柔性制造调度系统及包括其的制造系统的制作方法

本公开涉及自动化制造领域，尤其涉及一种轻量化柔性制造调度系统以及包括该轻量化柔性制造调度系统的制造系统。

背景技术：

传统的大型自动化生产线需要制造执行系统(mes)和产线控制系统配合进行生产制造的调度与控制。mes的主要功能为排产，即将订单下发给设备。设备可以分为两类：一类是标准化产线，通常只生产一种产品或工艺参数类似的产品，其调度逻辑相对简单，因此调度逻辑一般写在诸如plc(可编程逻辑控制器)之类的控制系统中；另一类是混合产线，适用于多品种、小批量产品的生产，其调度逻辑相对复杂，如果将对应的调度逻辑写入plc，相对而言较为复杂且难以实现。但如果针对此多品种、小批量混合产线应用传统大型mes，则无法实现成本效益。

因此，需要一种面向小型生产线的轻量化柔性制造调度系统。

技术实现要素：

本公开的一个方面提供了一种柔性制造调度系统，其与至少一个控制器可通信地连接，每个控制器用于控制至少一个执行器。该柔性制造调度系统可以包括处理器。处理器可以被配置成用于：接收订单信息；基于预先编程的与订单信息相对应的调度逻辑控制至少一个控制器中的一个或多个，以致使控制器控制至少一个执行器的动作来履行订单任务。调度逻辑是履行所述订单任务所需的、能由所述控制器识别和执行的指令集。

在一个示例实现中，调度逻辑可以是履行订单任务所需的、能由控制器识别和执行的指令集。

在一个示例实现中，指令集可以包括能由控制器识别和执行的一条或多条调度指令。

在一个示例实现中，调度指令可以指示履行订单所需的一个或多个控制步骤。

在一个示例实现中，处理器可以进一步被配置成用于将一条或多条调度指令发送给对应的控制器。

在一个示例实现中，控制器可以被配置成用于基于调度指令生成控制至少一个执行器的动作的控制指令。

在一个示例实现中，订单信息可以获取自制造执行系统mes。

在一个示例实现中，柔性制造调度系统可以通过第一通信协议与至少一个控制器通信，并且通过与第一通信协议不同的第二通信协议与mes通信。

在一个示例实现中，第一通信协议可以为opcua。

在一个示例实现中，柔性制造调度系统可以进一步包括下单系统，用于接收用户输入来生成订单信息，并将订单信息传送给处理器。

在一个示例实现中，柔性制造调度系统可以进一步包括本地客户端。本地客户端可以被配置成用于呈现来自至少一个控制器的、表示至少一个执行器的运行状态数据、生产任务执行情况以及生产数据的统计分析信息。

在一个示例实现中，本地客户端可以通过套接字与处理器交换数据。

本公开的另一方面提供了一种制造系统，包括：至少一个执行器；至少一个控制器，每个控制器用于控制至少一个执行器中的一个或多个；以及柔性制造调度系统，与至少一个控制器可通信地连接，每个控制器用于控制至少一个执行器。柔性制造调度系统可以包括处理器。处理器可以被配置成用于：接收订单信息；基于预先编程的与订单信息相对应的调度逻辑控制至少一个控制器中的一个或多个，以致使控制器控制至少一个执行器的动作来履行订单任务。调度逻辑是履行所述订单任务所需的、能由所述控制器识别和执行的指令集。

本公开的又另一方面提供了一种制造系统，包括：制造执行系统mes；至少一个执行器；至少一个控制器，每个控制器用于控制至少一个执行器中的一个或多个；以及柔性制造调度系统，与至少一个控制器以及mes可通信地连接，每个控制器用于控制至少一个执行器。柔性制造调度系统可以包括处理器。处理器可以被配置成用于：从mes接收订单信息；基于预先编程的与订单信息相对应的调度逻辑控制至少一个控制器中的一个或多个，以致使控制器控制至少一个执行器的动作来履行订单任务。调度逻辑是履行所述订单任务所需的、能由所述控制器识别和执行的指令集。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图进行简单地介绍，下文描述的附图是本发明的一些实施方式。

图1是图示出根据实施例的示例柔性制造调度系统100的框图。

图2是图示出根据实施例的示例柔性制造调度系统100中各单元的相互协作关系的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地表述，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例都将落入本发明的保护范围。

在以下描述中，陈述了众多特定细节。然而，应当理解，可在没有这些特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其他实例中，未详细示出公知的电路、结构和技术，以免使对本描述的理解模糊。

说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用表明所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例不一定都包括该特定的特征、结构或特性。此外，此类短语不一定是指同一个实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，认为结合无论是否被明确描述的其他实施例而影响此类特征、结构或特性是在本领域技术人员的知识范围之内的。

出于本公开的目的，短语“a和/或b”意指(a)、(b)或(a和b)。出于本公开的目的，短语“a、b、和/或c”意指(a)、(b)、(c)、(a和b)、(a和c)、(b和c)或(a、b和c)。

对于小型生产线或示范类产线，其周期短，成本低，流程逻辑的自定义程度高，引入mes不具有成本效益。如果将对应的调度逻辑写入plc，相对而言较为复杂且难以实现。而且，各制造执行单元的plc可能是相互独立的，需要分别进行修改。另一方面，在向应用了mes的大型生产线中添加这种小型生产线的情况下，需要对mes进行修改以适应新增的生产线。然而，mes的规模较大，针对小型生产线进行这种修改同样不具有成本效益，而且这种修改可能导致整个系统无法运行并且往往无法进行这种修改。

本公开的柔性制造调度系统能够充当mes与产线控制设备的中间层，也可以在产线未达到需要对接mes的规模(例如小规模生产线、示范展示线等)时实现mes的一部分功能以满足自动化生产需要。本公开的柔性制造调度系统具备智能生产所必需的功能，如设备数据、订单管理、能源管理、过程数据、生产检验、质量追溯等，能更好地适应小规模产线。同时，本公开的柔性制造调度系统融合了产线控制的功能，对物料的出入库进行动态管理与约束，对生产过程进行实时监控与智能调度，降低现场管理难度，实现柔性生产。

此外，在mes系统与现场plc之间进行数据交换的过程中，由于各个应用程序开发商都有自己的通信系统。部分技术力量强的开发商拥有自己完善的通信体系，有着属于自己的通信标准。但多数开发商没有形成自己的通信体系，通信模块的开发过程都是伴随着应用程序开发过程同时进行。以上原因造成mes可能与设备plc之间的通信标准不统一，通信模块开发复杂，同时不利于最终用户的使用与维护。本公开的柔性制造调度系统作为mes与plc的中间层能够对plc的通信接口进行扩展，使其能够与其他通信类型的mes或其他外部系统（例如wms(仓储管理系统)）对接。

本文描述的opcua(opc(面向对象的链接和嵌入)统一架构)是一种通信标准，用于重要工业网络和关键基础设施网络中不同系统之间的数据安全传输，是opc的改进版本。在各个实施例中，也可以将opcua替换为opc或其他通信标准，不影响本公开的实现。

本文描述的socket(套接字)是对网络中不同应用进程之间进行双向通信的端点的抽象，用于完成两个应用程序之间的数据传输的技术。

图1是图示出根据实施例的示例柔性制造调度系统100的框图。系统100包括本地服务器3，用于与生产线上的agv调度系统4以及用于控制各单元执行部件和传感器7的各单元设备plc5可通信地连接以实现本公开描述的各种功能。本地服务器3作为本公开的轻量化柔性制造调度系统的载体，可以作为中间层来与传统的mes对接。当然，本地服务器3也可以单独对agv调度系统4以及各单元设备plc5进行控制来实现智能调度。

本地服务器3包括本地数据库32、本地服务器端程序34、本地客户端程序36和opcua服务器38。

本地服务器端程序34作为处理单元，用于生产单元的调度、数据交换等。本地服务器端程序34通过socket服务器342与本地客户端程序36的socket客户端362进行socket通信。本地服务器端程序34还通过opcua客户端344与opcua服务器38进行opcua通信。opcua服务器38与各单元设备plc5通过opcua通信交换数据。也可以由本地服务器端程序34通过数据库方式与各单元设备plc5交换数据。agv调度系统4通过socket协议与agv6通信。

本地客户端程序36可用于呈现当前生产设备的运行状态数据、生产任务执行情况以及生产数据的统计分析。具体而言，来自各单元设备plc5的数据经由opcua服务器38及本地数据库32被本地服务器端程序34接收。本地服务器端程序34可以将经处理的数据通过socket通信传送给本地客户端程序36以便在诸如显示器之类的输出设备上显示。

本地数据库32中存储有但不限于订单信息、执行部件状态数据、传感器数据、检验数据等，以实现各种智能生产功能。

如上文所述，mes主要负责排产。在企业生产制造中，会基于物料、人员、生产设备等因素制作出某段时间的生产计划。然后，利用现有的物料、人员、生产设备等因素按照预先的生产计划生产。mes可以确定预定时间段内货物的生产计划数据。生产计划数据中携带有该预定时间段内预计生产的货物数量。然而，生产计划数据并不能直接实现对各单元执行部件和传感器7的控制。

例如，对于利用增湿机进行的增湿计划，涉及到增湿机的状态，物料的搬送、增湿机的启动、状态监控等诸多环节。这些控制调度逻辑难以编程到各执行部件的设备plc5中。在小规模产线的情况下，修改mes来实现调度逻辑也不具有成本效益，甚至有些小规模产线原本就不具备mes。

本实施例的本地服务器3在本地数据库32中预先存储了与订单信息相对应的调度逻辑。以增湿订单为例，示例调度逻辑可以包括：

步骤1)判断plc5是否为空闲状态。若是，则进入步骤2)，若否，则再次执行步骤1)；

步骤2)判断增湿系统入口的传感器是否检测到物料箱。若是，则进入步骤3)，若否，则再次执行步骤2)；

步骤3)判断增湿机是否有空闲增湿位置。若是，则进入步骤4)，若否，则再次执行步骤3)；

步骤4)向plc5发送指令，以将增湿箱从等待区抓取到倒箱机构。然后进入步骤5)；

步骤5)判断来自plc5的结果消息是否表示任务执行成功。若是，则进入步骤6)，若否，则进入异常处理流程；

步骤6)向plc5发送指令，以对倒箱机构上的增湿箱扫码。然后进入步骤7)；

步骤7)判断来自plc5的结果消息是否表示任务执行成功且包含条码信息。若是，则进入步骤8)，若否，则进入异常处理流程；

步骤8)判断条码信息与系统记录是否一致。若是，则进入步骤9)，若否，则进入异常处理流程；

步骤9)向plc5发送指令，以使倒箱机构电机转动。然后进入步骤10)；

步骤10)判断来自plc5的结果消息是否表示任务执行成功。若是，则进入步骤11)，若否，则进入异常处理流程；

步骤11)向plc5发送指令，以将物料箱从增湿系统入口抓取到倒箱机构。然后进入步骤12)；

步骤12)判断来自plc5的结果消息是否表示任务执行成功。若是，则进入步骤13)，若否，则进入异常处理流程；

步骤13)向plc5发送指令，以对倒箱机构上的物料箱扫码。然后进入步骤14)；

步骤14)判断来自plc5的结果消息是否表示任务执行成功。若是，则进入步骤15)，若否，则进入异常处理流程；

步骤15)根据物料箱条码信息，与wms(仓储管理系统)系统通信得到物料信息及增湿程序号等；将此时倒箱机构上的增湿箱和物料箱的条码信息记录并绑定；向plc5发送指令，以使倒箱机构电机转动。然后进入步骤16)；

步骤16)判断来自plc5的结果消息是否表示任务执行成功。若是，则进入步骤17)，若否，则进入异常处理流程；

步骤17)向plc5发送指令，以将盛有物料的增湿箱抓取到增湿位置(同时将增湿程序号发送给plc5)。然后进入步骤18)；

步骤18)判断来自plc5的结果消息是否表示任务执行成功。若是，则进入步骤19)，若否，则进入异常处理流程；

步骤19)由plc5将增湿程序号发送给增湿机，并通知增湿机启动增湿程序；

向plc5发送指令，以使倒箱机构电机转动。然后进入步骤20)；

步骤20)判断来自plc5的结果消息是否表示任务执行成功。若是，则进入步骤21)，若否，则进入异常处理流程；

步骤21)向plc5发送指令，以将空物料箱抓取到等待区。

以上描述了一种示例调度逻辑以便理解本公开，调度逻辑可以任意设计。

各plc5根据来自本地服务器3的调度指令控制与该plc5连接的一个或多个执行部件和/或传感器执行动作。需要注意的是，调度逻辑本质上是履行订单任务所需的可由plc5识别和执行的指令集，如以上示例调度逻辑所示，包括针对plc5的一条或多条调度指令。调度指令可以指示履行订单所需的一个或多个控制步骤，诸如上文描述的扫码步骤、抓取步骤等。调度逻辑还可以包括不由plc5执行的一条或多条调度控制指令，诸如上文描述的判断步骤等。调度指令通常无法直接控制执行部件和传感器7。plc5能对调度指令进行解析并生成控制指令来控制相应的一个或多个执行部件和/或传感器进行动作。例如在机械臂动作过程中，需要多个机械结构和/或电气元件（诸如气缸、电机）的配合。plc5会将表示机械臂动作的调度指令转换为针对该动作所涉及的机械结构或电气元件的控制指令。具体操作参数(例如机械臂执行相应动作所对应的六轴坐标)可以预先存储在执行部件(例如机械臂)中，以方便plc5调取。应理解，调度指令和调度控制指令可以考虑来自plc5的执行结果或状态数据等信息。

在不作为设备plc5与mes的中间层的实现中，系统100可以包括下单客户端1和云端服务器2来构成下单系统，实现订单获取和管理功能。用户可以通过下单界面12下达订单。订单信息经由云端服务器2传送到本地服务器3。在一些实施例中，下单系统可以具备人脸识别功能以实现用户身份认证。

在生产过程中，本地服务器3可以向云端服务器2发送与实时生产状态有关的信息，并通过下单客户端1呈现给用户。当订单完成时，可以通过下单客户端1向用户进行提示，可以再次通过人脸识别验证来完成取货。这尤其适用于示范生产线。

图2是图示出根据实施例的示例柔性制造调度系统100中各单元的相互协作关系的示意图。

为了实现订单管理，本地服务器3可以从云端服务器2获取下达的订单。本地服务器端程序34根据与订单信息相对应的调度逻辑，将订单拆分为设备任务，并通过本地数据库32或opcua服务器38下发给各单元设备plc5来控制单元执行部件(例如机器人)履行订单。本地服务器端程序34还将调度逻辑下发给agv调度系统4来调度agv6执行搬运任务。各单元设备plc5将各任务的反馈结果发送给本地服务器3的本地数据库32或opcua服务器38。本地服务器3将接收到的反馈结果反馈给云端服务器2，以便将订单进度实时推送到下单客户端1。订单信息也被存储在本地数据库32中，便于对数据进行统计分析。

本地服务器3与各单元设备plc5的数据交互方式可以采用opcua，也可以是其他通信标准。交互的数据可以包括：设备状态、报警信息、传感器状态、能耗信息、任务进度等，以便实现设备数据、能源管理、过程数据功能。在一些实施例中，本地服务器3可以与plc5的通信标准不同的通信标准来与mes或其他外部系统（例如wms）对接以实现对plc5的通信接口的扩展。

有些执行部件可能安装有诸如相机之类的机器视觉系统。此时可以利用机器视觉技术对产品进行拍照并检验。设备plc5可以将检验数据随任务执行进度信息一起反馈给本地服务器3，并将该数据保存在本地数据库32中，以便后续对数据进行统计分析以及实现质量追溯。

为了对物料的出入库进行动态管理与约束，本地服务器端程序34可以从设备plc5获取物料的库位状态，经分析后向设备plc5和/或经由agv调度系统4向agv6下发搬运物料的任务，或者在本地客户端程序36的界面上提示工作人员进行物料补充，实现物料的出入库管理。

本公开的制造调度系统100融合了产线控制功能，能够从下单系统获取订单信息，使用预先编程的与订单信息相对应的调度逻辑，实时监控各单元的运行状态，智能调度生产过程并下发单元任务。

此外，本公开的制造调度系统100能部署在普通的工控机上，实现了轻量化，能节省硬件成本。作为设备plc5与mes的中间层，本公开的制造调度系统100通过opcua及数据库从设备plc5接收数据，并能以mes支持的协议来与mes进行数据交互，起到对plc扩展接口的作用。

本文中所公开的机制的实施例可被实现在硬件、软件、固件或此类实现方式的组合中。本发明的实施例、例如本地服务器端程序34和调度逻辑可实现为在可编程系统上执行的计算机程序或程序代码，该可编程系统至少包括一个处理器。

至少一个实施例的一个或多个方面可由存储在机器可读介质上的表示处理器中的各种逻辑的表示性指令来实现，该表示性指令在由机器读取时使得该机器制造用于执行本文中所描述的技术的逻辑。

以上详细描述了本发明的优选实施方式。但应当理解为本发明在不脱离其广义精神和范围的情况下可以采用各种实施方式及变形。本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本领域技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应属于由本发明的权利要求书所确定的保护范围内。