阅读说明：本技术 一种自动线生产任务动态调度方法 (Automatic line production task dynamic scheduling method ) 是由 孔志学 成群林 穆英娟 黄飘 于 2020-04-08 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提供一种自动线生产任务动态调度方法,调度对象包括计算机和PLC；调度方法包括：计算机根据接收生产计划,将其分解到设备执行动作项,并优化,生成生产任务；在计算机中建立一个进程,与PLC建立网络通讯,并向PLC发布不同生产任务,循环查询已发布生产任务执行情况,在某个生产任务执行完成时,再发布下一个相同生产任务；查询已发布的生产任务,并按动作触发条件,PLC向设备对象发布动作执行指令；设备对象在接收到动作执行指令时,执行相应的动作,并反馈完成情况；PLC根据设备对象动作执行完成情况,更新生产任务的执行状态,反馈任务执行情况；计算机根据设备的运行状态,实时生产任务的动态调度；重复上述步骤至加工对象生产完成。(The embodiment of the invention provides a method for dynamically scheduling production tasks of an automatic line, wherein scheduling objects comprise a computer and a PLC; the scheduling method comprises the following steps: the computer decomposes the received production plan into equipment execution action items according to the received production plan, optimizes the equipment execution action items and generates a production task; establishing a process in a computer, establishing network communication with the PLC, issuing different production tasks to the PLC, circularly inquiring the execution condition of the issued production task, and issuing the next same production task when the execution of a certain production task is finished; inquiring the issued production task, and issuing an action execution instruction to the equipment object by the PLC according to an action triggering condition; when the equipment object receives the action execution instruction, executing a corresponding action and feeding back a completion condition; the PLC updates the execution state of the production task according to the execution completion condition of the equipment object action, and feeds back the execution condition of the task; the computer dynamically schedules the production tasks in real time according to the running state of the equipment; and repeating the steps until the production of the processing object is finished.)

一种自动线生产任务动态调度方法

技术领域

本发明属于工业自动化领域，涉及一种自动线生产任务动态调度方法。

背景技术

随着智能制造技术的快速发展，自动化生产线在机加工领域的应用越来越 广泛。目前，自动化生产线在机加行业多采用工业机器人或桁架机器人及配套 物流装置等，根据产品生产工艺流程按时序将产品周转至规定的工位进行生产 制造。由于生产线属于复杂的软硬件系统，其可靠性往往不高，在局部发生故 障时，将会影响整条生产线的运行，因此，自动化生产线的停线维修或维护， 对于大批量零件生产而言，将严重制约自动化生产线的生产效率，提高生产制 造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动线生产任务动态调度方法，以解决生产线 运行过程中，局部发生异常状况时，能够及时中止局部环节的生产任务执行， 而其余部分能够独立继续开展生产，避免整条生产线停机的问题。

本发明实施例提供了一种自动线生产任务动态调度方法，其特征在于，调 度的对象包括计算机和PLC、被调度对象包括数控机床、地轨机器人、桁架机 器人和传输带、视觉识别系统、标识系统、操作人员；

调度方法包括以下步骤：

S1、计算机根据接收的生产计划，将生产计划分解到设备执行动作项，并 按加工对象生产时间最短，数控机床设备利用率最高为优化目标，生成生产任 务；

S2、根据生产任务的执行状态，发布生产任务；在计算机中建立一个进程， 与PLC建立网络通讯，并向PLC发布不同任务代号的生产任务，循环查询已发 布生产任务的执行情况，在某一个生产任务执行完成时，再发布下一个相同任 务代号的生产任务；

S3、查询已发布的生产任务，并按动作触发条件，PLC向设备对象发布动 作执行指令；

S4、设备对象在接收到动作执行指令时，执行相应的动作，并反馈完成情 况；

S5、PLC根据设备对象写入的动作执行完成情况，更新生产任务的执行状 态，反馈任务执行情况；

S6、计算机根据各设备的运行状态，实时调整生产任务，实现生产线任务 的动态调度；

S7、重复S1～S6，直至加工对象生产完成。

优选地，所述设备执行动作项为：设备对象独立控制执行，并反馈动作完 成情况。

优选地，所述加工对象生产时间最短与数控机床设备利用率最高为：加工 对象自上线开始至下线为止，合计的整个生产计划时间最短；生产线内数控机 床的整体利用率最高；

优化目标函数如下：

min∑P×T_m×t_n

Max∑M_ij×A_n×t_n

其中，M_ij指在生产线既有生产条件下，生产线内的设备对象，其中，i指 生产线内不可替换设备的编号，j指第1-j号具有相互可替换性设备的编号；

A_n指按设备对象将设备独立完成的动作项；

t_n指每个动作A_n的执行时间；

T_m指不同设备对象配合完成的生产任务，T_m＝{M_ij，An}；

P指不同产品对象加工需完成的生产任务，P＝{Pi，Tm}。

优选地，S1还包括生成生产任务编码，并将生产任务编码存入指定变量中； 其中任务编码由日期标记、任务优先级、任务代号、设备类型、动作代号、顺 序执行符、禁用符、状态符、任务流水号组成。

优选地，所述的任务代号和动作代号，其特征在于，任务代号采用n3位编 码，分为2ⁿ³-1种任务，动作代号采用n5位编码，分为2ⁿ⁵-1种动作；上述 的动作和任务其特征还在于，动作间具有相互关联关系，其中一个动作中断会 致使其他动作不具备执行条件或无需继续执行，这样具有相互关联关系的一组 动作称为一个生产任务，每个生产任务独立下发执行，任务执行相互无影响。

优选地，所述的禁用符和状态符，其特征在于，禁用符采用1位编码，标 记任务已禁用和任务未禁用的两种执行要求；状态符采用3位编码，标记任务 未发布、任务已发布、任务执行完成、任务已删除等4中执行状态。

优选地，生产任务执行包括：发布的生产任务中包含的一系列动作不会立 即被执行，只有发布的生产任务在S3动作触发条件满足时，动作执行指令才会 发布。

优选地，S3包括：查询已发布的生产任务，任务处于禁用、未发布或已删 除状态时，任务不执行；任务处于未禁用且已发布状态时，按设备类型开展各 设备对象动作的触发条件的满足性查询，触发条件满足时，按任务优先级通过 网络通讯将PLC的Output变量值告知设备对象，实现动作指令发布。

优选地，S4包括：设备对象在动作完成后，将完成情况通过网络通讯写入 PLC的Input变量值的方式告知PLC。

优选地，S6包括:在计算机建立一个线程，不断遍历已发布生产任务的执 行状态和监测生产线运行异常状态，并处理生产任务；

生产任务处于已执行完成状态，则发布相同任务代号的未发布任务；生产 任务处于禁用状态，根据生产线故障处理情况，采用“恢复生产任务，取消禁 用”、“删除单个生产动作”、“删除生产任务”等三种方式处理。并在设备 异常出现时，将出现异常的设备对象从组线设备中删除，并参考S1步骤说明的 生产任务生成方法对未发布的生产任务进行生产任务重组。

本发明提供的自动线生产任务动态调度方法，将生产线运行过程中以相互 独立生产任务的形式进行区分，将生产线运行异常限定在异常设备及异常发生 时所执行的生产任务内，生产线按生产任务进行动态重组后，单一设备故障仅 造成相关联生产任务的中止，而不影响整体自动化生产线的运行。

附图说明

图1为本发明的自动线生产任务动态调度方法的流程图；

图2为本发明实施例的生产任务发布流程图；

图3为本发明实施例的自动线设备类型；

图4为本发明实施例的自动线设备动作清单；

图5为本发明实施例中设备动作执行的判断条件。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的目的在于提供一种自动线生产任务动态调度方法，以解决生产线 运行过程中，局部发生异常状况时，能够及时中止局部环节的生产任务执行， 而其余部分能够独立继续开展生产，避免整条生产线停机的问题。

本发明的核心思想在于，本发明提供的自动线生产任务动态调度方法，将 生产线运行过程中以相互独立生产任务的形式进行区分，将生产线运行异常限 定在异常设备及异常发生时所执行的生产任务内，生产线按生产任务进行动态 重组后，单一设备故障仅造成相关联生产任务的中止，而不影响整体自动化生 产线的运行。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种自动线生产任务 动态调度方法，包括以下步骤：

S1、计算机根据接收的生产计划，将生产计划分解到设备执行动作项，并 按加工对象生产时间最短，数控机床设备利用率最高为优化目标，生成生产任 务。

进一步地，S1包括：在计算机中建立一个线程，将ERP系统或同类其他信 息系统作为通讯节点，通过IP和端口号，采用TCP/IP协议组建网络连接，并 接收ERP系统下发的至少包括加工对象、数量、开始时间、完工节点等信息的 生产计划。

进一步地，S1根据接受的生产计划生成生产任务，所述的根据生产计划生 成生产任务的方法为：

将生产计划分解到设备执行动作项，并按以下目标函数求解：

min∑P×T_m×t_n

Max∑M_ij×A_n×t_n

其中，M_ij指在生产线既有生产条件下，生产线内的设备对象，其中，i指生 产线内不可替换设备的编号，j指第1-j号具有相互可替换性设备的编号；

A_n指按设备对象将设备独立完成的动作项；

t_n指每个动作A_n的执行时间；

T_m指不同设备对象配合完成的生产任务，T_m＝{M_ij，An}；

P指不同产品对象加工需完成的生产任务，P＝{Pi，Tm}。

进一步地，S1生成生产任务编码，并将生产任务编码存入指定变量中；其 中任务编码由日期标记、任务优先级、任务代号、设备类型、动作代号、顺序 执行符、禁用符、状态符、任务流水号组成；

a)日期标记采用n1位编码，取值2ⁿ¹-1；

b)任务优先级采用n2位编码，分为2ⁿ²-1个等级；

c)任务代号采用n3位编码，分为2ⁿ³-1种任务；

d)设备类型采用n4位编码，分为2ⁿ⁴-1类设备；

e)动作代号采用n5位编码，分为2ⁿ⁵-1种动作，而上述的动作和任务具有 以下特点，即动作间具有相互关联关系，其中一个动作中断会致使其他动作不 具备执行条件或无需继续执行，这样具有相互关联关系的一组动作称为一个生 产任务；

a)顺序执行符采用1位编码，标记顺序执行和非顺序执行的两种执行要求；

b)禁用符采用1位编码，标记任务已禁用和任务未禁用的两种执行要求；

c)状态符采用3位编码，标记任务未发布、任务已发布、任务执行完成、 任务已删除等4中执行状态；

d)任务流水号采用n6位编码，可记录当天发布的至多2ⁿ⁶-1个任务。

进一步地，S2包括：在计算机中建立一个进程，与PLC建立网络通讯，并 向PLC发布不同任务代号的生产任务，循环查询已发布生产任务的执行情况， 在某一个生产任务执行完成时，再发布下一个相同任务代号的生产任务。

S2、根据生产任务的执行状态，发布生产任务；在计算机中建立一个进程， 与PLC建立网络通讯，并向PLC发布不同任务代号的生产任务，循环查询已发 布生产任务的执行情况，在某一个生产任务执行完成时，再发布下一个相同任 务代号的生产任务。

其中，S2发布的生产任务中包含的一系列动作不会立即被执行，只有发布 的生产任务在S3动作触发条件满足时，动作执行指令才会发布。

S3、查询已发布的生产任务，并按动作触发条件，PLC向设备对象发布动 作执行指令。

其中，S3包括：查询已发布的生产任务是指以下过程：

a)查询任务的禁用符，禁用任务不执行；

b)查询任务的状态符，未发布任务和已删除任务不执行；

c)按设备类型开展各设备对象动作的触发条件的满足性查询；

d)查询任务优先级，动作的触发条件同时满足时，查询任务的优先级，高 优先级任务优先调用设备；在设备占用状态下，占用状态解除前，有不同优先 级任务触发设备调用请求，即使低优先级任务后先满足触发条件，设备对象也 优先被高优先级任务优先调用。

S3中所述的发布动作指令是指PLC通过网络通讯将Output变量的值告知设 备对象，设备对象根据约定的变量含义，执行相应动作。

S4、设备对象在接收到动作执行指令时，执行相应的动作，并反馈完成情 况。其中，设备对象在动作完成后，将完成情况通过网络通讯写入PLC的Input 变量值的方式告知PLC。

S5、PLC根据设备对象写入的动作执行完成情况，更新生产任务的执行状 态，反馈任务执行情况。包括情况：

动作执行完成，在生产任务中包含的一系列动作都完成后，标记生产任务 已执行完成；

动作执行未完成，将该动作对应生产任务的生产任务编码中的禁用符修改 为禁用状态。

S6、计算机根据各设备的运行状态，实时调整生产任务，实现生产线任务 的动态调度。

S6包括：在计算机建立一个线程，遍历已发布生产任务的执行状态，按以 下方法处理。包括情况：

a)生产任务处于已执行完成状态，则发布相同任务代号的未发布任务；

b)生产任务处于禁用状态，根据生产线故障处理情况，采用“恢复生产任 务，取消禁用”、“删除单个生产动作”、“删除生产任务”等三种方式处理。

此外，S6在计算机建立一个线程监测生产线运行异常状态，并在设备异常 出现时，将出现异常的设备对象从组线设备中删除，并参考S1步骤说明的生产 任务生成方法对未发布的生产任务进行生产任务重组。

S7、重复S1～S6，直至加工对象生产完成。

下面，以具体的一个实施例对本发明进行说明。

本发明实施例中，开展调度的对象包括计算机和PLC，被调度对象包括数 控机床、地轨机器人、桁架机器人和传输带、视觉识别系统、标识系统、操作 人员；加工对象为舱体结构件。计算机在接收到生产计划时，将生产计划分解 为生产任务并按需发布生产任务，PLC根据生产任务编码向生产线内设备对象 发布生产执行动作，各设备对象在接收到动作执行指令时，执行相应的动作， 并反馈完成情况，计算机根据各设备的运行状态，实时调整生产任务，实现生 产线任务的动态调度。数控机床用于加工待加工工件，传输带或AGV用于运输 待加工工件或毛坯，工业机器人或桁架机器人用于待加工工件的上料或下料， 视觉识别系统用于工件身份的识别，标识系统用于工件的激光打标，操作人员 完成出入库操作。

具体如下：

S1包括：在计算机中建立一个线程，在软件初始化阶段将ERP系统、数控 机床、PLC、传输带、地轨机器人、桁架机器人、打标系统、视觉识别等设备作 为通讯节点，通过IP和端口号，采用TCP/IP协议组建网络连接。接收ERP系 统下发的生产计划，并提取包括加工对象、数量、开始时间、完工节点等信息 如下生产计划数据结构体MyProjectVector中，并按优化目标函数进行分解生产 任务。

目标函数如下：

min∑P×T_m×t_n

Max∑M_ij×A_n×t_n

其中，M_ij含义如图3，其中，两台车铣复合加工中心相互可替换，三台卧 式五轴加工中心相互可替换；

A₁₀₇含义如图4；

t₁₀₇＝{5,5.5,6,4.5,5,5.5,2,2,3,4,2,2.2,3,3,4,4.2,6,6.2,5,8,10,10,8,5,5,0.5,0.5,0.2,0. 2,0.5,0.5,5,10,138,0.1,0.1,0.5,0.5,0.2,0.2,0.5,0.5,5,10,118,0.1,0.1,0.5,0.5,0.2,0.2,5,10, 148,0.1,0.1,0.5,0.5,0.2,0.2,5,10,120,0.1,0.1,0.5,0.5,0.2,0.2,5,10,135,0.1,0.1,0.1,0.1, 0.1,0.1,0.1,0.1,0.1,0.1,0.1,0.1,0.1,0.1,0.1,1,1,1,0.02,0.02,0.02,0.02,5,5,10, 10,10,10,10,10,10,1,1,1,1}min；

在本实施例中，T₁₉包括缓存库入库任务、车铣复合1上下料任务、车铣复 合1加工任务、车铣复合2上下料任务、车铣复合2加工任务、缓存库出库任 务、线边库入库任务、卧加1上料任务、卧加1加工任务、卧加1下料任务、 卧加2上料任务、卧加2加工任务、卧加2下料任务、卧加3上料任务、卧加3 加工任务、卧加3下料任务、打标上料任务、打标下料任务、出线边库任务； 每个生产任务包含一组动作，例如，车铣复合1上下料任务包括缓存库送料、 桁架机器人取料等待、产品解绑、机床门打开、桁架机器人下料、车铣复合加 工中心1夹具1松开、车铣复合加工中心1夹具2松开、产品解绑机床、桁架 机器人上料、车铣复合加工中心1夹具1夹持、车铣复合加工中心1夹具2夹 持、机床门关闭、产品绑定机床、产品绑定托盘、缓存库取料等一组动作。

在S1生成生产任务编码，并将生产任务编码存入指定变量中；其中任务编 码由日期标记、任务优先级、任务代号、设备类型、动作代号、顺序执行符、 禁用符、状态符、任务流水号组成；

日期标记采用5位编码，取值1-31；

任务优先级采用3位编码，分为3个等级；

任务代号采用8位编码，分为19种任务；

设备类型采用4位编码，分为11类设备；

动作代号采用8位编码，分为107种动作，而上述的动作和任务具有以下 特点，即动作间具有相互关联关系，其中一个动作中断会致使其他动作不具备 执行条件或无需继续执行，这样具有相互关联关系的一组动作称为一个生产任 务；

顺序执行符采用1位编码，标记顺序执行和非顺序执行的两种执行要求；

禁用符采用1位编码，标记任务已禁用和任务未禁用的两种执行要求；

状态符采用3位编码，标记任务未发布、任务已发布、任务执行完成、任 务已删除等4中执行状态；

任务流水号采用16位编码，可记录当天发布的至多65535个任务。

S2包括：在计算机中建立一个进程，与PLC建立网络通讯，并向PLC发 布不同任务代号的生产任务，循环查询已发布生产任务的执行情况，在某一个 生产任务执行完成时，再发布下一个相同任务代号的生产任务。

进一步地，S2发布的生产任务中包含的一系列动作不会立即被执行，只有 发布的生产任务在S3动作触发条件满足时，动作执行指令才会发布。

进一步地，S3包括：查询已发布的生产任务是指以下过程：

查询任务的禁用符，禁用任务不执行；

查询任务的状态符，未发布任务和已删除任务不执行；

按设备类型开展各设备对象动作的触发条件的满足性查询；

查询任务优先级，动作的触发条件同时满足时，查询任务的优先级，高优 先级任务优先调用设备；在设备占用状态下，占用状态解除前，有不同优先级 任务触发设备调用请求，即使低优先级任务后先满足触发条件，设备对象也优 先被高优先级任务优先调用。

S3中所述的发布动作指令是指PLC通过网络通讯将Output变量的值告知 设备对象，设备对象根据约定的变量含义，执行相应动作。

进一步地，S4包括：设备对象在动作完成后，将完成情况通过网络通讯写 入PLC的Input变量值的方式告知PLC。

进一步地，S5包括：PLC根据设备对象写入的动作执行完成情况，更新生 产任务的执行状态。

动作执行完成，在生产任务中包含的一系列动作都完成后，标记生产任务 已执行完成；

动作执行未完成，将该动作对应生产任务的生产任务编码中的禁用符修改 为禁用状态；

进一步地，S6包括：在计算机建立一个线程，遍历已发布生产任务的执行 状态，按以下方法处理。

生产任务处于已执行完成状态，则发布相同任务代号的未发布任务；

生产任务处于禁用状态，根据生产线故障处理情况，采用“恢复生产任务， 取消禁用”、“删除单个生产动作”、“删除生产任务”等三种方式处理。

进一步地，S6在计算机建立一个线程监测生产线运行异常状态，并在设备 异常出现时，将出现异常的设备对象从组线设备中删除，并参考S1步骤说明的 生产任务生成方法对未发布的生产任务进行生产任务重组。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明 的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其 等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。