一种数字化生产线物联网教学系统及其管理方法、装置

摘要

本发明属于智能制造教学技术领域，公开一种数字化生产线物联网教学系统及其管理方法、装置。该系统包括立体仓库单元、AGV小车单元、流水线运输单元、机器人单元、加工中心单元、三坐标测量单元以及总控单元；所述立体仓库单元、所述AGV小车单元、所述流水线运输单元、所述机器人单元、所述加工中心单元、所述三坐标测量单元分别与所述总控单元通讯连接。本发明实施例中提供的一种数字化生产线物联网系统通过全面设置数字化生产线的各个单元，形成生产线的模拟系统，能够有效地模拟数字化生产线物联网系统的运行，能够满足院校常规教学学习以及培训的需求，有助于院校培养智能制造的技术人才。

说明书

技术领域

本发明属于智能制造教学技术领域，尤其涉及一种数字化生产线物联网教学系统及其管理方法、装置。

背景技术

随着经济的发展，社会的进步，智能制造已成为全球制造业发展趋势，是新一轮工业革命的核心。能制造是指将物联网、大数据、云计算等新一代信息技术与生产、管理、服务等活动的各个环节融合，具有自感知、自决策、自执行等功能的先进制造过程、系统、模式的总称。

智能制造主要包括智能制造装备、智能控制系统、智能工业网络、智能决策管理和智能制造技术应用等五大领域。但是，由于智能制造生产线集成生产型高档数控机床、六关节七轴工业机器人、生产型立体料仓、智能检测系统、运动控制系统、PLC控制系统、MES系统、可视化系统和计算机网络于一体,整套系统存在价格高昂、占地面积大、能耗大、噪音大等缺点，对于一般院校来说，没有足够的条件让学生经常深入到工厂中实际进行操作和研究，这对于院校开展智能制造技术的教学学习，存在种种困难，阻碍了智能制造技术人才的培养。

可见，现有技术中缺乏一种针对数字化与物联网结合的生产线培训教育系统来提高教育机构的培训能力，无法高效的对学生进行培养。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种数字化生产线物联网教学系统，旨在解决现有技术中缺乏一种针对数字化与物联网结合的生产线培训教育系统来提高教育机构的培训能力，无法高效的对学生进行培养的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种数字化生产线物联网教学系统，包括：立体仓库单元、AGV小车单元、流水线运输单元、机器人单元、加工中心单元、三坐标测量单元以及总控单元；所述立体仓库单元、所述AGV小车单元、所述流水线运输单元、所述机器人单元、所述加工中心单元、所述三坐标测量单元分别与所述总控单元通讯连接；

所述立体仓库单元用于模拟物料智能管理；

所述AGV小车单元用于从所述立体仓库单元处接取物料，并将物料运送至所述流水线运输单元；

所述流水线运输单元用于将物料运输至各个预设工位；

所述机器人单元用于在所述流水线运输单元和所述加工中心单元之间抓放物料；

所述加工中心单元用于模拟对物料进行加工；

所述三坐标测量单元用于测量经过所述加工中心加工后的物料的质量；

所述总控单元用于控制其他单元的工作。

优选地，所述立体仓库单元包括：

仓库架，所述仓库架上设有若干置物格，所述置物格上分别设有电子记录装置，所述电子记录装置用于记录所述置物格放置的对应物料的属性信息；

叉料机构，所述叉料机构用于从所述仓库架上叉取所述置物格上放置的物料，并将叉取的物料放置所述AGV小车上进行运输。

优选地，所述加工中心单元包括但不限于三轴加工中心和五轴加工中心中的一种或两种的组合。

优选地，还包括：

清洗站，所述清洗站用于清洗所述加工中心单元的加工刀具和/或经所述加工中心单元加工后的物料。

本发明实施例的另一目的在于提供一种数字化生产线物联网系统管理方法，用于控制管理所述数字化生产线物联网系统，包括：

接收订单信息，所述订单信息包括物料选择信息、加工工艺信息以及质量要求信息；

根据所述物料选择信息确定目标物料并控制所述AGV小车单元移动至预设的接料位置，发送目标物料信息给所述立体仓库单元，以控制所述立体仓库单元查找并提取目标物料放置至所述AGV小车单元，以供所述AGV小车单元将目标物料运送至预设上料位置；

控制所述机器人单元将目标物料搬运至所述加工中心单元，根据所述加工工艺信息确定加工工艺，并根据所述加工工艺控制所述加工中心单元对目标物料进行加工；

控制所述机器人单元将加工后的目标物料搬运至预设的测量位置，控制所述三坐标测量单元对加工后的目标物料进行测量，得到测量结果并完成单次加工作业。

优选地，接收订单信息之后，还包括：

根据所述订单信息形成订单报表，并根据所述订单报表进行订单管理。

优选地，所述根据所述订单报表进行订单管理具体包括：

根据所述订单报表生成生产安排信息，所述生产安排信息包括但不限于订单时间信息、订单加工工序、订单生产安排中的一种或几种的组合。

优选地，还包括：

接收所述立体仓库单元、所述AGV小车单元、所述流水线运输单元、所述机器人单元、所述加工中心单元、所述三坐标测量单元发送的加工状态信息，根据所述加工状态信息监控上述单元的加工状态，所述加工状态信息包括但不限于单元所处状态、状态开始时间、状态结束时间、状态持续时间、状态参数中的一种或几种的组合。

优选地，还包括：

接收所述测量结果并进行统计，形成预设时间段内的加工工质量报表。

本发明实施例的另一目的在于提供一种数字化生产线物联网教学系统管理装置，用于控制管理所述数字化生产线物联网系统，包括：

订单管理单元，用于接收订单信息，根据所述订单信息形成订单报表，并根据所述订单报表进行订单管理，所述订单信息包括物料选择信息、加工工艺信息以及质量要求信息；

生产管理单元，用于根据所述物料选择信息确定目标物料并控制所述AGV小车单元移动至预设的接料位置，发送目标物料信息给所述立体仓库单元，以控制所述立体仓库单元查找并提取目标物料放置至所述AGV小车单元，以供所述AGV小车单元将目标物料运送至预设上料位置；控制所述机器人单元将目标物料搬运至所述加工中心单元，根据所述加工工艺信息确定加工工艺，并根据所述加工工艺控制所述加工中心单元对目标物料进行加工；

质量管理单元，用于控制所述机器人单元将加工后的目标物料搬运至预设的测量位置，控制所述三坐标测量单元对加工后的目标物料进行测量，得到测量结果并完成单次加工作业。

本发明实施例中提供的一种数字化生产线物联网系统通过全面设置数字化生产线的各个单元，形成生产线的模拟系统，能够有效地模拟数字化生产线物联网系统的运行，能够满足院校常规教学学习以及培训的需求，有助于院校培养智能制造的技术人才。

附图说明

图1为本发明实施例提供的数字化生产线物联网系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的数字化生产线物联网系统管理方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的数字化生产线物联网系统管理装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一xx脚本称为第二xx脚本，且类似地，可将第二xx脚本称为第一xx脚本。

如图1所示，为本发明实施中提供的一种数字化生产线物联网系统的结构框图，在一个实施例中，数字化生产线物联网系统具体可以包括：

立体仓库单元110、AGV小车单元120、流水线运输单元130、机器人单元140、加工中心单元150、三坐标测量单元160以及总控单元170；所述立体仓库单元110、所述AGV小车单元120、所述流水线运输单元130、所述机器人单元140、所述加工中心单元150、所述三坐标测量单元160分别与所述总控单元170通讯连接；

所述立体仓库单元110用于模拟物料智能管理；

所述AGV小车单元120用于从所述立体仓库单元110处接取物料，并将物料运送至所述流水线运输单元130；

所述流水线运输单元130用于将物料运输至各个预设工位；

所述机器人单元140用于在所述流水线运输单元130和所述加工中心单元150之间抓放物料；

所述加工中心单元150用于模拟对物料进行加工；

所述三坐标测量单元160用于测量经过所述加工中心加工后的物料的质量；

所述总控单元170用于控制其他单元的工作。

其中，立体仓库单元110主要是采用自动化立体仓库，其主要是利用立体仓库设备可实现仓库高层合理化、存取自动化、操作简便化；自动化立体仓库是当前技术水平较高的形式。自动化立体仓库的主体由货架、巷道式堆垛起重机、入(出)库工作台和自动运进(出)及操作控制系统组成。货架是钢结构或钢筋混凝土结构的建筑物或结构体，货架内是标准尺寸的货位空间，巷道堆垛起重机穿行于货架之间的巷道中，完成存、取货的工作，管理上采用计算机及条形码技术。

具体的，在本发明实施例中，所述立体仓库单元110包括：

仓库架，所述仓库架上设有若干置物格，所述置物格上分别设有电子记录装置，所述电子记录装置用于记录所述置物格放置的对应物料的属性信息；

叉料机构，所述叉料机构用于从所述仓库架上叉取所述置物格上放置的物料，并将叉取的物料放置所述AGV小车上进行运输。

对于仓库架的形状结构在此不进一步的描述，本领域技术人员可以根据需要选择市场上的仓库架或者进行定制；对于电子记录装置，可以是RFID装置或者电子芯片，再次不对其进一步的描述；对于叉料机构，其在本领域中也属于常规部件，在此不进一步的描述。

其中，加工中心单元主要是有各种加工中心组成，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。具体的，在本发明实施例中，所述加工中心单元包括但不限于三轴加工中心和五轴加工中心中的一种或两种的组合，对于其具体的加工中心的形状机构组成等在此不进一步的描述。

在本发明实施例中，还包括：

清洗站180，所述清洗站180用于清洗所述加工中心单元150的加工刀具和/或经所述加工中心单元150加工后的物料。

其中，清洗站180主要是通过喷射清洗液或者清水进行清洗的，本领域技术人员可以根据实际需要进行简单设置，比如包括清洗枪、箱体等，本领域技术人员也可以根据上述描述从现有技术中选择现有设备进行实现，在此不进一步的展开描述。

本发明实施例中提供的一种数字化生产线物联网系统通过全面设置数字化生产线的各个单元，形成生产线的模拟系统，能够有效地模拟数字化生产线物联网系统的运行，能够满足院校常规教学学习以及培训的需求，有助于院校培养智能制造的技术人才。

如图2所示，为本发明实施例中提供的一种数字化生产线物联网系统管理方法的流程图，本发明实施例提供的数字化生产线物联网系统管理方法用于控制管理所述数字化生产线物联网系统，具体包括：

步骤S210，接收订单信息，所述订单信息包括物料选择信息、加工工艺信息以及质量要求信息；

步骤S220，根据所述物料选择信息确定目标物料并控制所述AGV小车单元移动至预设的接料位置，发送目标物料信息给所述立体仓库单元，以控制所述立体仓库单元查找并提取目标物料放置至所述AGV小车单元，以供所述AGV小车单元将目标物料运送至预设上料位置；

步骤S230，控制所述机器人单元将目标物料搬运至所述加工中心单元，根据所述加工工艺信息确定加工工艺，并根据所述加工工艺控制所述加工中心单元对目标物料进行加工；

步骤S240，控制所述机器人单元将加工后的目标物料搬运至预设的测量位置，控制所述三坐标测量单元对加工后的目标物料进行测量，得到测量结果并完成单次加工作业。

在本发明实施例中，整个管理过程可以是通过控制总线搭建控制平台进行控制的，其中物料选择信息主要是明确从立体仓库单元中获取的物料种类，主要以整体模拟智能制造的过程为主，具体的物料类型或者加工工艺的复杂程度可以根据实际需要进行改变；加工工艺信息则是根据所需要的产品设置对应的加工工序，或者直接有订单消息中包含的加工程序进行确定，均可以根据实际需要进行调整，在此不进一步展开描述；质量要求则包括比如精度、完整度以及各类常见的参数等。

在本发明实施例中，步骤S210中接收订单信息之后，还包括：

根据所述订单信息形成订单报表，并根据所述订单报表进行订单管理。

进一步的，所述根据所述订单报表进行订单管理具体包括：

根据所述订单报表生成生产安排信息，所述生产安排信息包括但不限于订单时间信息、订单加工工序、订单生产安排中的一种或几种的组合。

在本发明实施例中，还包括：

接收所述立体仓库单元、所述AGV小车单元、所述流水线运输单元、所述机器人单元、所述加工中心单元、所述三坐标测量单元发送的加工状态信息，根据所述加工状态信息监控上述单元的加工状态，所述加工状态信息包括但不限于单元所处状态、状态开始时间、状态结束时间、状态持续时间、状态参数中的一种或几种的组合。

具体的，加工状态信息主要是用来记录和展示加工环节中各个设备的状态以及加工的进度的。比如，单元所处状态可以是包括运行、停机、故障、下线或者断开通信等状态，状态开始时间、状态结束时间则主要是记录类似上述状态的进入时间节点和结束时间节点，状态参数则主要是记录单元在该状态下其运行的设备的状态参数，比如温度、功率、进给速度、转速等常规参数。主要是通过对参数进行接收监视，以便于参数可视化，及时地了解到各个单元的状态。进一步的，针对立体仓库单元，加工状态信息还可以包括当前物料的数量、位置、当前仓库剩余空位等参数数据，以便于进行仓库物料的管理。

在本发明实施例中，还包括：

接收所述测量结果并进行统计，形成预设时间段内的加工工质量报表。

比如，将加工物料的质量分为合格和不良进行记录并存储，然后统计在某一段时间内的加工物料的质量情况，生成报表分析质量变化情况，以便于结合前述实施例中的加工状态信息来结合分析出质量变化的因素，以便于进行相应的调整。

本发明实施例中，通过设计一套完整的系统管理方法来对本发明实施例中提供的数字化生产线物联网系统来进行管理，能够有效地控制模拟智能制造加工的过程，能够有效地模拟数字化生产线物联网系统的运行，能够满足院校常规教学学习以及培训的需求，有助于院校培养智能制造的技术人才。

如图3所示，为本发明实施例中提供的一种数字化生产线物联网教学系统管理装置的结构框图，需要说明的是，本发明实施例中的管理装置可以继承在前述实施例中描述的总控单元中，执行部分或全部管理方法的步骤。具体地，一种数字化生产线物联网教学系统管理装置，用于控制管理所述数字化生产线物联网系统，包括：

订单管理单元310，用于接收订单信息，根据所述订单信息形成订单报表，并根据所述订单报表进行订单管理，所述订单信息包括物料选择信息、加工工艺信息以及质量要求信息；

生产管理单元320，用于根据所述物料选择信息确定目标物料并控制所述AGV小车单元移动至预设的接料位置，发送目标物料信息给所述立体仓库单元，以控制所述立体仓库单元查找并提取目标物料放置至所述AGV小车单元，以供所述AGV小车单元将目标物料运送至预设上料位置；控制所述机器人单元将目标物料搬运至所述加工中心单元，根据所述加工工艺信息确定加工工艺，并根据所述加工工艺控制所述加工中心单元对目标物料进行加工；

质量管理单元330，用于控制所述机器人单元将加工后的目标物料搬运至预设的测量位置，控制所述三坐标测量单元对加工后的目标物料进行测量，得到测量结果并完成单次加工作业。

在本发明实施例中，订单管理单元310接收订单信息之后，还包括：

根据所述订单信息形成订单报表，并根据所述订单报表进行订单管理。

进一步的，所述根据所述订单报表进行订单管理具体包括：

根据所述订单报表生成生产安排信息，所述生产安排信息包括但不限于订单时间信息、订单加工工序、订单生产安排中的一种或几种的组合。

在本发明实施例中，生产管理单元320还包括用于：

接收所述立体仓库单元、所述AGV小车单元、所述流水线运输单元、所述机器人单元、所述加工中心单元、所述三坐标测量单元发送的加工状态信息，根据所述加工状态信息监控上述单元的加工状态，所述加工状态信息包括但不限于单元所处状态、状态开始时间、状态结束时间、状态持续时间、状态参数中的一种或几种的组合。

具体的，加工状态信息主要是用来记录和展示加工环节中各个设备的状态以及加工的进度的。比如，单元所处状态可以是包括运行、停机、故障、下线或者断开通信等状态，状态开始时间、状态结束时间则主要是记录类似上述状态的进入时间节点和结束时间节点，状态参数则主要是记录单元在该状态下其运行的设备的状态参数，比如温度、功率、进给速度、转速等常规参数。主要是通过对参数进行接收监视，以便于参数可视化，及时地了解到各个单元的状态。进一步的，针对立体仓库单元，加工状态信息还可以包括当前物料的数量、位置、当前仓库剩余空位等参数数据，以便于进行仓库物料的管理。

在本发明实施例中，质量管理单元330还包括用于：

接收所述测量结果并进行统计，形成预设时间段内的加工工质量报表。

比如，将加工物料的质量分为合格和不良进行记录并存储，然后统计在某一段时间内的加工物料的质量情况，生成报表分析质量变化情况，以便于结合前述实施例中的加工状态信息来结合分析出质量变化的因素，以便于进行相应的调整。

另外，还可以涉及专门的显示单元340将上述过程中的信息进行显示，一边与实现数字可视化监控，实时的了解到系统的各个单元的状态。

本发明实施例中，通过设计一套完整的系统管理装置来对本发明实施例中提供的数字化生产线物联网系统来进行管理，能够有效地控制模拟智能制造加工的过程，能够有效地模拟数字化生产线物联网系统的运行，能够满足院校常规教学学习以及培训的需求，有助于院校培养智能制造的技术人才。

本领域普通技术人员可以理解，本发明实施例中提供的数字化生产线物联网系统管理方法可以是通过计算机设备或者终端设备来实现的，具体的，计算机设备可以是独立的物理服务器或终端，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群，终端可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机等，但并不局限于此。实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。