為了滿足不同客戶的需求，生產廠商正面臨著生產品種增加和批量減少所帶來的挑戰。這些挑戰主要是對產品制造過程中最后裝配階段生產的影響。裝配工藝規劃必須把各種要求和邊界條件都考慮在內，針對新產品的變化做出適當的調整，并時刻關注裝配系統的系統配置狀態。此外，所設計的裝配系統應該能夠對變化的產品進行裝配，如本文所描述的物理網絡裝配系統及其所進行的裝配工藝規劃(圖1)。

圖1 在采用模塊化和可重新配置結構的網絡物理安裝系統中，各個裝配站將通過集成傳輸系統聯系在一起

　　產品裝配任務描述

　　無論是在虛擬的裝配工藝規劃中，還是在隨后的設備運作中，將使用描述模板對產品、工藝過程和生產設備進行一般描述。以此模板為基礎，在進行裝配工藝規劃時，需要通過對產品要求、生產設備能力以及裝配基本任務、子任務和參數模板的描述來確保產品和設備的兼容性，以完成所需的裝配過程。裝配基礎任務包括操控、配置、調試、輔助工序和特殊工序。每種模塊負責完成一個特定的任務，這樣對產品要求的描述以及裝配系統模塊的分配將與子任務一起完成。詳細描述由各種參數來實現。對裝配過程的規劃和操控也將被描述。由于規劃者和操作層面的裝配模塊都可以對所選任務和參數的描述進行解釋，因此對裝配任務和裝配與操作層面參數的統一語義描述將推動信息通用性的發展。

　　產品裝配的虛擬評估

　　在規劃層面，通過啟動以能力為導向的描述模板對產品要求和生產設備能力進行虛擬調整，從而可以對產品裝配進行虛擬評估。評估所得信息隨后將作為裝配記憶被導出，從而能夠根據規劃中特定的指標來完成產品裝配。

　　以能力為導向的任務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行描述。首先將螺絲運送到位，然后以特定的扭矩旋緊。

　　除了需要對產品要求進行描述以外，還必須以模塊化思維對模塊的能力進行定義。靈活、可變且可重新配置的裝配系統能夠適應不斷變化的各種框架條件。通過對各個功能元件進行改變、結合和移除，可按照確切的產品、產能和技術要求對裝配系統進行設置。

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

　　事件的處理和裝配系統不同模塊的控制都通過代理服務器來完成。這些代理服務器具有不同的接口，可實現不同模塊的通信和控制。裝配記憶數據將首先以標準化的形式用于以代理為基礎的控制系統，經過合適格式化程序處理后，發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據，并將其發送出去，從而能夠實現不同系統之間的信息雙向交流。

　　各個模塊作為嵌入式系統都擁有接口和獨立的邏輯，從而可根據任務的需要設置參數來控制這些模塊。所需的語義儲存在控制系統中。在機電一體化模塊所在的系統中，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。

　　網絡物理裝配系統由四個模塊站組成

　　網絡物理裝配系統體現了與合作伙伴共同創建的研究項目SmartF-IT所需的產業環境，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。這些裝配站利用標準組件建立起來，并且擁有配備同樣標準化接口和分散控制系統的基本結構。集成傳輸系統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品在站與站之間的運輸。這種工件載體裝置貼有RFID電子標簽。該標簽一開始就與不同產品的虛擬裝配記憶聯結在一起，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，該控制系統與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器。該代理服務器負責檢查虛擬裝配記憶中需要被執行的裝配步驟，并確定該步驟能否在此裝配站被完成。當裝配站需要執行裝配步驟時，定位單元PE把工件載體裝置固定到裝配站，如此便能對產品進行裝配。當這個裝配站不再需要執行裝配步驟時，工件載體裝置將被傳輸到下一站。

　　以能力為導向裝配系統的描述

　　在當前的系統配置狀態下，由第一站提供的上軸瓦將被傳輸用于裝配過程。該傳輸過程經由Pick-by-Light系統。工作人員可以從該系統獲得信號，并從小分子載流子獲知組件類型(圖3)。此外，機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，傳輸模塊裝有設定好參數的控制裝配，而輔助模塊則裝有獨立的邏輯。代理服務器將根據產品變化設定不同的參數來控制這些模塊，并分散對其進行處理。

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

　　第二站將根據不同的產品提供相應的電子配件，并對其進行裝配。Pick- by-Laser-Light系統將作為傳輸模塊來使用。該系統可以從小分子載流子中讀取已經定位好的電子標簽，利用3D相機記錄夾緊過程，并通過激光投影儀顯示出相應的KLT(裝配組件)。與在第一站中一樣，用于鎖緊產品的下軸瓦將在第三站經由Pick-by-Light系統傳輸到位。在本站扭矩受到監控的情況下，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，通過定位系統可測定出螺絲刀的工具中心點位置。該中心點只會對準預設的螺絲，這樣便可在準確的位置設置扭矩。對旋緊過程的記錄和監控將自動進行。機械手將根據產品的不同，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 與機械手合作完成螺絲傳輸。機械手選擇出合適的螺絲，然后傳送給工作人員

　　裝配系統設計和通用信息的模塊化可以更加有效地對裝配系統規劃過程進行設計。以能力為導向的任務描述是裝配工藝規劃和操作的重點。在規劃過程中，對裝配過程進行虛擬保障后將出現針對產品的裝配記憶。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品。在兩個層面上統一語義的描述構成其基礎。在虛擬模型中裝配工藝規劃不會受到系統配置狀態的影響，如此可以利用規劃過程中的數據直接對不同的產品進行裝配。