CN110203595A

CN110203595A - 生产线节能运行系统

Info

Publication number: CN110203595A
Application number: CN201910346500.3A
Authority: CN
Inventors: 彭喜; 张超勇; 许国良; 朱满琴; 林文文
Original assignee: Wuhan Penguin Energy Data Co Ltd
Current assignee: Wuhan Penguin Energy Data Co Ltd
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2019-09-06

Abstract

本发明提供生产线节能运行系统，其特征在于，包括物流管理中心、立体仓库AS/RS以及若干运输小车AGV；所述AS/RS用于拾取和放置物料，在监测到剩余库存量达到安全补料库存时，发出出库任务，AS/RS根据其出货要求，将请求的AGV信息发送到物流管理中心；所述物流管理中心，用于将需要补充的物流种类和数量发送到AS/RS，形成堆垛机的对应任务排列；所述AGV包括自动导引装置，所述自动引导装置用于控制所述AGV沿设定路径行驶；所述AGV用于基于补充库存的请求装载物料，并送至请求工位的AS/RS；AGV按先到先服务的原则装载物料，并送至请求工位的AS/RS。

Description

生产线节能运行系统

技术领域

本发明涉及生产线管理技术领域，更具体地，涉及生产线节能运行系统。

背景技术

客户的多样化需求促使制造型企业从传统的大规模生产方式向多品种、小批量生产方式转化。利用混流装配线，可实现在同一条生产线上装配多种不同型号、数量，但工艺基本相似的产品，该方法在汽车和家电等行业中得到了广泛应用。流水线的缓冲区配置是生产线设计时应考虑的重要因素。缓冲区不仅可用于存储在制品WIP，还能进行在制品重排，使得生产线具有良好的柔性。缓冲区配置问题就是将一定数量的缓冲区分配到生产线的工位间，使得整条生产线顺利运行。物料处理延迟和缓冲区容量大小设置不合理都会影响整个装配线的正常运行。若缓冲区太小会导致工位堵塞，过大又会导致工位空闲和时间延误。无论工位空闲还是工位堵塞，都会使生产线生产能力不平衡，出现各工位作业负荷不均，严重影响生产线的生产效率和可靠性；因此，配置合适的缓冲区是生产线设计中的一个重要而复杂的问题。

由于混流装配线由输送带连接若干个装配作业单元所构成，各工位间会存在各种不确定性和干扰因素，因此需要一定的保护能力来平衡不确定性，使生产具有一定的柔性和鲁棒性。这种保护能力在多数情况下可通过在生产线中加入缓冲区来实现。若缓冲区太小，容易发生堵塞故障；若容量太大，会增加缓冲区的成本、维护费用及在制品的流动时间，造成物流中断。装配生产线上都会有瓶颈工位，在瓶颈工位之前容易出现工位堵塞，在瓶颈工位之后容易出现工位空闲，使生产线系统的可靠性和整条生产线的效率降低。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的生产线节能运行系统。

本发明实施例提供生产线节能运行系统，包括物流管理中心、立体仓库AS/RS以及若干运输小车AGV；

所述AS/RS用于拾取和放置物料，所述AS/RS包括存储货架及托盘、自动导引车、堆垛机和自动控制系统；在监测到剩余库存量达到安全补料库存时，发出出库任务，AS/RS根据其出货要求，将请求的AGV信息发送到物流管理中心；

所述物流管理中心，用于将需要补充的物流种类和数量发送到AS/RS，形成堆垛机的对应任务排列；

所述AGV包括自动导引装置和避障模块，所述AGV还包括避障模块，所述避障模块包括ARM控制器、驱动电机、驱动轮、万向轮、超声波传感器、红外传感器；所述超声波传感器和所述红外传感器用于采集外界环境信号，并将所述外界环境信号发送至所述ARM控制器，所述ARM控制器基于预先编写好的逻辑程序对外界环境信号进行融合分析，对驱动电机发出指令，控制电机的启动和停止；所述驱动电机用于控制所述驱动轮、所述万向轮，使小车在遇到障碍物时转向避障，或停止运动，障碍物移除后继续前进；所述AGV用于基于补充库存的请求装载物料，并送至请求工位的AS/RS；AGV按先到先服务的原则装载物料，并送至请求工位的AS/RS；物料到达后，AGV将空箱送回到回收站，并回到指定停车点；如果该AGV没有其他任务，则回AGV站。

作为优选的，所述物流管理中心用于建立基于马尔科夫链的物流系统的随机排队网络模型，基于所述随机排队网络模型建立堆垛机的对应任务排列。

作为优选的，所述存储货架包括1个或多个存储巷道，存储巷道两边为存储货架，每个存储巷道有1个堆垛机服务。

作为优选的，所述AGV还包括定位基站和UWB定位模块；所述定位基站包括多个，多个所述定位基站均匀或非均匀设于仓库内；所述UWB定位模块基于定位基站用于对AGV进行定位。

作为优选的，物流管理中心形成的任务排列包括n台AGV，n台AGV服务时间独立，且服从参数u的负指数分布；出库物料任务队列按先入先出原则接受空闲AGV小车的运输服务。

本发明实施例提出生产线节能运行系统，建立了基于马尔科夫链的物流系统的随机排队网络模型，实现对工件的重新排序，提高了劳动生产率，降低了劳动强度，使企业物流更趋合理化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的生产线节能运行系统示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

缓冲区配置问题就是将一定数量的缓冲区分配到生产线的工位间，使得整条生产线顺利运行。物料处理延迟和缓冲区容量大小设置不合理都会影响整个装配线的正常运行。若缓冲区太小会导致工位堵塞，过大又会导致工位空闲和时间延误。无论工位空闲还是工位堵塞，都会使生产线生产能力不平衡，出现各工位作业负荷不均，严重影响生产线的生产效率和可靠性；因此，配置合适的缓冲区是生产线设计中的一个重要而复杂的问题。因此本发明实施例建立了基于马尔科夫链的物流系统的随机排队网络模型，实现对工件的重新排序，提高了劳动生产率，降低了劳动强度，使企业物流更趋合理化。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。

如图1中所示，本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的生产线节能运行系统。

在产品总装的混流装配过程中，各装配工位在装配时刻需要判断工位旁有无相应的零部件。如没有足够相应类型的零部件数量，则停工待料。在瓶颈工位之前设置在制品缓冲区，可提高整条生产线的可靠性。本文主要讨论混流装配流水线相邻关键工位间的基于安全提前期的缓冲区设计问题，不存在损失制和机器故障。缓冲区按照容量大小来分，可分为无限容量缓冲区、大缓冲区和小缓冲区。无限容量缓冲区假设存储在缓冲区上的工件的数量没有限制，是一种纯理论化的缓冲区；大缓冲区一般指容量较大的有限缓冲区，可实现在制品的重新排序，大多应用在汽车等大型机械装备混流生产线中；小型缓冲区是设置在两装配工位间的有限临时存储区，只需周期性配送补货。自动存取缓冲区采用了立体仓库的结构形式，每个区域由若干运输小车。AS/RS运行和处理速度快，并可实现对工件的重新排序，提高了劳动生产率，降低了劳动强度，使企业物流更趋合理化。

AS/RS是采用自动化存取输送设备进行存取仓库的物料作业，是装配生产过程中的物流中心。其主要由存储货架及托盘、自动导引车、堆垛机和自动控制系统所组成。存储货架由1个或多个存储巷道组成，巷道两边是存储货架，每个巷道有1个堆垛机服务。AS/RS具有拾取和放置工位的存储系统，该存储系统能够高效和精确地完成存取操作。AGV装备有自动导引装置，能够沿设定路径行驶的物料运输小车在汽车生产线中得到了广泛的应用。将工位缓冲区补充库存的请求当作需要服务的顾客，AGV为这些请求服务，多台AGV可作为一组服务器；各工位缓冲区为各工位服务，将其作为另一组服务器。对于每一个服务器，假设服务请求的到达和离去都是poisson过程，各节点的服务时间呈指数分布。AGV系统增加了装配系统的柔性，改善了操作人员的作业环境，提高了装配系统的智能和自动化程度。

当1个工位缓冲区的库存小于安全值时，则该工位发出要求补充缓冲区库存消息，相应的缓冲区即成为发出一个需要AGV的信号，该请求进入以AGV为服务器的队列。当AGV完成一个请求后，该请求即成为一个安全的缓冲区。缓冲区队列的服务时间对应于缓冲区相邻2次补充库存的间隔时间。工位缓冲区与AGV之间可简化为具有2组服务器的闭环排队网络模型，AGV调度系统是一个M/M/C系统。具有AGV、AS/RS以及各工位具有缓冲区的装配系统自动化程度高、柔性大，适合大批量定制生产模式。

作为优选的，随机排队网络模型中：

在时刻t正在装配的工位在(t，t+△t)内，缓冲区库存由大于安全值变为等于安全值的概率为：λ△t+o(△t)；

在时刻t正在接受AGV服务的工位缓冲区库存转变为安全值的概率为：μ△t+o(△t)；

马尔科夫链为：{X＝X(t)，t≥0}，状态空间S＝{0,1,2，…}。

所述AGV还包括定位基站和UWB定位模块；所述定位基站包括多个，多个所述定位基站均匀或非均匀设于仓库内；所述UWB定位模块基于定位基站用于对AGV进行定位。

本发明实施例提出生产线节能运行系统，，建立了基于马尔科夫链的物流系统的随机排队网络模型，实现对工件的重新排序，提高了劳动生产率，降低了劳动强度，使企业物流更趋合理化。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.生产线节能运行系统，其特征在于，包括物流管理中心、立体仓库AS/RS以及若干运输小车AGV；

所述AGV包括自动导引装置和避障模块，所述AGV还包括避障模块，所述避障模块包括ARM控制器、驱动电机、驱动轮、万向轮、超声波传感器、红外传感器；所述超声波传感器和所述红外传感器用于采集外界环境信号，并将所述外界环境信号发送至所述ARM控制器，所述ARM控制器基于预先编写好的逻辑程序对外界环境信号进行融合分析，对驱动电机发出指令，控制电机的启动和停止；所述驱动电机用于控制所述驱动轮、所述万向轮，使小车在遇到障碍物时转向避障，或停止运动，障碍物移除后继续前进；所述自动引导装置用于控制所述AGV沿设定路径行驶；所述AGV用于基于补充库存的请求装载物料，并送至请求工位的AS/RS；AGV按先到先服务的原则装载物料，并送至请求工位的AS/RS；物料到达后，AGV将空箱送回到回收站，并回到指定停车点；如果该AGV没有其他任务，则回AGV站。

2.根据权利要求1所述的生产线节能运行系统，其特征在于，所述物流管理中心用于建立基于马尔科夫链的物流系统的随机排队网络模型，基于所述随机排队网络模型建立堆垛机的对应任务排列。

3.根据权利要求1所述的生产线节能运行系统，其特征在于，所述存储货架包括1个或多个存储巷道，存储巷道两边为存储货架，每个存储巷道有1个堆垛机服务。

4.根据权利要求1所述的生产线节能运行系统，其特征在于，所述AGV还包括定位基站和UWB定位模块；所述定位基站包括多个，多个所述定位基站均匀或非均匀设于仓库内；所述UWB定位模块基于定位基站用于对AGV进行定位。

5.根据权利要求1所述的生产线节能运行系统，其特征在于，物流管理中心形成的任务排列包括n台AGV，n台AGV服务时间独立，且服从参数u的负指数分布；出库物料任务队列按先入先出原则接受空闲AGV小车的运输服务。