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摘要：结合工业机器人搬运、上下料领域的优势，将工业机器人、自动化立体仓库、AGV小车、自动加工单元、自动检测单元、自动装配单元、PLC、信息管理系统进行有机的结合，形成一套能够实现电机智能生产的生产线系统，通过该产线能够实现电机主要零件的自动加工、检测、标识处理、装配等工序，通过该生产线的建立，为机器人在智能制造生产线的教学应用提供一种创新、有效的解决方案，为后续智能制造方向的人才培养提供一套全面有效的应用支撑。
关键词：工业机器人;生产线;智能制造;实训教学
中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）11-0197-03
0 引言
随着现代生产方式的变革，生产过程不再是流水形式，而更倾向于离散式，能够根据市场的需求进行定制化生产，从而满足市场的需求，而智能生产线更应该具备灵活、高效、智能，而随着现代信息技术的发展对生线线的要求也越来越高，同时对数字化、集成化、网络化、智能化需求也越发明显。而在生产过程中势必离不开加工、检测、装配、物料周转等关键环节，这些环节的灵活、有机的结合，将最大程度的实现设备的实用效率，进而提高生产效率。同时，通过机器人及信息管理系统的接入，最大限度的降低人工劳动强度，着实的做到了提质、降本、增效的目的[1-3]。
1 系统的组成
该智能制造生产线系统结合智能立体仓库、物料输送单元、全自动加工单元、全自动检测单元、激光标识单元、自动装配单元、AGV系统及信息管理系统形成一套完成的智能生产线单元，同时借助PLC系统，能够实现各个分系统的协同工作，在该系统中能够实现伺服电机的壳体、前端盖、后端盖、电机轴的全自动加工过程，同时通过检测单元能够完成电机轴的自动检测，激光标识单元能够实现智能生产线的定制化处理，能够完成产品的标识跟踪，自动装配单元能够实现轴承的全自动压紧装配，同时通过直角坐标机器人系统，能够完成电机前端盖、后端盖的全自动螺钉锁紧装配过程，生产过程的物料全部通过AGV系统实现物料的自动周转。
根据产品特点及生产工艺流程要求，对生产区域进行合理的规划，最终形成了智能存储单元、智能加工单元、智能检测与标识单元、物流周转单元、全自动装配单元、信息管理调度控制系统六个核心区域，系统布局图如图1所示。
通过该系统能够有效的完成伺服电机的自动加工、装配及存储过程。
1.1 智能存储单元
智能存储单元采用智能立体库进行货物的自动存储过程，通过立体仓库能够实现毛坯、半成品、成品、装配过程标准件等货物的自动存储，存储方式采用专用托盘结构，不同的产品形态会放置到专用的托盘工装上，托盘信息记录采用现代比较流行的RFID技术，对托盘的物料信息进行记录，通过每道生产工序完成生产后，会自动的更新托盘信息，托盘流转到后续工序，通过RFID读码器进行读码，确定物料信息，然后再根据物料信息进行工序的生产。智能存储单元预设有三个对接接口，可以实现与加工生产线自动对接，同时预留两个AGV系统对接接口，可以实现不同形态产品的自动出、入库对接，从而实现物料的闭环管理。
1.2 智能加工单元
智能加工单元通过搬运机器人与数控加工机床结合，实现零件的全自动加工过程，该系统通过一台配备有外部移动轨道的六轴机器人与三台机床（一台数控加工中心、两台数控车床）实现四种零件的全自动加工过程，并在加工过程配合换面模块、对中模块实现零件的方向转换与对正，同时通过快换夹具单元实现不同夹手的快速更换，从而实现不同零件间的自动抓取过程。通过总控模块实现机器人与机床的自动调度控制[4]，机床与总控系統间形成交互信息如表1所示。
1.3 智能检测与标识单元
智能检测系统通过光学检测传感器实现对电机轴的自动检测，同时配备自动移动平台，确保检测过程中对待检测的电机轴进行轴向移动，从而实现阶梯轴各段轴径的自动检测，在该检测系统中采用基恩士的LS-7000传感器，实现电机轴的自动检测，该传感器通过远心镜头HL-CCD的光学系统，能帮助达到常规测微计的双倍速度和精度，测量精度可达±2μm，测量最大的检测直径可达65mm，将测量的数据记录到PLC系统中，并将数据写入RFID卡中，为后续轴的进一步加工提供数据支撑。同时，标识系统通过激光打标机，对伺服电机壳体进行标识处理，通过激光打标机的上位机与信息管理系统进行连接，实现定制的标识处理，该信息管理系统将数据写入激光打标机上位机系统中，激光打标机上位机通过内部软件处理，将信息转化成二维码信息，并利用自身的标识系统，实现二维码打标，完成定制化的信息输入，后期通过扫描二维码即可得到产品的信息。
1.4 物流周转单元
物流周转单元利用辊筒输送机、AGV转运系统、托盘站台实现各个独立单元间的物料自动周转，AGV系统自带举升功能，实现物料托盘的自动举升与降落。AGV系统通过信息管理系统接受取货-送货任务指令，同时AGV系统采用二维码的导航系统，仅需要在AGV的行走轨迹上粘贴关键点位二维码即可，既不破坏地面后期维护简便。AGV系统与辊筒输送机、托盘站台对接，实现托盘的自动装载过程，AGV车体托举托盘输送到指定位置，通过车体上的举升装置自动落下，将货物托盘自动放置到指定位置。通过AGV系统，可以实现物料托盘在多个工位间灵活传输，使生产过程更加灵活、方便，不再受限于传输方向的影响。 1.5 全自动装配单元
全自动装配单元，用于实现电机轴的支撑轴承装配和电机壳体与前后端盖的自动拧螺钉过程，电机轴的支撑轴承装配，采用专用的轴承压紧装置，实现两端轴承的自动压装过程，通过机器人系统，将轴自动放置道轴承壓紧装置上，启动轴承压紧装置，完成两个轴承的自动压紧过程。拧螺钉装配过程，采用直角坐标机器人系统，同时配备自动拧紧电批，实现螺钉的自动拧紧过程，螺钉通过自动震动料仓实现自动喂料，拧紧电批通过磁性批头对螺钉进行准确抓取，并按照预定的示教位置，准确的完成8棵螺钉的自动拧紧过程，从而实现电机壳体与前后端盖的自动装配过程。
1.6 信息管理调度控制
系统管理调度系统用于实现与智能存储单元、AGV系统、智能加工单元、智能检测标识单元、全自动装配单元五个系统间信息传递与过程控制，并能对下发生产任务订单进行过程监控，查看生产订单的完成工序，同时能够实现设备监控，并在该系统中能够完成设备维护维修管理，并实现定期的信息提示。
2 系统工作流程
系统的工作流程如图2所示，系统下发生产任务，生产任务由三部分内容组成，分别为加工任务、检测标识任务、装配任务，三个任务订单分别对应三个独立的生产单元即智能加工单元、智能检测与标识单元、全自动装配单元，三个独立的单元系统都配备有独立的PLC系统，用于完成独立单元内的设备控制与使用，同时将信息上报给信息管理系统，另外信息管理系统通过库存信息及生产订单情况，进行自动调度各个单元生产完成物料送至区域，最终完成产品的生产过程。
3 系统网络架构
整个智能制造生产线系统通过系统层、控制层、执行层三个方面进行管理与控制，系统层对数据及任务进行管理，同时下发并接受控制层上传信息，对信息进行分析处理及显示，控制层对数据及任务进行分级处理并指导设备进行相应动作操控，同时对完成任务进行上传。执行层即最终完成与实现具体动作并在完成动作任务后进行反馈，实现具体任务的上传，通过三层的网络结构，可以清晰明了的进行信息交互、指令控制、动作反馈，从而使智能制造生产线能够有机协调的运转。系统网络架构图如图3所示。
在智能生产线系统中，各个独立单元通过PLC系统实现自动控制过程，同时通过信息管理系统进行各个单元间协调控制与调度，同时信息管理系统能够实现对生产信息、生产进度、生产流程、设备状态、机器人运行参数信息进行跟踪与实时显示。在本系统中各个独立单元与各设备间采用不同的网络交互协议，系统层与控制层采用OPC、TCP/IP的交互方式，控制层与各控制单元采用profinet总线、IO的交互方式[5]，智能生产线系统网络交互如图4所示。
4 结束语
该智能制造生产线系统以伺服电机为载体，能够支持多个独立单元的运行，同时又能够完成整线的自动生产过程，该套系统中将智能制造过程中应用的多种制造设备及生产工艺融合在一起，使实训学员能够对多个领域和生产环节进行实践实训，为更进一步的理解智能制造的概念，为其后期在工作中更好的应用智能制造方法，提供了一种良好的实践设备。同时，该套系统也为智能制造方向的实训提供了一个系统、全面的生产应用模式，而该模式的应用也会对未来智能制造的发展提供一种应用支撑。
参考文献：
[1]董国强，徐英锋，等.智能制造技术在工业自动化生产线中的应用探究[J].科技创新与应用，2020（34）：98-99.
[2]杨啟鑫.智能制造在机电一体化技术中的应用 [J].机电技术与应，2020（9）：148-149.
[3]朱继凯.关于机电一体化技术在智能制造中的运用研究 [J].湖北农机化，2020（6）：191.
[4]韩鸿鸾.工业机器人与CNC机床集成上下料 工作站技术应用[J].金属加工，2018（1）：72-75.
[5]陈亮，彭林，任彦仰.基于PROFINET协议实现工控机与S7-1200的远程通信[J].数字技术与应用，2019，37（6）：24，26.
关键词：工业机器人;生产线;智能制造;实训教学
中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）11-0197-03
0 引言
随着现代生产方式的变革，生产过程不再是流水形式，而更倾向于离散式，能够根据市场的需求进行定制化生产，从而满足市场的需求，而智能生产线更应该具备灵活、高效、智能，而随着现代信息技术的发展对生线线的要求也越来越高，同时对数字化、集成化、网络化、智能化需求也越发明显。而在生产过程中势必离不开加工、检测、装配、物料周转等关键环节，这些环节的灵活、有机的结合，将最大程度的实现设备的实用效率，进而提高生产效率。同时，通过机器人及信息管理系统的接入，最大限度的降低人工劳动强度，着实的做到了提质、降本、增效的目的[1-3]。
1 系统的组成
该智能制造生产线系统结合智能立体仓库、物料输送单元、全自动加工单元、全自动检测单元、激光标识单元、自动装配单元、AGV系统及信息管理系统形成一套完成的智能生产线单元，同时借助PLC系统，能够实现各个分系统的协同工作，在该系统中能够实现伺服电机的壳体、前端盖、后端盖、电机轴的全自动加工过程，同时通过检测单元能够完成电机轴的自动检测，激光标识单元能够实现智能生产线的定制化处理，能够完成产品的标识跟踪，自动装配单元能够实现轴承的全自动压紧装配，同时通过直角坐标机器人系统，能够完成电机前端盖、后端盖的全自动螺钉锁紧装配过程，生产过程的物料全部通过AGV系统实现物料的自动周转。
根据产品特点及生产工艺流程要求，对生产区域进行合理的规划，最终形成了智能存储单元、智能加工单元、智能检测与标识单元、物流周转单元、全自动装配单元、信息管理调度控制系统六个核心区域，系统布局图如图1所示。
通过该系统能够有效的完成伺服电机的自动加工、装配及存储过程。
1.1 智能存储单元
智能存储单元采用智能立体库进行货物的自动存储过程，通过立体仓库能够实现毛坯、半成品、成品、装配过程标准件等货物的自动存储，存储方式采用专用托盘结构，不同的产品形态会放置到专用的托盘工装上，托盘信息记录采用现代比较流行的RFID技术，对托盘的物料信息进行记录，通过每道生产工序完成生产后，会自动的更新托盘信息，托盘流转到后续工序，通过RFID读码器进行读码，确定物料信息，然后再根据物料信息进行工序的生产。智能存储单元预设有三个对接接口，可以实现与加工生产线自动对接，同时预留两个AGV系统对接接口，可以实现不同形态产品的自动出、入库对接，从而实现物料的闭环管理。
1.2 智能加工单元
智能加工单元通过搬运机器人与数控加工机床结合，实现零件的全自动加工过程，该系统通过一台配备有外部移动轨道的六轴机器人与三台机床（一台数控加工中心、两台数控车床）实现四种零件的全自动加工过程，并在加工过程配合换面模块、对中模块实现零件的方向转换与对正，同时通过快换夹具单元实现不同夹手的快速更换，从而实现不同零件间的自动抓取过程。通过总控模块实现机器人与机床的自动调度控制[4]，机床与总控系統间形成交互信息如表1所示。
1.3 智能检测与标识单元
智能检测系统通过光学检测传感器实现对电机轴的自动检测，同时配备自动移动平台，确保检测过程中对待检测的电机轴进行轴向移动，从而实现阶梯轴各段轴径的自动检测，在该检测系统中采用基恩士的LS-7000传感器，实现电机轴的自动检测，该传感器通过远心镜头HL-CCD的光学系统，能帮助达到常规测微计的双倍速度和精度，测量精度可达±2μm，测量最大的检测直径可达65mm，将测量的数据记录到PLC系统中，并将数据写入RFID卡中，为后续轴的进一步加工提供数据支撑。同时，标识系统通过激光打标机，对伺服电机壳体进行标识处理，通过激光打标机的上位机与信息管理系统进行连接，实现定制的标识处理，该信息管理系统将数据写入激光打标机上位机系统中，激光打标机上位机通过内部软件处理，将信息转化成二维码信息，并利用自身的标识系统，实现二维码打标，完成定制化的信息输入，后期通过扫描二维码即可得到产品的信息。
1.4 物流周转单元
物流周转单元利用辊筒输送机、AGV转运系统、托盘站台实现各个独立单元间的物料自动周转，AGV系统自带举升功能，实现物料托盘的自动举升与降落。AGV系统通过信息管理系统接受取货-送货任务指令，同时AGV系统采用二维码的导航系统，仅需要在AGV的行走轨迹上粘贴关键点位二维码即可，既不破坏地面后期维护简便。AGV系统与辊筒输送机、托盘站台对接，实现托盘的自动装载过程，AGV车体托举托盘输送到指定位置，通过车体上的举升装置自动落下，将货物托盘自动放置到指定位置。通过AGV系统，可以实现物料托盘在多个工位间灵活传输，使生产过程更加灵活、方便，不再受限于传输方向的影响。 1.5 全自动装配单元
全自动装配单元，用于实现电机轴的支撑轴承装配和电机壳体与前后端盖的自动拧螺钉过程，电机轴的支撑轴承装配，采用专用的轴承压紧装置，实现两端轴承的自动压装过程，通过机器人系统，将轴自动放置道轴承壓紧装置上，启动轴承压紧装置，完成两个轴承的自动压紧过程。拧螺钉装配过程，采用直角坐标机器人系统，同时配备自动拧紧电批，实现螺钉的自动拧紧过程，螺钉通过自动震动料仓实现自动喂料，拧紧电批通过磁性批头对螺钉进行准确抓取，并按照预定的示教位置，准确的完成8棵螺钉的自动拧紧过程，从而实现电机壳体与前后端盖的自动装配过程。
1.6 信息管理调度控制
系统管理调度系统用于实现与智能存储单元、AGV系统、智能加工单元、智能检测标识单元、全自动装配单元五个系统间信息传递与过程控制，并能对下发生产任务订单进行过程监控，查看生产订单的完成工序，同时能够实现设备监控，并在该系统中能够完成设备维护维修管理，并实现定期的信息提示。
2 系统工作流程
系统的工作流程如图2所示，系统下发生产任务，生产任务由三部分内容组成，分别为加工任务、检测标识任务、装配任务，三个任务订单分别对应三个独立的生产单元即智能加工单元、智能检测与标识单元、全自动装配单元，三个独立的单元系统都配备有独立的PLC系统，用于完成独立单元内的设备控制与使用，同时将信息上报给信息管理系统，另外信息管理系统通过库存信息及生产订单情况，进行自动调度各个单元生产完成物料送至区域，最终完成产品的生产过程。
3 系统网络架构
整个智能制造生产线系统通过系统层、控制层、执行层三个方面进行管理与控制，系统层对数据及任务进行管理，同时下发并接受控制层上传信息，对信息进行分析处理及显示，控制层对数据及任务进行分级处理并指导设备进行相应动作操控，同时对完成任务进行上传。执行层即最终完成与实现具体动作并在完成动作任务后进行反馈，实现具体任务的上传，通过三层的网络结构，可以清晰明了的进行信息交互、指令控制、动作反馈，从而使智能制造生产线能够有机协调的运转。系统网络架构图如图3所示。
在智能生产线系统中，各个独立单元通过PLC系统实现自动控制过程，同时通过信息管理系统进行各个单元间协调控制与调度，同时信息管理系统能够实现对生产信息、生产进度、生产流程、设备状态、机器人运行参数信息进行跟踪与实时显示。在本系统中各个独立单元与各设备间采用不同的网络交互协议，系统层与控制层采用OPC、TCP/IP的交互方式，控制层与各控制单元采用profinet总线、IO的交互方式[5]，智能生产线系统网络交互如图4所示。
4 结束语
该智能制造生产线系统以伺服电机为载体，能够支持多个独立单元的运行，同时又能够完成整线的自动生产过程，该套系统中将智能制造过程中应用的多种制造设备及生产工艺融合在一起，使实训学员能够对多个领域和生产环节进行实践实训，为更进一步的理解智能制造的概念，为其后期在工作中更好的应用智能制造方法，提供了一种良好的实践设备。同时，该套系统也为智能制造方向的实训提供了一个系统、全面的生产应用模式，而该模式的应用也会对未来智能制造的发展提供一种应用支撑。
参考文献：
[1]董国强，徐英锋，等.智能制造技术在工业自动化生产线中的应用探究[J].科技创新与应用，2020（34）：98-99.
[2]杨啟鑫.智能制造在机电一体化技术中的应用 [J].机电技术与应，2020（9）：148-149.
[3]朱继凯.关于机电一体化技术在智能制造中的运用研究 [J].湖北农机化，2020（6）：191.
[4]韩鸿鸾.工业机器人与CNC机床集成上下料 工作站技术应用[J].金属加工，2018（1）：72-75.
[5]陈亮，彭林，任彦仰.基于PROFINET协议实现工控机与S7-1200的远程通信[J].数字技术与应用，2019，37（6）：24，26.