CN117806261B - 一种石材磨抛队列管理系统及方法 - Google Patents

一种石材磨抛队列管理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及石材加工技术领域，尤其涉及一种石材磨抛队列管理系统及方法，其系统包括磨抛设备、输送设备，还包括识别设备，用于识别并采集输送设备上多组石材小组待磨抛石材的石材信息；排序设备，用于根据石材信息，按照排序规则分别对每组石材小组待磨抛石材进行排序以得到每组石材小组的石材排序队列；调度设备，用于根据石材排序队列，基于石材信息对每组石材小组待磨抛石材进行分类，安排同类别的待磨抛石材使用同种磨抛材料进行磨抛，并按照调度规则调整每组石材小组的先后顺序和磨抛信息以生成生产计划；MES设备，用于根据生产计划对磨抛设备进行设备参数调整。本发明能对待磨抛石材的顺序和时间进行合理的安排和调度，提高磨抛效率和质量。

Description

一种石材磨抛队列管理系统及方法
技术领域
本发明涉及石材加工技术领域，尤其涉及一种石材磨抛队列管理系统及方法。
背景技术
石材磨抛过程中，对抛光石材的顺序和时间进行合理的安排和调度，是提高磨抛效率和质量的重要技术手段。由于抛光石材的种类、数量、规格、要求等因素的多样性和变化性，导致磨抛过程中存在着许多问题和挑战，为了解决这些问题和挑战，需要通过MES系统控制抛光设备分批对石材磨抛。
MES系统是制造执行系统的简称，它是一种面向车间生产的管理信息系统，可以实现生产过程的优化、控制和监控。通过人工对石材形状、尺寸、材料、表面粗糙度等特征的识别，在MES系统选择合适的磨抛方法和参数下发到磨抛设备，以提高磨抛设备的效率。
现有的石材磨抛队列管理方法流程图如图4所示，其方法如下：
1.对生产线上每个磨抛设备增加对应的PLC设备和编写对应的点位信息；
2.人工识别石材特征；
3.生产人员在MES系统编辑设备参数；
4.MES系统下发点位到PLC；
5.PLC控制设备按参数运行；
以上是通过人工识别磨抛石材特征后，由MES系统控制磨抛设备生产过程，但在实际生产中，因为磨抛石材没有排序形成生产队列管理，如果需要跟踪和统计，是没有相关数据记录下来的，同时如果需要多板磨抛，需要多个人工分别识别后在MES系统编辑设备参数，再通过PLC下发到磨抛设备分批生产，导致效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提出一种石材磨抛队列管理系统及方法，能对待磨抛石材的顺序和时间进行合理的安排和调度，提高磨抛效率和质量。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种石材磨抛队列管理系统，包括磨抛设备、输送设备，还包括：
识别设备，用于识别并采集所述输送设备上多组石材小组待磨抛石材的石材信息；
排序设备，用于根据石材信息，按照排序规则分别对每组石材小组待磨抛石材进行排序以得到每组石材小组的石材排序队列；
调度设备，用于根据石材排序队列，基于石材信息对每组石材小组待磨抛石材进行分类，安排同类别的待磨抛石材使用同种磨抛材料进行磨抛，并按照调度规则调整每组石材小组的先后顺序和磨抛信息以生成生产计划；
MES设备，用于根据生产计划对磨抛设备进行设备参数调整。
优选的，所述石材信息包括石材标签和石材特征。
优选的，所述识别设备的识别过程包括：
A1、每组石材小组待磨抛石材均贴有识别标签，所述识别标签存储有石材信息；
A2、通过识别技术识别待磨抛石材上的标签，并采集石材信息；
其中，所述识别技术包括RFID技术、视觉识别技术、蓝牙和NFC技术。
优选的，所述排序设备的排序过程包括：
B11、确认单个石材小组待抛磨石材的石材个数N；
B12、根据石材个数N确认首次相隔增量gap（i），其中i=1，gap（i）=floor（N/2），floor为向下取整函数；
B13、依次将相隔增量为gap（i）对应的两个石材的石材标签对比大小，若位于前者的标签大于位于后者的标签，则对调二者的位置；当无相隔增量为gap（i）对应的两个石材的石材标签时，则结束该趟排序；
B14、根据相隔增量gap（i）确认后续相隔增量gap（i+1），其中gap（i+1）=floor（gap（i）/2）；
B15、依次将相隔增量为gap（i+1）对应的两个石材的石材标签对比大小，若位于前者的标签大于位于后者的标签，则对调二者的位置；当无相隔增量为gap（i+1）对应的两个石材的石材标签时，则结束该趟排序；
B16、i=i+1，重复B14-B15，直至后续相隔增量gap（i）＜1或者gap（i+1）＜1，结束排序。
优选的，所述调度设备的调整过程包括：
C1、获取每组石材小组的到达时间和服务时间；
C2、比较各组石材小组的到达时间，确认到达时间最短的石材小组；
C3、将到达时间最短的石材小组排除出待调整的石材小组；
C4、计算剩下石材小组的响应比Rp，从中选出响应比Rp最高的石材小组排除出待调整的石材小组；
其中响应比Rp=（等待时间+服务时间）/服务时间=1+（等待时间/服务时间），等待时间=前石材小组的总服务时间-该石材小组的到达时间；
C5、重复步骤C4，直至完成每组石材小组的调度，得到每组石材小组的先后顺序。
优选的，所述磨抛设备通过PLC与MES设备进行通信连接；
所述通信连接的通讯协议包括MQTT、CoAP、LwM2M、HTTP、LoRaWAN和NB-IoT协议中的至少一种。
优选的，所述MES设备配置有所述磨抛设备的加工信息和通用信息；
所述加工信息为所述磨抛设备的磨抛配比，包括磨料种类、磨料粒度、磨具硬度、结合剂量、磨具的组织、成型密度和强度；
所述通用信息为磨抛设备的设备参数，包括磨头的气压、高度、电流和皮带速度。
一种石材磨抛队列管理方法，包括以下步骤：
S1、将磨抛设备通过PLC与MES设备进行通信连接，随后获取磨抛设备各工位的点位信息；
S2、将识别设备、排序设备和调度设备均与MES设备进行通信连接；
S3、通过识别系统识别并采集输送设备上多组石材小组待磨抛石材的石材信息，并发送至排序设备，其中石材信息包括石材标签和石材特征；
S4、排序设备根据石材信息，按照排序规则分别对每组石材小组待磨抛石材进行排序以得到每组石材小组的石材排序队列，将石材排序队列反馈调度设备；
S5、调度设备根据石材排序队列，基于石材信息对每组石材小组待磨抛石材进行分类，安排同类别的待磨抛石材使用同种磨抛材料进行磨抛，并按照调度规则调整每组石材小组的先后顺序和磨抛信息以生成生产计划；
S6、根据生产计划，在MES设备中根据点位信息配置抛光设备的加工信息和通用信息，并通过PLC传送磨抛设备的加工信息和通用信息；
S7、根据生产计划，输送设备调整每个待磨抛石材的先后顺序，送入对应的磨抛设备完成对待磨抛石材的加工。
上述技术方案中的一个技术方案具有以下有益效果：可根据车间的资源状况和生产准备条件，通过识别设备、排序设备和调度设备生成石材排序队列和生产计划，并实现在MES设备自动下发生产任务给现场设备和人员，实时监控和指导生产活动，跟踪工序和产品的状态，提高磨抛效率和质量，优化生产流程和资源利用率。
附图说明
图1是本发明一种石材磨抛队列管理系统的工作原理示意图；
图2是本发明一种石材磨抛队列管理方法的流程示意图；
图3是本发明一种石材磨抛队列管理方法的排序算法的原理示意图；
图4是现有技术的一种石材磨抛队列管理方法的流程图；
附图中：磨抛设备1、输送设备2、识别设备3、排序设备4、调度设备5、MES设备6。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，一种石材磨抛队列管理系统，包括磨抛设备1、输送设备2，还包括：
识别设备3，用于识别并采集所述输送设备2上多组石材小组待磨抛石材的石材信息；
排序设备4，用于根据石材信息，按照排序规则分别对每组石材小组待磨抛石材进行排序以得到每组石材小组的石材排序队列；
调度设备5，用于根据石材排序队列，基于石材信息对每组石材小组待磨抛石材进行分类，安排同类别的待磨抛石材使用同种磨抛材料进行磨抛，并按照调度规则调整每组石材小组的先后顺序和磨抛信息以生成生产计划；
MES设备6，用于根据生产计划对磨抛设备进行设备参数调整。
本技术方案主要应用于工业自动化、智能制造等领域。可根据车间的资源状况和生产准备条件，通过识别设备、排序设备和调度设备生成石材排序队列和生产计划，并实现在MES设备自动下发生产任务给现场设备和人员，实时监控和指导生产活动，跟踪工序和产品的状态，提高磨抛效率和质量，优化生产流程和资源利用率。
与传统的磨抛生产管理方法不同，通过本发明方案可解决传统石材在上板或下板时由人工纸质记录并排产的业务模式，实现运用数字化技术和智能化设备，对磨抛过程中的各种资源进行优化配置和自动调度，形成一套完善的磨抛管理技术。
更进一步的说明，所述石材信息包括石材标签和石材特征。
在本实施例中，生产前由生产人员对石材的石材信息进行录入，使得后续生成的石材加工队列能够准确控制磨抛设备完成对石材的加工，确保生产运行的正确性。
更进一步的说明，所述识别设备的识别过程包括：
A1、每组石材小组待磨抛石材均贴有识别标签，所述识别标签存储有石材信息；
A2、通过识别技术识别待磨抛石材上的标签，并采集石材信息；
其中，所述识别技术包括RFID技术、视觉识别技术、蓝牙和NFC技术。
在本实施例中，采用RFID技术、视觉识别技术、蓝牙、NFC技术实现了识别标签内石材信息数据的读取，具有节约成本，兼容性好以及应用范围广的积极效果。
更进一步的说明，所述排序设备的排序过程包括：
B11、确认单个石材小组待抛磨石材的石材个数N；
B12、根据石材个数N确认首次相隔增量gap（i），其中i=1，gap（i）=floor（N/2），floor为向下取整函数；
B13、依次将相隔增量为gap（i）对应的两个石材的石材标签对比大小，若位于前者的标签大于位于后者的标签，则对调二者的位置；当无相隔增量为gap（i）对应的两个石材的石材标签时，则结束该趟排序；
B14、根据相隔增量gap（i）确认后续相隔增量gap（i+1），其中gap（i+1）=floor（gap（i）/2）；
B15、依次将相隔增量为gap（i+1）对应的两个石材的石材标签对比大小，若位于前者的标签大于位于后者的标签，则对调二者的位置；当无相隔增量为gap（i+1）对应的两个石材的石材标签时，则结束该趟排序；
B16、i=i+1，重复B14-B15，直至后续相隔增量gap（i）＜1或者gap（i+1）＜1，结束排序。
如图3所示，有一组石材的石材标签分别标记为｛9,1,2,5,7,4,8,6,3,5｝，按照上述排序规则对多个石材标签的无序序列进行多次排序。
第一趟排序：总数为10，则gap（1）=N/2 =5，即依次将相隔增量为5的元素进行对比，若位于前者的标签大于位于后者的标签，则对调二者的位置。
1.将位于第1位的标签9与位于第6位的标签4进行对比，因为9＞4，对调二者的位置，此时石材序列更改为｛4,1,2,5,7,9,8,6,3,5｝；
2.将位于第2位的标签1与位于第7位的标签8进行对比，因为1＜8，不对调二者的位置，此时石材序列依旧为｛4,1,2,5,7,9,8,6,3,5｝；
3.将位于第3位的标签2与位于第8位的标签6进行对比，因为2＜6，不对调二者的位置，此时石材序列依旧为｛4,1,2,5,7,9,8,6,3,5｝；
4.将位于第4位的标签5与位于第9位的标签3进行对比，因为5＞3，对调二者的位置，此时石材序列更改为｛4,1,2,3,7,9,8,6,5,5｝；
5.将位于第5位的标签7与位于第10位的标签5进行对比，因为7＞5，不对调二者的位置，此时石材序列依旧为｛4,1,2,3,7,9,8,6,5,5｝；
由于在石材序列中，位于第5位的标签7无相隔增量为5的元素，因此此时第一趟排序已完成，此时石材序列为｛4,1,2,3,7,9,8,6,5,5｝。
接着进行接下来第二趟排序同理：将上次的gap缩小一半，即gap（2）=gap（1/2）=5/2=2.5(取整数2)，即依次将相隔增量为2的元素进行对比，若位于前者的标签大于位于后者的标签，则对调二者的位置。
接着进行接下来第三趟排序同理：再次把gap缩小一半，即gap（3）=gap（2/2）=2/2=1。即依次将相隔增量为1的两个元素进行对比，若位于前者的标签大于位于后者的标签，则对调二者的位置。
第四趟排序：再次把gap缩小一半，即gap（4）=gap（3/2）=1/2=0.5，由于gap（4）＜1，则该组石材排序队列完成，得到各石材在自身石材小组中的石材顺序为｛1,2,3,4,5，5,6,7,8,9｝。
更进一步的说明，所述调度设备的分析过程包括：
C1、获取每组石材小组的到达时间和服务时间；
C2、比较各组石材小组的到达时间，确认到达时间最短的石材小组；
C3、将到达时间最短的石材小组排除出待调整的石材小组；
C4、计算剩下石材小组的响应比Rp，从中选出响应比Rp最高的石材小组排除出待调整的石材小组；
其中响应比Rp=（等待时间+服务时间）/服务时间=1+（等待时间/服务时间），等待时间=前石材小组的总服务时间-该石材小组的到达时间；
C5、重复步骤C4，直至完成每组石材小组的调度，得到每组石材小组的先后顺序。
例如有四组石材队列，获取每组石材小组的到达时间和服务时间：
A组（到达时间：0，服务时间：6）；
B组（到达时间：3，服务时间：2）；
C组（到达时间：4，服务时间：4）；
D组（到达时间：4，服务时间：1）。
对比到达时间，确认到达时间最短的石材小组为A组，先执行A组，其余再通过响应比Rp判断执行哪个。
当A组执行完，计算剩下石材小组的响应比：
因为A组的服务时间为6分钟，所述B组、C组和D组的等待时间为6分钟；
Rp（B） = 1 + （6 - 3）/ 2 = 2.5；
Rp（C） = 1 + （6 - 4）/ 4 = 1.5；
Rp（D）= 1 + （6 - 4） / 1 = 3；
根据响应比Rp高的先执行执行D作业。
当D组执行完，计算剩下石材小组的响应比：
因为A组的服务时间为6分钟，所以D组要等到6分钟，加上D组自己的服务实际为1分钟，所以B组、C组和D组的等待时间为6+1=7分钟；
Rp（B） = 1 + （7 - 3）/2 = 2；
Rp（C） = 1 + （7- 4）/4 = 0.75；
根据响应比Rp高的先执行执行B作业，最后执行C作业。
更进一步的说明，所述磨抛设备通过PLC与MES设备进行通信连接；
所述通信连接的通讯协议包括MQTT、CoAP、LwM2M、HTTP、LoRaWAN和NB-IoT协议中的至少一种。
优选的，使用Modbus TCP通讯协议建立信息通道，Modbus协议为公开发表并无版权要求，相对于其它协议具有通用性的优点，同时性能较好，易于前期的部署和后期的维护。
更进一步的说明，所述MES设备配置有所述磨抛设备的加工信息和通用信息；
所述加工信息为所述磨抛设备的磨抛配比，包括磨料种类、磨料粒度、磨具硬度、结合剂量、磨具的组织、成型密度和强度；
所述通用信息为磨抛设备的设备参数，包括磨头的气压、高度、电流和皮带速度。
为确保经计算后的石材抛光队列能够即时加工，磨抛设备不仅需要通过PLC连接MES设备，还需传送本身相关的加工信息和通用信息，方便工作人员根据生产计划进行配置，提高生产效率。
一种石材磨抛队列管理方法，包括以下步骤：
S1、将磨抛设备通过PLC与MES设备进行通信连接，随后获取磨抛设备各工位的点位信息；
S2、将识别设备、排序设备和调度设备均与MES设备进行通信连接；
S3、通过识别系统识别并采集输送设备上多组石材小组待磨抛石材的石材信息，并发送至排序设备，其中石材信息包括石材标签和石材特征；
S4、排序设备根据石材信息，按照排序规则分别对每组石材小组待磨抛石材进行排序以得到每组石材小组的石材排序队列，将石材排序队列反馈调度设备；
S5、调度设备根据石材排序队列，基于石材信息对每组石材小组待磨抛石材进行分类，安排同类别的待磨抛石材使用同种磨抛材料进行磨抛，并按照调度规则调整每组石材小组的先后顺序和磨抛信息以生成生产计划；
S6、根据生产计划，在MES设备中根据点位信息配置抛光设备的加工信息和通用信息，并通过PLC传送磨抛设备的加工信息和通用信息；
S7、根据生产计划，输送设备调整每个待磨抛石材的先后顺序，送入对应的磨抛设备完成对待磨抛石材的加工。
本发明的另一目的是提供一种石材磨抛方法，具体的，通过识别系统识别输送设备上石材信息，经过排序设备和调度设备对数据分析和相关算法计算，对石材进行组合排序形成生产计划并在MES设备展示，还可以根据具体业务需求进行队列优化和调整，支持队列排队、调度、丢弃的过程，实现生产过程的优化、控制和监控，达到对石材磨抛过程进行有效的跟踪、分发的需求。
综上，本方法能够对石材磨抛过程进行有效的跟踪、分发，解决现有技术中存在的问题，优化生产流程、提高资源利用率，保证磨抛质量和效率。具体而言，本发明的目的包括：提供一种石材队列作为磨抛任务的管理方法，能够高效地磨抛大量的不同规格石材，保证磨抛工艺参数的一致性和资源利用的合理性。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种石材磨抛队列管理系统，包括磨抛设备、输送设备，其特征在于，还包括：
识别设备，用于识别并采集所述输送设备上多组石材小组待磨抛石材的石材信息；
排序设备，用于根据石材信息，按照排序规则分别对每组石材小组待磨抛石材进行排序以得到每组石材小组的石材排序队列；
调度设备，用于根据石材排序队列，基于石材信息对每组石材小组待磨抛石材进行分类，安排同类别的待磨抛石材使用同种磨抛材料进行磨抛，并按照调度规则调整每组石材小组的先后顺序和磨抛信息以生成生产计划；
MES设备，用于根据生产计划对磨抛设备进行设备参数调整；
其中所述排序设备的排序过程包括：
B11、确认单个石材小组待抛磨石材的石材个数N；
B12、根据石材个数N确认首次相隔增量gap（i），其中i=1，gap（i）=floor（N/2），floor为向下取整函数；
B13、依次将相隔增量为gap（i）对应的两个石材的石材标签对比大小，若位于前者的标签大于位于后者的标签，则对调二者的位置；当无相隔增量为gap（i）对应的两个石材的石材标签时，则结束该次排序；
B14、根据相隔增量gap（i）确认后续相隔增量gap（i+1），其中gap（i+1）=floor（gap（i）/2）；
B15、依次将相隔增量为gap（i+1）对应的两个石材的石材标签对比大小，若位于前者的标签大于位于后者的标签，则对调二者的位置；当无相隔增量为gap（i+1）对应的两个石材的石材标签时，则结束该次排序；
B16、i=i+1，重复B14-B15，直至后续相隔增量gap（i）＜1或者gap（i+1）＜1，结束排序；
所述调度设备的调整过程包括：
C1、获取每组石材小组的到达时间和服务时间；
C2、比较各组石材小组的到达时间，确认到达时间最短的石材小组；
C3、将到达时间最短的石材小组排除出待调整的石材小组；
C4、计算剩下石材小组的响应比Rp，从中选出响应比Rp最高的石材小组排除出待调整的石材小组；
其中响应比Rp=（等待时间+服务时间）/服务时间=1+（等待时间/服务时间），等待时间=前石材小组的总服务时间-该石材小组的到达时间；
C5、重复步骤C4，直至完成每组石材小组的调度，得到每组石材小组的先后顺序。
2.根据权利要求1所述的一种石材磨抛队列管理系统，其特征在于，所述石材信息包括石材标签和石材特征。
3.根据权利要求2所述的一种石材磨抛队列管理系统，其特征在于，所述识别设备的识别过程包括：
A1、每组石材小组待磨抛石材均贴有识别标签，所述识别标签存储有石材信息；
A2、通过识别技术识别待抛磨石材上的标签，并采集石材信息；
其中，所述识别技术包括RFID技术、视觉识别技术、蓝牙和NFC技术。
4.根据权利要求1所述的一种石材磨抛队列管理系统，其特征在于，所述磨抛设备通过PLC与MES设备进行通信连接；
所述通信连接的通讯协议包括MQTT、CoAP、LwM2M、HTTP、LoRaWAN和NB-IoT协议中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种石材磨抛队列管理系统，其特征在于，所述MES设备配置有所述磨抛设备的加工信息和通用信息；
所述加工信息为所述磨抛设备的磨抛配比，包括磨料种类、磨料粒度、磨具硬度、结合剂量、磨具的组织、成型密度和强度；
所述通用信息为磨抛设备的设备参数，包括磨头的气压、高度、电流和皮带速度。
6.一种石材磨抛队列管理方法，其特征在于，应用权利要求1-5任一项所述的一种石材磨抛队列管理系统，包括以下步骤：
S1、将磨抛设备通过PLC与MES设备进行通信连接，随后获取磨抛设备各工位的点位信息；
S2、将识别设备、排序设备和调度设备均与MES设备进行通信连接；
S3、通过识别系统识别并采集输送设备上多组石材小组待磨抛石材的石材信息，并发送至排序设备，其中石材信息包括石材标签和石材特征；
S4、排序设备根据石材信息，按照排序规则分别对每组石材小组待磨抛石材进行排序以得到每组石材小组的石材排序队列，将石材排序队列反馈调度设备；
S5、调度设备根据石材排序队列，基于石材信息对每组石材小组待磨抛石材进行分类，安排同类别的待磨抛石材使用同种磨抛材料进行磨抛，并按照调度规则调整每组石材小组的先后顺序和磨抛信息以生成生产计划；
S6、根据生产计划，在MES设备中根据点位信息配置抛光设备的加工信息和通用信息，并通过PLC传送磨抛设备的加工信息和通用信息；
S7、根据生产计划，输送设备调整每个待磨抛石材的先后顺序，送入对应的磨抛设备完成对待磨抛石材的加工；
其中所述排序设备的排序过程包括：
B11、确认单个石材小组待抛磨石材的石材个数N；
B12、根据石材个数N确认首次相隔增量gap（i），其中i=1，gap（i）=floor（N/2），floor为向下取整函数；
B13、依次将相隔增量为gap（i）对应的两个石材的石材标签对比大小，若位于前者的标签大于位于后者的标签，则对调二者的位置；当无相隔增量为gap（i）对应的两个石材的石材标签时，则结束该次排序；
B14、根据相隔增量gap（i）确认后续相隔增量gap（i+1），其中gap（i+1）=floor（gap（i）/2）；
B15、依次将相隔增量为gap（i+1）对应的两个石材的石材标签对比大小，若位于前者的标签大于位于后者的标签，则对调二者的位置；当无相隔增量为gap（i+1）对应的两个石材的石材标签时，则结束该次排序；
B16、i=i+1，重复B14-B15，直至后续相隔增量gap（i）＜1或者gap（i+1）＜1，结束排序；
所述调度设备的调整过程包括：
C1、获取每组石材小组的到达时间和服务时间；
C2、比较各组石材小组的到达时间，确认到达时间最短的石材小组；
C3、将到达时间最短的石材小组排除出待调整的石材小组；
C4、计算剩下石材小组的响应比Rp，从中选出响应比Rp最高的石材小组排除出待调整的石材小组；
其中响应比Rp=（等待时间+服务时间）/服务时间=1+（等待时间/服务时间），等待时间=前石材小组的总服务时间-该石材小组的到达时间；
C5、重复步骤C4，直至完成每组石材小组的调度，得到每组石材小组的先后顺序。
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