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1 方案背景與目標(biāo)

在全球經(jīng)濟(jì)一體化與數(shù)字化技術(shù)快速發(fā)展的大環(huán)境下，市場競爭日益激烈，制造企業(yè)面臨著如何兼顧滿足消費(fèi)者多樣化需求與保持高效生產(chǎn)及優(yōu)質(zhì)品質(zhì)的雙重挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）當(dāng)傳統(tǒng)生產(chǎn)線面臨切換不同產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)時，由于設(shè)備大多基于固定的生產(chǎn)模式構(gòu)建，缺乏自適應(yīng)調(diào)整機(jī)制，導(dǎo)致設(shè)備調(diào)整工序復(fù)雜且耗時費(fèi)力，進(jìn)而造成生產(chǎn)效率低下。

（2）在應(yīng)對不同產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，增加了過程質(zhì)量控制的難度。在生產(chǎn)過程中容易受到設(shè)備參數(shù)波動、原材料性能差異以及人為操作誤差等多重因素的干擾，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊、不良品率高，使企業(yè)的生產(chǎn)成本增加，對企業(yè)的品牌形象與市場競爭力造成了負(fù)面影響。

當(dāng)下，柔性制造成為制造企業(yè)破局的關(guān)鍵戰(zhàn)略方向，其核心在于快速、高效地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的多品種、小批量生產(chǎn)切換，同時確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定可靠與生產(chǎn)過程的高效流暢。

基于華龍PLC的具身智能生產(chǎn)線正是針對這一需求而設(shè)計(jì)，華龍具身智能生產(chǎn)線能夠根據(jù)不同產(chǎn)品的生產(chǎn)要求快速調(diào)整生產(chǎn)流程與參數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的智能協(xié)同與精準(zhǔn)控制，保障產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，同時優(yōu)化信息傳遞鏈路，有效解決傳統(tǒng)生產(chǎn)線在柔性制造轉(zhuǎn)型過程的難題，滿足制造企業(yè)向柔性制造的深度轉(zhuǎn)型與升級。

2 方案詳細(xì)介紹

基于華龍訊達(dá)國產(chǎn)PLC工業(yè)控制系統(tǒng)的具身智能生產(chǎn)線是采用矩陣式生產(chǎn)理念，由若干智能生產(chǎn)小島構(gòu)成，包括平臺底座小島、配料智能輸送小島、機(jī)器人上料小島、皮帶機(jī)傳送小島、推送上料小島，搬運(yùn)輸送小島，智能產(chǎn)品瓶裝打標(biāo)小島、機(jī)器智能裝配小島，機(jī)器人全自動下料小島構(gòu)成，并深度融合工業(yè)控制、物聯(lián)網(wǎng)，智能裝配、虛擬仿真、數(shù)字孿生、生產(chǎn)制造智能管理系統(tǒng)等先進(jìn)制造技術(shù)，各個單元組件既可單獨(dú)運(yùn)行，也可自由組合為一體，兼顧教學(xué)和生產(chǎn)功能需求。

產(chǎn)線各工位采用獨(dú)立控制模式，可自由組合，完成產(chǎn)線的搭建，同時可對載具以及各組裝部件更換后，滿足柔性化生產(chǎn)。

A. 平臺底座小島主要承載機(jī)械組件、電氣控制系統(tǒng)器件安裝，平臺底部設(shè)計(jì)有腳輪與地腳，可實(shí)現(xiàn)移動運(yùn)輸，通過調(diào)節(jié)地腳來固定平臺。

底座小島由兩個獨(dú)立的鋁合金箱體連接組成，內(nèi)部安裝電氣控制系統(tǒng)器件安裝板，臺面安裝機(jī)械單元組件。

智能生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)會配備一個總控PLC作為主站，各自動化設(shè)備作為從站。每臺設(shè)備都有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)調(diào)試，也可以聯(lián)機(jī)調(diào)試。通過以太網(wǎng)通信和EtherCAT協(xié)議實(shí)現(xiàn)各小島間的協(xié)調(diào)控制和數(shù)據(jù)采集，從而提升生產(chǎn)線的整體效率和運(yùn)行穩(wěn)定性。

B. 配料智能輸送小島單元控制系統(tǒng)

配料智能輸送小島單元控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對物料的分揀，可以根據(jù)預(yù)設(shè)的程序和指令，進(jìn)行物料分揀、輸送、抓取和搬運(yùn)物品。

C. 機(jī)器人上料小島單元控制系統(tǒng)

機(jī)器人上料小島單元控制系統(tǒng)是一種高度自動化的控制系統(tǒng)，旨在通過機(jī)器人技術(shù)和傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自動拾取上料操作。系統(tǒng)由主控PLC、工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動器、傳感器和若干執(zhí)行元件組成。系統(tǒng)由PLC實(shí)現(xiàn)上料機(jī)器人控制程序、報(bào)警信息、對中平臺控制、模擬量處理、伺服控制以及與配料智能輸送小島交互等功能。

機(jī)器人上料小島單元控制系統(tǒng)通過集成先進(jìn)的PLC技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和自動化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了高效的生產(chǎn)流程。

D. 皮帶機(jī)傳送小島單元控制系統(tǒng)是通過PLC程序控制伺服電機(jī)啟停，滿足物料到達(dá)推送上料小島推進(jìn)位置的準(zhǔn)確性。

E. 推送上料小島單元控制系統(tǒng)

推送上料小島單元作為整個智能生產(chǎn)線中的其中一段，完成產(chǎn)品推進(jìn)輸送，系統(tǒng)采用工業(yè)4.0標(biāo)準(zhǔn)，重要參數(shù)由集中控制系統(tǒng)進(jìn)行采集和下發(fā)，由集中控制系統(tǒng)對每個智能小島的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和管控，以保證生產(chǎn)品質(zhì)的可靠掌控。

系統(tǒng)由一臺PLC對伺服電機(jī)、六軸機(jī)器人等進(jìn)行控制，并且運(yùn)用多種感應(yīng)器，實(shí)時感知設(shè)備各個運(yùn)動節(jié)點(diǎn)，確保設(shè)備運(yùn)作穩(wěn)定可靠。

F. 搬運(yùn)輸送小島單元控制系統(tǒng)

搬運(yùn)輸送小島單元控制系統(tǒng)主要是控制直線模組完成各工位之間的物料傳遞，通過程序控制氣缸完成物料抓取、上下、旋轉(zhuǎn)等動作，滿足產(chǎn)品生產(chǎn)需求。

G. 智能產(chǎn)品瓶裝打標(biāo)小島單元控制系統(tǒng)

智能產(chǎn)品瓶裝打標(biāo)小島單元控制系統(tǒng)主要是控制設(shè)備自動完成打印批號與防差錯等工作，并且能滿足包裝不同品規(guī)產(chǎn)品的柔性控制功能。

控制系統(tǒng)由包裝材料拾取控制單元、物品拾取控制單元、打標(biāo)控制單元、協(xié)同控制單元和防差錯子系統(tǒng)組成。系統(tǒng)集成先進(jìn)控制、軟件和傳感技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)高效、精確的操作。

H.智能裝配小島單元控制系統(tǒng)

智能裝配小島單元控制系統(tǒng)是一種高度自動化的控制系統(tǒng)，旨在通過程序控制電池閥控制氣缸運(yùn)行，完成產(chǎn)品輸送以及裝配工序。

J.機(jī)器人下料小島單元控制系統(tǒng)

機(jī)器人下料小島單元控制系統(tǒng)是一種高度自動化的控制系統(tǒng)，旨在通過機(jī)器人技術(shù)和自控技術(shù)實(shí)現(xiàn)將生產(chǎn)線上的產(chǎn)品自動拾取，并擺放到產(chǎn)品下線工位，等待產(chǎn)品運(yùn)送入庫。系統(tǒng)由主控PLC、工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動器、傳感器和若干執(zhí)行元件組成。

系統(tǒng)由PLC實(shí)現(xiàn)下料機(jī)器人控制程序、報(bào)警信息、對中平臺控制、模擬量處理、伺服控制等功能。機(jī)器人下料小島單元控制系統(tǒng)通過集成先進(jìn)的PLC技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和自動化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高效的生產(chǎn)流程。

3 代表性及推廣價值

（1）智能生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)構(gòu)建

打造了以華龍PLC為核心的智能生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)，將生產(chǎn)線中的各類設(shè)備、傳感器等無縫連接，實(shí)現(xiàn)了全流程的集中管控與協(xié)同作業(yè)。與傳統(tǒng)生產(chǎn)線的分散式控制模式不同，智能生產(chǎn)線集中控制系統(tǒng)可對生產(chǎn)線上的機(jī)械運(yùn)動、電氣參數(shù)、工藝流程等進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配與精準(zhǔn)優(yōu)化。

（2）模塊化柔性生產(chǎn)單元設(shè)計(jì)

采用模塊化架構(gòu)設(shè)計(jì)，企業(yè)可依據(jù)自身生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品類型及業(yè)務(wù)發(fā)展需求對加工小島進(jìn)行擴(kuò)充或精簡。同時生產(chǎn)線上的各個加工站具備獨(dú)立完成特定加工工序的能力，在新產(chǎn)品試制、小批量定制生產(chǎn)以及應(yīng)對緊急生產(chǎn)任務(wù)時，提升了企業(yè)生產(chǎn)組織的彈性與應(yīng)變能力。

（3）人機(jī)協(xié)作智能交互模式

構(gòu)建了全新的人機(jī)協(xié)作工作模式，使用HMI構(gòu)建集成實(shí)時監(jiān)視、報(bào)警管理、數(shù)據(jù)分析等模塊，幫助操作員監(jiān)控和控制自動化過程，以提高生產(chǎn)效率和系統(tǒng)的可靠性。通過3D建模與動畫仿真技術(shù)，將原本抽象、復(fù)雜的生產(chǎn)流程與設(shè)備結(jié)構(gòu)以直觀、生動的3D圖像呈現(xiàn)出來。操作人員只需通過智能終端設(shè)備，可對生產(chǎn)過程進(jìn)行全方位、多角度的可視化監(jiān)控。

具身智能生產(chǎn)線的應(yīng)用，成功推動了制造企業(yè)生產(chǎn)過程向自動化與智能化方向邁進(jìn)，降低了產(chǎn)品的不良品率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及其一致性，進(jìn)而增強(qiáng)了企業(yè)的市場競爭力。還為行業(yè)內(nèi)其他企業(yè)設(shè)備更新改造、生產(chǎn)模式創(chuàng)新方面樹立了標(biāo)桿，對于推動我國智能制造產(chǎn)業(yè)整體水平的提升，具有至關(guān)重要的戰(zhàn)略意義及示范引領(lǐng)作用。