工業4.0智能制造生產線教學實訓方案

一、智能制造生產線介紹

工業4.0智能制造生產線教學實訓方案主要應用于學生應用實踐類教學。它將各分散的學習要素集中起來，組成一個能夠讓學生參與設計、構建和調試，讓更多老師參與研發、設計和學習，讓設備不斷更新、技術不斷前進的系統。所要研發的系統能夠為學生提供了一種嶄新的綜合實驗平臺，使他們能夠綜合運用所學知識設計、構建各種較大規模的自動化生產系統模型。這種全新的實驗模式十分經濟地擴展了實驗設備，對培養和提高大學生的創新精神和創新能力具有非常重要的價值。工業智能制造示范線以模塊化大大的提高了其靈活性，更貼近現實生產實際過程，讓學生在學校就能夠了解實際生產實踐的細節，填補了產學同步的空白。綜合了現代實際生產中較流行、較先進的各種實用技術知識點，其中包括數控機床，plc編程技術，網絡通訊技術，電氣控制技術，氣動應用技術，傳感器技術，伺服驅動控制技術，機器人應用技術等。

  采用了模塊化的設計，學生可以發揮自己的創新思維，對原有的生產流程進行創新改造。在掌握基礎知識的前提下，進一步提高學生的積極性、動手能力和創新思維，智能生產線所有單元數據可傳送到上位機供mes系統、erp、aps使用，支持數字雙胞胎使用。

二、智能制造生產線實訓方案特點

智能制造生產線實驗平臺，是對工業現場大型設備進行提煉和濃縮的一款小型智能制造生產線實訓設備，專門為職業院校、教育培訓機構等而研制的，它適合機械制造及其自動化、機電一體化、電氣工程及自動化、控制工程、測控技術、計算機控制、自動化控制等相關專業的教學和培訓。融合了數控機床加工、光、電、氣，包含了plc、機器人、agv物流小車、傳感器、氣動、工業控制網絡、電機驅動與控制、計算機等諸多技術領域，對柔性制 造技術的工作過程進行研究，監控系統、主控plc和下位plc通過網絡通訊技術構成一個完整的多級計算機控制系統，通過訓練，使學生了解智能制造生產線的基本組成和基本原理，讓學生全面掌握機電一體化技術的應用開發和集成技術，幫助學生從系統整體角度去認識。為信息學院自動化和電氣工程自動化本科及其控制科學與工程研究生均提供了實驗和科研的平臺。

三、設備實物圖

四、平面布置圖

五、工作流程示意圖

六、系統組成簡介

1、立體倉庫單元

  立體倉庫單元的主要功能是為系統提供加工工件原材料和儲存成品件兩大倉儲功能，采用鋁合金型材三層貨架儲存單元貨物，由物料托盤承載工件或材料，用相應的物料搬運設備進行貨物入庫和出庫作業的倉庫。

2、環型流水線單元

  環型流水線單元主要由鋁合金型材基體、環行傳輸線、自動導向機構、變頻調速系統、自動定位機構等組成。可完成對工件在不同速度下的輸送，不同工位的自動定位，從而大大提高了自動環形傳輸線的工作效率。

3、數控車床加工中心單元

  數控車床加工中心單元采用小型化，占地小，用于整個工件的軸類部份的加工，采用自動門、自動裝夾、四工位自動刀架、并有工件冷卻加工系統，現實機加工件無人化dnc自動加工，配置伺服電機、工業級數控系統，精度高。

4、數控銑床加工中心單元

  數控銑床加工中心單元采用小型化，占地小，用于整個工件三軸聯動加工。可用于雕刻、數控鉆、數控銑等加工工藝，采用自動門、自動裝夾等，現實機加工件無人化dnc自動加工，配置伺服電機、工業級數控系統，精度高，

5、六自由度機器人單元

  六自由度工業機器人、抓取機構、氣爪等組成，主要完成對工件的提取及搬運到各數控加工單元、agv小車搬運單元及工件視覺檢測單元等。包含旋轉（s軸），下臂（l軸）、上臂（u軸）、手腕旋轉（r軸）、手腕擺動（b軸）和手腕回轉（t軸）,6個關節合成實現末端的6自由度動作

6、四軸坐標機器人

  四軸坐標機器人主要負責立體倉庫的原材料入庫與出庫、成品零件的入庫。夠實現自動控制的、可重復編程的、多功能的、多自由度的、運動自由度間成空間直角關系、多用途的操作機。它小巧靈活、能夠搬運物體、操作工具，以完成各種作業，具有高速性的最大化吞吐量,超長的工作運行時間,節省地面空間

7、視覺檢測單元單元

  檢測單元的主要功能是對工件的精度、外觀形狀品質是否合格，通過攝像頭獲取工件的圖像，由圖像處理器完成工件合格與否的判斷，將不合格工件剔除，將合格的工件傳送至成品倉位，而將不合格的工件推送至不合格品倉位。

8、rfid系統單元

  rfid系統單元是一種非接觸式的自動識別系統，它通過射頻無線信號自動識別目標對象，用于對工件材料的信息記錄，加工路徑記錄、產品追溯化管理，由rfid標簽和rfid讀寫器組成，標簽安裝在工件放置的工裝板上-記錄該工裝板上放置零件信息，rfid讀寫器安裝在工裝板經過的每一個工位上，當工件到達該工位時系統可通過讀寫器，識別到該工件的運輸及加工途徑。每個傳輸工裝板上都安裝有rfid標簽，在每個加工工位物料都需要進行識讀操作，并將信息通過網絡傳輸給服務器，實時的跟蹤物料位置信息和倉儲位置信息，做到物料、成品、半成品的可追溯性管理。

9、agv小車搬運單元

  agv小車無人搬運車由機器人輸送加工后的零件或從庫房特定庫架抓取零件，agv智能小車并依據方位計劃運動途徑，運行至裝卸站,準停，主動將零件放置到裝卸站緩沖區，由四軸坐標機器人卸貨至立體倉庫成品區或原材料區。實現線邊設備和自動倉儲的自動上下料功能，采用激光通訊傳感器通訊，信號傳輸快捷方便；行走模組采用plc控制，agv的plc通訊，plc發送任務碼給機器人，實現點位控制；主控通訊，agv整體與主控plc通訊。

10、plc工作站單元

  采用工業自動化主流plc，可隨意擴展，配備觸摸屏、具備物聯網接口，鋁合金型材構成，連接牢固。

11、總控臺

   總控平臺主要由電網電壓指示、電源控制部分、控制主機、狀態指示燈、10.4英寸工業彩色觸摸屏s7-315主機，電腦等組成，主要完成監視各分站的工作狀態并協調各站運行，完成工業控制網絡的集成。它帶有電源總控制系統、視頻監控系統，產線處的所有數據均可從總控制臺收集獲取，可通過總控調度分配各個模塊的工作職能。電源系統實施強弱電分開管理，待機休息及檢修時要求強電關閉，控制、信號燈弱點部分完全獨立運行。總控臺的所有數據可以上傳到上位機供mes系統、erp、aps使用，支持數字雙胞胎使用（虛擬和實際場景）

12、零部件周轉托盤

   用于原材料及成品件的輸送周轉用，配合rfid系統及智能倉庫、環型流水線中應用。實現送料，取料，輸送周轉功能；實現智能化工作與管理，并對每個環節的時間點、責任人等關鍵數據進行實時采集，匯集到統一的信息平臺，最大限度的提高存儲貨物的能力。

七、整套系統功能

  既能完成認知型和綜合型實驗實訓，又能完成開發設計型實驗實訓，還能實現學生現場動手操作；對樣件具有全程演示及生產能力；系統應具有全自動控制功能，能充分展示現代工業中進行數字化管理生產的各個環節；系統應具有單機獨立控制、獨立運行功能；系統應具有啟停控制、動態作業計劃調度、庫存資源動態顯示、系統故障診斷與處理、工件位置動態顯示等等功能。

該系統除能服務于工程訓練實踐教學環節外，還應能覆蓋相關課程，并能進行相關的實踐性教學環節，具體如下：

（1）可服務的相關課程

機器人技術基礎與操作、機械制造基礎、機械工程測試技術、機電傳動控制、液壓與氣壓傳動、機器人技術與應用、機電一體化系統設計、數控技術、機電系統仿真、cad/cam、plc原理及應用、數字化制造技術、機電設備故障診斷、制造技術、多軸數控加工技術、虛擬與仿真技術等，和其它相關課程。

（2）教學演示類項目

柔性化加工系統演示、控制演示、機電控管一體化技術演示、自動傳輸系統演示、agv搬運演示、機器人編程使用、產品自動倉儲系統演示等等。

（3）綜合訓練類、設計類等項目

機械制造技術項目綜合訓練、機床檢測綜合實驗、數字化技術項目綜合訓練、多軸數控技術項目綜合訓練、機電控制綜合實驗、機電一體化系統綜合設計、機電一體化系統綜合設計、工件傳輸線應用設計、工件裝配項目應用設計、立體倉庫應用設計、氣壓系統應用設計、系統供電方案應用設計、計算機輔助工藝規程設計、數據庫應用及開發、總控系統的應用與開發、傳感器應用與選擇、plc應用編程設計、plc網格通訊應用、伺服驅動應用、人機界面編程設計、生產實習、畢業實習、畢業設計等等。