湯文莉

摘要：所謂“工業(yè)4.0”指的是第四次工業(yè)革命，是由德國(guó)政府《德國(guó)2020高技術(shù)戰(zhàn)略》中提出的一個(gè)新概念。該項(xiàng)目在德國(guó)境內(nèi)受到其教育局、研究部、經(jīng)濟(jì)技術(shù)部的聯(lián)合支持，總計(jì)投資額度達(dá)2億歐元?！肮I(yè)4.0”概念的提出旨在提升本國(guó)乃至世界范圍內(nèi)的生產(chǎn)力，推動(dòng)制造業(yè)的智能化程度，并且建立具有適應(yīng)性與資源整合能力的智慧工廠。

關(guān)鍵詞：“工業(yè)4.0”;智能制造;生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)

中圖分類號(hào)：T-1? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

“工業(yè)4.0”概念包含多個(gè)內(nèi)容，尤其是闡釋了集中式控制方式轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑹娇刂品绞?，大大降低控制過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)性，突出節(jié)點(diǎn)在智能生產(chǎn)過(guò)程所發(fā)揮的重要作用。智能制造生產(chǎn)線的理念和“工業(yè)4.0”概念有相似性，突出了智能化在現(xiàn)代制造業(yè)中的作用，強(qiáng)化生產(chǎn)制造過(guò)程中的智能化手段。

1 智能制造生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)存在的問(wèn)題

1.1 實(shí)踐環(huán)節(jié)少

智能制造生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)對(duì)場(chǎng)地和設(shè)備要求非常高，很多高校在組織課程的時(shí)候往往不具備較大規(guī)模的實(shí)訓(xùn)基地，無(wú)法容納較多學(xué)生同時(shí)參與實(shí)訓(xùn)。教學(xué)過(guò)程仍然以較為傳統(tǒng)的理論傳輸為主[1-2]。

1.2 設(shè)備落后

高校實(shí)訓(xùn)基地所使用的設(shè)備多是生產(chǎn)制造企業(yè)在使用之后淘汰下來(lái)的部分設(shè)備，這部分設(shè)備科技含量較低，并且使用過(guò)程無(wú)法保障其流暢性，可操作性和學(xué)習(xí)性都相對(duì)較低。

2 智能制造生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)方案以汽車(chē)輪轂制造為基礎(chǔ)，構(gòu)造了整套適合輪轂生產(chǎn)制造全過(guò)程，包含產(chǎn)品確定生產(chǎn)（下單），到產(chǎn)品的初步加工、質(zhì)量檢測(cè)、產(chǎn)品裝箱、貼標(biāo)、入庫(kù)以及物流等所有環(huán)節(jié)。產(chǎn)品的交易方式不僅僅表現(xiàn)為線下合同交易，借助現(xiàn)階段最火的交易方式——電商平臺(tái)交易，用戶基于網(wǎng)絡(luò)即可實(shí)現(xiàn)訂單選擇，包含產(chǎn)品的參數(shù)、類型與個(gè)數(shù)。訂單簽訂之后，即可對(duì)訂單進(jìn)行加工制作。整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)造以“工業(yè)4.0”為背景，從中應(yīng)用了大量的現(xiàn)代化智能設(shè)備，結(jié)合現(xiàn)有階段較前沿的智能機(jī)器人、視覺(jué)檢測(cè)、無(wú)線射頻等技術(shù)，力求為高校搭建一個(gè)符合學(xué)生們學(xué)習(xí)環(huán)境和接受方式的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。平臺(tái)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)之后所有的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)都避免了人為因素在整個(gè)過(guò)程中發(fā)揮的作用：首先，可實(shí)現(xiàn)基于平臺(tái)的訂單生成系統(tǒng)線上訂單的落實(shí);訂單完成之后總控臺(tái)即可下發(fā)生產(chǎn)指令，各加工單位接受指令之后即可落實(shí)相應(yīng)的產(chǎn)品加工工作。加工成品需要進(jìn)行產(chǎn)品合格檢驗(yàn)，檢驗(yàn)過(guò)程完全由設(shè)備實(shí)現(xiàn)，并且將檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品直接放入成品區(qū)，不合格的產(chǎn)品將被放入回收區(qū)，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)人干預(yù)。

當(dāng)然，此平臺(tái)的設(shè)計(jì)初衷是為了加強(qiáng)教學(xué)效果，平臺(tái)的各個(gè)環(huán)節(jié)可實(shí)現(xiàn)自由更換節(jié)奏，由全自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦鲉卧獑为?dú)工作，不對(duì)彼此產(chǎn)生影響，進(jìn)而方便學(xué)生們學(xué)習(xí)過(guò)程的開(kāi)展。具體流程如圖1所示。

此設(shè)計(jì)對(duì)象為汽車(chē)輪轂生產(chǎn)加工，整合整個(gè)產(chǎn)品的下單→加工→質(zhì)檢→分裝→物流等所有過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的無(wú)人操作，系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。

2.1 訂單生成系統(tǒng)

基于“工業(yè)4.0”的智能制造生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)訂單在線生成，能夠?qū)崿F(xiàn)在線提供適合客戶需求的個(gè)性化服務(wù)，深入了解客戶在產(chǎn)品使用方面的具體要求。兩者之間的交互方式通過(guò)使用終端設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)自身中控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)和客戶終端設(shè)備（手機(jī)、電腦）進(jìn)行交互，客戶基于終端設(shè)備即可對(duì)系統(tǒng)中控設(shè)備下達(dá)指令，簡(jiǎn)單快捷。

2.2 產(chǎn)品加工過(guò)程

智能制造系統(tǒng)中控系統(tǒng)在接收到客戶生成的訂單之后，會(huì)首先對(duì)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)是否有已經(jīng)加工完成的產(chǎn)品進(jìn)行判斷，如存在已經(jīng)加工完成的成品，可直接使用這部分成品。如存在庫(kù)存的情況，運(yùn)輸機(jī)器人接收到中控系統(tǒng)發(fā)出的搬運(yùn)指令，可直接將這部分成品搬運(yùn)至運(yùn)輸線上，使其進(jìn)入物流配送系統(tǒng)，系統(tǒng)則自動(dòng)將所有的成品運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)[3]。

其次，如中控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)客戶所需產(chǎn)品在庫(kù)房?jī)?nèi)沒(méi)有成品，中控系統(tǒng)會(huì)及時(shí)向總控制臺(tái)發(fā)送補(bǔ)充原料庫(kù)存提示。智能攜帶位置定位裝置，不同類型的產(chǎn)品所處的位置存在較大差別，具體數(shù)量可通過(guò)智能料架上的智能傳感器裝置對(duì)所有的記錄裝置進(jìn)行傳送，使其能夠準(zhǔn)確地傳遞中控系統(tǒng)。儲(chǔ)存原料的廠房在滿足生產(chǎn)的基本條件之后，即可由中控系統(tǒng)對(duì)其下產(chǎn)品制作的指令[4]。

（1）首先需要對(duì)毛坯件進(jìn)行處理，笛卡爾機(jī)器人在接收到訂單之后會(huì)取出相應(yīng)的半成品料，并將其放置在對(duì)應(yīng)的載具上，中控系統(tǒng)會(huì)首先對(duì)這部分半成品料的品質(zhì)進(jìn)行判斷，確定半成品料是否能夠達(dá)到繼續(xù)加工的要求。此時(shí)，若是能夠達(dá)到基本生產(chǎn)要求的半成品毛坯，即可將其送往下一步生產(chǎn)加工車(chē)間，并在其上標(biāo)注專屬的電子標(biāo)簽。

（2）傳送系統(tǒng)在檢測(cè)到系統(tǒng)存在半成品工料之后會(huì)將智能小車(chē)運(yùn)輸?shù)狡渌庸卧?，不同單元的加工指令不同，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也不同，不同的產(chǎn)品對(duì)應(yīng)了不同的加工工序，而加工工序在使用之前就已經(jīng)被寫(xiě)入中控系統(tǒng)之中。中控系統(tǒng)接收到某一訂單之后即可根據(jù)產(chǎn)品的類型對(duì)相應(yīng)的產(chǎn)品加工區(qū)發(fā)放加工指令，加工中心可根據(jù)指令實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的生產(chǎn)制作。

（3）加工中心處也有搬運(yùn)機(jī)器人，這部分搬運(yùn)機(jī)器人主要是幫助毛料運(yùn)輸小車(chē)搬運(yùn)毛料。加工中心處機(jī)器人在接收到毛料之后會(huì)將毛料運(yùn)輸?shù)街付庸の恢?，初次加工的主要?nèi)容是對(duì)輪轂外形和澆口處進(jìn)行處理，加工完成之后可由搬運(yùn)機(jī)器人將所有的初步加工完成之后的產(chǎn)品放回運(yùn)輸小車(chē)上。

（4）運(yùn)輸小車(chē)會(huì)繼續(xù)對(duì)半成品進(jìn)行再次運(yùn)輸，初步加工完成之后的輪轂需要進(jìn)行二次檢測(cè)，這一環(huán)節(jié)主要由智能相機(jī)對(duì)半成品零部件進(jìn)行判斷，判斷其是否符合基礎(chǔ)加工條件。如初次加工之后的輪轂符合基礎(chǔ)加工條件，可將這部分信息直接在RFID檢測(cè)裝置內(nèi)檢測(cè)，完成檢測(cè)之后寫(xiě)入信息。無(wú)法通過(guò)二次檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的零部件或者加工過(guò)程中產(chǎn)生的廢舊零件將會(huì)被回收至垃圾箱。檢測(cè)合格的產(chǎn)品將自動(dòng)進(jìn)入到下一工序之中，并由小車(chē)將其再次搬運(yùn)到加工中心。

（5）加工中心處二次加工單元的機(jī)器人在接收到運(yùn)輸小車(chē)初次加工之后的毛料，會(huì)將這一毛料直接搬運(yùn)至二次加工場(chǎng)所，二次加工主要是對(duì)輪轂的螺紋孔和氣孔進(jìn)行加工處理，整個(gè)搬運(yùn)過(guò)程同樣由加工中心處機(jī)器人負(fù)責(zé)，輪轂加工完成之后，再由機(jī)器人將二次加工之后的輪廓搬運(yùn)至運(yùn)輸機(jī)器人上，機(jī)器人再次將加工完成之后的輪轂搬運(yùn)至檢測(cè)中心處，對(duì)二次加工輪轂質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。

（6）其余加工過(guò)程也都是按照這一順序來(lái)陸續(xù)完成，加工中心處的不同單元對(duì)應(yīng)著不同的加工處理工序，每一次加工處理完畢之后都有檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于加工處理完畢之后的輪轂進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格的設(shè)備會(huì)在其上標(biāo)注相應(yīng)的標(biāo)識(shí)碼，通過(guò)標(biāo)識(shí)碼即可進(jìn)行下一環(huán)節(jié)的加工或處理，而沒(méi)有標(biāo)識(shí)碼的產(chǎn)品將進(jìn)行回收處理。

3? ?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文構(gòu)架了一整套符合工業(yè)4.0理念的智能制造生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)既具備無(wú)人操作即可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)加工的效能，同樣也可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立加工的步驟。符合對(duì)現(xiàn)階段高校課程教學(xué)所應(yīng)用到的所有條件。同時(shí)該系統(tǒng)與工業(yè)4.0理念的極大契合性也決定了該系統(tǒng)不但能勝任教學(xué)環(huán)節(jié)，還可實(shí)現(xiàn)實(shí)際工作的效能。

參考文獻(xiàn)

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