一种支持设备即插即用的开放式架构流水生产线设计方法

摘要

本发明公开了一种支持设备即插即用的开放式架构流水生产线设计方法，该方法提出的开放式架构流水生产线的工艺基础是成组技术(按照一定的准则分类成组，同组事物能够采用同一方法进行处理，以便提高效益的技术)，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制。故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产，并能及时地改变产品以满足市场需求。它兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。

说明书

技术领域

本发明涉及流水式生产线设计技术领域，尤其涉及一种支持设备即插即用的开放式架构流水生产线设计方法。

背景技术

产品中越来越多的个性化需求要求制造系统具有高度灵活性以适应变化。人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之增大，传统的大批量生产方式受到了挑战。在大批量生产方式中，柔性和生产率是相互矛盾的。众所周知，只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才能构成规模经济效应；反之，多品种、小批量生产，设备的专用性低，在加工形式相似的情况下，频繁的调整工夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。目前的制造工厂不够灵活，柔性很低，没有办法应对多变的环境以适应新的定制/个性化产品供应。具体体现在：不能允许生产顺序的多种变化；有时可能需要在制造过程中就进行重新配置。为了同时提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本，最终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，需要一种高柔性的自动生产系统。因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种支持设备即插即用的开放式架构流水生产线设计方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种支持设备即插即用的开放式架构流水生产线设计方法，该方法主要包括如下步骤：

步骤S1：接收订单要求，若是旧产品则继续用旧生产线进行生产。若是新产品订单，则从新产品订单提取特征要求输入到系统中。

步骤S2：分析生产新产品所需要的工序，根据上述提取的特征格式对比新旧生产线的差别。判断是否需要组建全新的生产线，并且根据判断结果来进行下一步的行动。

步骤S3：根据新增工序要求，准备相关设备。

步骤S4：将上一步所准备好的设备进行提前安装，将独立制造模块安装到标准化平台底座设备上，为下一步做准备。

步骤S5：进行生产线工位分析，使用AGV搬运设备将需要使用标准化平台底座设备运送到指定位置，进行快速定位安装，并与生产线上的其他设备进行配合形成新的生产线。

步骤S6：将所有的模块与管理系统连接，实现独立模块状态实时跟踪并上传管理系统，进行初始化。

步骤S7：将整条新工线安装完成后，采用在线检查及检测，对装配结构进行及时修正。

步骤S8：进行生产活动。

作为本发明的优选方案，所述步骤S1中提取的特征信息包括：加工类型、所需材料、制造特征、位置精度、表面粗糙度。

作为本发明的优选方案，所述步骤S3中准备的设备包括：标准化平台底座设备的数量、机床上独立模块的种类和数量、以及所需的加工工具。

作为本发明的优选方案，所述步骤S3还包括：要做到尽可能多的使用旧生产线的功能，确定所需新的独立模块，该独立模块内设独立的运动脚本和控制方案，并使用与标准化平台底座设备相匹配的通信接口。

作为本发明的优选方案，所述步骤S5中形成的新生产线支持的电气接口包括：39针和9针的RS-232-C的通信接口、RJ-45通信接口、USB总线接口、以及GIGE通信接口。

本发明的工作过程和原理是：本发明提出的开放式架构流水生产线的工艺基础是成组技术(按照一定的准则分类成组，同组事物能够采用同一方法进行处理，以便提高效益的技术)，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制。故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产，并能及时地改变产品以满足市场需求。它兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。

与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

一方面，生产线拥有更好的基于模块化的制造系统重构能力。在大规模定制或大规模个性化模式下，制造系统在生产过程中经常被重新配置。制造系统的灵活性应该与响应性和成本效率相结合，以及高可靠性、可扩展性和易于软件/硬件重新配置的能力。另一方面，本发明提出的开放式架构生产线提供标准化平台底座设备，支持设备即插即用，极大的满足制造系统个性化的需求。另外统一的接口定义和重构方法还能省去传统设计过程中需多次安装与调试的开销，测试满意后只须实地安装与调试极少次数便可以使用，解决了传统设计过程中成本高等问题。

附图说明

图1是本发明所提供的支持设备即插即用的开放式架构流水生产线设计方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例公开了一种支持设备即插即用的开放式架构流水生产线设计方法，该方法主要包括如下步骤：

步骤S1：接收订单要求，若是旧产品则继续用旧生产线进行生产。若是新产品订单，则从新产品订单提取特征要求输入到系统中。

步骤S2：分析生产新产品所需要的工序，根据上述提取的特征格式对比新旧生产线的差别。判断是否需要组建全新的生产线，并且根据判断结果来进行下一步的行动。

步骤S3：根据新增工序要求，准备相关设备。

步骤S4：将上一步所准备好的设备进行提前安装，将独立制造模块安装到标准化平台底座设备上，为下一步做准备。

步骤S5：进行生产线工位分析，使用AGV搬运设备将需要使用标准化平台底座设备运送到指定位置，进行快速定位安装，并与生产线上的其他设备进行配合形成新的生产线。

步骤S6：将所有的模块与管理系统连接，实现独立模块状态实时跟踪并上传管理系统，进行初始化。

步骤S7：将整条新工线安装完成后，采用在线检查及检测，对装配结构进行及时修正。

步骤S8：进行生产活动。

作为本发明的优选方案，所述步骤S1中提取的特征信息包括：加工类型、所需材料、制造特征、位置精度、表面粗糙度。

作为本发明的优选方案，所述步骤S3中准备的设备包括：标准化平台底座设备的数量、机床上独立模块的种类和数量、以及所需的加工工具。

作为本发明的优选方案，所述步骤S3还包括：要做到尽可能多的使用旧生产线的功能，确定所需新的独立模块，该独立模块内设独立的运动脚本和控制方案，并使用与标准化平台底座设备相匹配的通信接口。

作为本发明的优选方案，所述步骤S5中形成的新生产线支持的电气接口包括：39针和9针的RS-232-C的通信接口、RJ-45通信接口、USB总线接口、以及GIGE通信接口。

本发明的工作过程和原理是：本发明提出的开放式架构流水生产线的工艺基础是成组技术(按照一定的准则分类成组，同组事物能够采用同一方法进行处理，以便提高效益的技术)，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制。故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产，并能及时地改变产品以满足市场需求。它兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。

实施例2：

本实施例提供了一种一种支持设备即插即用的开放式架构流水生产线设计，其设计原理具体如下：

支持设备即插即用的开放式架构流水生产线由一种开放式结构机床设备组成。开放式体系结构带来的可重构能力的提高意味着需要对这种可重构制造设备(包括可重构元件、参数和组件)进行建模。当生产计划发生改变，需要生产线进行调整时，就可以对该种机床设备进行转换以快速形成可以适应新生产计划的产线。简而言之，一种支持设备即插即用的开放式架构流水生产线是由独立的、可升级的和可交换的开放式结构机床设备组成。而开放式结构机床设备是由独立的、可升级的和可交换的模块组成。

标准化平台底座设备包括了标准化的即插即用平台和模块(例如，可扩展的处理通道，可重配置的模块化夹具，即插即用循环设备和可调的间歇缓冲区)。

下面从三方面分别进行阐述：

一、机械方面设计：

标准化平台底座设备专门设计了一个能够被AGV移动的支撑板，使设备可以由AVG快速移动至指定工位，进行新生产线的换产布置，也可以把旧生产线上的底座设备进行位置调整，这对于提高换线效率起着很重要的作用。

同时还为标准化平台底座设备专门设计了快速定位部件配套使用，这个部件有两个移动自由度，分别是前后移动和上下移动。通过这个部件，当AGV把平台搬到对应位置的时候，可以快速调整至合适的位置以定位安装在生产线上。

另外工作台上提供2X 8个用于定位独立模块的定位槽还有足够的定位螺纹孔。各种不同的独立模块都可以准确定位于工作台合适的位置。

二、电气接口方面设计：

为了支持设备即插即用，标准化平台底座设备提供可以满足各个独立模块的通信接口，分别有：

(1)39针和9针的RS-232-C：在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS-232-C接口(又称EIARS-232-C)是目前最常用的一种串行通讯接口。这种端口采用直通方式，双向通信，基本频带，电流环方式，串行传输方式，DCE-DTE间使用的信号形态，交接方式，全双工通信。多存在于工控机及部分通信设备中。工控机在安装完系统及必要的驱动后，其串口便可直接使用，网上也有许多流行的串口调试工具可用于测试仪器。用户二次开发通讯程序也相对简单。

(2)RJ-45接口可用于连接RJ-45接头，适用于由双绞线构建的网络，这种端口是最常见的，一般来说以太网集线器都会提供这种端口。特点是可灵活组网、多点通讯、传输距离不限、高速率等优点。

(3)USB总线作为一种高速串行总线，其极高的传输速度可以满足高速数据传输的应用环境要求，且该总线还兼有供电简单(可总线供电)、安装配置便捷(支持即插即用和热插拔)、扩展端口简易(通过集线器最多可扩展127个外设)、传输方式多样化(4种传输模式)，以及兼容良好(产品升级后向下兼容)等优点。

(4)GIGE:GigE Vision是一种基于千兆以太网通信协议开发的相机接口标准。在工业机器视觉产品的应用中，GigE Vision允许用户在很长距离上用廉价的标准线缆进行快速图像传输。它还能在不同厂商的软、硬件之间轻松实现互操作。

大多数独立模块所要求的特殊独立通信接口都能被每一台标准化平台底座设备满足，而不需要去配套特定的生产平台，这样可以极大的提高独立模块安装效率进而提高生产线换产的效率，达到即插即用的效果，实现提高生产效率的目标。对于极少数的模块可以采取定制化的方法进行满足。

三、控制流程方面设计：

一般装配线包括成排的多个制造单元，每个单元包括多个并行和顺序的机器以协作并完成一种类型的操作。每个机床都是为执行组装或物流服务而构建的。

当面对新订单要进行调整时，对将要调整出的新生产线进行特性分析。对比新旧生产线间差异结果并作用给当前系统配置相对应的现有控制器，从而迅速重新配置为与目标系统配置相对应的新的控制器。基于给定产品的制造特征来识别可用的合格设备，形成重新配置的解决方案空间，通过形式化两种产品之间的差异，生成一组新的重写规则。随后对零件层，活动层和资源层进行重新配置。

第一步：接收订单要求，若是旧产品则继续用旧生产线进行生产；若是新产品订单，则从新产品订单提取特征要求输入到系统中。

相关信息包括：

·加工类型

·所需材料

·制造特征

·位置精度

·表面粗糙度

第二步：分析生产新产品所需要的工序，根据上述建模格式对比新旧生产线的差别。判断是否需要组建全新的生产线。并且根据判断结果来进行下一步的行动。

第三步：根据新增工序要求，准备相关设备，例如，标准化平台底座设备的数量，机床上独立模块的种类和数量，所需的加工工具等。另外要做到尽可能多的使用旧生产线的功能，这样就可能快速换线，增加生产效率。在这一步会确定所需新的独立模块，这些独立的模块会有独立的运动脚本和控制方案，用的是与标准化平台底座设备相匹配的通信接口。

第四步：将第三步所准备好的设备进行提前安装，将独立制造模块安装到标准化平台底座设备上，为下一步做准备。

第五步：进行生产线工位分析，知道哪个位置需要加新的工位和哪些旧的工位需要进行调整，使用AGV将需要使用标准化平台底座设备运送到指定位置，进行快速定位安装，与生产线上的其他设备(例如双层传送皮带等)进行配合形成新的生产线。

第六步：将所有的模块与管理系统连接，实现独立模块状态实时跟踪并上传管理系统，进行初始化。

第七步：将整条新工线安装完成后，采用在线检查及检测，对装配结构进行及时修正。

第八步：进行生产活动。

本发明提出的支持设备即插即用的开放式架构流水生产线属于柔性生产线，由标准化平台底座设备、双层皮带线、即插即用夹具循环设备、独立模块(例如：ULC取料机械手)、智能AGV搬运设备小车等设备组成，能够实现多种产品共线生产。在制造控制系统接受到新的订单之后，分析得到新的生产指令，随后将生产指令转化为机械指令通过PLC驱动开放式架构机床。这种支持设备即插即用的开放式架构机床具有不同形式的刀具交换和工件的拆卸、输送及存储功能，可以使生产线元素快速调试和退出，用于快速重新配置自动化制造系统，让自动化水平较高的制造系统仍然能实现较好的产品灵活性。支持设备即插即用的开放式架构流水线是一个柔性标准化自动生产平台，主流水线可实现载具定序阻挡、放行、上下层自动循环等功能，可实现人工、人机协同、整机自动三种工作模式。柔性标准化自动生产平台的具体设备单元主要有标准化平台底座设备、可以安装在标准化平台底座的独立部件、智能AGV搬运设备小车等设备。

支持设备即插即用的开放式架构流水线还为业界提供一套完整的设计规范。相应厂商提供核心关机模块和部件，这些模块和部件都是标准品，大量定制，提供给生产线用户使用。生产线用户还可以通过可重用模块或部件实现快速设计，除了标准品之外，还可以使用定制品。他们只需要关注和他们工艺相关的定制化部分，通过80％标准品+20％定制品组合模式，比起传统全定制自动化开发模式大大提高了设计和生产制造的效率。用户还可以通过出售自己定制模块和部件，提交自动化平台私有库，为其他自动化厂商及离散制造业者提供新模块和部件，进一步推动社会化分工协作。

本设计方法的优点：

(1)生产能力相对稳定，减小换线时间。

(2)产品应变能力大。刀具、夹具及物料运输装置具有可调性，能够减小换制具的时间等。

(3)能够尽量做到线外换模换制具，最小化线内换模具制具的时间，从而保持较为流畅的生产。

(4)无论从产能调节还是加工对象，设备都尽量普适化，设备利用率高。一组机床编入柔性制造系统后，产量比这组机床在分散单机作业时的产量提高数倍。

(5)可根据实际情况，不同站位不同产品可用全人工、全自动化、半自动化相互代替做到人机双模。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。