摘要：该智能制造综合教学平台是一个围绕着培养数字化集成制造技术相关的训练与培训平台，体现了信息化生产运作与物流自动化思想。它包含有：设计、安装、PLC控制、人机交互、机器人搬运、RFID射频识别、工业物联网、软件管理与开发等多方面内容，是一个较为完整的标准数字化自动生产系统，同时也是一个内容丰富的教学应用系统，着重于体现数字化集成对接应用，自动化及智能化产品设计开发两方面内容，是对相关教学课程的深入展示与直观体现。

　　以工程教学为背景、以建设大系统为终极目标，提供具有高集成度的、高度开放性的、系统功能完善、先进性和模块化的实验室用数字化柔性加工制造系统解决方案。系统中的单元设备基本涵盖了工业领域正在得到广泛应用的各种先进控制技术和正处于工业前沿领域的加工技术，使得该系统成为一个真正融合光、机、电、气以及信息一体化的综合型研究平台。

　　系统建立在工业工程、柔性制造、自动控制、物流工程、质量管理、生产管理以及先进制造等技术基础之上，将各个加工执行单元、物流系统、机器人、RFID、仓储系统和数字信息管理系统进行有机集成、贴近工业生产流程的教学实训柔性制造系统。

　　系统能方便地调整工艺路线，重设加工流程，能够适应小批量、多品种的柔性制造要求，能体现夹具、组装、工艺路线、高度开发性

　　在最大程度上为客户开放。工业机器人、AGV、PLC、MES系统，等各个模块都提供的接口便于深层次的系统二次开发，以便于开发出适合用户需求的系统调度程序和单机运行程序，极大程度上方便了课题研究工作。

　　系统中的装配执行单元、立体仓储、传输线、机器人上下料、机器人装配设备等具有“联机/单机”两种操作模式，所有的单元设备均可进行单项教学和部分系统联机教学，有利于学生参与和实践教学。

　　系统虽为教学系统，但所有单元设备乃至整个系统都采用了标准工业级的装备和技术集成，真实贴近工业化生产。

　　系统具有多层网络结构(管理层应用层级、监控层及和设备层级)构成，体现现代柔性制造系统中的物流及生产信息流的交汇关联、数字化设计与生产的紧密关联。

　　系统除了提供一套实际的智能工厂外 ，同时还提供了一套仿真环境下的虚拟工厂。虚拟工厂按实际的1:1布局，场景的机器人，外设，PLC与实际设备相同特性。学生可对虚拟工厂离线编程，仿真验证后再实际运行。避免损坏设备，提高教学可视化。

　　系统是一个由智能制造生产系统、虚拟仿真教学系统、结合而组成综合性教学平台。智能制造生产线将装配制造、物料传输、信息网络、三个系统深度融合与高度集成，在生产自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化、数字化与智能化，是典型的信息技术与制造技术的深度融合。该系统可承担数据采集与分析、生产任务下发、生产信息化实时显示(数字化生产看板系统)、设备状态实时监控、生产任务详细进度、可有效实现制造层与计划层的信息交互等任务。同时在工业软件和智能机器设备下，实现了软硬结合、相得益彰,本质是人机一体化。

　　智能立体仓储单元、机器人底盖装配单元、机器人法兰装配单元、锁螺丝单元、检测单元、AGV智能小车单元、系统中央控制单元等多个功能模块单元。系统具有可进行小批量多品种柔性加工、无人值守加工生产能力等，采用数字化信息系统管理模式，每一台设备均采用网络形式对外联接，由服务器统一管理生产过程中的各种数字联接任务,具有现代化柔性制造加工系统的特征。

　　建议各种虚拟仿真平台，并且基于虚拟仿真平台上的应用培训。也是培训应用手段的虚拟化延伸，对整个生产系统的认知、讲解、模拟的操作、模拟加工、模拟运动进行全方位的展示。使每个学生可参与虚拟场景的PLC编程及机器人编程。做到不仅会用生产线，还会开发生产线。并在在已有基础上，进行优化，开发个性化的智能工厂。

　　虚拟仿真由三个部分内容：基于PLC的虚实结合仿真、基于机器人的虚拟方真、基于智能工厂的虚拟仿真与培训。PLC虚实结合仿真包括：立体仓储虚实结合仿真及培训、自动上料装置虚实结合仿真及培训、检测分拣虚实结合仿真及培训、电气控制虚实结合仿真及培训。机器人仿真与培训包括：工业机器人离线编程仿真与培训、机器人工作站应用仿真与培训、工业机器人拆装3D软件仿真与培训。智能工厂仿真是对本方案的智能制造生产系统的全功能仿真，包括机床，机器人，传输线，立体仓库，PLC、AGV仿真。是一个集机、电、控制、编程一体的全方位仿真。使每个学生可参到智能工厂的开发，如PLC编程，机器人编程，做到不仅会用生产线，还会开发生产线。

　　该系统是一个工业智能制造综合集成柔性生产线。它由多个独立工作站链组成：机器人装配工作站、锁螺丝工作站、光学检测工作站、激光打标工作站组成。它包含了生产设备硬件部分、工业动化控制部分、MES生产执行软件部分，是一个集数字化、网络化、智能化生产制造柔性系统，它既可以实现单组设备的独立运行，也可以组合成一个集成柔性生产线进行协同作业。

　　5.工业机器人根据MES软件分配调度,自动更换相应的工具，以及夹治具;(独工作站以之相同)

　　可实现跳步式分配加工:系统中由于采RFID电子信息记录和AGV小车柔性输送，在系统中加工的工件可以出现以下多种不同工况。

　　激光打标工作站用于对加工完成零件进行编码打印，由机器人将工件放入到打印平台，通过网络接收机器人的放料与取料信号。打印编码由MES系统根据物料的RFID编码进行选择打印，不同的RFID编号零件打印不同的图形。

　　运用了世界先进的激光技术研制而成的激光打标机系统，采用光纤激光器输出激光，再经扫描振镜系统实现打标功能。光纤激光打标机电光转换效率高，达20%以上(YAG为3%左右)，极大的节省了电能。采用风冷方式冷却，散热性能好，整机体积小巧，输出光束质量好，谐振腔无光学镜片，具有免调节，免维护，可靠性高等性能。

　　设备特点：设备配备全球唯一的固定IP，可与其他设备进行无缝连接，实现智能化远程控制，可实现模块化的、高度集成的，全过程透明的、闭环式、体现协同制造、适合中国特点的智慧工厂管理功能!

　　软件特点：支持以下系统：windows2012,2008,2003,win7,xp等windows平台软件兼容常用位图(bmp、jpg)及矢量图形(plt、dxf等)。支持多图层(128个图层)标刻，可以为每层设置不同的标刻参数。

　　工业机器人装配站由1、装配搬运机器人;2、机器人快换夹具;3、物料输出机构;4、装配平台;5、电气控制系统;6、机械整形等部分组成，装配完成后由AGV系统上的工业机器人抓取物料放入暂存台上，由装配机器人从平台上拾取零件，按MES系统下达的任务进行锁螺丝装配或是激光打标作业。

　　采用六自由度工业机器人，负载6Kg臂展700mm的六自由度机器人。机器人由机器人本体、机器人(含示教单元、输入输出模块)组成;

　　机器人装配夹具采用多样化设计，并采用气动快换式工具未端组件。采用日本进口EINS品牌OX系列快换工具，该工具9针触点接触端，电信号连接通道，气管通路接口，采用机器人侧与工具侧组合使用，采用气动式驱动结合与放松。

　　用于工业机器人快速更换各种不同夹具，以适应不同种类工件变化。由多个移动端和一个固定端组成，工业机器人可以自动选择需要夹具进行更换，无需人工进行干涉。

　　装配站组成：工作台、工业轴机器人、装配夹具模块、整形模块、法兰盖板零件、法兰底座零件及夹具等。

　　装配流程：工件通过机器人的夹爪从料盘上取法兰底座放置整形平台上----整形后夹取放到装配平台上上----夹爪再去法兰盖板放置在整形平台上----整形后夹具将盖板放入法兰底座----装配完成

　　用于加工工作站加工原材料、半成品或成品物料上下料。同时能充分体现离散工作站功能，与数控机床、工业机器人组成可独立亦可与系统一体的独立工作站，便于教学开展。

　　本次项目中配备的加工工作站上下料平台可直接与AGV小车进行对接，放置于各个离散工作岛正前方，用于存放AGV运送的物料工装板，离散工作站在线加工时可以从平台中直接取料到对应机床中进行加工，加工完成物料由工作站机器人放回接货平台。AGV机器人会根据任务调试系统将加工完成物料搬运到下一个站点。

　　用于放置工作工作站需要加工的物料托盘，在离线制造时可作为手工放置定位装置，自动联线制造时作业与AGV运输车自动对接的定位装置。经网络协议通讯与AGV小车及上下料机器人实现数据交换。

　　各工作站均配置独立电气控制柜，电气控制柜具有独立PLC控制系统，与其他工作岛采用以太网进行数据通讯，同时与MES系统进行数据通讯。电气控制柜用于安装离散工作站中的部份电气控制元件，如站点通讯交换机、辅助、仓储站的电气检测元件。

　　锁螺丝单元主要包括标准工作台、6KG机器人、阵列定位料盘、真空发生器工装组件、电批组件等结构。主要实现在工件上自动锁螺丝。

　　视觉检测工作站主要包括标准机台、视觉检测、RFID读卡器组件等机构。主要实现对组装好的工件进行检测和数据读取。

　　视觉系统由视觉主机，工业相机，镜头，光源组成。视觉主机通过千兆网口接入多个网络接口的工业相机。视觉主机通过Modbusu接入PLC设备，当被检测物件到达时，PLC触发视觉系统采样图像，并进行图像处理、信号识别等先进技术。并对法兰尺寸参数进行测量，并依据判别结果返回到上位机。视觉系统的尺寸测量，配合合适的镜头，能达到 um 级的测量精度。

　　利用视觉系统，在完成法兰尺寸检测后，进一步检测2个螺丝是否安装到位。在视觉成象中，有螺丝与缺螺丝的图象差别明显，可方便检测错是否漏打螺丝。(以4个螺丝为列)

　　检测原理：安装后的工件不具有黑色孔，通过模版匹配工件后，依次检测4个安装位置的灰度值来判断是否漏安装，当检测到漏安装后，返回检测结果。如图当检测到第二个区域漏安装后不再检测后面两个区域，直接返回检测结果。

　　本次方案采用研华全新系列的EagleEye相机，新产品不仅具有体积小、高度整合的特性，更借由内建的图形化软件设定工具以快速布建开发、易于维护管理等特色，让原有的机械和设备控制不但能立即升级成具有机器视觉功能的自动化应用，更能通过研华EagleEye相机所提供的影像进行精准的比对与检测，进而提升工厂生产线的质量控管。

　　用于配合工业机器人完成物品自动识别、工件座标定位、机器人抓取引导，使工业机器人可以自行判断物品特征与位置。

　　自动化立体仓库是现代物流系统中迅速发展的一个重要组成部分，主要由高层货架、巷道堆垛机、堆垛机、一体式触摸终端系统组成，出入库辅助设备及巷道堆垛机能够在计算机管理下，完成货物的出入库作业，实现存取自动化，能够自动完成货物的存取作业，并能对库存的货物进行自动化管理;大大提高了仓库的单位面积利用率，提高了劳动的生产率，降低了劳动强度，减少了货物信息处理的差错，合理有效的进行库存控制。

　　用于存储系统中加工原材料、成品、及需要被保管物品，它通过标准托盘进行统一管理存储，符合尺寸与重量大少的物品都可以通过WMS系统进行存储记录。

　　10.货架四周安装安全防护网，采用警示颜色，人工维修通道打开、维修状态禁止系统运行。货位尺寸：400mm×500mm×450mm;

　　全自动堆垛机是一个在立体仓库货架内搬运物品的专用机械设备，横向与纵向两个方向快速移动，并配带有前后伸缩的货叉平台，通动移动货叉平台可以到立体仓库的任意一个库。