智能制造背景下大学时期自动化智能化设备开发(2)
1)机器人单纯走点位搬运
在一些领域中,由于环境或者效率的问题,机器人代替了人工,将一个产品从这个地方搬运到另一个地方,就只做一个简单的点位取放动作。
2)机器人与其他控制器协同工作
在另一些领域中,由于产品的工艺要求,机器人需要和其他控制器之间相互通讯来完成一些连续、反馈的动作。比如,机器人和PLC或者视觉通过串口通讯,或者通过TCP协议通讯来达到工艺要求。机器人又是如何被控制的呢?从应用层面来讲,他是通过相应的运动控制函数或者说是机器人语言来控制机器人本体的动作和其他控制器的相互通讯。对于在校的同学来说,自己可以根据自己的知识选择一款或者几款不同品牌的机器人,认真研读其说明书,学习相应机器人硬件的连接和软件方面的语言编程。有条件的,可以去其公司学习,申请编程实操练习。
2.6 视觉方面
机器人视觉部分相当于人的眼睛,将拍摄的照片通过视觉的一系列算法,算出结果,从而输出给机器人控制器去控制机器人运动或者输出给其他控制器,去控制相应的机构去动作。如果设备不复杂,那么视觉可以单独在工控机中做一个小软件与机构配合工作。如果设备较复杂,那么视觉部分可以写在上位机软件里,搭建好框架和通讯方式,与机构配合工作。对于视觉开发这块主要以C++,C#等语言为主。在校的同学可以根据自己的喜好选择一种高级语言认真学习研究;另外可以学习学习OpenCV开源视觉库,了解了解HALCON、VisionPro等视觉软件,通过这些学习可以对自己视觉算法的研究和视觉的应用起到一定的帮助作用。
2.7 Mes方面
MES(Manufacturing Execution System)即制造企业生产过程执行系统,是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统[10-12]。这种MES系统一般在有生产的企业中是必不可少的。对于那些想毕业后从事这种系统开发的在校同学来说,在校期间主要好好研究一下C++,C#等高级语言以及和他们相关的通讯和数据库。学完之后可以根据自己的实际情况试着做一个小小的系统来巩固和训练自己所学的相关知识。
3 知识组成
3.1 知识框架
一台自动化智能化设备或者一条自动化智能化生产线,所需要的集成领域与分布关系,如图1所示。一台完整的自动化智能化设备或产线,在工作时,他内部的各个领域之间的相互关系:上位机软件会将客户输入的参数或数据传送到控制部分里面的PLC、运动控制卡、RB控制器或者其他的控制部分。然后,控制部分通过各种方法或者高级算法得出一个信号给电器元器件,通过串口、TCP或者其他的通讯方式去控制机构工作、RB工作、相机工作或者其他执行元件工作,最终完成设备或生产线所要达到的最终目的。在此生产期间,所有检测数据,生产数据,设备内部各种重要零部件的数据都会根据客户需求,通过MES系统,将其数据实时传送至看板和数据库,为企业家做出某种重要决策的依据,为维修师父对设备或生产线的保养计划提供科学依据等。
图1 集成领域与分布图
3.2 成功事例
通过对以上领域知识的练习、掌握,设计出了许多智能设备和智能产线。并且通过调试,他们都能够成功达到预期的功效。以下有几款重要的成功案例示意图。图2为智能插件机。该设备涉及到:上位机,机器人,视觉,PLC等领域知识;图3为汽车旋转开关产线。该生产线涉及到:机器人,视觉,PLC,总线等领域知识;图4是汽车撑杆产线。该生产线涉及到:机器人,运动控制卡,总线等领域知识。
图2 智能插件机图
图3 汽车旋转开关产线图
图4 汽车撑杆产线图
4 总结与展望
运用这套知识框架体系可以满足大众需求。如果想要做出自动化、智能化更高的设备或者生产线且成本较低的工程,那我们还有一定的提升空间。
下一步可以研究一下这样的知识框架体系,如图5所示。运用软件运动控制和EtherCAT实时总线,结合一体化软件控制算法,利用强大的Intel多核CPU运算能力,去控制机械机构、RB本体、相机等执行部分工作,从而达到完成项目预定的目标任务。这样的方式可以大大降低成本,并且让设备或者生产线的智能化程度更高。
图5 知识框架体系图
[1]刘星星.智能制造推动我国装备制造业升级发展研究[D].福州:福建师范大学,2017.
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