现代智 能自动化生产线控制系统解决方案

概述

工业自动化技术作为20世纪现 代制造领域中最重要的技术之一,主要解 决生产效率与一致性问题。无论高 速大批量制造企业还是追求灵活、柔性和定制化企业,都必须 依靠自动化技术的应用。自动化 系统本身并不直接创造效益,但它对 企业生产过程起着明显的提升作用:
(1)提高生 产过程的安全性;
(2)提高生产效率;
(3)提高产品质量;
(4)减少生 产过程的原材料、能源损耗。
据国际 权威咨询机构统计,对自动 化系统投入和企业效益方面提升产出比约1:4至1:6之间。

目前,工业自 动化系统通常分为5级:企业管理级、生产管理级、过程控制级、设备控 制级和检测驱动级。前两级 管理级涉及的高新技术主要是计算机技术、软件技术、网络技术和信息技术;过程控 制级涉及的高新技术主要是智能控制技术和工程方法;设备控 制级和检测驱动级涉及的高新技术主要是三电一体化技术、现场总 线技术和新器件交流数字调速技术。

也可将上述5级分层归纳为:企业管理决策系统层(ERP)、生产执行系统层(MES)、过程控制系统层(PCS)三层结 构和计算机支撑系统(企业网络、数据库),并实现系统集成,从而实现企业的物流、资金流、信息流的集成,提高企业竞争力。企业管理决策系统层(ERP)、生产执行系统层(MES)必须建 立在设备自动化和过程自动化基础上。

数控机 床自动化管理系统

目前,国内大 多数机床监控系统属于专用系统,其开放性较差,已不能 满足当今制造业的发展需求,属于工厂内典型的 “自动化孤岛”。而计算 机软件技术及工业控制网络技术的发展,使得工 厂自动化设备的互联成为可能。组态软 件作为自动化系统“水平”和“垂直”集成的桥梁和纽带,已经广 泛应用于工业自动化的各个领域。组态监 控技术为实施数据采集、过程监控、生产控 制提供了基础平台,与检测部件、控制部 件构成复杂的应用系统,在节能、提高计量精度、改善产品质量、完成部 门间精确传递生产信息等方面发挥核心作用,有利于 企业消除信息孤岛、降低运作成本、提高生产效率、加快市场反应速度。

基于对 生产线数据的采集和产品质量跟踪、追溯,需要一 套高度精细化和智能化的制造执行系统( MES )来控制整个生产过程,以使企 业向生产制造柔性化和管理精细化方向发展,提高市 场应对的实时性和灵活性,降低不良品率,改善生 产线的运行效率,加强生 产现场数据采集和在制品管理、产品质 量和售后服务能力,降低生产成本等。
数控机 床加工的生产管理模式

数控机床的高柔性、高效率、稳定的 加工精度和加工复杂型面能力,能对用 户需求做出快速的反应,深获制造业的青睐。在一些 大中型制造企业,根据生 产的需要和数控机床的特点,已形成 多种生产组织管理模式的制造系统,主要包括:

- 基于分布式数控(DNC)的车间(工段)信息管理系统-对车间(工段)内的数控机床群体,通过其 各自的数控系统与上位机的通讯,并传达 生产规划与控制信息。这种信 息集成的管理模式,在目前 的制造系统中占最大比例。

- 柔性制造单元(FMC)和柔性制造系统(FMS)-FMS和FMC除了具有完善的DNC管理系统外,还有自动化仓库、物料搬运和装卸、刀具检测、预调和 传送以及状态监控等硬件模块和相应的物流和刀具流控制软件。

- 自动化工厂(FA)-以自动 化中央立体仓库为中心,由多条FMS及相应 企业信息管理系统组成的高度综合自动化工厂(车间)。

- 柔性机 床组成的生产线-主要用 于大批量生产的行业,如汽车、摩托车和家电等。尽管目 前已投产的柔性生产线比重不大,但由于 它适应对同族零件的多品种混流批量生产,已成为 当前柔性加工的主要发展方向。主要包括两种类型∶柔性自动线(FTL),由能够 自动变换多轴头的数控组合机床、三座标 加工单元和顺序物料输送系统等组成的生产线;柔性加工生产线(FML),由高效、通用数 控机床和柔性物料输送系统等组成的生产线,其结构相当于多组FMC按工艺流程进行配置。

由上述4类数控 机床组成的制造系统可知,DNC不仅需用面广,更是其 他制造系统的技术基础。

数控车 间信息集成管理系统

数控车 间集成管理系统对以数控机床群为主的加工车间实施车间管理和信息集成,由多种 单元技术组合而成。主要内容如下∶

管理单元

  • 任务管理∶接受生产任务,生成各 机床加工任务清单,并发送到各机床
  • NC程序管理∶编辑、更新、修改、拷贝、更名、打印、加工轨显示、各台CNC的加工程序库管理、多台CNC机床同时在线加工
  • 工艺管理∶工艺信息输入、修改、更新和打印
  • 系统监控统计∶图形监视机床状态、运行统计、完成品统计; 通信单元∶完成管 理单元与各机床集成器之间的信息传递;机床集成器∶完成各种CNC系统信 息采集和任务双向传递;CNC机床的集成改造
  • 该系统 有以下几种应用组合∶

  • 单元技术应用(如单机DNC服务、多机程序管理等);
  • 数控工段的DNC系统(上/下传送 程序和参数的文件集中管理;多台CNC在线加工等);
  • 数控工段(车间)集成管理系统(按企业 需求与上级信息系统集成/采集机床信息,形成车间管理系统,具有DNC系统功能)。
  • 该系统 形成单元技术基础和系统综合能力,以企业 现有的加工车间为对象,按系统工程规划,解决对 象对技术进步的要求为目的,以系统 工程组合不同规模的信息集成和管理工程,实现制 造环境的信息集成与管理。
    数控工 具磨床智能自动化生产线应用实例
    数控工 具磨床智能自动化生产线项目的设计功能主要分为两部分:
    1. 智能自 动化流水线实例


    整体智 能自动化生产线控制系统结构图整体分为五个部分。其中包 括自动化数控生产设备通讯开发设计实现,生产线智能控制核心,人机交互,机器人控制与通讯,辅助控制与执行单元。

    通过自 动化数控生产设备的通讯模块,所有生 产线上的设备实现通讯连接,生产的 信息和机器状态被生产线控制核心的信息处理模块收集起来。智能核 心分析模块和决策,跟据所 得到的机器信息,以及系统设置信息,最优化 的自动安排生产过程。并通过 机器人通讯模块接口,对机器 人发出控制命令,从而完 成整个生产线流水线的生产控制。如果发 生故障或者异常情况,控制中 心可以向单台生产设备发送控制命令,完成停机,报警或者其他指令。

     

    2.自动化 生产线和数控机床的监控管理系统

    把每台 机器的产品加工情况、生产情况、维护情况、停机故障情况、值班情 况等信息采集反馈到中控系统, 录入中心数据库, 进而进行综合分析、对比计算与显示, 从而达到监测目的;
    把机器的加工参数、优化程序、维护计划、生产指标、值班调 度等控制指令和程序从综控系统下载到各数控机器,从而达 到分布式的优化调度、协调与控制,以实现 整个生产线的最优化控制与运行。

    具体可分为一下功能:

  • 将所有XX新开发 的开沟机数控系统连接在一起统一管理和监控;
  • 建立开 沟机系统生产质量监控数据库;
  • 搜集/采样每 台开沟机的生产过程数据 / 质量监控数据 / 维护保养数据;
  • 分析生产过程数据 / 质量监控数据 / 维护保养数据,产生直观图表/质量报表, 根据不同情况对生产/安全/质量情 况进行评估分级;
  • 特别对停机/故障情 况进行分类处理,机械故障/电气故障/软件故障/正常维护,对每一 类进行更细的分类处理, 从而提高生产效率,降低故障情况;
  • 对操作 人员进行统一管理,操作机器能力,故障分析能力等;
  • 统一对 开沟机生产进行规划,动态调整生产细节,优化生产过程;
  • 对产品 参数进行质量跟踪/分析,产生优化方案;
  • 建立Web 管理网络,公司管 理人员可以在任何地方方便查看公司的机床运行情况/产品完成情况/客户需求情况,并在线 远程提出质询意见,发出管理命令;

    若把这些功能模块化, 可以分 为一下几个模块:

    控制助手
    显示实时数据
    及时鉴别机器故障
    显示过 程图形趋势和操作参数
    计算生产力
    定位废品与效率

    计划助手
    图形计划板
    多级式计划
    更换和变更生产作业
    显示劳动力需求
    显示原材料供应情况
    显示库存情况
    连接ERP系统

     

    质量助手
    获取并显示工艺参数
    分析显 示质量分布动态图
    分析废品率、废品种 类以及废品原因
    产生制作QA 分析文档
    对比工 艺和部件以及程序参数
    及时处 理或自修复质量问题
    分析研 究历史质量关系

    设置助手
    上传或 下载设置参数和加工程序(G代码)
    存储和 管理所有加工数据和程序
    优化与 分析对比设置组合
    自动网 络备份机器运行参数与工艺参数

     

    维护助手
    创建维修计划
    定义维护等级、周期
    自动提示维护预警
    管理各种机器设备
    安排维修程序

     

    人力资源助手
    换班统计数据
    工作统计数据
    月度统计数据
    值班效率统计数据

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