公共实训基地智能制造生产线课程信息控制系统研究

卞秀辉

（辽宁机电职业技术学院 辽宁 丹东 118009）

1 引言

随着经济的不断发展，传统的制造业渐渐的被现代化的智能制造所取代，“工业4.0”悄然兴起。智能制造是以现代信息化技术为基础集成了感知、决策、执行等功能的装备制造系统的总称，在智能制造自动化生产过程中工业机器人、加工中心、数控车床、可编程控制器、各种智能仪器仪表、智能传感器等通过工业以太网等通信技术联系在一起，实现设备间数据信息的互联互通，并采用各种信息化手段设计工艺流程、制定生产方案、进行生产调度、故障诊断等。智能制造是一个综合智能系统，由人、信息系统、物理系统组成，物理系统是主体，信息系统是主导，人是主宰。《“中国制造2025”规划纲要》明确提出以人为本。大到中国制造业由大变强小到企业转型升级，最后的落脚点都是人才支撑[1]。所以，加强智能制造人才培养力度，创新智能制造人才培养模式，对中国智能制造行业的推进和发展起着重要的作用。

智能制造生产线课程是智能控制技术专业的核心课程，课程依托于公共实训基地的涡轮增压器关键零部件智能制造生产线设备，该系统是一个既可用于工业智能生产、又立足于教学，既能充分体现学生参与性、又能使教学与智能制造工业现场实现无缝对接的系统。该课程的开发不仅拓展和完善了高职院校的实训教学体系[2],在传统的“校内实训教学＋校外顶岗实习”的基础上增加了有机衔接，二者的过渡课程使得学生在校内就可以接触到先进的智能制造设备，学习先进的智能制造技术。

2 硬件控制系统结构

该智能制造生产线系统是由立体仓库单元、四个加工单元以及自动化清洗单元、三坐标检测单元、AGV运载单元以及网络连接与通信单元。这是一个柔性制造系统，通过控制系统软件按照工艺流程，可以选择一个或多个加工单元参与生产过程，并且可以回流作业；可以完成多个品种物料的机械加工以及物流管理。系统硬件网络结构如图1所示。

图1 系统硬件网络结构

2.1 自动化立体仓库单元

自动化立体仓库是智能制造生产线中的核心部分，精准的库存信息是保证整个系统生产计划与控制过程顺利进行的前提与基础[3-4]。自动化立体仓库包括原料出库单元和成品入库单元，仓库由双排立体仓库、巷道式堆垛机、仓格检测传感器、托盘与工件、单元电气控制柜、单元控制触摸屏、PLC单元电气控制系统等组成。仓格检测传感器能够准确的判断每一个仓格是否被占用，可编程控制器作为自动化立体仓库的控制主体采集并统计库位信息，并将库位信息传输给本地服务器；托盘上安装RFID标签，用于仓储盘点等物流管理作业，同时设置定位槽，放置工件。本地服务器通过库房管理、出库、入库等操作完成系统生产过程的毛坯件，半成品件以及成品件的自动存储和自动检索，将物料需求计划发给立体仓库可编程控制器，可编程控制器对出/入库作业合理优化调度，并进一步执行控制堆垛机进行取料与放料操作。

2.2 加工检测单元

生产线中有四个加工单元，一个清洗单元和一个检测单元，每个加工单元都由可编程控制器、工业机器人以及加工中心或数控车床构成，其中六轴工业机器人主要用于车床或加工中心的上下料，利用末端工具将传送链托盘上待加工工件自动拾取搬运到数控车床，并将工件放入气动夹具内，夹具夹紧进行机械加工，加工完毕后，工业机器人自动拾取工件送回传送链托盘内，工件需要两面加工的，工业机器人能够自动更换抓手工具，将工件调换方向后继续加工；可编程控制器作为整个单元的控制主体，控制协调单元内部各设备的协同运行。检测单元采用三坐标检测仪，上下料机器人将工件抓取到三坐标平台，然后进行关键尺寸检测，检测完成后，通过单元电脑上传检测数据，与系统中的标准数据对比，判断零件是否合格。

2.3 网络连接与通信

系统通过工业总线和以太网联网，单元内部采用总线通信，各单元与本地服务器之间采用路由器构成一个局域网，本地服务器通过IP地址识别单元设备，并进行数据通信，该局域网可以通过工业物联网网关连接到Internet网络中，智能制造生产线车间外的远程客户端可以对车间内的设备进行远程监控。本地服务器上的系统总控程序监测、控制协调管理各分站单元按照工艺流程作业。

3 软件控制系统

上位机采用了制造执行系统（Manufacturing Execution System, MES）为基础，创建了柔性制造控制系统，同时采用一种可以迅速响应需求而相应调整生产品种的柔性制造技术，通过让系统中的加工设备具有适应加工对象变化的能力，提高自动化水平，从而达到降低生产成本和提高市场响应的能力。整个系统采用三级权限管理，本系统的工作权限由高到低将用户分为三类：管理员、教师和学生，每级权限对应不同的功能模块，极大地方便了管理员对整个系统的管理、教师对于学生实训的管理，及学生对于实训的操作。

实时监控模块主要是对设备的运行状态的进行监控，设备有单机和联机两种工作状态，联机状态下监控系统中各单元协调运行的情况，单机状态显示各单元的运行状态细节，不显示整体网络状态。生产计划模块用于创建相应的生产订单并提交该订单到系统等待处理；同时可以查看是实验待处理订单与客户待处理订单的详细信息；也可追溯实验以及客户的历史订单详情。由创建订单、待处理订单和历史订单三个子模块构成。设备管理模块用于设备管理，显示设备连续工作时间、故障和维修信息记录与安排，由设备台账、报警记录、设备统计和维修保养计划四个子模块构成。个人中心模块用于用户编辑和修改自己的个人信息，由基本信息和密码修改两个子模块构成。以上四个模块管理员、教师、学生都具有访问权限。教师单独访问的模块有实验预约和教学系统，实验预约模块用来给老师管理班级，预约实验和查看自己实验安排、预约的状况和实验历史。由学生管理、班级分组、实验预约、实验安排、预约状况和实验历史六个子模块组成。教学系统模块用于实现教学管理、作业管理等在线互动教学，文献资料的在线阅读或下载等功能，由教学大纲、作业管理、作业批改、文献资料和教学日历五个子模块构成。管理员权限用户可以进行库存管理、用户管理以及实验管理等。

4 总结

公共实训基地的智能制造生产线课程，让学生对智能制造系统有了全面的认识，对接智能制造岗位需求进行课程内容设置，让学生得到更加系统化、专业化的实践锻炼，学生的专业知识综合应用能力以及传统技术与信息化控制技术的融合能力将得到大幅度提升。以后将进一步加大力度进行教学改革，转变教学模式，完善教学手段，为我国培养更多的智能制造高潜质的专业人才。