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CN115775009A - 一种基于rfid的柔性生产线群控系统及方法 - Google Patents

一种基于rfid的柔性生产线群控系统及方法 Download PDF

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CN115775009A
CN115775009A CN202211439734.0A CN202211439734A CN115775009A CN 115775009 A CN115775009 A CN 115775009A CN 202211439734 A CN202211439734 A CN 202211439734A CN 115775009 A CN115775009 A CN 115775009A
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CN
China
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workpiece
processing
equipment
production line
production
Prior art date
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CN202211439734.0A
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English (en)
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陈建勋
田亚丽
李�一
王吉昌
张宇
夏秋成
胡作伟
李闻
丁维齐
朱强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Jierui Information Technology Co ltd
716th Research Institute of CSIC
Jiangsu Jari Technology Group Co Ltd
CSIC Information Technology Co Ltd
Original Assignee
Jiangsu Jierui Information Technology Co ltd
716th Research Institute of CSIC
Jiangsu Jari Technology Group Co Ltd
CSIC Information Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种基于RFID的柔性生产线群控系统及方法，其中群控单元分别与生产线控制PLC单元、MES单元连接，接收MES单元的生产任务信息以及生产线控制PLC单元的生产线设备信息，并基于该生产信息和生产线设备信息进行生产调度；群控单元基于生产调度方案和RFID单元对各个生产线上的物料进行RFID标签信息的读写，同时记录各生产线设备加工信息，完成对生产线的群控。本发明通过群控单元和RFID的配合，可以准确记录每一个工件的型号、订单号及其他附属信息，并准确地自动传给生产设备，由生产设备根据型号等信息进行自动化加工程序调用及生产，衔接MES单元与生产线控制PLC单元，提升生产线柔性化、数字化、智能化，有效实现企业生产过程中降本增效。

Description

一种基于RFID的柔性生产线群控系统及方法
技术领域
本发明属于智能化生产控制领域，具体涉及一种基于RFID的柔性生产线群控系统及方法。
背景技术
柔性装配生产线将定制的自动化设备、工作台、物料传输线组合而成，具有统一的信息控制系统、物料储运系统，使系统能够完成自主识别、自主控制、自主检测，实现灵活自主生产。
针对多品种、小批量、变状态的生产作业模式，由于工件、托盘、物料，人员等资源形式多样，且存在环境恶劣、位置分散、易流动等特点，使得工业生产中对资源管理是一件棘手的事，当生产产品出现质量问题时，往往信息追溯困难，浪费大量时间和资源
采用传统生产线控制系统对设备数量兼容性有限，设备调度灵活性差、安全性低，不适用于多品种小批量产品的混线生产，而且生产成本不能精确统计，不能对车间生产设备实现科学管理。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于RFID的柔性生产线群控系统及方法，通过RFID电子标签、RFID读写器，对物料、在制品、执行设备、工装等多源环节的数据进行实时采集，提高生产效率、降低生产线停机率。
将物料或者工装托盘上放置RFID标签，记录产品的尺寸、数量、时间、人员等相关的信息，代替传统的手工记录，生产管理人员能及时掌握生产状况并根据情况调整生产安排，随时掌控物料的流向，进而提升生产线柔性化、数字化、智能化，有效实现企业生产过程中降本增效。
实现本发明目的的具体技术方案为：
一种基于RFID的柔性生产线群控系统，包括群控单元、生产线控制PLC单元、MES单元和RFID单元；
所述群控单元分别与生产线控制PLC单元、MES单元连接，接收MES单元的生产任务信息以及生产线控制PLC单元的生产线设备信息，并基于该生产信息和生产线设备信息进行生产调度；
群控单元基于生产调度方案和RFID单元对各个生产线上的物料进行RFID标签信息的读写，同时记录各生产线设备加工信息，完成对生产线的群控。
进一步的，所述群控单元包括总控模块、数据管理模块、数据接口模块、调度模块、监控模块；
所述总控模块用于控制群控单元中的其余各个模块；
所述数据管理模块通过RFID单元实时采集产品生产过程质量数据，并传递到各工序作为完工检验判据，最后将采集到的数据存储到数据库中；
所述数据接口模块通过数据接口完成MES单元和生产线控制PLC单元、RFID单元与群控单元的数据交互；
所述调度模块用于基于MES单元的生产信息进行生产线物料的调度；
所述监控模块通过读取RFID单元的信息完成生产线物料加工状态的监控。
进一步的，所述RFID单元包括RFID电子标签、RFID读写器；
所述RFID读写器和群控单元连接，受群控单元的控制完成RFID电子标签中数据信息的查询和读写；
所述RFID电子标签设置在各个生产线的物料或工装托盘上。
进一步的，所述调度模块结合MES单元下发的生产任务信息、设定的生产排程原则，基于调度模型，生成调度方案，具体为：
所述生产排程原则为：基于成本为优先的或基于交货期为优先；
所述调度模型为：
设n个待加工工件在m台设备上加工，每个工件具有p个工艺约束的加工工序，则工件集合表示为{W1，W2,…Wn}，设备集合表示为{M1,M2,…Mm}，工序集合表示为{Q1,Q2,…Qp}，则：
Figure BDA0003948143420000021
Figure BDA0003948143420000022
Figure BDA0003948143420000023
g(x)＝min(max|tfi-Ti|)
其中，a、b为加权因子，a+b＝1，a≥0,b≥0，f(x)为任一生产订单所有零件的最小化最大完工时间，h(x)为与f(x)同一订单的所有零件从加工开始到加工结束所使用设备的能耗成本总和；
Figure BDA0003948143420000031
表示工序Pij在加工设备Mk上的开始加工时间，
Figure BDA0003948143420000032
表示工序Pij在加工设备Mk上的总加工时间，Pij表示第i个加工工件的第j道工序，Mk表示第k个加工设备；
Figure BDA0003948143420000033
为设备Mk加工第i个工件第j道工序的加工能耗成本，
Figure BDA0003948143420000034
为选择加工设备Mk进行工序Pij加工，ECk表示加工设备Mk的非加工能耗成本；tfi为工件i的完工时间，Ti为工件i的交货期，其中，1≤i≤n，1≤j≤p，1≤k≤m。
进一步的，所述调度模型的约束条件为：
(1)同一工件须按照其既定的工艺顺序加工，不同的工件可并行加工，不受工序约束；
tsij≤tsi(j+1)
其中，tsij为第i个加工工件的第j道工序的开始加工时间，tsi(j+1)为第i个加工工件的第j+1道工序的开始加工时间；
(2)任一时刻，每台加工设备仅能进行某一道工序的加工，每个在加工工件在任一时刻只能在一台加工设备上加工；
Figure BDA0003948143420000035
Figure BDA0003948143420000036
表明至少有一台机器可以加工工序Pij；
Figure BDA0003948143420000037
其中，
Figure BDA0003948143420000038
为加工设备Mk上进行第i个加工工件的第j道工序的开始加工时间，
Figure BDA0003948143420000039
为加工设备Mk上完成第i个加工工件的第j道工序的加工时间，
Figure BDA00039481434200000310
为加工设备Mk上进行第i个加工工件的第j+1道工序的开始加工时间；
(3)临时插单的产品被优先进行某一工序的加工，，临时插单的交货期最早优先级设为1级，临时插单的交货期最晚优先级设为n级，当将要在设备Mk上加工的工件Wa遇到临时插单工件Wi时，工件Wi在设备Mk上的工序Pij的结束时间比工件Wa在设备Mk上的工序Pab的开始时间要早，即满足：
Figure BDA00039481434200000311
基于上述系统的群控方法，包括以下步骤：
步骤1、系统启动后，群控单元读取系统中RFID单元的配置信息，并确定所有生产线状态以及各加工设备状态；
步骤2、群控单元根据MES单元下发的生产任务信息，基于生产排程原则以及调度模型，生成调度方案，并将调度方案基于生产线控制PLC单元发送至各生产线工作站中，完成生产物料的调度；
步骤3、群控单元基于调度方案和RFID单元对各个生产线上的物料进行监控，当判断工件在生产线上到达各个加工设备处时，执行RFID标签信息的读写；
步骤4、RFID标签信息读写完成且该加工步骤完成后，判断RFID标签是否存在，若存在则判定工件过点，群控系统读取标签数据，若不存在则进行日志记录，自动赋码生成新标签；
步骤5、当工件完成各个加工步骤后，群控系统基于工件RFID标签信息确定工件在各个加工设备处的用时和能耗，记录并上传工件在各加工设备处的过点记录，完成对各个生产线的工件加工全程的控制和监控。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明的技术方案可对柔性生产线工件/托盘实时定位、实时追踪、流转控制，实现生产线多种型号混线生产、柔性生产、多型号工件管理、产品加工过程中检测对象的存在、跟踪对象的动态、预测对象的位置，并自动生产过程记录，代替传统的手工记录，及时掌握生产状况并根据情况调整生产安排，随时掌控物料的流向，对生产线生产资源进行集中控制和管理，实时采集设备和产品运行参数，对物料和成品进行质量分析和监控，生产异常及时告警，降低生产线停机率，最终达到生产线高效运行、质量信息可靠追溯，有效实现企业生产过程中降本增效；
(2)本发明的技术方案中通过群控单元和RFID的配合，可以准确记录每一个工件的型号、订单号及其他附属信息，并准确地自动传给生产设备，由生产设备根据型号等信息进行自动化加工程序调用及生产，衔接MES单元与生产线控制PLC单元，自动从MES单元读取生产计划队列，并按照队列完整、无误地将工件唯一码写入无线射频标签，无线射频标签读写正确率高于99.9％。
附图说明
图1为本发明的基于RFID的柔性生产线群控系统架构示意图。
图2为本发明的基于RFID的柔性生产线群控方法步骤流程图。
图3为本发明的实施例中的群控单元界面示意图。
图4为本发明的实施例中的群控单元与MES单元交互界面示意图。
图5为本发明的实施例中的群控单元与生产线控制PLC单元交互界面示意图。
图6为本发明的实施例中的RFID单元信息管控界面。
具体实施方式
一种基于RFID的柔性生产线群控系统，包括群控单元、生产线控制PLC单元、MES单元和RFID单元；
所述群控单元分别与生产线控制PLC单元、MES单元连接，接收MES单元的生产任务信息以及生产线控制PLC单元的生产线设备信息，并基于该生产信息和生产线设备信息进行生产调度；
更具体的来说，群控单元根据MES单元下发的生产任务信息，创建任务单，并同步任务单信息，包括任务单编码、生产计划编码、工件/托盘唯一标识码、创建任务单时间等信息；
群控单元基于生产调度方案和RFID单元对各个生产线上的物料进行RFID标签信息的读写，同时记录各生产线设备加工信息，完成对生产线的群控。
进一步的，所述群控单元包括总控模块、数据管理模块、数据接口模块、调度模块、监控模块；
所述总控模块用于控制群控单元中的其余各个模块；
所述数据管理模块通过RFID单元实时采集产品生产过程质量数据，并传递到各工序作为完工检验判据，最后将采集到的数据存储到数据库中；
所述数据接口模块通过数据接口完成MES单元和生产线控制PLC单元、RFID单元与群控单元的数据交互；
所述调度模块用于基于MES单元的生产信息进行生产线物料的调度；
所述监控模块通过读取RFID单元的信息完成生产线物料加工状态的监控。
进一步的，所述RFID单元包括RFID电子标签、RFID读写器；
所述RFID读写器和群控单元连接，受群控单元的控制完成RFID电子标签中数据信息的查询和读写；
所述RFID电子标签设置在各个生产线的物料或工装托盘上。
进一步的，所述调度模块结合MES单元下发的生产任务信息、设定的生产排程原则，基于调度模型，生成调度方案，具体为：
所述生产排程原则为：基于成本为优先的或基于交货期为优先；
所述调度模型为：
设n个待加工工件在m台设备上加工，每个工件具有p个工艺约束的加工工序，则工件集合表示为{W1，W2，…Wn}，设备集合表示为{M1，M2，…Mm}，工序集合表示为{Q1，Q2，…Qp}，对不同单位的多目标优化问题，采用归一化处理方法确保方法的科学性，则：
Figure BDA0003948143420000061
Figure BDA0003948143420000062
Figure BDA0003948143420000063
g(x)＝min(max|tfi-Ti|)
其中，选用基于成本为优先的原则构建模型，运用加权处理后的归一化目标函数为minCmax＝f(x)×a+h(x)×b，a、b为加权因子，a+b＝1，a≥0，b≥0，f(x)为任一生产订单所有零件的最小化最大完工时间，h(x)为与f(x)同一订单的所有零件从加工开始到加工结束所使用设备的能耗成本总和；
Figure BDA0003948143420000064
表示工序Pij在加工设备Mk上的开始加工时间，
Figure BDA0003948143420000065
表示工序Pij在加工设备Mk上的总加工时间，Pij表示第i个加工工件的第j道工序，Mk表示第k个加工设备；
Figure BDA0003948143420000066
为设备Mk加工第i个工件第j道工序的加工能耗成本，
Figure BDA0003948143420000067
为选择加工设备Mk进行工序Pij加工，ECk表示加工设备Mk的非加工能耗成本；tfi为工件i的完工时间，Ti为工件i的交货期，其中，1≤i≤n，1≤j≤p，1≤k≤m。
进一步的，所述调度模型的约束条件为：
(1)同一工件须按照其既定的工艺顺序加工，不同的工件可并行加工，不受工序约束；
tsij≤tsi(j+1)
其中，tsij为第i个加工工件的第j道工序的开始加工时间，tsi(j+1)为第i个加工工件的第j+1道工序的开始加工时间；
(2)任一时刻，每台加工设备仅能进行某一道工序的加工，每个正在加工工件的任一时刻只能在一台加工设备上加工；
Figure BDA0003948143420000071
Figure BDA0003948143420000072
表明至少有一台机器可以加工工序Pij；
Figure BDA0003948143420000073
其中，
Figure BDA0003948143420000074
为加工设备Mk上进行第i个加工工件的第j道工序的开始加工时间，
Figure BDA0003948143420000075
为加工设备Mk上完成第i个加工工件的第j道工序的加工时间，
Figure BDA0003948143420000076
为加工设备Mk上进行第i个加工工件的第j+1道工序的开始加工时间；
(3)临时插单的产品被优先进行某一工序的加工，，临时插单的交货期最早优先级设为1级，临时插单的交货期最晚优先级设为n级，当将要在设备Mk上加工的工件Wa遇到临时插单工件Wi时，工件Wi在设备Mk上的工序Pij的结束时间比工件Wa在设备Mk上的工序Pab的开始时间要早，即满足：
Figure BDA0003948143420000077
基于上述系统的群控方法，包括以下步骤：
步骤1、系统启动后，群控单元读取系统中RFID单元的配置信息，并确定所有生产线状态以及各加工设备状态；
步骤2、群控单元根据MES单元下发的生产任务信息，基于生产排程原则以及调度模型，生成调度方案，并将调度方案基于生产线控制PLC单元发送至各生产线工作站中，完成生产物料的调度，具体为：
更具体的来说，群控单元根据MES单元下发的生产任务信息，创建任务单，并同步任务单信息，包括任务单编码、生产计划编码、工件/托盘唯一标识码、创建任务单时间等信息
所述生产排程原则为：基于成本为优先的或基于交货期为优先；
所述调度模型为：
设n个待加工工件在m台设备上加工，每个工件具有p个工艺约束的加工工序，则工件集合表示为{W1，W2，…Wn}，设备集合表示为{M1，M2，…Mm}，工序集合表示为{Q1，Q2，…Qp}，对不同单位的多目标优化问题，采用归一化处理方法确保方法的科学性，则：
Figure BDA0003948143420000081
Figure BDA0003948143420000082
Figure BDA0003948143420000083
g(x)＝min(max|tfi-Ti|)
其中，选用基于成本为优先的原则构建模型，运用加权处理后的归一化目标函数为minCmax＝f(x)×a+h(x)×b，a、b为加权因子，a+b＝1，a≥0，b≥0，f(x)为任一生产订单所有零件的最小化最大完工时间，h(x)为与f(x)同一订单的所有零件从加工开始到加工结束所使用设备的能耗成本总和；
Figure BDA0003948143420000084
表示工序Pij在加工设备Mk上的开始加工时间，
Figure BDA0003948143420000085
表示工序Pij在加工设备Mk上的总加工时间，Pij表示第i个加工工件的第j道工序，Mk表示第k个加工设备；
Figure BDA0003948143420000086
为设备Mk加工第i个工件第j道工序的加工能耗成本，
Figure BDA0003948143420000087
为选择加工设备Mk进行工序Pij加工，ECk表示加工设备Mk的非加工能耗成本；tfi为工件i的完工时间，Ti为工件i的交货期，其中，1≤i≤n，1≤j≤p，1≤k≤m。
所述调度模型的约束条件为：
(1)同一工件须按照其既定的工艺顺序加工，不同的工件可并行加工，不受工序约束；
tsij≤tsi(j+1)
其中，tsij为第i个加工工件的第j道工序的开始加工时间，tsi(j+1)为第i个加工工件的第j+1道工序的开始加工时间；
(2)任一时刻，每台加工设备仅能进行某一道工序的加工，每个正在加工工件的任一时刻只能在一台加工设备上加工；
Figure BDA0003948143420000088
Figure BDA0003948143420000089
表明至少有一台机器可以加工工序Pij；
Figure BDA00039481434200000810
其中，
Figure BDA00039481434200000811
为加工设备Mk上进行第i个加工工件的第j道工序的开始加工时间，
Figure BDA0003948143420000091
为加工设备Mk上完成第i个加工工件的第j道工序的加工时间，
Figure BDA0003948143420000092
为加工设备Mk上进行第i个加工工件的第j+1道工序的开始加工时间；
(3)临时插单的产品被优先进行某一工序的加工，临时插单的交货期最早优先级设为1级，临时插单的交货期最晚优先级设为n级，当将要在设备Mk上加工的工件Wa遇到临时插单工件Wi时，工件Wi在设备Mk上的工序Pij的结束时间比工件Wa在设备Mk上的工序Pab的开始时间要早，即满足：
Figure BDA0003948143420000093
步骤3、群控单元基于调度方案和RFID单元对各个生产线上的物料进行监控，当判断工件在生产线上到达各个加工设备处时，执行RFID标签信息的读写；
步骤4、RFID标签信息读写完成且该加工步骤完成后，判断RFID标签是否存在，若存在则判定工件过点，群控系统读取标签数据，若不存在则进行日志记录，自动赋码生成新标签；
步骤5、当工件完成各个加工步骤后，群控系统基于工件RFID标签信息确定工件在各个加工设备处的用时和能耗，记录并上传工件在各加工设备处的过点记录，完成对各个生产线的工件加工全程的控制和监控。
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例
一种基于RFID的柔性生产线群控系统，包括群控单元、生产线控制PLC单元、MES单元、和RFID单元；
所述群控单元分别与生产线控制PLC单元、MES单元连接，接收MES单元的生产任务信息以及生产线控制PLC单元的生产线设备信息，并基于该生产信息和生产线设备信息进行生产调度；
更具体的来说，群控单元根据MES单元下发的生产任务信息，创建任务单，并同步任务单信息，包括任务单编码、生产计划编码、工件/托盘唯一标识码、创建任务单时间等信息；
群控单元基于生产调度方案和RFID单元对各个生产线上的物料进行RFID标签信息的读写，同时记录各生产线设备加工信息，完成对生产线的群控。
本实施例中，所述群控单元应用在柔性自动化生产线上，通过生产线交换机与MES单元、生产线控制PLC单元进行交互。
更具体的说，本实施例中的群控系统使用在数控机床自动化生产线上，接入生产线的控制网络，与服务器、工控机以及一定数量的RFID读写器连接在同一个网络内运行，所有RFID读写器接入群控单元，每个读写器控制距离50cm左右的超高频标签，每个读写器的读写范围内最多只会存在一个RFID超高频标签，如果出现多于一个标签，读写器根据内部查询条件，自动过滤掉距离较远的标签，将信号强的标签作为有效标签进行记录、写入，如图1所示；
进一步的，所述群控单元包括总控模块、数据管理模块、数据接口模块、调度模块、监控模块；
所述总控模块用于控制群控单元中的其余各个模块；
所述数据管理模块通过RFID单元实时采集产品生产过程质量数据，并传递到各工序作为完工检验判据，最后将采集到的数据存储到数据库中；
所述数据接口模块通过数据接口完成MES单元和生产线控制PLC单元、RFID单元与群控单元的数据交互；
所述调度模块用于基于MES单元的生产信息进行生产线物料的调度；
所述监控模块通过读取RFID单元的信息完成生产线物料加工状态的监控。
进一步的，所述RFID单元包括RFID电子标签、RFID读写器；
所述RFID读写器和群控单元连接，受群控单元的控制完成RFID电子标签中数据信息的查询和读写；
所述RFID电子标签设置在各个生产线的物料或工装托盘上。
本实施例中，RFID单元接入群控单元，每个RFID读写器控制距离50cm的RFID超高频电子标签，每个读写器的读写范围内最多只会存在一个RFID超高频标签，如果出现多于一个标签，读写器根据内部查询条件，自动过滤掉距离较远的标签，将信号强的标签作为有效标签进行记录、写入；
RFID标签种类可以是金属标签、文件管理标签、其他定制标签，RFID读写器可以是移动式手持读写器、出入控制固定式读写器。
进一步的，所述调度模块结合MES单元下发的生产任务信息、设定的生产排程原则，基于调度模型，生成调度方案，具体为：
所述生产排程原则为：基于成本为优先的或基于交货期为优先；
所述调度模型为：
设n个待加工工件在m台设备上加工，每个工件具有p个工艺约束的加工工序，则工件集合表示为{W1，W2，…Wn}，设备集合表示为{M1，M2，…Mm}，工序集合表示为{Q1，Q2，…Qp}，对不同单位的多目标优化问题，采用归一化处理方法确保方法的科学性，则：
Figure BDA0003948143420000111
Figure BDA0003948143420000112
Figure BDA0003948143420000113
g(x)＝min(max|tfi-Ti|)
其中，选用基于成本为优先的原则构建模型，运用加权处理后的归一化目标函数为minCmax＝f(x)×a+h(x)×b，a、b为加权因子，a+b＝1，a≥0，b≥0，f(x)为任一生产订单所有零件的最小化最大完工时间，h(x)为与f(x)同一订单的所有零件从加工开始到加工结束所使用设备的能耗成本总和；
Figure BDA0003948143420000114
表示工序Pij在加工设备Mk上的开始加工时间，
Figure BDA0003948143420000115
表示工序Pij在加工设备Mk上的总加工时间，Pij表示第i个加工工件的第j道工序，Mk表示第k个加工设备；
Figure BDA0003948143420000116
为设备Mk加工第i个工件第j道工序的加工能耗成本，
Figure BDA0003948143420000117
为选择加工设备Mk进行工序Pij加工，ECk表示加工设备Mk的非加工能耗成本；tfi为工件i的完工时间，Ti为工件i的交货期，其中，1≤i≤n，1≤j≤p，1≤k≤m。
进一步的，所述调度模型的约束条件为：
(1)同一工件须按照其既定的工艺顺序加工，不同的工件可并行加工，不受工序约束；
tsij≤tsi(j+1)
其中，tsij为第i个加工工件的第j道工序的开始加工时间，tsi(j+1)为第i个加工工件的第j+1道工序的开始加工时间；
(2)任一时刻，每台加工设备仅能进行某一道工序的加工，每个正在加工工件的任一时刻只能在一台加工设备上加工；
Figure BDA0003948143420000118
Figure BDA0003948143420000121
表明至少有一台机器可以加工工序Pij；
Figure BDA0003948143420000122
其中，
Figure BDA0003948143420000123
为加工设备Mk上进行第i个加工工件的第j道工序的开始加工时间，
Figure BDA0003948143420000124
为加工设备Mk上完成第i个加工工件的第j道工序的加工时间，
Figure BDA0003948143420000125
为加工设备Mk上进行第i个加工工件的第j+1道工序的开始加工时间；
(3)临时插单的产品被优先进行某一工序的加工，临时插单的交货期最早优先级设为1级，临时插单的交货期最晚优先级设为n级，当将要在设备Mk上加工的工件Wa遇到临时插单工件Wi时，工件Wi在设备Mk上的工序Pij的结束时间比工件Wa在设备Mk上的工序Pab的开始时间要早，即满足：
Figure BDA0003948143420000126
本实施例中，群控单元与RFID读写器之间读取命令与响应返回数据格式定义如下：
群控系统命令数据块：
Len：命令数据块的长度，但不包括Len本身，即数据块的长度等于4加Data[]的长度。Len允许的最大值为96，最小值为4，字节长度为1；
Adr：读写器地址；地址范围：0x00～0xFE，0xFF为广播地址，读写器只响应和自身地址相同及地址为0xFF的命令，读写器出厂时地址为0x00，字节长度为1；
Cmd：命令代码，字节长度为1；
Data[]：参数域，在实际命令中，可以不存在，字节长度不定；
LSB-CRC16：CRC16低字节，CRC16是从Len到Data[]的CRC16值，字节长度为1；
MSB-CRC16：CRC16高字节，字节长度为1；
读写器响应数据块：
Len：响应数据块的长度，但不包括Len本身，即数据块的长度等于5加Data[]的长度，字节长度为1；
Adr：读写器地址，字节长度为1；
reCmd：指示该响应数据块是哪个命令的应答，如果是对不可识别的命令的应答，则reCmd为0x00，字节长度为1；
Status：命令执行结果状态值，字节长度为1；
Data[]：数据域，可以不存在，字节长度不定；
LSB-CRC16：CRC16低字节，CRC16是从Len到Data[]的CRC16值，字节长度为1；
MSB-CRC16：CRC16高字节，字节长度为1；
结合图2，基于上述系统的群控方法，包括以下步骤：
步骤1、系统启动后，群控单元读取系统中RFID单元的配置信息，并确定所有生产线状态以及各加工设备状态；
所述配置信息包括RFID读写器的IP地址、端口、频率、标记符等基础信息；
步骤2、群控单元根据MES单元下发的生产任务信息，基于生产排程原则以及调度模型，生成调度方案，并将调度方案基于生产线控制PLC单元发送至各生产线工作站中，完成生产物料的调度，具体为：
更具体的来说，群控单元根据MES单元下发的生产任务信息，创建任务单，并同步任务单信息，包括任务单编码、生产计划编码、工件/托盘唯一标识码、创建任务单时间等信息
所述生产排程原则为：基于成本为优先的或基于交货期为优先；
所述调度模型为：
设n个待加工工件在m台设备上加工，每个工件具有p个工艺约束的加工工序，则工件集合表示为{W1，W2,…Wn}，设备集合表示为{M1,M2,…Mm}，工序集合表示为{Q1,Q2,…Qp}，对不同单位的多目标优化问题，采用归一化处理方法确保方法的科学性，则：
Figure BDA0003948143420000131
Figure BDA0003948143420000132
Figure BDA0003948143420000133
g(x)＝min(max|tfi-Ti|)
其中，选用基于成本为优先的原则构建模型，运用加权处理后的归一化目标函数为minCmax＝f(x)×a+h(x)×b，a、b为加权因子，a+b＝1，a≥0，b≥0，f(x)为任一生产订单所有零件的最小化最大完工时间，h(x)为与f(x)同一订单的所有零件从加工开始到加工结束所使用设备的能耗成本总和；
Figure BDA0003948143420000141
表示工序Pij在加工设备Mk上的开始加工时间，
Figure BDA0003948143420000142
表示工序Pij在加工设备Mk上的总加工时间，Pij表示第i个加工工件的第j道工序，Mk表示第k个加工设备；
Figure BDA0003948143420000143
为设备Mk加工第i个工件第j道工序的加工能耗成本，
Figure BDA0003948143420000144
为选择加工设备Mk进行工序Pij加工，ECk表示加工设备Mk的非加工能耗成本；tfi为工件i的完工时间，Ti为工件i的交货期，其中，1≤i≤n，1≤j≤p，1≤k≤m。
所述调度模型的约束条件为：
(1)同一工件须按照其既定的工艺顺序加工，不同的工件可并行加工，不受工序约束；
tsij≤tsi(j+1)
其中，tsij为第i个加工工件的第j道工序的开始加工时间，tsi(j+1)为第i个加工工件的第j+1道工序的开始加工时间；
(2)任一时刻，每台加工设备仅能进行某一道工序的加工，每个正在加工工件的任一时刻只能在一台加工设备上加工；
Figure BDA0003948143420000145
Figure BDA0003948143420000146
表明至少有一台机器可以加工工序Pij；
Figure BDA0003948143420000147
其中，
Figure BDA0003948143420000148
为加工设备Mk上进行第i个加工工件的第j道工序的开始加工时间，
Figure BDA0003948143420000149
为加工设备Mk上完成第i个加工工件的第j道工序的加工时间，
Figure BDA00039481434200001410
为加工设备Mk上进行第i个加工工件的第j+1道工序的开始加工时间；
(3)临时插单的产品被优先进行某一工序的加工，临时插单的交货期最早优先级设为1级，临时插单的交货期最晚优先级设为n级，当将要在设备Mk上加工的工件Wa遇到临时插单工件Wi时，工件Wi在设备Mk上的工序Pij的结束时间比工件Wa在设备Mk上的工序Pab的开始时间要早，即满足：
Figure BDA0003948143420000151
步骤3、群控单元基于调度方案和RFID单元对各个生产线上的物料进行监控，当判断工件在生产线上到达各个加工设备处时，执行RFID标签信息的读写；
步骤4、RFID标签信息读写完成且该加工步骤完成后，判断RFID标签是否存在，若存在则判定工件过点，群控系统读取标签数据，若不存在则进行日志记录，自动赋码生成新标签；
步骤5、当工件完成各个加工步骤后，群控系统基于工件RFID标签信息确定工件在各个加工设备处的用时和能耗，记录并上传工件在各加工设备处的过点记录，完成对各个生产线的工件加工全程的控制和监控。
无线射频群控系统通过串口RS232/RS485或以太网口RJ45连接无线射频读写器，读写器实现RFID标签的读取、写入、查询、扫描等操作，根据现场情况以及高频或者超高频的工作效率，可以选择添加天线，以增加标签读取成功率，如图3所示；
本实施例中群控单元与MES单元交互界面如图4所示，群控单元与生产线控制PLC单元交互界面如图5所示，本实施例中RFID单元的信息管控界面如图6所示。
本发明的技术方案通过群控单元和RFID的配合，可以准确记录每一个工件的型号、订单号及其他附属信息，并准确地自动传给生产设备，由生产设备根据型号等信息进行自动化加工程序调用及生产，衔接MES单元与生产线控制PLC单元，自动从MES单元读取生产计划队列，并按照队列完整、无误地将工件唯一码写入无线射频标签，无线射频标签读写正确率高于99.9％，提升生产线柔性化、数字化、智能化，有效实现企业生产过程中降本增效。
以上实施例显示和描述了本发明的基本原理、主要特征。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种基于RFID的柔性生产线群控系统，其特征在于，包括群控单元、生产线控制PLC单元、MES单元和RFID单元；
所述群控单元分别与生产线控制PLC单元、MES单元连接，接收MES单元的生产任务信息以及生产线控制PLC单元的生产线设备信息，并基于该生产信息和生产线设备信息进行生产调度；
群控单元基于生产调度方案和RFID单元对各个生产线上的物料进行RFID标签信息的读写，同时记录各生产线设备加工信息，完成对生产线的群控。
2.根据权利要求1所述的基于RFID的柔性生产线群控系统，其特征在于，所述群控单元包括总控模块、数据管理模块、数据接口模块、调度模块、监控模块；
所述总控模块用于控制群控单元中的其余各个模块；
所述数据管理模块通过RFID单元实时采集产品生产过程质量数据，并传递到各工序作为完工检验判据，最后将采集到的数据存储到数据库中；
所述数据接口模块通过数据接口完成MES单元和生产线控制PLC单元、RFID单元与群控单元的数据交互；
所述调度模块用于基于MES单元的生产信息进行生产线物料的调度；
所述监控模块通过读取RFID单元的信息完成生产线物料加工状态的监控。
3.根据权利要求1所述的基于RFID的柔性生产线群控系统，其特征在于，所述RFID单元包括RFID电子标签、RFID读写器；
所述RFID读写器和群控单元连接，受群控单元的控制完成RFID电子标签中数据信息的查询和读写；
所述RFID电子标签设置在各个生产线的物料或工装托盘上。
4.根据权利要求1所述的基于RFID的柔性生产线群控系统，其特征在于，所述调度模块结合MES单元下发的生产任务信息、设定的生产排程原则，基于调度模型，生成调度方案，具体为：
所述生产排程原则为：基于成本为优先的或基于交货期为优先；
所述调度模型为：
设n个待加工工件在m台设备上加工，每个工件具有p个工艺约束的加工工序，则工件集合表示为{W1，W2,…Wn}，设备集合表示为{M1,M2,…Mm}，工序集合表示为{Q1,Q2,…Qp}，则：
Figure FDA0003948143410000021
Figure FDA0003948143410000022
Figure FDA0003948143410000023
g(x)＝min(max|tfi-Ti|)
其中，a、b为加权因子，a+b＝1，a≥0,b≥0，f(x)为任一生产订单所有零件的最小化最大完工时间，h(x)为与f(x)同一订单的所有零件从加工开始到加工结束所使用设备的能耗成本总和；
Figure FDA0003948143410000024
表示工序Pij在加工设备Mk上的开始加工时间，
Figure FDA0003948143410000025
表示工序Pij在加工设备Mk上的总加工时间，Pij表示第i个加工工件的第j道工序，Mk表示第k个加工设备；
Figure FDA0003948143410000026
为设备Mk加工第i个工件第j道工序的加工能耗成本，
Figure FDA0003948143410000027
为选择加工设备Mk进行工序Pij加工，ECk表示加工设备Mk的非加工能耗成本；tfi为工件i的完工时间，Ti为工件i的交货期，其中，1≤i≤n,1≤j≤p,1≤k≤m。
5.根据权利要求4所述的基于RFID的柔性生产线群控系统，其特征在于，所述调度模型的约束条件为：
(1)同一工件须按照其既定的工艺顺序加工，不同的工件可并行加工，不受工序约束；
tsij≤tsi(j+1)
其中，tsij为第i个加工工件的第j道工序的开始加工时间，tsi(j+1)为第i个加工工件的第j+1道工序的开始加工时间；
(2)任一时刻，每台加工设备仅能进行某一道工序的加工，每个在加工工件的任一时刻只能在一台加工设备上加工；
Figure FDA0003948143410000028
Figure FDA0003948143410000029
表明至少有一台机器可以加工工序Pij；
Figure FDA00039481434100000210
其中，
Figure FDA00039481434100000211
为加工设备Mk上进行第i个加工工件的第j道工序的开始加工时间，
Figure FDA0003948143410000031
为加工设备Mk上完成第i个加工工件的第j道工序的加工时间，
Figure FDA0003948143410000032
为加工设备Mk上进行第i个加工工件的第j+1道工序的开始加工时间；
(3)临时插单的产品被优先进行某一工序的加工，临时插单的交货期最早优先级设为1级，临时插单的交货期最晚优先级设为n级，当将要在设备Mk上加工的工件Wa遇到临时插单工件Wi时，工件Wi在设备Mk上的工序Pij的结束时间比工件Wa在设备Mk上的工序Pab的开始时间要早，即满足：
Figure FDA0003948143410000033
6.基于权利要求1-5任意一项系统的基于RFID的柔性生产线群控方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、系统启动后，群控单元读取系统中RFID单元的配置信息，并确定所有生产线状态以及各加工设备状态；
步骤2、群控单元根据MES单元下发的生产任务信息，基于生产排程原则以及调度模型，生成调度方案，并将调度方案基于生产线控制PLC单元发送至各生产线工作站中，完成生产物料的调度；
步骤3、群控单元基于调度方案和RFID单元对各个生产线上的物料进行监控，当判断工件在生产线上到达各个加工设备处时，执行RFID标签信息的读写；
步骤4、RFID标签信息读写完成且该加工步骤完成后，判断RFID标签是否存在，若存在则判定工件过点，群控系统读取标签数据，若不存在则进行日志记录，自动赋码生成新标签；
步骤5、当工件完成各个加工步骤后，群控系统基于工件RFID标签信息确定工件在各个加工设备处的用时和能耗，记录并上传工件在各加工设备处的过点记录，完成对各个生产线的工件加工全程的控制和监控。
7.根据权利要求6所述的基于RFID的柔性生产线群控方法，其特征在于，所述步骤2中的基于生产排程原则和调度模型生成调度方案，具体为：
所述生产排程原则为：基于成本为优先的或基于交货期为优先；
所述调度模型为：
设n个待加工工件在m台设备上加工，每个工件具有p个工艺约束的加工工序，则工件集合表示为{W1，W2,…Wn}，设备集合表示为{M1,M2,…Mm}，工序集合表示为{Q1,Q2,…Qp}，则：
Figure FDA0003948143410000041
Figure FDA0003948143410000042
Figure FDA0003948143410000043
g(x)＝min(max|tfi-Ti|)
其中，a、b为加权因子，a+b＝1，a≥0,b≥0，f(x)为任一生产订单所有零件的最小化最大完工时间，h(x)为与f(x)同一订单的所有零件从加工开始到加工结束所使用设备的能耗成本总和；
Figure FDA0003948143410000044
表示工序Pij在加工设备Mk上的开始加工时间，
Figure FDA0003948143410000045
表示工序Pij在加工设备Mk上的总加工时间，Pij表示第i个加工工件的第j道工序，Mk表示第k个加工设备；
Figure FDA0003948143410000046
为设备Mk加工第i个工件第j道工序的加工能耗成本，
Figure FDA0003948143410000047
为选择加工设备Mk进行工序Pij加工，ECk表示加工设备Mk的非加工能耗成本；tfi为工件i的完工时间，Ti为工件i的交货期，其中，1≤i≤n,1≤j≤p,1≤k≤m。
8.根据权利要求7所述的基于RFID的柔性生产线群控系统，其特征在于，所述调度模型的约束条件为：
(1)同一工件须按照其既定的工艺顺序加工，不同的工件可并行加工，不受工序约束；
tsij≤tsi(j+1)
其中，tsij为第i个加工工件的第j道工序的开始加工时间，tsi(j+1)为第i个加工工件的第j+1道工序的开始加工时间；
(2)任一时刻，每台加工设备仅能进行某一道工序的加工，每个在加工工件在任一时刻只能在一台加工设备上加工；
Figure FDA0003948143410000048
Figure FDA0003948143410000049
表明至少有一台机器可以加工工序Pij；
Figure FDA00039481434100000410
其中，
Figure FDA00039481434100000411
为加工设备Mk上进行第i个加工工件的第j道工序的开始加工时间，
Figure FDA0003948143410000051
为加工设备Mk上完成第i个加工工件的第j道工序的加工时间，
Figure FDA0003948143410000052
为加工设备Mk上进行第i个加工工件的第j+1道工序的开始加工时间；
(3)临时插单的产品被优先进行某一工序的加工，临时插单的交货期最早优先级设为1级，临时插单的交货期最晚优先级设为n级，当将要在设备Mk上加工的工件Wa遇到临时插单工件Wi时，工件Wi在设备Mk上的工序Pij的结束时间比工件Wa在设备Mk上的工序Pab的开始时间要早，即满足：
Figure FDA0003948143410000053
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