CN115034420A - 一种协同生产智能工厂的智能调度系统及方法 - Google Patents

一种协同生产智能工厂的智能调度系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种协同生产智能工厂的智能调度系统及方法，属于智能工厂领域。该系统用于生产协同车间，在所述生产协同车间中两个工位共用一套生产设备；该系统包括：生产计划模块、信息采集模块、智能调度模块、调度序列显示模块；所述生产计划模块、信息采集模块分别与智能调度模块连接；所述智能调度模块再与所述调度序列显示模块连接。本发明充分考虑了生产设备和工位的关联关系，通过对关联工位的智能调度，确保在两个共用生产设备的工位不能同时生产的情况下，能最大限度地使生产设备在两个工位的工作时间最长。在不改变其它硬件设备节拍的前提下，充分发挥调度的功能，提高生产节奏，实现车间执行生产计划的效率最大化。

Description

一种协同生产智能工厂的智能调度系统及方法
技术领域
本发明属于智能工厂领域，具体涉及一种协同生产智能工厂的智能调度系统及方法。
背景技术
近年来，我国制造产业格局正在重塑，制造行业企业向服务型、智能型方向转型升级。一方面，客户对多品种、个性化、小批量的需求越来越高；另一方面，企业急需加强生产设备协同管理，提高生产效率和产品质量，并追求更加灵活的生产方式。智能工厂利用“工业互联网+制造”模式，实现生产企业的管理及自动化生产，达到灵活流程设计、加强企业管理、提高生产效率的效果。智能工厂系统中生产调度方法是实现精益生产的核心，也是智能工厂系统的核心功能。
在定制化生产模式下，企业接收到的订单不确定性越来越大，生产计划也需要针对不同定制化订单的需求、原材料与成品库存、生产能力等因素对快速变化的市场做出高效的快速响应。由于工位在生产过程中，上料、下料和清理的时间较长，在等待过程中生产设备出现冗余情况，因此越来越多的智能工厂车间采用“协同生产”方式进行生产，即两个工位共用一套生产设备，同一时间，两个工位有且只有一个能进行生产加工。这样，在一个工位进行非生产工作时，生产设备可以在另一个工位进行工作，提高了生产效率。但在这种生产方式下，传统的调度方案会受多种因素影响，例如传统调度方案未考虑两个共用生产设备的工位不能同时生产的情况，同时调度这两个工位，并不能同时进行生产，因此不能准确进行调度，并且浪费了调度资源，费时费力。
为了满足企业中长期的规划，同时均衡生产设备、物料、库存等资源，减少成本和库存压力，因此，急需研究出一种协同生产智能工厂的智能调度系统及方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种协同生产智能工厂的智能调度系统及方法，提高生产效率、节约成本。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的第一个方面，提供了一种协同生产智能工厂的智能调度系统，用于生产协同车间，在所述生产协同车间中两个工位共用一套生产设备；所述协同生产智能工厂的智能调度系统包括：生产计划模块、信息采集模块、智能调度模块、调度序列显示模块；
所述生产计划模块、信息采集模块分别与智能调度模块连接；
所述智能调度模块再与所述调度序列显示模块连接。
本发明的进一步改进在于，所述生产计划模块用于输入生产日计划，并将生产日计划发送给智能调度模块；
所述信息采集模块用于信息采集和获得工位的工位状态，并将工位状态发送给智能调度模块；
所述智能调度模块用于根据生产日计划和工位的工位状态获得调度序列，并将调度序列发送给调度序列显示模块；
所述调度序列显示模块用于显示所述调度序列。
本发明的进一步改进在于，所述信息采集模块采集的信息包括：设备状态信息和资源信息；
所述设备状态信息包括：空闲、加工中；
所述资源信息包括：有料、无料。
本发明的第二个方面，提供了一种协同生产智能工厂的智能调度方法，所述方法包括：
步骤一：根据订单需求，输入当前智能工厂车间的生产日计划；
步骤二：采集设备状态信息和资源信息，并获得工位的工位状态；
步骤三：根据生产日计划和工位的工位状态进行优化配置和调度；
步骤四：实时更新工位的工位状态。
本发明的进一步改进在于，所述步骤一中的操作包括：
对当前车间的生产日计划进行增加、修改、查询。
本发明的进一步改进在于，所述步骤二中的获得工位的工位状态的操作包括：
当设备状态信息为空闲时，查询资源信息，如果资源信息为有料，则设定该工位的工位状态为可调度，如果资源信息为无料，则设定该工位的工位状态为不可调度；
当设备状态信息为加工中时，则设定该工位的工位状态为不可调度。
本发明的进一步改进在于，所述步骤三的操作包括：
(31)为N个生产设备的所有工位进行编号：共用一个生产设备的两个工位为一组，工位名分别为a、b；
(32)将所有工位进行分组，编号为a的成为a组，编号为b的成为b组；
(33)将a、b两组队列都清空，然后按照1a、1b、2a、2b一直到Na、Nb的顺序对工位状态进行查询，如果工位的工位状态为可调度，则该工位为可调度工位，并将该工位放入到其所在组的队列的末尾；如果工位的工位状态为不可调度，则对该工位不做操作；当所有的工位查询完毕，此时所有可调度工位已按照顺序进入其所在组的队列中；将查询到的第一个可调度工位所在的组设为F组，另一组设为S组；
(34)生成调度序列：找到F组中第一个可调度工位A，同时找到S组中不与A共用生产设备的第一个可调度工位B，将这两个工位放入到调度序列中；
(35)F组和S组分别将上述两个已调度工位删除，得到新的F组和S组；
(36)找到F组中不与B共用生产设备的第一个可调度工位C，同时找到S组中不与C共用生产设备的第一个可调度工位D，将这两个工位放入到调度序列中；
(37)重复步骤(35)到(36)，直到一组中没有可调度工位时，将另一组剩下的所有可调度工位依次排到调度序列后面，得到了当前的调度序列。
本发明的进一步改进在于，在所述步骤(37)后进一步包括：
按照当前的调度序列进行生产：每次从调度序列中调度当前第一个工位，同时从调度序列中删除该工位。
本发明的进一步改进在于，所述步骤四的操作包括：每隔设定时间返回步骤二。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的第一个方面，提供了一种协同生产智能工厂的智能调度系统，用于生产协同车间，在所述生产协同车间中两个工位共用一套生产设备；所述协同生产智能工厂的智能调度系统包括：生产计划模块、信息采集模块、智能调度模块、调度序列显示模块；
所述生产计划模块、信息采集模块分别与智能调度模块连接；
所述智能调度模块再与所述调度序列显示模块连接。
本发明充分考虑了生产设备和工位的关联关系，通过对关联工位的智能调度，确保在两个共用生产设备的工位不能同时生产的情况下，能最大限度地使生产设备在两个工位的工作时间最长。在不改变其它硬件设备节拍的前提下，充分发挥调度的功能，提高生产节奏，实现车间执行生产计划的效率最大化。
附图说明
图1为本发明协同生产智能工厂的智能调度系统的整体框架图；
图2为本发明的实施例中协同生产智能工厂的智能调度算法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
本发明适用于生产协同车间，即两个工位共用一套生产设备，同一时间，两个工位有且只有一个能进行生产加工。生产协同车间可以是纺织服装的裁剪车间，一套裁剪设备可对应两个裁剪工位，两个工位不可同时进行裁剪作业。本发明系统根据车间内工位是否空闲和原料是否有料等状态信息，对裁剪设备进行生产的调度。
本发明提出一种协同生产智能工厂智能调度系统及方法，负责对协同生产智能工厂车间内日生产计划进行管理，根据车间内加工和运输设备的运行情况和物料资源情况进行生产任务的调度。
具体的，如图1所示，本发明协同生产智能工厂的智能调度系统包括：生产计划模块、信息采集模块、智能调度模块、调度序列显示模块。其中，所述生产计划模块、信息采集模块分别与智能调度模块连接，智能调度模块再与调度序列显示模块连接。
所述生产计划模块用于生产计划输入，即对当前车间的生产日计划进行增加、修改、查询等操作，并将生产计划发送给智能调度模块，智能调度模块根据该模块中的生产日计划进行生产调度。
所述信息采集模块用于信息采集，即通过智能传感器采集智能工厂内的信息，采集的信息具体包括设备状态信息(包括：空闲、加工中)和资源信息(包括有料、无料)，并根据设备状态信息和资源信息获得工位的工位状态，将工位状态发送给智能调度模块。
所述智能调度模块根据工位的工位状态进行生产调度。所述智能调度模块是该系统的核心，用于智能调度，即通过智能协同调度算法，结合生产计划模块输入的生产计划和信息采集模块获得的工位状态，进行生产调度获得调度序列，并将调度序列发送给调度序列显示模块。
所述调度序列显示模块为系统的显示终端，用于对调度序列进行可视化，即通过屏幕将智能调度模块生成的当前调度序列进行显示，便于生产人员和管理人员进行查看和管理。
本发明方法主要包括以下步骤：
步骤一：根据订单需求，录入当前智能工厂车间的生产日计划；
步骤二：根据智能工厂车间内的智能传感器(现有智能工厂车间内安装有智能传感器，这些均是现有产品，在此不再赘述。)采集设备状态信息(所述设备状态信息包括：空闲、加工中两种状态。)和资源信息(资源为当前加工原材料信息，包括有料、无料两种状态)，进而获得工位的工位状态。
具体操作如下：当传感器返回的设备状态信息为空闲时，查询资源信息，如果资源信息为有料，则设定该工位的工位状态为可调度；如果资源信息为无料，则设定该工位的工位状态为不可调度；当传感器返回的设备状态信息为加工中时，则设定该工位的工位状态为不可调度。也就是说，只有当设备状态为“空闲”，且资源状态为“有料”时，该工位的工位状态才被设定为“可调度”。
步骤三：根据生产日计划和各个工位的工位状态进行优化配置和调度，实现对设备的精准控制。具体的，通过智能协同调度算法进行优化配置和调度。
步骤四：实时更新工位状态。具体的，实时更新的操作包括：每隔设定时间(例如10秒)返回步骤二。
作为优选技术方案，如图2所示，所述步骤三智能协同调度算法的调度步骤如下：
(31)为N个生产设备的所有工位进行编号：共用一个生产设备(例如机器人)的两个工位为一组(协同智能工厂中，每个生产设备对应两个工位。)，工位名分别为a、b。本实施例中有3个设备，因此生产设备的数量N为3，所有工位按照1a、1b、2a、2b、3a、3b的顺序进行编号；
(32)将所有工位进行分组，编号为a的成为a组，编号为b的成为b组，本实施例中，{1a、2a、3a}为a组，{1b、2b、3b}为b组；
(33)按照1a、1b、2a、2b、3a、3b的顺序对工位状态进行查询，并在组内进行排序，具体如下：
将a、b两组队列都清空，按照1a、1b、2a、2b、3a、3b的顺序对工位状态进行查询，若该工位的工位状态为可调度，则该工位为可调度工位，并将该工位放入到其所在组的队列的末尾；若该工位的工位状态为不可调度，则对该工位不做操作。当所有的工位查询完毕，此时所有可调度工位已按照顺序进入其所在组的队列中。
将查询到的第一个可调度工位所在的组设为F组，另一组设为S组。例如，若查到的第一个可调度工位为a组工位，则将a组设为F组，将b组设为S组(例如，若按照上述步骤查询后，a组＝{1a、2a}，b组＝{3b}。此时，查询到的第一个可调度工位为1a，则F组＝a组＝{1a、2a}，S组＝b组＝{3b})；若查到的第一个可调度工位为b组工位，则将b组设为F组，将a组设为S组(例如，若按照上述步骤查询后，a组＝{2a、3a}，b组＝{1b}。此时，查询到的第一个可调度工位为1b，则F组＝b组＝{1b}，S组＝a组＝{2a、3a})；
(34)生成调度序列：当前可加工工位调度顺序为：F组第一个可调度工位A；S组中不与A共用生产设备的第一个可调度工位B，将这两个工位放入到调度序列中，当前可调度和使用的工位和顺序是A、B；
(35)F组和S组分别将上述两个已调度工位删除(即删除A、B)，得到新的F组和S组；
(36)当前可加工工位调度顺序为：F组不与B共用生产设备的第一个可调度工位C；S组不与C共用生产设备的第一个可调度工位D，此时将C、D加入到调度序列中，此时调度序列为(A、B、C、D)；
(37)重复步骤(35)到(36)，直到一组(即F组、S组中的一组)中没有可调度工位。当一组中的可调度工位排完而另一组中还有多个可调度工位时，则将另一组剩下的所有可调度工位依次排到调度序列后面,即不断地在调度序列中增加可调度工位；
步骤(37)得到了所有可调度工位，然后就按照当前的调度序列进行生产：每次从可调度序列中调度当前第一个工位，同时将其从调度序列中删除。
本发明方法的一个实施例如下：
本发明方法包括以下步骤：
步骤一：根据订单需求，录入当前智能工厂车间生产日计划；
步骤二：根据智能工厂车间内智能传感器采集设备状态信息和资源信息；
步骤三：通过智能协同调度算法对智能工厂内设备和资源进行优化配置和调度，实现对设备的精准控制；
步骤四：进行调度的设备和资源信息通过系统进行实时更新，形成良性反馈和闭环。
如图2所示，所述步骤三智能协同调度算法的一个实施例如下，包括：
1)为12个工位进行编号，共用一个生产设备的两个工位为一组，工位名分别为a、b。所有工位按照1a、1b、2a、2b、3a、3b、4a、4b、5a、5b、6a、6b分别编号，本实施例中12个工位对应6个生产设备，每个生产设备对应2个工位；本实施例中是6个生产设备，所以生产设备的数量N为6。
2)将所有工位进行分组，编号为a的{1a、2a、3a、4a、5a、6a}成为a组，编号为b的{1b、2b、3b、4b、5b、6b}成为b组；
3)a、b两组开始都清空，按照1a、1b、2a、2b、3a、3b直到6a、6b的顺序对工位状态和资源状态进行查询，若工位为可调度，则该工位就进入其所在组的队列末尾；若该工位不可调度，该工位不做操作。当所有的工位查询完毕，此时所有可调度工位已按照顺序进入其所在组的组队列。
4)若查到的第一个可调度工位为a组工位，则a组为F组，b组为S组；若查到的第一个可调度工位为b组工位，则b组为F组，a组为S组；
5)可调度序列加入工位及顺序：F组第一个可调度工位A；S组不与A共用生产设备的第一个可调度工位B；
6)F组和S组分别将上述两个已调度工位删除，得到新的F组和S组；
7)可调度序列加入工位及顺序：F组不与B共用机器人的第一个可调度空位C；S组不与C共用机器人的第一个可调度工位D；
8)重复步骤6-7，直到一组没有可调度工位。当一组可调度工位排完而另一组还有多个可调度工位，则另一组剩下所有可调度工位依次排到调度序列后面。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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发明和简化描述，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发明的限制。
最后应说明的是，上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (9)

1.一种协同生产智能工厂的智能调度系统，用于生产协同车间，在所述生产协同车间中两个工位共用一套生产设备；其特征在于：所述协同生产智能工厂的智能调度系统包括：生产计划模块、信息采集模块、智能调度模块、调度序列显示模块；
所述生产计划模块、信息采集模块分别与智能调度模块连接；
所述智能调度模块再与所述调度序列显示模块连接。
2.根据权利要求1所述的协同生产智能工厂的智能调度系统，其特征在于：所述生产计划模块用于输入生产日计划，并将生产日计划发送给智能调度模块；
所述信息采集模块用于信息采集和获得工位的工位状态，并将工位状态发送给智能调度模块；
所述智能调度模块用于根据生产日计划和工位的工位状态获得调度序列，并将调度序列发送给调度序列显示模块；
所述调度序列显示模块用于显示所述调度序列。
3.根据权利要求2所述的协同生产智能工厂的智能调度系统，其特征在于：所述信息采集模块采集的信息包括：设备状态信息和资源信息；
所述设备状态信息包括：空闲、加工中；
所述资源信息包括：有料、无料。
4.一种协同生产智能工厂的智能调度方法，其特征在于：所述方法包括：
步骤一：根据订单需求，输入当前智能工厂车间的生产日计划；
步骤二：采集设备状态信息和资源信息，并获得工位的工位状态；
步骤三：根据生产日计划和工位的工位状态进行优化配置和调度；
步骤四：实时更新工位的工位状态。
5.根据权利要求4所述的协同生产智能工厂的智能调度方法，其特征在于：所述步骤一中的操作包括：
对当前车间的生产日计划进行增加、修改、查询。
6.根据权利要求5所述的协同生产智能工厂的智能调度方法，其特征在于：所述步骤二中的获得工位的工位状态的操作包括：
当设备状态信息为空闲时，查询资源信息，如果资源信息为有料，则设定该工位的工位状态为可调度，如果资源信息为无料，则设定该工位的工位状态为不可调度；
当设备状态信息为加工中时，则设定该工位的工位状态为不可调度。
7.根据权利要求6所述的协同生产智能工厂的智能调度方法，其特征在于：所述步骤三的操作包括：
(31)为N个生产设备的所有工位进行编号：共用一个生产设备的两个工位为一组，工位名分别为a、b；
(32)将所有工位进行分组，编号为a的成为a组，编号为b的成为b组；
(33)将a、b两组队列都清空，然后按照1a、1b、2a、2b一直到Na、Nb的顺序对工位状态进行查询，如果工位的工位状态为可调度，则该工位为可调度工位，并将该工位放入到其所在组的队列的末尾；如果工位的工位状态为不可调度，则对该工位不做操作；当所有的工位查询完毕，此时所有可调度工位已按照顺序进入其所在组的队列中；将查询到的第一个可调度工位所在的组设为F组，另一组设为S组；
(34)生成调度序列：找到F组中第一个可调度工位A，同时找到S组中不与A共用生产设备的第一个可调度工位B，将这两个工位放入到调度序列中；
(35)F组和S组分别将上述两个已调度工位删除，得到新的F组和S组；
(36)找到F组中不与B共用生产设备的第一个可调度工位C，同时找到S组中不与C共用生产设备的第一个可调度工位D，将这两个工位放入到调度序列中；
(37)重复步骤(35)到(36)，直到一组中没有可调度工位时，将另一组剩下的所有可调度工位依次排到调度序列后面，得到了当前的调度序列。
8.根据权利要求7所述的协同生产智能工厂的智能调度方法，其特征在于：在所述步骤(37)后进一步包括：
按照当前的调度序列进行生产：每次从调度序列中调度当前第一个工位，同时从调度序列中删除该工位。
9.根据权利要求8所述的协同生产智能工厂的智能调度方法，其特征在于：所述步骤四的操作包括：每隔设定时间返回步骤二。
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