AGV 智能制造平臺的系統架構
AGV平臺在國內正在不斷壯大,不斷發展,逐漸地,AGV產品開始出現在各大工廠,替代人工進行工作。
系統架構方案設計是對已經確定的需求做出技術實現的規劃。好的系統架構具備可靠性、安全性、可擴展性、可維護性、可定制性等性質。進行 AGV 智能制造平臺的系統架構方案設計前,需要確定五個基本需求:一是該平臺要與當前企業內部生產管理特點、信息化水平相適應;二是該平臺能適應智能制造技術未來發展方向,增加功能或模塊時能夠順利接入原有平臺;三是該平臺具有制造業服務化轉型的一些初級功能;四是該平臺的對“智能”的落地并非人工智能,而是著力提升系統的柔性和精益性,但保留可接入人工智能技術的擴展性;五是若有外包,系統要最佳適應該組織特點并開放外部 internet 網絡接入的接口。根據這五個基本需求,結合對國內智能制造項目系統架構資料的研究,提出AGV 智能制造平臺的系統架構。
AGV 智能制造平臺總共分為 6 個層級,最底一層是執行層,最頂一層是決策層。制造 AGV 涉及的底層人員物料的信息,通過上一層的傳感器、數據采集控制系統、人機接口傳遞到再上一層即數字化層。數字化層包括訂單管理系統 OMS、產品數據管理系統 PDM、資源管理系統 ERP、倉庫管理系統 WMS以及制造執行管理系統 MES。在這一層級中,MES 是本 AGV 智能制造平臺一期建設的核心對象,因為如圖2所示 MES 在整個 AGV 智能制造的平臺中起到承上啟下的作用。
數字層往上的 L3 云技術層和 L2 應用層中除服務化管理以外的應用是本 AGV 智能制造平臺二期建設的對象,利用云平臺技術不僅其本身有諸多先進性和優勢,未來擴展建設專家系統和知識庫模塊進行企業知識管理的智能化提升也更加方便。在應用層內的服務管理模塊中,服務化管理對應平臺建設的服務化轉型功能需求。為了探索 AGV 制造企業服務化轉型之路,服務化管理的應用功能放在 AGV 智能制造平臺的一期建設時進行。而該公司AGV智能制造平臺的商務智能層,設定在三期建設時進行。特別說明的是,傳統的智能制造平臺架構中,通常都會有計算機輔助工藝規劃模塊CAPP,由于本企業的生產特點是加工外包,僅保留裝配工藝部分,企業內部工藝路線較普通制造企業大大縮短,因此,將工藝設計和管理需求集成至PDM中實現。
建設AGV 智能制造平臺時,需要把握住以下四個要點:一是分步實施原則,將平臺的建設分為三個階段進行。每一階段建設前就設立好建設質量評估指標體系,階段建設完成后對照指標體系進行全面評估,保證每一階段的建設質量。二是把 MES 建設作為平臺建設的重點。MES建設要充分考慮AGV產品生產制造關鍵業務流程的特點。AGV 生產的一大特點是涉及物料種類多、尺寸小、物料生產過程準確追蹤難度大。另外,AGV產品在出廠前必須要進行廠內調試,大批量AGV產品的出廠調試質量納入MES的有效監控也是一個關鍵環節。三是服務化管理模塊的設計要依靠自身的技術優勢,以豐富給客戶提供服務的種類和層次為方向,不斷探索和提升保障設備有效運行的能力,提高客戶的滿意度。四是始終關注數據的打通和有效交互問題。由于信息化建設方面的歷史原因,國內企業推廣智能制造系統時都會多少遇到各功能模塊間的數據交互不通暢的困難,因此,該AGV智能制造平臺建設從一開始就要關注各功能單元間數據的無縫對接問題。
實現 AGV 智能制造平臺的關鍵技術
經過對該AGV 智能制造平臺的系統架構進行論證研究后可以發現,實現該平臺主要涉及四個關鍵技術:智能生產管控技術、現場數據采集技術、大數據技術和云計算技術。智能生產管控技術主要實現以下目的:自動生產排程,根據訂單情況,自動輸出排產計劃,充分調動企業生產資源的最大化利用;自動物料調度優化,減少生產裝配各環節停工待料的時間,該功能往往和車間智能物流系統協同工作發揮巨大威力;快速響應訂單變化,在實際生產中常見因為客戶緊急需求而改變原有排產計劃的情形,此功能可以充分識別排產變化帶來的影響,確保更改后的排產計劃能夠使各項目均按時交貨。
數據采集是實現 AGV 智能制造平臺的基礎,只有在有效解決了底層設備的采集問題后,才能實現智能化控制的需求。目前數據采集的最大難點是底層設備數據格式和通訊協議各家相差較大,互不兼容。對這一矛盾可以通過建立設備互通的聯網系統,實現設備分布式網絡通訊,程序集中式管理,使設備方便地接入整個系統。由于該 AGV 智能制造平臺對于數據采集的實時性要求低,此方法相對于另一條解決數據采集問題的技術路線制造數據采集系統MDC更加適合。由于 AGV的裝配目前還不可避免的有一定人工參與的工作量,因此把手持終端或手機 APP手動上報數據的功能納入數據采集系統非常有必要。
由于大數據計算對硬件要求高,選擇云計算技術對于建立 AGV 智能制造平臺就是一個經濟選擇。云計算技術不僅使復雜的數據計算變得更高效、更廉價,云計算技術還能提供豐富的應用工具,使 AGV 智能制造平臺的應用功能開發變得更加容易和快速。
智能制造技術是“中國制造 2025”戰略中的一個重要推廣方向。本AGV智能制造平臺從制造業企業傳統車間的常見問題入手,立足信息互聯與數據共享,可改變以往外購物料交付進度追蹤不及時,生產程與實際進度出現偏差時不能及時發現,質量數據收集與分析缺乏,實施階段發現設計缺陷或制造缺陷不能及時反饋的問題等,最終實現 AGV 產品設計制造與實施,由業務驅動轉變為數據驅動、服務化驅動。在AGV 智能制造平臺方案設計與研究過程中,注重項目實施的先進性與經濟性平衡,力求快速解決當前AGV產品生產的主要矛盾又兼顧智能制造未來的技術發展趨勢和制造業服務化轉型的行業發展趨勢,為其他中小企業導入智能制造平臺時提供了一點有益的參考和借鑒。
AGV平臺的不斷擴大,使得每個工廠的效率也在不斷提高,如果您還有什么疑惑的話,歡迎咨詢wo