《智能生產(chǎn)線數(shù)字化集成與仿真》課件 虛擬生產(chǎn)線認(rèn)知

虛擬生產(chǎn)線搭建虛擬生產(chǎn)線認(rèn)知1虛擬生產(chǎn)線組成2虛擬生產(chǎn)線產(chǎn)品目錄3智能倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)4智能加工區(qū)5智能裝配區(qū)任務(wù)引入虛擬生產(chǎn)線是典型的工業(yè)集成化應(yīng)用，以飛機(jī)模型為生產(chǎn)裝配對(duì)象，結(jié)合了工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控車床、輸送線、AGV、物料倉(cāng)庫(kù)、快換工具、電子看板等先進(jìn)技術(shù)，涵蓋了物料倉(cāng)庫(kù)、智能加工、智能組裝和智能監(jiān)控等功能。產(chǎn)線展示了工業(yè)自動(dòng)化、生產(chǎn)數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化等思想，涉及智能控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、工業(yè)工程技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、軟件技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、相機(jī)測(cè)量技術(shù)等領(lǐng)域的知識(shí)和技能。在執(zhí)行虛擬生產(chǎn)線搭建任務(wù)前，我們先來認(rèn)識(shí)虛擬生產(chǎn)線的組成。如圖所示為虛擬生產(chǎn)線的組成，涵蓋3個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域和兩個(gè)那個(gè)加工和裝配區(qū)域。完整的虛擬生產(chǎn)線可以實(shí)施零件、備件的自動(dòng)化出庫(kù)，通過智能物流運(yùn)送至智能加工區(qū)，實(shí)施待加工件的定制化加工，然后將通過智能物流（AGV小車）將經(jīng)過加工的產(chǎn)品零件、配件運(yùn)送至中轉(zhuǎn)倉(cāng)；在智能裝配區(qū)，配套的產(chǎn)品零件、配件將被運(yùn)送至不同的裝配站，實(shí)施零件、配件的智能檢測(cè)、裝配以及最后的裝箱，最后入庫(kù)至成品倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域。虛擬生產(chǎn)線組成1圖1數(shù)控車床的門狀態(tài)機(jī)虛擬生產(chǎn)線組成1飛機(jī)模型由飛機(jī)機(jī)身、機(jī)腹仿形蓋板、底座、底座支架四部分組成，如圖所示。其中飛機(jī)機(jī)身是在機(jī)床加工完成的備件；機(jī)腹仿形蓋板需要在智能加工區(qū)完成加工；底座支架是加工完成的備件；底座需要在智能加工區(qū)完成加工。圖2飛機(jī)模型產(chǎn)品虛擬生產(chǎn)線產(chǎn)品2在智能裝配區(qū)，機(jī)身與機(jī)腹仿形蓋板、底座支架與底座分別通過鎖螺絲進(jìn)行裝配連接，機(jī)身與底座支架為普通裝配連接。物料倉(cāng)庫(kù)分為原料庫(kù)、中轉(zhuǎn)庫(kù)、成品庫(kù)、每個(gè)庫(kù)都有15個(gè)庫(kù)位，由取料機(jī)構(gòu)、物料托盤等組成，如圖所示。其中，機(jī)構(gòu)以及狀態(tài)機(jī)的設(shè)置方法在任務(wù)3.1和任務(wù)3.2中已經(jīng)完成對(duì)應(yīng)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。智能倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)3圖3成品倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)智能加工區(qū)ABBIRB2600工業(yè)機(jī)器人、導(dǎo)軌、加工中心、數(shù)控車床、清洗機(jī)、工具庫(kù)、輔助上料機(jī)構(gòu)等組成，如圖所示。智能加工區(qū)4圖4智能加工區(qū)ABBIRB2600工業(yè)機(jī)器人及導(dǎo)軌（外部軸）的設(shè)置方法在前面的內(nèi)容中已經(jīng)學(xué)習(xí)過，此處不再贅述。智能加工區(qū)工具庫(kù)中放置有3種快換夾爪如圖所示，工業(yè)機(jī)器人裝載后可以完成零部件的抓取及轉(zhuǎn)運(yùn)。智能加工區(qū)4圖5工具庫(kù)上料機(jī)構(gòu)主要用來將AGV小車送達(dá)的承載零部件的料盤運(yùn)送至工業(yè)機(jī)器人的工作范圍內(nèi)，以便于工業(yè)機(jī)器人實(shí)施零部件的靈活轉(zhuǎn)運(yùn)，如圖所示。智能加工區(qū)4圖6上料機(jī)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人將半成品倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域運(yùn)送過來的待加工底座運(yùn)送至數(shù)控車床處后，在數(shù)控車床處可以實(shí)施產(chǎn)品底座的加工，如圖所示。在虛擬產(chǎn)線仿真調(diào)試中，工業(yè)機(jī)器人程序、PLC程序以及機(jī)構(gòu)的配合為調(diào)試重點(diǎn)，此處數(shù)控車床的加工為模擬。智能加工區(qū)4圖7數(shù)控車床加工示意智能加工區(qū)域完成加工的零部件將被放置在料盤中，如圖所示，然后通過AGV小車轉(zhuǎn)運(yùn)至中轉(zhuǎn)倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域。智能加工區(qū)4圖8智能加工區(qū)完成加工的待裝配零部件智能裝配單元，由檢測(cè)站，組裝站、貼標(biāo)站組成。首先AGV小車從中轉(zhuǎn)倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域取料，并送料到檢測(cè)站，進(jìn)行CCD視覺檢測(cè)，檢測(cè)飛機(jī)機(jī)身、底座以及仿形蓋板；完成檢測(cè)后，飛機(jī)模型零部件隨料盤跟隨傳送帶運(yùn)送至組裝站，由組裝站進(jìn)行組裝工序；完成飛機(jī)模型部分螺釘緊固及組裝后，以上部件隨料盤跟隨傳送帶運(yùn)動(dòng)至貼標(biāo)站，由貼標(biāo)站完成整個(gè)自動(dòng)裝配最后過程，然后由AGV小車運(yùn)送成品飛機(jī)模型至成品倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域。智能裝配區(qū)5智能裝配區(qū)5圖9智能裝配區(qū)組成檢測(cè)站在前面的項(xiàng)目中已經(jīng)學(xué)習(xí)過，主要功能是控制AGV對(duì)接機(jī)構(gòu)從AGV小車上取走料盤如圖所示，工業(yè)機(jī)器人從料盤上取底座、腹板、機(jī)身進(jìn)行CCD視覺檢測(cè)。智能裝配區(qū)5圖10檢測(cè)站取料示意圖(1)組裝站組裝站的組成如圖所示，主要功能是安裝機(jī)身、腹仿形蓋板、底座、支架及激光打標(biāo)。智能裝配區(qū)5圖11組裝站翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)處提供了機(jī)身定位裝夾位置，工業(yè)機(jī)器人裝載吸盤工具吸取機(jī)身并將其固定在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)位置后，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將90°翻轉(zhuǎn)機(jī)身，使機(jī)身處于便于安裝機(jī)腹部方形蓋板的姿態(tài)。完成機(jī)身翻轉(zhuǎn)后，工業(yè)機(jī)器人將在裝載工具的情況下，完成機(jī)腹部方形蓋板的安裝以及緊固，如圖所示。智能裝配區(qū)5智能裝配區(qū)5圖12組裝站—翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)處工作示意圖在組裝站的激光雕刻處工位完成飛機(jī)模型底座的雕刻，此處在虛擬仿真中為模擬雕刻。完成激光雕刻后，工業(yè)機(jī)器人將在裝載工具的條件下完成底座與支架的緊固如圖13所示，組裝站最后的安裝半成品如圖14所示。智能裝配區(qū)5圖13底座與支架安裝圖14組裝站成品(2)貼標(biāo)站貼標(biāo)站的組成如圖所示，主要功能是將飛機(jī)模型放入包裝盒，貼條碼，并將打包好的產(chǎn)品通過AGV對(duì)接機(jī)構(gòu)送至AGV小車上進(jìn)行入庫(kù)。智能裝配區(qū)5圖15貼標(biāo)站組成在貼標(biāo)站中，將完成組裝的底座和支架、機(jī)身與機(jī)腹仿形蓋板組裝在一起，然后將完整的飛機(jī)模型放置于打包盒中，完成打包，如圖所示。智能裝配區(qū)5圖16飛機(jī)模型打包示意圖在自動(dòng)化產(chǎn)線中，通常會(huì)使用旋轉(zhuǎn)氣缸又稱回轉(zhuǎn)氣缸實(shí)現(xiàn)零部件狀態(tài)的切換，如圖所示，在軟件中可以通過定義狀態(tài)機(jī)的方式，實(shí)現(xiàn)其狀態(tài)的精準(zhǔn)切換及仿真。圖17旋轉(zhuǎn)氣缸狀態(tài)機(jī)PQArt軟件中的狀態(tài)機(jī)1（1）旋轉(zhuǎn)0度狀態(tài)（2）旋轉(zhuǎn)90度狀態(tài)狀態(tài)機(jī)通常有兩種及以上的姿態(tài)，定義狀態(tài)機(jī)需經(jīng)過導(dǎo)入模型，模型預(yù)處理、狀態(tài)機(jī)定義步驟。圖18定義狀態(tài)機(jī)流程定義狀態(tài)機(jī)的方法2導(dǎo)入模型模型預(yù)處理狀態(tài)機(jī)定義(1)導(dǎo)入模型及模型預(yù)處理進(jìn)行狀態(tài)機(jī)自定義時(shí)，導(dǎo)入模型及模型預(yù)處理的方法與進(jìn)行機(jī)構(gòu)自定義的流程相同，此處不再贅述。(2)定義狀態(tài)機(jī)完成CAD模型導(dǎo)入及預(yù)處理后，即可選擇自定義菜單中的“定義狀態(tài)機(jī)”選項(xiàng)進(jìn)入定義流程，完成狀態(tài)機(jī)定義后，可以在工程文件中通過“導(dǎo)入狀態(tài)機(jī)”完成狀態(tài)機(jī)的導(dǎo)入及使用。圖19定義狀態(tài)機(jī)選項(xiàng)定義狀態(tài)機(jī)的方法2進(jìn)入狀態(tài)機(jī)流程后，在圖所示界面中進(jìn)行相應(yīng)選項(xiàng)的設(shè)置，各選項(xiàng)的說明見表1。圖20定義狀態(tài)機(jī)界面定義狀態(tài)機(jī)的方法2表1狀態(tài)機(jī)定義選項(xiàng)說明定義狀態(tài)機(jī)的方法2選項(xiàng)內(nèi)容說明名字用戶自定義狀態(tài)機(jī)名稱。選擇關(guān)節(jié)選擇當(dāng)前需要定義的關(guān)節(jié)。運(yùn)動(dòng)方式當(dāng)前所選關(guān)節(jié)是旋轉(zhuǎn)軸還是平移軸。運(yùn)動(dòng)范圍當(dāng)選擇當(dāng)前關(guān)節(jié)軸為旋轉(zhuǎn)軸時(shí)，此處的范圍是旋轉(zhuǎn)角度，單位為°；當(dāng)選擇當(dāng)前周為平移軸時(shí)，此處的范圍設(shè)定時(shí)移動(dòng)范圍，單位為mm。表1狀態(tài)機(jī)定義選項(xiàng)說明（續(xù)）定義狀態(tài)機(jī)的方法2選項(xiàng)內(nèi)容說明選擇方向選擇按鈕后，將彈出藍(lán)色箭頭，該箭頭表示的是當(dāng)