桌面级智能制造实训平台- 武汉艾克特科技有限公司

机器人原理控制平台机器人实训平台机器人视觉实验平台机器人科研平台智能制造教学平台

产品简介PRODUCT DESCRIPTION

桌面级智能制造实训平台

该平台是一套适合智能制造数字化设计与仿真的桌面级智能生产线验证平台，平台设计基于自动化生产与信息化管理的工业4.0智能制造思想，对仿真环境下设计的程序提供检验与认证，并支持智能生产线的数字双胞胎功能。平台不改变工业化应用模式的习惯，采用模型化、小型化、简易化的设计思路。主要由工作平台、数控加工单元、机器人上下料单元、视觉检测单元、激光打标单元、分拣单元、立体仓库单元、RFID单元、AGV机器人单元、自动装配单元、主控单元、MES系统组成。通过MES软件一键下单生产，实现自动物流、自动加工、自动装配、自动检测，是一套典型的工业4.0智能制造生产线。教学演示时它完成了从零件的切削加工到指类陀螺的整机装配的完整生产过程，具体单元教学时它是一个独立的模块化培训单元。

联系电话：13720126958 / 13387619634

系统配套的《智能制造系统集成》课程，采用模块化进阶教学，由单元到系统，由浅入深。课程不仅包含了各单元的编程与调试，也包含了各单元的单元集成开发与整个生产线的系统集成开发。系统开放性接口，可用于二次开发与课题研究。

智能制造平台的组成模块

（1）系统电气构架

系统采用三层的工业网络结构，包括设备层、控制层、管理层。管理层的工业互联网支持多种通讯协议，以ModbusTCP与TCP/IP为核心，连接不同的外设。MES在本地或云端部署，支持手机、PAD、电脑访问，支持外网与内网操作。

系统电气构架框图

（2）产品生产工艺

平台支持不同的零件加工及产品装配，通过MES系统配置实现柔性的智能生产。以下是以演示的指尖陀螺产品为例分解加工过程。
指尖陀螺结构主要由主体、轴承、陀螺子扣、母扣等组成。其中陀螺主体通过CNC加工，主体的外观可以通过用户需求定制。

不同形状态的指尖陀螺

指尖陀螺结构组成

演示的生产流程共有三个，分别是：指尖陀螺本体加工流程，指尖陀螺产品装配流程，指尖陀螺成品出库流程。生产是由MES系统自动调度，MES根据设置产品的“工艺线路”进行调度。“工艺线路”定义了完成一个产品生产所要的工序及工序顺序。而“工序设置”里配置了完成一道工序所用的原材料、加工设备、加工程序、以及生产后的产品形态。因此在MES界面通过配置产品的“工艺线路”，完成不同产品的生产，达到柔性生产的目标。

（3）指尖陀螺本体加工流程

指尖陀螺本体加工的工艺路线示意图

本体加工生产的功能是：把棒材的原材料加工成指定外观的指尖陀螺本体，经视觉检测，不良品通过分检机构把不良品推送到不同区域的废料盒。检验后的良品，经激光打后标，放到接驳台，根据工艺设置，良品可以送回到立库。物料的出入库对通过RFID对物料的正确性校验。
生产的自动执行，是由MES系统自动调度，MES依靠设置产品的“工艺线路”参数，本体加工的工艺线路包括了以下工序：原材料库出库、CNC加工、部件检测、激光打标、机器人搬运、成品库入库。AGV输送是由MES系统自动调度，在“CNC加工”的工序里设定产品的外观加工程序。

（4）指尖陀螺产品装配流程

指尖陀螺产品装配的工艺路线示意图

指尖陀螺产品装配的功能是：把来自于立库的指尖陀螺配件（子母扣，轴承），与本体部分，装配成指尖陀螺成品，并把成品输送到成品仓库。物料的出入库对通过RFID对物料的正确性校验。
生产的自动执行，是由MES系统自动调度，MES依靠设置产品的“工艺线路”参数，指尖陀螺产品装配的工艺线路包括了以下工序：原材料库出库、自动装配、机器人搬运、成品库入库。AGV输送是由MES系统自动调度。

（5）产品出库

产品出库的工艺路线示意图

产品出库的功能是：从立库的成品仓，输出一个产品，通过AGV输送到接驳台。模拟了产品出货的流程。出货的自动执行，是由MES系统自动调度。

产品组成

PRODUCT FORMATION

（1）工作平台单元

工作平台单元由2套支撑平台拼接而成，支撑平台采用欧标型材，四周采用钣金，表面喷塑处理，台面采用3060欧标型材，方便台面模块自由固定。支撑平台有4个高度可调地脚，调节范围0-15mm，和4个自由移动的万向脚轮。支撑平台的外形尺寸为1800mm×1500mm×850mm。

（2）数控加工单元

采用适合五金加工厂的小零件加工，企业或高校的科研开发，创客创新实验室，首板制作，高校或职业院校数控理实一体化技术培训教学等小型数控铣床，并配套气动系统及卡盘、采用智能数控控制系统，执行国际通用标准G代码编程，支持M代码及S代码。全封闭加透明有机玻璃结构，机床采用整体铸铁床身，通过合理布置床身内部加强筋的位置大大提高床身的刚性，增加机床的稳定性和抗震性，从而提高机床的精度；导轨采用台湾规格直线滚珠导轨，进给精度高、摩擦阻力小、刚性好，抵抗振动、变形能力高，可使用户获得较高的加工精度及提高机床的快移速度，获得更高的生产效率。主要加工材料：铁、铜、铝合金、PVC塑料、有机玻璃等。

桌面型加工中心产品图

桌面加工中心加工参考图

（3）工业机器人上下料单元

工业机器人上下料单元由工业机器人、机器人工具、机器人第7轴组成。工业机器人采用先进的六关节型工业机器人，额定负荷大于3KG，臂展大于700mm。机器人装第在移动地轨上，组成7轴机器人，扩大机器人工作方位机器人控制系统与数控加工单元通信，自动控制数控系统，完成工业机器人上下料加工操作。

（4）机器人夹具系统

机器人夹具系统包括手指夹具和三爪夹具，手指夹具对陀螺主体的成品和毛坯料进行夹取，三爪夹具对轴承、轴承盖板、公盖面和母盖面行夹取。夹具系统可以在机器人上可以自由切换。

（5）机器人行走导轨

机器人行走导轨用于带动六自由度机器人来回于车床和铣床之间，由伺服驱动电机、高精密减速机、丝杆线轨传动组成。采用铝合金结构设计制作，定位精度为±0.01MM,它与六自由度机器人组合成一个灵活柔性上下料智能作业装置。

（6）视觉检测单元

视觉检测单元由视觉系统与MES系统的品质分析组成。视觉系统由相机模组与视觉主机一体机组成。相机模组包括工业相机、镜头、光源、支架组成。相机模组的安装位置可调整，螺丝固定在台面上，光源亮度可手动调整。视觉主机一体机由主机，显示器、键盘、鼠标、安装支架组成，安装支架可调整显示器高度与角度。视觉系统负责对工件识别与检测。视觉主机通过网络与MES系统通讯，MES系统实时读取品质检测数据。MES系统的品质分析模块，对加工的工件按批次质量分析，生成批次CPK统计结果和批次不良品分析报告等。视觉系统具有二次开发功能，可用于机器视觉课程设计或教师科研项目。

（7）分捡单元

分拣单元用于对检测完成零件或产品分拣，由传输带、分拣机构、分拣工位、控制模块等组成。传输带将放置在起始位的零件传输到分拣机构前，分拣机构根据程序要求在不同位置拦截传输带上的零件，并将其推入指定的分拣料盒。分拣机构的程序动作控制和传感器信号均通过工业以太网传输到总控单元。

（8）激光打标机

激光打标机用于对加工完成零件进行激光打印，由机器人或人工将工件放入到打标平台。打印格式可以是图片、LOGO、文本、零件编码，打印内容可以本机设置或由MES系统下发。激光打标机技术的主要参数：

（9）立体仓库单元

立体仓库由货架、码垛机、立库控制器、仓库管理模块(WMS)、工装与工件组成。立体仓库由WMS模块（WMS是MES系统的仓贮管理模块）的管理下，完成各种物料的入库、出库操作。货架采用铝型材，采用多层机构设计。码垛机驱动采用步进电机驱动，Z轴的驱动电机带有刹车装置，保证机器断电后立即停车，X轴和Z轴运动都带有防撞装置，Y方向采用气动控制。码垛机主控器采用PLC，通过人机界面控制，对立库本地调试与远程自动管理。

（10）RFID单元

RFID系统由RFID读写器与RFID标签等组成，用于对工件材料的信息记录，加工路径记录、产品追溯化管理，标签安装在工件放置的工装板上，记录该工装板上放置零件信息，RFID 读写器安装立库仓库的码垛机，对出库物料与入库物料检查。RFID读写器与PLC进行总线通讯，并将信息通过网络传输给MES服务器，实时跟踪物料位置信息和仓储位置信息，做到物料、成品、半成品的可追溯性管理。

（11）AGV机器人单元

AGV机器人是在自主移动机器人上搭载4轴机械臂，移动机器人的移动底盘上配备高速激光雷达，采用先进的SLAM技术实现对环境感知，移动机器人可以自主实现障碍物避让，自主规划路径，无需人工干涉。机械臂未端带有抓取工具，用于工件抓取。平台支持二次开发，支持移动机器人ROS开发。

（12）接驳台单元

接驳台包括立库取放托盘的接驳台和复合机器人取放的接驳台，分别安装在不同的工作站，用于复合机器人对工件原料和产品运输对接。

接驳台外形尺寸200mmX150mmX180mm;

（13）自动装配单元

自动装配单元是在机器人与工装夹具的配置下，完成零件的自动装配。装配的零件包括：指尖陀螺本体、轴承、子母扣。定制开发的工装夹具采用气动装配机。由机器人负责工件上下料，与气动装配机配合完成各零件进行压装、实现指尖陀螺的自动装配。

（14）主控单元

主控单元配备可编程控制器PLC，负责整套系统的电源供电、总输入电压监测、各站点供电监控、能耗监控、运行状态监控、紧急停止、故障报警等功能。提供一组硬件按键直接控制，以及组态界面触摸操作控制。主控系统具有手动/自动权限切换开关。总控制台由管理员负责操作管理，具有手动/自动权限切换，及数字孪生数据接口。主控单元包含：控制台、主控PLC模块、人机界面模块、数字孪生接口模块、MES服务器、MES大屏看板

（15）智能制造管理软件系统

MES作为智能制造生产系统组成的核心组成部分，与应用层系统数据无缝对接，同时与生产线系统、物流系统、工控系统等实时数据交互。能充分体现工业4.0 CPS系统核心价值，是展示智能制造网络化、信息化和智能化的核心软件。

MES系统可以为企业提供包括制造数据管理、计划排产管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、设备管理、数据采集管理（MDC）、程序管理（DNC）、看板管理、生产过程控制管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。

MES系统采用B/S架构，易于扩展和升级维护。并提供APP软件，方便随时随地了解生产状态。MES系统在工业应用的基础上，扩展了对虚拟智能工厂的支持，方便MES教学与演示。MES系统的主要模块简介：

1．基础信息管理

基础信息管理是MES系统的基础设置模块，包括系统基础数据、产线结构管理，部门人员管理，设备信息管理等，是可以保证系统业务流程顺利运转的一个基础信息。

2．机床MDC管理

MDC模块主要是对数控机床和其他智能设备的数据进行采集。MDC数据采集能够给设备及设备管理提供更强大的机床数据采集与分析功能，借助这些实时的机床数据，可以很轻松地获得机床利用率及相关生产效率，并有针对性地采取行之有效的改进措施。如机床的实时状态、运行时间、实训过程的实时状况、加工工件数量、机床利用率、生产报表、综合效率追溯、设备管理、数控程序管理等，并可依据各种详细的分析报告做出教学或实训决策。

3．机床DNC管理

DNC模块是MES系统的一个模块，是负责与机床通讯相关的所有活动的中央数据应用程序，是我公司自主独立开发的专业数控软件,它主要和机床的串口/网口进行通讯，处理机床发送的命令，自动查找匹配的数控程序发送给机床，服务器端实现无人值守，加强了数字化设计区和数控机床的连接，学员只要将编制好的数控程序放在指定的目录即可，只要在机床面板上直接调用相关的数控程序即可。

DNC模块即可以做到对各种数控系统进行程序在线传输,同时也可以对数控机床进行实时数据监控,读取 CNC 数控系统参数如:加工状态、报警、程序号、运行时间……机床信息，软件通过 MES 接口程序与数据服务器连接，可以在现场电子看板或其它终端上显示。

4．维护管理

设备保养内容包含：设备润滑、检修、定检、巡检。维修和保养一方面通过人工制定计划、发起报修单方式进行，另一方面根据系统采集的设备运行效率数据由系统推送保养和维护提醒。

设备保养由设备保养部门编制保养计划，到期时系统后台推送服务会提前产生保养消息提醒数据，推送给设备保养人员，保养人员根据规定的保养例行项目、规范完成保养工作。设备故障维修管理，首先由发现故障的班组人员进行设备报修，设备维修部门在接收报修单后，安排维修人员完成报修工作。设备维修管理流程业务如下图

5．生产工艺管理

生产工艺管理是对工件加工的生产工艺管理，生产调度模块根据工件的生产工艺信息，协调工件完成自动生产生产。生产工艺管理包括工艺工序管理与工艺路线管理。工艺工序管理明确了一道工序生产所需要的加工对象（原材料）、加工方式（机床程序）、加工设置（什么机床），以及生产结果（加工输出品）。工艺路线是对完整生产一个产品的所有工艺工序集合，并按工艺工序顺序执行生产。

6．仓库管理系统（WMS）

配合生产计划与调度系统，WMS提供线边仓管理，支持生产前的物料准备，生产后的物料入库。支持货位管理：通过电子标签技术，实现货位管理。支持产品入库，出库，盘库、移库等操作。支持库存预警：仓库环节可以根据实际情况为仓库总量、每个品种设置上下警戒线，当库存数量接近或超出警戒线时，进行报警提示，及时地进行生产的调整，优化企业的生产和库存。物料齐套性是在生产准备过程中，对物料的齐套性进行检查。