工业互联网协同智能制造系统设计

2021-07-12李世业

新型工业化 2021年3期

李世业

（库卡机器人（上海）有限公司，上海 200000）

0 引言

传统的工业生产方式已经不能完全满足时代发展需要，在终端需求和生产力发展的驱动下，未来工业不仅要自动化，更要智能化、信息化。所以需要充分利用工业互联网，打通物理层，链路层到网络层的壁垒，从OT逐步向IOT、AIOT转变，促进智联网生产系统的发展，才能满足越来越多用户个性化的需求服务[1]。本文仅以实际中一个定制标签生产单元的设计为例，将智能化，信息化如何更好的融入到生产系统中进行简单说明。

1 系统框架介绍

此系统可以完成客户一定范围内个性化标签的生产任务。客户在网络上自行选择产品颜色，款式及图案，下单后，系统会自动生成生产计划表，经过审核放行后，自动完成产品生产并出库整个流程。系统主要包括：MES单元，仓储单元，输送单元，生产单元。

图1 工业互联网协同智能生产系统三维图

图2 工业互联网协同智能生产系统实物图

2 MES单元设计

整个系统的核心控制部分，可以通过图形化的监控窗口进入，也可以直接输入网址访问。MES单元除需要完成订单管理，生产过程管理外，还需要兼顾管理原材料库存管理，设备管理，用户维护及权限分配等功能[2-3]。

图3 MES中控界面

2.1 订单管理

包括订单的获取，增、删、改等操作。订单获取可以通过4种方式：①接收客户在网络端下达的订单信息，客户有红，黄，蓝三种不同颜色的标签盒和标签供选择，并可自行设定标签内容和图案；②本地导入特定格式的Excel表格来生成订单；③生产人员也可以手动输入订单信息；④生产人员在生产现场HMI手动输入添加的订单信息也会同步到MES中。

图4 订单管理

图5 图形设计

2.2 生产管理

生产计划和过程监控。在订单获取后，生产人员审核订单，根据实际情况可调整订单优先级顺序，确认无误后生成计划表下发系统进行生产[4]。系统会根据订单所需要的物料信息和当前各个仓库内物料信息比较，及时发出补料提醒；同时监控生产过程，可以查看到当前订单的完成情况：在排队队列中，生产中，成品库还是已经顺利出库。在库管理界面，可以查看各个库目前的库存及已排产订单的仓位分布情况。

图6 标签库

图7 底盒库

图8 成品库

2.3 设备管理

图9 混合库

图10 库初始化

图11 订单排产仓位

主要用作显示各个设备状态。其中基本测试功能，主要用于配合摄像头查看设备简单功能是否正常，相对于HMI界面的测试，MES侧此功能通过最高优先级锁定，需要授权才允许接入，避免安全风险[5]。

图12 设备功能测试

图13 设备状态显示

2.4 用户及权限管理

不同的用户享有不同的操作权限，便于现场管理，同时也可以记录不同用户在平台上的操作记录，便于查询。

图14 用户及权限分配

图15 运行日志记录

3 仓储单元设计

兼顾原料库，排产仓位和成品库功能。根据生产计划表，将底盒从原料库中按照订单顺序移动到排产仓位，并根据进度将对应仓位物料发出，经输送系统到达生产单元，此功能还原实际生产中部分原料和生产线分离，生产前预排产的情况。在输送系统返回成品后，将成品入库，并根据需要出库，交付客户。整个单元可以接入系统自动运行，可人工干预，也可单机工作[6]。

图16 仓储单元模式选择及开关

图17 直角机械臂功能测试及参数设置

图18 RFID功能测试

图19 预排产仓位设置/显示

图20 I/O变量状态

图21 所有设备状态及IP地址

仓储单元主要设备为PLC驱动伺服电机控制的直角坐标机械臂，根据MES传递的订单信息，配合真空吸盘实现物料拾取，有序放置到订单排产仓位。仓位按照主体颜色分成三层，同时PLC负责将每次传递的物料信息写入带有RFID功能的托盘，跟随物料经过输送单元传递到生产单元。待成品通过输送系统返回后，读取托盘RFID信息将成品依次有序放入成品库，等待出库。

4 输送单元设计

AGV将仓储发出的物料及物料信息准确的送达生产单元，并将成品及信息返回到仓储，模拟未来工厂中自动化物料输送场景。物料信息通过RFID方式记录在对应的物料托盘上，AGV 采用磁条定位+麦克纳姆轮，附带托盘输送系统，可自动避障和寻位。

图22 AGV避障设置及物料信息显示

5 生产单元设计

将送达的底盒分类排布到本地底盒库，根据生产计划，从本地标签库准确选出标签物料按照MES下达的生产计划完成生产，与底盒组成成品。生产中可以实时信息修改并反馈MES，最后的成品转移至输送系统返回仓储成品库，不合格或临时终止产品暂存混合库中。

图23 生产单元模式选择及开关状态

图24 AGV和机器人参数设置及状态显示

图25 RFID功能测试

图26 I/O状态显示

图27 本地标签库和底盒库信息

图28 订单信息显示及本地修改

图29 生产站主要设备实物图

图30 整个系统PLC项目

生产单元主要包括以下设备：

5.1 PLC及附属本地标签库和输送线

（1）与MES信息交互，获取生产信息及物料信息，同时将HMI修改的信息回传MES；（2）读取输送单元信息，将获取的底盒信息与MES计划信息对比无误后排入生产堆栈，进行生产流程，完成后将成品并信息一起回传到输送系统，便于入库前信息核对；（3）控制自身输送系统将标签材料及生产信息输送到机器人，由机器人完成剩下生产过程。