為了滿足不同客戶的需求，生產(chǎn)廠商正面臨著生產(chǎn)品種增加和批量減少所帶來的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)主要是對產(chǎn)品制造過程中最后裝配階段生產(chǎn)的影響。裝配工藝規(guī)劃必須把各種要求和邊界條件都考慮在內(nèi)，針對新產(chǎn)品的變化做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，并時刻關(guān)注裝配系統(tǒng)的系統(tǒng)配置狀態(tài)。此外，所設(shè)計的裝配系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)ψ兓漠a(chǎn)品進(jìn)行裝配，如本文所描述的物理網(wǎng)絡(luò)裝配系統(tǒng)及其所進(jìn)行的裝配工藝規(guī)劃(圖1)。

圖1 在采用模塊化和可重新配置結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)物理安裝系統(tǒng)中，各個裝配站將通過集成傳輸系統(tǒng)聯(lián)系在一起

　　產(chǎn)品裝配任務(wù)描述

　　無論是在虛擬的裝配工藝規(guī)劃中，還是在隨后的設(shè)備運(yùn)作中，將使用描述模板對產(chǎn)品、工藝過程和生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行一般描述。以此模板為基礎(chǔ)，在進(jìn)行裝配工藝規(guī)劃時，需要通過對產(chǎn)品要求、生產(chǎn)設(shè)備能力以及裝配基本任務(wù)、子任務(wù)和參數(shù)模板的描述來確保產(chǎn)品和設(shè)備的兼容性，以完成所需的裝配過程。裝配基礎(chǔ)任務(wù)包括操控、配置、調(diào)試、輔助工序和特殊工序。每種模塊負(fù)責(zé)完成一個特定的任務(wù)，這樣對產(chǎn)品要求的描述以及裝配系統(tǒng)模塊的分配將與子任務(wù)一起完成。詳細(xì)描述由各種參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。對裝配過程的規(guī)劃和操控也將被描述。由于規(guī)劃者和操作層面的裝配模塊都可以對所選任務(wù)和參數(shù)的描述進(jìn)行解釋，因此對裝配任務(wù)和裝配與操作層面參數(shù)的統(tǒng)一語義描述將推動信息通用性的發(fā)展。

　　產(chǎn)品裝配的虛擬評估

　　在規(guī)劃層面，通過啟動以能力為導(dǎo)向的描述模板對產(chǎn)品要求和生產(chǎn)設(shè)備能力進(jìn)行虛擬調(diào)整，從而可以對產(chǎn)品裝配進(jìn)行虛擬評估。評估所得信息隨后將作為裝配記憶被導(dǎo)出，從而能夠根據(jù)規(guī)劃中特定的指標(biāo)來完成產(chǎn)品裝配。

　　以能力為導(dǎo)向的任務(wù)描述將緊接著被作為范例，用來對Torx螺絲旋緊過程和兩個裝配過程所涉及的模塊進(jìn)行描述。首先將螺絲運(yùn)送到位，然后以特定的扭矩旋緊。

　　除了需要對產(chǎn)品要求進(jìn)行描述以外，還必須以模塊化思維對模塊的能力進(jìn)行定義。靈活、可變且可重新配置的裝配系統(tǒng)能夠適應(yīng)不斷變化的各種框架條件。通過對各個功能元件進(jìn)行改變、結(jié)合和移除，可按照確切的產(chǎn)品、產(chǎn)能和技術(shù)要求對裝配系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。

　　為了能夠靈活的控制不同的模塊，不會采用傳統(tǒng)的實(shí)地程序控制系統(tǒng)，而是會采用受控的事件處理系統(tǒng)。在此，產(chǎn)品和特定產(chǎn)品所需的裝配步驟的相關(guān)事件將被啟動。

　　事件的處理和裝配系統(tǒng)不同模塊的控制都通過代理服務(wù)器來完成。這些代理服務(wù)器具有不同的接口，可實(shí)現(xiàn)不同模塊的通信和控制。裝配記憶數(shù)據(jù)將首先以標(biāo)準(zhǔn)化的形式用于以代理為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，經(jīng)過合適格式化程序處理后，發(fā)送到將要受到控制的裝配模塊。由于可以使用不同的接口，如TCP/IP或OPC，而且通過集成格式化程序可得到正確形式的可用數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送出去，從而能夠?qū)崿F(xiàn)不同系統(tǒng)之間的信息雙向交流。

　　各個模塊作為嵌入式系統(tǒng)都擁有接口和獨(dú)立的邏輯，從而可根據(jù)任務(wù)的需要設(shè)置參數(shù)來控制這些模塊。所需的語義儲存在控制系統(tǒng)中。在機(jī)電一體化模塊所在的系統(tǒng)中，人將以不同方式獲得輔助，但仍需自己去接受以完成各種不同的任務(wù)。

　　網(wǎng)絡(luò)物理裝配系統(tǒng)由四個模塊站組成

　　網(wǎng)絡(luò)物理裝配系統(tǒng)體現(xiàn)了與合作伙伴共同創(chuàng)建的研究項目SmartF-IT所需的產(chǎn)業(yè)環(huán)境，合作伙伴為博世力士樂(Bosch Rexroth)和德國人工智能研究中心(DFKI Saarbrücken)。這種裝配線上裝有多變的小型控制單元。該控制單元擁有對開式箱體和電子機(jī)芯。它由四個裝配站和三個變換器模塊組成。這些裝配站利用標(biāo)準(zhǔn)組件建立起來，并且擁有配備同樣標(biāo)準(zhǔn)化接口和分散控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。集成傳輸系統(tǒng)把這些站相互連接起來。

　　在裝配過程中，利用工件載體裝置來完成產(chǎn)品在站與站之間的運(yùn)輸。這種工件載體裝置貼有RFID電子標(biāo)簽。該標(biāo)簽一開始就與不同產(chǎn)品的虛擬裝配記憶聯(lián)結(jié)在一起，這樣一來，在隨后的各站中便可通過特定的RFID ID啟動已儲存的虛擬裝配記憶和各個工藝步驟。每個站的傳輸模塊都有自己的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)與RFID讀取器和定位單元(PE)連接在一起(圖2)。

圖2 傳輸模塊配有自己的控制裝置。它與RFID讀取器和定位單元連接在一起

　　特定的RFID ID被讀取完畢后，將被傳送到代理服務(wù)器。該代理服務(wù)器負(fù)責(zé)檢查虛擬裝配記憶中需要被執(zhí)行的裝配步驟，并確定該步驟能否在此裝配站被完成。當(dāng)裝配站需要執(zhí)行裝配步驟時，定位單元PE把工件載體裝置固定到裝配站，如此便能對產(chǎn)品進(jìn)行裝配。當(dāng)這個裝配站不再需要執(zhí)行裝配步驟時，工件載體裝置將被傳輸?shù)较乱徽尽?/p>

　　以能力為導(dǎo)向裝配系統(tǒng)的描述

　　在當(dāng)前的系統(tǒng)配置狀態(tài)下，由第一站提供的上軸瓦將被傳輸用于裝配過程。該傳輸過程經(jīng)由Pick-by-Light系統(tǒng)。工作人員可以從該系統(tǒng)獲得信號，并從小分子載流子獲知組件類型(圖3)。此外，機(jī)床工人可以從各個裝配站的顯示器上獲取工作指示。與此同時，傳輸模塊裝有設(shè)定好參數(shù)的控制裝配，而輔助模塊則裝有獨(dú)立的邏輯。代理服務(wù)器將根據(jù)產(chǎn)品變化設(shè)定不同的參數(shù)來控制這些模塊，并分散對其進(jìn)行處理。

圖3 第一站將根據(jù)不同的產(chǎn)品來傳輸不同的組件(借助Pick-by-Light系統(tǒng))，并對其進(jìn)行裝配

　　第二站將根據(jù)不同的產(chǎn)品提供相應(yīng)的電子配件，并對其進(jìn)行裝配。Pick- by-Laser-Light系統(tǒng)將作為傳輸模塊來使用。該系統(tǒng)可以從小分子載流子中讀取已經(jīng)定位好的電子標(biāo)簽，利用3D相機(jī)記錄夾緊過程，并通過激光投影儀顯示出相應(yīng)的KLT(裝配組件)。與在第一站中一樣，用于鎖緊產(chǎn)品的下軸瓦將在第三站經(jīng)由Pick-by-Light系統(tǒng)傳輸?shù)轿?。在本站扭矩受到監(jiān)控的情況下，無線電動螺絲刀會旋緊一些電子組件以及下軸瓦。

　　在此過程中，通過定位系統(tǒng)可測定出螺絲刀的工具中心點(diǎn)位置。該中心點(diǎn)只會對準(zhǔn)預(yù)設(shè)的螺絲，這樣便可在準(zhǔn)確的位置設(shè)置扭矩。對旋緊過程的記錄和監(jiān)控將自動進(jìn)行。機(jī)械手將根據(jù)產(chǎn)品的不同，從螺絲箱中選擇出合適的螺絲，然后傳遞給工作人員(圖4)。

圖4 與機(jī)械手合作完成螺絲傳輸。機(jī)械手選擇出合適的螺絲，然后傳送給工作人員

　　裝配系統(tǒng)設(shè)計和通用信息的模塊化可以更加有效地對裝配系統(tǒng)規(guī)劃過程進(jìn)行設(shè)計。以能力為導(dǎo)向的任務(wù)描述是裝配工藝規(guī)劃和操作的重點(diǎn)。在規(guī)劃過程中，對裝配過程進(jìn)行虛擬保障后將出現(xiàn)針對產(chǎn)品的裝配記憶。該記憶可通過分散且受控的裝配操作過程來裝配不同的產(chǎn)品。在兩個層面上統(tǒng)一語義的描述構(gòu)成其基礎(chǔ)。在虛擬模型中裝配工藝規(guī)劃不會受到系統(tǒng)配置狀態(tài)的影響，如此可以利用規(guī)劃過程中的數(shù)據(jù)直接對不同的產(chǎn)品進(jìn)行裝配。