智能化生产线由哪些部分组成？

1、智能生产线总体布局

所示是一条典型的智能车削生产线，主要完成零件从毛坯到成品的混线自动加工生产。车削生产线由产线总控系统、在线检测单元、工业机器人单元、加工机床单元、毛坯仓储单元、成品仓储单元和RGV小车物流单元组成，加工设备采用陕西宝鸡机床集团有限公司生产的CK系列智能机床，该机床装载了宝鸡B80智能数控系统。

2、总控系统和检测单元

由室内终端和现场终端两部分组成。室内终端配备多台显示器及数据库，数据库负责接收整个生产车间传输过来的制造生产大数据，显示器用于用户车间现场各项状态的显示，包括设备运行状态、零件加工状态、物流情况、人员状况以及用户车间现场温度、湿度等环境信息，高层管理人员在室内终端可以非常方便、直观清晰地查看现场的各项状况。在用户生产车间中，配备现场终端，用于控制整个生产线的现场运行，完成设备基础数据的采集、分析、本地和远程管理、动态信息可视化等操作。现场终端配备显示器，通过显示器可以清晰方便地查看用户车间的各项状态，包括设备监控、生产统计、故障统计、设备分布、报警分析、工艺知识库等。现场终端可以添加生产管理看板、实现加工程序的上传下载、人员刷卡身份识别以及生产任务的进度统计与分析等功能，可以通过有线、Wi-Fi、2G/3G/4G/5G等多种接入方式进行现场数据的采集与传输，搜集到的相关制造大数据可通过互联网传输到用户室内终端的SQLServer数据库中，通过终端计算机与室内终端进行数据交互。

所示是典型的在线检测单元，由工业机器人、末端执行器和多源传感器等组成。物流系统将成品运输到指定位置之后，工业机器人将整个检测单元移动到指定工位上，通过视觉相机对待检测零件进行拍照识别和定位，工业机器人再次调整自身位置，使整个检测单元对准待检测部位。

所示是典型的在线检测单元，由工业机器人、末端执行器和多源传感器等组成。物流系统将成品运输到指定位置之后，工业机器人将整个检测单元移动到指定工位上，通过视觉相机对待检测零件进行拍照识别和定位，工业机器人再次调整自身位置，使整个检测单元对准待检测部位。

物流配送系统将毛坯零件或者半成品零件运输到指定工位之后，由工业机器人抓取毛坯零件或者半成品零件，将其放入智能车削机床中，辅助机床完成待加工零件的装夹工作。对于双工位车削机床，在其中一台智能车床完成车削工作之后，由工业机器人将半成品零件转移到另外—台智能车床中完成下一工位的加工。待所有的加工工作完成之后，由工业机器人将成品零件抓取转移到物流系统中，由物流系统将零件转移到下一工位。

车削机床配备了智能健康保障功能、热温度补偿功能、智能断刀检测功能、智能工艺参数优化功能、专家诊断功能、主轴动平衡分析和智能健康管理功能、主轴振动主动避让功能和智能云管家功能[3]。智能机床的主要作用是与工业机器人配合完成不同阶段的加工生产任务，同时保证零件加工生产的效率和精度。用户可以根据生产车间需要，将智能机床更换为不同档次的机床，如高速车削机床、精密车削机床和加工中心等，也可以根据自身需要增加或减少相应的智能化功能，以组成最适合企业生产需求的车削生产线。

3、物流与成品仓储单元

由工业机器人、末端执行器、RGV小车、零件托运工装和行走轨道组成，主要实现机床加工零件的转移运输工作。在用户车间中，根据生产任务的需求，智能生产线可以选择配备单条或者多条物流生产线。机床较少或者加工任务较为简单的智能车削生产线，可以采用单物流线模式，完成上料、转移和下料等操作；机床任务较多或者加工任务较为复杂的情况，为了避免物流系统的任务繁杂和冲突，可以配备两条或者多条物流线，一条用于毛坯零件或者半成品零件的上料，—条用于中间过程的转运，—条用于成品零件的下料。对于加工场景较为简单的智能车削生产线，工业机器人可以固定不动，即可完成零件的装夹和取放；对于较为复杂的智能车削生产线，可以再单独配备移动机器人，在行走轨道上进行零件的分配、抓取和释放工作。各工位之间的零件转移由RGV小车完成，通过自动编程，RGV小车能够在指定时间内准确无误地到达预定的位置，以保证工业机器人能够顺利识别并抓取零件。RGV小车上配备零件托运工装，用户车间可以根据加工零件的大小及尺寸，配备不同的工装，待工装各位置已装满足够的毛坯零件或者成品零件后，RGV小车运行，完成相应的上料、转运和下料工作。

由仓储柜、工业机器人、末端执行器、行走轨道组成。零件在完成加工之后，由RGV小车将成品零件转运到下料区，工业机器人移动到下料区，末端执行器根据成品零件编号，将成品零件进行抓取，再由工业机器人将成品零件转移到仓储柜的指定位置。末端执行器需要各用户单位根据加工零件的形状、尺寸进行特殊设计，以满足不同零件的抓取工作。仓储柜由大小相同的独立小柜构成，各小柜之间可以快速地拼接和拆分。对于固定式工业机器人，用户车间应当根据工业机器人的最大工作高度和最大工作范围，自行调整设计仓储柜长度和高度。配备行走轨道的工业机器人，成品仓储柜可以设计得相对长一些。机器人通过行走轨道，能够增加工作覆盖范围，行走轨道可以根据需求，设置为直线形或者环形。对于有多个仓储柜的用户车间，或者有不同零件分类的成品仓储柜，用户单位也可以调整行走轨道的长度和形状，如环形轨道就能使一台机器人对应多个成品仓储柜，实现—台机器人多服务，提高机器人利用率。成品物流仓储柜数量较多的时候，应当增加行走轨道的长度，或者配备两个及以上的工业机器人以保证物流的效率。需要注意的是，行走轨道长度设计要考虑机器人的行走时间，不能设计得过长，如果机器人行走时间过长，则可能导致物流配送效率低，造成成品零件在下料区出现堆积，产生零件碰撞等意外，这样反倒增加了生产风险，同时也降低了工作效率。

4、机床控制器的控制层级

人工智能与计算机技术的结合，极大地推动了数控系统的智能化程度，主要体现在数控系统中的各个方面：

（1）应用前馈控制、在线辨识、控制参数的自整定等技术提高驱动性能的智能化；

（2）利用自适应控制技术实现加工效率和加工质量的智能化；

（3）应用专家系统等智能技术实现故障诊断、智能监控等加工过程控制方面的智能化。

制造过程中，机床控制器的控制层级可以划分为图7所示的3个层级，包括电机控制层级、过程控制层级和监督控制层级。其中，电机控制层级可以通过光栅、脉冲编码器等机床检测设备实现机床的位置和速度监控；过程控制层级主要包括对加工过程中的切削力、切削热、刀具磨损等进行监控，并对加工过程参数做出调整；监督控制层级是将加工产品的尺寸精度、表面粗糙度等参数作为控制目标，以提高产品的加工质量。