本实用新型涉及一种柔性制造系统，尤其涉及一种适合根据场地需求进行柔性化布局的智能制造系统。
本实用新型还涉及一种和柔性制造系统对应的演示系统。
背景技术：
智能制造产业的发展和运用越来越多地提出对于柔性生产的要求。柔性生产的一个方面体现为柔性制造系统(FMS)的组建和使用。
通常，柔性制造系统是指由若干数控设备、物料运贮装置和计算机控制系统组成的并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。柔性制造系统一般是从机器功能、工艺、产品、维护、扩展性等方面来实现系统的柔性。例如，典型的柔性智能制造线是把多台生产加工单元(例如，多台专用的数控机床)纳入系统，配以自动化的物料输送装置(例如，传送带)来联接这些生产加工单元。通过计算机装置实现对加工工件的身份、位置、以及关联生产任务的统一管理，从而为不同的工件(或不同批次的工件)调用不同的生产加工单元以执行不同的处理过程，藉此实现多种生产模式的结合。
智能制造系统/智能制造线的搭建需要占用一定的场地。在将一条制造线应用到在不同场地时，由于场地条件的不同，往往需要对智能制造线进行重新规划设计，并以不同的方式重新布局该制造线。现有智能制造线中的很多硬件组件(例如，贯穿各加工平台的直线型或环形导轨；集成多种制造任务的综合性加工平台)是相对刚性的，智能制造线布局的改变意味着这些刚性组件需要被替换，或需要进行较为复杂的技术改造，才能适应新的布局。
因此，现有的智能制造线在布局方面的柔性化尚需提高。
技术实现要素：
本实用新型提出一种柔性化布局的制造系统，通过将各种任务单元纳入标准化模块，并通过以AGV工具为代表的无轨运输工具来实现各标准化模块间的物料输送，有效增强了制造系统的柔性，尤其是布局方面的柔性。
根据本实用新型的一个方面，提出一种柔性制造系统。
上述的柔性制造系统包括多个模块化任务单元，分别用于对工件执行相应处理，其中每个模块化任务单元包括独立机架、安装于所述独立机架内的工控装置、安装于所述独立机架的台面上的能被工控装置所控制的设备；上述的柔性制造系统还包括无轨运输单元，用于在所述模块化任务单元之间配送工件。
上述的柔性制造系统中，所述无轨运输单元可以包括AGV运输单元。
上述的柔性制造系统中，所述模块化任务单元的独立机架可以是通用标准化机架，所述通用标准化机架能够独立搬运和摆放。
上述的柔性制造系统中，所述独立机架为独立机架内的工控装置和台面上能被工控装置所控制的设备提供通讯接口。
上述的柔性制造系统中，所述独立机架的台面中安装有穿墙端子，所述穿墙端子用于提供所述通讯接口。
上述的柔性制造系统中，所述独立机架包括箱体，在所述箱体内设置有安装板，在所述安装板上设置有用于轨道安装电气元件的安装导轨。
上述的柔性制造系统中，所述多个模块化任务单元的独立机架具有大致相同的高度。
上述的柔性制造系统中，所述多个模块化任务单元的独立机架具有大致相同的台面面积，或具有至少两种规格的台面面积。
上述的柔性制造系统中，所述模块化任务单元包括模块化防护罩，所述模块化防护罩包括安装在所述独立机架上以遮盖所述台面的第一防护罩。
上述的柔性制造系统中，所述第一防护罩能够从第一面打开，
所述模块化防护罩还包括第二防护罩，该第二防护罩附接在所述第一防护罩的与第一面相对的面，并用于遮盖所述无轨运输单元的停靠区域。
上述的柔性制造系统中，安装于所述独立机架的台面上的受工控装置所控制的设备可以包括机械臂，所述机械臂能从所述第一防护罩区域进入所述第二防护罩区域。
上述的柔性制造系统中，所述柔性制造系统还可以包括局部化导轨，所述局部化导轨连接所述多个模块化任务单元中的仅一部分。
上述的柔性制造系统中，所述局部化输送线由分别安装在模块化任务单元上的数个输送线组成单元彼此拼接而成。
上述的柔性制造系统中，安装于所述独立机架的台面上的能被工控装置所控制的设备用于执行以下操作中的一种或多种：粗加工、精加工、检测、装配、打标、喷涂、包装。
上述的柔性制造系统中，所述柔性制造系统还可以包括用于存储物料和成品的仓库，所述无轨运输单元还在所述仓库和所述模块化任务单元之间配送工件。
根据本实用新型的另一个方面，提出一种柔性制造系统的演示系统。
上述演示系统包括多个演示系统构件，所述多个演示系统构件分别和上述的柔性制造系统中的构件对应，或者是该柔性制造系统中的构件的演示件。
附图说明
包括附图是为提供对本实用新型进一步的理解，它们被收录并构成本实用新型的一部分，附图示出了本实用新型的实施例，并与本说明书一起起到解释本实用新型原理的作用。附图中：
图1是根据本实用新型的实施例的智能制造系统的示意图。
图2是图1中的一个任务单元以及AGV小车的示意图。
图3是图1中的两个任务单元以及与其相关联的局部化导轨的示意图。
图4A是根据本实用新型的实施例的一种标准化机架的示意图。
图4B是根据本实用新型的实施例的另一种标准化机架的示意图。
图5是图1所述的智能制造系统加装防护罩之后的示意图。
图6A是根据本实用新型的实施例的加装防护罩的任务单元的使用状态图。
图6B是根据本实用新型的实施例的加装防护罩的任务单元的使用状态图。
图7示出图5所示的制造系统的U型布局的示意图。
图8A是根据本实用新型的实施例调整制造系统调整布局后得到的直线型布局的立体示图。
图8B是根据本实用新型的实施例调整制造系统调整布局后得到的直线型布局的俯视示图。
附图标记：
100：智能制造系统
110：立体仓库
1101：原材料货架
1102：成品货架
120A、120B、120C、120D：任务单元
150：电气柜
200：机架
300：AGV小车
400：局部化导轨
400A、400B：输送线组成单元
410：载物托盘
400A：标准化机架
400B：标准化机架(另一款)
4010：箱体
4020：台面
4030：台面
1301：机架罩
1302：AGV靠泊罩
1303：机架罩(另一款)
1304：AGV靠泊罩
具体实施方式
在以下的描述中，参考各实施例对本实用新型进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本实用新型的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本实用新型的实施例的全面理解。然而，本实用新型可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。
图1是根据本实用新型的实施例的智能制造系统的示意图。如图所示，该智能制造系统100主要包括一个立体仓库110和四个任务单元120A、120B、120C、120D。
作为示例，智能制造系统100的立体仓库110可分为原材料货架1101和成品货架1102，还可包括机器人1103，用于原材料的自动出库和成品的自动入库。机器人1103可放置在轨道上，从而横向移动到立体仓库110的不同位置，同时，机器人1103的机械臂可在原材料货架1101和成品货架1102的不同高度存放和拣取物品。
智能制造系统100的各种制造任务(例如，对原材料的粗加工、精加工、检测、装配、包装、喷色、打标等)由任务单元120A、120B、120C、120D中的一个或多个完成。根据任务的需要，原材料或其他形式的工件可在不同的任务单元之间传递，并由任务单元完成和制造任务所对应的处理。
如图1所示，任务单元120A、120B、120C、120D中的每一个包括一个机架200，在机架200上安装有相应的工业机器人或其他被工控装置(如PLC)所控制的工业设备(例如，用于产品检测的视觉系统)，用于执行制造任务中的对应工序(制造、装配、检测、包装等)。
图1所示的智能制造系统100中，采用多台AGV小车300来提供物料运输功能。AGV是(Automated Guided Vehicle)的缩写，意即“自动导引运输工具”。AGV通常装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，因此适合执行工业制造环境下的运载任务。
上述实施例中的AGV小车仅作为示例。根据本发明的智能制造系统100中的物料输送装置可以是在工业制造环境中适用的任何类型的无轨运输单元。
本领域技术人员应当理解，此处的“无轨运输单元”旨在区别于依托于传送带或传送轨道的传统刚性输送手段。然而，“无轨运输单元”并不排除以预先铺设的各种形式的轨迹为导航手段的运输单元。例如，磁轨式AGV依靠铺设在地面的磁轨进行导航，但磁轨式AGV自身不是轨道式载具。可以理解，相对于传送带的复杂组建安装，磁轨的铺设仍是相对柔性的。因此，在本申请范畴内，无轨运输单元的“无轨”应主要理解为“无轨道/无传送带”，而不是“无导航轨迹”。
图1中还示例性显示了在功能单元1201附件的电气柜150。
图2是图1中的一个任务单元以及AGV小车的示意图。如图2所示，显示了任务单元120B以及在其一旁靠泊的AGV小车300的更多细节。结合图1和图2，AGV小车300能够靠泊在任务单元120B附近，而任务单元120B上的机械臂250或其他物料搬运机制从AGV小车300上取走其所运载的工件，或将处理好的工件搬运且摆放到AGV小车300上。
根据制造任务的个性化需求，AGV小车300可以将工件运送到智能制造系统100中的任何所需任务单元，而不管任务节点在整个制造工序中所处的位置。这种工件输送的柔性进而使得制造工艺的设计安排也更为柔性，即可以根据需要在任务的不同阶段多次使用某个任务单元，也可以根据需要完全跳过某个任务单元。
再次参考图1，在图1所示的智能制造系统100中，除了AGV小车300，物料输送手段还可包括连接相邻任务单元120C和120D的局部化导轨400。
图3是图1中的两个任务单元以及与其相关联的局部化导轨的示意图。如图3所示，显示了任务单元120C和120D以及与其相关联的局部化导轨400的更多细节。本实用新型中，“局部化导轨”这一表述意指该导轨仅连接整个智能制造系统100内的部分任务单元。结合图1和图3，局部化导轨400可以由任务单元120C上的输送线组成单元400A和任务链单元120D上的输送线组成单元400B拼接而成。在局部化导轨400上可安装载物托盘410，工件可放在载物托盘410中，从而随载物托盘410在任务单元120C和120D之间运送。相比于基于AGV小车300的物料输送，基于局部化导轨400的输送是相对刚性的，但在装备要求和时间成本上更有效率。因此，当任务单元120C和120D所各自负责的处理工序在制造任务中会被相继使用时，作为一种选择，可以将任务单元120C和120D靠近摆放，并使用相对刚性的局部化导轨400作为彼此间的工件输送手段。
还需指出，如图3所示，对于任务单元120C和120D，仍可在需要时使用AGV小车300作为工件输送手段。
图4A是根据本实用新型的实施例的一种标准化机架的示意图。图4A示出了适用于任务单元120A和120B的标准化机架400A。标准化机架400A包括容纳工控机的箱体4010和位于箱体上的台面4020。可选地，利用穿墙式端子4030来提供台面4020上的机器人(未示出)与箱体4010内的工控机之间的电连接和信号连接。台面4020上还可预设有多组安装孔，用于根据需要在台面上安装不同的设备，例如，图2中示出在它们上安装了机器人和产品架。
可选地，标准化机架400A内可包括电源转换模块，用于为工控机提供合适的电源输入。
可选地，标准化机架400A可包括网线接口，用于为工控机提供合适的网络信号输入。
可选地，标准化机架400A可包括USB接口，便于对工控机的数据存取和控制。
可选地，标准化机架400A可包括任何其他适用于工控机的工业接口。
可选地，可在标准化机架400A机架的箱体内设置有安装板，在所述安装板上设置有用于轨道安装电气元件的安装导轨，可轨道安装的电子元件的示例包括隔离器、继电器、各型号的接线端子。
工控机的示例是工控PLC设备。根据具体应用需要，工控机也可以是更为简单的单片机，或更为复杂的PC机。
工控机的示例是工控PLC设备。
根据本实用新型的实施例，机架400A是一种通用标准化机架。“通用标准化”意在表示该机架适用于制造系统内的各种(或至少绝大部分)任务单元，而不管该任务单元用于什么任务，需要在台面上安装什么设备。通过提供机架400A作为容纳工控机和制造设备的物理平台，并在二者之间提供信号接口，使得制造系统内的各种任务单元被纳入到可独立搬运和摆放的通用模块中，从而最大程度地消除了制造系统布局对于场地条件的依赖。
作为通用性的一个方面，各种机架400A的台面是等高的。
图1中，各种机架400A的横向尺寸(横向宽度，纵向深度)是相同的。然而，根据对台面面积的需要，也可以提供不同横向尺寸(即，不同台面大小)的机架，这可使得制造系统的占地更为灵活紧凑。
图4B是根据本实用新型的实施例的另一种标准化机架的示意图。图4B示出了适用于任务单元120C和120D的标准化机架400B。和标准化机架400A类似，标准化机架400B包括容纳工控机的箱体4010。标准化机架400B还包括位于箱体上的另一种台面4030。台面4030和台面4020的主要区别在于台面4030并不覆盖箱体400B的整个表面，而是留出了供导轨安装的区域。
图1中具体示出的各个方面都仅作为示例。图1示出了四个任务单元，而具体应用中的制造系统可具有更多或更少的任务单元。图1中四个任务单元用于不同的处理步骤，而具体应用中的制造系统可根据需要具有两个或更多个用于相同处理步骤的任务单元。图1中示出为制造系统配备了4个AGV小车300，而具体应用中的制造系统可根据需要配备不同数量的AGV小车。
图5示出了和图1对应的智能制造系统，但图5中每个任务单元上装设了防护罩。
图5中，任务单元120B的对应防护罩可包括覆盖机架的台面区域的机架罩1301。机架罩1301可为任务单元120B中的处理提供相对封闭的操作环境。任务单元120B的防护罩130还可进一步包括从机架罩1301后部延伸出来的AGV靠泊罩1302。AGV靠泊罩1302覆盖在AGV小车300的靠泊位置上，并为AGV小车300上的工件装卸提供相对封闭的操作环境。
图5中，任务单元120C的对应防护罩包括机架罩1303和AGV靠泊罩1304。任务单元120C的AGV靠泊罩1304和任务单元120B的AGV靠泊罩1302大致相同。任务单元120C的机架罩1303和任务单元120B机架罩1301类似，区别在于机架罩1303的侧方下部封板是留有开口的，从而提供让传送轨道进出的输送通道。
图6A和图6B示出了适用于任务单元120B的机架罩1301和AGV靠泊罩1302的使用状态图。如图6A所示，任务单元120B的机架罩1301可以从一面打开，便于对标准化机架的的台面进行操作。如图6B所示，任务单元120B的AGV靠泊罩1302可以从另一面打开，便于观察和调整AGV的靠泊位置以及机器人从AGV小车上拣取物品的情况。
当在任务单元120B内的台面上安装用于搬运工件的机械臂时，机械臂可以从机架罩1301区域进入AGV靠泊罩1302区域。类似的，当在任务单元120C内的台面上安装用于搬运工件的机械臂时，机械臂可以从机架罩1303区域进入AGV靠泊罩1304区域。
图7示出图5所示的制造系统的俯视布局图。如图7所示，包括立体仓库110和任务单元120A、120B、120C和120D在内的制造系统总体上呈现U型布局。
图8A和图8B示出图5所示的制造系统在根据需要调整布局后得到的直线型布局。由于采用了彼此相对独立的模块化任务单元，并辅以基于AGV的高度柔性配送，从U型到直线型的布局改变仅需调整任务单元/机架的摆放位置，并不需要引入任何和场地空间条件相适应的定制化部件。此外，对于任务高度关联的两个任务单元，通过使用区域性的导轨进行配送，可以在不过度影响整体布局柔性的前提下获得更高配送效率和更低配送成本。
尽管示出了完全由标准化任务单元构成的制造系统，但本领域技术人员可以理解，本实用新型提出的柔性制造线可以和传统制造线兼容，即，可以在传统制造线中局部地实施本实用新型的柔性制造线。
在以上的说明中，在多数场合以“制造线/制造系统”为示例对本实用新型的技术方案进行了阐释说明。然而，应理解，本实用新型不限于此，本实用新型所提出的技术改进适用于基于制造线而实现的用于教学或其他示范作用的演示系统，在此类演示系统中，原材料和成品等以模型(例如，块体模型)来表示，各任务单元的生产加工也只是示范性的(即，实际并未对原材料或半成品真的进行工艺上的处理)。本实用新型将这类演示系统一称为基于制造线的“演示线”。尽管演示线本身并不开展生产加工活动，但其在教学活动、技术研发活动、企业对外宣传活动、智能生产技术推介活动等诸多场合都有其独特的应用价值。
因此，本实用新型还提出一种柔性制造系统的演示系统(演示线/示范线)，其包括多个演示系统构件，这些演示系统构件和本实用新型实施例中的柔性制造系统的各构件对应(例如，AGV、工控机、机械臂、轨道等)，或是该柔性制造系统中的构件的演示件(例如，工件可以是演示块体、某个任务单元中负责精加工的数控设备可以仅是示意性的模型)。演示系统中的各个演示任务单元和实际制造系统中的各个任务单元对应。
本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
本申请的上下文中，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个实用新型实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请实施例的精神和范围。