka skladování hotového výrobku
Obrázek 6 ukazuje typickou skladovací jednotku hotového produktu navrženou a vyrobenou společností Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd., sestávající ze skladovací skříně, průmyslových robotů, koncových efektorů a pochozích drah. Po zpracování dílů se hotové díly vozem RGV dopraví do prostoru řezání a průmyslový robot se přesune do prostoru řezání. Koncový efektor uchopí hotové díly na základě jejich čísel a poté průmyslový robot hotové díly přenese na určené místo ve skladovací skříni. Koncový efektor vyžaduje speciální design každé uživatelské jednotky na základě tvaru a velikosti zpracovávaných dílů, aby vyhovoval uchopovací práci různých dílů. Úložná skříň je složena z nezávislých malých skříněk stejné velikosti, které lze mezi každou skříňkou rychle sestavit a rozložit. U pevných průmyslových robotů by uživatelská dílna měla upravit délku a výšku navržené skladovací skříně podle maximální pracovní výšky a dosahu průmyslového robota. Průmyslové roboty vybavené pochozími dráhami mohou být navrženy pro delší skladovací skříně hotových výrobků. Roboti si mohou zvýšit pracovní pokrytí chůzí po kolejích, které lze podle potřeby nastavit jako rovné nebo kruhové. U uživatelských dílen s více úložnými skříněmi nebo skříní na skladování hotových výrobků s různou klasifikací dílů mohou uživatelské jednotky také upravit délku a tvar pochozí dráhy. Kruhová dráha může například zajistit, aby jeden robot odpovídal několika skříním na skladování hotových výrobků, čímž se dosáhne více služeb pro jednoho robota a zlepší se využití robota. Pokud je k dispozici velké množství hotových logistických skladovacích skříní, měla by být prodloužena délka pochozí dráhy nebo by měly být vybaveny dva nebo více průmyslových robotů, aby byla zajištěna efektivita logistiky. Je třeba poznamenat, že návrh délky pěší dráhy by měl zohledňovat dobu chůze robota a neměl by být navržen příliš dlouhý. Pokud je doba chůze robota příliš dlouhá, může to vést k nízké efektivitě distribuce logistiky, což způsobí hromadění hotových dílů v oblasti řezání, což má za následek nehody, jako jsou kolize dílů, což zvyšuje výrobní rizika a snižuje efektivitu práce.
2 Řídicí hierarchie řídicích jednotek obráběcích strojů
Kombinace umělé inteligence a počítačové technologie výrazně podpořila úroveň inteligence CNC systémů, což se odráží především v různých aspektech CNC systémů:
(1) Inteligentní aplikace dopředného řízení, online identifikace a samočinného ladění řídicích parametrů pro zlepšení jízdního výkonu;
(2) Využití technologie adaptivního řízení k dosažení inteligentní efektivity a kvality zpracování;
(3) Aplikace inteligentních technologií, jako jsou expertní systémy, k dosažení inteligentní diagnostiky poruch, inteligentního monitorování a dalších aspektů řízení procesu obrábění.
Během výrobního procesu lze úroveň řízení řídicí jednotky obráběcího stroje rozdělit do tří úrovní, jak je znázorněno na obrázku 7, včetně úrovně řízení motoru, úrovně řízení procesu a úrovně dohledu. Mezi nimi může úroveň řízení motoru dosáhnout monitorování polohy a rychlosti obráběcího stroje pomocí zařízení pro detekci stroje, jako jsou mřížky a pulzní kodéry; Hierarchie řízení procesu zahrnuje především sledování řezné síly, řezného tepla, opotřebení nástroje atd. během procesu obrábění a úpravu parametrů procesu obrábění; Hierarchie dohledu a kontroly bere rozměrovou přesnost, drsnost povrchu a další parametry zpracovávaného produktu jako kontrolní cíle pro zlepšení kvality zpracování produktu.
Obrázek 7 Hierarchie řízení řídicí jednotky obráběcího stroje
1) Vývojové trendy inteligentního řízení zpracování v zahraničí
(1) Výzkum strategie inteligentního řízení: V oblasti řídicího obrábění neuronové sítě odborníci navrhli algoritmus vyhledávání rybích rojů řízený rojem částic pro optimalizaci parametrů obrábění CNC obráběcích strojů. Hybridní metoda založená na neuronových sítích a genetických algoritmech je navržena pro snížení výpočetní složitosti a časové náročnosti neuronových sítí, která vyžaduje iteraci a konvergenci procesů kvůli vlivu složitosti sítě. Simulační experimenty se provádějí na rozpoznávání prvků v rovinném obrábění, aby se prokázala jeho proveditelnost. Někdo navrhl model založený na genetickém algoritmu vhodný pro řešení predikce malé řezné síly, kterým lze dosáhnout predikce řezné síly a optimalizace řezných parametrů.
(2) Aplikace monitorování procesu obrábění: Monitorujte a sledujte abnormální jevy během procesu obrábění a poté přijměte opatření k zastavení procesu obrábění a nastavení parametrů procesu obrábění (jako je rychlost vřetena), aby nedošlo k poškození obráběcího stroje. Abnormální jevy během procesu obrábění mohou nastat postupně, jako je opotřebení nástroje; Může se také objevit náhle, jako je poškození nástroje; Nebo tomu lze zabránit, jako jsou vibrace nebo vibrace.
2) Domácí vývojový trend inteligentního řízení obrábění
Pod inteligentním řízením mohou automatizační systémy proaktivně odstraňovat závady, protože mohou efektivně propojit všechny stroje prostřednictvím počítačového jazyka během procesu aplikace a vytvořit propojený systém zpracování. Podle různých použitých senzorů, kontrolních metod a kontrolních cílů se výzkum monitorování procesu obrábění zaměřuje především na následující aspekty:
(1) Studiem opotřebení nástroje dosáhněte monitorování stavu obrábění;
(2) Studiem řezné síly získané nepřímo pomocí měřicích silových přístrojů nebo motorových proudů lze zlepšit stav obráběcího procesu;
(3) Výzkum offline optimalizace parametrů v oblasti CAM;
(4) Simulační výzkum řídicích algoritmů inteligentního obrábění atd.
3 Servisní platforma správy celého životního cyklu CNC obráběcích strojů
Inteligentní výroba je výrobní přístup založený na informacích, který se zaměřuje na celý životní cyklus produktu a dosahuje všudypřítomných podmínek vnímání. Data a informace jsou proudící "krev" v inteligentní výrobě. Digitalizace přeměňuje data na informace a vytváří užitečnou hodnotu prostřednictvím propojeného a inteligentního rozhodování. Proto je inteligentní výroba produktů řízena daty. Celá evidence životního cyklu produktu je rozdělena do čtyř fází.
(1) Fáze výroby součásti: údaje o procesu nákupu, údaje o výrobním procesu, záznamy o testování a skladování;
(2) Fáze podpůrného skladování produktu: podpora záznamů o kontrole skladování produktu, podpora informací o objednávce produktu;
(3) Fáze ladění obráběcího stroje: údaje o výrobním procesu obráběcího stroje, údaje o testování a nastavení továrny obráběcích strojů, záznamy továrny na obráběcí stroje;
(4) Fáze předání obráběcího stroje: spuštění uživatelem, záznam dat seřízení stroje, vlastní údržba, oprava jedním klíčem, záznamy o údržbě uživatele a údaje o procesu používání uživatelem.
Platforma služeb pro správu celého životního cyklu CNC obráběcích strojů využívá klíčové technologie, jako je internet věcí, cloudové služby a velká data, ke shromažďování dat celého životního cyklu CNC obráběcích strojů od návrhu, zpracování, ladění obráběcích strojů a předání a používání uživatelem. . Zavádí databázi archivu obráběcích strojů, zajišťuje sledovatelnost informací o celém životním cyklu a poskytuje uživatelům vzdálené monitorování zařízení, správu statistik výroby, provoz zařízení a služby údržby. Obrázek 8 ukazuje technologickou architekturu BOCHICLOUD společnosti Shaanxi Baoji Machine Tool Group Co., Ltd. Hlavní předností Baoji Cloudu jsou jeho funkce provozu a údržby:
(1) Znalostní báze případu závad: poskytování řešení závad uživatelům;
(2) Oprava závad: online oprava závad zařízení, včasné odeslání objednávek na opravu a rychlé sledování techniků;
(3) Pravidelná údržba: sledujte změny výkonu zařízení během jeho životního cyklu a poskytujte přizpůsobené plány údržby;
(4) Prediktivní údržba: Předvídejte potenciální rizika selhání zařízení a poskytujte včas náhradní díly.
Obrázek 8 Technická architektura BOCHICLUD [4]
4 Integrace systémů digitálních výrobních linek
S rychlým rozvojem technologie integrovaného řídicího systému se automatizované výrobní linky posouvají k vyšším úrovním automatizace a integrace. Integrované řízení výrobních linek je propojení inteligentních zařízení, která je třeba propojit prostřednictvím určité sítě, čímž se z nich stane celek, integrují se a vzájemně ovlivňují interní informace k dosažení cílů řízení. Existují dva typy integrovaného řízení pro výrobní linky: integrace zařízení a integrace informací. Integrace zařízení je integrace různých zařízení s nezávislými řídicími funkcemi do organického celku prostřednictvím sítě. Tento celek je integrovaný řídicí systém, který je nezávislý i související a lze jej konfigurovat podle různých výrobních potřeb. Informační integrace je aplikace funkčních modulárních konstrukčních konceptů k dosažení dynamické alokace zdrojů, monitorování zařízení, sběru a zpracování dat, řízení kvality a dalších funkcí, tvořících základní funkční moduly včetně nezávislého řízení a dalších funkcí zpracování. Každý funkční modul realizuje standardizované propojení a specifické režimy řízení a strategie plánování se používají ke konstrukci funkčních jednotek k dosažení očekávaných cílů, čímž se dosáhne integrovaného řízení.
Tradiční automatizační podniky se zaměřují na implementaci automatizace na úrovni zařízení, ale neznají systémy vyšší úrovně, jako je SCADAMES/ERP, což vede k zanedbávání digitálního získávání informací o výrobní lince a horizontálního a vertikálního toku informací o výrobě. MES/ERP a další softwarové systémy se zaměřují na analýzu dat a řízení nasazení na vyšší systémové úrovni. Je obtížné zapojit hardwarová zařízení a řídicí metody s různými modely prováděcích zařízení a kontrolérů na nižší úrovni, což ovlivňuje vertikální tok informací. Prostřednictvím digitálního měření lze dosáhnout digitálního získávání a oběhu výrobních informací (klíčových parametrů), které mohou prolomit bariéry mezi horním systémem a spodní výrobní linkou, uvolnit stávající vysoce kvalitní produktivitu a urychlit vývojový proces v Číně. zpracovatelský průmysl. Integrací technologií pro návrh, výrobu a správu nástrojů, vybudováním digitální výrobní linky pro nástroje a dosažením hladkého toku dat ve všech fázích procesu vývoje nástrojů lze plně využít roli digitální technologie v procesu vývoje nástrojů, a tím zlepšit přesnost a účinnost výroby nástrojů, zkrácení vývojových cyklů a snížení nákladů na vývoj.
Integrované řízení výrobních linek je organický celek, který kombinuje komunikační, počítačové a automatizační technologie. Aby bylo možné koordinovat práci různých zařízení a subsystémů na výrobní lince, systém přijímá PLC a jeho distribuovaný vzdálený I/O modul pro dosažení centralizovaného řízení a decentralizovaného řízení výrobních jednotek; Současně PLC přijímá řízení z nadřazeného systému MES, včetně ověřování informací operátora, řízení produktu, materiálového hospodářství a dalších informací. Struktura řídicího systému výrobní linky je znázorněna na obrázku 9 a komunikační obsah zahrnuje identifikaci operátora, stav těla výrobní linky, informace o robotu, informace o zpracování obrobku, pracovní stav obráběcího stroje a různé informace o závadách.
Obrázek 9 Schematické schéma struktury řídicího systému výrobní linky
Hardwarová konfigurace řídicího systému je znázorněna na obrázku 10, který využívá síť PROFINET pro komunikaci se základními provozními IO zařízeními. Mezi IO zařízení patří moduly s ethernetovou funkcí, jako je polní modul IM151-3PN, vstupní/výstupní modul ET200ecoPN, komunikační modul RF180C atd. Aby bylo možné sdílet data s ostatními PLC systémy v dílně, je řídicí systém také vybaveno průmyslovou spojkou PN/PN. Prostřednictvím tohoto mostu lze dosáhnout výměny informací mezi automatickou výrobní linkou a ostatními PLC systémy v dílně. Současně, aby byla zajištěna spolehlivost výroby, jsou mezi řídicími jednotkami každé jednotky použity kruhové síťové propojení z optických vláken. Jakmile systém MES selže, řídicí systém může normálně fungovat bez systému MES.
