CN103797431B - 一种集成仿真机器和方法 - Google Patents

Abstract

为了诸如实际物料输送系统(101)的测试和验证的目的，虚拟物料输送系统(102)能够被用于驱动实际物料输送系统(101)的操作。实际物料输送系统(101)进而能够提供关于系统操作的数据，该数据可以被反馈至虚拟物料输送系统(102)以控制其功能。

Description

一种集成仿真机器和方法

背景技术

现代高速物料输送系统非常复杂，包括大量子系统和复杂的控制。当新的物料输送系统初始安装、或现存的系统更新时，它们在系统被认可为“业务就绪”之前作为调试过程的一部分进行测试。这种测试通常包括在传送机上的物理装载物体以及操作系统同时观察其实际性能。

物料输送系统的物理测试代表安装的总工程工作量和成本的重要部分，并且具有内在限制。物理测试是非常劳动密集的，要求在系统的适当位置处纸箱恒定和持续地传入在传送机上。用于测试的纸箱必须满足可传送的产品的项目规范，并且优选地被加载至系统中以复制宽范围的纸箱环境，包括已知对于物料输送系统是有问题的纸箱尺寸和间隙序列的重复。完整的物料输送系统的所有子系统部同时安装，因此物理测试不能完成，直到完整的系统被安装并且可操作。物理测试旨在找到安装的系统的问题。然而，诸如阻塞和碰撞的纸箱控制问题的买家观察能够导致客户挫折、不满和焦虑。

发明内容

本发明可以通过将虚拟测试与物理物料输送系统的组合来降低要求的实际物理测试的数量。在本发明的教导中，虚拟纸箱可以被建模并且被仿真好像他们已经被实际放入物理系统中一样，使得实际控制逻辑物理控制物料输送系统好像纸箱实际呈现的一样。这允许控制逻辑的操作的测试，而该控制逻辑实际控制物料输送系统硬件。这允许硬件被测试而没有纸箱实际在系统里。对于客户不存在物理阻塞或碰撞用以观察。

附图说明

以下的附图和详细描述旨在仅说明而不旨在限制由发明人预期的发明的范围。

图1描绘了包括实际传送机、和等同的虚拟传送机以及逻辑引擎的配置。

图2描绘了各种组件可以如何通过共享存储器通信。

具体实施方式

本发明已设想一种新的技术，为了说明的目的，本文公开为应用至物料输送系统(例如，传送机、分类系统、合并系统和类似系统、以及这种系统的组合)的安装场景。当在物料输送系统的安装环境中的发明人的技术的应用满足长期期望但不满足该领域的需求时，应当理解在那个环境中的发明人的技术的公开不应当被认为暗示发明人的技术的方面能够被有益地应用的潜在领域的限制。因此，本文阐述的公开应当被理解为仅说明而非限制。

现在回到附图，图1描绘了一种配置，在该配置中使用在仿真环境[103]中操作的虚拟物料输送系统[102]对实际物料输送系统[101]进行建模，该仿真环境[103]能够确定当在生产中操作时物体将如何在实际物料输送系统[101]上移动。图1也图示了逻辑引擎[104]。逻辑引擎[104]是如下部件，该部件将接收来自物料输送系统(如本文所描述的可以是实际物料输送系统[101]、虚拟物料输送系统[102]或实际和虚拟系统的一些组合)的输出，并且将响应物料输送系统将使用其用以路由物体的命令。例如，在生产环境中，实际物料输送系统[101]可以在输出通信[120]中发送数据至逻辑引擎[104]。该数据可以是诸如示出摄影眼已检测到物体、传送机的部分运行在特定速度、已扫描到条形码等的信号的信息。然后，逻辑引擎[104]可以通过发送命令流[121]至实际物料输送系统[101]来响应。命令流[121]可以包括诸如用以激发转向、使传送机的一部分加速或放慢的命令。然后实际物料输送系统[101]可以实施该命令(例如，通过激发转向、或使传送机的一部分加速或放慢)，这将具有使通过实际物料输送系统[101]传输的物体被路由至它们的目的地的效果。

在诸如图1中所示的配置中，逻辑引擎[104]将不必要知道它的输入源或哪些系统或设备操作以实施它的命令。结果，图1的配置可以被用以观察什么将可能在生产环境中发生而没有实际上要求实际物料输送系统[104]的操作。这将通过代替从实际物料输送系统[101]向逻辑引擎[104]发送输出通信[120]，而从虚拟物料输送系统[102]向逻辑引擎[104]发送一组虚拟信号[122]来发生。然后，逻辑引擎[104]可以通过向虚拟物料输送系统[102]发送命令流来响应，在虚拟物料输送系统[102]中将在仿真环境[103]触发动作，该动作等同于如果通过实际物料输送系统[101]实施的命令将在实际世界中发生的动作。

除了(或者可替代为)允许实际或虚拟物料输送系统[101][102]以对于逻辑引擎[104]为明显的方式的操作，诸如图1中示出的配置也可以允许实际物料输送系统[101]的测试的一些方面将依赖于虚拟物料输送系统[102]的操作。这可以通过如以上所描述的从虚拟物料输送系统[102]发送虚拟信号[122]至逻辑引擎[104]来发生，但是代替仅向虚拟物料输送系统[102]发送结果命令流[121]，命令流[121]可以被发送至虚拟物料输送系统[102]和实际物料输送系统[101]两者。这将引起实际物料输送系统[101]的部件操作，好像它们路由对应于虚拟物料输送系统[102]中的虚拟物体[105]的真实物体一样，而不需要任何类型的实际物体的实际装载、卸载、传输等。然后，实际物料输送系统[101]的操作将与虚拟物料输送系统[102]的操作进行比较，以确定在实施实际物料输送系统[101]中使用的部件中的任何部件是否需要调节、替换或任何其他类型的注意(例如，因为它们完全没有操作，或因为它们没有根据如针对虚拟物料输送系统[102]的基础使用的规范来操作)。

实际和虚拟物料输送系统[101][102]之间的比较可以通过各种方式实现，诸如将传感器放置在实际物料输送系统[101]上，该传感器将报告该系统的各种部件至分析模块(未在图1中示出)，分析模块将它们与虚拟物料输送系统[102]中的虚拟部件的状态进行比较。这种状态比较也可以基于由实际物料输送系统[101]它们本身的部件生成的信号来测量，而不是通过分离的传感器生成的信号(例如，来自螺线管的指示螺线管成功激发的信号、或来自电机指示其正在操作的信号)来测量。类似地，在一些情况中，实际和虚拟物料输送系统[101][102]的操作可以通过视觉地比较，诸如通过查看计算机屏幕(未示出)上的虚拟物料输送系统的操作的显示器、并且将其与实际物料输送系统[101]的真实操作进行比较(例如，用以查看如果虚拟系统中转向激发，但是在真实系统中没能这么做)。当然，在一些环境中，显示器可以图示问题甚至不用实际和虚拟物料输送系统之间的比较。例如，如果虚拟物料输送系统[102]的操作引起输送虚拟物料输送系统[102]上的物体的碰撞或其他类型的问题，这可以在显示器上很清楚，即使实际和虚拟物料输送系统[101][102]同时操作(这将以其他方式表明，诸如在仿真环境[103]中使用碰撞检测模块以检测碰撞并在检测到碰撞的情况下提供碰撞警告)。这些比较方式的各种组合以及替代可以取决于在特定系统中可用的数据被实施，并且因此以上描述的比较应当被理解为仅说明而不是限制。

除了通过基于从来自虚拟物料输送系统[102]的数据生成的命令来操作实际物料输送系统[101]来结合实际和虚拟物料输送系统[101][102]的操作，也可能通过基于来自实际物料输送系统[101]的操作数据[123]来运行虚拟物料输送系统[102]在诸如图1中所示的配置中使实际和虚拟物料输送系统[101][102]组合。例如，在一些实施方式中，实际物料输送系统[101]可以用编码器实施(未在图1中示出)，该编码器可以测量实际物料输送系统[101]中的传送机的各种部分的速度。这些编码器的输出然后可以作为操作数据[123]发送至虚拟物料输送系统[102]，并且然后虚拟物料输送系统[102]可以基于操作数据[123]操作而不是基于(通常理想化的)用于部件的规范来操作。例如，除了仿真在理想化的传送机(其参数通常通过一些类型的配置文件或接口来规定用于虚拟物料输送系统)上运行的虚拟物体[105]的移动，虚拟物料输送系统[102]可以仿真在虚拟传送机上运行的虚拟物体[105]的移动，该虚拟传送机运行在实际物料输送系统[101]的传送机的实际速度(如通过实际物料输送系统[101]上的传感器测量的)。类似的反馈可以被提供用于其它类型的部件，诸如通过发送指示是否真实的转向激发的操作数据[123]而不是(或加上)发送传送机速度的信息。

应当理解，当图1的配置图示仿真环境[103]和逻辑引擎[104]为分离的部件，本文阐述的技术不限于用这些在分离的机器上操作的部件实施，并且在一些情况下，本文公开的技术可以用于实施如下系统，该系统中诸如虚拟物料输送系统[102]和逻辑引擎[104]的部件被实施为在单独的物理设备上操作。例如，如在图2中所示，可能虚拟物料输送系统[102]和逻辑引擎[104]将通过共享的存储器空间[201]互相通信。在这种情况下，虚拟物料输送系统[102]和逻辑引擎[104]可以被实施为不同的线程，该线程运行为单个过程的一部分(或运行在单个计算机上的不同过程)，通过基础的计算机的操作系统分配的共享的存储器空间[201]来通信。

此外，如图2中所示，这种共享存储器通信可以包括在以上讨论的对应于虚拟物料输送系统[102]和逻辑引擎[104]之外的附加过程。例如，图2指示共享存储器空间[201]也可以通过一个或多个驱动器[203]使用。在这种配置中，驱动器可以对应于来自实际物料输送系统[101]的物理设备，该物理设备可以生成输出(例如，可以生成边缘检测输出的摄像眼)和／或响应于输入(例如，可以响应于来自逻辑引擎[104]的命令激发的转向)。如本领域的普通技术人员已知的，不同的物理设备通常将具有不同的输入和输出参数。例如，一个物理设备可以生成其中8位输出字的第一位指示设备是否就绪以激发的输出，而另一个物理设备可以生成其中相同的信息将作为16位输出字的第三位通信的输出。设备[203]可以被用于将由物理设备产生的特定输出转换为标准格式，该标准格式将被反馈至逻辑引擎[104]中使得新的设备可以通过改变驱动器[203]来调节，而不是要求对逻辑引擎[104]本身的修改。相同的方式可以用逻辑引擎的输出来获取——驱动器[203]被用于将由逻辑引擎[104]产生的标准输出转换为将由实际物料输送系统[101]中的特定物理设备处理的特定命令格式。

可以使用诸如图2中图示的共享存储器通信的附加过程的另一个示例是调试器[202]。这种调试器[202]可以被用于使到逻辑引擎[104]的输入(或来自其的输出)得到特定值用于测试和／或(自然)调试的目的。例如，为了测试在实际物料输送系统[101]上的各种灯在运行，调试器[202]可以被用于将来自逻辑引擎[104]的命令流中适合的位替换为指示灯应当被导通的位，使得灯将被启动用于测试的目的而不论它们是否通常根据逻辑引擎[104]的算法将被启动。如以下所讨论的，可以被用于在各种过程(虚拟物料输送系统[102]、逻辑引擎[104]、调试器[202]以及驱动器[203])之间组织通信的代码的示例在表1和表2中提供。

表1：用于在共享存储器中同步输出位的示例性代码

表2：在共享存储器中的用于同步输入的示例性代码

在这些表格中，表1使出了可以通过驱动器[203]使用的代码以读取来自已被添加至共享存储器[201]的逻辑引擎[104]的命令(阵列outbit_engine_shared)、来自可以覆盖来自逻辑引擎的命令的调试器的值(阵列outbit_debug_shared)、以及规定来自逻辑引擎的哪个值应当被来自调试器的值覆盖的屏蔽阵列(阵列outbit_dmask_shared)。一旦这些值被读入至驱动器的专用存储器中(通过第一循环语句复制入各种缓存阵列中)，然后它们可以基于逐位地被写入输出位阵列(如在嵌套的循环语句中示出)，输出位阵列将最终被转换至用于特定物理设备的合适的格式(用于这个功能的代码可以从设备到设备变化，并且未示出)，并被用于控制实际物料输送系统[101]。

表2示出被执行用于至逻辑引擎[104]的类似过程。开始，表2的代码制作以下内容的复件，有驱动器[202]提供的输入值以及虚拟机械控制系统[102]，以及示出输入值是否应当最终基于来自驱动器[203]、虚拟物料输送系统[102]或调试器[202]的数据的屏蔽和调试阵列(这通过表2中第一循环语句来实现)。然后，表2中的代码将使用类似于表1中的内容讨论的逻辑来占据该输入位阵列(这在表2中的嵌套循环语句执行)。然而，除了如在表1的代码中示出的在两个值之间决定，表2的代码使用来自三个源(调试器[202]、虚拟物料输送系统[102]以及驱动器[103])的值占领输入位阵列。注意在表2中的如果／否则(if／else)块中的条件的次序将取决于dmask和emask阵列的状态，具有允许调试器覆盖来自虚拟物料输送系统的值、以及虚拟物料输送系统用以覆盖来自于驱动器的值的效果。

当然，除了在表1和2中示出的那些以外的其它方式可以被用于允许部件之间共享存储器通信。例如，在一些情况中，除了具有不同部件将修改的不同阵列(例如，用于调试器的调试和dmask阵列，用于虚拟物料输送系统的emask和仿真阵列)，可能在共享的存储器中仅有单独的输入阵列和单独的输出阵列，并且该阵列可以通过图2中所示出的部件中的任一个部件共同修改。在这种情况下，图2中的不同部件可以具有它们在其中操作的顺序(例如，首先设备驱动器添加信息，然后仿真器，然后调试器)，从而不考虑部件中的任何部件可以修改共享阵列的事实，部件中的任一个部件可以最终读取的阵列将通常是数据的相同的确定性的混合。诸如具有互相呼叫的不同部件的其他方式(例如，在部件实施为在单个过程空间操作的线程)也是可能的，并且很容易地被本领域的技术人员根据本公开来实施。因此，针对通过共享存储器空间通信的方法的讨论应当被理解为仅为说明而不是限制。

作为本发明人技术的可能实施方式的变型的另一个示例，应当理解，在一些情况下，可能不存在共享存储器，并且需要完全使用其他类型的通信。例如，考虑逻辑引擎[104]实施在PLC(可编程逻辑控制器)中的情况，而虚拟物料输送系统[102]为在PC(个人计算机)上运行的仿真环境的一部分。在这种情况下，除了使用屏蔽和共享存储器，更可能将通过以下部件(PC提供虚拟物料输送系统[102]或真实物料输送系统[101])确定PLC将使用其以生成命令的数据，该部件具有连接至PLC的输入的输出(注意，在这种情况下，PLC可能被编程为直接接受以由实际物料输送系统[101]提供的格式的输入，或驱动器可能被应用至实际物料输送系统[101]和虚拟物料输送系统[102]两者，因为也可能改变数据格式)。

也可能实施组合的方式(例如，其中由真实接线确定至PLC的输入，而虚拟物料输送系统[102]是否由来自实际物料输送系统[101]的操作数据[123]控制是基于由用于实际物料输送系统[101]和虚拟物料输送系统[102]的驱动器共享的存储器中的数据)。当然，这些不同的通信方法可以影响发明人的技术如何被实施的细节，由技术本身提供的功能性不限于任何特定的通信基础设施，并且因此特定通信基础设施的内容的特定部件的讨论应当被理解为仅为说明，而非限制。

虽然以上的讨论集中在实际和虚拟物料输送系统的操作互相协调的实施方式中，应当理解本文阐述的公开不限于以以上明确描述的方式实施。例如，本文应用的技术能够被用于以下实施方式，该实施方式包括多个逻辑引擎(例如，一个用于间隙优化的生成命令，一个用于合并的生成命令，等)，包括与描述的不同的通信路径(例如，除了发送信息至共享存储器，诸如关于设备的操作的信息的信息可以从一个部件发送到串行的另一个部件)。其他变型也可以被发明人设想，并且对于本领域的普通技术人员根据本公开也是立刻显而易见的。因此，针对本文明确公开的材料，除了根据本文件，或与本文件有关的任何文件限制保护，该保护应当为理解为由附加权利要求所限定，该权利要求被起草为反映本文件中由发明人探寻的保护范围，其中在标记“明确定义”以下列出的那些权利要求中的术语被给定为本文阐述的明确定义，并且剩余的术语被给定为由综合词典示出的最广泛的合理的解释。对于基于以上公开对权利要求给定的解释的范围无论如何比基于“明确定义”给出的解释和由综合词典提供的最广泛的合理解释更窄，由“明确定义”提供的解释和由综合词典提供的最广泛的合理解释应当控制，并且在说明书或优先文件中的术语的不一致的使用应当没有影响。

明确定义

“基于”意味着某事至少部分由被指示为被“基于”的事物确定。当某事完全由该事物确定时，被描述为“专用地基于”该事物。

“计算机可执行指令”意味着能够被用于指定能够由计算机执行的物理或逻辑操作的数据。

“计算机可读介质”意味着任何物体、物质、或物体或物质的组合、能够以能够由设备获得和／或处理的格式的存储数据或指令。计算机可读介质不应当被限制为任何特定的类型或组织，并且应当被理解为包括分布和离散的系统，然而它们是物理或逻辑布置，以及被放置在限定和／或约束的物理和／或逻辑空间。诸如硬盘、只读存储器、随机存取存储器、固态存储器元件、光盘以及寄存器的计算机存储器为“计算机可读介质”的示例。

“被配置”意味着“被配置”的事物针对特定目的被适配、被设计或被修改。上下文中计算机的“配置”的示例是向计算机提供特定数据(可以包括指令)，该数据能够被用在执行计算机“被配置为”执行的特定动作。例如，在计算机上安装微软WORD“配置”该计算机以作用为文字处理器，该文字处理器通过使用用于微软WORD的指令与诸如操作系统和各种外围(例如键盘，监视器等)的其他输入组合。

“控制器”意味着以下组件，该组件应当使用PLC、PC或其他类型的设备实施，该组件生成用于物料输送系统的命令。本文描述的逻辑引擎为“控制器”的示例。

“编码器”意味着一种类型的传感器，该传感器检测和报告与物体接口的物料输送系统(如果通过物料输送系统传送)的表面的移动。

“等同”意味着当被用于比较实际物料输送系统和虚拟物料输送系统，该实际物料输送系统具有旨在与虚拟物料输送系统中的仿真部件对应的部件(虽然由于缺陷部件、不适当的安装或其他原因，可能不能实现该对应)。

“物料输送系统”意味着被用于从一个位置向另一个位置移动物体的(通常为纸箱或手提袋)设备。“物料输送系统”能够包括合并、转向、传送机和间隙以及由这些部件的组合构成的更大的系统。如在权利要求中所使用的，“物料输送系统”不包括向系统的部件发出命令的中央控制算法，虽然其能够包括响应于那些命令的部件(例如，智能摄影眼、转向等)

“集”意味着类似的物质、设计或功能的零个或更多事物的一定数目、群组或组合。

“子集”意味着不包括任何以下元件的组，该元件也不是该子集被指示为其子集的组的构件。

因此，我们要求。

Claims (16)

1.一种机器，包括

a.实际物料输送系统，所述实际物料输送系统包括多个传感器，所述传感器可操作为提供关于所述实际物料输送系统的操作的数据；

b.计算机，所述计算机被配置为：

1.对用一个或多个虚拟物体操作的虚拟物料输送系统仿真，其中用一个或多个虚拟物体操作包括从一个位置向另一个位置移动所述一个或多个虚拟物体，其中所述虚拟物料输送系统等同于所述实际物料输送系统；

2.生成关于所述虚拟物料输送系统的所仿真的操作的数据；

3.提供逻辑引擎，所述逻辑引擎被配置为接收关于从物料输送系统的组获得的一个或多个物料输送系统的操作的数据，所述物料输送系统的组由以下组成：

i.所述实际物料输送系统；以及

ii.所述虚拟物料输送系统；

以及，基于所述数据，生成一个或多个命令；

4.向所述实际物料输送系统和所述虚拟物料输送系统提供由所述逻辑引擎生成的所述一个或多个命令；

5.向所述虚拟物料输送系统提供关于所述实际物料输送系统的操作的所述数据的子集；以及

6.根据由关于所述实际物料输送系统的操作的所述数据的所述子集所指示的，修改所述虚拟物料输送系统的所仿真的操作以与所述实际物料输送系统的所述操作匹配。

2.根据权利要求1所述的机器，其中，所述逻辑引擎被配置为接收关于使用共享存储器的所述一个或多个物料输送系统的操作的数据。

3.根据权利要求1所述的机器，其中关于所述实际物料输送系统的操作的数据的所述子集包括指示所述实际物料输送系统中的传送机的速度的数据。

4.根据权利要求1所述的机器，其中：

a.所述一个或多个虚拟物体中的每一个虚拟物体是仿真的纸箱；

b.所述计算机还被配置为，当所述实际物料输送系统和所述虚拟物料输送系统同样操作时，基于检测在所述一个或多个虚拟物体的输送中的问题，识别在所述实际物料输送系统的操作中的问题。

5.根据权利要求4所述的机器，其中检测所述一个或多个虚拟物体的输送中的所述问题包括从由以下组成的组中选择的一个或多个元件：

a.检测两个或多个虚拟物体的碰撞；以及

b.检测一个或多个虚拟物体的阻塞。

6.根据权利要求4所述的机器，包括：

a.关于所述虚拟物料输送系统的仿真操作的所述数据包括指示与仿真纸箱相关联的条形码的检测的信号；以及

b.所述一个或多个命令包括用于向目的地路由与所检测的条形码相关联的所述仿真的纸箱的命令。

7.根据权利要求1所述的机器，其中所述一个或多个虚拟物体包括多个具有之前识别为有问题的纸箱尺寸和间隙序列的仿真的纸箱。

8.根据权利要求7所述的机器，其中所述一个或多个命令包括用以优化所述多个仿真的纸箱之间的间隙的命令。

9.一种方法，包括：

a.操作具有一个或多个虚拟物体的虚拟物料输送系统，其中所述虚拟物料输送系统等同于实际物料输送系统，并且其中操作具有一个或多个虚拟物体的虚拟物料输送系统包括从一个位置向另一个位置移动所述一个或多个虚拟物体；

b.向控制器发送关于所述虚拟物料输送系统的操作的数据；

c.基于关于所述虚拟物料输送系统的操作的所述数据，生成命令集；

d.向所述虚拟物料输送系统和所述实际物料输送系统提供所述命令；

e.根据所述命令操作所述虚拟物料输送系统和所述实际物料输送系统；以及

f.修改所述虚拟物料输送系统的所述操作以与关于所述实际物料输送系统的操作的数据集匹配。

10.根据权利要求9所述的方法，其中向所述控制器发送关于所述虚拟物料输送系统的操作的数据使用共享存储器执行。

11.根据权利要求9所述的方法，其中：

a)关于所述实际物料输送系统的操作的所述数据集包括指示针对所述实际物料输送系统中的传送机的速度的数据；以及

b)修改所述虚拟物料输送系统的所述操作以与所述数据集匹配包括设置用于对应于所述实际物料输送系统中的所述传送机的虚拟传送机的所述速度，以匹配来自关于所述实际物料输送系统的操作的所述数据的所述速度。

12.根据权利要求9所述的方法，其中:

a.所述一个或多个虚拟物体中的每一个虚拟物体是仿真的纸箱；

b.所述方法包括识别在所述实际物料输送系统的操作中的问题，其中当所述实际物料输送系统和所述虚拟物料输送系统同样操作时识别所述问题，并且其中基于检测在所述一个或多个虚拟物体的输送中的问题来识别所述问题。

13.根据权利要求12所述的方法，其中检测所述一个或多个虚拟物体的输送中的所述问题包括从由以下组成的组中选择的一个或多个元件：

a.检测两个或多个虚拟物体的碰撞；以及

b.检测一个或多个虚拟物体的阻塞。

14.根据权利要求12所述的方法，包括：

a.关于所述虚拟物料输送系统的操作的所述数据包括指示与仿真纸箱相关联的条形码的检测的信号；以及

b.所述命令集包括用于向目的地路由与所检测的条形码相关联的所述仿真的纸箱的命令。

15.根据权利要求9所述的方法，其中所述一个或多个虚拟物体包括被引入为具有之前识别为有问题的纸箱尺寸和间隙序列的多个仿真的纸箱。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述命令集包括用以优化所述多个仿真的纸箱之间的间隙的命令。