李世業(yè)

（庫(kù)卡機(jī)器人（上海）有限公司，上海 200000）

0 引言

傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)方式已經(jīng)不能完全滿足時(shí)代發(fā)展需要，在終端需求和生產(chǎn)力發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下，未來(lái)工業(yè)不僅要自動(dòng)化，更要智能化、信息化。所以需要充分利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，打通物理層，鏈路層到網(wǎng)絡(luò)層的壁壘，從OT逐步向IOT、AIOT轉(zhuǎn)變，促進(jìn)智聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展，才能滿足越來(lái)越多用戶個(gè)性化的需求服務(wù)[1]。本文僅以實(shí)際中一個(gè)定制標(biāo)簽生產(chǎn)單元的設(shè)計(jì)為例，將智能化，信息化如何更好的融入到生產(chǎn)系統(tǒng)中進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。

1 系統(tǒng)框架介紹

此系統(tǒng)可以完成客戶一定范圍內(nèi)個(gè)性化標(biāo)簽的生產(chǎn)任務(wù)?？蛻粼诰W(wǎng)絡(luò)上自行選擇產(chǎn)品顏色，款式及圖案，下單后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成生產(chǎn)計(jì)劃表，經(jīng)過(guò)審核放行后，自動(dòng)完成產(chǎn)品生產(chǎn)并出庫(kù)整個(gè)流程。系統(tǒng)主要包括：MES單元，倉(cāng)儲(chǔ)單元，輸送單元，生產(chǎn)單元。

圖1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同智能生產(chǎn)系統(tǒng) 三維圖

圖2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同智能生產(chǎn)系統(tǒng) 實(shí)物圖

2 MES單元設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分，可以通過(guò)圖形化的監(jiān)控窗口進(jìn)入，也可以直接輸入網(wǎng)址訪問(wèn)。MES單元除需要完成訂單管理，生產(chǎn)過(guò)程管理外，還需要兼顧管理原材料庫(kù)存管理，設(shè)備管理，用戶維護(hù)及權(quán)限分配等功能[2-3]。

圖3 MES中控界面

2.1 訂單管理

包括訂單的獲取，增、刪、改等操作。訂單獲取可以通過(guò)4種方式：①接收客戶在網(wǎng)絡(luò)端下達(dá)的訂單信息，客戶有紅，黃，藍(lán)三種不同顏色的標(biāo)簽盒和標(biāo)簽供選擇，并可自行設(shè)定標(biāo)簽內(nèi)容和圖案；②本地導(dǎo)入特定格式的Excel表格來(lái)生成訂單；③生產(chǎn)人員也可以手動(dòng)輸入訂單信息；④生產(chǎn)人員在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)HMI手動(dòng)輸入添加的訂單信息也會(huì)同步到MES中。

圖4 訂單管理

圖5 圖形設(shè)計(jì)

2.2 生產(chǎn)管理

生產(chǎn)計(jì)劃和過(guò)程監(jiān)控。在訂單獲取后，生產(chǎn)人員審核訂單，根據(jù)實(shí)際情況可調(diào)整訂單優(yōu)先級(jí)順序，確認(rèn)無(wú)誤后生成計(jì)劃表下發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)[4]。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)訂單所需要的物料信息和當(dāng)前各個(gè)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)物料信息比較，及時(shí)發(fā)出補(bǔ)料提醒；同時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，可以查看到當(dāng)前訂單的完成情況：在排隊(duì)隊(duì)列中，生產(chǎn)中，成品庫(kù)還是已經(jīng)順利出庫(kù)。在庫(kù)管理界面，可以查看各個(gè)庫(kù)目前的庫(kù)存及已排產(chǎn)訂單的倉(cāng)位分布情況。

圖6 標(biāo)簽庫(kù)

圖7 底盒庫(kù)

圖8 成品庫(kù)

2.3 設(shè)備管理

圖9 混合庫(kù)

圖10 庫(kù)初始化

圖11 訂單排產(chǎn)倉(cāng)位

主要用作顯示各個(gè)設(shè)備狀態(tài)。其中基本測(cè)試功能，主要用于配合攝像頭查看設(shè)備簡(jiǎn)單功能是否正常，相對(duì)于HMI界面的測(cè)試，MES側(cè)此功能通過(guò)最高優(yōu)先級(jí)鎖定，需要授權(quán)才允許接入，避免安全風(fēng)險(xiǎn)[5]。

圖12 設(shè)備功能測(cè)試

圖13 設(shè)備狀態(tài)顯示

2.4 用戶及權(quán)限管理

不同的用戶享有不同的操作權(quán)限，便于現(xiàn)場(chǎng)管理，同時(shí)也可以記錄不同用戶在平臺(tái)上的操作記錄，便于查詢。

圖14 用戶及權(quán)限分配

圖15 運(yùn)行日志記錄

3 倉(cāng)儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)

兼顧原料庫(kù)，排產(chǎn)倉(cāng)位和成品庫(kù)功能。根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃表，將底盒從原料庫(kù)中按照訂單順序移動(dòng)到排產(chǎn)倉(cāng)位，并根據(jù)進(jìn)度將對(duì)應(yīng)倉(cāng)位物料發(fā)出，經(jīng)輸送系統(tǒng)到達(dá)生產(chǎn)單元，此功能還原實(shí)際生產(chǎn)中部分原料和生產(chǎn)線分離，生產(chǎn)前預(yù)排產(chǎn)的情況。在輸送系統(tǒng)返回成品后，將成品入庫(kù)，并根據(jù)需要出庫(kù)，交付客戶。整個(gè)單元可以接入系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，可人工干預(yù)，也可單機(jī)工作[6]。

圖16 倉(cāng)儲(chǔ)單元模式選擇及開(kāi)關(guān)

圖17 直角機(jī)械臂功能測(cè)試及參數(shù)設(shè)置

圖18 RFID功能測(cè)試

圖19 預(yù)排產(chǎn)倉(cāng)位設(shè)置/顯示

圖20 I/O變量狀態(tài)

圖21 所有設(shè)備狀態(tài)及IP地址

倉(cāng)儲(chǔ)單元主要設(shè)備為PLC驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)控制的直角坐標(biāo)機(jī)械臂，根據(jù)MES傳遞的訂單信息，配合真空吸盤(pán)實(shí)現(xiàn)物料拾取，有序放置到訂單排產(chǎn)倉(cāng)位。倉(cāng)位按照主體顏色分成三層，同時(shí)PLC負(fù)責(zé)將每次傳遞的物料信息寫(xiě)入帶有RFID功能的托盤(pán)，跟隨物料經(jīng)過(guò)輸送單元傳遞到生產(chǎn)單元。待成品通過(guò)輸送系統(tǒng)返回后，讀取托盤(pán)RFID信息將成品依次有序放入成品庫(kù)，等待出庫(kù)。

4 輸送單元設(shè)計(jì)

AGV將倉(cāng)儲(chǔ)發(fā)出的物料及物料信息準(zhǔn)確的送達(dá)生產(chǎn)單元，并將成品及信息返回到倉(cāng)儲(chǔ)，模擬未來(lái)工廠中自動(dòng)化物料輸送場(chǎng)景。物料信息通過(guò)RFID方式記錄在對(duì)應(yīng)的物料托盤(pán)上，AGV 采用磁條定位+麥克納姆輪，附帶托盤(pán)輸送系統(tǒng)，可自動(dòng)避障和尋位。

圖22 AGV避障設(shè)置及物料信息顯示

5 生產(chǎn)單元設(shè)計(jì)

將送達(dá)的底盒分類排布到本地底盒庫(kù)，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃，從本地標(biāo)簽庫(kù)準(zhǔn)確選出標(biāo)簽物料按照MES下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃完成生產(chǎn)，與底盒組成成品。生產(chǎn)中可以實(shí)時(shí)信息修改并反饋MES，最后的成品轉(zhuǎn)移至輸送系統(tǒng)返回倉(cāng)儲(chǔ)成品庫(kù)，不合格或臨時(shí)終止產(chǎn)品暫存混合庫(kù)中。

圖23 生產(chǎn)單元模式選擇及開(kāi)關(guān)狀態(tài)

圖24 AGV和機(jī)器人參數(shù)設(shè)置及狀態(tài)顯示

圖25 RFID功能測(cè)試

圖26 I/O狀態(tài)顯示

圖27 本地標(biāo)簽庫(kù)和底盒庫(kù)信息

圖28 訂單信息顯示及本地修改

圖29 生產(chǎn)站主要設(shè)備實(shí)物圖

圖30 整個(gè)系統(tǒng)PLC項(xiàng)目

生產(chǎn)單元主要包括以下設(shè)備：

5.1 PLC及附屬本地標(biāo)簽庫(kù)和輸送線

（1）與MES信息交互，獲取生產(chǎn)信息及物料信息，同時(shí)將HMI修改的信息回傳MES；（2）讀取輸送單元信息，將獲取的底盒信息與MES計(jì)劃信息對(duì)比無(wú)誤后排入生產(chǎn)堆棧，進(jìn)行生產(chǎn)流程，完成后將成品并信息一起回傳到輸送系統(tǒng)，便于入庫(kù)前信息核對(duì)；（3）控制自身輸送系統(tǒng)將標(biāo)簽材料及生產(chǎn)信息輸送到機(jī)器人，由機(jī)器人完成剩下生產(chǎn)過(guò)程。

5.2 機(jī)器人及附帶相機(jī)，本地底盒庫(kù)，混合庫(kù)

（1）將輸送單元送達(dá)的物料按類別入本地底盒庫(kù)備用；（2）通過(guò)相機(jī)獲取標(biāo)簽特征信息，并動(dòng)態(tài)抓取標(biāo)簽，并與接收到的生產(chǎn)信息對(duì)比，無(wú)誤后，送達(dá)激光打標(biāo)機(jī)處進(jìn)行生產(chǎn)，完成后從本地底盒庫(kù)選擇對(duì)應(yīng)底盒進(jìn)行封裝，形成成品，并返回到輸送系統(tǒng)。

5.3 激光刻錄機(jī)

根據(jù)MES傳遞的客戶文字和圖案，完成標(biāo)簽的制作過(guò)程。

6 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮實(shí)際生產(chǎn)情況，并融合信息化和智能化，符合發(fā)展趨勢(shì)的智能制造理念，同時(shí)保持柔性、拓展性，與ERP等系統(tǒng)對(duì)接接口保持開(kāi)放，后期可以進(jìn)一步完善。