CN114779723A - 一种用于柔性制造系统的管控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于柔性制造系统的管控系统及方法，涉及柔性制造系统管控的技术领域，具体包括总控系统和电气控制系统；所述总控系统负责对柔性制造系统的综合管控；所述电气控制系统负责自动搬运设备与自动化设备的协同控制；本发明，解决了柔性制造系统应用中从任务创建、工艺审核到生产执行、完工统计全过程的信息化管理，以及自动化过程的实时管控，同时完善了以柔性制造系统为生产主体的生产系统的全面信息化管理，并且将柔性制造系统与企业制造执行系统等系统进行集成，实现整个数字化车间的纵向集成。

Description

一种用于柔性制造系统的管控系统及方法

技术领域

本发明涉及柔性制造系统管控的技术领域，具体涉及一种用于柔性制造系统的管控系统及方法。

背景技术

柔性制造系统(Flexible Manufacturing System(FMS))是由一组数控机床、柔性制造管控系统和工件自动储运系统有机结合构成，可按任意顺序加工一组有不同工序与加工节拍的工件，能适时地自主调度管理，可在数控机床技术规范范围内自动适应工件类型和生产批量的变化；柔性制造管控系统是柔性制造系统的大脑，负责整个柔性制造系统的运行管理与各设备的协同控制，保障了整个系统的运行；柔性制造管控系统的功能配置，基本上决定了柔性制造系统的运行模式。

目前，市面上大多数柔性制造系统所用的柔性制造管控系统普遍只注重自动化加工过程，而弱化或缺失了对整个生产过程的全面管理，如生产过程中的批量任务创建、工艺审核、任务自动排产、车间信息系统集成等，导致系统难以满足智能制造和数字化车间管理的需求；主要存在不足如下：

1、任务创建功能单一：通常情况下，一个工件在柔性制造系统中的加工过程由多道工序组成，不同工序间存在先后约束；常见的柔性制造管控系统中，创建加工任务时操作者每次只能针对单一工件的一个工序创建一条加工任务数据，而不能针对多个工件、多道工序来一次性自动创建多条加工任务数据，创建加工任务的工作量巨大，效率低下；

2、缺少工艺审核控制：柔性制造系统运行时，数控程序的正确性非常关键，一旦数控程序出错，就会造成工件报废，甚至批量报废，严重者造成机床撞刀等生产事故；常见的柔性制造管控系统没有工艺审核管理，以往用过的数控程序继续存在数据库中，一旦加工工艺或数控程序发生变化却没及时传递给现场操作工，操作工则会继续使用旧程序进行加工，导致加工的产品不合格；

3、缺乏智能排产：常见柔性制造系统中，若干台数控机床大都是同一型号和相同配置，作用相同，管控系统按照“先入先加工”原则进行任务安排，哪台机床空闲就直接给其分配待加工任务；但是，在有些复杂场景中，柔性制造系统中存在多种型号的数控机床，不同的机床只能完成有限工序而不能胜任所有工序，并且不同工序有先后顺序限制，且加工任务有交货期的要求，这种情况下的排产问题，单纯依靠人工已经很难应付；

4、基于物流路线最短的任务调度：在有些柔性制造系统中，自动搬运设备物流路线短，柔性制造管控系统只是按照“先入先加工”原则给空闲机床分配任务；但是，在有些柔性制造系统场景中，自动搬运设备的物流路线长短不一且差距较大，传统模式就不能选择最优任务，往往会明显延长机床的等待时间；

5、未与制造执行系统(MES)集成：制造执行系统不能将生产任务无缝推送到柔性制造系统，柔性制造系统加工完成的工件没法反馈到制造执行系统，制造执行系统无法实施掌握柔性制造系统中的任务进度，因此难以实现企业数字化车间的纵向集成。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前大多数柔性制造系统所用的柔性制造管控系统普遍只注重自动化加工过程，而弱化或缺失了对整个生产过程的全面管理，如生产过程中的批量任务创建、工艺审核、任务自动排产、车间信息系统集成等，导致系统难以满足智能制造和数字化车间管理的需求问题，提供了一种用于柔性制造系统的管控系统及方法，解决了上述问题。

本发明的技术方案如下：

一种用于柔性制造系统的管控系统，包括总控系统和电气控制系统；

所述总控系统负责对柔性制造系统的综合管控；所述电气控制系统负责自动搬运设备与自动化设备的协同控制；

所述总控系统包括如下模块：

基础数据模块；所述基础数据模块用于定义与维护管控系统运行所需的基本信息；

生产任务管理模块；所述生产任务管理模块提供任务的综合管理功能与查询功能；

生产过程控制模块；所述生产过程控制模块用于与电气控制系统配合，实现生产过程的柔性自动化；

生产效率统计模块；所述生产效率统计模块用于采集生产过程数据和对采集的数据进行统计分析；

系统集成模块；所述系统集成模块提供总控系统与其他系统的集成接口。

进一步地，所述电气控制系统与数控机床PLC、自动搬运设备、托盘库、装载站和零点定位系统进行通讯；

所述总控系统与数控机床CNC进行集成；所述总控系统与电气控制系统和制造执行系统进行通讯；

所述数控机床PLC和数控机床CNC进行集成；

还包括数据库，所述数据库与总控系统通讯，供总控系统调用。

进一步地，所述基础数据模块包括：

工序管理模块；所述工序管理模块用于定义与维护适用于柔性制造系统的加工零件工序信息；

设备信息模块；所述设备信息模块用于定义与维护柔性制造系统内机床设备基础信息；

托盘库管理模块；所述托盘库管理模块用于定义与维护托盘库的基础信息。

进一步地，所述生产任务管理模块包括：

任务创建模块；所述任务创建模块支持以下三种方式创建任务：任务创建模块接收制造执行系统下发的任务、通过录入的方式在任务创建模块内创建任务和Excel模板导入任务创建模块内创建任务；

任务排产模块；所述任务排产模块根据加工零件的加工要求和可用加工设备，自动进行排产；

绑定模块；所述绑定模块用于将加工零件与其对应的任务进行绑定，为加工零件标记身份，标记身份的加工零件进入柔性制造系统内部直至加工完成出线，通过身份数据可追溯到加工全过程的数据；

完工标记模块；加工零件加工完成后，完工标记模块将加工零件状态更新为“已完工”，并将任务完工时间和状态反馈给制造执行系统；

任务综合查询模块；所述任务综合查询模块可通过条件查询任务信息。

进一步地，所述生产过程控制模块包括：

调度管理模块；所述调度管理模块根据任务数据和机床、自动搬运设备、装载站、自动化夹具等自动化设备的状态，为处于空闲状态下的机床安排加工任务，并为自动搬运设备安排上下料任务；当托盘库中存在同一批可互换的若干加工零件时，调度管理模块会为处于空闲状态下的机床优先安排物流搬运路径最短的任务；

机床程序管理模块；所述机床程序管理模块根据加工零件身份从数据库中自动检索匹配相应数控程序文件，并将数控程序文件传输到机床CNC系统中，并将完成信号下发给电气控制系统，由电气控制系统将指令下发给自动搬运设备，进行机床上料，并启动机床进行加工；

设备状态监控模块；所述设备状态监控模块实时读取数控机床PLC寄存器中存储的机床、自动搬运设备、装载站、自动化夹具等设备的状态数据，实现对设备状态的监控。

进一步地，所述生产效率统计模块包括：

机床数据采集模块；所述机床数据采集模块用于采集机床运行数据，并将采集的数据存储至数据库；

机床效率统计模块；所述机床效率统计模块对采集的机床运行数据进行汇总计算，获取机床开机率、利用率、运行效率；

过程数据记录模块；所述过程数据记录模块实时采集各设备执行任务的起始时间。

进一步地，所述系统集成模块包括：电气控制系统集成接口、制造执行系统集成接口和数控机床CNC集成接口。

进一步地，所述电气控制系统与数控机床PLC、托盘库、装载站和零点定位系统通过I/O通信；

所述电气控制系统与自动搬运设备通过工业总线进行通信；

所述总控系统与机床CNC通过数控系统API进行集成；

所述总控系统与电气控制系统通过工业总线进行通信；

所述总控系统与制造执行系统基于以太网进行通讯。

一种用于柔性制造系统的管控方法，采用上述中用于柔性制造系统的管控系统，包括如下步骤：

步骤S1：由工序管理模块定义加工零件的工序信息；

步骤S2：在任务创建模块中根据加工零件的工序信息创建任务；

步骤S3：在系统排产模块中选择需排产的任务，自动进行排产；

步骤S4：根据加工零件的工序信息，完成机床加工前准备工作；

步骤S5：在装载站将加工零件装夹到托盘上的工装夹具上，并在绑定模块中将工件与任务进行绑定，为加工零件标记身份，加工零件与任务的绑定关系数据存入数据库中；

步骤S6：调度管理模块调度自动搬运设备将装载站上装夹好的加工零件搬运到托盘库暂存，托盘库管理模块实时更新托盘库的暂存数据；

步骤S7：调度管理模块自动为处于空闲状态的机床安排加工任务；

步骤S8：机床程序管理模块根据加工零件的身份从数据库中自动检索匹配相应数控程序文件，并将数控程序文件传输到机床CNC系统中，然后将传输完成信号下发给电气控制系统，由电气控制系统将指令下发给自动搬运设备，进行机床上料；

步骤S9：机床上料完成且数控程序文件下发完成后，电气控制系统启动机床进行加工，直至加工程序运行结束；

步骤S10：加工完成后，调度管理模块调度自动搬运设备将机床上已完工的加工零件搬运至托盘库进行暂存，机床进入空闲状态；

步骤S11：当设备状态监控模块监测到自动搬运设备和装载站空闲时，调度管理模块调度自动搬运设备将托盘库中已完工的加工零件搬出至装载站；

步骤S12：在完工标记模块将工件状态更新为“已完工”，并将任务完工时间和状态反馈给制造执行系统；当同一批加工零件均完工后，拆下托盘库中加工完成的加工零件，并换上新的加工零件，重复步骤S5-步骤S12进行下一批加工零件加工。

进一步地，所述步骤S1的详细步骤为：工序管理模块根据加工零件的加工要求、设备信息模块中的机床设备基础信息和托盘库管理模块中的托盘库的基础信息定义加工零件的工序信息以及每道工序需用的机床；

所述步骤S2中创建任务包括以下三种方式：

任务创建模块接收制造执行系统下发的任务，在任务创建模块中利用数据库中的工艺数据将收到的任务自动、批量分解为若干个适用于柔性制造系统的加工任务，并逐一关联数控程序及相应机床；

通过录入的方式在任务创建模块内创建任务；

Excel模板导入任务创建模块内创建任务；

所述步骤S3的详细步骤为：在系统排产模块中选择需排产的任务，设定约束条件，自动进行排产，排产结果将作为调度管理模块的调度依据；在排产前，还可在任务综合查询模块对已创建的任务进行工艺审核；

所述步骤S4中机床加工前准备工作包括：准备相应的机床刀具和工装夹具；

所述步骤S7的详细步骤为：当设备状态监控模块监听到任意机床处于空闲状态时，调度管理模块自动为该机床安排加工任务；当托盘库中存在同一批可互换的若干加工零件时，调度管理模块为处于空闲状态的机床优先安排物流搬运路径最短的加工任务。

与现有的技术相比本发明的有益效果是：

1、一种用于柔性制造系统的管控系统及方法，解决了柔性制造系统应用中从任务创建、工艺审核到生产执行、完工统计全过程的信息化管理，以及自动化过程的实时管控。

2、一种用于柔性制造系统的管控系统及方法，完善了以柔性制造系统为生产主体的生产系统的全面信息化管理，并且将柔性制造系统与企业制造执行系统等系统进行集成，实现整个数字化车间的纵向集成；针对只有柔性制造系统而没有制造执行系统的企业，本发明可解决整个柔性制造系统的全信息化管理。

3、一种用于柔性制造系统的管控系统及方法，提出的批量创建任务的方法，大幅提高了创建任务的效率。

4、一种用于柔性制造系统的管控系统及方法，采用智能排产算法，提高排产效率，降低人工作业强度；同时采用基于路径规划的任务调度算法，可有效降低机床换料过程中的机床等待时间。

附图说明

图1为一种用于柔性制造系统的管控系统的架构图；

图2为一种用于柔性制造系统的管控系统中总控系统的各模块组成图；

图3为一种用于柔性制造系统的管控方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例一

请参阅图1-2，一种用于柔性制造系统的管控系统，包括总控系统和电气控制系统；优选地，所述总控系统为运行在Windows平台上的软件系统，包括多个功能模块；所述电气控制系统为基于PLC的自动化控制系统；

所述总控系统负责对柔性制造系统的综合管控；所述电气控制系统负责自动搬运设备与自动化设备的协同控制；

在本实施例中，所述总控系统具体包括如下模块：

基础数据模块；所述基础数据模块用于定义与维护管控系统运行所需的基本信息；

生产任务管理模块；所述生产任务管理模块提供任务的综合管理功能与查询功能；

生产过程控制模块；所述生产过程控制模块用于与电气控制系统配合，实现生产过程的柔性自动化；

生产效率统计模块；所述生产效率统计模块用于采集生产过程数据和对采集的数据进行统计分析；

系统集成模块；所述系统集成模块提供总控系统与其他系统的集成接口。

在本实施例中，具体的，各系统间的连接关系如下：所述电气控制系统与数控机床PLC、自动搬运设备、托盘库、装载站和零点定位系统进行通讯；其中，托盘库中的托盘采用零点快换托盘；零点快换托盘是柔性制造系统实现自动化上下料的关键；零点快换托盘上设置了自动搬运设备抓取的接口，其上可安装不同的工装夹具，用于装夹不同类型的加工零件；零点快换托盘可与机床工作台上安装的零点定位系统配合、夹紧、精确定位；自动搬运设备可以是单个工业机器人，也可以是工业机器人+行走导轨的形式，也可以是堆垛机+行走导轨的形式；装载站是操作者将装夹了工件的零点快换托盘送入柔性制造系统的入口，以及已加工完成工件(含托盘)被送出柔性制造系统的出口；托盘库是柔性制造系统内部用于存储托盘的物料架，每个库位设置传感器，可检测该库位是否有托盘；

所述总控系统与数控机床CNC进行集成；所述总控系统与电气控制系统和制造执行系统进行通讯；

所述数控机床PLC和数控机床CNC进行集成；二者的集成由数控系统制造商完成，不同品牌的数控系统有所差异。

在本实施例中，具体的，所述系统集成模块包括：电气控制系统集成接口、制造执行系统集成接口和数控机床CNC集成接口；即所述总控系统通过电气控制系统集成接口与电气控制系统通讯，通过制造执行系统集成接口与制造执行系统通讯，通过数控机床CNC集成接口与数控机床CNC进行通讯；优选地，所述电气控制系统与数控机床PLC、托盘库、装载站和零点定位系统通过I/O通信，也可以通过添加远程I/O模块，将I/O通信转换为总线通信。

具体的，所述电气控制系统与自动搬运设备通过工业总线进行通信；根据所用PLC支持的协议选择合适的总线，常用的有Profinet、CC-Link等；

所述总控系统与机床CNC通过数控系统API进行集成；如发那科CNC的 Focas2协议、西门子系统的OPC UA等；

所述总控系统与电气控制系统通过工业总线进行通信；如Modbus TCP；

所述总控系统与制造执行系统基于以太网进行通讯；方式可以是Web service或数据库中间表等方式。

在本实施例中，具体的，所述基础数据模块包括：

工序管理模块；所述工序管理模块用于定义与维护适用于柔性制造系统的加工零件工序信息；

设备信息模块；所述设备信息模块用于定义与维护柔性制造系统内机床设备基础信息；

托盘库管理模块；所述托盘库管理模块用于定义与维护托盘库的基础信息。

在本实施例中，具体的，所述生产任务管理模块包括：

任务创建模块；所述任务创建模块支持以下三种方式创建任务：任务创建模块接收制造执行系统下发的任务、通过录入的方式在任务创建模块内创建任务和Excel模板导入任务创建模块内创建任务；具体的，任务创建模块接收制造执行系统下发的任务为：生产调度人员在制造执行系统中将工序任务派工到柔性制造系统所在班组，任务数据自动推送到总控系统中的任务创建模块；操作者可在任务创建模块的任务创建界面查看或接收该任务；Excel模板导入任务创建模块内创建任务为：在系统中下载生产任务数据模板表格，录入信息后通过导入Excel功能将任务数据导入任务创建模块内；

任务排产模块；所述任务排产模块根据加工零件的加工要求和可用加工设备，自动进行排产；具体的，所述任务排产模块是基于智能排产算法，可根据加工工件的工艺路线、可用设备、交货周期等约束，自动进行排产，为每个任务安排加工设备、开始加工时间；

绑定模块；所述绑定模块用于将加工零件与其对应的任务进行绑定，为加工零件标记身份，标记身份的加工零件进入柔性制造系统内部直至加工完成出线，通过身份数据可追溯到加工全过程的数据；在具体操作时，人工在装载站加工工件装夹到带托盘的工装夹具上，然后在绑定模块的任务列表中选中该加工零件对应的任务数据，并选中装载站上的托盘数据，绑定模块将该加工零件实物与任务数据进行绑定，即为加工零件实物绑定身份；绑定身份的加工零件进入柔性制造系统内部直至加工完成出线，通过身份数据可追溯到加工全过程的数据；

完工标记模块；加工零件加工完成后，完工标记模块将加工零件状态更新为“已完工”，并将任务完工时间和状态反馈给制造执行系统；在具体操作时，加工零件加工完成后，自动搬运设备将加工零件送出到装载站，在总控系统中任务绑定界面中显示该工件状态为“已完工”，人工在完工标记模块中进行完工确认，同时总控系统调用制造执行系统接口，将任务完工时间、状态反馈给制造执行系统；

任务综合查询模块；所述任务综合查询模块可通过条件查询任务信息；再具体操作时，在任务开工前，工艺人员对照任务数据、图纸、工艺文件、数控程序等进行审核，可在任务综合查询模块直接打开这些文件进行查看。

在本实施例中，具体的，所述生产过程控制模块包括：

调度管理模块；所述调度管理模块根据任务数据和机床、自动搬运设备、装载站、自动化夹具等自动化设备的状态，为处于空闲状态下的机床安排加工任务，并为自动搬运设备安排上下料任务；优选地，所述调度管理模块配置有一种路径规划算法，当托盘库中存在同一批可互换的若干加工零件时，调度管理模块会为处于空闲状态下的机床优先安排物流搬运路径最短的任务；

机床程序管理模块；所述机床程序管理模块根据加工零件身份从数据库中自动检索匹配相应数控程序文件，并将数控程序文件传输到机床CNC系统中，并将完成信号下发给电气控制系统，由电气控制系统将指令下发给自动搬运设备，进行机床上料，当自动上料完成后，即可启动机床进行加工；

设备状态监控模块；所述设备状态监控模块实时读取数控机床PLC寄存器中存储的机床、自动搬运设备、装载站、自动化夹具等设备的状态数据，实现对设备状态的监控；优选地，所述设备状态监控模块与电气控制系统的PLC集成。

在本实施例中，具体的，所述生产效率统计模块包括：

机床数据采集模块；所述机床数据采集模块用于采集机床运行数据，并将采集的数据存储至数据库；具体的，所述机床数据采集模块等周期(如间隔 100ms)采集机床设备运行数据并存储到数据库，如机床当前工作状态、报警信息、主轴转速、进给轴速度等信息；

机床效率统计模块；所述机床效率统计模块对采集的机床运行数据进行汇总计算，获取机床开机率、利用率、运行效率；具体的，所述机床效率统计模块定时对采集的机床状态数据进行汇总计算，包括机床开机率、利用率、运行效率；其中，开机率等于机床开机时间除以自然时间；利用率等于CNC程序运行时间除以自然时间；运行效率等与CNC程序运行时间除以开机时间；

过程数据记录模块；所述过程数据记录模块实时采集各设备执行任务的起始时间；具体的，所述过程数据记录模块实时采集设备执行任务的起始时间，如机床加工任务的开始时间、结束时间，物流搬运任务的开始时间、完成时间等，并统计任务耗时。

实施例二

实施例二基于实施例一中所述的一种用于柔性制造系统的管控系统提供了一种用于柔性制造系统的管控方法，请参阅图1-3，具体包括如下步骤：

步骤S1：定义工序信息；由工序管理模块定义加工零件的工序信息；具体的，所述步骤S1的详细步骤为：工序管理模块根据加工零件的加工要求、设备信息模块中的机床设备基础信息和托盘库管理模块中的托盘库的基础信息定义加工零件的工序信息以及每道工序需用的机床。

步骤S2：创建生产任务；在任务创建模块中根据加工零件的工序信息创建任务；具体的所述步骤S2中创建任务包括以下三种方式：

任务创建模块接收制造执行系统下发的任务，在任务创建模块中利用数据库中的工艺数据将收到的任务自动、批量分解为若干个适用于柔性制造系统的加工任务，并逐一关联数控程序及相应机床；

通过录入的方式在任务创建模块内创建任务；

Excel模板导入任务创建模块内创建任务；

在使用时，生产调度人员在制造执行系统中为柔性制造系统班组派工，柔性制造系统操作者在任务创建模块中接收从制造执行系统下发的工序任务，在任务创建模中利用基础数据中的工艺数据将收到的工序任务自动、批量分解为若干个适用于柔性制造系统的工序加工任务，并逐一关联数控程序及相应机床；操作者也可以不经过造执行系统，直接通过手动创建任务、或Excel模板导入生产任务的方式创建任务。

步骤S3：审核工艺数据以及任务排产；在系统排产模块中选择需排产的任务，自动进行排产；具体的，所述步骤S3的详细步骤为：在系统排产模块中选择需排产的任务，设定约束条件，自动进行排产，排产结果将作为调度管理模块的调度依据；在排产前，还可在任务综合查询模块对已创建的任务进行工艺审核，其中工艺审核的内容包括数控程序、刀具清单、作业指导书等。

步骤S4：加工准备；根据加工零件的工序信息，完成机床加工前准备工作；具体的，所述步骤S4中机床加工前准备工作包括：准备相应的机床刀具和工装夹具。

步骤S5：加工零件装夹及任务绑定；在装载站将加工零件装夹到托盘上的工装夹具上，并在绑定模块中将工件与任务进行绑定，为加工零件标记身份，加工零件与任务的绑定关系数据存入数据库中。

步骤S6：托盘入库暂存；调度管理模块调度自动搬运设备将装载站上装夹好的加工零件搬运到托盘库暂存，托盘库管理模块实时更新托盘库的暂存数据。

步骤S7：实时任务调度；调度管理模块自动为处于空闲状态的机床安排加工任务；具体的，所述步骤S7的详细步骤为：当设备状态监控模块监听到任意机床处于空闲状态时，调度管理模块自动为该机床安排加工任务；当托盘库中存在同一批可互换的若干加工零件时，调度管理模块为处于空闲状态的机床优先安排物流搬运路径最短的加工任务。

步骤S8：机床上料及程序下发；机床程序管理模块根据加工零件的身份从数据库中自动检索匹配相应数控程序文件，并将数控程序文件传输到机床CNC 系统中，然后将传输完成信号下发给电气控制系统，由电气控制系统将指令下发给自动搬运设备，进行机床上料；

步骤S9：机床自动加工；机床上料完成且数控程序文件下发完成后，电气控制系统启动机床进行加工，直至加工程序运行结束；

步骤S10：机床下料；总控系统收到加工完成信号后，调度管理模块调度自动搬运设备将机床上已完工的加工零件搬运至托盘库进行暂存，机床进入空闲状态；

步骤S11：托盘出库；当设备状态监控模块监测到自动搬运设备和装载站空闲时，调度管理模块调度自动搬运设备将托盘库中已完工的加工零件搬出至装载站；

步骤S12：任务完工标记；在将工件状态更新为“已完工”，并将任务完工时间和状态反馈给制造执行系统；当同一批加工零件均完工后，拆下托盘库中加工完成的加工零件，并换上新的加工零件，重复步骤S5-步骤S12进行下一批加工零件加工；具体的，在使用时，操作者在完工标记模块中标记该工序任务已完工，并且当该加工零件所有工序任务都完成后，总控系统向制造执行系统反馈该加工零件已完工；当同一批加工零件均完工后，总控系统向制造执行系统反馈该加工工序已完工；若当前加工零件所有加工工序均已完成，操作者拆下该加工零件，换上新工件；若当前加工零件还有未完成工序，操作者将其重新装夹后进行下一道工序；每次进行装夹后，从步骤S5开始下一次循环。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于柔性制造系统的管控系统，其特征在于，包括总控系统和电气控制系统；

所述总控系统负责对柔性制造系统的综合管控；所述电气控制系统负责自动搬运设备与自动化设备的协同控制；

所述总控系统包括如下模块：

基础数据模块；所述基础数据模块用于定义与维护管控系统运行所需的基本信息；

生产任务管理模块；所述生产任务管理模块提供任务的综合管理功能与查询功能；

生产过程控制模块；所述生产过程控制模块用于与电气控制系统配合，实现生产过程的柔性自动化；

生产效率统计模块；所述生产效率统计模块用于采集生产过程数据和对采集的数据进行统计分析；

系统集成模块；所述系统集成模块提供总控系统与其他系统的集成接口。

2.根据权利要求1所述的一种用于柔性制造系统的管控系统，其特征在于，所述电气控制系统与数控机床PLC、自动搬运设备、托盘库、装载站和零点定位系统进行通讯；

所述总控系统与数控机床CNC进行集成；所述总控系统与电气控制系统和制造执行系统进行通讯；

所述数控机床PLC和数控机床CNC进行集成；

还包括数据库，所述数据库与总控系统通讯，供总控系统调用。

3.根据权利要求2所述的一种用于柔性制造系统的管控系统，其特征在于，所述基础数据模块包括：

工序管理模块；所述工序管理模块用于定义与维护适用于柔性制造系统的加工零件工序信息；

设备信息模块；所述设备信息模块用于定义与维护柔性制造系统内机床设备基础信息；

托盘库管理模块；所述托盘库管理模块用于定义与维护托盘库的基础信息。

4.根据权利要求3所述的一种用于柔性制造系统的管控系统，其特征在于，所述生产任务管理模块包括：

任务创建模块；所述任务创建模块支持以下三种方式创建任务：任务创建模块接收制造执行系统下发的任务、通过录入的方式在任务创建模块内创建任务和Excel模板导入任务创建模块内创建任务；

任务排产模块；所述任务排产模块根据加工零件的加工要求和可用加工设备，自动进行排产；

绑定模块；所述绑定模块用于将加工零件与其对应的任务进行绑定，为加工零件标记身份，标记身份的加工零件进入柔性制造系统内部直至加工完成出线，通过身份数据可追溯到加工全过程的数据；

完工标记模块；加工零件加工完成后，完工标记模块将加工零件状态更新为“已完工”，并将任务完工时间和状态反馈给制造执行系统；

任务综合查询模块；所述任务综合查询模块可通过条件查询任务信息。

5.根据权利要求4所述的一种用于柔性制造系统的管控系统，其特征在于，所述生产过程控制模块包括：

调度管理模块；所述调度管理模块根据任务数据和自动化设备的状态，为处于空闲状态下的机床安排加工任务，并为自动搬运设备安排上下料任务；当托盘库中存在同一批可互换的若干加工零件时，调度管理模块会为处于空闲状态下的机床优先安排物流搬运路径最短的任务；所述自动化设备包括机床、自动搬运设备、装载站、自动化夹具；

机床程序管理模块；所述机床程序管理模块根据加工零件身份从数据库中自动检索匹配相应数控程序文件，并将数控程序文件传输到机床CNC系统中，并将完成信号下发给电气控制系统，由电气控制系统将指令下发给自动搬运设备，进行机床上料，并启动机床进行加工；

设备状态监控模块；所述设备状态监控模块实时读取数控机床PLC寄存器中存储的机床、自动搬运设备、装载站、自动化夹具等设备的状态数据，实现对设备状态的监控。

6.根据权利要求5所述的一种用于柔性制造系统的管控系统，其特征在于，所述生产效率统计模块包括：

机床数据采集模块；所述机床数据采集模块用于采集机床运行数据，并将采集的数据存储至数据库；

机床效率统计模块；所述机床效率统计模块对采集的机床运行数据进行汇总计算，获取机床开机率、利用率、运行效率；

过程数据记录模块；所述过程数据记录模块实时采集各设备执行任务的起始时间。

7.根据权利要求6所述的一种用于柔性制造系统的管控系统，其特征在于，所述系统集成模块包括：电气控制系统集成接口、制造执行系统集成接口和数控机床CNC集成接口。

8.根据权利要求7所述的一种用于柔性制造系统的管控系统，其特征在于，所述电气控制系统与数控机床PLC、托盘库、装载站和零点定位系统通过I/O通信；

所述电气控制系统与自动搬运设备通过工业总线进行通信；

所述总控系统与机床CNC通过数控系统API进行集成；

所述总控系统与电气控制系统通过工业总线进行通信；

所述总控系统与制造执行系统基于以太网进行通讯。

9.一种用于柔性制造系统的管控方法，其特征在于，采用权利要求1-8任意一项所述的用于柔性制造系统的管控系统，包括如下步骤：

步骤S1：由工序管理模块定义加工零件的工序信息；

步骤S2：在任务创建模块中根据加工零件的工序信息创建任务；

步骤S3：在系统排产模块中选择需排产的任务，自动进行排产；

步骤S4：根据加工零件的工序信息，完成机床加工前准备工作；

步骤S5：在装载站将加工零件装夹到托盘上的工装夹具上，并在绑定模块中将工件与任务进行绑定，为加工零件标记身份，加工零件与任务的绑定关系数据存入数据库中；

步骤S6：调度管理模块调度自动搬运设备将装载站上装夹好的加工零件搬运到托盘库暂存，托盘库管理模块实时更新托盘库的暂存数据；

步骤S7：调度管理模块自动为处于空闲状态的机床安排加工任务；

步骤S8：机床程序管理模块根据加工零件的身份从数据库中自动检索匹配相应数控程序文件，并将数控程序文件传输到机床CNC系统中，然后将传输完成信号下发给电气控制系统，由电气控制系统将指令下发给自动搬运设备，进行机床上料；

步骤S9：机床上料完成且数控程序文件下发完成后，电气控制系统启动机床进行加工，直至加工程序运行结束；

步骤S10：加工完成后，调度管理模块调度自动搬运设备将机床上已完工的加工零件搬运至托盘库进行暂存，机床进入空闲状态；

步骤S11：当设备状态监控模块监测到自动搬运设备和装载站空闲时，调度管理模块调度自动搬运设备将托盘库中已完工的加工零件搬出至装载站；

步骤S12：在完工标记模块将工件状态更新为“已完工”，并将任务完工时间和状态反馈给制造执行系统；当同一批加工零件均完工后，拆下托盘库中加工完成的加工零件，并换上新的加工零件，重复步骤S5-步骤S12进行下一批加工零件加工。

10.根据权利要求9所述的一种用于柔性制造系统的管控方法，其特征在于，所述步骤S1的详细步骤为：工序管理模块根据加工零件的加工要求、设备信息模块中的机床设备基础信息和托盘库管理模块中的托盘库的基础信息定义加工零件的工序信息以及每道工序需用的机床；

所述步骤S2中创建任务包括以下三种方式：

任务创建模块接收制造执行系统下发的任务，在任务创建模块中利用数据库中的工艺数据将收到的任务自动、批量分解为若干个适用于柔性制造系统的加工任务，并逐一关联数控程序及相应机床；

通过录入的方式在任务创建模块内创建任务；

Excel模板导入任务创建模块内创建任务；

所述步骤S3的详细步骤为：在系统排产模块中选择需排产的任务，设定约束条件，自动进行排产，排产结果将作为调度管理模块的调度依据；在排产前，还可在任务综合查询模块对已创建的任务进行工艺审核；

所述步骤S4中机床加工前准备工作包括：准备相应的机床刀具和工装夹具；

所述步骤S7的详细步骤为：当设备状态监控模块监听到任意机床处于空闲状态时，调度管理模块自动为该机床安排加工任务；当托盘库中存在同一批可互换的若干加工零件时，调度管理模块为处于空闲状态的机床优先安排物流搬运路径最短的加工任务。

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