CN102393710A - 一种生产线行车的多任务生产仿真调度控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生产线行车的多任务生产仿真调度控制系统和方法，包括：先验信息单元，采集关于生产线行车的先验信息，并将其发送给多任务生产仿真单元；多任务生产仿真单元根据所述先验信息对生产线的实际运行状况进行仿真，使生产线实际运行的结果和仿真结果一致；工件窗口优化单元，将整条生产线分为若干个工件窗口，以减少运算量并满足实时在线调度需求；实测信息单元，实时检测生产线上的实际信息，并反馈至多任务生产仿真单元；多任务生产仿真单元根据接收到的信息实时更新模型参数，使其能够反映生产线的最新运行状况。本发明可以有效避免生产线行车的堆极杆现象发生，通过实时仿真优化控制，既能提高生产效率又能保障产品质量。

Description

一种生产线行车的多任务生产仿真调度控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及工业控制领域，尤其涉及一种生产线行车的多任务仿真调度控制系统和方法，具体的说是解决电镀生产线即能提高生产效率又能保障产品质量稳定的一种调度控制系统和方法。

技术背景

电镀行车调度系统不但要保证产品行走工位及各工位的先后顺序，而且产品在各工位需要加工处理的时间必须限制在一定的时间范围内，否则就会不符合生产工艺，可能导致产品报废。目前常采用固定行车行程路线周期循环的调度方法，但这种调度方法对于生产工艺不同的多批次、小批量的产品效率极低。采用“先完成先调度”的即时调度方法，可以解决固定行程路线调度方法的不足，但是，它仅仅考虑系统中下一个最紧急的运送需求，可能发生堆极杆，所谓堆极杆就是指当下一个工位有工件时，而当前工位加工时间到，发出调度到下一工位的请求。因为每个工位只有1个放置极杆的位置，如果行车执行这个请求，就会发生堆极杆，属于生产线严重故障，严禁这种现象发生；如果不执行这个请求，当前工位加工时间可能会大于工艺允许的最大时间，当加工时间和工艺设定加工时间偏差过大就会影响产品质量甚至使产品报废，也是尽量避免这种现象发生。延长上挂时间间隔可以避免堆极杆，但会降低电镀加工生产效率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种电镀生产线行车的多任务生产仿真单元调度控制系统和方法，该系统和方法既能提高生产效率又能保障产品质量。

本发明公开了一种生产线行车的多任务生产仿真调度控制系统，包括：先验信息单元、实测信息单元、工件窗口优化单元以及多任务生产仿真单元；先验信息单元，用于采集关于生产线行车的先验信息，并将其发送给多任务生产仿真单元；多任务生产仿真单元对生产线的实际运行状况进行仿真，使生产线实际运行的结果和仿真结果一致；工件窗口优化单元，用于将整条生产线分为若干个工件窗口，以减少运算量并满足实时在线调度需求；实测信息单元，用于实时检测生产线上的实际信息，并反馈至多任务生产仿真单元；并由多任务生产仿真单元根据接收到的信息实时更新模型参数，使其能够反映生产线的最新运行状况。

进一步，所述工件窗口优化单元选择行车调度控制范围内的工位构成所述工件窗口，在每个扫描周期，多任务生产仿真单元只对工件窗口内的工件进行调度；当某一工件在该行车控制范围加工完毕时，将其移出该工件窗口，添加到后面行车控制的工件窗口，以此实现工件窗口的更新。

进一步，所述系统还包括反馈初始化单元，用于在每个扫描周期，根据加工工件实际加工时间和工艺设定加工时间偏差以及行车的实测状态，对多任务生产仿真单元进行初始化，使其对工件窗口内工件的调度能建立在符合工艺要求的最新加工信息的基础上。

进一步，多任务生产仿真单元通过比较前一个工件的结束时刻和后一个工件的开始时刻的大小，来判断不同工件在同一个工位的加工时间段是否重叠，如果加工时间段重叠则表示会产生堆积极杆现象。

进一步，多任务生产仿真单元以节点工位的加工时间为上挂间隔来判断是否会发生堆积极杆现象，如果堆积极杆，上挂时间间隔加1秒再判断，直到找到合适的上挂时间间隔。

进一步，多任务生产仿真单元判断出堆积极杆现象后，提前动态调整对时间要求不严格工位的加工时间来保证关键工位的加工时间。

本发明还公开了一种生产线行车的多任务生产仿真调度控制方法，包括如下步骤：先验信息单元采集关于生产线行车的先验信息，并将其发送给多任务生产仿真单元；多任务生产仿真单元对生产线的实际运行状况进行仿真，使生产线实际运行的结果和仿真结果一致；将整条生产线分为若干个工件窗口，以减少运算量并满足实时在线调度需求；实时检测生产线上的实际信息，并反馈至多任务生产仿真单元；并由多任务生产仿真单元根据接收到的信息实时更新模型参数，使其能够反映生产线的最新运行状况。

进一步，选择行车调度控制范围内的工位构成所述工件窗口，在每个扫描周期，多任务生产仿真单元只对工件窗口内的工件进行调度；当某一工件在该行车控制范围加工完毕时，将其移出该工件窗口，添加到后面行车控制的工件窗口，以此实现工件窗口的更新。

进一步，在每个扫描周期，根据加工工件实际加工时间和工艺设定加工时间偏差以及行车的实测状态，对多任务生产仿真单元进行初始化，使其对工件窗口内工件的调度能建立在符合工艺要求的最新加工信息的基础上。

进一步，通过比较前一个工件的结束时刻和后一个工件的开始时刻的大小，来判断不同工件在同一个工位的加工时间段是否重叠，如果加工时间段重叠则表示会产生堆积极杆现象。

进一步，以节点工位的加工时间为上挂间隔来判断是否会发生堆积极杆现象，如果堆积极杆，上挂时间间隔加1秒再判断，直到找到合适的上挂时间间隔。

进一步，判断出堆积极杆现象后，提前动态调整对时间要求不严格工位的加工时间来保证关键工位的加工时间。

本发明还公开了一种生产线行车的仿真调度控制方法，包括如下步骤：

(1)、启动生产线的第一个扫描周期，系统时间原点清零；

(2)、根据生产线上行车的先验信息展示出生产场景，提前得到工件在各个加工工位的起止时刻，通过比较前一个工件的结束时刻和后一个工件的开始时刻的大小，来判断是否会产生极杆堆积现象；如果判断出在第Y个工位会发生极杆堆积现象，则通过调节对时间要求不严格工位加工时间，消除堆积极杆现象；如果判断不会产生极杆堆积现象，则执行以下步骤；

(3)、根据检测到的实时信息，修正多任务生产仿真单元的模型参数，使多任务生产仿真单元不失真，能够反映生产线的实际状态。

进一步，所述方法还包括以下步骤：

(4)、设定工件窗口，在工件窗口范围内，工件按照设定的工艺路线工艺时间加工，直到工件进入下一工件窗口的范围；

(5)、在新的工件窗口执行相同的调度过程，直到产品进入生产线末端，结束加工。

进一步，步骤(2)具体是：通过比较前一个工件的结束时刻和后一个工件的开始时刻的大小，来判断不同工件在同一个工位的加工时间段是否重叠，如果加工时间段重叠则表示会产生堆积极杆现象。

进一步，步骤(2)具体是：以节点工位的时间间隔为上挂周期，判断是否产会生堆积极杆现象，如果产生堆积极杆，上挂时间间隔加1秒后重新判断，直到找到合适的上挂时间间隔。

本发明的有益效果：首先，根据多任务生产仿真系统，能够提前展示出即将发生的生产场景，借助该系统能够提前判断出可能出现的问题，可以在问题发生之前得到有效处理；其次，是工件窗口的引入，虽然调度要反复在线进行，但每次调度的规模都大大减小，可适应在线实时调度的需要；再次，是反馈初始化单元对未能事先预知的事件具有快速的响应，使优化处理始终建立在实际信息的基础上。

附图说明

下面根据实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

图1为多任务生产仿真调度控制系统结构框图；

图2为多任务生产仿真调度控制流程图。

具体实施方式

图1为多任务生产仿真调度控制系统结构框图，如图1所示，按照本发明提供的技术方案，所述电镀生产线行车的多任务生产仿真调度控制系统包括先验信息单元、实测信息单元、多任务生产仿真单元、工件窗口优化单元、反馈初始化单元等模块单元组成。

所述先验信息单元是用于采集先验信息的单元，所谓先验信息即是指包括产品工艺对各工位加工时间范围、加工工序要求、不同工位优先级、调度行车运行速度及调度范围等的信息。

所述实测信息单元是用于实时检测生产线上的行车的实测信息的单元，所谓实测信息即是指包括生产线上的行车的运行工位、各个工位已经加工时间等实测的信息。

所述多任务生产仿真单元，通过对工件加工工序、各工位加工时间范围、行车搬运能力、行车运行速率等先验信息单元，以及工件实时所在工位、行车状态、各工位加工时间等实时信息单元的描述，提前描绘出生产过程所要经历的场景，只要给定充分的先验信息和实时信息，便可由此多任务生产仿真单元提前展示出生产场景。

所述工件窗口优化单元，工件需要加工的工位较多，一般有几十个工位，而每辆行车控制范围只有几个工位，没有必要对整条生产线全部加工工位进行预先调度。为此，选择行车调度控制范围内的工位构成工件窗口，在每个扫描周期，只对工件窗口内的工件借助多任务生产仿真单元进行调度。当某一工件在该行车控制范围加工完毕时，将其移出该工件窗口，添加到后面行车控制的工件窗口，以此实现工件窗口的更新。

所述反馈初始化单元，在每个扫描周期，根据加工工件实际加工时间和工艺设定加工时间偏差以及行车的实测状态，对多任务生产仿真单元初始化，使对工件窗口内工件的调度能建立在符合工艺要求的最新加工信息的基础上。

下面结合附图2和工程实例对本发明做进一步说明。图2为多任务生产仿真调度控制流程图，如图2所示，在即时多任务生产仿真调度控制系统中，只要保证关键工位的加工时间，一般不会影响产品质量。在调度过程中，根据多任务生产仿真单元能提前预测出工件在关键工位加工的开始和结束时刻，如果在关键工位的加工时间不能满足工艺要求，通过调整可调工位的加工时间，消除这种现象，就能使产品质量基本稳定。

在启动生产线的第一个扫描周期，多任务生产仿真调度控制系统时间原点清零。各个工位对应一条从0开始的时间数轴，产品在各工位上加工开始和结束时刻间的时间段对应数轴上的一个时间线段，把抽象的加工时间离散化变为数轴上的两个点所对应的整数，方便数字计算机计算，相邻两挂产品在同一个工位加工时间线段不能出现重叠，如果重叠表示发生极杆堆积，出现生产故障。

根据行车运行速率、工艺路线、各工位加工时间等先验信息展示出生产场景，可以提前得到工件在各个加工工位的起止时刻，通过比较前一个工件的结束时刻和后一个工件的开始时刻的大小来判断是否会产生极杆堆积现象。

只有相邻的两挂产品才有可能产生堆积极杆现象，判断会不会堆积极杆的方法是计算出相邻两挂工件在有效工位(有效工位是指含当前工位和当前工位以后的各个工位，如第2挂工件进入生产线时，第1挂工件已经在第6个工位加工了，有效工位为从第6个工位开始的各个工位)的加工时间是否会发生重叠，如果发生重叠，即发生堆积极杆现象。具体采用的方法是判断表达式Dλ7β+Dλ4β＜D(λ+1)7β是否成立(λ为1至25的整数，表示各工件；β为0至99整数，表示各工位；该式的意义是比较第λ挂工件在β工位的结束时刻和第λ+1挂工件在β工位的开始时刻，如果第λ+1挂工件在β工位的开始时刻小于第λ挂工件在β工位的结束时刻，表示上一挂工件还没离开该工位，当前工件就需要运送到该工位，则发生堆积极杆现象)，如果成立，不会发生堆积极杆现象；不成立，将会产生堆积极杆现象。

假如启动系统的第二挂工件，初始条件为：λ＝2；假如行车空闲，且当前工位在上挂工位，当前时间为V100＝810秒，则可以计算出第2挂产品在各个工位的预测开始加工时刻，D2701＝825秒；同理可以算出D2702＝1160秒；D2703＝1220秒等。比较有效工位是否会发生堆积极杆现象，如有效工位是第6工位以后的各个工位，判断各式D1706+D1406-D2706＜0、D1707+D1407-D2707＜0、D1708+D1408-D2708＜0是否成立，如果成立，即不会发生堆积极杆现象，如果不成立则表示会发生堆积极杆现象。如果堆积极杆，有两种情况，一种是还没有进入生产线，采取的处理方法是增加上挂间隔，增加的数值为有效工位各式最小差值的绝对值，这样既避免了多次循环判断，也避免了堆积极杆现象；另一种情况是生产线上的相邻两个工件发生堆积极杆，就调节可调工位的加工时间，避免堆积极杆。

当每个工件在新的工位开始加工时，第一个扫描周期，根据启动系统的实际时刻为该工位的起点时刻，即Dλ7β＝V100，然后根据Dλ7β的数据重新预测该工位以后的各工位的预测加工开始时刻。通过根据实测信息对多任务生产仿真模型的初始化，使对工件窗口内工件的调度能建立在符合工艺要求的最新加工信息的基础上，才有实际意义。如第一挂工件在第一个工位加工时预测第2、第3工位加工起始时刻分别为，D1702＝350秒；D1703＝410秒；实际第2工位的起始加工时刻是345秒，则初始化工件窗口优化范围内第2个工位以后的各个工位预测加工时刻，调整后D1702＝345秒；D1703＝405秒等等。

如果判断出在第Y个工位会发生极杆堆积现象，通过调节对时间要求不严格工位加工时间，消除堆积极杆现象。

根据实际检测到的生产线上行车运行工位、各工位加工时间等实时信息，修正多任务生产仿真单元，使多任务生产仿真单元不失真，能够反映生产线的实际状态。

以节点工位的时间间隔为上挂周期，判断是否产会生堆积极杆现象，如果产生堆积极杆，上挂时间间隔加1秒后重新判断，直到找到合适的上挂时间间隔。

在工件窗口范围内，工件按照设定的工艺路线工艺时间加工，直到工件进入下一优化窗口范围。

在新的优化窗口执行相同的调度过程，直到产品进入生产线末端，结束加工。

本发明的优点是通过多任务生产仿真单元，能够提前展示出即将发生的生产场景，借助该单元能够提前判断出可能出现的问题，可以在问题发生之前得到有效处理；其次是工件窗口的引入，虽然调度要反复在线进行，但每次调度的规模都大大减小，可适在线应实时调度的需要；再次是反馈初始化对未能事先预知的事件具有快速的响应，使优化始终建立在实际信息的基础上。

通过上述实施，可以很清楚了解本发明的技术方案。应该注意，虽然以上是参考具体实施方式对本发明进行说明的，但这并不意味是对本发明的限制，本发明的保护范围是由所附权利要求而不是具体实施方式来限定的。

Claims (16)

1.一种生产线行车的多任务生产仿真调度控制系统，包括：先验信息单元、实测信息单元、工件窗口优化单元以及多任务生产仿真单元；其特征是：先验信息单元采集关于生产线行车的先验信息，并将其发送给多任务生产仿真单元；多任务生产仿真单元对生产线的实际运行状况进行仿真，使生产线实际运行的结果和仿真结果一致；工件窗口优化单元，用于将整条生产线分为若干个工件窗口，以减少运算量并满足实时在线调度需求；实测信息单元实时检测生产线上的实际信息，并反馈至多任务生产仿真单元；多任务生产仿真单元根据接收到的信息实时更新模型参数，使其能够反映生产线的最新运行状况。

2.根据权利要求1所述的生产线行车的多任务生产仿真调度控制系统，其特征在于，所述工件窗口优化单元选择行车调度控制范围内的工位构成所述工件窗口，在每个扫描周期，多任务生产仿真单元只对工件窗口内的工件进行调度；当某一工件在该行车控制范围加工完毕时，将其移出该工件窗口，添加到后面行车控制的工件窗口，以此实现工件窗口的更新。

3.根据权利要求1或2所述的生产线行车的多任务生产仿真调度控制系统，其特征在于，所述系统还包括反馈初始化单元，用于在每个扫描周期，根据加工工件实际加工时间和工艺设定加工时间偏差以及行车的实测状态，对多任务生产仿真单元进行初始化，使其对工件窗口内工件的调度能建立在符合工艺要求的最新加工信息的基础上。

4.根据权利要求1至3之一所述的生产线行车的多任务生产仿真调度控制系统，其特征在于，多任务生产仿真单元通过比较前一个工件的结束时刻和后一个工件的开始时刻的大小，来判断不同工件在同一个工位的加工时间段是否重叠，如果加工时间段重叠则表示会产生堆积极杆现象。

5.根据权利要求1至3之一所述的生产线行车的多任务生产仿真调度控制系统，其特征在于，多任务生产仿真单元以节点工位的加工时间为上挂间隔来判断是否会发生堆积极杆现象，如果堆积极杆，上挂时间间隔加1秒再判断，直到找到合适的上挂时间间隔。

6.根据权利要求4或5所述的生产线行车的多任务生产仿真调度控制系统，其特征在于，多任务生产仿真单元判断出堆积极杆现象后，提前动态调整对时间要求不严格工位的加工时间来保证关键工位的加工时间。

7.一种生产线行车的多任务生产仿真调度控制方法，其特征是，包括如下步骤：先验信息单元采集关于生产线行车的先验信息，并将其发送给多任务生产仿真单元；多任务生产仿真单元对生产线的实际运行状况进行仿真，使生产线实际运行的结果和仿真结果一致；将整条生产线分为若干个工件窗口，以减少运算量并满足实时在线调度需求；实时检测生产线上的实际信息，并反馈至多任务生产仿真单元；并由多任务生产仿真单元根据接收到的信息实时更新模型参数，使其能够反映生产线的最新运行状况。

8.根据权利要求7所述的生产线行车的多任务生产仿真调度控制方法，其特征在于，选择行车调度控制范围内的工位构成所述工件窗口，在每个扫描周期，多任务生产仿真单元只对工件窗口内的工件进行调度；当某一工件在该行车控制范围加工完毕时，将其移出该工件窗口，添加到后面行车控制的工件窗口，以此实现工件窗口的更新。

9.根据权利要求7或8所述的生产线行车的多任务生产仿真调度控制方法，其特征在于，在每个扫描周期，根据加工工件实际加工时间和工艺设定加工时间偏差以及行车的实测状态，对多任务生产仿真单元进行初始化，使其对工件窗口内工件的调度能建立在符合工艺要求的最新加工信息的基础上。

10.根据权利要求7至9之一所述的生产线行车的多任务生产仿真调度控制方法，其特征在于，通过比较前一个工件的结束时刻和后一个工件的开始时刻的大小，来判断不同工件在同一个工位的加工时间段是否重叠，如果加工时间段重叠则表示会产生堆积极杆现象。

11.根据权利要求7至9之一所述的生产线行车的多任务生产仿真调度控制方法，其特征在于，以节点工位的加工时间为上挂间隔来判断是否会发生堆积极杆现象，如果堆积极杆，上挂时间间隔加1秒再判断，直到找到合适的上挂时间间隔。

12.根据权利要求10或11所述的生产线行车的多任务生产仿真调度控制方法，其特征在于，判断出堆积极杆现象后，提前动态调整对时间要求不严格工位的加工时间来保证关键工位的加工时间。

13.一种生产线行车的仿真调度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、启动生产线的第一个扫描周期，系统时间原点清零；

(2)、根据生产线上行车的先验信息展示出生产场景，提前得到工件在各个加工工位的起止时刻，通过比较前一个工件的结束时刻和后一个工件的开始时刻的大小，来判断是否会产生极杆堆积现象；如果判断出在第Y个工位会发生极杆堆积现象，则通过调节对时间要求不严格工位加工时间，消除堆积极杆现象；如果判断不会产生极杆堆积现象，则执行以下步骤；

(3)、根据检测到的实时信息，修正多任务生产仿真单元的模型参数，使多任务生产仿真单元不失真，能够反映生产线的实际状态。

14.根据权利要求13所述的生产线行车的仿真调度控制方法，其特征在于，所述方法进一步以下步骤：

(4)、设定工件窗口，在工件窗口范围内，工件按照设定的工艺路线工艺时间加工，直到工件进入下一工件窗口的范围；

(5)、在新的工件窗口执行相同的调度过程，直到产品进入生产线末端，结束加工。

15.根据权利要求13或14所述的生产线行车的仿真调度控制方法，其特征在于，步骤(2)具体是：通过比较前一个工件的结束时刻和后一个工件的开始时刻的大小，来判断不同工件在同一个工位的加工时间段是否重叠，如果加工时间段重叠则表示会产生堆积极杆现象。

16.根据权利要求14或15所述的生产线行车的仿真调度控制方法，其特征在于，步骤(2)具体是：以节点工位的时间间隔为上挂周期，判断是否产会生堆积极杆现象，如果产生堆积极杆，上挂时间间隔加1秒后重新判断，直到找到合适的上挂时间间隔。

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