CN109784718A - 一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统，包括若干边缘计算系统，所述边缘计算系统用于采集与其对应的加工单元的加工数据，并与前后端加工单元的边缘计算系统通讯连接，边缘计算系统根据采集的加工单元的动态数据指挥产品正确的流向下一个加工单元。本发明的调度系统无需依赖数据中心和中央调度系统，即使个别边缘计算系统异常也不会导致整个生产调度瘫痪；且异常设备能够自动退出生产，可实现充分利用并提高加工单元的利用率，缩短因系统异常导致的停线时间。
Description
技术领域
本发明涉及离散型制造过程的生产调度技术领域，特别涉及一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统及方法。
背景技术
现有的生产调度系统需要建设数据中心和中央控制模块，综合全局信息进行在制品状态监控和流动方向调度。一旦数据中心发生异常，则整个生产系统陷入瘫痪，因此，现有的生产调度系统对数据中心和中央控制模块非常高的依赖性。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统及方法，无需建设数据中心和中央控制模块，每个设备通过边缘计算系统中的代理模块内置的统一算法，相互协商决定在制品的下一步流动。
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统，包括若干边缘计算系统，每个边缘计算系统均对应一个加工单元(如一个加工设备)，所述边缘计算系统用于采集与其对应的加工单元的加工数据，并与前后端加工单元的边缘计算系统通讯连接，边缘计算系统根据采集的加工单元的动态数据指挥产品正确的流向下一个加工单元。
进一步地，所述边缘计算系统包括数据采集模块、通讯模块、协商模块、数据管理模块，通讯模块分别与前后端加工单元的通讯模块通讯连接；数据采集模块用于获取加工单元的设备信息，并对获取到的信息进行解析，并将解析后的数据传递至数据管理模块，以及将数据管理模块配置的加工指令通过通讯模块下达给对应的后端加工单元；协商模块用于处理前端加工单元的协商模块通过通讯模块发出的征询数据并向前端协商模块返回相应的数据信息以及通过通讯模块向后端加工单元的协商模块发起征询数据，并根据后端协商模块返回的数据信息计算在各后端加工单元本工件的预计计划完成时间，从而确认将本工件传递给完成时间最早的加工单元，数据管理模块则用于保存协商模块收到的加工单元信息、记录各加工单元可加工的工件型号以及各型号工件的预计加工时间，并将各型号的工件加工流程数字化生成相应的加工指令，从而在协商模块确认工件的后端加工单元后，由数据采集模块通过通讯模块将加工指令下达给对应的后端加工单元。
进一步地，所述数据采集模块包括协议解析单元、数据上传单元和指令下达单元；协议解析单元分别与通讯模块及数据上传单元相连，数据上传单元与数据管理模块相连，指令下达单元分别与数据管理模块及加工单元相连；
所述协议解析单元用于获取加工单元的设备信息，并对获取到的信息进行解析(一般不同制造厂家制造的加工设备其通讯协议可能不同，因此在获取加工单元的设备信息时还需协议解析单元将获取到的信息解析为数据管理模块可识别的信息格式)；所述数据上传单元用于将所述协议解析单元解析后的数据上传到数据管理模块；指令下达单元用于将所述数据管理模块根据不同型号产品配置的加工指令下达给加工单元。
进一步地，所述协商模块包括前端协商单元、后端协商单元；前端协商单元与后端协商单元相连，前端协商单元用于处理前端边缘计算系统发起的征询数据，并向前端边缘计算系统反馈相关信息；所述后端协商单元用于向后端边缘计算系统发起征询数据，并结合后端边缘计算系统返回的数据确认工件的流向。
进一步地，所述前端协商单元向前端边缘计算系统反馈的信息分为可接受工件反馈信息及不可接受工件反馈信息；所述后端协商单元向后端边缘计算系统发起征询数据时，同时向后端边缘计算系统发出以下数据：本加工单元正在加工的产品型号、本加工单元的ID；所述可接受工件反馈信息至少包括：本加工单元的ID、本加工单元可加工的产品型号、预计加工周期、加工节拍、预计完工时刻、待处理件数量，其中，边缘计算系统具体根据前端边缘计算系统反馈的其加工单元正在加工的产品型号是否为本加工单元可加工的产品型号判断是否可接受工件，若前端加工单元正在加工的产品型号不属于本加工单元可加工的产品型号则向前端边缘计算系统反馈的信息为不可接受工件反馈信息，同时，若本加工单元当前处于异常状态时向前端边缘计算系统反馈的信息为不可接受工件反馈信息。
进一步地，所述前端协商单元处理前端边缘计算系统发起的征询数据时根据前端边缘计算系统发出征询的时刻按照先后顺序依次进行处理；所述后端协商单元确认工件的流向时具体是按照本工件在后端加工单元的预计计划完成时间确定并将工件流向得出的本工件在后端加工单元的预计计划完成时间小的加工单元；其中，所述本工件在后端加工单元的预计计划完成时间＝后端加工单元预计完工时刻+后端加工单元的节拍*(后端加工单元待处理件数量+1)。
进一步地，数据管理模块包括数据存储单元、数字化模型单元；所述数据存储单元用于存储前后端加工单元信息、加工单元可加工的工件型号、各工件型号的预计加工时间；所述数字化模型单元用于将各型号的工件加工流程数字化，并生成相应的加工指令。
进一步地，所述边缘计算系统还包括质检模块，质检模块用于对各工序的在制品质量进行管控，至少包括不良信息的记录、不良品返工工序的判定，同时，在每个加工单元均设置有暂存区，暂存区用于放置该加工单元完成的暂存品，质检模块用于获取暂存区的暂存品信息并传递至协商模块，以便协商模块进行对后端加工单元进行派工。
同时，本发明还公开了一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度方法，由上述的采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统实现，具体包括以下步骤：
A.在当前加工单元加工完工前n秒，边缘计算系统向多个后端边缘计算系统发送征询信息并等待反馈；
B.根据后端边缘计算系统反馈的信息计算本工件在后端加工单元的预计计划完成时间，并以本工件在后端加工单元的预计计划完成时间的最短时间作为最优周期确定后端加工单元；
C.在当前加工单元加工完工后向选定的后端加工单元的后端边缘计算系统发出选定确认信息并等待该后端加工单元回复信息；
D.接收并判断后端加工单元的后端边缘计算系统回复信息；
E.若所述后端加工单元同意接收工件则向该后端加工单元输送工件，若所述后端加工单元不同意接收工件，则根据计算得到的本工件在后端加工单元的预计计划完成时间选择次优的后端加工单元，并向该后端加工单元发出选定确认信息、等待该后端加工单元回复信息并返回步骤D。
进一步地，所述步骤A中还包括边缘计算系统收到多个前端加工单元的边缘计算系统发出的征询信息，所述步骤B中还包括边缘计算系统先向各个前端加工单元的边缘计算系统反馈加工周期信息(如包含预计完工时刻、加工、节拍、待处理件数量等以便前端边缘计算系统计算预计完工时间)，所述步骤C中还包括边缘计算系统在当前加工单元加工完工后向前端加工单元的前端边缘计算系统回复是否接受前端工件的确认信息，前端协商单元向前端边缘计算系统反馈的是否接受前端工件的确认信息分为可接受工件反馈信息及不可接受工件反馈信息。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
本发明的系统及方法应用在离散型制造过程中，各设备通过互相协商确认在制品的流动去向，无需依赖数据中心和中央调度系统，即使个别边缘计算系统异常也不会导致整个生产调度瘫痪；且异常设备能够自动退出生产，可实现充分利用并提高加工单元的利用率，缩短因系统异常导致的停线时间。
附图说明
图1是本发明的采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统的示意图。
图2是本发明的边缘计算系统的示意图。
图3是本发明的采用多代理边缘计算的离散制造过程调度方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
实施例：
实施例一：
如图1所示，一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统，包括若干边缘计算系统，每个边缘计算系统均对应一个加工单元，本实施例中具体是一个边缘计算系统对应一个加工设备，所述边缘计算系统用于采集与其对应的加工单元的加工数据，并与前后端加工单元的边缘计算系统通讯连接，边缘计算系统根据采集的加工单元的动态数据指挥产品正确的流向下一个加工单元。
具体的，如图2所示，本实施例中一个所述边缘计算系统包括数据采集模块、通讯模块、协商模块、数据管理模块、质检模块，通讯模块分别与前后端加工单元的通讯模块通讯连接。
其中，数据采集模块用于获取加工单元的设备信息，并对获取到的信息进行解析，并将解析后的数据传递至数据管理模块，以及将数据管理模块配置的加工指令通过通讯模块下达给对应的后端加工单元；协商模块用于处理前端加工单元的协商模块通过通讯模块发出的征询数据并向前端协商模块返回相应的数据信息以及通过通讯模块向后端加工单元的协商模块发起征询数据，并根据后端协商模块返回的数据信息计算在各后端加工单元本工件的预计计划完成时间，从而确认将本工件传递给完成时间最早的加工单元，数据管理模块则用于保存协商模块收到的加工单元信息、记录各加工单元可加工的工件型号以及各型号工件的预计加工时间，并将各型号的工件加工流程数字化生成相应的加工指令，从而在协商模块确认工件的后端加工单元后，由数据采集模块通过通讯模块将加工指令下达给对应的后端加工单元。
具体的，所述数据采集模块包括协议解析单元、数据上传单元和指令下达单元；协议解析单元分别与通讯模块及数据上传单元相连，数据上传单元与数据管理模块相连，指令下达单元分别与数据管理模块及加工单元相连。
所述协议解析单元用于获取加工单元的设备信息，并对获取到的信息进行解析(一般不同制造厂家制造的加工设备其通讯协议可能不同，因此在获取加工单元的设备信息时还需协议解析单元将获取到的信息解析为数据管理模块可识别的信息格式)；所述数据上传单元用于将所述协议解析单元解析后的数据上传到数据管理模块；指令下达单元用于将所述数据管理模块根据不同型号产品配置的加工指令下达给加工单元。
所述协商模块包括前端协商单元、后端协商单元；前端协商单元与后端协商单元相连，前端协商单元用于处理前端边缘计算系统发起的征询数据，并向前端边缘计算系统反馈相关信息；所述后端协商单元用于向后端边缘计算系统发起征询数据，并结合后端边缘计算系统返回的数据确认工件的流向。
本实施例中，所述前端协商单元向前端边缘计算系统反馈的信息分为可接受工件反馈信息及不可接受工件反馈信息；所述后端协商单元向后端边缘计算系统发起征询数据时，同时向后端边缘计算系统发出以下数据：本加工单元正在加工的产品型号、本加工单元的ID；所述可接受工件反馈信息至少包括：本加工单元的ID、本加工单元可加工的产品型号、预计加工周期、加工节拍、预计完工时刻、待处理件数量。
其中，边缘计算系统具体根据前端边缘计算系统反馈的其加工单元正在加工的产品型号是否为本加工单元可加工的产品型号判断是否可接受工件，若前端加工单元正在加工的产品型号不属于本加工单元可加工的产品型号则向前端边缘计算系统反馈的信息为不可接受工件反馈信息，同时，若本加工单元当前处于异常状态时向前端边缘计算系统反馈的信息为不可接受工件反馈信息。
具体的，所述前端协商单元处理前端边缘计算系统发起的征询数据时根据前端边缘计算系统发出征询的时刻按照先后顺序依次进行处理；所述后端协商单元确认工件的流向时是对发出可接受工件反馈信息的加工单元对本工件的预计加工完成时间进行计算，具体是按照本工件在后端加工单元的预计计划完成时间确定，并将工件流向得出的本工件在后端加工单元的预计计划完成时间最早的加工单元；其中，所述本工件在后端加工单元的预计计划完成时间＝后端加工单元预计完工时刻+后端加工单元的节拍*(后端加工单元待处理件数量+1)。
数据管理模块包括数据存储单元、数字化模型单元；所述数据存储单元用于存储前后端加工单元信息、加工单元可加工的工件型号、各工件型号的预计加工时间；所述数字化模型单元用于将各型号的工件加工流程数字化，并生成相应的加工指令。
所述质检模块用于对各工序的在制品质量进行管控，至少包括不良信息的记录、不良品返工工序的判定等，同时，在每个加工单元均设置有暂存区，暂存区用于放置该加工单元完成的暂存品，质检模块用于获取暂存区的暂存品信息(如工件型号等)并传递至协商模块，以便协商模块对后端加工单元进行派工并将暂存品派发至合适的后端加工单元进行加工。
实施例二
如图3所示，一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度方法，由上述的采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统实现，具体包括以下步骤：
A.在当前加工单元加工完工前n秒，开启通讯模块，边缘计算系统的协商模块通过通讯模块向多个后端边缘计算系统发送征询信息并等待反馈，同时，边缘计算系统通过通讯模块接收到多个前端加工单元的边缘计算系统发出的征询信息；
具体的，当通讯模块接收到多个前端加工单元的边缘计算系统发出的征询信息后即传递至协商模块的前端协商单元，并由前端协商单元根据征询信息通过通讯模块向前端边缘计算系统反馈信息，其中，反馈的信息分为可接受工件反馈信息及不可接受工件反馈信息，所述可接受工件反馈信息至少包括：本加工单元的ID、本加工单元可加工的产品型号、预计加工周期、加工节拍、预计完工时刻、待处理件数量。
同时，协商模块通过通讯模块向多个后端边缘计算系统发送征询信息时还将同时向后端边缘计算系统发出以下数据：本加工单元正在加工的产品型号、本加工单元的ID、本加工单元的加工节拍、预计完工时间。
即边缘计算系统具体根据前端边缘计算系统反馈的其加工单元正在加工的产品型号是否为本加工单元可加工的产品型号判断是否可接受工件，若前端加工单元正在加工的产品型号不属于本加工单元可加工的产品型号则向前端边缘计算系统反馈的信息为不可接受工件反馈信息，同时，若本加工单元当前处于异常状态时向前端边缘计算系统反馈的信息为不可接受工件反馈信息。
B.根据后端边缘计算系统反馈的信息计算本工件在后端加工单元的预计计划完成时间，并以本工件在后端加工单元的预计计划完成时间的最早时间作为最优周期确定后端加工单元(即按照本工件在后端加工单元的预计计划完成时间的先后顺序作为优劣顺序)；同时，向可接受其工件的前端加工单元的边缘计算系统反馈当前加工周期信息。
其中，所述本工件在后端加工单元的预计计划完成时间＝后端加工单元预计完工时刻+后端加工单元的节拍*(后端加工单元待处理件数量+1)。
C.在当前加工单元加工完工后向选定的后端加工单元的后端边缘计算系统发出选定确认信息并等待该后端加工单元回复信息，同时，向前端加工单元的前端边缘计算系统回复是否接受前端工件的确认信息，前端协商单元向前端边缘计算系统反馈的是否接受前端工件的确认信息分为可接受工件反馈信息及不可接受工件反馈信息；此时再次确认是否可接受可避免在前次确认到本次确认之间出现设备异常等情况，导致工件流转出错。
D.接收并判断后端加工单元的后端边缘计算系统回复信息；
E.若所述后端加工单元同意接收工件则向该后端加工单元输送工件，若所述后端加工单元不同意接收工件，则根据计算得到的本工件在后端加工单元的预计计划完成时间选择次优的后端加工单元，并向该后端加工单元发出选定确认信息、等待该后端加工单元回复信息并返回步骤D。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统，其特征在于，包括若干边缘计算系统，所述边缘计算系统用于采集与其对应的加工单元的加工数据，并与前后端加工单元的边缘计算系统通讯连接，边缘计算系统根据采集的加工单元的动态数据指挥产品正确的流向下一个加工单元。
2.根据权利要求1所述的一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统，其特征在于，所述边缘计算系统包括数据采集模块、通讯模块、协商模块、数据管理模块。
3.根据权利要求2所述的一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统，其特征在于，所述数据采集模块包括协议解析单元、数据上传单元和指令下达单元；协议解析单元分别与通讯模块及数据上传单元相连，数据上传单元与数据管理模块相连，指令下达单元分别与数据管理模块及加工单元相连；
所述协议解析单元用于获取加工单元的设备信息，并对获取到的信息进行解析；所述数据上传单元用于将所述协议解析单元解析后的数据上传到数据管理模块；指令下达单元用于将所述数据管理模块根据不同型号产品配置的加工指令下达给加工单元。
4.根据权利要求3所述的一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统，其特征在于，所述协商模块包括前端协商单元、后端协商单元；前端协商单元与后端协商单元相连，前端协商单元用于处理前端边缘计算系统发起的征询数据，并向前端边缘计算系统反馈相关信息；所述后端协商单元用于向后端边缘计算系统发起征询数据，并结合后端边缘计算系统返回的数据确认工件的流向。
5.根据权利要求4所述的一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统，其特征在于，所述前端协商单元向前端边缘计算系统反馈的信息分为可接受工件反馈信息及不可接受工件反馈信息；所述后端协商单元向后端边缘计算系统发起征询数据时，同时向后端边缘计算系统发出以下数据：本加工单元正在加工的产品型号、本加工单元的ID；
所述可接受工件反馈信息至少包括：本加工单元的ID、本加工单元可加工的产品型号、预计加工周期、加工节拍、预计完工时刻、待处理件数量。
6.根据权利要求5所述的一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统，其特征在于，所述前端协商单元处理前端边缘计算系统发起的征询数据时根据前端边缘计算系统发出征询的时刻按照先后顺序依次进行处理；所述后端协商单元确认工件的流向时具体是按照本工件在后端加工单元的预计计划完成时间确定并将工件流向得出的本工件在后端加工单元的预计计划完成时间小的加工单元；
其中，所述本工件在后端加工单元的预计计划完成时间＝后端加工单元预计完工时刻+后端加工单元的节拍*(后端加工单元待处理件数量+1)。
7.根据权利要求4所述的一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统，其特征在于，所述数据管理模块包括数据存储单元、数字化模型单元；所述数据存储单元用于存储前后端加工单元信息、加工单元可加工的工件型号、各型号工件的预计加工时间；所述数字化模型单元用于将各型号的工件加工流程数字化，并生成相应的加工指令。
8.根据权利要求2所述的一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统，其特征在于，所述边缘计算系统还包括质检模块，质检模块用于对各工序的在制品质量进行管控，至少包括不良信息的记录、不良品返工工序的判定，同时，在每个加工单元均设置有暂存区，暂存区用于放置该加工单元完成的暂存品，质检模块用于获取暂存区的暂存品信息并传递至协商模块。
9.一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度方法，其特征在于，由权利1至8中任一所述的采用多代理边缘计算的离散制造过程调度系统实现，具体包括以下步骤：
A.在当前加工单元加工完工前n秒，边缘计算系统向多个后端边缘计算系统发送征询信息并等待反馈；
B.根据后端边缘计算系统反馈的信息计算本工件在后端加工单元的预计计划完成时间，并以本工件在后端加工单元的预计计划完成时间的最早时间作为最优周期确定后端加工单元；
C.在当前加工单元加工完工后向选定的后端加工单元的后端边缘计算系统发出选定确认信息并等待该后端加工单元回复信息；
D.接收并判断后端加工单元的后端边缘计算系统的回复信息；
E.若所述后端加工单元同意接收工件则向该后端加工单元输送工件，若所述后端加工单元不同意接收工件，则根据计算得到的本工件在后端加工单元的预计计划完成时间选择次优的后端加工单元，并向该后端加工单元发出选定确认信息、等待该后端加工单元回复信息并返回步骤D。
10.根据权利要求9所述的一种采用多代理边缘计算的离散制造过程调度方法，其特征在于，所述步骤A中还包括边缘计算系统收到多个前端加工单元的边缘计算系统发出的征询信息，所述步骤B中还包括边缘计算系统先向各个前端加工单元的边缘计算系统反馈加工周期信息，所述步骤C中还包括边缘计算系统在当前加工单元加工完工后向前端加工单元的前端边缘计算系统回复是否接受前端工件的确认信息，前端协商单元向前端边缘计算系统反馈的是否接受前端工件的确认信息分为可接受工件反馈信息及不可接受工件反馈信息。
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