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适于工程训练的数字化柔性制造系统集成方案分

作者:admin2014-11-17 11:17阅读:文章来源:未知

       随着国家对创新实践人才培养的大力支持与推动,工程训练己被作为高等学校培养高端工程技术人才的重要实践教学环节,特别是在先进制造方面,着重培养学生面对屏幕掌控制造过程的能力.因此,在实践教学中非常重视FMS的应用,许多高校纷纷与相关企业一起来设计和研发适用于高校人才培养需求的FMS实践教学系统,但具体功能设计、系统集成及设备配置方案大不相同.

  本文基于巨林科教实业有限公司研究开发的ETMS130S项目,对高等学校工程训练中FMS系统的总体设计策略、设备集成方案等做了探索与研究,并提出了适用于普通高等工科院校现代制造训练部分人才综合能力培养的途径,旨在为推动FMS系统在高校“卓越工程师”培养中的进一步研究探索提供借鉴.

  1. ETMS建构

  1.1 ETMS构建ETMS集成原则

  柔性制造系统(Flexible Manufacture System FMS)是由数控加工设备、物料运输和计算机控制系统组成的自动化生产系统,己经成为现代制造工业发展的关键技术之一,并在国内外企业中被成功应用.改革开放以来,随着我国对先进制造技术的日益重视,以FMS为代表的先进制造技术也有了较快的发展.目前我国投入调试和使用约15个左右FMS系统虽然国内一些企业己经实施了柔性生产策略,但其实际效果距人们的期望值相差甚远,还存在许多问题甚至误区,特别是将其作为领衔新技术研发和应用的高等院校,由于在FMS的开发应用方面起步较晚,故滞后于工业技术的发展.有研究者认为柔性制造系统是对工程师和计划人员的挑战.而适于工程训练的柔性制造系统(ETMS)逐渐受到研究者的关注.

  适用于工程训练的柔性制造系统构建方案原则是依据当前主流成熟技术、主流成熟装备,并尽量结合高校现有资源(设备和软件)进行技术和系统集成,在确保每个组成单元稳定可靠的基础上,考虑技术的先进性、可行性和工业化,有机的将各个单元组合成具有一定创新性、先进性和实用性的数字化柔性加工制造实践教学系统.

  1.2 ETMS集成策略

  ETMS系统的建设目标区别于一般企业的建设目标,其要求结合高校的现代教学特性,能满足机械设计与制造、电气与控制、机电综合、计算机网络、机器人技术、物流相关技术等方面的综合能力训练要求,也满足大学生实践教学中现代综合能力训练培养的要求,因此系统总体构建方案须真实地体现并服务于实践教学.系统构建要集成当前工业设计、生产和控制的前沿技术,完全采用工业化的元器件,模拟工业化的现场环境,以让学生能全面认识工业生产现场设备的组织形式和生产方式.

  基于此,ET-FSM总体集成方案按功能划分,包含数字设计分系统、加工制造分系统(MES)、检测分系统、生产物流分系统和信息管理分系统5部分,它包含了原材料管理、数字化设计加工、柔性化装配、混合输送、集中存储等一系列自动化过程,能充分展现复合型生产中数字化管理生产的各个环节.ET-FSM数字化柔性制造系统总体集成方案结构.

  1.3 ET-FSM特性ET-FSM系统具有一些相关特性以满足高校大学生工程训练的的要求.具体来说,ET-FSM具有以下特点:

  1)集成性.该系统采用ProfiBusP工业现场总线技术,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的基础上,将各个执行单元如物流系统、机器人、检测与装配、仓储系统和数字信息管理系统等进行有机集成,以成为贴近工业生产流程的教学实训柔性制造系统.

  2)开放性.该系统较容易和工业上其他工业装备进行技术集成,并可接受新的功能子模块及与同功能子模块进行置换.软件系统由于采用通用软件开发平台,故有利于教师和学生进行深层次的系统二次开发,为课题研究工作提供方便.

  3)智能性.该系统能方便地调整工艺路线,重设加工流程,能满足小批量、多品种的柔性制造要求,体现了夹具及刀具等加工的柔性生产工艺路线.由于采用了网络通讯、RFID, ZigBee物联网数据传输等先进技术,系统在执行控制任务时,具有根据知识信息进行行为规划及学习的能力.

  4)可靠性.该系统的建立依据现有成熟技术、成熟装备进行技术集成,并专门设计了安全保护系统,确保每个组成单元在稳定可靠的基础上无控制错误.

  5)适应性.该系统的单个加工执行单元如物流传输线、机器人、立体仓储、检测设备等具有“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,并可实时得出关于生产方案、工艺路线、资源分配的变动策略,以满足教学训练和小批量科研加工要求.

  6)工业化.该系统构建虽然以实践教学为目标,但其所有构成单元设备以及整个系统都选用了先进的工业级标准装备和技术,真实贴近工业化生产,使学生熟悉真实的工业环境. ET-FSM集成方案将各个单元组合成具有一定创新性、先进性的数字化柔性集成制造系统.系统在满足教学的基础上尽可能地贴近工业化,充分考虑到学生的参与性,以做到教学与工业的无缝对接.

  2 ETFMS控制集成方案

  ET-FSM系统的设备集成布局方案,根据用户现有设备、现场实际使用环境以及功能要求而设计,系统包括:数控车削中心、四轴加工中心、高速雕铣机、机器人移动轨、倍速链传输线、自动装配站、自动检测单元及信息终端等.因此,ET-FSM集成控制结构方案为所有设备通过网络通信技术构建设计、制造、物流、仓储、信息管理之间控制信息相连接,组成全自动控制的柔性制造集成系统,实现整体系统的集成分层控制.ET-FSM系统架构层次.

  2. 1数字设计分系统方案数字设计分系统依据中国机械设计的国家标准和使用习惯,具备机械专业设计功能,且拥有标准、规范的工艺模板、工艺资源知识等强大功能,可实现以下主要功能:工艺路线、工序管理、CAD文档管理、NC代码管理、机器人代码管理等工艺数据输入;物料清单维护、物料低阶码推算、无物料清单物料查询以及相关维护等工作.

  3结束语

  ET-FSM系统集成解决方案基本涵盖了在工业领域得到广泛应用的各种先进控制技术及工业前沿领域的特种加工技术,从高校工程训练实践教学角度出发,可使学生得到机械、电子、控制、网络通讯、系统集成以及信息技术等方面的综合锻炼与实践.通过模拟某单件产品的实际制造过程,实现了现代先进制造业中各项基本控制技术的应用训练,为学生提供可通过仿真和实物分别进行综合学习、科学研究和实践操作的途径,实际应用后取得良好效果. 后续的研究将进一步针对不同高校的特点、人才培养模式及其设备配置情况,研究模块化、开放式、快速集成等策略的应用技术,并进一步完善该系统.

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