一种基于可重构产线的动态调试系统

技术领域

本发明属于软件系统架构领域，具体的说是一种基于可重构产线的动态调试系统。

背景技术

可重构制造系统(RMS，Reconfigurable Manufacturing System)是指为能适应市场的需求变化，按系统规划的要求，以重排、重复利用、革新组元或子系统的方式，快速调整制造过程、制造功能和制造生产能力的一类新型可变制造系统。它是基于现有的或可获得的新机床设备和其它组元的、可动态组态的新一代制造系统。一般一条可重构制造系统相当于几条传统的制造系统。

可重构制造系统是适应先进制造发展的新一代技术群体中一种重要而适用的技术，对我国制造企业增强竞争力有重要意义。它与传统的制造系统规划、设计和建造的区别在于：企业可随时根据产品变化，由产品工艺过程变化驱动、快速进行组态规划和设计，在专门的多功能小组的支持下快速实施系统动态组态(重构)。因它是建立在公共地基、可随时移动又可保证组态后性能的机床设备和组元基础上的，故具有投资少、可重复利用、优化布置、物流合理、保证质量、设备运行可靠、短交货期和低成本等优点。它既是可改进、可革新的开放系统，又是存在寿命期、由产品状况决定的一种新的可变制造系统。

可重构制造系统技术可用于大多数制造系统中，特别是市场竞争激烈、产品的品种和数量陡变的状况下快速构建制造系统。它的基本特征是可重构(可组态)性，除此之外还包括以下主要特征：

可变性：对产品，制造技术和过程变化的高柔性的适应能力。

可集成性：是可嵌套新模块与新装置或设备，能实现“系统大于部分之和”的系统整合。

订货化：可按订单驱动。

模块化：可进行制造过程、制造功能和制造能力的模块化组合。

优化物流：减少在制件，提高机床利用率，提高产品变换后产品的生产质量。

可诊断性：对产品质量缺陷和设备故障的可跟踪和可溯源性。

经济可承受性：是投资、系统功能和成本综合优化，经济上可行的。

敏捷性：以强的市场扩展柔性、增强企业竞争力，使企业获利。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提出一种基于可重构产线的动态调试系统。适配可重构产线的调度系统，实现个性化生产调度。

本发明采用的技术方案是：一种基于可重构产线的动态调试系统，包括：上位机端、产线设备资源端，二者之间通过控制接口模块连接；所述上位机端通过控制接口模块实时采集产线设备资源端各工位设备或可移动AGV的数据，动态订制可重构产线工艺流程，控制产线设备资源进行加工操作。

所述上位机端包括：

主控逻辑模块，向下与控制接口模块通信，建立与产线设备资源端的底层硬件设备的控制指令下达、状态获取；向上对接工艺配置模块、AGV配置模块、任务可视化模块、单步调试模块完成相关的配置及人工操作指令的输入；

工艺配置模块，设有前端界面，用于通过界面对工艺过程解耦，实现产线重构，用户通过界面自定义产线生产产品的工艺路线，实现产品定制的自由组合，根据现场产线的布局、设备数量情况合理分配加工过程，提高设备利用率并优化生产；

AGV配置模块，设有前端界面，用于通过界面指定可移动AGV的可用状态和执行特定工艺过程的配置信息，适配现场生产过程中的需求；

任务可视化模块，设有前端界面，用于通过界面目视化方式显示用户当前整个产线各个工位的执行过程，提示当前执行的相关信号、操作节拍；

单步调试模块，设有前端界面，用于产线出现故障后通过界面对执行信号进行调整和产线恢复。

所述主控逻辑模块包括：

1)解析订单单元：通过下达的订单找到其关联的产品信息，通过产品的工艺路线进行产品的工步拆解，将工艺路线分解为各个单步任务；

2)关联AGV单元：识别各个工艺节点，根据产品的AGV配置，为工艺点关联执行的AGV设备；

3)AGV队列建立单元：为AGV建立执行队列和候补队列，执行队列中为自动顺序执行的工步，候补队列中为需要按钮触发的工步；

4)任务弹出单元：根据底层硬件设备反馈的信号，依次弹出AGV的执行任务进行处理；

5)候补队列监控单元：为单独启动的监控线程，根据按钮的呼叫将候补队列中的任务插入到执行队列中。

进一步的，所述工艺配置模块用于用户自定义各个工艺任务重构工艺路线；所述工艺任务包括车削、铣削、装配、检测、人工和3D打印；所述工艺管理界面中，通过拖拽的方式将工步放置到面板中，用连线将相关的工步进行连接，完成工艺路线的设置。

进一步的，所述AGV配置模块用于自定义具体执行的AGV，可同时定义单台或多台AGV的工部集合，对AGV的任务进行拆解设置。

进一步的，所述任务可视化界面包括：

页面左侧，显示任务执行的队列，包括AGV的执行队列和候补队列；

页面右侧，从上到下依次是任务区、信号区、日志区和操作区；

任务区显示用于从执行队列中弹出的最新任务，显示任务所属的订单，任务的名称，任务的执行状态；

信号区展示当前任务拆分为步骤后各个步骤的执行状态，用户可通过页面展示信号的执行进度定位故障点；

日志区展示当前任务执行的日志；

操作区用于控制任务执行过程，当前任务执行完毕后暂停或恢复。

进一步的，所述单步调试界面中，调试的对象是AGV和某一加工工位，可以通过按钮控制AGV和工位进行单步执行，并在状态区域和日志区域查看运行过程。

所述控制接口模块包括：

固定工位控制接口模块，连接产线设备资源中固定工位的PLC控制器，用于下达控制指令调度相应固定工位设备执行加工任务；

可移动设备控制接口模块，连接产线设备资源中的多台AGV设备，用于调度AVG进行物流运输；

所述实时数据库对接组件模块，连接产线设备资源中的实时数据库读取产线设备数据、实时获取产线设备的状态，并向上位机端提供调用接口。

所述产线设备资源中的固定工位设备包括车床工位、铣床工位、装配工位、3D打印工位、人工操作台，上述固定工位设备配备机械手和缓存台，用于执行固定工位控制接口模块的指令，实现工件的加工或上下料操作。

所述AGV设备上设有机械手，用于根据可移动设备控制接口模块的指令将物料放置到固定工位的缓存台上，或从固定工位的缓存台上取下物料。

所述产线设备数据包括日志数据、运行状态、工作进度、报警信息，为设备调度提供逻辑分析依据。

本发明的有益效果和作用是：

1)适配可重构产线的调度系统，实现个性化生产调度。

2)对工艺过程解耦，实现工艺过程的自由组合，根据自定义的加工过程完成订单生产解耦。

3)柔性调度AGV，可配置由某个AGV完成具体的调度工作，也可由单独的一台AGV完成全部物流任务。

4)将产线生产过程中的控制信号通过可视化页面展示给管理人员，能够精细化的了解生产过程中信号传递的过程，以便于在产线发生故障时能够迅速定位故障点。

5)在产线发生故障时，能够通过可视化页面对订单进行回退操作，从而继续生产当前订单。管理人员排除故障并测试确保无误后，手动将硬件系统重置为初始状态，并通过软件系统设置订单进度为上一工序，即可对产生故障的工序进行再次生产，进而完成订单，不必将整个产线重置并将订单重新生产。

附图说明

图1是基于可重构产线的动态调试系统架构图。

图2是主控逻辑流程图。

图3是单步调试流程图。

图4是工艺配置页面。

图5是AGV配置页面。

图6是信号可视化页面。

图7是单步调试页面。

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，下面结合附图对本发明的具体实施方法做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1所示，本发明提出一种基于可重构产线动态调试系统，系统的主要组成部分包括固定工位控制接口、可移动设备控制接口、实时数据库对接组件和上位机系统。其中上位机系统主要包括工艺配置、AGV配置、任务可视化和单步调试等功能。

固定工位控制接口所对接的设备包括车床工位、铣床工位、装配工位、3D打印工位、人工操作台等。固定工位在产线中起到零件加工的作用，一般不能移动，固定工位一般配备机械手和缓存台，实现工件的上下料操作。固定工位的控制接口用于与固定工位的PLC等控制模块对接，通过下达控制指令调度机械手臂、加工设备进行加工。

可移动设备控制接口用于对接产线的AGV设备，用于调度AVG进行物流运输。AGV上配备机械手，用于将物料放置到固定工位的缓存台上，或从固定工位的缓存台上取下物料。AGV是产线可重构的基础条件，对于不同订单的生产工艺路线，可以通过AGV串联不同的工位达到混线生产的目的。

实时数据库对接组件是与产线中实时数据库读取数据的接口，实时数据库通过通用协议与产线设备相连，实时获取产线设备的状态，并向上提供调用接口，上位机系统通过实时数据库对接组件能够获取设备的运行状态、工作进度、报警信息等数据，为设备调度提供逻辑分析的依据。

上位机系统由主控逻辑通过固定工位控制接口、可移动设备控制接口、实时数据库对接组件等通信手段建立与底层硬件设备的控制下达、状态获取接口。是系统的核心，向上则对接工艺配置模块、AGV配置模块、任务可视化模块、单步调试模块完成相关的配置及人工操作介入。

工艺配置模块实现的是对工艺过程的解耦，是实现产线重构的入口，用户通过工艺配置模块能够自定义产线生产产品的工艺路线，实现产品定制的自由组合，根据现场产线的布局、设备数量等情况，合理分配加工过程，达到提升设备利用率并优化生产的目的。

AGV配置模块用于指定物流模块的可用状态和执行特定工艺过程的配置信息，适配现场生产过程中的特殊需求。

任务可视化模块通过目视化的方式提示用户当前整个产线各个工位的执行过程，对执行的相关信号、节拍有更为精准的把控。

单步调试模块用于产线出现故障后对于执行信号的调整和产线恢复。

本发明系统的主要功能包括；

1)适配可重构产线的调度系统，实现个性化生产调度。

2)对工艺过程解耦，实现工艺过程的自由组合，根据自定义的加工过程完成订单生产解耦。

3)柔性调度AGV，可配置由某个AGV完成具体的调度工作，也可由单独的一台AGV完成全部物流任务。

4)将产线生产过程中的控制信号通过可视化页面展示给管理人员，能够精细化的了解生产过程中信号传递的过程，以便于在产线发生故障时能够迅速定位故障点。

5)在产线发生故障时，能够通过可视化页面对订单进行回退操作，从而继续生产当前订单。管理人员排除故障并测试确保无误后，手动将硬件系统重置为初始状态，并通过软件系统设置订单进度为上一工序，即可对产生故障的工序进行再次生产，进而完成订单，不必将整个产线重置并将订单重新生产。

1.主控逻辑

系统基于柔性可重构的调度思想，能够对工艺路线进行随机组合，能够对AGV的执行任务进行动态配置。

对于下达的订单，可以通过关联的产品类型得到工艺路线，对拆分的工艺路线下达给配置相关的AGV队列进行任务处理。

从宏观的角度看，具体的执行流程如下图2所示：

1)解析订单：通过下达的订单，找到其关联的产品信息，通过产品的工艺路线，进行产品的工步拆解。

2)关联AGV：识别各个工艺节点，根据此产品的AGV配置，为工艺点找到执行的AGV。

3)建立AGV队列：为AGV建立执行队列和候补队列，执行队列中为自动顺序执行的工步，候补队列中为需要按钮触发的工步。

4)任务弹出：根据硬件系统反馈的信号，依次将AGV的执行任务弹出，进行任务的处理，后续会详细说明。

5)候补队列监控：单独启动监控线程，根据按钮的呼叫将候补队列中的任务插入到执行队列中。

2.单步调试逻辑

处于队列中的任务，一旦从队列中弹出，就要进入到任务的处理流程，为了实现任务的自由管控，提供了任务暂停、任务恢复、任务重新执行的调试功能。具体的任务执行流程如图3所示。

1)分解为步骤：将单个任务分解为多个步骤，如铣削加工，要分为AGV行进到铣工位、放置物料、加工、取物料等等。

2)遍历步骤：对各个步骤进行遍历，切换到需要执行的步骤。

3)检查信号：每个步骤开始前都检查是否有暂停的需求。

4)等待信号：若有暂停的需求，则等待下一个输入，如果收到恢复信号则继续执行，如果收到重新开始的信号，则重置所有信号，从第一个步骤开始执行。

5)执行步骤：执行具体的步骤，向硬件系统发送执行信号，记录操作日志，等待反馈信号，收到反馈信号后更新执行状态。

6)检查步骤：检查是否还有未完成的步骤，若有则继续遍历剩余的步骤，直到所有步骤都执行完成，此任务才完成。

3.工艺路线配置

系统提供工艺路线配置功能，用户可为相关产品定义特定的工艺路线，可供选择的工艺路线包括车削、铣削、装配、检测、人工和3D打印。工艺管理的设计图如图4所示。

工艺管理页面中，能够通过拖拽的方式将工步放置到面板中，用连线将相关的工步进行连接，完成工艺路线的设置。

4.AGV配置

系统提供AGV配置功能，是将产品的工艺路线进行拆分，然后执行具体执行的AGV。可以让两台AGV分别执行相应的工步集合，也可以让单台AGV执行所有的工步集合。AGV配置的页面如图5所示。

根据产品的工艺路线定义，对AGV的任务进行拆解，如果工艺路线中存在人工工位，则会产生相关的工步集合，能够在页面中选择工步集合执行的AGV，可以两个工步集合由同一台AGV执行。

5.信号传递可视化

系统提供信号传递可视化功能，是将产线中执行的各种信号进行展示，显示信号传递的过程，通过页面的展示，能够直观的查看已执行、未执行和执行中的信号。

一旦产线出现了故障，用户可通过页面展示信号执行的进度定位故障，可以通过信号执行的阶段判断故障点。任务可视化功能如图6所示。

在页面的左侧，显示任务执行的队列，包括AGV的执行队列和候补队列。

页面右侧从上到下依次是任务区、信号区、日志区和操作区。

任务区显示的是从执行队列中弹出的最新任务，显示任务所属的订单，任务的名称，还有任务的执行状态。

信号区展示的是当前任务拆分为步骤后各个步骤的执行状态，每个步骤用圆点展示，未执行、执行中和已执行的步骤会通过颜色区分。

日志区是当前任务执行的日志，每个任务步骤的执行过程都会被记录下来，方便用户查看信号的传递过程。

操作区用于控制任务执行过程，暂定任务会将任务停止在下一个执行步骤，恢复任务则使得任务能够继续执行。只有在暂停任务后才能重新执行任务，硬件方面需要做好相关的恢复工作。

6.单步调试

系统提供单步调试功能，在系统发生故障时能够完成故障恢复，能够重复执行当前的问题工步，并能够对各个工位进行单独的调试。单步调试功能如图7所示。

单步调试台能够选择对某个工位进行调试，调试的对象是AGV和加工工位，可以通过按钮控制AGV和工位进行单步执行，并在状态区域和日志区域查看运行过程。

7.交互架构

系统采用B/S架构进行前端数据的展示，浏览器端通过WebSocket方式与服务器连接。WebSocket为全双工通道，以往架构下一般采用轮询方式访问后台数据，即设置一个访问周期，每间隔访问周期即向后台请求一次数据，后台给出应答后再展示数据。这样的缺点在于需要频繁访问服务器资源，当多终端并行访问时，会给网络资源和服务器资源造成不必要的访问压力。建立WebSocket的全双工访问通道，可以只建立一次终端与服务器的访问连接，即可以不受限制的发送数据，实现服务器到终端的数据推送。

本发明以可重构产线为基础，提出了一种动态调试系统架构，在满足个性化的工艺配置的同时，也能够按照现场的实际情况配置物流单元的使用需求。通过目视化的方式实现了系统执行过程清晰化的目的。在动态调度的过程中不仅提高了设备的利用率，也实现了节拍的优化。能够根据单步调试快速定位生产过程中产生的问题，并以高效的方式解决，不影响产品的生产过程。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。