CN116125934B - 基于闭环反馈的工业生产调度系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于闭环反馈的工业生产调度系统及方法，涉及工业生产自动化控制技术领域，包括自动调度模块、前馈模块、反馈及自动调度修正模块。本发明前馈模块根据各个节点的具体需求生成零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令，采用零件位置跟踪单元对于零件位置进行跟踪，然后对零件调度需求指令进行修正，质检单元对组装后的半成品进行质检，生成质检结果，修正装配工艺数据，并生成新的生产操作指令，自动控制服务器执行新调度需求指令、生产操作指令和质检指令，形成带有反馈控制的闭环调度控制系统，解决自动化前馈控制的误差累计弊端，能大大提高工业自动化生产的效率和合格品率。

Description

基于闭环反馈的工业生产调度系统及方法

技术领域

本发明涉及工业生产自动化控制技术领域，尤其是涉及基于闭环反馈的工业生产调度系统及方法。

背景技术

在自动化不断完善和发展的今天，自动化水平已经成为衡量制造业水平的一个重要标准，而自动化的一个重要分支就是工业自动化，更是生产型企业提高生产效率，稳定产品质量的重要手段。工业自动化是指机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下，按预期的目标实现物料运转、生产、检测等信息处理和过程控制的统称。

在控制论中，抛开控制的根本意义，就控制方法而言存在着前馈控制与反馈控制这两种控制方法。

自动化前馈控制是控制器发出指令使执行器执行指令动作，同时又通过另一快捷途径向受控部分发出前馈信号，执行器在接受控制器的指令进行活动时，又及时地受到前馈信号的调控，因此活动可以更加准确。

单纯的前馈控制是开环的，是按前馈信号进行补偿的，因此根据单一前馈信号的前馈控制就只能克服这一特定扰动对指令动作所预期达到目标结果的影响，而对于其他扰动对指令动作的影响，由于这个前馈控制器无法感受到，也就无能为力了。所以在实际工业过程中单独使用前馈控制很难达到工艺要求，因此为了克服其他扰动对被控变量的影响，就必须将前馈控制和反馈控制结合起来，构成闭环控制系统，从而对自动化控制中的异常扰动做出控制端的指令修正，从而获得更优化的自动化控制结果预期。

发明内容

为了解决上述工业生产调度中自动化控制采用单纯前馈控制的技术问题，本发明提供基于闭环反馈的工业生产调度系统及方法。采用如下的技术方案：

基于闭环反馈的工业生产调度系统，包括自动调度模块、前馈模块、反馈及自动调度修正模块；

所述自动调度模块包括零件智能库房、多个物流机器人、多个操作机器人和自动控制服务器，所述物流机器人用于在零件智能库房和工业流水线之间执行零件调度需求指令，将零件运输到工业流水线指定位置，所述操作机器人设置在工业流水线生产节点，用于执行生产操作指令，所述自动控制服务器分别与多个物流机器人和多个操作机器人无线通信相连；

所述前馈模块设置在工业流水线各个节点，用于生成零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令，并与自动控制服务器通信连接；

所述反馈及自动调度修正模块包括零件位置跟踪单元、质检单元和修正执行单元，所述零件位置跟踪单元对零件进行电子标记，并按照电子标记实时监控零件的位置，所述质检单元对组装后的半成品进行质检，对于零件的安装位置与标准安装位置进行对比，生成质检结果，所述零件位置跟踪单元和质检单元分别与修正执行单元通信连接，所述修正执行单元根据质检结果对零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令进行修正，同时对质检单元的质检指令进行同步修正，并将修正后的零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令传输给自动控制服务器，自动控制服务器控制前馈模块生成修正后的零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令。

通过采用上述技术方案，在正常的自动化工业生产中，采用多种机器人分别完成物流运输、装配、翻面、焊接等动作，前馈模块是动作需求侧，设置在工业流水线各个节点处，根据各个节点的具体需求生成零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令，并将生成的指令传输给自动控制服务器，自动控制服务器就可以控制各种机器人完成自动化的生产调度，并同步完整质检调整。

然而在调度过程中的各种位置会与设定值存在偏差，比如工业流水线输送电机的累计误差导致的位置误差，从而导致装配时，机器人按照装配指令在工业流水线上指定位置抓取零件时出现偏差，导致装配错误或者漏装的情况，这时零件位置跟踪单元对于零件位置进行跟踪，并将跟踪数据对照生产工艺所需求的位置，然后对零件调度需求指令进行修正，并将修正后的零件调度需求指令传输给自动控制服务器，自动控制服务器执行新的零件调度需求指令；

同样的，质检单元对组装后的半成品进行质检，对于零件的安装位置与标准安装位置进行对比，生成质检结果，对于不符合该生产节点装配工艺数据的，修正装配工艺数据，并生成新的生产操作指令传输给自动控制服务器，自动控制服务器执行新的生产操作指令，从而形成带有反馈控制的闭环调度控制系统，解决自动化前馈控制的误差累计弊端，能大大提高工业自动化生产的效率和合格品率。

可选的，所述前馈模块包括生产节点零件需求数据库、工艺流程数据库和基于AI芯片的指令生成器，所述生产节点零件需求数据库内包括工业流水线生产节点处所需零件规格和数量数据，所述工艺流程数据库内包括工业流水线生产节点处的工艺流程数据，所述指令生成器分别根据生产节点零件需求数据库和工艺流程数据库的数据生成零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令，并与自动控制服务器通信连接。

通过采用上述技术方案，前馈模块主要是零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令的生成依据，根据当前生产工艺所需零件规格、数量、工艺流程等数据，依靠AI芯片来自动生成相关指令，大大缩短换产周期。

可选的，零件位置跟踪单元包括电子标记装置和电子标记识别装置，所述电子标记装置设置在零件智能库房的出库处，用于在零件的非装配面贴装具有独一编码的电子标记，所述电子标记识别装置设置在工业流水线上方，用于识别电子标记的位置，并传输给修正执行单元；

所述质检单元包括电子标记去除装置、电子标记收纳盒和电子标记质检模块，所述电子标记去除装置设置在工业流水线的生产节点处，用于去除电子标记，并摆放在电子标记收纳盒处，所述电子标记质检模块设置在电子标记收纳盒正上方，用于识别电子标记收纳盒内所有电子标记，并将识别结果传输给修正执行单元。

通过采用上述技术方案，采用贴装电子标记的方式来实现零件的跟踪，电子标记可以是多种形式，可以是激光标记、Rfid标签、电子荧光贴等形式，在零件出库后电子标记识别装置可以对电子标记进行跟踪轨迹，为后续零件调度需求指令修正提供依据。

可选的，物流机器人将贴装有的电子标记放置在工业流水线上时，电子标记所在面朝上。

通过采用上述技术方案，电子标记所在面朝上，便于电子标记识别装置进行位置跟踪。

可选的，电子标记去除装置将去除的所有电子标记都平铺摆放在电子标记收纳盒处。

通过采用上述技术方案，去除的所有电子标记都平铺摆放在电子标记收纳盒处，便于进行电子标记进行装配后的识别点数，可以便捷地对漏装配进行识别。

可选的，所述电子标记是电子荧光贴，所述电子标记装置是自动贴标机，所述电子标记去除装置是全自动脱标机。

通过采用上述技术方案，电子荧光贴可以更加方便地被视觉系统识别。

可选的，所述修正执行单元包括控制电路板、存储卡、位置修正判断芯片和执行动作修正判断芯片，所述存储卡存储装配工艺数据库、位置修正算法和执行动作算法，所述存储卡、位置修正判断芯片和执行动作修正判断芯片分别与控制电路板通信连接，所述控制电路板与自动控制服务器通信连接。

通过采用上述技术方案，修正判断芯片和执行动作修正判断芯片都属于AI芯片，能快捷地进行数据对比和指令生成。

基于闭环反馈的工业生产调度方法，具体步骤是：

步骤1，指令生成器分别根据生产节点零件需求数据库和工艺流程数据库的数据生成零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令，并传输给自动控制服务器；

步骤2，自动控制服务器控制物流机器人按照零件调度需求指令从零件智能库房完成出库；

步骤3，电子标记装置在出库的零件的非装配面贴装具有独一编码的电子标记，物流机器人将零件放在的工业流水线指定位置；

步骤4，零件在工业流水线上被输送到生产节点，电子标记去除装置去除电子标记，并摆放在电子标记收纳盒，操作机器人按照生产操作指令完成零件装配；

步骤5，位置修正判断芯片接收零件位置跟踪单元的零件位置数据，对比装配工艺数据库要求的零件位置数据，对物流机器人取出零件放置在工业流水线指定位置进行修正，生成新的零件调度需求指令，执行动作修正判断芯片接收质检单元的识别结果，对比装配工艺数据，生成修正生产操作指令，同步调整质检指令，并传输给自动控制服务器；

步骤6，自动控制服务器按照修正后的零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令重复执行步骤1-5。

通过采用上述技术方案，可以实现基于反馈数据自动实现调度控制指令的修正，提高生产效率，提高合格品率。

可选的，所述零件调度需求指令包括零件规格、零件数量和零件装配工位信息。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

本发明能提供基于闭环反馈的工业生产调度系统及方法，前馈模块根据各个节点的具体需求生成零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令，采用多种机器人分别完成物流运输、装配、翻面、焊接等动作，采用零件位置跟踪单元对于零件位置进行跟踪，并将跟踪数据对照生产工艺所需求的位置，然后对零件调度需求指令进行修正，质检单元对组装后的半成品进行质检，生成质检结果，修正装配工艺数据，并生成新的生产操作指令，自动控制服务器执行新调度需求指令、生产操作指令和质检指令，形成带有反馈控制的闭环调度控制系统，解决自动化前馈控制的误差累计弊端，能大大提高工业自动化生产的效率和合格品率。

附图说明

图1是本发明基于闭环反馈的工业生产调度系统电器件连接原理示意图；

图2是本发明基于闭环反馈的工业生产调度系统修正执行单元的电器件连接原理示意图；

图3是本发明基于闭环反馈的工业生产调度系统前馈模块的电器件连接原理示意图；

图4是本发明基于闭环反馈的工业生产调度方法的流程示意图。

附图标记说明：11、物流机器人；12、操作机器人；13、自动控制服务器；21、零件位置跟踪单元；211、电子标记装置；212、电子标记识别装置；221、电子标记去除装置；222、电子标记收纳盒；223、电子标记质检模块；23、修正执行单元；231、控制电路板；232、存储卡；233、位置修正判断芯片；234、执行动作修正判断芯片；3、前馈模块；31、零件需求数据库；32、工艺流程数据库；33、指令生成器；100、工业流水线；101、零件智能库房；102、电子标记。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例公开基于闭环反馈的工业生产调度系统及方法。

参照图1－图4，基于闭环反馈的工业生产调度系统，包括自动调度模块、前馈模块3、反馈及自动调度修正模块；

自动调度模块包括零件智能库房101、多个物流机器人11、多个操作机器人12和自动控制服务器13，物流机器人11用于在零件智能库房101和工业流水线100之间执行零件调度需求指令，将零件运输到工业流水线100指定位置，操作机器人12设置在工业流水线100生产节点，用于执行生产操作指令，自动控制服务器13分别与多个物流机器人11和多个操作机器人12无线通信相连；

前馈模块3设置在工业流水线100各个节点，用于生成零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令，并与自动控制服务器13通信连接；

反馈及自动调度修正模块包括零件位置跟踪单元21、质检单元和修正执行单元23，零件位置跟踪单元21对零件进行电子标记，并按照电子标记实时监控零件的位置，质检单元对组装后的半成品进行质检，对于零件的安装位置与标准安装位置进行对比，生成质检结果，零件位置跟踪单元21和质检单元分别与修正执行单元23通信连接，修正执行单元23根据质检结果对零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令进行修正，同时对质检单元的质检指令进行同步修正，并将修正后的零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令传输给自动控制服务器13，自动控制服务器13控制前馈模块3生成修正后的零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令。

在正常的自动化工业生产中，采用多种机器人分别完成物流运输、装配、翻面、焊接等动作，前馈模块3是动作需求侧，设置在工业流水线100各个节点处，根据各个节点的具体需求生成零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令，并将生成的指令传输给自动控制服务器13，自动控制服务器13就可以控制各种机器人完成自动化的生产调度。

然而在调度过程中的各种位置会与设定值存在偏差，比如工业工业流水线100输送电机的累计误差导致的位置误差，从而导致装配时，机器人按照装配指令在工业流水线100上指定位置抓取零件时出现偏差，导致装配错误或者漏装的情况，这时零件位置跟踪单元21对于零件位置进行跟踪，并将跟踪数据对照生产工艺所需求的位置，然后对零件调度需求指令进行修正，并将修正后的零件调度需求指令传输给自动控制服务器13，自动控制服务器13执行新的零件调度需求指令；

同样的，质检单元对组装后的半成品进行质检，对于零件的安装位置与标准安装位置进行对比，生成质检结果，对于不符合该生产节点装配工艺数据的，修正装配工艺数据，并生成新的生产操作指令传输给自动控制服务器13，自动控制服务器13执行新的生产操作指令，从而形成带有反馈控制的闭环调度控制系统，解决自动化前馈控制的误差累计弊端，能大大提高工业自动化生产的效率和合格品率。

前馈模块3包括生产节点零件需求数据库31、工艺流程数据库32和基于AI芯片的指令生成器33，生产节点零件需求数据库31内包括工业流水线100生产节点处所需零件规格和数量数据，工艺流程数据库32内包括工业流水线100生产节点处的工艺流程数据，指令生成器33分别根据生产节点零件需求数据库31和工艺流程数据库32的数据生成零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令，并与自动控制服务器13通信连接。

前馈模块3主要是零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令的生成依据，根据当前生产工艺所需零件规格、数量、工艺流程等数据，依靠AI芯片来自动生成相关指令，大大缩短换产周期。

零件位置跟踪单元21包括电子标记装置211和电子标记识别装置212，电子标记装置211设置在零件智能库房101的出库处，用于在零件的非装配面贴装具有独一编码的电子标记102，电子标记识别装置212设置在工业流水线100上方，用于识别电子标记102的位置，并传输给修正执行单元23；

质检单元包括电子标记去除装置221、电子标记收纳盒222和电子标记质检模块223，电子标记去除装置221设置在工业流水线100的生产节点处，用于去除电子标记102，并摆放在电子标记收纳盒222处，电子标记质检模块223设置在电子标记收纳盒222正上方，用于识别电子标记收纳盒222内所有电子标记102，并将识别结果传输给修正执行单元23。

采用贴装电子标记102的方式来实现零件的跟踪，电子标记102可以是多种形式，可以是激光标记、Rfid标签、电子荧光贴等形式，在零件出库后电子标记识别装置212可以对电子标记102进行跟踪轨迹，为后续零件调度需求指令修正提供依据。

物流机器人11将贴装有的电子标记102放置在工业流水线100上时，电子标记102所在面朝上。

电子标记102所在面朝上，便于电子标记识别装置212进行位置跟踪。

电子标记去除装置221将去除的所有电子标记102都平铺摆放在电子标记收纳盒222处。

去除的所有电子标记102都平铺摆放在电子标记收纳盒222处，便于进行电子标记102进行装配后的识别点数，可以便捷地对漏装配进行识别。

电子标记102是电子荧光贴，电子标记装置211是自动贴标机，电子标记去除装置221是全自动脱标机。

电子荧光贴可以更加方便地被视觉系统识别。

修正执行单元23包括控制电路板231、存储卡232、位置修正判断芯片233和执行动作修正判断芯片234，存储卡232存储装配工艺数据库、位置修正算法和执行动作算法，存储卡232、位置修正判断芯片233和执行动作修正判断芯片234分别与控制电路板231通信连接，控制电路板231与自动控制服务器13通信连接。

修正判断芯片233和执行动作修正判断芯片234都属于AI芯片，能快捷地进行数据对比和指令生成。

基于闭环反馈的工业生产调度方法，具体步骤是：

步骤1，指令生成器33分别根据生产节点零件需求数据库31和工艺流程数据库32的数据生成零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令，并传输给自动控制服务器13；

步骤2，自动控制服务器13控制物流机器人11按照零件调度需求指令从零件智能库房101完成出库；

步骤3，电子标记装置211在出库的零件的非装配面贴装具有独一编码的电子标记102，物流机器人11将零件放在的工业流水线100指定位置；

步骤4，零件在工业流水线100上被输送到生产节点，电子标记去除装置221去除电子标记102，并摆放在电子标记收纳盒222，操作机器人12按照生产操作指令完成零件装配；

步骤5，位置修正判断芯片233接收零件位置跟踪单元21的零件位置数据，对比装配工艺数据库要求的零件位置数据，对物流机器人11取出零件放置在工业流水线100指定位置进行修正，生成新的零件调度需求指令，执行动作修正判断芯片234接收质检单元的识别结果，对比装配工艺数据，生成修正生产操作指令，同步调整质检指令，并传输给自动控制服务器13；

步骤6，自动控制服务器13按照修正后的零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令重复执行步骤1-5。

可以实现基于反馈数据自动实现调度控制指令的修正，提高生产效率，提高合格品率。

零件调度需求指令包括零件规格、零件数量和零件装配工位信息。

本发明实施例基于闭环反馈的工业生产调度系统及方法的实施原理为：

在具体的工业生产调度应用场景下，指令生成器33分别根据生产节点零件需求数据库31和工艺流程数据库32的数据生成零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令，并传输给自动控制服务器13；自动控制服务器13控制物流机器人11按照零件调度需求指令从零件智能库房101完成出库；自动贴标机在出库的零件的非装配面贴装具有独一编码的电子荧光贴，物流机器人11将零件放在的工业流水线100指定工位；零件在工业流水线100上被输送到生产节点，全自动脱标机去除电子标记102，并摆放在电子标记收纳盒222，操作机器人12按照生产操作指令完成零件装配；位置修正判断芯片233接收零件位置跟踪单元21的零件位置数据，对比装配工艺数据库要求的零件位置数据，对物流机器人11取出零件放置在工业流水线100指定位置进行修正，生成新的零件调度需求指令，执行动作修正判断芯片234接收质检单元的识别结果，对比装配工艺数据，生成修正生产操作指令，并传输给自动控制服务器13，自动控制服务器13按照修正后的零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令。

采用上述流程，工业化换产准备时间由之前的1天，到现在的1小时，合格品率从以前的85%上升到95%。

以上均为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于闭环反馈的工业生产调度系统，其特征在于：包括自动调度模块、前馈模块（3）、反馈及自动调度修正模块；

所述自动调度模块包括零件智能库房（101）、多个物流机器人（11）、多个操作机器人（12）和自动控制服务器（13），所述物流机器人（11）用于在零件智能库房（101）和工业流水线（100）之间执行零件调度需求指令，将零件运输到工业流水线（100）指定位置，所述操作机器人（12）设置在工业流水线（100）生产节点，用于执行生产操作指令，所述自动控制服务器（13）分别与多个物流机器人（11）和多个操作机器人（12）无线通信相连；

所述前馈模块（3）设置在工业流水线（100）各个节点，用于生成零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令，并与自动控制服务器（13）通信连接；

所述反馈及自动调度修正模块包括零件位置跟踪单元（21）、质检单元和修正执行单元（23），所述零件位置跟踪单元（21）对零件进行电子标记，并按照电子标记实时监控零件的位置，所述质检单元对组装后的半成品进行质检，对于零件的安装位置与标准安装位置进行对比，生成质检结果，所述零件位置跟踪单元（21）和质检单元分别与修正执行单元（23）通信连接，所述修正执行单元（23）根据零件位置跟踪单元（21）跟踪结果对零件调度需求指令进行修正，根据质检结果对生产操作指令和质检指令进行修正，并将修正后的零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令传输给自动控制服务器（13），自动控制服务器（13）控制前馈模块（3）生成修正后的零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令；

所述前馈模块（3）包括生产节点零件需求数据库（31）、工艺流程数据库（32）和基于AI芯片的指令生成器（33），所述生产节点零件需求数据库（31）内包括工业流水线（100）生产节点处所需零件规格和数量数据，所述工艺流程数据库（32）内包括工业流水线（100）生产节点处的工艺流程数据，所述指令生成器（33）分别根据生产节点零件需求数据库（31）和工艺流程数据库（32）的数据生成零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令，并与自动控制服务器（13）通信连接；

零件位置跟踪单元（21）包括电子标记装置（211）和电子标记识别装置（212），所述电子标记装置（211）设置在零件智能库房（101）的出库处，用于在零件的非装配面贴装具有独一编码的电子标记（102），所述电子标记识别装置（212）设置在工业流水线（100）上方，用于识别电子标记（102）的位置，并传输给修正执行单元（23）；

所述质检单元包括电子标记去除装置（221）、电子标记收纳盒（222）和电子标记质检模块（223），所述电子标记去除装置（221）设置在工业流水线（100）的生产节点处，用于去除电子标记（102），并摆放在电子标记收纳盒（222）处，所述电子标记质检模块（223）设置在电子标记收纳盒（222）正上方，用于识别电子标记收纳盒（222）内所有电子标记（102），并将识别结果传输给修正执行单元（23）；

电子标记去除装置（221）将去除的所有电子标记（102）都平铺摆放在电子标记收纳盒（222）处；

基于闭环反馈的工业生产调度系统进行调度，具体步骤是：

步骤1，指令生成器（33）分别根据生产节点零件需求数据库（31）和工艺流程数据库（32）的数据生成零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令，并传输给自动控制服务器（13）；

步骤2，自动控制服务器（13）控制物流机器人（11）按照零件调度需求指令从零件智能库房（101）完成出库；

步骤3，电子标记装置（211）在出库的零件的非装配面贴装具有独一编码的电子标记（102），物流机器人（11）将零件放在的工业流水线（100）指定位置；

步骤4，零件在工业流水线（100）上被输送到生产节点，电子标记去除装置（221）去除电子标记（102），并摆放在电子标记收纳盒（222），操作机器人（12）按照生产操作指令完成零件装配；

步骤5，位置修正判断芯片（233）接收零件位置跟踪单元（21）的零件位置数据，对比装配工艺数据库要求的零件位置数据，对物流机器人（11）取出零件放置在工业流水线（100）指定位置进行修正，生成新的零件调度需求指令，避免工业流水线100输送电机累计误差导致的位置误差带来的装配错误或者漏装；

执行动作修正判断芯片（234）接收质检单元的识别结果，对比装配工艺数据，生成修正生产操作指令，同步调整质检指令，并传输给自动控制服务器（13）；

步骤6，自动控制服务器（13）按照修正后的零件调度需求指令、生产操作指令和质检指令重复执行步骤1-5。

2.根据权利要求1所述的基于闭环反馈的工业生产调度系统，其特征在于：物流机器人（11）将贴装有的电子标记（102）放置在工业流水线（100）上时，电子标记（102）所在面朝上。

3.根据权利要求1所述的基于闭环反馈的工业生产调度系统，其特征在于：所述电子标记（102）是电子荧光贴，所述电子标记装置（211）是自动贴标机，所述电子标记去除装置（221）是全自动脱标机。

4.根据权利要求1所述的基于闭环反馈的工业生产调度方法，其特征在于：所述零件调度需求指令包括零件规格、零件数量和零件装配工位信息。

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