一种面向工业生产的数字化车间建设方法与流程

本发明涉及一种数字化车间建设方法，更具体的说，尤其涉及一种可对工业生产设备进行集中统一管理的面向工业生产的数字化车间建设方法。

背景技术：

为贯彻落实《中国制造2025》（国发〔2015〕28号）、《山东省信息化和工业化深度融合专项行动方案(2014-2018年)》（鲁经信字〔2014〕255号）等发展规划和指导意见，把智能制造作为两化深度融合的主攻方向，建立高度灵活的个性化和数字化智能生产模式，推动产业链的协同和重组，着力打造“数字化工业”。

随着国家政策和社会现状的不断革新，很多工业企业也出现生产工作量大，效率低，劳动力成本过高，生产计划执行性不高，车间现场数据反馈不及时等问题，制约着公司高速发展。

技术实现要素：

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种面向工业生产的数字化车间建设方法。

本发明的面向工业生产的数字化车间，包括传输带、数控机床、智能网关和生产控制室，传输带将待加工工料运送至各个数控机床的上料工位及将加工完成的工件运出，数控机床实现对工料的加工；其特征在于：数控机床处设置有桁架和机械手，桁架上设置有工件吸盘，用于实现工件在传输带与机械手之间的运送，机械手实现工件在桁架与数控机床加工台之间的运送；生产控制室中设置有上位PC机，传输带、桁架、机械手、机床的控制电路均通过工业以太网和智能网关与上位PC机相通信，传输带、桁架、机械手、机床将工作状态信息上传至生产控制室，并根据上位PC机发送的控制信息控制自身的运行。

本发明的面向工业生产的数字化车间，所述传输带、桁架、机械手和数控机床上的传感器和仪表通过工业以太网和智能网关与上位PC机相通信，以上传设备数据；所述智能网关上设置有RJ45、RS485接口，可以对开关量以及4-20mA、0-5V、-5-+5V、-10-+10V的模拟量进行采集；智能网关的通讯协议为Modbus，支持WIFI、Internet和WIFI通讯。

本发明的面向工业生产的数字化车间，包括对传输带、桁架、机械手和数控机床的工作状态进行视频监控的多个摄像机，摄像机通过工业以太网和智能网关与上位PC机相通信，以便将采集的视频画面上传至上位PC机。

本发明的面向工业生产的数字化车间的建设及控制方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：

a).通信连接，将传输带、桁架、机械手和数控机床的控制电路均通过以太网网络接于智能网关上，并将传输带、桁架、机械手和数控机床上的传感器和仪表接于智能网关上；智能网关经GPRS、Internet或WIFI网络与生产控制室中的上位PC机相通信；b).下发工件加工指令，生产控制室中的上位PC机根据待加工工件的加工流程和加工工艺指定一个或一个以上的数控机床对其进行加工；c).工料运输，通过自动上料小车或人工将待加工工料从进料仓库搬运至传输带上，由传输带对工料进行运输；d).检测工料是否到位，上位PC机根据传输带上传的数据，计算出工料在传输带上的运送距离，判断工件是否运动至指定的数控机床处，如果运动至指定的数控机床处，则停止传输带的运行，执行步骤e)；如果没有运动至指定的数控机床处，则继续判断；e).桁架运送，在上位PC机的控制下，桁架通过吸盘将传输带上静止的工料卸下并运送至指定的数控机床前，执行步骤f)；f).机械手放置，在上位PC机的控制下，机械手将工料从桁架上取下并放置在指定数控机床的加工台上，执行步骤g)；g).工料加工，数控机床根据上位PC机发送的工件加工信息，对放置于加工台上的工料进行加工；h).工件取下，工件加工完成后，通过机械手和桁架的配合将工件从数控机床上取下，并放置于传输带上； i).判断工件是否完成，上位PC机判断工件的所有加工工序是否均已完成，如果均已完成，则控制传输带将工件运送至出件仓库；如果没有完成，则通过传输带将工件运输至下一制定的数控机床处，执行步骤e)。

本发明的有益效果是：本发明的面向工业生产的数字化车间建设方法，针对工厂生产实际问题，围绕制造业产业转型升级需求，打造智能工厂/数字化车间，形成综合信息流自动化的集成制造系统，打造企业生产自动化、装备智能化、经营网络化、服务远程化，推动公司技术和管理智能化进程，提升企业研发、生产、管理和服务的智能化水平。

附图说明

图1为本发明的面向工业生产的数字化车间的系统原理图；

图2为本发明的面向工业生产的数字化车间的网络布局图；

图3为本发明的面向工业生产的数字化车间的工作流程示意图。

图中:1传输带，2桁架，3机械手，4数控机床，5智能网关，6 GPRS/Internet网络，7生产控制室，8进料仓库，9出件仓库。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的面向工业生产的数字化车间的系统原理图，其由传输带1、桁架2、机械手3、数控机床4、智能网关5、GPRS/Internet网络、生成控制室7、进料仓库8以及出件仓库9组成，所示数控机床4的数量为多个，为不同类型的数控机床，可完成对工件不同工艺的加工。进料仓库8对待加工的工料进行存储，传输带1实现对工件的运输，桁架2用于将传输带1上的工件取下，机械手3用于将桁架2上的工件取下并放置于数控机床4的加工台上。数控机床4实现对工件的加工。

所示的传输带1、桁架2、机械手3和数控机床4的控制电路均通过工业以太网和智能网关5与生产控制室7中的上位PC机相通信，以上传各设备的数据和接收上位机发送的控制指令。为了对传输带1、桁架2、机械手3和数控机床4的工作状态进行监控，可在相应位置设置摄像机，摄像机通过工业以太网和智能网关与上位PC机相通信，以便将采集的视频画面上传至上位PC机。

如图2所示，给出了本发明的面向工业生产的数字化车间的网络布局图，所示的传输带1、桁架2、机械手3和数控机床4上的相应传感器和以便也通过工业以太网和智能网关5与上位PC机相通信，以上传各设备的状态信息。智能网关5上设置有RJ45、RS485接口，可以对开关量以及4-20mA、0-5V、-5-+5V、-10-+10V的模拟量进行采集；智能网关的通讯协议为Modbus，支持WIFI、Internet和WIFI通讯。

本发明的面向工业生产的数字化车间，依托企业现有信息化基础，根据数控机床加工特点，融合计算机网络、数字化管理、数控和机器人、物联网等高新技术，构建一个基于高端装备的车间数字化制造系统，实现离散制造业的生产任务管理、制造资源管理、工艺信息管理、车间调度管理。建设中，下设设备层、网络层、控制层、管理层，逐步构建，不断拓展完善，最终实现工厂的数字化实现。分为产品数字化生产线、数字化生产控制室、工业以太环网三大部分，每部分互联互通且能独立运行，保障建设效率与成本，提高系统稳定性和可行性。

发明以企业生产为目标，以现有生产机床为基础设备，以智能控制器为核心控制部件，以行架机械手或传输带为加工件的流动槽，通过工业以太网实现各部分的互联互通。工作人员可通过网络PC机上的设备管理系统，完成加工设备的在线监测、过程控制与管理、可视化生产等。

本发明的面向工业生产的数字化车间的建设及控制方法，通过以下步骤来实现：

a).通信连接，将传输带、桁架、机械手和数控机床的控制电路均通过以太网网络接于智能网关上，并将传输带、桁架、机械手和数控机床上的传感器和仪表接于智能网关上；智能网关经GPRS、Internet或WIFI网络与生产控制室中的上位PC机相通信；

b).下发工件加工指令，生产控制室中的上位PC机根据待加工工件的加工流程和加工工艺指定一个或一个以上的数控机床对其进行加工；

c).工料运输，通过自动上料小车或人工将待加工工料从进料仓库搬运至传输带上，由传输带对工料进行运输；

d).检测工料是否到位，上位PC机根据传输带上传的数据，计算出工料在传输带上的运送距离，判断工件是否运动至指定的数控机床处，如果运动至指定的数控机床处，则停止传输带的运行，执行步骤e)；如果没有运动至指定的数控机床处，则继续判断；

e).桁架运送，在上位PC机的控制下，桁架通过吸盘将传输带上静止的工料卸下并运送至指定的数控机床前，执行步骤f)；

f).机械手放置，在上位PC机的控制下，机械手将工料从桁架上取下并放置在指定数控机床的加工台上，执行步骤g)；

g).工料加工，数控机床根据上位PC机发送的工件加工信息，对放置于加工台上的工料进行加工；

h).工件取下，工件加工完成后，通过机械手和桁架的配合将工件从数控机床上取下，并放置于传输带上；

i).判断工件是否完成，上位PC机判断工件的所有加工工序是否均已完成，如果均已完成，则控制传输带将工件运送至出件仓库；如果没有完成，则通过传输带将工件运输至下一制定的数控机床处，执行步骤e)。

如图3所示，给出了本发明的面向工业生产的数字化车间的工作流程示意图，现场设置网络PC机上的设备管理系统，由一名工作人员管理，进行现场管理与控制决策。现场设备管理系统中MES/PLM用来指导和约束生产，通过功能使得物理工厂建立一个逻辑模型，实现计划调度、现场作业、物料管理、设备管理、刀具管理、工装管理、质量管理、生产监控、产品追溯、报表中心等功能结构的标准化，解决公司复杂的文件、软件、电子图纸、技术资料、更改记录、相关标准等数据的归档、查询、共享、换版等控制问题，进行对人力、物力及时间进行合理有效的资源协调管理，实现与CAD、CAPP、CAM等软件系统数据交换与接口的系统集成。