CN110109433B - 柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统，包括缓冲区设置模块、设备侧动态调度模块和缓冲区侧动态调度模块；所述缓冲区设置模块用于基于辊道对工序内在线的各台并行设备进行缓冲区设置；所述设备侧动态调度模块用于处置所述设备产生的在制品调度请求；所述缓冲区侧动态调度模块用于处置所述缓冲区内部产生的在制品调度请求。本发明的柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统能够有效衔接上下道工序实现柔性流水车间缓冲区物流的自动化输送，而且使并行设备负载均衡，避免出现拥堵或断供问题，并能够实现设备故障后的WIP重调度。
Description
技术领域
本发明涉及智能制造的技术领域，特别是涉及一种柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统。
背景技术
以互联网技术为代表的新技术革命给社会众多产业带来了深刻变革，制造业的变革也越来越清晰地展现出来。为迎接新一轮科技革命和产业变革，德国三大协会ZVEI、VDMA和BITCOM在2013年的汉诺威工业展上成立工业4.0联盟，提出建设“信息物理系统”，积极布局“智能工厂”。2015年中国发布《中国制造2025》，部署推进实施制造强国战略，提出以推进信息化和工业化深度融合为主线，大力发展智能制造。智能物流可以感知、思维、推理、路径规划和决策等，是连接供应链和制造的重要环节，也是打造智能工厂的基石。未来智能物流将融入智能制造工艺流程，智能物流控制系统将负责生产设备和被处理对象的衔接工作，起到承上启下的作用。
柔性流水车间(Flexible Flow Shop，FFS)是指每个在制品(Work In Process，WIP)都有相同的包含多个工序的加工流程，且每个加工工序有多台并行机器的制造环境。为避免由于上下道工序之间生产节拍不同以及设备异常而造成拥堵或断供，工序之间往往设置一定容量的缓冲区。针对柔性流水车间缓冲区容量的配置和优化问题，现有技术中已有较多研究，例如在限制WIP总数的条件下使系统产能最大化，以及在满足产能需求的条件下使WIP总数最小化等。
然而，针对柔性流水车间缓冲区物流自动化中的一些问题，包括如何衔接上下道工序实现缓冲区物流自动化输送，以使并行设备负载均衡、避免出现拥堵或断供问题、以及设备故障后WIP重调度等，尚未发现相关方法。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统，能够有效衔接上下道工序实现柔性流水车间缓冲区物流的自动化输送，而且使并行设备负载均衡，避免出现拥堵或断供问题，并能够实现设备故障后的WIP重调度。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统，包括缓冲区设置模块、设备侧动态调度模块和缓冲区侧动态调度模块；所述缓冲区设置模块，通信连接所述柔性流水车间的各道工序中的各台并行设备，用于基于辊道对工序内在线的各台并行设备进行缓冲区设置；所述设备侧动态调度模块，通信连接所述柔性流水车间的各道工序中的各台并行设备和所述缓冲区设置模块，用于处置所述设备产生的在制品调度请求；所述缓冲区侧动态调度模块，通信连接所述设备侧动态调度模块和所述缓冲区设置模块，用于处置所述缓冲区内部产生的在制品调度请求。
于本发明一实施例中，对于在线的设备，所述缓冲区设置模块根据预设条件设置所述设备的缓冲区起始位置、容量和各个缓冲区在制品的拉动方向，其中所述缓冲区起始位置靠近所述设备，包括与所述容量匹配的连续节辊道，每节辊道具有独立可控的动力电机，且从所述缓冲区起始位置到所述设备的路径上不设置其它设备的缓冲区；所述各个缓冲区在制品的拉动方向与在制品流入方向一致。
于本发明一实施例中，所述预设条件包括所述设备所在工序与上道工序的生产节拍、缓冲区总容量、所在工序在制品入口与每台设备的距离以及设备负载均衡。
于本发明一实施例中，对于空闲设备的在制品请求，所述设备侧动态调度模块搜索所述设备的缓冲区，若所述缓冲区内不存在没有任务的在制品，则将所述在制品请求存入静态请求表；若所述缓冲区内存在没有任务的在制品，则将所述缓冲区内没有任务且最靠近缓冲区起始位置的在制品调度到所述设备，同时统计所述缓冲区内没有任务的在制品和运往缓冲区的在制品总数，若所述在制品总数小于所述缓冲区的容量，则产生一个对所述缓冲区的上游缓冲区的在制品请求。
于本发明一实施例中，对于进入设备的缓冲区的在制品，所述缓冲区侧动态调度模块检查静态请求表，若所述设备或所述缓冲区的前方缓冲区存在静态请求，则根据预设规则选择一个静态请求作为在制品请求，将所述静态请求从所述静态请求表中删除，并调用所述设备侧动态调度模块处置所述在制品请求。
于本发明一实施例中，所述预设规则为时间先后或优先级高低。
于本发明一实施例中，还包括初始化调度模块，通信连接所述缓冲区设置模块和所述设备侧动态调度模块，用于系统初始化时的缓冲区物流调度，以实现缓冲区物流从静态到自动物流输送。
于本发明一实施例中，所述初始化调度模块执行以下初始化操作：
调用缓冲区设置模块对工序内的各台在线并行设备进行缓冲区设置；
对于设备缓冲区外部的在制品，确认在制品两侧的缓冲区距离，并将所述在制品调度到较近的缓冲区；
对于在线设备产生的在制品调度请求，调用所述设备侧动态调度模块。
于本发明一实施例中，还包括设备故障重调度模块，通信连接所述初始化调度模块，用于处置设备故障后缓冲区的在制品。
于本发明一实施例中，当设备故障时，所述设备故障重调度模块将所述设备所在工序及所在工序的上道工序的缓冲区物流任务全部停止，将所述设备设置为离线，然后调用所述初始化调度模块，以实现该区域物流的重调度。
如上所述，本发明的柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统，具有以下有益效果：
(1)通过缓冲区设置、设备侧动态调度、缓冲区侧动态调度、初始化调度和设备故障重调度能够有效衔接上下道工序实现柔性流水车间缓冲区物流的自动化输送；
(2)能够使并行设备负载均衡，避免出现拥堵或断供问题；
(3)能够实现设备故障后的WIP重调度。
附图说明
图1显示为本发明的柔性流水车间于一实施例中的结构示意图；
图2显示为本发明的柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统于一实施例中的结构示意图；
图3显示为本发明的缓冲区配置模块于一实施例中的结构示意图。
元件标号说明
1 缓冲区设置模块
2 设备侧动态调度模块
3 缓冲区侧动态调度模块
4 初始化调度模块
5 设备故障重调度模块
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
为有效衔接上下道工序实现柔性流水车间缓冲区物流的自动化输送，以使并行设备负载均衡、避免出现拥堵或断供问题，以及实现设备故障后WIP重调度，本发明提出了柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统。
如图1所示即为柔性流水车间的一具体实施例。其中，柔性流水车间从左到右依次包含3个工序M1～M3，工序M1有5台并行设备M1-1～M1-5，工序M2有4台并行设备M2-1～M2-4，工序M3有6台并行设备M3-1～M3-6。其中，每个工序的所有并行设备具有同样的加工能力。WIP从工序M1进入生产线，经过工序M2，在工序M3完成生产，并退出生产线，得到成品。其中，工序1产出的WIP从工序2的上方进入，工序2产出的WIP从工序3的上方进入。
在所述柔性流水车间中，自动化物流输送线连接着上道工序和下道工序之间的所有设备。在本发明中，输送工具采用单节可控的双向辊道，每节辊道都有电机，可实现单独启停，并可正反向输送WIP。
如图2所示，于一实施例中，本发明的柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统包括缓冲区设置模块1、设备侧动态调度模块2和缓冲区侧动态调度模块3。
所述缓冲区设置模块1通信连接所述柔性流水车间的各道工序中的各台并行设备，用于基于辊道对工序内在线的各台并行设备进行缓冲区设置。具体地，对于在线的设备，所述缓冲区设置模块根据预设条件设置所述设备的缓冲区起始位置、容量和各个缓冲区在制品的拉动方向，其中所述缓冲区起始位置靠近所述设备，包括与所述容量匹配的连续节辊道，每节辊道具有独立可控的动力电机，且从所述缓冲区起始位置到所述设备的路径上不设置其它设备的缓冲区；所述各个缓冲区在制品的拉动方向与在制品流入方向一致。于本发明一实施例中，所述预设条件包括所述设备所在工序与上道工序的生产节拍、缓冲区总容量、所在工序在制品入口与每台设备的距离以及设备负载均衡。
如图3所示，于本发明一实施例中，工序2的设备M2-1、M2-3、M2-4在线，基于辊道对工序2的缓冲区进行设置，其中辊道用左侧矩形表示。在靠近设备的位置确定缓冲区起始辊道，工序2的3台在线并行设备的缓冲区起始位置分别为辊道1、辊道9和辊道14。由于工序1产出的WIP从工序的上方进入，考虑4台并行设备与WIP入口的距离，确定3个缓冲区的大小分别为1、2、3，即Buffer_M2-1＝(1)，Buffer_M2-3＝(8，9)，Buffer_M2-4＝(12，13，14)。缓冲区之间的物流调度方向为Buffer_M2-1→Buffer_M2-3→Buffer_M2-4，从而与WIP流入方向一致。
所述设备侧动态调度模块2，通信连接所述柔性流水车间的各道工序中的各台并行设备和所述缓冲区设置模块1，用于处置所述设备产生的在制品调度请求。于本发明一实施例中，对于空闲设备的在制品请求，所述设备侧动态调度模块搜索所述设备的缓冲区，若所述缓冲区内不存在没有任务的在制品，则将所述在制品请求存入静态请求表；若所述缓冲区内存在没有任务的在制品，则将所述缓冲区内没有任务且最靠近缓冲区起始位置的在制品调度到所述设备，同时统计所述缓冲区内没有任务的在制品和运往缓冲区的在制品总数，若所述在制品总数小于所述缓冲区的容量，则产生一个对所述缓冲区的上游缓冲区的在制品请求。
具体地，如图3所示的实施例中，当设备M2-2有WIP请求时，搜索其缓冲区Buffer_M2-2。若该缓冲区内没有WIP，或者每一个WIP均有任务(即运往其它设备或缓冲区)，即不存在没有任务的WIP，则将该请求存入静态请求表Require_static。若该缓冲区内存在没有任务的WIP，如恰有两个WIP没有任务，则选择靠近缓冲区起点即辊道5上的WIP，将其调度到设备M2-2。同时统计缓冲区Buffer_M2-2内没有任务的WIP和运往缓冲区Buffer_M2-2的WIP总数，发现其为1，小于缓冲区Buffer_M2-2的容量2，从而根据缓冲区之间的物流调度方向，产生一个缓冲区Buffer_M2-2的WIP请求。对于该请求，重新调用所述设备侧动态调度模块2。根据缓冲区之间的物流调度方向，搜索该请求对应的缓冲区Buffer_M2-1。需要说明的是，缓冲区Buffer_M2-1的WIP请求的处理流程与缓冲区Buffer_M2-2的WIP请求的处理流程一致，故在此不再赘述。
所述缓冲区侧动态调度模块3，通信连接所述设备侧动态调度模2块和所述缓冲区设置模块1，用于处置所述缓冲区内部产生的在制品调度请求。于本发明一实施例中，对于进入设备的缓冲区的在制品，所述缓冲区侧动态调度模块检查静态请求表，若所述设备或所述缓冲区的前方缓冲区存在静态请求，则根据预设规则选择一个静态请求作为在制品请求，将所述静态请求从所述静态请求表中删除，并调用所述设备侧动态调度模块处置所述在制品请求。
具体地，如图3所示的实施例中，若进入缓冲区Buffer_M2-2的WIP输送任务完成后，检查静态请求表Require_static，若设备M2-2或缓冲区Buffer_M2-3有静态请求，则根据时间先后或优先级高低等选择一个静态请求作为WIP请求，将其从Require_static中删除，然后调用所述设备侧动态调度模块2处置该WIP请求。
于本发明一实施例中，本发明的柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统还包括初始化调度模块4，通信连接所述缓冲区设置模块1和所述设备侧动态调度模块2，用于系统初始化时的缓冲区物流调度，以实现缓冲区物流从静态到自动物流输送。于本发明一实施例中，所述初始化调度模块4执行以下初始化操作：
A)调用缓冲区设置模块对工序内的各台在线并行设备进行缓冲区设置；
B)对于设备缓冲区外部的在制品，确认在制品两侧的缓冲区距离，并将所述在制品调度到较近的缓冲区；
C)对于在线设备产生的在制品调度请求，调用所述设备侧动态调度模块。
如图3所示，在该实施例中，若初始时设备M2-1，M2-3，M2-4在线，且M2-3空闲，M2-1和M2-4上有WIP，辊道1、5、9、11、12上均有WIP。所述初始化调度模块4调用所述缓冲区设置模块1对工序内的各台在线并行设备进行缓冲区设置，产生3个缓冲区Buffer_M2-1＝(1)，Buffer_M2-3＝(8，9)，Buffer_M2-4＝(12，13，14)。然后将缓冲区外部的WIP进行调度，生成2个调度任务，即Task_1＝5→Buffer_M2-3，Task_2＝11→Buffer_M2-4。最后，对于空闲的在线设备M2-3产生一个WIP请求，调用所述设备侧动态调度模块2。
于本发明一实施例中，本发明的柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统还包括设备故障重调度模块5，通信连接所述初始化调度模块4，用于处置设备故障后缓冲区的在制品。于本发明一实施例中，当设备故障时，所述设备故障重调度模块4将所述设备所在工序及所在工序的上道工序的缓冲区物流任务全部停止，将所述设备设置为离线，然后调用所述初始化调度模块4，以实现该区域物流的重调度。
如图3所示，在该实施例中，当设备M2-2故障时，将工序2缓冲区内的全部物流任务停止，将设备M2-2设置为离线，然后调用初始化调度模块。
综上所述，本发明的柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统通过缓冲区设置、设备侧动态调度以及缓冲区侧动态调度能够有效衔接上下道工序实现柔性流水车间缓冲区物流的自动化输送；能够使并行设备负载均衡，避免出现拥堵或断供问题；能够实现设备故障后的WIP重调度。所以，本发明解决了柔性流水车间缓冲区物流自动化中的多个关键技术问题而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统，其特征在于：包括缓冲区设置模块、设备侧动态调度模块和缓冲区侧动态调度模块；
所述缓冲区设置模块，通信连接所述柔性流水车间的各道工序中的各台并行设备，用于基于辊道对工序内在线的各台并行设备进行缓冲区设置；
所述设备侧动态调度模块，通信连接所述柔性流水车间的各道工序中的各台并行设备和所述缓冲区设置模块，用于处置所述设备产生的在制品调度请求；
所述缓冲区侧动态调度模块，通信连接所述设备侧动态调度模块和所述缓冲区设置模块，用于处置所述缓冲区内部产生的在制品调度请求；
对于空闲设备的在制品请求，所述设备侧动态调度模块搜索所述设备的缓冲区，若所述缓冲区内不存在没有任务的在制品，则将所述在制品请求存入静态请求表；若所述缓冲区内存在没有任务的在制品，则将所述缓冲区内没有任务且最靠近缓冲区起始位置的在制品调度到所述设备，同时统计所述缓冲区内没有任务的在制品和运往缓冲区的在制品总数，若所述在制品总数小于所述缓冲区的容量，则产生一个对所述缓冲区的上游缓冲区的在制品请求。
2.根据权利要求1所述的柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统，其特征在于：对于在线的设备，所述缓冲区设置模块根据预设条件设置所述设备的缓冲区起始位置、容量和各个缓冲区在制品的拉动方向，其中所述缓冲区起始位置靠近所述设备，包括与所述容量匹配的连续节辊道，每节辊道具有独立可控的动力电机，且从所述缓冲区起始位置到所述设备的路径上不设置其它设备的缓冲区；所述各个缓冲区在制品的拉动方向与在制品流入方向一致。
3.根据权利要求1所述的柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统，其特征在于：所述预设条件包括所述设备所在工序与上道工序的生产节拍、缓冲区总容量、所在工序在制品入口与每台设备的距离以及设备负载均衡。
4.根据权利要求1所述的柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统，其特征在于：对于进入设备的缓冲区的在制品，所述缓冲区侧动态调度模块检查静态请求表，若所述设备或所述缓冲区的前方缓冲区存在静态请求，则根据预设规则选择一个静态请求作为在制品请求，将所述静态请求从所述静态请求表中删除，并调用所述设备侧动态调度模块处置所述在制品请求。
5.根据权利要求4所述的柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统，其特征在于：所述预设规则为时间先后或优先级高低。
6.根据权利要求1所述的柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统，其特征在于：还包括初始化调度模块，通信连接所述缓冲区设置模块和所述设备侧动态调度模块，用于系统初始化时的缓冲区物流调度，以实现缓冲区物流从静态到自动物流输送。
7.根据权利要求6所述的柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统，其特征在于：所述初始化调度模块执行以下初始化操作：
调用缓冲区设置模块对工序内的各台在线并行设备进行缓冲区设置；
对于设备缓冲区外部的在制品，确认在制品两侧的缓冲区距离，并将所述在制品调度到较近的缓冲区；
对于在线设备产生的在制品调度请求，调用所述设备侧动态调度模块。
8.根据权利要求1所述的柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统，其特征在于：还包括设备故障重调度模块，通信连接所述初始化调度模块，用于处置设备故障后缓冲区的在制品。
9.根据权利要求8所述的柔性流水车间的基于辊道的缓冲区智能物流调度系统，其特征在于：当设备故障时，所述设备故障重调度模块将所述设备所在工序及所在工序的上道工序的缓冲区物流任务全部停止，将所述设备设置为离线，然后调用所述初始化调度模块，以实现该区域物流的重调度。
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