1.研究背景

       在機(jī)械制造行業(yè)中，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，是目前很多企業(yè)所追求的，而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程全自動化是達(dá)到此目的的一種有效方法。當(dāng)今計算機(jī)通信技術(shù)以及微電子等技術(shù)的不斷發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化控制奠定了良好的控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。隨著自動化工裝夾具，數(shù)控機(jī)床，自動化物流搬運(yùn)技術(shù)的成熟應(yīng)用，國內(nèi)眾多制造企業(yè)已經(jīng)開始將自動化生產(chǎn)線的模式引入到實(shí)際的生產(chǎn)過程中，并取得良好的效益。

　　本單位承接了筒體自動化機(jī)加產(chǎn)線總控系統(tǒng)設(shè)計的需求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品流水線加工自動化控制，具備高可靠性的實(shí)時物流調(diào)度控制、自動檢測控制、上下料控制的要求，并具有產(chǎn)線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控界面和便于人工操作的異常處理交互界面。同時，產(chǎn)線總控系統(tǒng)需支持與企業(yè)上層制造信息管理系統(tǒng)(MES)進(jìn)行生產(chǎn)信息交互。

        2.產(chǎn)線介紹

　　該產(chǎn)線由兩條并行的生產(chǎn)流水線組成，其布局圖如圖1所示。

1-AGV;2- 滾筒線;3-1# 桁架機(jī)械手;4-2# 桁架機(jī)械手;5-3# 桁架機(jī)械手;6- 緩存鏈條機(jī);7-6 軸機(jī)器人;8-1# 車床;9-2# 車床; 10-3# 車床;11-1# 視覺檢測;12-2# 視覺檢測;

　　圖 1 產(chǎn)線布局

　　產(chǎn)線主要設(shè)備由3臺物流轉(zhuǎn)運(yùn)AGV、1套自動滾筒線、6臺桁架搬運(yùn)機(jī)械手、6臺臥式車床、2套視覺檢測、2臺緩存鏈條機(jī)和1臺6 軸機(jī)器人組成。其中滾筒線和6軸機(jī)器人為兩條并線流水線共用的設(shè)備，分別位于產(chǎn)線的初始上料位置和下料位置。現(xiàn)場實(shí)物如圖2所示。

圖 2 現(xiàn)場實(shí)物圖

　　3.總控系統(tǒng)組成

　　為滿足自動化流水線控制的設(shè)計要求，總控系統(tǒng)功能主要由自動化集成控制、過程監(jiān)控、異常處理和數(shù)據(jù)集成四大塊構(gòu)成，其功能框圖如圖3所示。

　圖 3 總控系統(tǒng)功能框架

　　3.1 自動化集成控制單元

　　　總控系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)管理接收到的計劃指令，解析生成線內(nèi)所有設(shè)備的執(zhí)行指令， 實(shí)現(xiàn)所有工位聯(lián)動控制或單工位獨(dú)立控制。自動化集成控制單元作為總控系統(tǒng)的核心功能，主要通過獲取線上所有設(shè)備狀態(tài)信息， 加工零件信息，再經(jīng)過分析和邏輯判斷實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線加工自動化控制。其控制對象主要包括AGV物流自動化調(diào)度，桁架機(jī)械手搬運(yùn)和上下料動作，數(shù)控車床自動加工，自動裝夾定位，自動檢測控制以及6軸機(jī)器人碼料控制等功能。

　　(1)物流自動化調(diào)度

　　產(chǎn)線物流自動化調(diào)度由3臺AGV完成。主要為毛坯物料運(yùn)輸和空托盤周轉(zhuǎn)。當(dāng)滾筒線邊無料時，總控系統(tǒng)發(fā)送“缺料”指令給AGV，AGV將在制品毛坯物料從庫房搬運(yùn)至上料滾筒線邊。完成后，滾筒線邊的空托盤需運(yùn)轉(zhuǎn)出，則總控系統(tǒng)發(fā)送“空托盤轉(zhuǎn)出”指令給AGV，AGV收到指令后將滾筒線邊的空托盤運(yùn)出，送至庫房的空托盤緩存位。

　　(2)桁架機(jī)械手搬運(yùn)和上下料

　　每條產(chǎn)線搬運(yùn)和上下料工作由3個機(jī)械手來完成，機(jī)械手的控制流程如圖4.1、圖4.2、圖4.3所示。

圖 4.1 1# 機(jī)械手動作控制流程

　　圖 4.2 2# 機(jī)械手動作控制流程

　　圖 4.3 3# 機(jī)械手動作控制流程

　　其中，1#機(jī)械手負(fù)責(zé)從滾筒線托盤上取毛坯料，再將毛坯料運(yùn)至1#/2#車床上料加工。

　　2#機(jī)械手負(fù)責(zé)從1#/2#車床上下料，再將料搬運(yùn)至1#檢測位檢測，檢測完成后，系統(tǒng)將檢測數(shù)據(jù)保存，同時2#機(jī)械手將檢測完成的工件搬運(yùn)至3#機(jī)械上料加工。

　　當(dāng)3#車床加工完成后，3#機(jī)械手負(fù)責(zé)從3#車床將料取出，送至2#檢測位檢測，2#檢測位檢測完成后，根據(jù)檢測結(jié)果，3#機(jī)械手再將料放置對應(yīng)的鏈條機(jī)緩存位。

　　(3)數(shù)控車床及自動檢測設(shè)備

　　數(shù)控車床和檢測設(shè)備負(fù)責(zé)產(chǎn)品的加工和檢測。每臺設(shè)備均有等待、工作、完成、故障等狀態(tài);總控系統(tǒng)根據(jù)各設(shè)備的狀態(tài)情況以及當(dāng)前零件的加工工序，自動發(fā)送對應(yīng)指令給各設(shè)備，執(zhí)行產(chǎn)線各設(shè)備有序加工。

　　自動檢測設(shè)備在完成工件檢測后，將數(shù)據(jù)存儲在指定的地址中，并發(fā)送檢測完成信號，總控系統(tǒng)根據(jù)信號和地址， 將自動獲取當(dāng)前工件的所有檢測數(shù)據(jù)，并將其存儲在數(shù)據(jù)庫字段中，并通過后臺處理程序定時向MES系統(tǒng)上報數(shù)據(jù)。

       3.2過程監(jiān)控單元

　　過程監(jiān)控單元實(shí)時監(jiān)控產(chǎn)線設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，具有人機(jī)交互界面。在產(chǎn)線運(yùn)行過程中，如設(shè)備出現(xiàn)故障報警時，過程監(jiān)控單元的監(jiān)控窗口并出現(xiàn)圖形化提示，同時報警蜂鳴器鳴響。隨后，操作人員便根據(jù)設(shè)備的報警提示介入產(chǎn)線人工操作模式，對設(shè)備異常進(jìn)行排查。過程監(jiān)控界面如圖5所示。

圖 5 過程監(jiān)控界面

       3.3異常處理單元

　　自動化產(chǎn)線需要連續(xù)不間斷運(yùn)行，對設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性提出了非常高的要求。產(chǎn)線所組成了設(shè)備越多，根據(jù)故障率的計算方式，其發(fā)生故障停線的概率相對來說也越大。產(chǎn)線故障停線難以避免的，當(dāng)產(chǎn)線出現(xiàn)故障異常時，如何在排除異常后，讓產(chǎn)線回復(fù)到停線前的模式下繼續(xù)運(yùn)行，需要根據(jù)產(chǎn)線工藝流程制定一個行之有效的異常處理流程。而對于產(chǎn)線的總控系統(tǒng)，就得必須具備異常處理的人機(jī)交互接口。該產(chǎn)線的異常處理人機(jī)交互界面如圖6所示。

圖 6 產(chǎn)線異常處理人機(jī)交互界面

       根據(jù)異常處理方法的不同，可以將該產(chǎn)線的異常分為以下幾類，處理方式如下所述：

　　(1)設(shè)備加工過程出現(xiàn)故障停機(jī)報警

　　處理方式：產(chǎn)線暫停，人員介入產(chǎn)線排查故障，待故障清除后，復(fù)位故障設(shè)備，產(chǎn)線繼續(xù)運(yùn)行。

　　(2)桁架機(jī)械手與設(shè)備上下料對接過程中出現(xiàn)異常

　　處理方式：產(chǎn)線暫停，視情況決定是否將物料取下，如需要取下則將機(jī)械手切換至手動模式，將物料取走，再將機(jī)械手恢復(fù)至待機(jī)位，而后，產(chǎn)線恢復(fù)繼續(xù)運(yùn)行。

　　(3)產(chǎn)線缺料或錯料異常報警

　　處理方式：產(chǎn)線暫停，缺料狀態(tài)可等待物料到位便可以自動恢復(fù)運(yùn)行;錯料狀態(tài)需人員將錯料取走，并通過人機(jī)交互接口修改對應(yīng)托盤物料數(shù)據(jù)，而后產(chǎn)線便可恢復(fù)繼續(xù)運(yùn)行。

　　(4)不良品緩存位溢出報警

　　處理方式：產(chǎn)線暫停，需人員介入將不良品緩存位物料取走，待緩存位清空并準(zhǔn)備完畢后，手動恢復(fù)產(chǎn)線繼續(xù)運(yùn)行。

　　3.4 數(shù)據(jù)集成

　　產(chǎn)線上層有MES、ERP、SAP等信息化管理系統(tǒng)?？偪叵到y(tǒng)需要接收MES系統(tǒng)下發(fā)的生產(chǎn)計劃。在產(chǎn)線運(yùn)行期間， 總控系統(tǒng)將該產(chǎn)線的設(shè)備信息、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、異常記錄、操作日志等收集并上報至上層信息管理系統(tǒng)。該產(chǎn)線總控系統(tǒng)利用車間的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，采用中間數(shù)據(jù)庫的形式與上層的信息化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

作者：

武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司 徐黎明 趙明 呂洪杰 張圣平 余漢延