[发明专利]基于MES的智能化树脂砂造型流水线生产系统的控制方法

权利要求书

1.基于MES的智能化树脂砂造型流水线生产系统的控制方法，其特征在于：所述生产系统包括砂箱立体库系统(1)、模具立体库系统(2)、造型系统(3)、铸型立体库系统(4)和总控系统(5)，所述砂箱立体库系统(1)包括砂箱立体库(13)、砂箱堆垛机、砂箱立体库控制系统、砂箱进库辊道、砂箱出库辊道(14)，所述模具立体库系统(2)包括模具立体库(24)、模具堆垛机、模具立体库控制系统、模具十字辊道(25)、模具旋转辊道(26)、2#转运小车(7)、模具进库辊道(27)、模具出库辊道(28)、模具RFID读卡器(29)，所述造型系统(3)包括套箱机(3011)、树脂砂造型机(3021)、刮砂装置(3031)、表干炉(3041)、翻转起模机(3051)、流涂装置(3067)、合箱机(3091)、锁箱装置(3101)、机动辊道、造型底板回转系统、浇注底板回转系统、1#转运小车(6)、3#转运小车(8)、4#转运小车(81)，所述铸型立体库系统(4)包括铸型立体库(41)、铸型堆垛机、铸型立体库控制系统、铸型RFID读卡器(42)、铸型十字辊道(43)；

所述总控系统(5)包括总控单元(51)、砂箱立体库控制单元(52)、模具立体库控制单元(53)、造型控制单元(54)、铸型立体库控制单元(55)；

所述控制方法包括：所述总控系统(5)可接受MES系统的生产计划指令，生产计划由多个工单组成，工单包括模具的型号、生产数量、计划生产时间、计划完成时间、优先级，工单一旦确认，即进入排程队列，MES系统根据生产计划进行自动排程计算，也允许人工调整，包括插单、取消以及对工单优先级、生产数量等参数的修改，生产指令将自动重排，最终输出MES可执行的生产指令队列，并自动按造型流水线各系统及控制单元分解执行，生产指令队列中每一条生产指令通过造型流水线执行一次最终可产出一个铸型产品；

MES系统将每个生产指令分解为2条上砂箱(101)、下砂箱(102)出库指令和2条上模具(201)、下模具(202)出库指令，指令中的砂箱型号和模具型号根据砂箱立体库系统(1)、模具立体库系统(2)的数据库相互匹配，分别交由砂箱立体库控制系统和模具立体库控制系统自动配货出库；

基于MES的智能化树脂砂造型流水线生产工艺流程，包括以下工序：

工序1砂箱入库：砂箱为一副砂箱(11)，分为上砂箱(101)、下砂箱(102)，其中上砂箱分型面(1011)上设有2个合箱定位销孔(112)，一个为合箱扁形定位销孔(112a)，一个为合箱圆形定位销孔(112b)，下砂箱分型面(1021)上设有2个与上砂箱(101)相对应的合箱定位销(111)，一个为合箱扁形定位销(111a)，一个为合箱圆形定位销(111b)；在上砂箱(101)、下砂箱(102)的侧面分别装有砂箱BCD码(12)，用以识别砂箱型号和上砂箱(101)、下砂箱(102)；将砂箱(11)交由砂箱进库辊道，砂箱BCD识别器(34)自动识别砂箱型号，砂箱立体库控制系统界面上显示砂箱BCD编码；MES系统将砂箱入库指令传输给砂箱立体库控制系统，指挥砂箱立体库系统(1)的砂箱堆垛机开始作业；砂箱堆垛机完成作业后，通知上位MES系统，完成砂箱入库作业，并记录砂箱(11)的存储位置及砂箱型号、数量；

新模具入库：产品模具为一副模具(21)，分为上模具(201)、下模具(202)，其中上模具分型面(2011)上设有2个砂箱定位销(211)，一个为砂箱扁形定位销(211a)，一个为砂箱圆形定位销(211b)；下模具分型面(2021)上设有2个与上模具(201)相对应的砂箱定位销孔(212)，一个为砂箱扁形定位销孔(212a)，一个为砂箱圆形定位销孔(212b)；上模具(201)、下模具(202)分别安装固定在2块底板上，底板可以在输送辊道上运行，并在上模具底板(231)、下模具底板(232)的侧面分别装有模具RFID(22)，用以识别模具型号和上模具(201)、下模具(202)；将模具(21)由天车吊至模具RFID识别工位，模具RFID读卡器(29)读取模具RFID(22)后，模具立体库控制系统界面上显示模具RFID(22)唯一编码；MES系统将模具入库指令传递给模具进库辊道(27)和模具立体库控制系统，模具立体库控制系统调度模具进库辊道(27)、1#转运小车(6)、2#转运小车(7)和模具旋转辊道(26)、模具十字辊道(25)、模具堆垛机开始协同作业；模具立体库系统(2)的模具堆垛机完成作业后告知上位MES系统，完成模具入库作业，并记录模具(21)的存储位置及模具型号；

所述砂箱立体库控制单元(52)通过总控单元(51)接收到MES系统的生产指令队列信息时及下一阶段的造型系统(3)砂箱需求信息时，将生产指令队列工单的产品模具配套的下砂箱(102)、上砂箱(101)按顺序排列出库，并通过砂箱出库辊道(14)进入造型系统(3)的套箱工位(301)；

所述模具立体库控制单元(53)通过总控单元(51)接收到MES系统的生产指令队列信息时及下一阶段的造型系统(3)产品模具需求信息时，将生产指令队列各工单的下模具(202)、上模具(201)按顺序排列出库，并通过模具十字辊道(25)、模具旋转辊道(26)、2#转运小车(7)、模具出库辊道(28)及1#转运小车(6)进入造型系统(3)的造型圈循环机动辊道；

工序2所述造型控制单元(54)通过总控单元(51)接收到MES系统的生产指令队列信息时，将生产指令队列各工单的产品模具按顺序排列在造型圈循环机动辊道上，开启造型圈模具预热模式，模具预热到位后，开启造型圈正常生产模式；

(1)按照生产指令及程序要求，下模具(202)与下砂箱(102)到达套箱工位(301)后，套箱机(3011)需要将下砂箱(102)翻转180度，将下砂箱(102)的合箱定位销(111)朝下，而后将下砂箱(102)的合箱定位销(111)插入到相对应的下模具(202)的砂箱定位销孔(212)内，直至下砂箱分型面(1021)与下模具分型面(2021)贴合；当上模具(201)与上砂箱(101)到达套箱工位(301)后，直接将上砂箱(101)的合箱定位销孔(112)套在上模具(201)的砂箱定位销(211)上，直至上砂箱分型面(1011)与上模具分型面(2011)贴合；

(2)下砂箱(102)与下模具(202)、上砂箱(101)与上模具(201)套箱完成后，由套箱机控制系统给出完成信号，砂箱立体库系统(1)的MES系统记录完成时间，并将上模具RFID(221)与上砂箱BCD码(121)、下模具RFID(222)与下砂箱BCD码(122)分别绑定；套箱后的砂箱模具(31)通过造型圈的循环机动辊道进入造型工位(302)，填砂振实，再用刮砂装置(3031)将砂箱表面的砂刮平；造型后的砂箱砂型进入表干炉(3041)停留烘干固化一定时间后，流转至翻转起模工位(305)；

(3)翻转起模机(3051)先将造型底板(9)翻转至上方，进下砂箱砂型(3121)，期间通过翻转RFID识别器(35)自动识别造型底板RFID(91)和模具RFID(22)，盖造型底板(9)，再翻转180度，然后将下砂箱砂型(3121)的模具与砂型分离变成下箱砂型(322)，下箱砂型(322)落在造型底板(9)上，送出带有造型底板(9)的下箱砂型(322)后，并通过1#转运小车(6)流转至下一道流涂工位；然后再次翻转180度后送出下模具底板(232)，原来的下模具底板(232)被替换为空的造型底板(9)，下模具底板(232)通过1#转运小车(6)进入造型圈套箱工位(301)循环使用；上砂箱砂型(3111)起模同下砂箱砂型(3121)，当下砂箱砂型(3121)、上砂箱砂型(3111)起模工序完成后通知上位MES系统将造型底板RFID(91)与生产指令自动关联，之后的工序将以造型底板RFID(91)为唯一识别编码；若翻转起模后发现下箱砂型(322)有质量缺陷，需要人工干预处理，将有缺陷的下箱砂型(322)用天车吊走，将完好的上箱砂型(321)先送至模具进库辊道(27)处暂存，指挥控制同一下模具底板(232)从套箱至起模的工序流程中下箱砂型(322)正常生产而上箱砂型(321)忽略，等待好的下砂箱砂型(3121)起模完成后，紧接着让暂存的上箱砂型(321)跟随其后流转至下一道流涂工位；若翻转起模后发现上箱砂型(321)质量缺陷，将有缺陷的上箱砂型(321)用天车吊走，将完好的下箱砂型(322)先送至模具进库辊道(27)处暂存，指挥控制同一上模具底板(231)从套箱至起模的工序流程中上箱砂型(321)正常生产而下箱砂型(322)忽略，等待好的上砂箱砂型(3111)起模完成后，先让暂存的下箱砂型(322)先行，上箱砂型(321)跟随其后流转至下一道流涂工位；若翻转起模后发现上箱砂型(321)、上箱砂型(321)一并损坏，则一并用天车吊走，MES系统中记录不良品+1，补产+1；

(4)带有造型底板(9)的一对下箱砂型(322)、上箱砂型(321)经过修型吹砂干净后，通过机动辊道及1#转运小车(6)、3#转运小车(8)分别进入1#流涂工位(306)、2#流涂工位(307)，可同时处理一对下箱砂型(322)、上箱砂型(321)的流涂作业，确保先下箱砂型(322)后上箱砂型(321)的行走顺序；若流涂工位发现下箱砂型(322)、上箱砂型(321)有质量缺陷可放弃将之标识为不良品，仍然可执行合箱作业，但合箱后的铸型(33)也被标识为不良品，后面的工序可区别处理，例如锁箱就可以忽略，同时MES系统中记录不良品+1，补产+1；

(5)流涂后的下箱砂型(322)、上箱砂型(321)通过机动辊道进入下芯工位(308)，修整砂型，补刷涂料，下芯，将下箱砂型(322)、上箱砂型(321)型腔的余砂吹干净，并在下箱砂型(322)分型面的周边打封箱胶，完成合箱前的准备工作；

(6)合箱机(3091)将一对下箱砂型(322)、上箱砂型(321)合并成一个完整铸型(33)，使用浇注底板(10)替换2块造型底板(9)，铸型(33)置于浇注底板(10)上；此合箱工位(309)设有合箱RFID识别器(36)，能准确识别实际进入合箱机(3091)的浇注底板(10)和下箱砂型(322)、上箱砂型(321)；所述浇注底板(10)的底侧面装有耐高温浇注底板RFID(1010)；首先输送一对下箱砂型(322)、上箱砂型(321)和浇注底板(10)至合箱工位(309)，浇注底板(10)进入时将剩余造型底板(9)顶出；合箱机(3091)将下箱砂型(322)夹起放置在浇注底板(10)上，再将上箱砂型(321)夹起同时翻转180度，通过上砂箱(101)的合箱定位销孔(112)与下砂箱(102)的合箱定位销(111)准确配合盖在下箱砂型(322)上，形成合箱后的完整铸型(33)，合箱完成后合箱机控制系统通知上位MES系统，MES系统将下箱砂型(322)、上箱砂型(321)和浇注底板RFID(1010)自动关联，后面的工序将以浇注底板RFID(1010)为唯一识别编码；其中，浇注底板(10)通过浇注底板回转系统进入合箱工位(309)，下箱砂型(322)、上箱砂型(321)原来的造型底板(9)变回空的造型底板(9)，造型底板RFID(91)原来的信息会自动擦除，并通过造型底板回转系统回转到地下回板辊道(923)供翻转起模机(3051)重复使用；

(7)带有浇注底板(10)的铸型(33)进入锁箱工位，在铸型两侧分别上2个箱卡，采用液压紧固装置将4个箱卡(37)同时顶紧，而后在铸型直浇口处打封箱胶加浇口杯(38)，即完成铸型(33)的锁箱工作；锁箱后的铸型(33)通过机动辊道及铸型十字辊道(43)进入铸型立体库(41)；

(8)所述铸型立体库控制单元(55)通过总控单元(51)接收到MES系统的铸型入库信息时，铸型RFID读卡器(4)读取浇注底板RFID(1010)后，铸型立体库控制系统界面上显示铸型RFID唯一编码；MES系统将铸型入库指令传递给铸型十字辊道(41)和铸型立体库控制系统，铸型立体库控制系统调度铸型十字辊道(41)、铸型堆垛机开始协同作业；铸型立体库系统(4)的铸型堆垛机完成作业后告知上位MES系统，完成铸型入库作业，并记录铸型(33)的存储位置及铸型产品型号、生产数量、完成时间；

所述铸型立体库控制系统负责管理铸型立体库(41)中的货位状态、铸型(33)停留时长信息，停留时长从入库完成开始计算；存储策略按就近原则，从下层到上层、从右(出库口位置)向左，将铸型(33)逐个放置在离出库口最近的货位；铸型立体库控制系统支持按入库队列先进先出规则，按时自动出库，将铸型输送至下一道浇注工序；不良品铸型(33)可由铸型堆垛机搬运直接流向浇注线辊道，并通过升降转运车进入冷却立体库的底层机动辊道，再通过落砂转运小车进入落砂工序直接落砂，其上砂箱(101)、下砂箱(102)进入砂箱立体库(13)，其浇注底板(10)通过浇注底板回转系统进入合箱工位(309)；

工序3带有浇注底板(10)的铸型(33)运转至浇注工序、冷却工序及落砂工序，发现浇注铸型产品质量异常，MES系统根据每一铸型产品的浇注底板RFID(1010)的唯一编码信息，通过落砂工序的落砂RFID读卡器，智能快速地将质量异常的铸型产品进行隔离并实现质量追溯；

所述造型系统的造型圈拥有四种运行模式：

第一种造型圈模具预热模式及造型底板直通模式：将按顺序排列在造型圈循环机动辊道的多副模具(21)依次进入表干炉(3041)预热，预热一定时间后，即开启造型圈正常生产模式；模具预热期间，开启翻转起模机(3051)直通模具模式，即翻转起模机(3051)与造型底板回转系统处于输送辊道状态，直接让预热模具通过，并通过1#转运小车(6)将预热模具流转至套箱工位(301)及造型工位(302)；开启造型底板直通模式即造型底板回转系统的2#升降车辊道(922)上升造型底板(9)，翻转起模机(3051)处于输送辊道状态，直接让造型底板(9)通过，并通过1#转运小车(6)、3#转运小车(8)及机动辊道将造型底板(9)流转至合箱工位(309)，再返回造型底板回转系统；

第二种造型圈正常生产模式：按照MES系统的生产指令队列，多副模具依次沿造型圈的机动辊道循环套箱、填砂紧实、刮砂、表干固化、翻转起模；翻转起模前，进造型底板(9)，翻转180度，造型底板(9)平面朝下，进下砂箱砂型(3121)，下砂箱砂型(3121)上升后顶住造型底板(9)；翻转180度后起模，模具与砂型分离后送出下箱砂型(322)，进造型底板(9)，翻转180度后送出下模具底板(232)；此时造型底板(9)平面朝下，进上砂箱砂型(3111)，上砂箱砂型(3111)上升后顶住造型底板(9)；翻转180度后起模，模具与砂型分离后送出上箱砂型(321)，进造型底板(9)，翻转180度后送出上模具底板(231)；如此循环翻转起模，砂箱砂型翻转起模前，造型底板(9)回转系统的2#升降车辊道(922)总是上升配备空的造型底板(9)跟后，并保持造型底板(9)-下砂箱砂型(3121)-造型底板(9)-上砂箱砂型(3111)-造型底板(9)的对应节拍；起模好的一对下箱砂型(322)、上箱砂型(321)依次通过1#转运小车(6)、3#转运小车(8)及机动辊道流转至下一道工位；

第三种造型圈模具出库模式：模具立体库控制单元(53)通过总控单元(51)接收到MES系统的生产指令队列信息时，MES系统将模具出库指令传递给模具出库辊道(28)和模具立体库控制系统，模具立体库控制系统调度模具堆垛机、模具十字辊道(25)、模具旋转辊道(26)及2#转运小车(7)、模具出库辊道(28)、1#转运小车(6)开始协同作业，将生产指令队列各工单的上模具(201)、下模具(202)按顺序排列出库，并进入造型系统(3)的造型圈循环机动辊道上，同时模具出库辊道(28)上模具RFID读卡器(29)识别模具RFID(22)后，告知上位MES系统，完成模具出库作业；

第四种造型圈模具回库模式：当多副模具或某副模具完成造型生产指令时，MES系统就将此多副模具或某副模具自动进入模具回库模式，模具进库辊道(27)上的模具RFID读卡器(29)自动识别模具RFID(22)，MES系统将模具回库指令传递给模具进库辊道(27)和模具立体库控制系统，模具立体库控制系统调度1#转运小车(6)、模具进库辊道(27)、2#转运小车(7)和模具旋转辊道(26)、模具十字辊道(25)、模具堆垛机开始协同作业；模具立体库系统(2)的模具堆垛机完成作业后告知上位MES系统，完成模具回库作业，并自动记录模具的存储位置及模具型号。