CN113780747B - 一种生产线任务自动划分抓取调度系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生产线任务自动划分抓取调度系统及方法，包括能够独立运行的产线系统、能够独立运行的工位系统，产线系统与工位系统通信连接；以及包括设置在产线系统的工艺模型构建模块，用于构建产品生产所需工序；设置在工位系统的生产任务抓取模块，用于获取产品生产所需工序信息；设置在产线系统的生产任务划分模块，用于根据工序将生产任务划分为多个子任务；设置在工位系统的调度任务抓取模块，用于抓取子任务并执行，直至所有生产任务完成等；本发明优化了生产线任务划分调度流程，提升了生产线任务流程效率，实现了柔性生产，精益生产，降低了成本等。
Description
技术领域
本发明涉及智能制造和自动化生产线领域，更为具体的，涉及一种生产线任务自动划分抓取调度系统及方法。
背景技术
现有方案中，主要有如下流程：MES系统接到用户的生产工单，在运输集散中心，人工将产品扫码，从MES系统对应到工单，并获取下一工序站点。同时在控制系统建立运输任务记录。人工将产品分拣至下一工序对应的流动货架，然后启动系统的运输任务。系统启动AGV小车转运流动货架至下一工序站点。AGV到位后，操作员从流动货架上取货，在MES系统扫码，完成产品接收，并将产品转移至固定货架。AVG给MES系统反馈“运输完成”。操作员从固定货架取货，在MES系统扫码并开始加工工序。加工结束并检验合格后，在MES系统扫码确定加工完成。操作员将产品转移至完成加工产品流动货架，AGV系统回收加工完成加工产品流动货架至物流中心。
如果加工工序为自动工序，则生产管理系统控制工业机器人上下料，并控制数控机床、仪器、设备完成加工工序。当系统运行时需保证MES、生产管理系统均保证处于联网状态，从而确保自动工序中各个设备能正常控制，并反馈生产任务状态。
由上可知，现有方案存在如下问题：
1.现有方案以生产任务以产品为单位划分，然而在生产过程中，需根据生产设备不同，以不同单位划分。例如，有的生产过程需将生产设备放入适配器，而一个适配器可插入多个产品，同时生产设备支持多个产品同时加工，无法适用。
2.现有方案的运输集散中心需要人工根据系统提示进行运输任务的创建和产品的转移，所有加工完成产品均需要返回运输集散中心，流程繁琐。
3.现有方案的所有系统需要联网，产线系统的复杂度较高，对中心化系统的计算资源的要求高，整个解决方案的成本高。实际在生产过程中，根据产线布局和工艺要求，有的任务是需要离线完成的，现有联网的方案，无法满足需求。
4.现有方案存在难题：1)人工自动作业工位混线的产线，因人工工位作业时长无法固定，导致产线系统难以按照固定节拍发送任务。2)对于有离线工序的工位，因工位连线时间不确定，导致产线发送任务失败。3)工位能否接收任务因不同工序有特定的规则，产线系统如果规避这些规则，则导致产线需针对不同工位计算能否发送任务，导致产线系统与具体工位逻辑耦合。
5.现有方案的转运路径复杂，仍然在较大程度上依赖于人工分拣，存在工作量和成本高等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种生产线任务自动划分抓取调度系统及方法，优化了生产线任务划分调度流程，提升了生产线任务流程效率，实现了柔性生产，精益生产，降低了成本等。
本发明的目的是通过以下方案实现的：
一种生产线任务自动划分抓取调度系统，包括能够独立运行的产线系统、能够独立运行的工位系统，产线系统与工位系统通信连接。
进一步地，包括设置在产线系统的工艺模型构建模块，用于构建产品生产所需工序；设置在工位系统的生产任务抓取模块，用于获取产品生产所需工序信息；设置在产线系统的生产任务划分模块，用于根据工序将生产任务划分为多个子任务；设置在工位系统的调度任务抓取模块，用于抓取子任务并执行，直至所有生产任务完成。
进一步地，包括设置在工位系统的用于对工位配置工序的配置模块；所述生产任务抓取模块根据配置模块配置的工序获取产品生产所需工序的信息。
进一步地，所述工艺模型构建模块中预设有生产任务划分规则。
一种基于所述系统的生产线任务自动划分抓取调度方法，包括如下步骤：
S1，在产线系统中构建工艺模型；
S2，配置支持工序并上报到产线系统，产线系统根据生产任务返回相应工序生产所需的信息；
S3，产线系统划分生产任务；
S4，工位系统抓取调度任务。
进一步地，在步骤S1中，所述工艺模型定义生产所需的所有工序，并在工序中定义生产所需的执行方法、耗材、工装、载具及物流调度信息。
进一步地，在步骤S2中，产线系统返回生产所需的执行方法、耗材、工装、载具及物流调度信息。
进一步地，在步骤S3中，产线系统接收到生产任务，根据工艺模型配置的规则进行任务的划分。
进一步地，在步骤S3中，配置的规则为载具容量，该规则根据产线实际情况增加，从而适应除载具容量以外其它条件对任务划分的要求。
进一步地，在步骤S4中，包括步骤：
S41，工位系统向产线系统抓取其支持的工序的任务，产线系统查找当前已需要该工序执行的任务进行排序后返回，如果当前没有需要该工序执行的任务则让工位系统等待；
S42，工位系统根据工序中的调度信息发起任务调度请求，将产品转运到本工位，产线系统命令自动物流系统执行转运，并返回转运结果，如果为人工转运，则忽略工位系统直接提示操作员目前产品所处位置由操作员转运产品；
S43，工位系统根据工序定义信息执行抓取到的任务后，上报执行结果及数据，如果当前为离线状态则等待连线后再上报执行结果及数据；
S44，工位系统根据工序中的调度信息发起任务调度请求，将产品转运出本工位，产线系统命令自动物流系统执行转运，并返回转运结果，如果为人工转运，则忽略工位系统直接提示操作员产品需转运至位置由操作员转运产品，产线系统标记任务该工序已完成，并根据工艺定义标记该任务需要下一工序执行；在所有过程中产线系统实时更新任务状态，保持状态可跟踪；当生产工单的所有任务完成工艺定义中的所有工序，则该生产工单的生产任务执行完成。
进一步地，所述产线系统将工单中的产品数量跟据规则进行任务划分。
进一步地，所述产线系统能够同时执行多个工单，所有任务根据工单优先级进行排序。
进一步地，所述产线系统定义产线中的工位、暂存区及他们的位置点位用于物流调度。
进一步地，所述工位系统中包含工序、任务、任务执行结果及其关联关系的描述。
进一步地，所述工位系统支持多个工序的执行。
进一步地，所述工位系统能够定义本工序的最大执行任务数，则针对工序整合多个任务同时生产。
进一步地，所述产线系统能够接收并处理多个工位相同工序的任务请求，任务并不预先固定在某一工位执行。
进一步地，所述产线系统根据工艺定义的工序初始或完成条件，动态标记任务的状态及下一工序。
进一步地，所述产线系统与工位系统间的通信协议包括工位注册与工序信息同步、任务请求、调度请求和任务数据上报。
本发明的有益效果是：
(1)本发明具有如下优点：A.基于规则的任务划分与整合，适应具体产线工艺的基于规则的任务划分与整合，任务粒度可变，满足多品种、小批量、多元化的柔性化生产需要，满足精益化生产，流水线作业的需要；B.任务抓取的标准通信方式，任务抓取的方式解决了由产线系统发送任务的几个难题：1.人工自动作业工位混线的产线，因人工工位作业时长无法固定，导致产线系统难以按照固定节拍发送任务。2.对于有离线工序的工位，因工位连线时间不确定，导致产线发送任务失败。3.工位能否接收任务因不同工序有特定的规则，产线系统如果规避这些规则，则导致产线需针对不同工位计算能否发送任务，导致产线系统与具体工位逻辑耦合；C.分布式可独立运行的工位系统，可独立运行的工位系统基于工序执行信息的保存和执行结果的暂存，从而不要求工位作业实时联网，满足特殊工序的执行要求，将工序具体执行的工作由产线系统下放至工位系统，同时也降低了产线系统的复杂度。用分布式的方式降低了中心化系统对计算资源的高要求，从而降低整个解决方案的成本；D.数字工艺模型的系统行为定义，任务划分、执行、调度均基于工艺模型的定义，使系统能在不做代码更改的前提下，快速适应新产线的不同任务划分、执行、及调度需求，同时能使系统快速适应当前产线的变化，如柔性产线根据产品调整工序顺序，增加工位提升产能，调整物流调度优化转运路径，多产品混线生产。
(2)本发明实施例中的系统，通过构建规则实现了系统以规则划分生产任务粒度；通过构建工位系统，针对每个工序的生产设备能力不同实时整合生产任务；通过载具和工位系统联动，实现了工序任务在整个生产过程中动态调整粒度，满足柔性生产，精益生产，流水线生产的要求；通过建立可配置的物流信息，自动计算下一工位位置，并自动调度AVG系统进行工位间的产品转运，减少了转运路径，并减少人工分拣的工作量和成本，同时支持实现人工和自动转运的混合模式；以抓取方式的调度任务，统一并简化了人工工序与自动工序混线生产的任务调度方式，降低了产线系统任务分发的复杂度，降低了系统成本；通过分别设立可独立运行的产线系统和分布式工位系统，实现任务的在线和离线两种模式执行，从而不要求工序执行时系统必须实时联网。
(3)本发明的实施例中的方法作为一种通用方法，可用多种的编程语言实现、以多种持久化方式存储信息、并部署在多种的操作系统和物理设备上，具有如技术效果：能够适用于不同工艺或生产设备的要求，动态调整任务粒度。满足生产任务多品种、小批量、多元化的柔性化生产需要；可以快速适应不同的生产线，不同生产线仅需开发特有的工序执行方法，即可复用任务划分，任务抓取，任务调度功能；不预先分配任务，而根据工位工序能力动态抓取任务，从而实现新工序的快速上线，同工序的快速添加，产能快速提升；可配置化的物流调度信息，满足了产线工序变化时转运流程的快速适配；可独立运行的分布式工位系统，满足了断网情况下的任务离线执行。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例中的系统基本原理示意图；
图2为本发明第二实施例中的系统组成结构示意图；
图3为本发明的方法步骤流程图。
具体实施方式
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
实施例1
一种生产线任务自动划分抓取调度系统，包括能够独立运行的产线系统、能够独立运行的工位系统，产线系统与工位系统通信连接。
实施例2
在实施例1的基础上，还包括设置在产线系统的工艺模型构建模块，用于构建产品生产所需工序；设置在工位系统的生产任务抓取模块，用于获取产品生产所需工序信息；设置在产线系统的生产任务划分模块，用于根据工序将生产任务划分为多个子任务；设置在工位系统的调度任务抓取模块，用于抓取子任务并执行，直至所有生产任务完成。
具体的，该实施例系统的基本原理如附图1所示，其中：产线系统负责工艺模型的集中配置，可用的工位/存储区的集中配置，生产工单的接收，并对任务划分排序及调度，调度执行者可以是自动物流服务也可以是人工调度；工位系统负责工艺信息抓取，任务信息抓取，工序的执行，及调度任务的发起；产线系统与工位系统定义标准的通信接口进行通信。该实施例系统运行时，包括如下工作流程：
1.首先工位系统上报本工位支持的工序，产线返回该工序生产所需的执行方法、耗材、工装、载具及物流调度信息；
2.产线接收到生产工单，根据工艺配置的规则进行任务的划分(目前规则为载具容量，该规则可根据产线实际情况增加，从而适应除载具容量以外其它条件对任务划分的要求)；
3.工位系统向产线系统抓取其支持的工序的任务，产线系统查找当前已需要该工序执行的任务进行排序后返回，如果当前没有需要该工序执行的任务则让工位系统等待；
4.工位系统根据工序中的调度信息发起任务调度请求，将产品转运到本工位，产线系统命令自动物流系统执行转运，并返回转运结果，如果为人工转运，则忽略工位系统直接提示操作员目前产品所处位置由操作员转运产品；
5.工位系统根据工序定义信息执行抓取到的任务后，上报执行结果及数据，如果当前为离线状态则等待连线后再上报执行结果及数据；
6.工位系统根据工序中的调度信息发起任务调度请求，将产品转运出本工位，产线系统命令自动物流系统执行转运，并返回转运结果，如果为人工转运，则忽略工位系统直接提示操作员产品需转运至位置由操作员转运产品，产线系统标记任务该工序已完成，并根据工艺定义标记该任务需要下一工序执行。在所有过程中产线系统实时更新任务状态，保持状态可跟踪。当工单的所有任务完成工艺定义中的所有工序，则该工单的生产任务执行完成。
工艺中可定义正常生产工序以外的出错/排故工序，如果工位系统上报生产任务执行失败，则产线系统根据配置标记下一工序为出错/排故工序。更一般的，工艺定义的工序可支持非顺序的执行序列，产线系统根据工艺配置动态标记下一工序。实现产线系统在不用编码的情况下灵活支持不同产线的不同需求。
实施例3
现以一个具体方法实施例对本发明进行进一步说明，本实施例是一个简化的产线，如附图2所示。产品生产需要首先由AGV小车从仓库(storage2)转运部件至1号工位，1号工位为自动工位。工位作业完成后由人工转运至2号工位。2号工位为非自动工位，并需要离线执行。工位作业完成后由AGV转运暂存区等待。3号工位可并行作业20个产品，由传送带从暂存区转运产品到本工位。作业执行后由AGV将产品入库。产品生产时需要一个容量为2的载具。工单划分规则为载具容量。
基于本实施例开展自动任务划分抓取调度过程，包括如下步骤：
步骤1：构建工艺模型
在产线系统中构建工艺模型。工艺模型包括产品生产所需的所有工序。
每个工序包含生产所需的执行方法、耗材、工装、载具及物流调度信息。
步骤2：配置工位支持的工序
工位1配置工序为factoryxxx-productxxx-instructionxxx-procedurexxx1，工位2配置工序为factoryxxx-productxxx-instructionxxx-procedurexxx2，工位3配置工序为factoryxxx-productxxx-instructionxxx-procedurexxx3.工位系统自动/手动向产线系统获取该工序的所有信息，并保存。所有工位开始向产线系统抓取任务。
步骤3：产线系统划分生产任务
产线系统接收到输入的生产工单(该实例中定义生产20个产品productxxx)，根据工艺中定义的载具号查找其容量(该实例中定义载具carrierxxx1容量为2)，将工单划分为10个任务。并将任务的下一工序设定为第一个工序factoryxxx-productxxx-instructionxxx-procedurexxx1，任务所在位置为仓库storage2。
步骤4：工位系统抓取调度任务
工位系统1抓取到第一个任务，并开始执行。当前没有其它工序任务，工位系统2、3处于等待状态。工位系统1从工序信息模型中得知需要自动调度产品到本工位，则向产线系统请求转运产品从storage2到本工位。转运到位后自动执行工序命令。完成执行后无需转运出。工位系统1上报执行结果和数据。产线系统将该任务下一工序设置为factoryxxx-productxxx-instructionxxx-procedurexxx2，任务所在位置为station1。
工位系统1抓取到第二个任务，并开始执行。工位系统2抓取到第一个任务，并开始执行。工位系统3处于等待状态。工位系统1任务执行如前段落所述。工位系统2从工序信息模型中得知需要自动调度产品到本工位，则向产线系统请求转运产品从station1到本工位。转运到位该任务设置为可执行状态，等待人工执行。人工可等待工位系统获取多个任务并调度完成后，或立即断网。然后开始根据已存储的工序信息开始执行任务。任务结果和数据暂存在工位系统2。当再次连接网络后，工位系统上传工序结果和数据。然后开始调度AGV转运产品至暂存区storage1。产线系统将该任务下一工序设置为factoryxxx-productxxx-instructionxxx-procedurexxx3，任务所在位置为storage1。
工位系统1抓取到第三个任务，并开始执行。工位系统2抓取到第二个任务，并开始执行。工位系统3抓取到第一个任务，并开始执行。工位系统1任务执行如前段落所述。工位系统2任务执行如前段落所述。工位系统3从工序信息模型中得知需要自动调度产品到本工位，则向产线系统请求转运产品从storage1到本工位。工位系统3从工序信息中得知该工序最大并行作业数为10。则等待10个任务后开始任务。10个任务执行结束，上传执行结果和数据。调度AGV小车将产品转运至仓库storage2。
循环执行上述流程，直至所有任务完成。
除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
本发明功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，在一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)以及相应的软件中执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，进行测试或者实际的数据在程序实现中存在于只读存储器(Random Access Memory，RAM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等。
Claims (10)
1.一种生产线任务自动划分抓取调度方法，其特征在于，基于生产线任务自动划分抓取调度系统，该系统包括：能够独立运行的产线系统、能够独立运行的工位系统，产线系统与工位系统通信连接，以及设置在产线系统的工艺模型构建模块，用于构建产品生产所需工序；设置在工位系统的生产任务抓取模块，用于获取产品生产所需工序信息；设置在产线系统的生产任务划分模块，用于根据工序将生产任务划分为多个子任务；设置在工位系统的调度任务抓取模块，用于抓取子任务并执行，直至所有生产任务完成，以及设置在工位系统的用于对工位配置工序的配置模块；所述生产任务抓取模块根据配置模块配置的工序获取产品生产所需工序的信息，所述工艺模型构建模块中预设有生产任务划分规则，并且执行下步骤：
S1，在产线系统中构建工艺模型，所述工艺模型定义生产所需的所有工序，并在工序中定义生产所需的执行方法、耗材、工装、载具及物流调度信息；
S2，配置支持工序并上报到产线系统，产线系统根据生产任务返回相应工序生产所需的信息，产线系统返回生产所需的执行方法、耗材、工装、载具及物流调度信息；
S3，产线系统划分生产任务，产线系统接收到生产任务，根据工艺模型配置的规则进行任务的划分，配置的规则为载具容量，该规则根据产线实际情况增加，从而适应除载具容量以外其它条件对任务划分的要求；
S4，工位系统抓取调度任务，具体包括子步骤：
S41，工位系统向产线系统抓取其支持的工序的任务，产线系统查找当前已需要该工序执行的任务进行排序后返回，如果当前没有需要该工序执行的任务则让工位系统等待；
S42，工位系统根据工序中的调度信息发起任务调度请求，将产品转运到本工位，产线系统命令自动物流系统执行转运，并返回转运结果，如果为人工转运，则忽略工位系统直接提示操作员目前产品所处位置由操作员转运产品；
S43，工位系统根据工序定义信息执行抓取到的任务后，上报执行结果及数据，如果当前为离线状态则等待连线后再上报执行结果及数据；
S44，工位系统根据工序中的调度信息发起任务调度请求，将产品转运出本工位，产线系统命令自动物流系统执行转运，并返回转运结果，如果为人工转运，则忽略工位系统直接提示操作员产品需转运至位置由操作员转运产品，产线系统标记任务该工序已完成，并根据工艺定义标记该任务需要下一工序执行；在所有过程中产线系统实时更新任务状态，保持状态可跟踪；当生产工单的所有任务完成工艺定义中的所有工序，则该生产工单的生产任务执行完成。
2.根据权利要求1所述的生产线任务自动划分抓取调度方法，其特征在于，所述产线系统将工单中的产品数量根据规则进行任务划分。
3.根据权利要求1所述的生产线任务自动划分抓取调度方法，其特征在于，所述产线系统能够同时执行多个工单，所有任务根据工单优先级进行排序。
4.根据权利要求1所述的生产线任务自动划分抓取调度方法，其特征在于，所述产线系统定义产线中的工位、暂存区及他们的位置点位用于物流调度。
5.根据权利要求1所述的生产线任务自动划分抓取调度方法，其特征在于，所述工位系统中包含工序、任务、任务执行结果及其关联关系的描述。
6.根据权利要求1所述的生产线任务自动划分抓取调度方法，其特征在于，所述工位系统支持多个工序的执行。
7.根据权利要求6所述的生产线任务自动划分抓取调度方法，其特征在于，所述工位系统能够定义本工序的最大执行任务数，则针对工序整合多个任务同时生产。
8.根据权利要求1所述的生产线任务自动划分抓取调度方法，其特征在于，所述产线系统能够接收并处理多个工位相同工序的任务请求，任务并不预先固定在某一工位执行。
9.根据权利要求1所述的生产线任务自动划分抓取调度方法，其特征在于，所述产线系统根据工艺定义的工序初始或完成条件，动态标记任务的状态及下一工序。
10.根据权利要求1所述的生产线任务自动划分抓取调度方法，其特征在于，所述产线系统与工位系统间的通信协议包括工位注册与工序信息同步、任务请求、调度请求和任务数据上报。
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