一种智能制造安全测试床的制作方法

1.本发明涉及智能制造加工技术领域，特别是涉及一种智能制造安全测试床。


背景技术：

2.随着新一代信息技术与制造业深度融合，工业互联网成为推动制造业转型升级、发展实体经济的新型网络基础设施。工业互联网平台作为工业互联网的核心，是实体经济全要素连接的枢纽、资源配置的重心和智能制造的大脑，已成为发达国家推进“再工业化”战略、抢占新一轮科技革命和产业变革制高点的必争之地，更是我国工业实现换道超车的重要机遇。
3.工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化、智能化需求，构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台。其本质是通过构建精准、实时、高效的数据采集互联体系，建立面向工业大数据存储、集成、访问、分析、管理的开发环境，实现工业技术、经验、知识的模型化、标准化、软件化、复用化，不断优化研发设计、生产制造、运营管理等资源配置效率，形成资源富集、多方参与、合作共赢、协同演进的制造业新生态。智能制造的核心思想是通过新一代信息技术与制造技术交叉融合，以信息的泛在感知、自动实时处理、智能优化决策为核心，驱动各种制造业业务活动的执行，实现跨企业产品价值网络的横向集成，贯穿企业设备层、控制层、管理层的纵向集成，以及从产品设计开发、生产计划到售后服务的全生命周期集成，从而极大提升产品创新能力，增强快速响应市场能力，提高生产制造过程的自动化、智能化、柔性化和绿色化水平，促进制造业向产业价值链高端迈进。
4.基于以上智能制造领域的工业互联网安全现状，当前缺乏针对智能制造领域的工业互联网应用和安全测试床，现有技术中提供了采用仿真软件搭建生产过程模型的方案，但其存在物理量模拟且过于单一，无法真实的展示工艺过程的物理变化和攻击效果等问题，更无法体现典型的智能制造行业场景。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种智能制造安全测试床，能够实现多种典型工业场景和工艺流程的还原复现。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种智能制造安全测试床，包括：智能仓储模块、增材制造模块、减材制造模块、智能检测与微雕装配模块、物料输送模块、视频监控模块、制造企业生产过程执行管理模块、数据采集与监视控制模块和控制台；
8.所述增材制造模块用于根据3d打印技术制作第一零部件，并生成增材信息；
9.所述减材制造模块用于根据所述原材料进行加工，得到第二零部件，并生成减材信息；
10.所述智能检测与微雕装配模块用于对所述第一零部件和/或所述第二零部件进行
检测、表面雕刻和装配，得到成品，并生成检测装配信息；
11.所述智能仓储模块用于对所述原材料和所述成品进行入出库操作，并生成仓储信息；
12.所述物料输送模块用于完成所述原材料、所述成品、所述第一零部件和所述第二零部件的传输，生成传输信息；
13.所述视频监控模块用于监控所述增材制造模块、所述减材制造模块、所述智能检测与微雕装配模块、所述智能仓储模块和所述物料输送模块的工作状态，生成监控信息；
14.所述制造企业生产过程执行管理模块用于接收订单信息，并根据所述订单信息控制所述智能仓储模块、所述增材制造模块、所述减材制造模块、所述智能检测与微雕装配模块以及所述物料输送模块的工作状态；
15.所述数据采集与监视控制模块用于采集所述仓储信息、所述增材信息、所述减材信息、所述传输信息和所述监控信息；
16.所述控制台用于根据所述仓储信息、所述增材信息、所述减材信息、所述传输信息和所述监控信息对所述智能仓储模块、所述增材制造模块、所述减材制造模块、智所述能检测与微雕装配模块和物料输送模块进行调度。
17.优选地，所述智能仓储模块包括：
18.智能仓库，用于存储所述原材料和所述成品，并根据所述原材料和所述成品确定所述仓储信息；
19.搬运机器人，用于对所述原材料和所述成品进行搬运；
20.行走机构，与所述搬运机器人连接，用于带动所述搬运机器人运动。
21.优选地，所述增材制造模块包括：
22.3d打印机，用于制作第一零部件；
23.增材制造控制子模块，用于接收零件制造信息，并根据所述零件制造信息控制所述3d打印机的工作状态，并生成所述增材信息。
24.优选地，所述减材制造模块包括：
25.工业机器人，用于抓取所述原材料并进行运输；
26.数控加工装置，用于接收所述原材料，并对所述原材料进行车削加工和铣削加工，得到所述第二零部件；所述数控加工装置包括：数控车床和数控铣床；
27.减材制造控制子模块，用于接收零件制造信息，并根据零件制造信息控制所述工业机器人和所述数控加工装置的工作状态，并生成所述减材信息。
28.优选地，所述智能检测与微雕装配模块包括：
29.微雕子模块，用于对所述第一零部件和/或所述第二零部件的表面进行雕刻；
30.第一检测子模块，用于对所述第一零部件和/或所述第二零部件的尺寸、瑕疵、条码和字符进行检测，得到第一检测信息；
31.装配机器人，用于对所述第一零部件和/或所述第二零部件进行装配，得到所述成品；
32.第二检测子模块，用于对所述成品的尺寸、瑕疵、装配质量、条码和字符进行检测，得到第二检测信息；所述检测装配信息包括所述第一检测信息和所述第二检测信息。
33.优选地，所述物料输送模块包括：
34.agv子模块，用于完成所述原材料、所述成品、所述第一零部件和所述第二零部件在所述智能仓储模块、所述增材制造模块和所述减材制造模块之间的传输；
35.载具输送线，用于完成所述第一零部件和所述第二零部件在所述智能检测与微雕装配模块之间的传输；
36.物料缓存台，用于缓存所述原材料、所述成品、所述第一零部件和所述第二零部件；
37.变频调速子模块，与所述载具输送线连接，用于控制所述载具输送线的输送速度；
38.运输信息确定子模块，用于根据所述agv子模块、所述载具输送线、所述物料缓存台和所述变频调速子模块确定工件的所述传输信息。
39.优选地，所述视频监控模块包括：
40.多个摄像头，用于采集不同工序的实时图像信息；
41.存储磁盘阵列，分别与多个所述摄像头连接，用于存储所述实时图像信息；
42.硬盘录像机，与所述存储磁盘阵列连接，用于对所述实时图像信息进行图像处理，得到所述监控信息；
43.电子看板，与所述硬盘录像机连接，用于将所述监控信息进行显示。
44.优选地，还包括：
45.射频识别模块，用于对所述原材料、所述成品、所述第一零部件和所述第二零部件进行定位和识别。
46.优选地，还包括测试床体；所述智能仓储模块、所述增材制造模块、所述减材制造模块、所述智能检测与微雕装配模块、所述物料输送模块和所述视频监控模块均设置在所述测试床体上。
47.优选地，所述智能仓储模块包括多组立体库；所述立体库中设置有三层储料层；所述原材料和所述成品设置于所述储料层中。
48.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
49.本发明提供了一种智能制造安全测试床，包括：智能仓储模块、增材制造模块、减材制造模块、智能检测与微雕装配模块、物料输送模块、视频监控模块、制造企业生产过程执行管理模块、数据采集与监视控制模块和控制台。本发明中增材制造模块和减材制造模块能够对工件进行加工，从而生产出零部件，通过智能检测与微雕装配模块对零部件进行检测、雕刻和装配制得成品，本发明中工件通过物料输送模块进行运输，并通过视频监控模块、制造企业生产过程执行管理模块和数据采集与监视控制模块进行监控和信息互通，并利用控制台对所有工序进行调配，从而实现了多种典型工业场景和工艺流程的还原复现，便于对后续工艺的物理变化进行直观的展现，并能够模拟真实的网络攻击效果。
附图说明
50.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
51.图1为本发明提供的实施例中的测试床组成示意图；
52.图2为本发明提供的实施例中的测试床部署示意图；
53.图3为本发明提供的实施例中的减材制造模块结构图；
54.图4为本发明提供的实施例中的智能检测与微雕装配模块结构图；
55.图5为本发明提供的实施例中的智能仓储模块结构图；
56.图6为本发明提供的实施例中的视频监控系统架构图；
57.图7为本发明提供的实施例中的智能制造安全测试床主要工艺流程图；
58.图8为本发明提供的实施例中的工件智能制造生产流程图。
59.符号说明：
[0060]1‑
智能仓库，2
‑
搬运机器人，3
‑
行走机构，4
‑
agv站和agv小车，5
‑
工业机器人，6
‑
输送线体，7
‑
装配治具，8
‑
装配工作站，9
‑
检测系统，10
‑
激光雕刻机，11
‑
型材架体，12
‑
工业互联网平台模块，13
‑
车道，14
‑
数控铣床，15
‑
数控车床，16
‑
缓存装置，17
‑
3d打印机，18
‑
智能仓库控制系统，19
‑
电控系统。
具体实施方式
[0061]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0062]
本发明的目的是提供一种智能制造安全测试床，能够实现多种典型工业场景和工艺流程的还原复现。
[0063]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0064]
图1和图2为本发明提供的实施例中的测试床组成示意图，如图1和图2所示，本发明中智能制造安全测试床包括：智能仓储模块、增材制造模块、减材制造模块、智能检测与微雕装配模块、物料输送模块、视频监控模块、制造企业生产过程执行管理模块、数据采集与监视控制模块和控制台。
[0065]
在本实施中所述智能制造安全测试床还包括工业互联网平台模块12，所述工业互联网平台模块12与上述模块均通过电信号进行数据传输。且所述工业互联网平台模块12基于典型架构和多个应用场景，具备数据计入、iaas环境、paas环境和saas服务，同时内置多套入侵及攻击模型。
[0066]
本实施例中的所述增材制造模块用于根据3d打印技术制作第一零部件，并生成增材信息。
[0067]
优选地，所述增材制造模块包括：
[0068]
3d打印机17，用于制作第一零部件。
[0069]
增材制造控制子模块，用于接收零件制造信息，并根据所述零件制造信息控制所述3d打印机17的工作状态，并生成所述增材信息。
[0070]
具体的，所述增材制造模块由一台3d打印机17及相关的控制系统组成。用于制作装配时3d打印零件，并放置在智能仓储模块中，待与整个流程配合装配。首先对物料进行绘图建模，然后将建模文件存储到设备pc中，一旦有打印任务通过手动/自动模式将打印文件
调入到3d打印机17中进行模组的制作。
[0071]
可选地，所述增材信息包括已制造零件数、未制造零件数和任务数。
[0072]
图3为本发明提供的实施例中的减材制造模块结构图，如图3所示，本实施例中的所述减材制造模块用于根据所述原材料进行加工，得到第二零部件，并生成减材信息。
[0073]
优选地，所述减材制造模块包括：
[0074]
工业机器人5，用于抓取所述原材料并进行运输。
[0075]
数控加工装置，用于接收所述原材料，并对所述原材料进行车削加工和铣削加工，得到所述第二零部件；所述数控加工装置包括：数控车床15和数控铣床14。
[0076]
减材制造控制子模块，用于接收零件制造信息，并根据零件制造信息控制所述工业机器人5和所述数控加工装置的工作状态，并生成所述减材信息。
[0077]
具体的，所述减材制造模块负责工件原料的车铣加工，主要由2个工业机械臂、一台数控车床15、一台数控铣床14、两个agv站、一个agv小车、缓存装置16等组成。
[0078]
其中，工业机械臂为六轴联动机械手，负责工件的抓取及数控机床(包括数控车床15和数控铣床14)的喂料及加工后工件的取出。
[0079]
数控车床15：负责工件的车削加工。
[0080]
数控铣床14：负责工件的孔加工及铣削加工工件的平面和曲面。
[0081]
agv站和agv小车4：agv小车停靠取料、放料的站位。：agv站配合专机设备、工业机器人5等设备实现半成品或成品物料运送、移载等功能，进行移动式动态作业，并能与企业生产管理系统进行连接，实现生产自动化流通运行。
[0082]
缓存装置16：暂存物料的工件台或装置。
[0083]
具体的，所述agv小车沿着车道13进行物料的取料和放料。
[0084]
可选地，所述减材信息包括已制造零件数、未制造零件数和任务数。
[0085]
图4为本发明提供的实施例中的智能检测与微雕装配模块结构图，如图4所示，本实施例中的所述智能检测与微雕装配模块用于对所述第一零部件和/或所述第二零部件进行检测、表面雕刻和装配，得到成品，并生成检测装配信息。
[0086]
优选地，所述智能检测与微雕装配模块包括：
[0087]
微雕子模块，用于对所述第一零部件和/或所述第二零部件的表面进行雕刻。
[0088]
第一检测子模块，用于对所述第一零部件和/或所述第二零部件的尺寸、瑕疵、条码和字符进行检测，得到第一检测信息。
[0089]
装配机器人，用于对所述第一零部件和/或所述第二零部件进行装配，得到所述成品。
[0090]
第二检测子模块，用于对所述成品的尺寸、瑕疵、装配质量、条码和字符进行检测，得到第二检测信息；所述检测装配信息包括所述第一检测信息和所述第二检测信息。
[0091]
具体的，所述智能检测与微雕装配模块负责工件的检测、工件表面雕刻和零部件间的装配，主要由输送线体6、激光雕刻机10、两个工业机器人5、装配工作台和plc电控系统19等组件构建的微雕系统(微雕子模块)、检测系统9、检测微雕工作站和装配工作站8等组成。
[0092]
微雕系统：主要有一台激光雕刻机10组成，系统包括激光器、振镜扫描系统和三维调焦系统等部件。
[0093]
检测系统9：安装在激光雕刻机10上，使用光学仪器对工件进行打标质量和检测，以及配合检测的运动机构。主要由一套具备视觉算法工具、具备二次开发、支持图像传输、几何尺寸测量、瑕疵检测、装配质量检测等功能的视觉检测系统9和光学相机等组成。
[0094]
装配工作站8：完成装配动作的执行机构，以及夹爪和型材架体11等，包含装配机器人、装配工作台、装配治具7，主要有一个工件台和工业机器人5组成。
[0095]
plc控制系统：一套电气控制系统，主要由变频调速器、plc、电源模块、继电器等组成，负责智能检测与微雕装配系统的启动、停止、调速等控制操作。
[0096]
可选地，所述检测装配信息包括尺寸检测结果、瑕疵检测结果、条码检测结果和字符检测结果。
[0097]
图5为本发明提供的实施例中的智能仓储模块结构图，如图5所示，本实施例中的所述智能仓储模块用于对所述原材料和所述成品进行入出库操作，并生成仓储信息。
[0098]
优选地，所述智能仓储模块包括：
[0099]
智能仓库1，用于存储所述原材料和所述成品，并根据所述原材料和所述成品确定所述仓储信息。
[0100]
智能仓库控制系统18，用于控制所述智能仓库的出入库操作。
[0101]
搬运机器人2，用于对所述原材料和所述成品进行搬运。
[0102]
行走机构3，与所述搬运机器人2连接，用于带动所述搬运机器人2运动。
[0103]
具体的，所述智能仓储模块负责减材工件原料、成品入库和出库，主要由智能仓库1、搬运机器人2和行走机构3三部分组成，其中：
[0104]
1)智能仓库1负责所需零件原材料和成品工件存储，具体参数如下：
[0105]
外形尺寸：5000mm(l)*1000mm(w)*2000mm(h)；
[0106]
型材拼接成型；
[0107]
库位安装检测传感器。
[0108]
2)行走机构3：行走机构3主要功能：带动搬运机器人2运动，增大搬运机器人2取放料空间。
[0109]
3)搬运机器人2：搬运机器人2主要功能：实现智能仓库1中原材料的出库和成品工件入库的动作执行机构。
[0110]
作为一种可选的实施方式，所述智能仓储模块包括多组立体库；所述立体库中设置有三层储料层；所述原材料和所述成品设置于所述储料层中。
[0111]
本实施例中的所述物料输送模块用于完成所述原材料、所述成品、所述第一零部件和所述第二零部件的传输，生成传输信息。
[0112]
优选地，所述物料输送模块包括：
[0113]
agv子模块，用于完成所述原材料、所述成品、所述第一零部件和所述第二零部件在所述智能仓储模块、所述增材制造模块和所述减材制造模块之间的传输。
[0114]
载具输送线，用于完成所述第一零部件和所述第二零部件在所述智能检测与微雕装配模块之间的传输。
[0115]
物料缓存台，用于缓存所述原材料、所述成品、所述第一零部件和所述第二零部件。
[0116]
变频调速子模块，与所述载具输送线连接，用于控制所述载具输送线的输送速度。
[0117]
运输信息确定子模块，用于根据所述agv子模块、所述载具输送线、所述物料缓存台和所述变频调速子模块确定工件的所述传输信息。
[0118]
具体的，所述物料输送模块负责加工工件在各个工序的流转，主要由输送线体6、agv功能小车、缓存装置16和变频调速系统。
[0119]
其中，具体功能如下：
[0120]
1)输送线体6负责工件在微雕系统、检测系统9、检测微雕工作站和装配工作站8的输送。
[0121]
2)agv小车负责完成工件在智能仓储系统、增材制造系统、减材制造系统、智能检测与微雕装配系统之间的输送。
[0122]
3)缓存装置16完成工件在智能仓储系统、增材制造系统、减材制造系统、智能检测与微雕装配系统之间输送到位后的准确定位。
[0123]
4)变频调速系统负责载具装置的运送。
[0124]
图6为本发明提供的实施例中的视频监控系统架构图，如图6所示，本实施例中的所述视频监控模块用于监控所述增材制造模块、所述减材制造模块、所述智能检测与微雕装配模块、所述智能仓储模块和所述物料输送模块的工作状态，生成监控信息。
[0125]
优选地，所述视频监控模块包括：
[0126]
多个摄像头，用于采集不同工序的实时图像信息；
[0127]
存储磁盘阵列，分别与多个所述摄像头连接，用于存储所述实时图像信息；
[0128]
硬盘录像机，与所述存储磁盘阵列连接，用于对所述实时图像信息进行图像处理，得到所述监控信息；
[0129]
电子看板，与所述硬盘录像机连接，用于将所述监控信息进行显示。
[0130]
具体的，所述视频监控模块负责各加工工序和关键工位的实施监控，实现实时录像报警、报警抓拍、报警视频联动、蜂鸣器发声和联动策略设定等功能。主要由6个摄像头、1个存储磁盘阵列、1个硬盘录像机和1个电子看板组成。
[0131]
其中：摄像头负责实时图像采集；存储磁盘阵列负责存储视频数据信息；硬盘录像机负责视频不同通道的视频图像的处理；电子看板负责视频图像的显示。
[0132]
本实施例中的所述制造企业生产过程执行管理模块用于接收订单信息，并根据所述订单信息控制所述智能仓储模块、所述增材制造模块、所述减材制造模块、所述智能检测与微雕装配模块以及所述物料输送模块的工作状态。
[0133]
可选地，所述制造企业生产过程执行管理模块为mes系统，mes系统是一套专用的成熟化的管理系统，提供现场看板功能，并负责订单执行、设备监控、质量跟踪、用户交付以及订单执行进度的动态跟踪。
[0134]
具体的，所述mes系统具有如下特点：
[0135]
1)安全性
[0136]
在设计上保护用户身份的安全，实现功能权限和数据权限控制，保证客户端与服务器以及服务器之间的数据传输安全、关键数据的存储安全。
[0137]
2)灵活性
[0138]
在设计上具有适应业务变化的能力，如系统用户数量及业务量的增长、规则或代码的变化、业务单据的变更、业务流程重组等，能够尽可能地保证业务变化造成的影响局部
化、模块化、组件化和松耦合系统设计。
[0139]
3)易维护性
[0140]
该平台是涉及多模块的应用平台，信息状态的管理和监控尤为重要。充分考虑到系统的可管理、可维护性，使其在发生问题和故障时可以很容易地进行诊断，从而排除，降低系统管理员的负担。同时，管理与运行维护操作应尽量简便易行，避免对维护人员过高的要求，使最终用户也可能承担非关键非核心的管理和运行维护工作。
[0141]
4)可靠性
[0142]
高效的备份、恢复流程和技术，缩短由于数据库、硬件和应用升级等所带来的停止服务时间，整个系统有一套完善的错误处理机制，保证在正常情况下和极端情况下业务逻辑的正确性。
[0143]
5)开放性
[0144]
重要模块可以做到既可以单独运行也可以共享运行、提供其它模块和外部调用的函数、动态库等接口。
[0145]
6)真实性
[0146]
选择典型行业的核心工艺流程，采用真实的工控设备构建工业控制系统的监控层和控制层，基于具体工艺采用真实加工工件来构建被控对象物理系统，体现了真是的智能制造工艺加工工艺、工业场景和控制逻辑。
[0147]
7)可扩展性
[0148]
在设计上具有适应业务变化的能力，如系统用户数量及业务量的增长、规则或代码的变化、业务单据的变更、业务流程重组等，应尽可能地保证业务变化造成的影响局部化、模块化、组件化和松耦合系统设计。
[0149]
当系统容量发生变化时，应能通过在横向(tiers)和纵向(layers)的各个层次的扩充，保证系统合理的响应时间和负载能力。
[0150]
本实施例中的所述数据采集与监视控制模块用于采集所述仓储信息、所述增材信息、所述减材信息、所述传输信息和所述监控信息。
[0151]
可选地，所述数据采集与监视控制模块为mes系统，scada系统是一套数据采集与监视控制系统软件，集成用户管理组件、设备管理组件、数据采集组件、历史数据库、实时数据库、可视化组件、opc接口、第三方接口组件等于一体，是整个智能装配生产线的数据中心，负责执行数据采集与设备互联互通联网功能，包括综合现状监控、设备状态监控、生产网络监控。
[0152]
本实施例中的所述控制台用于根据所述仓储信息、所述增材信息、所述减材信息、所述传输信息和所述监控信息对所述智能仓储模块、所述增材制造模块、所述减材制造模块、智所述能检测与微雕装配模块和物料输送模块进行调度。
[0153]
优选地，所述控制台负责整条生产线的调度和各系统之间的协调控制，由操作台、plc、通信模块以及利用工业级交换机、路由器，建立设备之间的有线、无线通讯网络等组成。
[0154]
优选地，还包括：
[0155]
射频识别模块，用于对所述原材料、所述成品、所述第一零部件和所述第二零部件进行定位和识别。
[0156]
优选地，还包括测试床体；所述智能仓储模块、所述增材制造模块、所述减材制造模块、所述智能检测与微雕装配模块、所述物料输送模块和所述视频监控模块均设置在所述测试床体上。
[0157]
图7和图8分别为本发明提供的实施例中的智能制造安全测试床主要工艺流程图和工件智能制造生产流程图，如图7和图8所示，本实施例中的智能制造流程如下：
[0158]
步骤1：mes系统订单。
[0159]
mes系统接受客服的订单请求，并进行任务分解，然后执行加工计划，并把加工命令下发给总控制台系统，由总控制台协调各个子系统来执行加工任务。
[0160]
步骤2：总控制台协调。
[0161]
总控制台接受到mes系统的订单任务后，进行任务下发和协调各个子系统来执行加工任务。
[0162]
其中，总控制台由操作台、plc、模块及通讯所需硬件材料组成；
[0163]
plc系统使用西门子s7
‑
1200系列，集成的profinet接口用于hmi通信和plc之间通信。此外还通过开放的以太网协议支持与第三方设备(例如机器人、变频器、激光雕刻机10等设备)的通信。
[0164]
整个控制系统利用工业级交换机、路由器，建立设备之间的有线、无线通讯网络。由于有线网络相对无线网络更加稳定可靠，大部分设备采用有线网络通讯。无线网络主要用于不方便有线方式连接设备(例如agv设备)的通讯。
[0165]
步骤3：物料输送操作。
[0166]
物料输送模块为这个系统提供物料流转和运输功能。
[0167]
物料输送模块包含：载具输送线；agv系统；物料缓存台；变频调速系统
[0168]
载具输送线功能为：完成工件在微雕系统、检测系统9、检测微雕工作站和装配工作站8的输送。
[0169]
agv系统功能为：完成工件在智能仓储系统、增材制造系统、减材制造系统、智能检测与微雕装配系统之间的输送。
[0170]
物料暂存平台由整体框架、暂存架及定位机构组成。
[0171]
变频调速系统由变频器、变频电机以及必要的配电元件组成。
[0172]
步骤4：rfid扫码识别(射频识别模块)。
[0173]
rfid用于产品的物料追溯，在每个单元精挡停的位置配置有读写头，在托盘上装载rfid芯片。
[0174]
读写头：阅读器提供与发送应答器之间的感应通信，以及与通信模块的串行连接。
[0175]
步骤5：原材料的入库操作。
[0176]
管理系统下发订单后，mes系统调度七轴自动运载六轴机器人进行智能仓的储原材料入库存放操作。
[0177]
智能仓储模块含有三组立体库，分别存放3d打印产品、印章方形原料及成品库；每组立体库分三层存放原料；每层存放12件产品，人工收到命令后拉出托盘完成原料入库操作；每层托盘的每个工件都对应一个传感器，检测原料库位有无原料，并通过指示灯亮与暗做出直观指示。托盘立板为亚克力玻璃板材质，托盘板为铝板制作，工件定位架为pom材质制作。每组立体库侧边柜及底部作为电气元件及电缆布置区域。
[0178]
步骤6：原材料的出库操作。
[0179]
管理系统下发订单后，mes系统调度agv运载托盘到立体库agv站，系统判定agv就位后，rfid读写头清除载码体中信息；同时七轴机器人的第七轴(第七轴是在常规六轴机器人的基础上添加的一个附加轴)自动运载六轴机器人到指定的原料库位，按程序抓取印章方形原料，并通过第七轴自动返回到agv装料点，将印章方形原料放到agv托盘；取料过程完成后，rfid自动写入信息，完成后由agv运送到指定加工工位。
[0180]
订单下达后输送线体6自动运载托盘到装料工位，就位后rfid读写头清除载码体中信息，第七轴自动运载六轴机器人再抓取3d打印产品(基座)放置到输送线托盘，装料过程完成后，rfid自动写入信息，托盘运送到智能装配工位，供yumi抓取、装配。
[0181]
步骤7：增材制造模块。
[0182]
增材制造系统由3d打印机17及相关的控制系统组成。
[0183]
3d打印机17所需的3d模型格式为stl，需要预先存储到设备pc中，当有打印需求时，手动操作pc触摸屏，点击触摸屏中“打印”按钮，选择要打印的文件，即可进入自动打印过程，打印过程中支持暂停、退出等操作。
[0184]
步骤8：减材制造模块。
[0185]
减材制造模块由六轴机器人、机器人底座、i5数控车床15、i5数控铣床14、agv站、缓存装置16、rfid、电控柜等组成；实现机器人配合数控设备自动上下料，加工完成的工件存放在缓存工位，agv就位后，由六轴机器人抓取工件到agv托盘，由agv自动运送到下个工位。
[0186]
数控车床15工位：
[0187]
agv将印章方形原料运到车床agv站后，rfid读写头读取载码体信息后，六轴机器人抓取印章方形原料到缓存工位，缓存工位设置就位传感器，当工件放置就位后，发生原料就位信号给plc；缓存工位可放置检测两个印章方形原料，及两个加工后工件。agv托盘中工件全部放置到缓存平台后，rfid清除载码体信息，以供下次写入新的信息。当印章方形原料全部放置到缓存平台工位后，按程序控制，数控车床15自动打开防护门，六轴机器人抓取第一个印章方形原料安装到数控车床15，并自动卡紧工件，卡紧后六轴机器人退出数控车床15，防护门关闭后数控车床15自动加工印章圆头部分。加工完成后防护门自动打开，六轴机器人自动抓取工件并放置到加工完成工位。待工件加工完成后，rfid读写头重新写入工件信息到载码体，六轴机器人自动抓取加工完成工件到agv托盘中，并运送到铣床工位agv站。车床工位预估加工时间为3分钟。
[0188]
数控铣床14工位：
[0189]
铣床工位缓存平台、上下料等过程与数控车床15一致；数控铣床14暂时定义为仅加工印章四个平面及相关倒角。agv由数控车床15工位运送工件到铣床工位后，rfid读写头读取载码体信息，待所有工序加工完成后再有agv运送到微雕工位agv站。铣床工位的预估加工工艺时间为5分钟。
[0190]
(1)机床
[0191]
i5m1.4机床是针对消费电子行业开发的智能高速钻攻中心，主要用于加工手机、平板电脑等消费电子类产品的外壳、中框、按键等小型金属零部件，该产品将先进的机械设备同数控系统完美融合，在满足高效、高精、高表面光洁度加工要求的同时，还搭载了智能
操作、智能编程、智能诊断、智能管理(车间信息系统/手机i平台)等一系列独有的智能化功能。
[0192]
(2)i5系统
[0193]
i5是指工业化、信息化、网络化、智能化、集成化的有效集成。该系统误差补偿技术领先、控制精度达到纳米级。i5系统基于先进的运动控制底层技术和网络技术，诞生了基于互联网的智能终端，实现了操作智能化、编程智能化、维护智能化和管理智能化。
[0194]
(3)机床上下料系统
[0195]
机床上下料系统由六轴机器人、夹爪机构及相关传感器组成，用于完成减材系统各工位中工件原材料的出入机床的动作执行机构。
[0196]
步骤9：智能检测与微雕操作。
[0197]
agv运送工件到本工位agv站，rfid读写头读取载码体信息后，六轴机器人抓取工件到视觉检测工位，判断、调整位置后放置到微雕系统工作区域内进行雕刻。因印章字体在铣床加工效果不会太理想，所以考虑将字体部分由微雕设备进行雕刻。微雕雕刻内容分别为印章正面字体、印章侧面签名。当微雕雕刻完成后，六轴机器人抓取工件到视觉工位进行拍照、做记录。印章正面雕刻时间为5分钟，侧面签名雕刻时间为1分钟，工件6分钟。
[0198]
微雕设备及视觉系统工作完成后，六轴机器人将工件放置到yumi工作装配台的缓存工位，等待yumi抓取装配。
[0199]
输送线体6运送基座到yumi装配定位点后，rfid读写头读取载码体信息后，yumi右臂抓取基座到装配区域，yumi左臂视觉设备识别装配位置后，抓取印章成品自动装配到基座相应位置完成装配；成品通过yumi右臂放置到托盘中，输送线体6自动运送成品到立体库入库单元；rfid读写头读取载码体信息，第七轴自动运载六轴机器人到入库工位，自动抓取装配完成成品，放入到mes指定库位中，完成入库。
[0200]
当视觉系统识别到激光雕刻不符合要求时，输送线体6自动运转印章到入库定位点，通过六轴机器人自动由出库单元的滑槽排出，由人工进行下一步处理。
[0201]
步骤10：scada系统组态监控。
[0202]
scada系统用于获取底层的设备的运行信息，对底层的加工设备的运行情况机型监控。
[0203]
scada是整个智能装配生产线的数据中心，执行数据采集与设备互联互通联网功能，包括综合现状监控、设备状态监控、生产网络监控。
[0204]
(1)管理实时/历史数据库，支持智能制造线体数据的收集、汇总.
[0205]
(2)支持opc通信接口，支持opc da/ua两种模式。
[0206]
(3)支持常见工业通信协议，如：s7、modbus等。
[0207]
(4)具备大数据处理、报警管理能力。
[0208]
(5)支持标准hmi功能，具有图形化人机界面和动态图形创建管理能力。
[0209]
(6)支持图形组态、用户管理、数据处理等能力。
[0210]
(7)内置编程能力。
[0211]
步骤11：视频监控操作。
[0212]
视频监控系统用来对整个加工的过程中的各个加工进行实时监控，也可以查询历史监控画面。
[0213]
(1)本地监控：实现分组切换、轮询显示、远程控制、抓拍；
[0214]
(2)录像与回放：实现自动录像、检索、回放等操作；
[0215]
(3)报警联动：实现报警录像、报警抓拍、报警视频联动、蜂鸣器发声、报警联动视频浏览预案，联动策略设定，报警录像查询与回放。
[0216]
步骤12：成品的入库操作。
[0217]
经过检测无加工问题的成品，通过物料输送模块，将由mes系统调度agv运托盘到立体库agv站，rfid读写头清除载码体中信息；同时第七轴自动运载六轴机器人到指定的原料库位，自动抓取后存入智能仓库中的立体库完成成品的入库操作。
[0218]
步骤13：成品的出库操作。
[0219]
管理系统下发成品出库时，，mes系统调度agv运载托盘到立体库agv站，系统判定agv就位后，rfid读写头清除载码体中信息；同时第七轴自动运载六轴机器人到指定的原料库位，自动抓取成品后运到立体库出库滑槽完成出库。
[0220]
步骤14：关机操作。
[0221]
待完成整个工艺流程后，系统进行关机停电。
[0222]
本发明的有益效果如下：
[0223]
(1)本发明内置多种工业场景和工艺流程，可根据应用研究、实验和测试的需要进行工业场景和工艺流程的选择，并在给定工业场景和工艺流程背景下进行动态的功能模块组合，实现多种典型工业场景和工艺流程的还原复现，以及工业互联网应用的呈现。
[0224]
(2)本发明能够实现远程攻击后智能制造场景的数据采集及分析，从而利于技术人员对工业控制系统安全漏洞挖掘和防护进行研究。
[0225]
(3)本发明设计了一种设备可拓展的动态弹性可重构架构，设备可快速拆卸重组，能够兼容不同功能的工业设备(如数控机床、机器人、agv小车等)、同功能不同协议工业设备(如modbus协议控制器、s7协议控制器等)，便于设备维护、设备升级和改造，攻击测试和防护，具备设备兼容性、设备复用性、经济性、开放性。本发明选择典型行业的核心工艺流程，采用真实的工控设备构建工业控制系统的监控层和控制层，基于具体工艺采用物理模具、工艺组件和软件相结合的方式构建被控对象物理系统，结合多种生产控制展示表现形式，自行研究并应用了多控制器并联切换技术、设备可快速拆卸重组设计技术、变网络结构技术、靶标数据交互技术等，有效实现了仿真测试环境的快速联动、快速变更、快速应用。
[0226]
(4)本发明可用于学生实训，学生具备一定的理论基础但是缺乏实战经验，直接操作实体设备可能会发生安全事故，使用此装置可以很好的避免安全事故的发生，并且更加利于学生操作。
[0227]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0228]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。