一、產品概述

該綜合實驗室為在數字孿生技術基礎上，設計的一套個性化定制工業機器人系統，能夠實現多種智能裝備的廣泛使用；各種設備通過信息技術和控制系統實現互聯互通，并建立車間級工業互聯網互聯互通；生產過程實現智能調度，生產任務指揮調度實現可視化，可視化系統實時呈現包含生產狀況、品質狀況、設備狀況等生產數據；在關鍵工序采用智能化質量檢測設備，產品質量實現在線自動檢測、報警和診斷分析，產品質量控制實現智能管控；產品信息實現生產過程可追溯；物料配送實現自動化；配備相應的熱感、煙感、溫度、濕度、有害氣體等智能監測、調節、處理系統，實現車間環境智能管控。

可在該個性化定制的工業機器人綜合系統基礎上，開展機器人技術的課程建設，開展智能制造、數字孿生技術教材的編制，開展數字化工廠虛擬仿真項目建設，開展智能制造技術的科研開發等相關工作，進一步促進產教融合的落地。

二、系統特點

1.綜合性：本裝置綜合了工業機器人、人工智能、視覺模塊、搬運模塊等模塊，可覆蓋機器人工程、機械電子工程、電氣工程及其自動化、自動化、物聯網等專業的相關實驗項目。
2.適應性：能滿足各類學校相應課程的實驗教學，深度和廣度可根據需要作靈活調整，普及與提高可根據教學的進程作有機的結合，裝置采用積木式結構，更換便捷，如需要擴展功能或開發新實驗，只需添加相應模塊即可，永不淘汰。
3.配套性：從機器人模塊、機器視覺模塊到數字孿生等均配套齊全，配套部件的性能、規格等均密切結合實驗的需要進行配置。
4.系統性：通過模塊之間相互配合，可完成書簽制作、禮盒定制等簡單而又完整、貼近生產生活的實驗過程，避免單一過程學生缺乏系統認知甚至失去興趣的問題。
5.模塊化：系統由多個獨立模塊構成，可獨立完成對應的實驗過程，如視覺識別、機器人搬運等，為對應的理論課程提供實驗支撐，可根據實驗需求定制模塊及實驗。
6.科學性：裝置占地面積少，節約實驗用房，減少基建投資；配套的機器人、搬運模塊均經特殊設計，可模擬工業機器人運動的特性和參數；低功耗，節約能源；實驗噪聲小，整齊美觀，改善實驗環境；可完成微處理器控制系統、可編程控制器等基本實驗，內容豐富，設計合理，除了鞏固與加深理論知識外，還為學生走向社會打下良好的基礎；具有數字孿生、智能制造相關模塊，具有先進型。
7.先進性：具有數字孿生、智能制造、人工智能等相關模塊，讓學生對新技術有足夠的認識和了解，緊跟時代步伐。同時不斷的適應教材的最新變化，及時將最新的技術在實驗中得到體現。

三、系統流程及配置

? ? 以下結合該系統可進行的一個完整的書簽制作過程來演示系統使用流程：

書簽制作流程

（一）個性化定制硬件
1.總體參數要求
1)單次上料生產件數：≥20PCS；
2)單工位平均生產節拍：≤60s；
3)不良率：≤5%（不含視覺檢測到的次品）；
4)使用氣壓：≥0.5MPa；
5)總功率：≤10kW；
6)總占地面積：15m×4m（長×寬）；
7)安全防護：光幕（進出口處配置）；
8)產線使用電壓：220V±10 50Hz；
9)安裝環境溫度：-5℃-45℃；
10)允許環境振動加速度：≤0.5G.
2.機器人上下料單元
機器人上下料單元有工件暫存庫位、工業機器人、夾爪機構組成，可以將工件放置在檢測工位上，檢測完成后剔除或輸送至清洗單元。
物料緩存單元定制
1)貨格緩存位數量：8個；
2)配置安全裝置，防止工件掉落；
3)翻轉工位：:翻轉氣缸*1，滑臺氣缸*1，真空發生器*2；
工業機器人 ABB120
1)有效負載：≥3kg；
2)最大臂展：≥580mm；
3)最大工作氣壓：0.8MPa；
4)安裝方式：地面水平安裝；
5)重復定位精度：±0.02mm；
6)定制夾爪.
3.AGV輸送單元
AGV輸送單元由AGV底盤和協作機器人及視覺相機組成，可以完成原料出庫到產線原料緩存位的物料輸送和成品出庫工作。
AGV底盤 U200
1)外形尺寸：1000mm*600mm*260mm
2)承載能力：≤200Kg
3)回轉通道寬度：Min 1320mm
4)行走通道寬度：Min 950mm
5)轉彎半徑：Omm
6)回轉半徑：≤600mm
7)有效載荷的加速度限制：0.5m/s^2
8)電池：≥ 60Ah
9)標配雷達數量：≥2個
協作機器人 EC66
1)自重：≤20Kg
2)有效負載：≥6Kg
3)最大工作半徑：914mm
4)功耗：普通工況約250W
5)供電：19-72VDC
6)復合機器人場景下操作速度：≤1000mm/s
7)重復定位精度：±0.03mm
8)安裝方式：任意角度
9)IP防護等級：≥P54
視覺相機 ?？?br /> 1)分辨率：≥200萬-500萬
2)最近攝距：≥100mm
3)光源：外置
4)其他功能：條碼/二維碼/識別。
4.視覺檢測單元
視覺檢測采用工業相機對書簽進形掃描拍張，識別書簽表面缺陷。
視覺相機 ?？担ㄟx用）
1)分辨率：≥200萬-500萬
2)最近攝距：≥100mm
3)光源：外置
4)其他功能：條碼/二維碼/識別
5、激光雕刻單元
激光雕刻單元由輸送線和激光雕刻機和組成，按照訂單圖片，書簽正反面的雕刻。
輸送線和翻轉機構：
1)輸送線：使用型材搭建，調速或變頻電機驅動，旋轉方向和速度可調，寬度≥5cm；
2)翻轉機構：使用翻轉氣缸或者電機進行翻轉，翻轉速度可調。
激光打標機：
1)激光輸出功率：≥20W
2)激光波長：≥1064nm
3)激光束質量：≥1.2M2
4)重復頻率：20-100KHZ
5)重復精度：±0.001mm
6)最小聚焦光斑：0.005mm
7)最小字符高度：0.15mm
8)最大打標速度：≤7000 mm/s
9)雕刻范圍：≥150*150mm
10)支持文件格式：dxf、plt、ai、pcx、jpg、png、bmp等；
11)支持字符類型：中文字體、英文字體
12)自動編碼：支持打印序列號、批號、日期、條形碼、二維碼、自動跳號等
13)支持條碼：CODE128、CODE39、PDF417、EAN標準碼、DataMatrix
14)定位顯示：LD紅光，波長650nm
15)電力要求：220V±10%/50HZ/4A
16)冷卻方式：風冷、內置式智能溫控、循環風冷系統；
17)使用環境：潔凈無塵、無震源
18)應用材質：所有金屬（包含高反材料銅、銀）及表面油漆剝漆、合金及氧化物，ABS塑料、環氧樹脂等
19)激光打標機立柱可電動升降；防護等級：≥IP54；
6、裝盒貼標單元
裝盒單元由貼標機和裝盒機構組成，負責將裝盒的書簽按訂單編碼貼標。
貼標機
1)打印方式：熱敏行式打印。
2)分辨率：≥8dots/mm（203DPI）。
3)有效打印紙寬：≥56mm。
4)打印速度：≥100mm/s。
5)接口：RS232+USB，可選網口、TTL。
6)最大紙寬：≥62mm。
7)最大紙卷外徑：≥Φ120mm(max)。
8)進紙步距：≤0.125mm。
9)工作電壓：24V。
10)使用壽命：≥150KM。
11)打印內容：GBK 漢字庫，ASCII字符，一維條碼、二維條碼。
7、分揀單元
掃碼槍基恩士SR-X300
1)傳感器：CMOS 圖像傳感器
2)像素數：1920 × 1200
3)對焦：自動
4)照明光源：高亮度紅色/白色LED可選
5)二維碼支持：QR、MicroQR、DataMatrix（ECC200）、DMRE、GS1 DataMatrix、PDF417、MicroPDF417、GS1 Composite（CC-A/CC-B/CC-C)、DotCode、Maxi Code、Aztec Code
6)條碼支持：CODE39、ITF、2of5（Industrial 2of5）、COOP 2of5、NW-7（Codabar）、CODE128、GS1-128、GS1 DataBar、CODE93、JAN/EAN/UPC、Trioptic CODE39、CODE39 Full ASCII、Pharmacode、Postal（Japan Postal、IMB）
7)二維碼分辨率：0.024 mm
8)條碼分辨率：0.082 mm
9)讀取距離：70 至 1000 mm
輸送線
1)輸送線由調速電機或變頻控制速度可調
2)入庫分揀配備緩存位置，堆疊緩存
8.裝箱單元
自動化包裝生產線集自動開箱、自動封箱、自動打包等功能于一體。全自動包裝線應用范圍廣、占地面積小、操作簡單、性能穩定?？纱蟠鬁p少勞動力，提高生產效率，降低生產成本。
1、從全自動開箱機開始——自動開箱，封好紙箱底部；
2、進入一字型折蓋封箱機——自動進行一字型封箱；
3、完成一字型封箱后，轉入角邊封箱機，進行四角邊封箱；
4、封好箱后自動打包，至此本流水線包裝操作完成。
如在一步驟與二步驟間加入產品自動裝箱，屆時本自動包裝生產線將可以完全實現無人化全自動從開箱到打包好。
9.碼垛機器人
工業機器人 ABB260
1)有效負載：≥30 kg；
2)最大臂展：≥1560mm；
3)軸數：4軸；
4)最大工作氣壓：0.8MPa；
5)安裝方式：地面水平安裝；
6)重復定位精度：±0.1mm；
7)定制夾爪
10.其余部件
煙霧溫濕度三合一傳感器，RS485輸出；
產品參數：煙霧測量范圍：0-10000ppm；
溫度精度：≤±0.5℃(0-60℃范圍）；?
溫度分辨率：≤0.02℃；
濕度測量范圍：0-100%RH；
濕度精度：±2%RH；
濕度分辨率：≤0.02%RH；
供電電壓DC12V-24V；
響應時間：≤2 秒；尺寸：
其他用以完成產線功能的部件
（二）輸送線硬件
滾筒輸送機是一種輸送成件物品的連續輸送機械設備，應用遍及機械、冶金、汽車、家電、輕工、化工、紡織，郵電、建材、交通等各個行業的加工，裝配、測試、包裝、貯運、分揀等流水生產線中，幾乎隨處可以發現由滾筒輸送機組成的輸送系統，滾筒輸送機設計要了解各個技術參數，這樣才能設計出合理、好用的輸送設備。滾筒輸送機技術參數如下：
1、尺寸規格：按客戶需求采用其它特殊規格
2、機架材質：碳鋼噴塑或鋁型材
3、動力方式：減速電機驅動，電動滾筒驅動等形式。
4、滾筒選擇：直段滾筒所用的滾筒直徑有38，轉彎滾筒的錐度會根據輸送物體的重量、外形尺寸、線速度等來設計。
???（1）滾筒的長度選擇：350mm
???（2）滾筒的壁厚及軸徑選擇：按照輸送物的重量平均分配到接觸的滾筒上，計算出每支滾筒的所需承重，從而確定滾筒的壁厚及軸徑?！?br /> ???（3）滾筒材料及表面處理 ：碳鋼鍍鋅、不銹鋼、發黑或包膠
???（4）選擇滾筒的安裝方式 ： 彈簧壓入式
5、傳動方式：平面摩擦傳動帶、同步帶
6、調速方式：變頻調速
（三）堆垛機立體倉庫
立體庫由貨架和堆垛機組成，配置原料庫和成品庫，配合協作機器人進行原料和成品的出入庫。
貨架
1)貨架材質：工業鋁型材或者碳鋼組合式。
2)組合式貨架采用整體式安裝結構，定位精度高，整體：外形美觀、尺寸合
3)原料庫位數量：≥100
4)成品庫位數量：≥100
堆垛機
1)驅動：選過一線品牌伺服電機，總線控制，配備絕對值編碼器。
2)滑臺：采用滾珠絲桿或同步帶滑臺，重復定位精度≤0.05mm。
堆垛機立體倉庫技術參數：
1.地軌：鋼軌、鋁軌;
2.設備高度：3米
3.貨叉形式：單深、雙深;
4.行走：速度（4-300m/min變頻控制）、行走加速度（≤2.5m/s2）;
5.升降：速度（4-60m/min變頻控制）、升降加速度（≤1m/s2）;
6.貨叉：速度（4-60m/min變頻控制）、升降加速度（≤1m/s2）;
7.馬達：以設計為準；
? ? 堆垛機立體倉庫產品說明：
? ? 1.堆垛機一般分單立柱和雙立柱結構，由行走、提升和貨叉三個驅動機構完成作業要求，采用國際先進的伺服控制系統和認址系統進行全閉環控制，配合條碼或激光測距等高精度認址方式，實現堆垛機高精度運行，堆垛機載重最大可達8噸左右，行走速度可高達400m/min。堆垛機是由行走電機通過驅動軸帶動車輪在下導軌上做水平行走，由提升電機通過鏈條/鋼絲繩/皮帶帶動載貨臺做垂直升降運動，由載貨臺上的貨叉做伸縮運動；行走認址器用于控制堆垛機水平行走位置；提升認址器用于控制載貨臺升降位置；通過認址器和光電識別，以及通訊號的轉化，實現計算機控制，亦可通過機上控制盤實現自動、半自動和手動控制；
? ? 2.堆垛機結構安全、穩定可靠，由矢量變頻驅動器和編碼器位置控制，采用機械和電氣雙重保險裝置，采用信息傳遞全程跟蹤技術；
? ? 3.堆垛機作為智能立體倉庫中重要的運輸設備，其各項技術參數的選用，將直接影響到整個智能立體倉庫的運行效率和經濟效益，合理的選擇各項參數，將大大提高整個系統的運行效率和經濟效益，所以堆垛機水平運行速度、起升速度和貨叉伸縮速度，這三項參數的高低，直接關系到整個智能立體倉庫的出入庫效率。
（四）虛擬仿真模塊開發
1.數字孿生
1)支持用戶登錄、注冊和修改密碼功能；
2)整個智能生產線可從多角度顯示，整個智能生產線即可整體實時顯示，也可單個模塊實時顯示，帶有放大、縮小、旋轉按鈕等調整顯示位置；
3)實現與設備同步運行的功能，包括運行、停止、故障處理狀態；
4)通過對數字模型中每個工作站的自動、運行、復位、停止按鈕的操作實現對智能生產線的運行狀態控制；
5)數據采集要求：
a）數據采集智能生產線設備、生產、用戶等可監控、可檢測的數據；
6)數據雙孿生模型設計原則：
a)支持多個客戶端同時訪問；
b)生產與訂單信息同步顯示，實時顯示整個制造流程；
c)智能生產線的每個工作站具備局部放大、縮小調節功能；
d)為清晰顯示每個工作站的效果，畫面需要一個隱藏和顯示安全罩的按鈕；
e)智能生產線上的流動的物料和形狀要求與仿真保持一致。
7)信號組成：
a)生產線設備數據：如機器人關節、傳感器信號等。生產過程中管理系統信息，例如生產訂單，設備利用率；
b)智能生產線數據傳輸與存儲：生產線設備數據，機器人關節、傳感器信號等
c)信號存儲：現場數據庫中存儲產線完整運動周期（最近三天）的數據。
8)數據展示：
a)報警信息：訂單、設備、物料、質量；
b)設備運行狀態：運行、停機、待機、報警。
9)數據展示原則：
a)采用最為流行的數據展示方式；
b)多維度實時呈現監控信息。
10)數據孿生模型設計原則：
a）采用最為流行的三維引擎技術設計開發；
b) ?仿真產線運行過程，彈窗顯示設備技術參數、報警信息、MES采集的訂單等信息；
c） 仿真畫面運行平滑。
2、虛擬調試系統
1)支持用戶登錄、注冊和修改密碼功能；
2)支持機器人和卡爪動作任務生成，并且能夠通過信號啟動相應任務；
3)支持光電傳感器模擬，能夠對外輸出狀態信號。
4)支持氣缸等類似的運動執行元器件，能夠模擬阻擋物體運動的功能；
5)支持OPC-UA通訊，能夠實現數據雙向交互；
6)支持真實PLC設備直接驅動生產線運行，虛擬產線產生的狀態信號，能夠實時反饋到控制系統，實現交互式仿真；
7)通過對數字雙胞胎模型中每個工作站的自動、運行、復位、停止按鈕的操作，實現對虛擬智能生產線的運行狀態控制；
8)每次僅發送變化信號，刷新頻率≤80ms，網絡延遲時間≤100ms；
9)支持輸送帶設備、AGV等物流設備仿真； ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
10)智能生產線的每個工作站具備局部放大、縮小調節功能； ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
11)為清晰顯示每個工作站的效果，畫面需要一個隱藏和顯示安全罩的按鈕； ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
12)仿真環境中，提供簡單信號操作按鈕；
13)虛擬生產線支持手動運行模式和自動運行模式；
14)每次信號傳輸同時發送；
15)運行平滑；
16)3D渲染采用科技、簡潔、未來感的風格。
（五）智能管理軟件系統開發
采用新一代工業互聯網信息化技術開發的BS架構的MES系統，具體要求如下：
1、訂單管理
a)訂單管理包括訂單創建、訂單的編輯、刪除、下發生產等管理功能；
2、設備管理
a)設備增加、刪除、信息維護、設備狀態顯示功能；
3、工藝管理
a)工藝創建和維護功能；
4、質量管理
a)質量數據錄入；
b)質量報表查看和導出功能；
5、物料管理
a)物料信息添加；
b)物料出庫、入庫管理；
c)物料庫位管理；
d)物料庫存管理；
6、生產計劃
a)訂單生產計劃排程；
b)生產計劃下發執行；
7、數據采集
a)采集設備或產線的運行狀態（運行、停機、待機、故障報警）；
b)采集設備稼動率、故障率；
8、工位信息化
a)工位訂單、工藝數據顯示；
b)工位生產數據上報；
9、碳排放能源監控系統
a)通過車間設備的全流程能源監控并根據特定的算法，對能源消耗進行碳排放等效計算得出可視化的碳排放數值，為智能智造行業提供碳減排、碳中和提供技術計算平臺支持樣板；
10、車間環境智能監控
a)車間溫度和濕度的采集與顯示（上報頻率不小于20分鐘一次）；
11、根據實際需求支持第三方系統對接
a)設備對接；
b)機器人對接；
c)激光打標機對接；
d)二維碼掃描器對接；
e)數字孿生系統對接；
f)AGV系統對接；
12、統計報表模塊
a)統計訂單情況、物料情況、設備情況、質量情況、產品加工進度等方面進行統計產生報表；
1)智能看板
a)把車間人員、物料、設備、訂單、質量等關鍵統計數據進行圖形化展示；
13、人員管理
a)人員信息增加、刪除、信息維護功能；
b)人員賬號分配、修改、刪除等管理功能；
c)人員角色權限管理功能；
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