專利名稱：微型教學(xué)工廠系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
微型教學(xué)工廠系統(tǒng)
一、 技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，尤其是涉及一種微型教學(xué)工廠系統(tǒng)，是一 種通過通用計(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)硬件、微型機(jī)械制造設(shè)備、生產(chǎn)現(xiàn)場輔助設(shè)備 等建立的可進(jìn)行實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、企業(yè)運(yùn)營的實(shí)戰(zhàn)型、開放的、可自 由靈活擴(kuò)展的培訓(xùn)平臺，用于進(jìn)行管理類、機(jī)械類、計(jì)算機(jī)類等專業(yè)的實(shí)踐性 教學(xué)培訓(xùn)。
二、 背景技術(shù)
隨著就業(yè)巿場競爭的日益加劇，用人單位對應(yīng)聘人員的要求也越來越高，尤 其是對求職者"有若干年企業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)"等類似的要求非常普遍，這說明企業(yè) 競爭迫切需要大量的能解決企業(yè)實(shí)際問題經(jīng)驗(yàn)豐富的應(yīng)用型人才。傳統(tǒng)的簡單 封閉機(jī)械的實(shí)驗(yàn)環(huán)境只是對靜態(tài)環(huán)境下抽象了的具體知識點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不能將 相關(guān)知識放在企業(yè)生產(chǎn)的復(fù)雜系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行。學(xué)員不能系統(tǒng)地對知識點(diǎn)進(jìn)行 深層次、多角度、綜合思考。要改善這種情況，必須要建立一個(gè)將機(jī)械加工設(shè) 備、計(jì)算機(jī)軟硬件設(shè)施、生產(chǎn)加工輔助設(shè)施等工廠物理設(shè)施有機(jī)整和為一體的、 生產(chǎn)設(shè)備可以進(jìn)行柔性組合的、運(yùn)行成本低廉的、能進(jìn)行完整產(chǎn)品生產(chǎn)的培訓(xùn) 平臺。以該平臺為核心，.展開企業(yè)的全方位運(yùn)營，系統(tǒng)承載和全方位體現(xiàn)企業(yè) 生產(chǎn)運(yùn)營的各個(gè)知識點(diǎn)，讓學(xué)員能綜合思考和運(yùn)用相關(guān)知識。以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法(problem based learning,簡稱PBL教學(xué))就是由真實(shí)或虛擬的實(shí)際 情況，通過協(xié)作，讓學(xué)員以互動(dòng)的模式取代以往單向式灌輸實(shí)驗(yàn)方法，主動(dòng)而 積極地學(xué)習(xí)決策以及溝通的能力，更進(jìn)一步養(yǎng)成終生學(xué)習(xí)的精神。時(shí)至今日， 越來越多的國家都以此種方法運(yùn)用于不同層面的教學(xué)與培訓(xùn)中，提高學(xué)員整體 的知識素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，PBL教學(xué)己成為全球教學(xué)的趨勢。以問題為導(dǎo)向的教 學(xué)方法往往運(yùn)用真實(shí)系統(tǒng)來模擬情境，能有效培育學(xué)員解決各類實(shí)際問題的能 力，它在實(shí)踐中要求必須和先進(jìn)的教學(xué)手段相結(jié)合，交叉運(yùn)用多種知識、工具， 為學(xué)員提供能自由思考，有針對解決問題集合的實(shí)際環(huán)境。構(gòu)建一個(gè)能系統(tǒng)全 面、動(dòng)態(tài)多角度、全方位反映生產(chǎn)企業(yè)運(yùn)作的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺，將從實(shí)踐中總結(jié) 的企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營知識還原到企業(yè)實(shí)際中去，對提升改善人才的培養(yǎng)機(jī)制有著重 要的意義。微型教學(xué)工廠的設(shè)計(jì)正是以此為目的，通過在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下， 引入多種對PBL教學(xué)有益的教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施，并對其進(jìn)行集成，使學(xué)員可以在此 平臺上，全方位的重現(xiàn)企業(yè)的運(yùn)營過程，通過生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)問題，找出解決方案， 系統(tǒng)深化所學(xué)知識技能。
微型工廠是用于制造小型零件和產(chǎn)品的超小型工廠，這一概念對于適應(yīng)H 前加工對象日益縮小、縮短加工過程、減少各種管理成本、降低能源消耗、節(jié) 省制造加工裝置、減少工業(yè)垃圾等都具有十分重要的意義。將微型工廠的這些 特點(diǎn)引入教學(xué)實(shí)驗(yàn)。其目的就是要在有限的狹小空間內(nèi)巧妙地統(tǒng)籌安排加工、 組裝、搬運(yùn)、檢驗(yàn)等多道工序所用的設(shè)備，建立一種微型的生產(chǎn)系統(tǒng)，使之具有 生產(chǎn)產(chǎn)品的能力。對進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)形式的問題為導(dǎo)向的教學(xué)具有重要意義。
三、實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型目的是為了克服上述現(xiàn)有企業(yè)整體運(yùn)作實(shí)踐方式的不足，而提供一個(gè)功能強(qiáng)大的微型教學(xué)工廠實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室以一個(gè)典型從事離散型生產(chǎn) 制造的中小型企業(yè)為對象，在提供各種企業(yè)運(yùn)作基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上，為工業(yè)設(shè) 計(jì)、工業(yè)工程、工商管理、信息管理與信息系統(tǒng)、財(cái)務(wù)會計(jì)、機(jī)械制造等棺關(guān) 專業(yè)提供一個(gè)既能進(jìn)行單學(xué)科相關(guān)知識點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，也能進(jìn)行各種學(xué)科知識交叉和 系統(tǒng)學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)平臺，該平臺能將相關(guān)知識放到企業(yè)整體生產(chǎn)經(jīng)營的實(shí)戰(zhàn)環(huán)境 中進(jìn)行以問題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)和分析；能在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下全面展開的實(shí)際工廠化生 產(chǎn)與運(yùn)營，能全面快捷的展開生產(chǎn)制造型企業(yè)的各項(xiàng)主要業(yè)務(wù)。
本發(fā)明的另一目的，是提供多個(gè)相對獨(dú)立、專業(yè)性強(qiáng)的微型工廠教學(xué)實(shí)驗(yàn) 室各子系統(tǒng)，通過對各子系統(tǒng)設(shè)備功能的設(shè)計(jì)，使相對獨(dú)立的子系統(tǒng)既能進(jìn)行 系統(tǒng)內(nèi)部的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，也能進(jìn)行各自子系統(tǒng)的集成，各子系統(tǒng)間共享相關(guān)信息， 進(jìn)行全面綜合的同實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營背景要素緊密結(jié)合的綜合實(shí)驗(yàn)，大大增強(qiáng)學(xué)生 分析問題解決問題的能力。
本發(fā)明的再一目的，是提供一個(gè)使用方便的微型工廠教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)教 學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和要求，搭建出一套滿足微型教學(xué)工廠空間微型化、產(chǎn)品生產(chǎn)周 期短、生產(chǎn)成本低廉化、設(shè)備操作易學(xué)易用，生產(chǎn)過程安全等特點(diǎn)的生產(chǎn)設(shè)施 平臺。引入微型機(jī)床、微型數(shù)控機(jī)床、微型加工中心、微型看板管理系統(tǒng)、微 型機(jī)器人等設(shè)施，使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)室微型化和能進(jìn)行設(shè)施的快速移動(dòng)和部署，滿 足教育培訓(xùn)對于實(shí)驗(yàn)設(shè)施的操作簡捷方便的要求，并能根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)內(nèi)容搭建 起不同形態(tài)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營的體系結(jié)構(gòu)，進(jìn)行滿足實(shí)驗(yàn)要求環(huán)境下的工廠運(yùn)營。 用于微型教學(xué)工廠產(chǎn)品生產(chǎn)的主要生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施，包括微型機(jī)床、微型數(shù)控機(jī) 床、微型加工中心、微型機(jī)器人、微型機(jī)械手，滿足整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程空間微型化、 生產(chǎn)成本低廉、設(shè)備操作易學(xué)易用、生產(chǎn)過程安全等要求。本發(fā)明的再一目的，是提供一個(gè)使用方便的微型工廠教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，在該實(shí) 驗(yàn)室環(huán)境內(nèi)，將生產(chǎn)、生產(chǎn)輔助、物流設(shè)施同信息控制設(shè)施和相關(guān)軟件有機(jī)集 成起來，依托網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和計(jì)算機(jī)服務(wù)器為中心構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、相應(yīng)的網(wǎng)管 和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)以及包括現(xiàn)場總線系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等的現(xiàn)場生 產(chǎn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程的信息進(jìn)行收集，并對微型工作中心和微型 裝配生產(chǎn)線、微型物流儲運(yùn)中心的作業(yè)層進(jìn)行控制。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為一種微型教學(xué)工廠系統(tǒng)，其特征在于包括生產(chǎn)信息控制中心，生產(chǎn)信息 控制中心通過通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分別與微型裝配生產(chǎn)線、微型工作中心、微型物流 儲運(yùn)中心、教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備中心連接。上述生產(chǎn)信息控制中心為依托網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和計(jì)算機(jī)服務(wù)器為中心構(gòu)成的網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)、相應(yīng)的網(wǎng)管和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)以及包括現(xiàn)場總線系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、 通訊系統(tǒng)等的現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。上述微型裝配生產(chǎn)線子系統(tǒng)由電子顯示看板、裝配機(jī)械、機(jī)械手、自動(dòng)運(yùn) 貨小車、裝配生產(chǎn)線體構(gòu)成。裝配生產(chǎn)線體采用模塊化設(shè)計(jì)，裝配線由可迅速 拼接的各子模塊構(gòu)成整體裝配生產(chǎn)線體，微型裝配生產(chǎn)線體設(shè)置有輸送系統(tǒng)， 每個(gè)輸送模塊均安裝在構(gòu)成裝配生產(chǎn)線體的子可拼接模塊中，子可拼接模塊中 均含獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、檢測光電傳感裝置以及標(biāo)準(zhǔn)電源、控制連接模塊，電子 信息看板同企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)相連，自動(dòng)運(yùn)貨小車、機(jī)械手連入現(xiàn)場總線。上述微型工作中心由微型生產(chǎn)機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)航小車、微型機(jī)床、微型數(shù) 控機(jī)床、微型加工中心、微型生產(chǎn)看板、電子標(biāo)簽設(shè)備組成，微型生產(chǎn)機(jī)器人 采用多自由度可負(fù)重的機(jī)器人，微型生產(chǎn)機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)航小車、微型數(shù)控機(jī)床、微型加工中心連入現(xiàn)場總線，電子標(biāo)簽設(shè)備連入局域網(wǎng)，微型機(jī)床、微型數(shù)控機(jī)床、微型加工中心、微型機(jī)器人、微型機(jī)械手重量均在500KG以內(nèi)，體積 均小于1500腿X1000 mmX1000腿。上述微型物流儲運(yùn)中心由微型貨架、微型立體倉庫、電子標(biāo)簽設(shè)備、自動(dòng) 導(dǎo)航小車、全自動(dòng)堆垛機(jī)、分揀系統(tǒng)、微型移動(dòng)機(jī)器人組成，分揀系統(tǒng)有多種輸送模塊含有輥式輸送機(jī)、皮帶式輸送機(jī)、平板輸送機(jī)、三維輸送機(jī)、橋式 輸送機(jī)、托板升降輸送機(jī)、9(T連結(jié)輸送機(jī)；還有可移動(dòng)皮帶輸送小車、可升降 流利鏈小車、平面分揀系統(tǒng)、提升式分揀系統(tǒng)，其中微型立體倉庫、自動(dòng)導(dǎo)航 小車、全自動(dòng)堆垛機(jī)、分揀系統(tǒng)、微型移動(dòng)機(jī)器人均與現(xiàn)場總線相連。上述教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備中心包括多媒體講臺、投影儀，多媒體講臺、投影儀直 接聯(lián)入局域網(wǎng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和效果如下本實(shí)用新型設(shè)計(jì)出適合我國教學(xué)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械、管理、自動(dòng)化等相關(guān)專 業(yè)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐的微型教學(xué)工廠系統(tǒng)。提供能實(shí)現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)代小型離散型生產(chǎn)制 造企業(yè)功能為目標(biāo)的能進(jìn)行小型機(jī)械產(chǎn)品加工的，包含機(jī)械加工設(shè)備，計(jì)算機(jī) 軟硬件設(shè)備，及生產(chǎn)輔助設(shè)施等的微型教學(xué)工廠。相關(guān)所有設(shè)施可以在有限的 空間內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品特點(diǎn)和生產(chǎn)要求，對機(jī)械加工設(shè)備，計(jì)算機(jī)軟硬件設(shè)備， 及生產(chǎn)輔助設(shè)施進(jìn)行自由組合和部署，為學(xué)員提供一個(gè)進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)，并驗(yàn)證 相關(guān)生產(chǎn)知識的實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證環(huán)境；它包括可進(jìn)行靈活移動(dòng)的、自由組合的多種機(jī)械設(shè)備、電氣自動(dòng)化設(shè)備以及當(dāng)前最先進(jìn)的單元化的搬運(yùn)設(shè)備等，通過工業(yè) 控制網(wǎng)絡(luò)(現(xiàn)場總線)以及上層管理網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)上下微機(jī)的互控和互連，完成從 底層的機(jī)械加工設(shè)備到上層微機(jī)的面向多專業(yè)的管理實(shí)驗(yàn)研發(fā)環(huán)境。這一環(huán)境的建設(shè)分運(yùn)用微型可自由移動(dòng)機(jī)床、微型看板、微型生產(chǎn)線、微型可重組加工 中心把原來工廠生產(chǎn)固定化的生產(chǎn)過程控制，改造為面向物理單元的模塊化控 制。在總控機(jī)上利用人機(jī)交互方式，實(shí)現(xiàn)模塊化組合的過程控制，從而達(dá)到靈 活組合式的控制要求。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以實(shí)際企業(yè)運(yùn)營為研究對象，從產(chǎn) 品結(jié)構(gòu)分析入手，到工廠設(shè)計(jì)和實(shí)際生產(chǎn)，再到戰(zhàn)略布局規(guī)劃，用構(gòu)成行業(yè)的 企業(yè)多樣性特征，來提供多專業(yè)的訓(xùn)練內(nèi)容需求，從而構(gòu)成了從基礎(chǔ)到專業(yè)， 從單項(xiàng)到綜合的面向多專業(yè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目體系，以完善該物理系統(tǒng)的完整運(yùn)行， 實(shí)現(xiàn)虛擬系統(tǒng)與物理仿真系統(tǒng)的優(yōu)勢互補(bǔ)。這一系統(tǒng)集成思路是目前國內(nèi)高校 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目中所從未遇到的新課題，也是我們對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)理念的突 破。四、
圖1是本實(shí)用新型微型教學(xué)工廠構(gòu)成示意圖；圖2是本實(shí)用新型微型教學(xué)工廠設(shè)施布置示意圖；圖3是本實(shí)用新型微型教學(xué)工廠生產(chǎn)過程控制中心控制結(jié)構(gòu)示意圖。五具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型需要解決的難題主要有以下幾個(gè)方面1、 微型教學(xué)工廠整體必須以生產(chǎn)為核心，在此基礎(chǔ)上才能有效的運(yùn)行產(chǎn)品 設(shè)計(jì)、物流控制、財(cái)務(wù)管理等業(yè)務(wù)職能，才能完整體現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的全景， 進(jìn)而在實(shí)驗(yàn)過程中，充分展開相關(guān)實(shí)驗(yàn)的背景知識，這點(diǎn)正是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中 被忽略的部分，也是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的難點(diǎn)。要有效解決這個(gè)問題，要求必須在微 型教學(xué)工廠運(yùn)轉(zhuǎn)中，有生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過程控制和產(chǎn)品設(shè)計(jì)等生產(chǎn)外圍設(shè)施。2、 微型教學(xué)工廠整體基礎(chǔ)設(shè)施的選擇與連接。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)企業(yè)完整的生產(chǎn)運(yùn)營過程，核心原因在于實(shí)際的工廠生產(chǎn)運(yùn)營往往空間較 大、設(shè)備種類繁多、貴重且體積重量大、操作復(fù)雜、運(yùn)營成本高，很難直接復(fù) 制到實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，針對實(shí)驗(yàn)活動(dòng)展開應(yīng)用。所以微型教學(xué)工廠的用途決定了 其必須在較小的空間環(huán)境下進(jìn)行各種生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)，滿足空間微型化、產(chǎn)品生 產(chǎn)周期短、生產(chǎn)成本低廉、設(shè)備操作易學(xué)易用、生產(chǎn)過程安全等特點(diǎn)，必須選 擇適合教學(xué)培訓(xùn)環(huán)境下的基礎(chǔ)設(shè)施和連接方法。采用微型機(jī)床，包括微型車床、 微型銑床、微型鉆床、微型數(shù)控機(jī)床、微型加工中心、微型機(jī)器人等相關(guān)生產(chǎn) 加工設(shè)備重量輕，體積小，便于快速安裝與部署，同時(shí)便于操作，并且具有較 高的安全性，本專利用于微型教學(xué)工廠產(chǎn)品生產(chǎn)的主要生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施，包括微 型機(jī)床、微型數(shù)控機(jī)床、微型加工中心、微型機(jī)器人、微型機(jī)械手，滿足整個(gè) 實(shí)驗(yàn)過程空間微型化、生產(chǎn)成本低廉、設(shè)備操作易學(xué)易用、生產(chǎn)過程安全等要求，其設(shè)備重量都在500KG以內(nèi)，體積均小于1500mm (長度)X1000腿(寬度) X1000咖(高度)。3、 教學(xué)培訓(xùn)環(huán)境下，要求學(xué)員在較短時(shí)間內(nèi)可以對涉及企業(yè)運(yùn)營的多領(lǐng)域 知識進(jìn)行綜合或單一實(shí)驗(yàn)，這就要求可以按照不同的實(shí)驗(yàn)要求，對工廠整體基 礎(chǔ)設(shè)施微型機(jī)床等加工設(shè)備快速部署，加工設(shè)備能夠快速移動(dòng)，構(gòu)建出各種同 現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)運(yùn)營環(huán)境相同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，這就要求結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，恰當(dāng)?shù)膶ξ⑿蛯?shí) 教學(xué)工廠整體基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行規(guī)劃，將其劃分為若干子系統(tǒng)，以便實(shí)驗(yàn)過程中有 步驟、按層次的進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施的部署。4、 微型教學(xué)工廠整體運(yùn)行，除了生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施外，必須結(jié)合現(xiàn)代化的信息 設(shè)備，才能展現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營全景，便于學(xué)生從多角度、運(yùn)用多種手段進(jìn)行學(xué)習(xí)。 必須將產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)用到的CAD、 CAPP、 PDM等企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)通用軟件和ERP等企業(yè)生產(chǎn)過程控制軟件引入微型教學(xué)工廠的運(yùn)營中。相關(guān)信息系統(tǒng)是進(jìn)行微 型教學(xué)工廠訂單處理、計(jì)劃控制、生產(chǎn)運(yùn)作、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品 工藝分析等職能進(jìn)行銜接得紐帶，是現(xiàn)代化工廠運(yùn)營的重要手段。隨著企業(yè)自 動(dòng)化水平的不斷提高，工序之間結(jié)合緊密，等待、周轉(zhuǎn)時(shí)間極短，制造周期大 為縮短，需要實(shí)時(shí)的生產(chǎn)信息進(jìn)行決策和控制，但是來自生產(chǎn)現(xiàn)場的狀態(tài)信息 和生產(chǎn)數(shù)據(jù)并不能直接反映學(xué)員所關(guān)心的產(chǎn)品進(jìn)度和質(zhì)量控制情況，因此，這 就需要先進(jìn)的信息系統(tǒng)和信息基礎(chǔ)設(shè)施。它主要負(fù)責(zé)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度執(zhí)行， 它執(zhí)行企業(yè)的生產(chǎn)指令，并根據(jù)實(shí)時(shí)信息做出調(diào)度，并將有關(guān)資源利用和庫存 情況的準(zhǔn)確信息實(shí)時(shí)提供給學(xué)員。'5、微型教學(xué)工廠主要目的是為學(xué)員提供一個(gè)可以進(jìn)行企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營實(shí)驗(yàn)的 實(shí)訓(xùn)平臺，它除了生產(chǎn)經(jīng)營相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施外，還要結(jié)合先進(jìn)的教學(xué)輔助設(shè)備， 如多媒體講臺、投影儀等，作到教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施和生產(chǎn)經(jīng)營基礎(chǔ)設(shè)施的集成。參見圖l，微型教學(xué)工廠的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖l所示，它主要由五部分組成微 型裝配生產(chǎn)線、微型工作中心、微型物流儲運(yùn)中心、生產(chǎn)信息控制中心、教學(xué) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備中心。生產(chǎn)信息控制中心通過通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分別與微型裝配生產(chǎn)線、 微型工作中心、微型物流儲運(yùn)中心、教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備中心連接。微型裝配生產(chǎn)線主要進(jìn)行產(chǎn)成品裝配，它把經(jīng)過各微型工作中心完工的零 件和其它外購的零件按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求進(jìn)行總裝；針對典型離散型生產(chǎn)制造企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，微型工作中心以車、銑、包IJ、 磨、鉆、切割為微型教學(xué)工廠生產(chǎn)的基本工藝。把若干能進(jìn)行車、銑、包lj、磨、 鉆、切割工藝生產(chǎn)的微型機(jī)床、微型數(shù)控機(jī)床、微型加工中心，和看板設(shè)施、 生產(chǎn)機(jī)器人、機(jī)械手、電子標(biāo)簽等設(shè)施組合起來能完成零部件加工任務(wù)實(shí)體，微型教學(xué)工廠的零部件加工均在微型工作中心完成。微型工作中心具備很強(qiáng)的 柔性，可根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況，對工作中心的生產(chǎn)設(shè)施的種類、數(shù)量進(jìn)行靈活 調(diào)度。微型物流儲運(yùn)中心是對加工生產(chǎn)過程中零部件和產(chǎn)品進(jìn)行儲藏和保管的設(shè)施，主要由微型貨架、電子標(biāo)簽設(shè)備、自動(dòng)導(dǎo)航小車(AVG)、全自動(dòng)堆垛機(jī)、分揀系統(tǒng)、微型機(jī)器人組成。生產(chǎn)信息控制中心依托網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和計(jì)算機(jī)服務(wù)器為中心構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)、相應(yīng)的網(wǎng)管和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)以及包括現(xiàn)場總線系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、通w 系統(tǒng)等的現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程的信息進(jìn)行收集，并對微型 工作中心和微型裝配生產(chǎn)線、微型物流儲運(yùn)中心的作業(yè)進(jìn)行控制。通過生產(chǎn)信 息控制中心完成對微型教學(xué)工廠的整體系統(tǒng)的控制功能，以便對這些單元進(jìn)行 組合，形成不同的企業(yè)生產(chǎn)加工資源組織形式，在此基礎(chǔ)上通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)用到的CAD、 CAPP、 PDM、 CAM等企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)加工軟件和ERP、 C固、SCM等 軟件引入微型教學(xué)工廠的運(yùn)營中，完成對微型教學(xué)工廠的整體系統(tǒng)的控制功能。教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備中心主要包括用于教學(xué)演示的基礎(chǔ)設(shè)施如投影機(jī)、多媒體講臺等。微型教學(xué)工廠整體設(shè)施布置如圖2所示，它包括相關(guān)的設(shè)施，分配在五個(gè) 微型實(shí)習(xí)工廠的構(gòu)成部分中。 (1)微型裝配生產(chǎn)線微型裝配生產(chǎn)線子系統(tǒng)由電子顯示看板、裝配機(jī)械、機(jī)械手、自動(dòng)運(yùn)貨小 車(AVG)、裝配生產(chǎn)線體構(gòu)成。裝配生產(chǎn)線體采用模塊化設(shè)計(jì)，裝配線由可迅 速拼接的各子模塊構(gòu)成整體裝配生產(chǎn)線體，在整體裝配生產(chǎn)線體上可設(shè)置若千裝配工作崗位，每個(gè)崗位根據(jù)工作內(nèi)容的不同引入機(jī)械手、裝配機(jī)械進(jìn)行裝配， 同時(shí)輔以自動(dòng)運(yùn)貨小車(AVG)，根據(jù)不同情況，進(jìn)行生產(chǎn)線上產(chǎn)品和零部件的 與立體倉庫、立體貨架、零部件等物品存儲設(shè)施間的運(yùn)輸。微型裝配生產(chǎn)線休 配備了靈活可變的輸送系統(tǒng)。每個(gè)輸送模塊均安裝在構(gòu)成裝配生產(chǎn)線體的于可 拼接模塊中，子可拼接模塊中均含獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、檢測光電傳感裝置以及標(biāo) 準(zhǔn)電源、控制連接模塊，以便學(xué)生進(jìn)行多專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)柔性綜合優(yōu)化研究 開發(fā)等。生產(chǎn)現(xiàn)場的進(jìn)度控制由電子顯示看板進(jìn)行，電子信息看板將通過局域網(wǎng)傳 遞的來自生產(chǎn)信息控制中心的生產(chǎn)指令顯示在看板上，指導(dǎo)現(xiàn)場的裝配整體進(jìn) 度。其中電子信息看板同企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)(以太網(wǎng))相連，電子看板上顯示的信息由生產(chǎn)信息控制中心下達(dá)下來。自動(dòng)運(yùn)貨小車(AVG)、機(jī)械手連入企業(yè)現(xiàn)場總線，通過現(xiàn)場總線接受操作指令信息。(2)微型物流儲運(yùn)中心 微型物流儲運(yùn)中心主要由微型貨架、微型立體倉庫、電子標(biāo)簽設(shè)備、自動(dòng) 導(dǎo)航小車(AVG)、全自動(dòng)堆垛機(jī)、分揀系統(tǒng)、微型移動(dòng)機(jī)器人組成。其中立休 庫貨架存放各種產(chǎn)成品及小型貨物，可以安放大周轉(zhuǎn)箱及小周轉(zhuǎn)箱；全自動(dòng)堆 垛機(jī)，考慮實(shí)驗(yàn)室房間現(xiàn)場實(shí)際情況，選擇占地緊湊，結(jié)構(gòu)合理的垂直懸掛式 堆垛機(jī)，進(jìn)行貨物的倉庫'內(nèi)自動(dòng)存放，還包括其它用于進(jìn)行原材料等存取的庫 房。移動(dòng)機(jī)器人及其控制系統(tǒng)是專門進(jìn)行貨物(零部件)自動(dòng)搬運(yùn)的機(jī)器人； 輸送機(jī)是進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)航小車(AVG)用來根據(jù)各種生產(chǎn)信息控制中心的指令自動(dòng) 進(jìn)行現(xiàn)場物流配送。分揀系統(tǒng)可以進(jìn)行貨物的傳送與分撿，它有多種輸送模塊 含有輥式輸送機(jī)、皮帶式輸送機(jī)、平板輸送機(jī)、三維輸送機(jī)、橋式輸送機(jī)、托板升降輸送機(jī)、9CT連結(jié)輸送機(jī)；還有可移動(dòng)皮帶輸送小車、可升降流利鏈小車、 平面分揀系統(tǒng)、提升式分揀系統(tǒng)等，立體倉庫是運(yùn)用自動(dòng)化機(jī)械在倉庫內(nèi)部進(jìn) 行立體貨物存取的設(shè)備。自動(dòng)導(dǎo)航車(AVG)和微型移動(dòng)機(jī)器人用來進(jìn)行倉庫內(nèi)部和物流設(shè)施內(nèi)的貨物搬送。電子標(biāo)簽(RFID)電子標(biāo)簽附著在待識別的進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)營的貨物的表面。電子標(biāo)簽讀寫器可無接觸地讀取存寫電子標(biāo)簽中的電 子數(shù)據(jù)，自動(dòng)識別貨物物流流轉(zhuǎn)中的各種信息，并將信息通過局域網(wǎng)傳遞給生 產(chǎn)信息控制中心完成物流流轉(zhuǎn)過程現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。其中微型立體倉庫、自動(dòng)，航小車(AVG)、全自動(dòng)堆垛機(jī)、分揀系統(tǒng)、微型移動(dòng)機(jī)器人全部和現(xiàn)場總線相 連，從生產(chǎn)信息心中心接受工作指令并反饋工作結(jié)果。 (3)生產(chǎn)信息控制中心 生產(chǎn)信息控制中心是整個(gè)微型教學(xué)工廠的控制中樞。它由自動(dòng)控制部分、 現(xiàn)場監(jiān)控部分、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、.生產(chǎn)過程管理與控制子系 統(tǒng)五部分構(gòu)成，其整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。自動(dòng)控制系統(tǒng)由可編程序控制器、通 信系統(tǒng)、變頻器、堆垛機(jī)控制柜、立體倉庫控制柜、移動(dòng)小車控制柜、繼電器 及接觸器等電氣設(shè)備組成，含手動(dòng)、單機(jī)自動(dòng)及全自動(dòng)控制方式。除分別對堆 垛機(jī)、立體倉庫、自動(dòng)導(dǎo)航車(AVG)、進(jìn)出貨物、輸送機(jī)、分揀系統(tǒng)等進(jìn)行單 獨(dú)控制外，各現(xiàn)場控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)傳輸器，將現(xiàn)場總線網(wǎng)與局域網(wǎng)(以太網(wǎng)) 連通，生產(chǎn)信息控制中心通過工作站監(jiān)控從現(xiàn)場總線采集來的，當(dāng)前全自動(dòng)立 體貨架貨物分布狀況及堆垛機(jī)、分揀系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，以便遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)跟蹤 物品的進(jìn)出存全過程?，F(xiàn)場監(jiān)控部分有攝像頭用于跟蹤監(jiān)控企業(yè)運(yùn)營過程的運(yùn) 行，以跟蹤貨物運(yùn)行、搬運(yùn)的細(xì)節(jié)?，F(xiàn)場監(jiān)控部分用到的攝像頭、監(jiān)視器聯(lián)入 現(xiàn)場總線采集生產(chǎn)現(xiàn)場信息。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)依托已有的由三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議交換機(jī)和若干臺服務(wù)器(包括各應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器)為中心構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)、相應(yīng)的網(wǎng)管和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)以及包括現(xiàn)場總線系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等的現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，組成整個(gè)現(xiàn)代小型企業(yè)Intranet上的管 理中心。產(chǎn)品設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、生產(chǎn)過程管理與控制子系統(tǒng)包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)用 到的CAD、 CAPP、 PDM、 C認(rèn)等企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)加工軟件和ERP、 C固、SCM等軟件引入微型教學(xué)工廠的運(yùn)營中，完成對微型教學(xué)工廠的整體系統(tǒng)的控制功能。生 產(chǎn)信息控制中心的控制過程采用現(xiàn)有的控制技術(shù)均可實(shí)現(xiàn)。 (4)微型工作中心工作中心由微型生產(chǎn)機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)航小車(AGV)、微型機(jī)床、微型數(shù)控 機(jī)床、微型加工中心、微型生產(chǎn)看板、電子標(biāo)簽設(shè)備等設(shè)施組成。微型生產(chǎn)機(jī) 器人采用多自由度可負(fù)重的機(jī)器人，從事單一重復(fù)性高強(qiáng)度工作，進(jìn)行零部件 的加工作業(yè)。微型數(shù)控機(jī)床、微型加工中心，可以根據(jù)生產(chǎn)信息控制中心指令 進(jìn)行加工作業(yè)，微型機(jī)床是手工的作業(yè)加工設(shè)備，相關(guān)加工機(jī)床主要進(jìn)行以車、 銑、包l」、磨、鉆、切割、裝配的工藝操作。微型看板是用來進(jìn)行工作中心(工 作地)之間生產(chǎn)過程控制的主要工具，其目的是保證各工作地在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間生 產(chǎn)恰當(dāng)數(shù)量的產(chǎn)品，本部分的看板工作流程如下從開工看板箱中取出工序間看 板，根據(jù)看板進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)完成后，將工序間看板放在物料上，將物料運(yùn)至 暫存區(qū)。工序間看板通常與取料看板配套使用。當(dāng)回收看板箱中的看板數(shù)達(dá)到 開工點(diǎn)時(shí)，將看板箱中的看板放到開工看板箱中。微型生產(chǎn)機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)航 小車(AGV)、微型數(shù)控機(jī)床、微型加工中心連入現(xiàn)場總線，電子標(biāo)簽設(shè)備連入 局域網(wǎng)。用于微型教學(xué)工廠產(chǎn)品生產(chǎn)的主要生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施，包括微型機(jī)床、微 型數(shù)控機(jī)床、微型加工中心、微型機(jī)器人、微型機(jī)械手，其設(shè)備重量都在500KG以內(nèi)，體積均小于1500mm (長度)X1000 mm (寬度)X 1000腿(高度)。 (5)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心微型教學(xué)工廠主要目的是為學(xué)員提供一個(gè)可以進(jìn)行企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營實(shí)驗(yàn)的實(shí) 訓(xùn)平臺，它除了生產(chǎn)經(jīng)營相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施外，還要結(jié)合先進(jìn)的教學(xué)展示設(shè)備，加 多媒體講臺、投影儀等，作到教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施和生產(chǎn)經(jīng)營基礎(chǔ)設(shè)施的集成，多媒 體講臺、投影儀等設(shè)施直接聯(lián)入局域網(wǎng)(以太網(wǎng))，并通過局域網(wǎng)(以太網(wǎng))直 接展示微型教學(xué)工廠的生產(chǎn)經(jīng)營過程信息。
權(quán)利要求1、 一種微型教學(xué)工廠系統(tǒng)，其特征在于包括生產(chǎn)信息控制中心，生產(chǎn)信 息控制中心通過通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分別與微型裝配生產(chǎn)線、微型工作中心、微型物 流儲運(yùn)中心、教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備中心連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型教學(xué)工廠系統(tǒng)，其特征在于生產(chǎn)信息控制 中心為依托網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和計(jì)算機(jī)服務(wù)器為中心構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、相應(yīng)的網(wǎng)管和 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)以及包括現(xiàn)場總線系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等的現(xiàn)場生產(chǎn) 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微型教學(xué)工廠系統(tǒng)，其特征在于微型裝配 生產(chǎn)線子系統(tǒng)由電子顯示看板、裝配機(jī)械、機(jī)械手、自動(dòng)運(yùn)貨小車、裝配生產(chǎn) 線體構(gòu)成。裝配生產(chǎn)線體采用模塊化設(shè)計(jì)，裝配線由可迅速拼接的各子模塊構(gòu) 成整體裝配生產(chǎn)線體，微型裝配生產(chǎn)線體設(shè)置有輸送系統(tǒng)，每個(gè)輸送模塊均安 裝在構(gòu)成裝配生產(chǎn)線體的子可拼接模塊中，子可拼接模塊中均含獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)、檢測光電傳感裝置以及標(biāo)準(zhǔn)電源、控制連接模塊，電子信息看板同企業(yè)內(nèi) 部局域網(wǎng)相連，自動(dòng)運(yùn)貨小車、機(jī)械手連入現(xiàn)場總線。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的微型教學(xué)工廠系統(tǒng)，其特征在于微型 工作中心由微型生產(chǎn)機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)航小車、微型機(jī)床、微型數(shù)控機(jī)床、微型 加工中心、微型生產(chǎn)看板、電子標(biāo)簽設(shè)備組成，微型生產(chǎn)機(jī)器人采用多自由度 可負(fù)重的機(jī)器人，微型生產(chǎn)機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)航小車、微型數(shù)控機(jī)床、微型加l: 中心連入現(xiàn)場總線，電子標(biāo)簽設(shè)備連入局域網(wǎng)，微型機(jī)床、微型數(shù)控機(jī)床、微型加工中心、微型機(jī)器人、微型機(jī)械手重量均在500KG以內(nèi)，體積均小于1500mmX 1000腿xiooo腿。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的微型教學(xué)工廠系統(tǒng)，其特征在于微 型物流儲運(yùn)中心由微型貨架、微型立體倉庫、電子標(biāo)簽設(shè)備、自動(dòng)導(dǎo)航小車、 全自動(dòng)堆垛機(jī)、分揀系統(tǒng)、微型移動(dòng)機(jī)器人組成，分揀系統(tǒng)有多種輸送模塊 含有輥式輸送機(jī)、皮帶式輸送機(jī)、平板輸送機(jī)、三維輸送機(jī)、橋式輸送機(jī)、托 板升降輸送機(jī)、9(T連結(jié)輸送機(jī)；還有可移動(dòng)皮帶輸送小車、可升降流利鏈小爭:、平面分揀系統(tǒng)、提升式分揀系統(tǒng)，其中微型立體倉庫、自動(dòng)導(dǎo)航小車、全自動(dòng) 堆垛機(jī)、分揀系統(tǒng)、微型移動(dòng)機(jī)器人均與現(xiàn)場總線相連。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4或5所述的微型教學(xué)工廠系統(tǒng)，其特征在T: 教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備中心包括多媒體講臺、投影儀，多媒體講臺、投影儀直接聯(lián)入局域網(wǎng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種微型教學(xué)工廠系統(tǒng)，其克服了現(xiàn)有企業(yè)整體運(yùn)作實(shí)踐方式的不足，而提供一個(gè)功能強(qiáng)大的微型教學(xué)工廠實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室以一個(gè)典型從事離散型生產(chǎn)制造的中小型企業(yè)為對象，在提供各種企業(yè)運(yùn)作基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上，為工業(yè)設(shè)計(jì)等相關(guān)專業(yè)提供一個(gè)既能進(jìn)行單學(xué)科相關(guān)知識點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，也能進(jìn)行各種學(xué)科知識交叉和系統(tǒng)學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)平臺，能在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下全面展開的實(shí)際工廠化生產(chǎn)與運(yùn)營，能全面快捷的展開生產(chǎn)制造型企業(yè)的各項(xiàng)主要業(yè)務(wù)。本實(shí)用新型包括生產(chǎn)信息控制中心，生產(chǎn)信息控制中心通過通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分別與微型裝配生產(chǎn)線、微型工作中心、微型物流儲運(yùn)中心、教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備中心連接。
文檔編號G09B25/00GK201156344SQ20082002813
公開日2008年11月26日 申請日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者鵬 張 申請人:鵬 張