Welcome to 鸿利开户 為夢而年輕!

業績案例

業績案例

海得智能制造專技應用:柔性智能車間生産物流調度系統

發布時間:2018-05-04

1引言 

以互聯網技術為代表的新技術革命給社會衆多産業帶來了深刻變革,制造業的變革也越來越清晰地展現出來。為迎接新一輪科技革命和産業變革,2013年,德國三大協會ZVEI、VDMA和BITCOM在漢諾威工業展上成立工業4.0聯盟,提出建設“信息物理系統”,積極布局“智能工廠”。2015年中國發布《中國制造2025》,部署推進實施制造強國戰略,提出以推進信息化和工業化深度融合為主線,大力發展智能制造。

智能制造以智能車間為載體,在設計、供應、制造和服務各環節實現端到端無縫協作。智能物流可以感知、思維、推理、路徑規劃和決策等,是連接供應鍊和制造的重要環節,也是打造智能工廠的基石。當前,智能制造和智能物流正處于整合過程中,以使企業打造更加高效、靈活的産業鍊。未來,智能物流将融入智能制造工藝流程,智能工廠的物流控制系統将負責生産設備和被處理對象的銜接工作,在系統中起着承上啟下的作用。漢諾威工業博覽會(HANNOVER MESSE)2018年開始将與世界領先的内部物流貿易展—漢諾威國際物流展覽會(CeMAT)共同舉辦,也反映了智能制造和智能物流共同發展,最終實現有效融合這一行業趨勢。

如何管控制造和物流的複雜流程,協同生産調度和物流調度,以實現智能制造和智能物流的集成是柔性智能車間面臨的一個重大挑戰。針對這個問題,海得控制研發了柔性智能車間生産物流調度系統,實現了智能制造和智能物流的“無縫集成”。該系統已在某口服液生産企業實現了示範應用,是國内制藥行業第一個柔性智能車間生産物流調度系統項目,已于2017年5月投産。目前海得控制正在進行柔性智能車間生産物流調度方案1→N的複制,正在開發實施的有兩個。

2柔性智能車間管控的問題和痛點 

柔性智能車間管控面臨的共性問題和痛點,包括四個方面,效益提升、調度複雜、柔性适應和故障處置等,如圖1所示。


 效益提升

柔性智能車間對于生産性能提出了更高的要求,其中進一步提高資源利用率,實現設備負載均衡,縮短生産周期是提高柔性智能車間生産管控水平,提升智能車間綜合效益的主要目标。

調度複雜

管控生産和物流的複雜流程,協同生産調度和物流調度,以實現智能生産和智能物流的“無縫對接”是實現柔性智能車間的一大挑戰。其中路徑沖突消解,最短路徑規劃,物料不斷供,産品品種和批次嚴格區分、确保不混批,規範生産操作流程,進行生産數據全流程追溯等複雜調度需求是實現生産調度和物流調度系統的基礎。

 柔性适應

柔性智能車間相對于傳統自動化車間,需要面對和适應更多的柔性。其中設備柔性允許生産多個産品和不同批次規格,并行工位的存在增加了路徑規劃和控制指令的柔性。對于設備上線和下線、無序狀态下啟動等系統也需具備适應能力。另外,還需具備人機交互和人工參與調度的适應能力。系統隻有具備了這些柔性适應能力,才能發揮柔性智能車間柔性特征的優勢,進而提升智能車間的綜合效益。

 故障處置

柔性智能車間要求故障處置更加智能。對于設備故障,系統适應設備故障,實現重調

度,信号安全複位、狀态還原、在制品異常處置流程等;對于輥道故障,系統自動計算路徑可達性,實現重調度等;對于AGV/RGV故障,系統實現故障AGV/RGV自動退出,與備用AGV/RGV自動引入等。

1 柔性智能車間的共性問題和痛點

3柔性智能車間生産物流系統方案簡介 

3.1系統架構

柔性智能車間生産物流調度方案采用三層系統架構:調度層、監控層和執行層。如圖2-1所示,其中調度層進行生産調度、路徑規劃和指令解析等,下發生産和運輸任務到PLC執行層;執行層接收來自調度層的任務,将制品從起點運往終點;監控層負責數據的采集和傳輸,同時對生産物流系統進行動态監控。其中生産和物流調度是調度系統的核心模塊,其計算引擎框架如圖2-2所示。

 

2 系統架構

3.2關鍵技術

柔性智能車間生産物流調度的系統的關鍵技術包括車間生産調度理論和模型、生産調度方法、基于單節輥道控制的輥道控制方法、AGV/RGV調度方法、緩沖區動态構建方法、設備故障/下線/上線自适應方法、批次約束滿足算法手動規劃自适應方法等。

車間生産和物流模型

基于圖論和擴展的事件驅動過程鍊,對智能車間的生産、物流進行建模,包括設備元素、物流元素、載運工具元素、人員元素、邏輯元素等,建立起多維度多視圖的集成模型,全方位認識車間生産和物流狀況,為生産調度和物流調度提供模型和數據支持。

 生産調度方法

基于約束理論和拉式生産等生産調度思想,考慮各個工序生産節拍,提出适合智能車間的生産調度方法。采用動态實時調度方法和動态重調度方法,結合動态規劃模型,針對智能車間生産調度需求,進行生産任務最優指派。

基于單節輥道控制的柔性輥道控制方法

針對輥道運輸場景,為提高運輸系統的靈活性,采用基于單節輥道控制的方法,即每個運輸任務通過路徑規劃和指令解析模塊,給出其所有的指令序列,交由PLC執行模塊執行,且在上層避免路徑沖突。該方法可以靈活實現各種調度和運輸需求。

AGV/RGV調度方法

AGV/RGV調度的主要目标是提高AGV/RGV利用率和縮短運輸距離,主要難點是路徑沖突避免和死鎖避免問題。面向不同應用場景,采用基于圖論、移動閉塞技術、動态時間窗方法、Dijkstra算法和A*算法等解決沖突和死鎖問題。

緩沖區動态構建方法

針對需要在制品托盤的生産設備,動态建立和維護在制品托盤的緩沖區,任意狀态和任意時刻,均能實現在制品托盤的合理、及時供應,确保不斷供,不擁堵。

設備故障/下線/上線自适應方法

設備故障時,對相關在制品進行重調度;同時增加系統的适應能力,允許設備下線,脫離系統自行維修;設備上線時,系統自動接納設備進入。

批次約束滿足算法

針對批次約束要求嚴格的智能車間,将批次約束加入生産調度和物流調度中,确保滿足批次切換時新舊批次分割、混批生産時确保批次分離等。

手動規劃自适應方法

針對用戶人工幹預需求,增加系統适應能力,允許在系統自動運行過程中,人工進行生産任務指派、路徑規劃等,并自動規避路徑沖突、實現負載均衡。

3.3創新點

柔性智能車間生産物流調度系統實現了智能生産和智能物流的集成,與傳統制造車間的生産和物流功能相比,主要實現的創新功能包括:

緩沖區動态調度

為避免在制品托盤斷供,距離在制品托盤入口較遠生産設備動态建立緩沖區,确保在制品托盤及時供應和均衡分配。

路徑沖突重調度

在制品在路徑上産生路徑沖突時,可對相關在制品進行自動重調度,以消解沖突,避免死鎖狀态。

設備故障自适應

需要托盤的生産設備故障後,不再對其供應托盤其它生産設備故障後,運往該生産設備在制品将重調度到其它可用并行生産設備。

設備上線/下線自适應

生産設備下線後,運往該生産設備在制品重調度到其它可用的并行生産設備。生産設備上線後,系統會根據設備生産範圍、負載均衡等調度在制品到該設備進行生産。

手動規劃自适應

可接受手動調度目标點,并自動進行路徑規劃,并消解路徑沖突。

批次控制

生産設備批次切換時,完成舊批次清場并進入下一工序的生産設備後,再調度新批次在制品,确保兩個批次的在制品嚴格區分、不混批。

電子地圖:

“電子地圖”呈現整個車間狀态,對生産設備上線狀态、重要交互信号以及所有設備重

要參數和報警信息進行實時動态顯示。

基于電子标簽的信息追溯

通過電子标簽,記錄每個在制品經過的生産設備編号、進入時間、離開時間等,實

現全流程追溯。

4案例與效益分析 

4.1案例

案例1:某口服液企業(營口)滅菌柔性智能車間生産物流調度系統 

該智能車間作為國内制藥行業第1個柔性智能車間,已于2017年5月投産,海得提供的生産物流調度系統目前運行穩定。

 

 

案例1圖示

案例2:某口服液企業(新會)柔性智能車間生産物流調度系統

 

案例2圖示

4.2效益分析

海得控制研發的柔性智能車間生産物流調度系統,實現了智能制造和智能物流的“無縫集成”,為制造企業智能制造和智能物流整合提供了理想解決方案,提升了制造企業的整體效益。主要包括:

生産模式由人工操控設備和在制品轉向操控智能調度中心,生産流程規範可控、車間生産人員的體力勞動強度降到最低。

系統自動确保生産不混批,實現全流程追溯。

優化物流路徑,提升物流效率,減少物流運輸成本,減少生産設備斷供。

優化計劃排産,提高設備利用率,縮短生産周期,提高車間産能。