[发明专利]一种基于CPS的火箭发动机装配线管控系统

说明书

本发明涉及一种基于CPS的火箭发动机装配线管控系统，包括：感知控制层、网络层、决策应用层；所述感知控制层，用于将生产线装配工位的信息数据发送至网络层；所述网络层，用于采用WIA‑FA无线模块和WIA‑FA网关实现感知控制层与决策应用层之间的数据传输；所述决策应用层，用于存储网络层采集的信息数据，通过数据处理和分析并显示结果，发出指令至网络层。本发明的应用可满足未来火箭发动机装配任务多样化、数量装配不断增长和装配质量不断提高的需求。

技术领域

本发明属于自动化装配领域，具体地说是一种可应用于火箭发动机装配线的管控系统。

背景技术

作为运载火箭的“心脏”，火箭发动机是影响火箭发射成败的关键因素。高质量、高稳定、高安全度的液体火箭发动机是航天事业发展关键。为保证发动机装配质量，在发动机装配环节，不仅需要确保在装配和检测的测过程中设备无故障和低误差率的运行，而且还需对近万个装配质量数据进行采集、分析与判读。随着发动机种类和产品生产任务量大幅增加，普通装配线管控系统不能对装配设备状态进行及时的预判以及对发动机装配质量相关的大量数据进行采集和精准分析，且难以实现多品种的柔性装配。

因此，对于火箭发动机“多品种、小批量”的典型离散制造行业特点，在长期保成功、保交付的压力下，急需利用智能制造新模式，对装配模式进行转型升级，达到提质增效的目的。

发明内容

本发明的目的针对新一代液体火箭发动机“多品种、小批量”的“订单式”装配模式下，基于CPS体系结构下提出一种装配线的管控系统的模型，该可模型实现装配过程数据的时时采集、分析，生产任务的优化分配与装配工艺的重组，以及设备状态的分析和预判。该管控系统模型的应用可满足未来火箭发动机装配任务多样化和数量装配不断增长的需求，示范引领并推动航天领域装配技术发展与创新。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于CPS的火箭发动机装配线管控系统，包括：感知控制层、网络层、决策应用层；

所述感知控制层，用于将生产线装配工位的信息数据发送至网络层；

所述网络层，用于采用WIA-FA无线模块和WIA-FA网关实现感知控制层与决策应用层之间的数据传输；

所述决策应用层，用于存储网络层采集的信息数据，通过数据处理和分析并显示结果，发出指令至网络层。

所述感知控制层包括多个装配工位，装配工位包括机器人，PLC，人机交互单元，传感器和RFID系统；各装配工位的控制系统之间通过PROFINET总线完成信息交互；所述PLC将发动机装配质量数据信息、传感器接收到的设备状态信息发送至网络层的WIA-FA无线模块；每个装配工位的PLC和RFID系统通过WIA-FA无线模块得到决策应用层的指令，用于实现机器人运行的调整和多个装配工位工艺的重组。

所述网络层包括多个WIA-FA无线模块，一个WIA-FA无线模块对应一个装配工位：

所述决策应用层包括：

服务器，用于存储WIA-FA网关接受到的信息数据；

决策监控分析单元，用于对信息数据进行处理和分析，并显示结果；

决策控制单元，用于通过人工输入发出指令，经WIA-FA网关发送至装配工位。

所述决策监控分析单元用于：

根据采集的发动机装配质量数据，区分每项装配质量数据中的正常波动即设定范围内波动、异常波动即设定范围外波动，并将这些信息以报表和图形方式进行显示；当异常波动呈现单调上升或下降并超过一定阀值，报表中显示预警提示，用于确保装配质量；

在设备状态信息中提取出设备振动频谱并形成频谱模型；如果检测到某一时刻振动频谱超过设定波动的范围，当设备温度和噪音超出设定包络线的范围时给出预警提示，用于避免由于设备故障影响装配质量。