基于机器人技术的智能制造流程优化.pdf

52农机使用与维修2023年第8 期基于机器人技术的智能制造流程优化戚德慧（新乡职业技术学院，河南新乡4530 0 0）摘要：机器人技术在智能制造中发挥着重要作用，可以提高生产效率、降低成本、提高产品质量。随着人工智能和机器人技术的快速发展，越来越多的企业开始将其应用于制造业中。构建一种基于机器人技术的智能制造流程优化方法，用Petri网构建企业制造业务流程优化模型，将企业实际的各个流程映射到流程中。研究结果旨在通过局部流程的优化改进，以及整体业务流程的重构来提高生产制造整体运作效率，保证企业效益最大化。关键词：机器人技术；人机协作；物联网；大数据中图分类号：TH16Abstract:Robotics plays an important role in intelligent manufacturing,which can improve production efficiency,re-duce costs and improve product quality.With the rapid development of artificial intelligence and robotics technology,more and more enterprises start to apply them in manufacturing.In this paper,we construct a smart manufacturingprocess optimization method based on robotics technology,build an enterprise manufacturing business process optimiza-tion model with Petri nets,and map the actual individual processes of the enterprise into the process.The research re-sults aim to improve the overall operational efficiency of manufacturing through the optimization and improvement of localprocesses as well as the reconfiguration of overall business processes to ensure the maximization of enterprise benefits.Keywords:robotics;human-robot collaboration;Internet of Things;big data0引言智能制造通过技术手段提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量。机器人技术是智能制造的关键技术之一 1-2 ,具有高效、精准、灵活等优点，可以替代人力完成生产线上的重复性工作 3，机器人技术不仅可以提高生产效率，降低成本，而且能够提升产品质量和工作安全性，成为企业获取竞争优势的重要手段 4在这个背景下，本文提出构建一种基于机器人技术的智能制造流程优化方法，以仓库制造货位分配问题为切人点，旨在充分利用机器人技术的智能化特点，对生产流程进行深度优化。1智能制造流程及案例分析1.1流程智能制造流程如图1所示，主要包括三维工艺设计系统、机器人编程与仿真系统、机器人控制系作者简介：戚德慧（198 1一），女，河南新乡人，本科，讲师，研究方向为电气自动化,PLC控制，工业机器人应用技术。文献标识码：AOptimization of Intelligent Manufacturing Processes Based on RoboticsQI Dehui(Xinxiang Vocational and Technical College,Xinxiang 453000,China)统、智能移动装备系统控制系统等。各系统通过数据共享和协同工作，实现智能制造过程的高效自动化,可以极大地提高生产效率和生产质量，并帮助企业更好地适应市场需求的变化。1.2案例分析1.2.1富士康智能生产线富士康是一家全球领先的电子制造服务公司，拥有丰富的生产经验和先进的制造技术。富士康智能生产线是该公司的一项重要技术创新,该系统采用了大量的机器人技术和智能化的生产工艺，企业生产效率和生产质量都得到了极大的提升 5。富士康智能生产线的主要特点如下：采用智能化设备和系统，可以自动化地完成各种生产环；实现了数字化制造，可以更好地掌握生产过程中的数据和信息，提高了生产的准确性和可控性；采用灵活生产模式，大大缩短产品上市时间，提高了企业的市场竞争力；提高了生产效率和产品质量，1.2.2东杰智能PLM系统东杰智能PLM系统是一种基于物联网技术和云计算技术的智能化产品生命周期管理系统，主要用于管理产品从设计到生产、销售、服务的整个生doi;10.14031/ki.njwx.2023.08.0162023 年第8 期命周期，包括产品的设计、工艺规划、质量管理、供应链管理、维修保养等各个环节（图2）。主要特点如下：实现了全生命周期管理，提高了产品的质量和市场竞争力；采用物联网技术，实时监测产品的农机使用与维修运行状态和维修情况，提高了产品的可靠性和维护效率；实现了云计算，提高了企业内部各个部门之间的合作效率，同时也方便了客户和供应商的参与。53工艺信息三维工艺设计系统生产计划、过程记录制造执行系统工艺信息三维模型规划位置信息机器人编程与仿真系统数控程序检测数据装备信息智能移动装备协同制造信息融合与分析控制系统系统移动路径信息机器人状态数据机器人控制系统图1智能制造流程示意图导入车库设计模型智能PLM系统&车库毛坏模型建模识别制造特征创建机加工序3D机加工设计3D工艺机加工艺解决方案评审3D机加文智能MSE系统档制作统计报表输出制造文档工艺公差优化图2 东杰智能PLM系统工作流程图优势并适应市场的变化。2.2Petri 网2智能制造流程优化及其算法概述2.1流程优化制造过程优化是通过工艺优化、自动化和机器人应用、软件集成与数字化、供应链优化、质量管理和改进、培训与员工参与，以及持续改进和创新等手段，提高产品质量和增强制造灵活性 6-7 。通过优化制造流程，消除瓶颈和低效环节，引人自动化设备和机器人技术实现生产线的自动化，协同优化供应链引入质量管理体系进行持续改进，保持竞争Petri 网（Petri Net）是一种图形化的数学模型，用于描述并发系统、并行计算和工作流程等。Petri网由一组有向图所组成,其中包含两种基本元素：库所（Place）和变迁（Transition）。库所用于表示系统的状态或资源，变迁则代表状态之间的转换或事件发生的条件。库所和变迁之间通过有向弧连接，表示资源的流动或事件的触发。Petri网数学定义如下。54假设三元组N=（S,T;F)为一个网,该网称为有向网的充分必要条件为以几点：(a)二元性,SnT=(b)非空性,SUT=(c)FCSTUTS(d)dom(F)Ucod(F)=SUT,其中:dom(F)=(xl 3y:(x,y)F),cod(F)=(yl 3x:(x,y)eF)其中,N=（S,T;F）,S表示库所集,是状态元素农机使用与维修P1P2876P101p9167O2023 年第8 期3P46p12D1514kP14p53p13的集合：T表示令牌集，是令牌元素的集合；F表示库所和令牌的流关系，在图形中一般用弧线表示；dom（F）、c o d（F)分别表示F的定义域和值域。3基于Petri的制造流程优化方法3.1基于Petri网的生产流程建模程1)整理原有制造流程。首先需要对原有的制造流程进行整理和了解，获得制造流程的详细信息，包括各个环节的步骤、物料的流动路径、操作的先后顺序等 8 。2)对应制造流程。将制造流程转化为Petri网中的元素。Petri网由地点（Place）、变迁（Transi-tion）、输人/输出弧（Arc）等组成，可以将机器人制造流程中的每个步骤或操作映射到Petri网的变迁，进而物料的流动路径映射到Petri网的输人/输出弧，得到先后顺序映射到变迁之间的关系。3）构建Petri网模型。按照Petri网定义对模型进行分析，确定模型中的地点、变迁和输入/输出弧,并建立它们之间的连接关系 9。本文使用Petri-fy辅助构建和分析Petri网模型。通过模型的构建可以更好地理解制造流程的动态行为，识别潜在的瓶颈和优化机会。3.2基于机器人智能制造流程模型构建按照Petri网规则将机器人智能制造全流程转换成Petri网模型图,其中圆形组件表示库所，正方形组件表示令牌,Petri网模型建立优化前整体的流程如图3所示，相关含义如表1、表2 所示，主要工作原理如下：初始状态下，企业市场部门库所P1中有一个令牌tl,表示P1获得令牌。当市场部门触发令牌tl时，触发条件满足，令牌t1从P1传递给企业物资需9p18(20O图3基于Petri网下智能制造流程优化示意图求计划管理系统(MRP)库所P2。随后，当企业物资需求计划管理系统（MRP触发令牌t2时,触发条件满足，令牌t2从P2传递给采购部库所P3。接着，当采购部触发令牌t3时，触发条件满足，令牌t3从P3传递给供方库所P4。最后，当供方触发令牌t4时，触发条件满足，令牌t4从P4传递给计控部库所P5。当计控部触发令牌t5时，触发条件满足，令牌t5从P5消耗，表示流程完成。货物到货后会申请人库，库所P6获得令牌表示货物入库，触发t6。接着,库所P7获得令牌，计控部再次核对采购订单与入库单，并根据不同产品将其按对应的库位人库，最后更新库位信息，触发t7。随后，库所P8获得令牌，表示技术部接收MRP系统发送的加工订单，根据需求进行零部件编程设计，触发t8。当程序设计完成后，库所P9获得令牌，技术部将需要加工的零部件以及对应的工段和程序信息打印成派工单，并将派工单发送给车间机器人,触发t9。车间接收技术部的派工单,库所P10获得令牌，同时将派工段分发至对应的各工段及爱人进行零部件加工，触发t10。车间加工包括冲压、激光分割、折弯、抛粉上漆等工段。车间加工过程开始时，车间物料申请库所P11获得令牌，表示填写物料申请表，触发tl1。然后仓库接收车间物料申请表库所P12获得令牌，表示接收车间的物料申请表,触发t12，紧接着工位接收物料库所P13获得令牌，工位接收物料时需要核对数量并检查物料是否损坏,触发t13,若发现物料破损或缺少，会填写领料单再次申请，此时不设置令牌。P202023 年第8 期最后,产品经质检合格后,质检库所P14触发t14,将产品配送至物料区。此时，物料区等待装配库所P15获得令牌，表示接收产品并等待装配。随后,车间运输车会将其他工段的产品运输至物料区，物料区等待装配库所P15触发t16，表示装配准备就绪。在装配前,装配线员工核对订单的准确性和完整性,装配线员工核对订单库所P16获得令牌,触发t17。同时,核对检查物料区是否缺少所需物料,触发t17。准备装配库所P17获得令牌，表示准备物料和工具进行装配。员工栋选物料并进行装配，员工抹选物料库所P18获得令牌，触发t18。装配库所P19获得令牌，触发t19，表示开始进行装配。装配完成后，员工对集装箱进行封装，员工对集装箱进行封装库所P19获得令牌，触发t20。最后,将订单信息以及客户数据信息表固定至集装箱，集装箱封装库所P20获得令牌。表1Petri网相关库所含义库所含义P1市场部接收订单P2MRP系统分解订单P3采购部接收采购订单P4供方平台接收P5计控部收货P6申请人库P7与计控部核对信息P8技术部接收P9技术部生成派工单P10车间接收派工单表2 Petri网相关令牌含义令牌含义t1需求解析2订单分解t3核对发送采购订单t4备货发货t5核对货物t6货物人库农机使用与维修令牌含义t7入库检查/更新信息t8编程设计t9分发派工单t10车间加工4结论通过本文分析，主要得出以下研究结论：1)机器人技术在智能制造中发挥着重要作用，通过实际应用案例的展示可以进一步阐明机器人在企业智能生产中的应用方案与原理。2)基于机器人技术的智能制造流程，本文使用Petri 网模型对其进行建模，流程涵包括市场部门的订单解析、物资需求计划、采购、供应链配送、车间加工以及质检等环节,通过使用Petri网模型可以清晰地描述每个环节之间的依赖关系和操作流程，实库所含义P11车间申请物料P12仓库接收申请表P13车间接收P14产品抽样质检P15车间运输P16检查核对P17准备装配P18栋选物料P19装配完成P20打包发货令牌含义t11填写物料申请表t12栋选配送物料t13检查核对物料t14合格运送至物料区t15不合格返工t16车间内运送55续表2令牌含义t17核对需求订单t18配送物料t19物料装配t20封装集装箱现智能制造及流程优化。参考文献：1邹火军，杨杰忠，黄浩兵.探讨工业机器人在智能制造生产线设计中的应用J.当代农机，2 0 2 2（12）：71-72.2姜明.工业机器人技术在智能制造领域中的应用分析J.现代工业经济和信息化,2 0 2 2,12(9)：12 2-12 4.3 彭淑素.智能制造时代自动化技术在工业机器人中的应用研究 J.科技资讯,2 0 2 2,2 0(18）：6 0-6 2.4林芸.基于网络远程控制和仿真的智能制造机器人的路径自动规划 J.科技通报,2 0 2 2,38(6)：30-34.5方群霞，梁志新.基于工业机器人的“智能制造”柔性生产线结构设计分析 J.科技资讯,2 0 2 2,2 0（11)：41-43.6周宇权.工业机器人技术在智能制造领域中的应用研究 J.产业科技创新,2 0 2 2,4(2)：7 1-7 3.7冯可铮.工业机器人技术在智能制造领域中的应用J.数字技术与应用,2 0 2 2,40(2)：45-47.8王会芝.工业机器人在智能制造中的应用J.南方农机,2 0 2 2,53(2):7 8 -8 0.9王朴.基于机器视觉的机器人智能制造实践应用研究J.中国设备工程,2 0 2 117):9-10.(05)