CN106096861A - 基于多工艺并行执行的智能产线控制系统 - Google Patents

基于多工艺并行执行的智能产线控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于多工艺并行执行的智能产线控制系统，所述的系统设有智能终端数据接口和消息并发处理中心，所述的系统包括设备集、在制品集、实时监测中心和物流调度四个模块，所述的设备集包括工艺设备组和物流设备，所述的实时监测中心包括工艺中心、设备中心和负载均衡中心3个组件，所述的物流调度模块内部包含有产线物流路径的计算模型。其优点表现在：建立统一的抽象化设备模型，将多样化的设备集成到系统当中，基于各种上报数据建立生产线运行的实时监测中心，对设备、各种工艺及在制品的统一协同调度，支持产线多工艺并行的柔性要求，提高设备利用率，提升工艺节拍，减少在制品数量。

Description

基于多工艺并行执行的智能产线控制系统
【技术领域】
本发明涉及智能物流信息系统技术领域，具体地说，是一种基于多工艺并行执行的智能产线控制系统。
【背景技术】
在现代化的制造车间中，特别是在物联网以及智能制造技术大规模应用的环境下，工厂投入的昂贵设备越来越多，各种机器人及传输设备越来越多，车间控制系统对产线中的各种设备、在制品、工艺以及材料等进行调度，对于智能化车间的高效运行有促进作用。然而对于车间管理者而言，如何满足多种工艺产品在生产线内有效执行，减少工艺设备的等待时间，使生产无缝衔接，减少在制品的成本占用，对于降低车间成本以及提高产线投资回报率非常重要。
经过对现有技术的检索发现，A.D.Morosabn，F.Sisak所著的“An intelligentsystem designed for controlling the manufacturing process in a flexiblemanufacturing system,"pp.353-357,IEEE 8th International Symposium on AppliedComputational Intelligence and Informatics(SACI 2013)，提出了柔性生产线，在生产线基础上增加智能控制，实现计划、操作、评价等过程的集成，以增加生产效率。但是该系统提出的方法关注各部分的集成实现，没有涉及到具体处理方式，不能支持不同大规模条件下的高效实现。
下面通过表格的形式对本发明与现有技术的区别加以说明：
【发明内容】
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种基于多工艺并行执行的智能产线控制系统。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：基于多工艺并行执行的智能产线控制系统，设有智能终端数据接口和消息并发处理中心，包括设备集、在制品集、实时监测中心和物流调度四个模块，所述的设备集包括工艺设备组和物流设备，设备与设备之间通过工艺执行建立联系，所述的在制品集记录和存储工艺的数据信息，所述的实时监测中心包括工艺中心、设备中心和负载均衡中心3个组件，所述的物流调度模块内部包含有产线物流路径的计算模型，所述的设备集通过智能数据接口和消息并发处理中心向实时监测中心上报配方、状态和事件报告信息，所述的工艺中心向设备中心传送在制品的拟执行工艺步骤信息，并通过智能数据接口和消息并发处理中心向设备下发对应在制品的工艺执行参数信息，所述的设备中心与工艺设备组之间进行信息交互和流程推进，所述的负载均衡中心向物流调度模块发送物流指令，所述的物流调度模块控制所述的物流设备的运转，所述的实时监测中心和物流调度共同完成系统的智能产线监控。
所述的工艺设备组是工艺步骤的执行者及生产执行数据的来源，所述的物流设备是在制品传输的调度单元，控制在制品在工艺设备之间流转。
所述的在制品集由不同的工艺在制品集组成，每一个工艺在制品集中包含了同一类的工艺在制品，一个在制品是工艺的载体和数据追踪的最小单元，包含了该工艺的产品ID、工艺信息和工艺执行信息。
所述的实时监测中心负责监控产线内的在制品的工艺执行和工艺设备的运转情况，同时选择合适的设备执行在制品的工艺步骤。
所述的工艺中心基于BOM构建产线内产品的工艺、工步、配方和参数，对产线内的每个在制品建立并实时更新工艺进展信息。
所述的设备中心为每台工艺设备构建统一的设备模型，所述的设备模型将设备的状态管理、报警管理、事件报告、配方参数和常量进行统一标准化，并将每台或每组设备分别与工艺步骤处理建立关联关系。
所述的负载均衡中心收集所有在制品的实时追踪信息，基于设备生产、工艺步骤处理要求、在制品传输、缓存等待时间这些因素综合计算出设备集中的每台设备的生产负荷，选择可执行工艺处理的设备中生产负荷小的设备作为某件或者某批次产品的生产载体。
本发明优点在于：
1、本发明系统通过将多样化的设备抽象化建立统一的设备模型，并集成到系统当中，建立生产线运行的实时监测中心，通过对设备、各种工艺及在制品的统一协同调度，支持产线多工艺并行的柔性要求，提高设备利用率，提升工艺节拍，减少在制品数量。
2、本发明系统建立了统一的智能数据接口，实时监测中心通过各种事件报告实现对所有在制品的实时追踪，监控生产线内的所有工艺设备，通过智能物流管理控制，实现多工艺产品在工艺设备之间按工艺有序运行，提高产线整体效率和自动化程度。
【附图说明】
附图1是本发明系统框架模型示意图。
附图2是本发明系统实施流程示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
如图1本发明系统结构示意图所示，基于多工艺并行执行的智能产线控制系统包括四个模块，分别为：设备集、在制品集、实时监测中心和物流调度。下面对各个模块进行详细说明。
设备集：设备集由工艺设备组和物流设备组成，工艺设备是工艺步骤的执行者及生产执行数据的来源；物流设备是在制品传输的调度单元。基于产线监控的需求，设备集建立统一的设备模型，设备模型表述了每个设备或每组设备的事件报告、状态、配方参数、常量等信息。在设备集中设备与设备之间通过工艺执行建立联系，通过物流传输实现无缝有序生产。
在制品集：在制品集由不同的工艺在制品集组成，每一个工艺在制品集中包含同类的一系列工艺在制品。一个在制品是工艺的载体和数据追踪的最小单元，在制品包含了对应工艺的产品ID、工艺信息、工艺执行信息等。不同工艺的在制品通过物流调度在工艺设备之间流转，并在工艺设备内执行工艺操作，最终制作为产线产品。
实时监测中心：主要包括工艺中心、设备中心、负载均衡中心3个组件。主要负责监控产线内的在制品的工艺执行以及工艺设备的运转情况，选择合适的设备执行在制品的工艺执行步骤。工艺中心基于BOM构建产线内产品的工艺、工步、配方、参数等信息列表，并对产线内的每个产品建立并实时更新工艺进展信息；设备中心为每台工艺设备构建统一的设备模型，设备模型包括状态管理、报警管理、时间报告、配方参数、常量等内容，并将每台或者每组设备与工艺步骤处理建立关联关系；负载均衡中心收集所有在制品实时追踪信息，基于设备生产、工艺步骤处理要求、在制品传输、缓存等待时间等因素综合计算每台设备的生产负荷，选择可执行工艺处理的设备中生产负荷小的设备作为某件或者某批次产品的生产载体。
物流调度(智能物流调度模块)：该模块在系统中主要负责工艺设备之间的在制品物流传递。物流调度模块内部包含产线物流路径的计算模型，当物流调度接收到来自实时监测中心的传送请求后，启用计算模型计算出当前的最优传输路径，将指令依次发送给相应物流设备，并协同各设备按照最优路径完成传输。物流调度内部的计算模型是基于传输优先级、传输时间最短、传输距离最短、相应传输设备的负荷等因素构建出的一套物流传输规划模型。
本发明系统各模块之间的交互关系，及其协调运作过程说明如下：
首先，工艺设备上报各种事件报告、事件状态等信息，作为实时监测中心的输入，工艺中心、设备中心和负载均衡中心对输入信息分别处理。工艺中心获取到(实时更新)每件在制品的工艺、工步、配方、参数及工艺进展信息，并决定要执行的下一个工艺步骤，将此信息传送给设备中心，并在工艺设备执行工艺处理前向设备下发对应的工艺参数；设备中心获取设备运行状态数据，根据工艺设备的工艺处理能力为在制品挑出备选的工艺设备；负载均衡中心获取每件在制品的实时信息综合平衡所有设备的在制品处理情况后，为在制品选择合适的工艺设备，并向智能物流调度模块发送传输请求；物流调度模块接收到传输请求，通过计算模型计算出最优传输路径，向物流设备发送各种物流指令，协同各物流设备将在制品传输至工艺设备，工艺设备按照接收到的工艺中心下发的工艺参数执行操作，从而实现产线多工艺自动化高效运行。
下面参照附图2，对本发明系统的实际运行过程进行说明，优选地，本发明在运行时需要连接消息并发处理中心和智能终端数据接口。在本实施例中，设备集外接智能终端数据接口，并通过消息并发处理中心和智能终端数据接口参与系统运行，因此，在下述实施例中并不提及设备集。
如附图2所示，在本实施例中本发明系统由实时监测中心、物流调度模块、消息并发处理中心和智能终端数据接口四个业务模块组成。首先对各模块的功能特点介绍如下：
智能终端数据接口：位于系统的底层，它向消息并发处理中心发送设备集中对应设备模型规定的信息及事件报告，并接收返回的结果信息及指令等。消息的发送及接收顺序遵循消息并发处理中心制定的各种业务场景。
消息并发处理中心：消息并发处理中心由消息队列、消息监听和业务场景引擎组成。消息并发处理中心接收来自底层智能终端数据接口及系统其他业务模块的消息，放入消息队列，消息监听对所有消息监听并依次处理，业务场景引擎解析消息并根据预定规则决定下一步的执行，将相应消息发送至执行下一步的业务模块。
实时监测中心：包括工艺中心(模块1)、设备中心(模块2)、负载均衡中心(模块3)三个模块。
(模块1)工艺中心：该模块基于BOM构建产线内产品的工艺、工步、配方、参数等工艺数据列表，并对产线内的每个在制品建立并实时更新工艺进展信息库。工艺中心接收来自消息并发处理中心转发的事件报告，更新实时工艺数据，并根据当前在制品工艺信息及产品处理情况决定下一工艺步骤，将此决定传送给设备中心。同时工艺中心接收到设备的在制品到达报告时，将对应配方、参数等工艺数据要求发送给消息并发处理中心；
(模块2)设备中心：该模块为每台工艺设备构建统一的设备模型，设备模型的内容包括状态管理、报警管理、时间报告、配方参数、常量等，并将每台或者每组设备与工艺步骤处理建立关联关系。设备中心接收来自消息并发处理中心转发的对应设备相关信息，结合来自工艺中心的当前在制品下一工艺步骤决定，将该工艺步骤与正常运转的且可以处理该工艺步骤的工艺设备进行匹配，同时将相应的设备列表相关信息发送给负载均衡中心；
(模块3)负载均衡中心：该模块收集所有在制品实时追踪信息，基于设备生产、工艺步骤处理要求、在制品传输、缓存等待时间等因素综合计算每台设备的产品负荷，并对同类型设备进行对比，选择合适的工艺设备作为某件或者某批次产品的生产载体。本模块接收消息并发处理中心转发的对应在制品的事件报告以及设备中心计算的可执行该在制品下一工艺步骤的工艺设备备选列表，经计算，选择生产负荷小的工艺设备，并将该在制品的传送请求发送给物流调度模块。
物流调度模块：本模块基于传输优先级、传输时间最短、传输距离最短、相应传输设备的负荷等因素构建物流传输规划模型，据此计算出最优传输路径，将指令依次发送消息并发处理中心配送给相应物流设备。首先本模块接收由消息并发处理中心转发的物流设备的相关事件报告以及来自实时监测中心的在制品传送请求，根据上述信息计算出最优传输路径，将计算出的物流指令发送给消息并发处理中心，由消息中心转发给相应的物流设备接口。
本实施例中，本发明系统的各模块之间运转及调用过程如下：智能终端数据接口将收集的来自设备集的设备事件报告、状态、报警等消息按照约定业务场景上报给消息并发处理中心，同时消息并发处理中心还接收来自系统其它模块的实时消息。消息并发处理中心将消息处理后依次分类转发给实时监测中心和物流调度模块。实时监测中心的工艺中心接收到设备的完工报告时更新对应在制品的实时工艺处理信息，并根据当前在制品的工艺处理情况，将下一工艺步骤的信息发送给设备中心。设备中心接收下一工艺步骤的信息以及消息并发处理中心转发的对应设备信息，将可参与处理的备选设备信息发送给负载均衡中心。负载均衡中心接收来自消息并发处理中心的在制品追踪信息以及来自设备中心的备选设备信息，选择合适设备，并将在制品的传送请求发送给物流调度模块。物流调度模块根据接收到的传送请求结合发自消息并发处理中心的物流设备信息，计算出最优传输路径的物流指令，并经消息并发处理中心转发给相应智能终端数据接口，调用相应的物流设备。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于多工艺并行执行的智能产线控制系统，所述的系统设有智能终端数据接口和消息并发处理中心，其特征在于，所述的系统包括设备集、在制品集、实时监测中心和物流调度四个模块，所述的设备集包括工艺设备组和物流设备，设备与设备之间通过工艺执行建立联系，所述的在制品集记录和存储工艺的数据信息，所述的实时监测中心包括工艺中心、设备中心和负载均衡中心3个组件，所述的物流调度模块内部包含有产线物流路径的计算模型，所述的设备集通过智能数据接口和消息并发处理中心向实时监测中心上报配方、状态和事件报告信息，所述的工艺中心向设备中心传送在制品的拟执行工艺步骤信息，并通过智能数据接口和消息并发处理中心向设备下发对应在制品的工艺执行参数信息，所述的设备中心与工艺设备组之间进行信息交互和流程推进，所述的负载均衡中心向物流调度模块发送物流指令，所述的物流调度模块控制所述的物流设备的运转，所述的实时监测中心和物流调度共同完成系统的智能产线监控。
2.根据权利要求1所述的基于多工艺并行执行的智能产线控制系统，其特征在于，所述的工艺设备组是工艺步骤的执行者及生产执行数据的来源，所述的物流设备是在制品传输的调度单元，控制在制品在工艺设备之间流转。
3.根据权利要求1所述的基于多工艺并行执行的智能产线控制系统，其特征在于，所述的在制品集由不同的工艺在制品集组成，每一个工艺在制品集中包含了同一类的工艺在制品，一个在制品是工艺的载体和数据追踪的最小单元，包含了该工艺的产品ID、工艺信息和工艺执行信息。
4.根据权利要求1所述的基于多工艺并行执行的智能产线控制系统，其特征在于，所述的实时监测中心负责监控产线内的在制品的工艺执行和工艺设备的运转情况，同时选择合适的设备执行在制品的工艺步骤。
5.根据权利要求1所述的基于多工艺并行执行的智能产线控制系统，其特征在于，所述的工艺中心基于BOM构建产线内产品的工艺、工步、配方和参数，对产线内的每个在制品建立并实时更新工艺进展信息。
6.根据权利要求1所述的基于多工艺并行执行的智能产线控制系统，其特征在于，所述的设备中心为每台工艺设备构建统一的设备模型，所述的设备模型将设备的状态管理、报警管理、事件报告、配方参数和常量进行统一标准化，并将每台或每组设备分别与工艺步骤处理建立关联关系。
7.根据权利要求1所述的基于多工艺并行执行的智能产线控制系统，其特征在于，所述的负载均衡中心收集所有在制品的实时追踪信息，基于设备生产、工艺步骤处理要求、在制品传输、缓存等待时间这些因素综合计算出设备集中的每台设备的生产负荷，选择可执行工艺处理的设备中生产负荷小的设备作为某件或者某批次产品的生产载体。
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