工业40教学实训系统0410.docx
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工业40教学实训系统0410
工业4.0教学实训系统
技
术
方
案
武汉华中数控股份有限公司
2015年04月10日
目录
一、项目背景3
二、项目建设内容4
三、系统效果图4
四、系统构成5
五、系统工作流程6
六、主要设备介绍7
1.华数机器人HSR-JR608六自由度工业机器人系统7
2.机器视觉检测系统8
3.生产管理系统9
4.RFID数据传输系统10
5.四工位原料件供料仓11
6.环形流水线11
7.工件组装单元12
8.立体仓库12
9.电气控制柜13
10.网络交换机13
七、教学内容设置建议13
八、设备主要配置14
1.基本配置14
2.耗材及配套工具15
九、技术培训16
十、售后服务16
一、项目背景
当前，世界各国都在积极发展新科技生产力，在未来10年，全球工业机器人行业将进入一个前所未有的高速发展期，其中，中国机器人市场规模最大、增速最快。
随着工业智能化升级制造发展的趋势，对工业机器人需求量的持续增加，与其对应的相关专业人才缺口也逐渐凸显，特别是迈向工业4.0方向的工业机器人技术人才需求最为明显。
中国政府最近提出制造业2025的战略，保持制造业大国地位一个重要的指标就是提高工业机器人的份额，这是引领中国制造业从量变到质变的举措，对整个机器人产业布局都有巨大的影响。
企业采用机器人生产的话，机械臂是通用的，但是人才却不是互通的，汽车行业和家电行业的机器人工程师，对系统集成、软件使用和流程的掌握都是不一样的。
最后最难的是，机器人市场的爆发，不是简单改造一条生产线或一个工作站就能解决的，而是整个系统的整合，是怎么样用最少的资产、最少的能耗，最低的成本来给客户提供最好乃至个性化、多元化的产品，所以中国制造业转型升级对人才的需求是至关重要且非常迫切的。
本平台旨在结合工业4.0或者中国制造2025的提法，基于当前工业制造体系的升级，立足当前，着力长远，提供工业4.0学习平台、机器人自动化应用的理论和实验教学平台，旨在为贵校培养机器人自动化方面的综合技术型人才提供硬件支撑，进一步提高贵校的教学水平和知名度。
二、项目建设内容
本实训系统采用了当前工业信息化新技术，模拟当前国内外新兴的工业4.0计划，配置了模拟SAP系统部分功能的生产管理系统；配置了采用NCUC总线通讯的总控系统；配置了HSR-JR608型工业机器人；整机系统具有生产任务的下发、料仓库存自动查询、原料件的自动供给及识别、原料件的到位检测及自动推入相应待装区料槽、工件的编号和种类等生产过程信息的读写及实时备份、工件的机器人自动抓取、机器人的精确定位、工件装配组合、成品及废品的自动检测及利用机器人自动存入相应的成品库或者废品库等功能。
学校利用此平台可以组建一个完善的机器人实训室，开展各种机器人实训项目。
项目建设包含工业4.0实训系统的设计、安装、调试和售后服务，并提供相关平台的技术资料、教学资料及操作和维修人员的培训、项目验收前的协助等。
三、系统效果图
本系统为华数制造工业4.0实训系统平台，型号为HSR-DS25，技术平台3D效果图如下：
设备效果（仅供参考）
四、系统构成
本实训系统由华数机器人HSR-JR608六自由度工业机器人系统、视觉检测系统、可编程控制器（PLC）系统、RFID数据传输系统、四工位供料单元、环形输送单元、工件组装单元、立体仓库单元（含不良品仓位）、各类工件、电气控制柜、型材实训桌、型材电脑桌等构成。
五、
系统工作流程
系统流程图
本实训系统工作流程如上图，在总控界面输入生产需求后，系统会自动检查料仓库存情况，并按照生产需求，根据上述流程自动传输、识别、装配、入库等，从而打造缩小版具有工业4.0特征的柔性化、智能化、网络化生产线。
六、主要设备介绍
1.华数机器人HSR-JR608六自由度工业机器人系统
由机器人本体、机器人控制器、示教单元、输入输出信号转换器和抓取机构组成，装备夹具、传感器等，可对工件进行抓取、搬运、装配等操作。
机器人本体由六自由度关节组成，活动范围半径为1360mm，负载8kg，机器人本体具体参数如下表：
形式
单位
规格值
机种
6轴标准规格
动作自由度
6
安装姿势
地板、垂吊
构造
垂直多关节型
驱动方式
AC伺服马达
（J1～J6轴附刹车）
位置检出方式
绝对型编码器
动作范围
（J1）
度
（-170～+170）
（J2）
（-105～+145）
（J3）
（-163～+110）
（J4）
（-179～+179）
（J5）
（-145～+145）
（J6）
（-360～+360）
额定速度
（J1）
度/秒
130
（J2）
95
（J3）
145
（J4）
220
（J5）
160
（J6）
305
最大合成速度
mm/sec
3000
可搬重量
额定
kg
8
位置往返精度
mm
±0.04
周围温度
℃
0～45
本体重量
kg
180
（J6）
kg•m2
0.047
手臂到达半径
（前方J5轴中心点）
mm
1360
HSR-JR608参数表
机器人示教单元有液晶显示屏、急停按钮、用于参数设置、手动示教、位置编辑、程序编辑等操作。
2.机器视觉检测系统
智能视觉检测检测系统采用CCD照相机将被检测的目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格/不合格、有/无等，实现自动识别功能。
视觉系统
本设备采用一套松下PV200视觉系统，由视觉控制器、视觉相机及监视显示器等组成。
视觉相机安装在系统平台专用相机支架上，用于检测工件的特性，如缺陷、颜色、形状等。
通过总线连接到生产管理系统或总控IPC系统上，也支持串行总线和以太网总线连接到PC机，对检测结果和检测数据进行传输。
3.生产管理系统
通过应用本系统用户能够随时了解物料库存状态、生产领料信息，生产入库信息，实时生产状态，生产报表数据等内容。
用户也可在本系统中制定生产计划，并直接下达生产指令到执行设备，跟踪整个生产过程，科学管理生产物料。
该系统将信息技术与制造业相融合，是以制造业数字化、网络化、智能化为核心的生产过程管理。
本系统由以下模块组成。
3.1仓库库存状态模块：
用户在该模块中设置满仓的原料数量，料仓通过I\O发送满仓信号给该模块，模块计算当前可用的原料数量。
3.2产品BOM清单模块：
在执行生产计划设定之前，用户必须设置产品的BOM清单，以便于生产计划模块的执行。
3.3生产计划模块：
用户在该模块中选定需要生产的产品，设置生产数量，之后可执行生产任务。
该模块自动计算执行生产任务所需的原料数量，当料仓中的原料无法满足生产计划时，系统会提示用户补料。
3.4生产执行监控模块：
执行生产任务前进行准备工作，用户在管理系统加载总控的PLC梯形图，并在机器人中加载生产用的指令程序，完成后在生产管理系统中开始生产任务。
在生产过程中，用户可监视当前生产线的工作状态，各个设备状态以及系统的报警信息。
3.5产品质检模块：
生产完成的产品需要利用机器人视觉进行质量检测，通过质检的产品进行入库，没有通过的送入废品仓。
3.6生产报表模块：
该模块用于统计生产入库信息，生产统计数据，如生产计数、合格率、废品率、工时等。
3.7产品信息查询模块：
通过读取产品上RFID标签的信息，用户可查询该产品生产日期、批号、产品BOM清单、质检结果以及每个零部件的ID信息等。
生产管理系统
生产过程流程图如下图所示。
生产流程图
4.RFID数据传输系统
采用西门子RFID检测系统，安装在环线输送单元的左端圆弧处，电子标签已埋在工件内部，检测距离约为140mm。
当工件从环线输送单元经过左端圆弧处时，RFID检测系统可以准确地读取工件内的标签信息，如编号、颜色、材质等信息，该信息通过工业现场数据总线传输给IPC或上位机PC，用来实现工件的分拣操作。
5.四工位原料件供料仓
由料库、推料气缸和光电传感器组成，安装在型材实训桌上，用于将工件库中的工件按照生产需要依次推出到环形输送线。
本套设备提供不同型号模拟标准工件（A1、A2、B1、B2），可以组合多种装配体，其中包括合格工件、不良工件。
四工位的供料设计，使得供料方式多样化，可以进行单一的上料，也可以进行不同编型号的组合上料，以及对上料速度快慢控制，实现上料形式的多样化。
料仓
6.环形流水线
包含一套交流伺服驱动系统，由伺服驱动器、交流伺服电机、环形板链传送带、光电传感器、气缸等组成。
桌子通过铝型材搭建而成，用于传输工件，输送线直接由机器人控制系统控制，在硬件布局上相当于机器人的第七轴。
当四工位原料件供料仓接到总控系统的生产任务，把生产的原料运送环形流水线的跑道上，工件随着环形输送单元运动，当RFID检测出工件的信息，反馈到总控系统中，让总控进行下达气缸推工件的准备，当工位处的传感器检测到工件的到达时候，相应气缸动作把工件推到的装配工位处。
环形流水线
7.工件组装单元
由原料件推料机构及来料检测机构组成，安装在型材平台桌上，用于装配工件。
具有2个原料件待装槽A1和A2，在A1和A2原料件组装位置都有原料件时，机器人将把待装槽A1内的原料件移动到待装槽A2安装区域进行装配操作。
设有多个传感器，可以检测原料件是否正确到位。
组装完成后由机器视觉对成品进行检测并把分析结果反馈给生产管理系统。
成品合格后，机器人人将产品放入成品库，不合格则放入废品库。
机器人可以进行工件装反时的修正、工件按序装配、工件拆解等操作。
通过对工件原料件的正反放置，工件装配的顺序变化，提高机器人的应用灵活性，可进行机器人不同难易程度的应用考察，实现实训及考核的多样化。
8.立体仓库
由冷轧板材料加工而成，配有6个仓位（3×2），把立体仓库固定在地面上，立体仓库分为良品仓库与非良品仓库。
机器人把装配好的工件进行视频检测零件是否安装正确、零件是否合格。
检测完成后，让机器人进行搬运到仓库中。
9.电气控制柜
用于安装机IPC、伺服驱动器等电气部件，采用模块化的结构，便于拆装。
通过两根电缆线与系统平台相连，两端使用航空插头，强弱电分离，连接安全可靠。
10.网络交换机
网络交换机可以将总控IPC、上位机PC视觉控制器等组成一个以太网局域网，进行数据的相互传输，实现工业现场控制系统的信息交互，同时可以培养学生对工业网络的使用技能。
七、教学内容设置建议
为了促进工学结合人才培养和课程的改革与创新，适应国家产业结构调整与社会发展需要，展示知识经济时代高技能人才培养的特点，提升学校专业教师的指导水平，本实训平台使用工业机器人智能化系统，综合了自动化、机械、计算机、信息化等多项专业技术，可很大程度上培养学生实际动手能力，直接培养企业可使用的人才。
体现出职业教育主动服务经济建设，进而为提高我国机器人应用水平作贡献。
同时也为专业教学改革、校企合作、展示职业教育风采提供一个良好的楔机。
本系统涉及到的培训内容有：
根据图纸进行工业机器人的安装，机器人的编程调试、工件信息采集、IPC总控系统的编程调试、环形流水线伺服驱动的相关参数设置、传感器应用、视觉系统编程以及立体仓库的使用等，教学课程建议如下表。
课程分类
比重
教学课程建议
工业机械手
安装与调试部分
35%
1.工业机械手本体部分安装
2.工业机械手夹具及电磁阀安装
3.工业机械手电气路连接
4.工业机械手参数设置
5.工业机械手动作控制程序设计
6.工业机械手位置点设置
生产管理系统装调
8%
1.生产管理系统的安装与参数设置
2.生产管理系统的各工作界面功能调试
3.生产计划的下发及信息的采集储存及查询
工件RFID自动识别部分
7%
1.RFID读写头的安装及布线
2.RFID读写头的功能实现
总控及机器视觉系统
的装调
15%
1.机器视觉系统安装与接线
2.机器视觉控制器通信设置
3.机器视觉控制器图像摄取流程编辑
4.机器视觉控制器检测逻辑编辑
5.总控系统的装调
6.总控中自动供料，自动装配功能实现
系统整体
运行调试部分
30%
1.控制系统安装与接线
2.七个伺服驱动器的参数设置
3.RFID通信设置、主控制器及通讯组建设置
4.主控程序设计
5.系统整体运行调试
职业素养
与职业规范
5%
1.设备操作规范
2.材料利用效率，接线及材料损耗
3.工具、仪器、仪表使用培训
4.现场安全意识培养、文明素养提升
5.团队分工协作训练
课程建议表
八、设备主要配置
1.基本配置
序号
名称
主要部件、器件及规格
数量
备注
1
单元整体底座
2500x2500x20
1套
华数
2
主控系统平台
2000mm×1200mm×1400mm
1台
华数
3
工业机器人
HSR-JR608工业机器人本体
1台
华数机器人
HSR-JR608机器人控制器
1套
机器人工装夹具
1套
4
智能视觉系统
视觉控制器PV200（含手持操作器、显示器）
1台
松下
视觉相机ANPVC2260（含光源、镜头）
1台
5
RFID系统
读写器RF260R
1只
西门子
电子标签
36个
6
IPC控制器系统
IPC主机
1套
华数
总线数字量输入模块
1套
总线数字量输出模块
1套
总线通讯模块
1套
7
环形流水线输送系统
光电传感器及固定支架
1套
华数
输送线2200x500x765
相机、RFID、视觉显示面板等安装支架
伺服电机、伺服驱动
8
网络交换机
8P端口交换机
1台
国产
9
生产管理系统软件
信息管理软件
1套
华数
PC电脑（含键鼠）
1套
国产
11
装配站
推料气缸、定位夹紧气缸、装配台等
1张
华数
12
气泵
静音气泵
1台
国产
13
线缆
通信电缆、以太网线等
1套
国产
14
Ф6气管
黑色气管
12米
国产
15
护栏
护栏高度923mm
1套
华数
16
原料件仓
640mm×560mm×1100mm
1套
华数
17
成品及废品仓
600mm×560mm×1100mm
1套
华数
基本配置表
2.耗材及配套工具
序号
名称
主要组成器件
量
1
耗材
保险珠芯、0.50mm2导线、1.5mm2导线、号码管、接线端子等
1套
2
配套
工具
包括小一字螺丝刀、小十字螺丝刀、长柄螺丝刀、钟表螺丝刀、剪刀、剥线钳、尖嘴钳、斜口钳、电烙铁、试电笔、焊锡丝、镊子、活动扳手、内外六角扳手、便携式万用表及书写工具等
1套
配套耗材及工具
九、技术培训
1.乙方在设备验收时，对甲方技术、操作、维修人员进行技术培训，时间各为8～16小时。
2.技术培训内容：
设备总体结构、工作原理，机器人、视觉系统、生产管理系统的编程、操作使用和维护方法。
3.技术培训效果
（1）达到掌握设备编程、安全操作和正确使用的技能。
（2）达到正确检修、维护和排除故障的水平。
（3）更深入理解工业4.0概念，能够完成智能化生产线的编程、调试能力及部分设计能力。
一十、售后服务
从最终验收纪要签字之日起，一年内乙方负责免费维修。
超过一年，乙方应及时修理，仅收取成本费；
验收后一周内乙方免费向甲方提供设备维修用的机械、电气图纸，使用说明书；
乙方交货时，提供设备清单、易损件清单；
乙方向甲方提供免费技术培训
乙方负责培训甲方操作人员和维修人员，设备在乙方总装调试之初，乙方通知甲方派人员到现场了解设备结构和性能，同时进行操作人员培训；
乙方负责提供一套完整技术资料:
a、设备操作使用手册；
b、维护手册；
c、易损件清单及图纸；
d、电气原理图；
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