CN112068522A - 可重构生产线制造控制系统、方法及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可重构生产线制造系统、方法及介质，对云架构的三层体系架构进行重新规划，主要包括：现场设备层、基础设施层、可重构生产线软件和云服务器层。所述现场设备层通过工业现场总线与基础设施层连接，获得的设备数据存储在基础设施的数据服务器上，进行结构化数据归类；所述可重构生产线软件与基础设施层的数据服务器实时交互；所述云服务器层通过网络与可重构生产线软件连接，以实现对生产线控制系统的远程监测，同时与其它信息系统进行数据交互。本发明可以对不同的生产线系统进行快速开发和配置，实现生产线系统的柔性化和智能化，提高加工效率。
Description
技术领域
本发明属于计算机软件的应用技术领域，具体地，涉及一种可重构生产线制造控制系统、方法及介质。
背景技术
生产线控制系统具有专有性，面对不同的生产线，需要单独开发控制系统，开发周期长、系统可靠性低、软件成本高成了制约生产线发展的重要因素。常规的组态软件虽然有通用的工业控制图库组件，但对于生产线某一设备(机床或机器人)来说，缺乏专用的系统组件库。航天产品具有小批量、多品种的特点，产品生产线也是多种多样，其中不乏机加生产线(机械加工生生产线)、总装生产线、焊接生产线等。根据不同的生产需求，在通用平台下通过重构软件组件库来实现不同的生产线控制是目前最迫切的需求。
公开号为CN107153922A的中国申请专利，公开了一种可重构装配系统仿生控制模型，分为控制和被控两个部分，控制部分包括数据管理模块、任务监控模块、重构模块和调度模块四个部分，所述的数据管理模块管理着任务监控模块、重构模块和调度模块产生的所有数据信息，所述的任务监控模块对重构、调度模块进行实时监控，同时，任务监控模块接受重构、调度模块对应的决策信息和配给方案，当生产过程中突发情况发生时，任务监控模块检测到数据的变化，将信息发送给重构模块，重构模块进行目标工艺的调整后，将信息反馈给调度模块，由调度模块进行配给方案的调整；被控部分为生产设备及资源模块。该控制模型为仿生模式，与云架构的机理模型、控制方法不尽相同，它解决的技术问题是对用户发布的订单进行快速响应，对装配过程中的各种突发状况及时调整技术路线，没有涉及不同生产线之间调整时如何改变不同组件库的软件功能。
公开号为CN104239037A的中国申请专利，公开了一种业务功能可重构的软件框架，包括组件容器、组件管理模块、界面管理模块、通信管理模块；软件框架通过加载执行多个业务组件实现业务功能，在执行过程中，通过加卸载业务组件实现业务功能的重构；组件容器是该集成框架的主程序模块；组件管理模块负责业务组件的加卸载管理，运行时状态管理和接口管理；面管理模块负责业务组件的界面创建、自由拖动、大小调整、显示/隐藏、业务组件加卸载后整个软件界面的自动调整以及当前界面布局方案的保存；通信管理模块负责管理所有业务组件之间的数据通信。张帆在其公开发表的硕士论文“可重构软件平台构建原理与应用研究”中，提出基于平台/组件架构思想，实现了一种通用的可重构软件平台。以上两种文献均可作为可重构软件系统的一部分内容，但并未涉及与底层设备的控制交互以及在云架构下的功能。
公开号为CN102708424A的中国申请专利，通过建立加工信息矩阵形成自然合并工序单元集合，将所述自然合并工序单元集合合并成多种不同的工序单元方案，并集成为不同的工序段组合方案，然后对所述工序段方案进行双向交叉组合，形成多种不同的零件加工工艺方案，最后制定面向零件族加工的可重构制造工艺方案，实现可重构生产线的加工功能的快速转换。该方法仅涉及到一种工艺规划方法，没有涉及到可重构生产线的软件功能，更不具备控制功能。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可重构生产线制造控制系统、方法及介质。
根据本发明提供的一种可重构生产线制造系统，包括：现场设备层、基础设施层、可重构生产线软件和云服务器层；
所述现场设备层通过工业现场总线与基础设施层连接，获得的设备数据存储在基础设施的数据服务器上，进行结构化数据归类；
所述可重构生产线软件与基础设施层的数据服务器实时交互；
所述云服务器层通过网络与可重构生产线软件连接，以实现对生产线控制系统的远程监测。
优选地，所述的云服务器层，通过网络与可重构生产线软件连接，使用者可通过远程访问的形式来控制生产线系统；
所述的云服务器层，通过网络与可重构生产线软件进行数据交互；
所述可重构生产线软件，包括如下功能组件：可视化组件、数据管理组件、设备建模组件、工艺仿真组件及协议解析组件；
所述的基础设备层，包括数据库和结构化数据存储；
所述的现场设备层，包括如下自动化设备：加工机器人、数控机床、PLC设备。
优选地，所述的可重构生产线软件中的可视化组件、数据管理组件、设备建模组件、工艺仿真组件及协议解析组件，是针对不同的业务需求，采用合适的组件模块，对于复杂度较高的任务，对不同的组件进行拆解，由不同的子模块组成，用相应的脚本进行调用。
优选地，所述的可重构生产线软件中的可视化组件，将实体设备的状态信息数据通过图形的形式展示出来，并赋予图形一定的物理信息，包括：坐标、动作、形状。
优选地，所述可重构生产线软件中的数据管理组件，供使用者对数据进行浏览、编辑、自定义数据属性。
优选地，所述可重构生产线软件中的设备建模组件，对系统和组件之间的关系进行建模；
所述可重构生产线软件中的工艺仿真组件，利用规划好的组件和工艺步骤，实现工艺仿真，根据工艺仿真结果对实际生产进行预评估，最终生成控制指令程序驱动实际设备动作；
所述的可重构生产线软件中的协议解析组件，对连接到该系统的设备进行协议解析，使之转化为统一的数据格式供第三方系统交互。
根据本发明提供的一种可重构生产线制造控制方法，包括以下步骤：
步骤S1：确定生产线类型；
步骤S2：确定生产设备，根据不同的产品生产线选择不同的生产设备；
步骤S3：确定通信协议；
步骤S4：配置功能组件，根据不同生产线的不同工艺要求，在可重构生产线软件端配置相应的功能组件完成实际生产过程的物理模型；
步骤S5：生成可视化界面，生成生产线的可视化界面；
步骤S6：下载控制指令程序，根据配置好的功能组件和可视化程序，自动生成过程逻辑控制指令程序，通过网络下载至控制器；
步骤S7：系统执行加工程序，开始运行，控制系统软件实时监控生产过程数据，并与云端进行数据交互。
优选地，所述生产线类型包括：机加生产线、焊接生产线、总装生产线、铸造生产线。
所述生产设备包括：
焊接生产线的生产设备包括：机器人、焊机电源、AGV；机加生产线的生产设备包括：数控车床、数控铣床、加工中心、机器人；
所述确定通信协议包括：
机加生产线中机器人采用Profinet总线，数控机床采用OPC UA协议，与可重构生产线软件连接；通过配置不同的设备总线，打通通讯链路，明确数据属性；
所述可视化界面包括：实体设备模型、动作、工艺路径、报警。
优选地，若从一条生产线换成另一条生产线，现场设备和通讯协议发生变化，则将不同的设备和通讯协议在可重构软件系统端进行重组并配置，完成整个控制系统的搭建。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述中任一项所述的可重构生产线制造控制方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明弥补通过主流组态软件开发生产线控制系统存在的弊端，提高了生产线开发的效率；
(2)本发明通过云构架模式，打通现场设备控制与顶层管理的断层，有效提高企业的管理水平；
(3)本发明加速了企业数字化车间建设的进程。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明提供的一种可重构生产线制造系统的总体框架示意图；
图2是本发明提供的一种可重构生产线制造系统的控制方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
下面通过实施例，对本发明进行更为具体地说明。
实施例：
本发明公开一种可重构生产线制造系统及其控制方法，主要是将生产线设备与可重构系统进行虚拟对接，通过可重构生产线软件的功能组件完成设备的建模与控制程序生成，实现基于云架构的生产线控制。
具体地，如图1所示，本发明提供的一种可重构生产线制造系统包括现场设备层、基础设施层、可重构生产线软件和云服务器层。
所述的云服务器层，通过网络与可重构生产线软件连接，使用者可通过远程访问的形式来控制生产线系统。
所述的云服务器层，通过网络与可重构生产线软件进行数据交互。
所述可重构生产线软件，包括可视化组件、数据管理组件、设备建模组件、工艺仿真组件、协议解析组件等功能组件。
所述的基础设备层，包括数据库和结构化数据存储。
所述的现场设备层，包括加工机器人、数控机床、PLC设备等自动化设备。
所述的可重构生产线软件中的可视化组件、数据管理组件、设备建模组件、工艺仿真组件、协议解析组件等，是针对不同的业务需求，采用合适的组件模块，对于复杂度较高的任务，可以对不同的组件进行拆解，由不同的子模块组成，用相应的脚本进行调用。
所述的一种可重构生产线制造系统及其控制方法，若从一条生产线换成另一条生产线，现场设备和通讯协议发生变化，开发者无需另起炉灶，只要将不同的设备和通讯协议在可重构软件系统端进行重组并配置，通过“拖拉拽”的形式，完成整个控制系统的搭建。
所述的可重构生产线软件中的可视化组件，将实体设备的状态信息数据通过图形的形式展示出来，并赋予图形一定的坐标、动作、形状等物理信息。
所述的可重构生产线软件中的数据管理组件，供使用者对数据进行浏览、编辑、自定义数据属性。
所述的可重构生产线软件中的设备建模组件，对系统和组件之间的关系进行建模。
所述的可重构生产线软件中的工艺仿真组件，利用规划好的组件和工艺步骤，实现工艺仿真，根据工艺仿真结果对实际生产进行预评估，最终生成控制指令程序驱动实际设备动作。
所述的可重构生产线软件中的协议解析组件，对连接到该系统的设备进行协议解析，使之转化为统一的数据格式供第三方系统交互。
根据权利要求1所述的一种可重构生产线制造系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，确定生产线类型。制造系统的生产线种类不一，在航空航天领域主要有机加生产线、焊接生产线、总装生产线、铸造生产线等。
S2，确定生产设备。根据不同的产品生产线选择不同的生产设备，比如焊接生产线有机器人、焊机电源、AGV等；机加生产线有数控车床、数控铣床、加工中心、机器人等。
S3，确定通信协议。比如机加生产线中机器人采用Profinet总线，数控机床采用OPC UA协议，与可重构生产线软件连接。通过配置不同的设备总线，打通通讯链路，明确数据属性。
S4，配置功能组件。根据不同生产线的不同工艺要求，在可重构生产线软件端配置相应的功能组件完成实际生产过程的物理模型。
S5，生成可视化界面。基于上述步骤，生成生产线的可视化界面。该界面包含实体设备模型、动作、工艺路径、报警等。
S6，下载控制指令程序。根据配置好的功能组件和可视化程序，自动生成过程逻辑控制指令程序，通过网络下载至控制器。
S7，系统运行。系统执行加工程序，开始运行，控制系统软件实时监控生产过程数据，并与云端进行数据交互。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种可重构生产线制造系统，其特征在于，包括：现场设备层、基础设施层、可重构生产线软件和云服务器层；
所述现场设备层通过工业现场总线与基础设施层连接，获得的设备数据存储在基础设施的数据服务器上，进行结构化数据归类；
所述可重构生产线软件与基础设施层的数据服务器实时交互；
所述云服务器层通过网络与可重构生产线软件连接，以实现对生产线控制系统的远程监测。
2.根据权利要求1所述的一种可重构生产线制造系统，其特征在于，所述的云服务器层，通过网络与可重构生产线软件连接，使用者可通过远程访问的形式来控制生产线系统；
所述的云服务器层，通过网络与可重构生产线软件进行数据交互；
所述可重构生产线软件，包括如下功能组件：可视化组件、数据管理组件、设备建模组件、工艺仿真组件及协议解析组件；
所述的基础设备层，包括数据库和结构化数据存储；
所述的现场设备层，包括如下自动化设备：加工机器人、数控机床、PLC设备。
3.根据权利要求1所述的一种可重构生产线制造系统，其特征在于，所述的可重构生产线软件中的可视化组件、数据管理组件、设备建模组件、工艺仿真组件及协议解析组件，是针对不同的业务需求，采用合适的组件模块，对于复杂度较高的任务，对不同的组件进行拆解，由不同的子模块组成，用相应的脚本进行调用。
4.根据权利要求2所述的一种可重构生产线制造系统，其特征在于，所述的可重构生产线软件中的可视化组件，将实体设备的状态信息数据通过图形的形式展示出来，并赋予图形一定的物理信息，包括：坐标、动作、形状。
5.根据权利要求2所述的一种可重构生产线制造系统，其特征在于，所述可重构生产线软件中的数据管理组件，供使用者对数据进行浏览、编辑、自定义数据属性。
6.根据权利要求3所述的一种可重构生产线制造系统，其特征在于，所述可重构生产线软件中的设备建模组件，对系统和组件之间的关系进行建模；
所述可重构生产线软件中的工艺仿真组件，利用规划好的组件和工艺步骤，实现工艺仿真，根据工艺仿真结果对实际生产进行预评估，最终生成控制指令程序驱动实际设备动作；
所述的可重构生产线软件中的协议解析组件，对连接到该系统的设备进行协议解析，使之转化为统一的数据格式供第三方系统交互。
7.一种可重构生产线制造控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：确定生产线类型；
步骤S2：确定生产设备，根据不同的产品生产线选择不同的生产设备；
步骤S3：确定通信协议；
步骤S4：配置功能组件，根据不同生产线的不同工艺要求，在可重构生产线软件端配置相应的功能组件完成实际生产过程的物理模型；
步骤S5：生成可视化界面，生成生产线的可视化界面；
步骤S6：下载控制指令程序，根据配置好的功能组件和可视化程序，自动生成过程逻辑控制指令程序，通过网络下载至控制器；
步骤S7：系统执行加工程序，开始运行，控制系统软件实时监控生产过程数据，并与云端进行数据交互。
8.根据权利要求7所述的一种可重构生产线制造控制方法，其特征在于，所述生产线类型包括：机加生产线、焊接生产线、总装生产线、铸造生产线。
所述生产设备包括：
焊接生产线的生产设备包括：机器人、焊机电源、AGV；机加生产线的生产设备包括：数控车床、数控铣床、加工中心、机器人；
所述确定通信协议包括：
机加生产线中机器人采用Profinet总线，数控机床采用OPC UA协议，与可重构生产线软件连接；通过配置不同的设备总线，打通通讯链路，明确数据属性；
所述可视化界面包括：实体设备模型、动作、工艺路径、报警。
9.根据权利要求7所述的一种可重构生产线制造控制方法，其特征在于，若从一条生产线换成另一条生产线，现场设备和通讯协议发生变化，则将不同的设备和通讯协议在可重构软件系统端进行重组并配置，完成整个控制系统的搭建。
10.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求7至9中任一项所述的可重构生产线制造控制方法的步骤。
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