專利名稱：機械產(chǎn)品管控一體柔性裝配線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造領(lǐng)域，尤其是制造生產(chǎn)線，具體為一種機械產(chǎn)品管控一體柔性裝 配線。
背景技術(shù)：
機械產(chǎn)品管控一體柔性裝配線是一個融合計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動化技術(shù)、現(xiàn) 代管理技術(shù)等多門技術(shù)的綜合裝配平臺，可以提高針對同系列復(fù)雜機械產(chǎn)品滿足有限柔性 的裝配線的制造敏捷性與快速響應(yīng)性。國內(nèi)外學(xué)者在研究此類相關(guān)課題時，大都存在以下 幾個問題現(xiàn)有研究方法大都側(cè)重于研究線控制控策略對整個制造資源集中的某個影響因 素，而并未全局的研究各因素的合力作用效果及各因素之間的影響關(guān)聯(lián)；現(xiàn)有的線體調(diào)用 策略大都側(cè)重于控制調(diào)度，沒有充分考慮動態(tài)實時環(huán)境下的約束條件、影響因素和優(yōu)化指 標等的新需求和新變化，使得生產(chǎn)管理與實際裝配脫節(jié)，多動作邏輯而少管理邏輯，導(dǎo)致管 控分離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種機械產(chǎn)品管控一體柔性裝配線，線體的管控處理器在復(fù) 雜多變的裝配工況下，以管控者的裝配目標指令和運行中的實時反饋信號為異步輸入信 息，調(diào)用管控策略得出最優(yōu)因變輸出管控信息，驅(qū)動四類管控單元及其組合協(xié)調(diào)動作達成 裝配目標。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為機械產(chǎn)品管控一體柔性裝配線，包括有柔性裝配線線體，其特征在于所述線體上 分布有多個智能管控單元，還包括有管控處理器，所述的管控處理器由多個可物理分散邏 輯統(tǒng)一的管控處理單元構(gòu)成，多個管控處理單元中構(gòu)建有基于現(xiàn)場總線技術(shù)的分布式多路 數(shù)據(jù)共享通道，所述管控處理單元通過分布式多路數(shù)據(jù)共享通道組態(tài)成網(wǎng)狀通訊網(wǎng)絡(luò)，所 述管控處理器中各管控處理單元還通過所述分布式多路數(shù)據(jù)共享通道通訊連接有數(shù)據(jù)雙 向中轉(zhuǎn)站；在所述多個智能管控單元中亦構(gòu)建有分布式多路數(shù)據(jù)共享通道，所述線體上的 多個智能管控單元通過構(gòu)建的分布式多路數(shù)據(jù)共享通道彼此通訊，并通過構(gòu)建的分布式多 路數(shù)據(jù)共享通道與管控處理器通訊連接的數(shù)據(jù)雙向中轉(zhuǎn)站交換數(shù)據(jù)。所述的機械產(chǎn)品管控一體柔性裝配線，其特征在于所述管控處理單元包括由計 算機，或服務(wù)器、或工控機、或PLC、或單片機構(gòu)成的處理單元，由多個數(shù)據(jù)服務(wù)器構(gòu)成的服 務(wù)器群單元，由多個PC機構(gòu)成的控制器群單元。所述的機械產(chǎn)品管控一體柔性裝配線，其特征在于所述智能管控單元是指柔 性裝配線中能夠獨立運作的實現(xiàn)柔性裝配線裝配過程中的裝配控制、標識、信息傳送、執(zhí)行 的自治單元，智能管控單元由柔性裝配線上的一個或多個硬件元件及發(fā)送至所述硬件元件 的指令組合而成，所述智能管控單元分為控制單元、標識單元、信息單元與執(zhí)行單元四類。
本發(fā)明分別從裝配線管控策略的內(nèi)涵、裝配線作用單元的邏輯結(jié)構(gòu)與裝配線的作 業(yè)原理三個方面來闡述機械產(chǎn)品管控一體柔性裝配線的工作機理。(1)機械產(chǎn)品管控一體柔性裝配線的運作過程為線體的管控處理器以管控者的 裝配目標指令和運行中的實時反饋信號為異步輸入信息，調(diào)用管控策略得出因變輸出信 息，驅(qū)動四類管控單元及其組合協(xié)調(diào)動作達成裝配目標，這一功能關(guān)鍵實現(xiàn)于管控策略算 法的優(yōu)化編制。管控策略的內(nèi)涵為全面考慮線體在裝配過程中企業(yè)投入的人力、物力、設(shè)備等生 產(chǎn)要素，將產(chǎn)前計劃、產(chǎn)中監(jiān)控與產(chǎn)后追溯等裝配環(huán)節(jié)統(tǒng)一至同一管控過程，摒棄舊的定制 式固化控制策略模式，采用新的動態(tài)自適應(yīng)管控策略模式，進而求得以隨機輸入信息為自 變量的最優(yōu)因變輸出管控信息。(2)機械產(chǎn)品管控一體柔性裝配線處于生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)末端，其結(jié)構(gòu)為線體由多 個智能管控單元組成，以解除對線體的局部孤立性自動控制。智能管控單元是線體中能完 成相同基本系列功能且能夠獨立運作的自治單元，由一個或多個硬件元件或指令有機組合 而成，共分為控制單元、標識單元、信息單元與執(zhí)行單元四類。其中控制單元是指柔性裝配 線上的如繼電器群、電磁閥群、節(jié)拍控制程序、質(zhì)量控制程序等起控制作用的硬件和程序； 標識單元是指柔性裝配線上的如二維碼群、電子標簽群、狀態(tài)顯示燈群、測量機監(jiān)控程序等 起標識作用的硬件和程序；信息單元是指柔性裝配線上的如條碼掃描槍、RFID讀寫器、工 控觸摸屏、量值傳感器等起信息接收作用的硬件和程序；執(zhí)行單元是指柔性裝配線上的如 氣缸群、機械手臂群、輸送鏈帶群、量值測量程序等其執(zhí)行作用的硬件和程序。管控一體柔 性裝配線中不僅上層的管控決策中心可以直接向智能管控單元下達管控指令，而且各智能 管控單元之間可以相互通訊與反饋，構(gòu)建了整個線體的一體化管控網(wǎng)結(jié)構(gòu)，而非簡單的縱 向管控樹結(jié)構(gòu)。(3)機械產(chǎn)品管控一體柔性裝配線以復(fù)雜工況下各智能管控單元的異步輸入信息 為原始自變量，通過管控策略算法求出因變管控輸出指令，驅(qū)動四類管控單元及其組合協(xié) 調(diào)動作達成裝配目標。線體由控制單元、標識單元、信息單元與執(zhí)行單元四類基本管控單元 構(gòu)成，在線體的一般性運行過程中，信息單元(RFID或各類傳感器等)監(jiān)測裝配過程的過程 信號或狀態(tài)信號(壓力值、位移量、開關(guān)量或模擬電信號等)，對信號的新增或消失與持續(xù) 信號的增強或衰減做相應(yīng)自身狀態(tài)位的調(diào)整，并將差異信號傳輸至控制單元(實際控制硬 件功能團或邏輯控制程序段)；當差異信號值達到控制單元某個控制指標的閥值時，控制 單元改變自身狀態(tài)標識量并向管控處理器發(fā)送策略觸發(fā)信號；管控處理器由若干可物理分 散邏輯統(tǒng)一的事務(wù)處理單元(計算機、服務(wù)器、工控機、PLC、單片機等具有自主傳輸存儲數(shù) 據(jù)與邏輯判斷能力的設(shè)備)組成，在接收到控制單元傳輸?shù)牟呗杂|發(fā)信號后，對其進行判 斷辨識，啟動相應(yīng)層次與側(cè)重方面的關(guān)聯(lián)管控策略模塊進行策略分析，決策結(jié)果以管控指 令信號的形式發(fā)送至標識單元(實際標識硬件功能團或邏輯標識程序段)；標識單元根據(jù) 管控指令信號提取標識信號，辨識關(guān)聯(lián)執(zhí)行單元，監(jiān)測其工作或等待狀態(tài)及負荷程度進而 選擇最優(yōu)執(zhí)行單元，傳輸管控指令信號；執(zhí)行單元(實際作用于裝配對象的硬件功能團或 邏輯執(zhí)行程序段)根據(jù)傳輸?shù)木唧w管控指令信號執(zhí)行相應(yīng)動作或功能。本發(fā)明采用邏輯全局式網(wǎng)狀管控中心與分布式多路數(shù)據(jù)共享通道結(jié)合的具體硬 件架構(gòu)。為得到以隨機輸入為自變量的最優(yōu)因變管控輸出，該裝配線采用網(wǎng)狀管控中心來實現(xiàn)對裝配資源的合理調(diào)配，這具體實現(xiàn)于基于分布式多路數(shù)據(jù)共享通道的物理分散邏輯 統(tǒng)一的管控處理器結(jié)構(gòu)。裝配線的管控中心由一個或多個計算機、服務(wù)器、工控機、PLC、單 片機等邏輯處理單元群組成，邏輯功能類似的處理單元組成處理功能團，各處理單元或功 能團之間呈網(wǎng)狀層次結(jié)構(gòu)連接，任意兩點間均可以信息反饋與指令協(xié)調(diào)，摒棄樹狀垂直控 制結(jié)構(gòu)，破解了可能因局部管控孤立性引起的管控策略解集的不完備性與非全局性；同時， 采用分布式多路數(shù)據(jù)共享通道作為管控指令信息與線體過程信息采集的網(wǎng)絡(luò)路徑基礎(chǔ)，通 過數(shù)據(jù)雙向中轉(zhuǎn)站對上下數(shù)據(jù)進行分類、篩選與轉(zhuǎn)發(fā)，在增加了策略解準確性的同時也提 高了線體數(shù)據(jù)包傳輸?shù)乃俣扰c并發(fā)性。本發(fā)明采用動態(tài)自適應(yīng)的管控策略程序模式與管控單元多角色轉(zhuǎn)換機制相結(jié)合 的具體軟件構(gòu)架。機械產(chǎn)品裝配現(xiàn)場工況復(fù)雜多變，產(chǎn)品流、物料流、信息流等交錯傳遞，為 得出管控一體柔性裝配線在不確定動態(tài)環(huán)境下多因素作用的最優(yōu)全局管控策略解集，線體 的管控策略軟件分析程序采用多因素不定式的動態(tài)自適應(yīng)研究模式。工業(yè)現(xiàn)場常用的工控 設(shè)備多為定制式固化控制模式，執(zhí)行設(shè)備根據(jù)控制設(shè)備發(fā)送的預(yù)先編制的指令進行機械動 作，當外部影響因素改變時便無法及時做出適當調(diào)整。管控一體柔性裝配線為滿足有限柔 性的裝配目標，對線體中各已知及未知影響因素建立相關(guān)一般性管控目標函數(shù)群，設(shè)置潛 在管控因子分析功能，在控制性邏輯的基礎(chǔ)上加入主動的管理性邏輯，構(gòu)成管控一體的決 策體系。在對線體內(nèi)部硬件組態(tài)與編制管控策略軟件程序時，為四類基本管控單元(信息、 控制、標識與執(zhí)行)設(shè)置角色轉(zhuǎn)換功能塊，使得各單元在不同的功能集群或不同的使用場 合中具有角色相互轉(zhuǎn)換的能力，一個單元或單元群能夠在一定轉(zhuǎn)換條件下實現(xiàn)多個需求功 能。本發(fā)明中，管控處理器在邏輯上為多個管控處理單元組成，在物理上采用分布嵌 入式并通過基于現(xiàn)場總線技術(shù)的多路數(shù)據(jù)共享通道進行組態(tài)，線體的管控策略軟件分析程 序采用多因素不定式的動態(tài)自適應(yīng)研究模式，結(jié)合管控單元的多角色轉(zhuǎn)換功能，得出管控 一體柔性裝配線在不確定動態(tài)環(huán)境下多因素作用的最優(yōu)全局管控策略解集。本發(fā)明摒棄舊的定制式固化控制策略模式，采用新的動態(tài)自適應(yīng)管控策略模式， 以實時采集的異步輸入信號為自變量，根據(jù)管控策略算法得出最優(yōu)因變輸出管控信息，以 提高管控策略在車間裝配過程中不確定的動態(tài)環(huán)境下的自適應(yīng)力與抗干擾性能。管控策略 算法采用多種調(diào)度算法的融合和集成技術(shù)，克服單一調(diào)度算法在求解效率、解的質(zhì)量和適 應(yīng)范圍等的局限性，以滿足動態(tài)實時環(huán)境下的復(fù)雜管控任務(wù)。


圖1為本發(fā)明原理框2為本發(fā)明硬件架構(gòu)框圖。
具體實施例方式(1)參見圖1中的“線體裝配對象”框體，線體裝配對象是裝配線的實際管控目 標，也是各種管控信息的采集來源。管控目標包括實體裝配目標與虛體裝配目標，實體裝 配目標是裝配線可能完成的具體工序操作或執(zhí)行動作，用以改變裝配實體的形狀、位置、表 面、配合等直觀裝配狀態(tài)；虛體裝配目標是裝配線可能完成的具體邏輯判斷或量值測量，用
5以獲取裝配實體的測量值、到位信息、質(zhì)量信息、異常信號等內(nèi)在裝配數(shù)據(jù)。在對線體裝配 對象的動態(tài)管控過程中，各獨立操作工位上會產(chǎn)生裝配實體的形位狀態(tài)數(shù)據(jù)或分步測量數(shù) 據(jù)，同時，多個關(guān)聯(lián)操作工位上產(chǎn)生生產(chǎn)節(jié)拍信息、物料配送信息、異常事件信息等邏輯過 程信息，這些均是信息單元采集的數(shù)據(jù)源，也是執(zhí)行單元執(zhí)行動作實現(xiàn)功能的對象。(2)參見圖1與圖2中的“信息單元”框體，這是組成裝配單元的四類基本管控單 元之一，負責(zé)采集和傳輸各操作工位上裝配對象的所有源數(shù)據(jù)，諸如條碼掃描槍、RFID讀寫 器、工控觸摸屏、各類數(shù)模量傳感器等及其組合。信息單元的接觸點實時監(jiān)測采集線體中關(guān) 于產(chǎn)品P與時間t的信號值隊(AO，將其與信息單元數(shù)據(jù)庫中的關(guān)聯(lián)記憶信號值進 行比較，當檢測到兩者信號出現(xiàn)差異則向信息單元數(shù)據(jù)庫中改寫自身狀態(tài)位更新關(guān)聯(lián)記憶 信號值，并向控制單元傳遞控制信號同時向管控處理器傳遞線體反饋信號值。(3)參見圖1與圖2中的“控制單元”框體，這是組成裝配單元的四類基本管控單 元之一，負責(zé)對信息單元傳遞的控制信號值與關(guān)聯(lián)功能閥值的邏輯判斷，諸如繼電氣群、電 磁閥群、線體生產(chǎn)節(jié)拍控制程序、質(zhì)量穩(wěn)定性控制程序等實際控制硬件功能團或邏輯控制 程序段?？刂茊卧邮盏叫畔卧獋鬟f來的關(guān)于產(chǎn)品P與時間t的信號值隊(AO，將其與 控制單元數(shù)據(jù)庫中關(guān)聯(lián)功能閥值隊(尸力進行邏輯判斷，當檢測到控制信號超過閥值范圍達 到觸發(fā)條件，則向控制單元數(shù)據(jù)庫中改寫自身狀態(tài)位，并向管控處理器傳遞策略觸發(fā)信號。(4)參見圖1與圖2中的“管控處理器”框體，這是管控一體柔性裝配線的管控決 策中心，是線體正常運轉(zhuǎn)實現(xiàn)預(yù)期功能的基礎(chǔ)系統(tǒng)，負責(zé)通過調(diào)用管控算法對外部異步輸 入信號進行分析判斷，輸出最優(yōu)管控策略方案的指令信號值。管控處理器由若干可物理分 散邏輯統(tǒng)一的事務(wù)處理單元組成，諸如計算機、服務(wù)器、工控機、PLC、單片機等具有自主傳 輸存儲數(shù)據(jù)與邏輯判斷能力的設(shè)備群。管控處理器將控制單元傳輸?shù)牟呗杂|發(fā)信號與信息 單元傳輸?shù)姆答佇盘栕鳛檩斎胄畔 = i(t)，解析I = i(t)提取特征值，構(gòu)建管控特征值 優(yōu)化集合Y = (Y1, Y2,…，Yi,…，Yn)，并進行值域分析。管控處理器針對機械產(chǎn)品 管控一體柔性裝配線的本質(zhì)特征，將管控策略方案一般性的定義為四個基本類型①產(chǎn)品類管控策略該類管控策略面向機械產(chǎn)品裝配過程中的產(chǎn)成品、半成品、部 件、零件及原材料等裝配對象，針對同系列不同品種產(chǎn)品的BOM結(jié)構(gòu)關(guān)系，分析與寬泛產(chǎn)品 類的固有特征與工藝要求兩個基本屬性關(guān)聯(lián)的輸入信息，輸出監(jiān)測與修正產(chǎn)品類狀態(tài)的管 控策略指令；②資源類管控策略該類管控策略面向機械產(chǎn)品裝配過程中的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換實體，針 對運輸類資源、存儲類資源、線體類資源和勞力類資源四種基本資源類別，分析與資源的實 體靜態(tài)屬性與邏輯動態(tài)屬性關(guān)聯(lián)的輸入信息，輸出匹配資源類生產(chǎn)轉(zhuǎn)化能力的管控策略指 令；③計劃類管控策略該類管控策略針對機械產(chǎn)品裝配過程中管控層對預(yù)期裝配目 標的前期規(guī)劃，分析與包含人力、物力、設(shè)備等要素的裝配運作計劃關(guān)聯(lián)的輸入信息，輸出 調(diào)整計劃的管控策略指令；④過程類管控策略該類管控策略針對機械產(chǎn)品裝配過程中作用單元內(nèi)及作用單 元間的實時交互信息，分析其混聯(lián)關(guān)系與邏輯約束，判斷過程信息落點的值域范圍，輸出更 迭過程信號的管控策略指令。這四類管控策略為系統(tǒng)默認，有助于處理器利用管控特征值集合對關(guān)聯(lián)管控策略方案進行優(yōu)化分析，同時為用戶預(yù)留了自定義管控策略解析接口，用戶自定義的管控策略 類型同樣納入處理器優(yōu)化方案數(shù)據(jù)庫，并適用所有管控分析算法。處理器在對管控特征值 進行分析判斷后，啟動相應(yīng)層次與側(cè)重方面的關(guān)聯(lián)管控策略算法進行計算，以最優(yōu)值確定 最終管控策略方案，并將其轉(zhuǎn)化為具體管控指令信號，連同管控問詢信號一起打包發(fā)送至 標識單元。(5)參見圖1與圖2中的“標識單元”框體，這是組成裝配單元的四類基本管控單 元之一，負責(zé)提取信息與判斷最優(yōu)關(guān)聯(lián)執(zhí)行單元，諸如二維碼群、電子標簽群、狀態(tài)顯示燈 群、測量機監(jiān)控程序等實際控制硬件功能團或邏輯控制程序段。標識單元以解析管控處理 器傳送的管控問詢信號及原執(zhí)行反饋信號為輸入狀態(tài)信號，解析輸入狀態(tài)關(guān)于產(chǎn)品P與時 間t的信號值0i(p，t)，進行值域判斷，根據(jù)工作或等待狀態(tài)及負荷程度選擇最優(yōu)執(zhí)行單 元，并將其轉(zhuǎn)化為具體輸出信號，向管控處理器返回標識反饋信息，并向最終選擇的執(zhí)行單 元轉(zhuǎn)發(fā)具體管控指令信號。(6)參見圖1與圖2中的“執(zhí)行單元”框體，這是組成裝配單元的四類基本管控單元 之一，負責(zé)根據(jù)具體管控指令信號執(zhí)行正確動作實現(xiàn)相應(yīng)功能，諸如氣缸群、機械手臂群、 輸送鏈帶群、量值測量程序等實際控制硬件功能團或邏輯控制程序段。執(zhí)行單元接收標識 元件轉(zhuǎn)發(fā)的管控指令信號，將其轉(zhuǎn)化為對線體裝配對象的具體動作或邏輯判斷，同時向標 識元件返回執(zhí)行反饋信息。
權(quán)利要求
機械產(chǎn)品管控一體柔性裝配線，包括有柔性裝配線線體，其特征在于所述線體上分布有多個智能管控單元，還包括有管控處理器，所述的管控處理器由多個可物理分散邏輯統(tǒng)一的管控處理單元構(gòu)成，多個管控處理單元中構(gòu)建有基于現(xiàn)場總線技術(shù)的分布式多路數(shù)據(jù)共享通道，所述管控處理單元通過分布式多路數(shù)據(jù)共享通道組態(tài)成網(wǎng)狀通訊網(wǎng)絡(luò)，所述管控處理器中各管控處理單元還通過所述分布式多路數(shù)據(jù)共享通道通訊連接有數(shù)據(jù)雙向中轉(zhuǎn)站；在所述多個智能管控單元中亦構(gòu)建有分布式多路數(shù)據(jù)共享通道，所述線體上的多個智能管控單元通過構(gòu)建的分布式多路數(shù)據(jù)共享通道彼此通訊，并通過構(gòu)建的分布式多路數(shù)據(jù)共享通道與管控處理器通訊連接的數(shù)據(jù)雙向中轉(zhuǎn)站交換數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械產(chǎn)品管控一體柔性裝配線，其特征在于所述管控處理 單元包括由計算機，或服務(wù)器、或工控機、或PLC、或單片機構(gòu)成的處理單元，由多個數(shù)據(jù)服 務(wù)器構(gòu)成的服務(wù)器群單元，由多個PC機構(gòu)成的控制器群單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械產(chǎn)品管控一體柔性裝配線，其特征在于所述智能管控 單元是指柔性裝配線中能夠獨立運作的實現(xiàn)柔性裝配線裝配過程中的裝配控制、標識、信 息傳送、執(zhí)行的自治單元，智能管控單元由柔性裝配線上的一個或多個硬件元件及發(fā)送至 所述硬件元件的指令組合而成，所述智能管控單元分為控制單元、標識單元、信息單元與執(zhí) 行單元四類。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機械產(chǎn)品管控一體柔性裝配線，具體是涉及機械產(chǎn)品管控一體柔性裝配線的構(gòu)建問題。該裝配線通過信息單元實時采集線體的輸入信息，并經(jīng)控制單元觸發(fā)管控策略，由管控處理器分析輸入信息及管控者的裝配目標指令，采用動態(tài)自適應(yīng)管控策略模式，調(diào)用策略算法求出以隨機輸入信息為自變量的最優(yōu)因變輸出管控信息，并由標識單元判斷轉(zhuǎn)發(fā)具體管控指令信號，執(zhí)行單元予以實施正確的動作或邏輯功能，最終達成裝配目標。
文檔編號G05B19/418GK101963804SQ20101028808
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月19日
發(fā)明者劉明周, 劉正瓊, 張銘鑫, 扈靜, 沈維蕾, 王榜, 葛茂根, 蔣增強 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)