“庫容量”在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

張新杰 錢海峰

摘? 要：現(xiàn)在的控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，一個(gè)控制系統(tǒng)往往有多個(gè)子控制系統(tǒng)構(gòu)成。在提高整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)能時(shí)，我們往往注重提高子系統(tǒng)的產(chǎn)能，而忽視了子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào);導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)能沒有提升，甚至下降。在分析每個(gè)子系統(tǒng)的具體作用后，在某個(gè)子系統(tǒng)中應(yīng)用水庫的“庫容量”原理后，成功提高了整個(gè)控制系統(tǒng)產(chǎn)能。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng);水庫;庫容量;產(chǎn)能提高

中圖分類號(hào)：TP13? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）16-0161-02

Abstract： Nowadays， the control system is becoming more and more complex， and a control system is often composed of multiple sub-control systems. When improving the production capacity of the whole system， we often focus on improving the capacity of the subsystem， but ignore the coordination between the subsystems; as a result， the capacity of the whole system has not increased or even decreased. After analyzing the specific function of each subsystem and applying the principle of "reservoir capacity" in a subsystem， the production capacity of the whole control system is successfully improved.

Keywords： control system; reservoir; reservoir capacity; productivity improvement

前言

古語云“他山之石，可以攻玉”，一些看似和控制邏輯“毫無瓜葛”的道理，卻可以應(yīng)用于控制系統(tǒng)的邏輯控制中。

1998年，長(zhǎng)江流域發(fā)生了特大洪水;長(zhǎng)江中下游面臨嚴(yán)峻的防洪壓力。但是由于近50年來，長(zhǎng)江流域水利建設(shè)成績(jī)顯著，修建了許多水利工程。水利專家科學(xué)地應(yīng)用水庫的削峰錯(cuò)峰作用;削減洪峰作用明顯，因此造成的損失比1931年和1954年要小得多。其原理是利用洪峰之間的時(shí)間差，在洪峰未到達(dá)水庫前排水，降低水庫水位增加庫容量（騰庫容）;而在洪峰到來時(shí)，把洪峰“消化”在水庫里。從而實(shí)現(xiàn)水庫下游河水流量的相對(duì)穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)。

1 產(chǎn)線概述

某項(xiàng)目某產(chǎn)品的自動(dòng)焊接產(chǎn)線，有一條上料板鏈線，五個(gè)自動(dòng)焊接工位，一個(gè)搬運(yùn)機(jī)器人、一條成品板鏈線和一個(gè)成品下線緩存工位、以及一個(gè)AGV運(yùn)輸小車構(gòu)成。

上料板鏈線負(fù)責(zé)把半成品運(yùn)送至上料區(qū)，半成品由人工用KBK吊運(yùn)至板鏈線上;板鏈線常速運(yùn)行，在接近停止位時(shí)低速運(yùn)行至停止位。到位后，利用RFID設(shè)別出產(chǎn)品類別;搬運(yùn)機(jī)器人將半成品搬運(yùn)至對(duì)應(yīng)的焊接工位進(jìn)行焊接。焊接完畢后，再由搬運(yùn)機(jī)器人把成品搬運(yùn)至下料板鏈線上。下料板鏈線將焊接完成的成品輸送至下料區(qū)（同上料板鏈線，有常速和低速兩檔速度），同樣利用RFID設(shè)別出產(chǎn)品類別;由成品下線緩存工位桁架裝置吊運(yùn)至對(duì)應(yīng)的緩存框內(nèi)。待AGV到達(dá)時(shí)，再利用桁架裝置把緩存框內(nèi)的成品吊運(yùn)至AGV上，由AGV小車把成品運(yùn)輸至涂裝車間。

2 產(chǎn)線分析

通過對(duì)產(chǎn)線的初步分析，不難判斷出如何高效利用搬運(yùn)機(jī)器人將是該產(chǎn)線的關(guān)鍵點(diǎn)。

進(jìn)一步分析該產(chǎn)品，竟多達(dá)16種類型，從其機(jī)械尺寸上區(qū)分也有7種;特別是由三種產(chǎn)品的下平面是異性面。這就造成了成品下料時(shí)，不能把成品放置在成品板鏈線上的任意位置（上料板鏈線由于是人工上料，可以進(jìn)行人工干預(yù)）。而且同上料板鏈線相比，增加板鏈線位置檢測(cè)裝置和物料的有無檢測(cè)限位。這樣可以把成品板鏈線停止在特定的位置并保證放置物料時(shí)不會(huì)發(fā)生疊放的情況。由于產(chǎn)品類型眾多，這也造成了成品下線緩存區(qū)，緩存料框數(shù)量眾多;不同的料框必須堆放不同的產(chǎn)品。同樣，吊放到AGV小車成品也必須分類堆放，不能把不同規(guī)格的成品混放。同時(shí)，為了提高AGV小車的利用率，AGV小車在成品下線緩存工位侯料時(shí)間盡可能縮短而且最好是滿載;這樣可以讓AGV的利用率到達(dá)最大化。

3 邏輯處理

上料板鏈線：上料板鏈線的邏輯處理相對(duì)簡(jiǎn)單。當(dāng)下料區(qū)無物料時(shí)，啟動(dòng)板鏈線常速運(yùn)行;進(jìn)入低速區(qū)域時(shí)低速運(yùn)行至停止位。RFID讀出產(chǎn)品類型后，由搬運(yùn)機(jī)器人取走。上料板鏈線再次啟動(dòng)運(yùn)行，如此循環(huán)運(yùn)行。

自動(dòng)焊接工位：當(dāng)焊接工位檢測(cè)到物料時(shí)，自動(dòng)夾緊物料開始焊接;焊接完畢后，自動(dòng)松開物料，并發(fā)出焊接完成信號(hào)，同樣由搬運(yùn)機(jī)器人取走物料并將物料搬運(yùn)至成品板鏈線上。

成品板鏈線：成品板鏈線的邏輯和上料板鏈線線類似。當(dāng)搬運(yùn)機(jī)器人需要下料到成品板鏈線時(shí)，發(fā)出停止命令;成品板鏈線進(jìn)入低速運(yùn)行，待運(yùn)行至特定的位置并且成品板鏈線放料區(qū)無料時(shí)，發(fā)出放料允許信號(hào)。搬運(yùn)機(jī)器人放料完成后，發(fā)出啟動(dòng)信號(hào);成品板鏈線常速運(yùn)行，至低速區(qū)時(shí)低速運(yùn)行至停止。RFID讀出信息后，由成品下線緩存工位桁架裝置吊運(yùn)至成品緩存區(qū)。成品吊運(yùn)出停止區(qū)后，成品鏈線再次啟動(dòng)運(yùn)行，如此循環(huán)運(yùn)行。

成品下線緩存工位：當(dāng)RFID讀出成品板鏈線停止區(qū)的物料信息后，桁架吊運(yùn)裝置從成品板鏈線停止區(qū)吊運(yùn)出成品，并將成品分類堆放在指定的物料框內(nèi)。當(dāng)AGV到達(dá)工位后，桁架吊運(yùn)裝置需要把達(dá)到特定數(shù)量的成品吊運(yùn)至AGV上。直到把AGV上的四個(gè)物料放置區(qū)全部放滿之后，AGV才能駛離工位，把成品物料運(yùn)送至涂裝區(qū)。

搬運(yùn)機(jī)器人負(fù)責(zé)從上料板鏈線搬運(yùn)物料至自動(dòng)焊接工位、從自動(dòng)焊接工位搬運(yùn)至成品板鏈線上料區(qū);AGV運(yùn)輸小車負(fù)責(zé)從成品下線緩存工位把成品運(yùn)輸至涂裝區(qū)。其具體邏輯這里就不再贅述。

4 系統(tǒng)出現(xiàn)的問題及問題的分析、解決整個(gè)系統(tǒng)的控制邏輯按照上述的邏輯分析編寫完成，開始運(yùn)行測(cè)試;每個(gè)工位都按照控制邏輯正常運(yùn)行。在系統(tǒng)試生產(chǎn)階段，運(yùn)轉(zhuǎn)良好。但是隨著生產(chǎn)產(chǎn)量的不斷提升，搬運(yùn)機(jī)器人、成品板鏈線和成品下線緩存工位之間的協(xié)同問題逐漸凸顯出來。

搬運(yùn)機(jī)器人負(fù)責(zé)把成品從自動(dòng)焊接工位搬運(yùn)至成品板鏈線;而成品下線緩存的桁架裝置負(fù)責(zé)把成品從成品板鏈線停止區(qū)吊運(yùn)至緩存料框內(nèi)并把料框內(nèi)的成品吊運(yùn)至AGV運(yùn)輸小車上。當(dāng)AGV運(yùn)輸小車到達(dá)成品下線緩存工位后，成品下線緩存的桁架裝置會(huì)把達(dá)到設(shè)定數(shù)量料框內(nèi)的成品自動(dòng)吊運(yùn)至AGV運(yùn)輸小車上;而無暇顧及成品板鏈線上停止區(qū)的成品物料。這往往會(huì)造成搬運(yùn)機(jī)器人在成品板鏈線的放料區(qū)等待，既無法放下成品物料，又無法搬運(yùn)半成品物料至自動(dòng)焊接工位;因而導(dǎo)致產(chǎn)能無法提升。特別是在成品下線緩存區(qū)有四個(gè)達(dá)到設(shè)定數(shù)量的料框時(shí)，搬運(yùn)機(jī)器人往往需要等待近一個(gè)小時(shí)的時(shí)間。

上料板鏈線是人工上料，上料的節(jié)奏和順序是隨機(jī)的、無法控制;自動(dòng)焊接工位的焊接時(shí)間是固定不變的也無法改變。而搬運(yùn)機(jī)器人和AGV運(yùn)輸小車的要求是越快越好，無法控制更不能降低速度！可以控制的工位是成品板鏈線和成品下線緩存工位。要解決問題，只用從這兩個(gè)工位著手。

自動(dòng)焊接工位焊接完成后要下料，必須經(jīng)搬運(yùn)機(jī)器人把成品放在“某個(gè)地方”;這樣搬運(yùn)機(jī)器人就被“盤活”。而這“某個(gè)地方”，最好是成品板鏈線上，讓成品板鏈線成為成品物料的“水庫”。

當(dāng)成品下線緩存工位不需要把成品物料吊運(yùn)至AGV運(yùn)輸小車時(shí)（桁架吊運(yùn)裝置空閑時(shí)），成品板鏈線常速運(yùn)行，把成品物料快速輸送至停止區(qū)及成品下線緩存工位內(nèi)的料框內(nèi)。而當(dāng)成品下線緩存工位需要把成品物料吊運(yùn)至AGV運(yùn)輸小車時(shí)（桁架吊運(yùn)裝置忙碌時(shí)），成品下線緩存工位不是馬上就執(zhí)行把成品物料吊運(yùn)至AGV運(yùn)輸小車上的動(dòng)作;而是把成品板鏈線上的成品物料清空。這個(gè)操作等用于水庫“騰庫容”，把水庫的“庫容量”釋放。完成這個(gè)操作后，在執(zhí)行成品物料吊運(yùn)至AGV運(yùn)輸小車上的動(dòng)作，而成品板鏈線低速運(yùn)行;運(yùn)行至特定的停止位并且放料區(qū)無料時(shí)停止運(yùn)行。這樣搬運(yùn)機(jī)器人可以直接把成品物料放到放料區(qū)，無需等待;而成品板鏈線依舊低速運(yùn)行至特定位置并且放料區(qū)無料時(shí)停止運(yùn)行。整個(gè)成品板鏈線在桁架吊運(yùn)裝置忙碌時(shí)就變身成“水庫”，用來“貯存”和“吸收”這段時(shí)間內(nèi)自動(dòng)焊接工位焊接完的成品物料;同樣也“盤活”搬運(yùn)機(jī)器人，提升了產(chǎn)線的產(chǎn)能。當(dāng)成品下線緩存工位不需要把成品物料吊運(yùn)至AGV運(yùn)輸小車時(shí)（桁架吊運(yùn)裝置空閑時(shí)），成品板鏈線恢復(fù)至常速運(yùn)行狀態(tài)。

按照上述思路修改完成后，搬運(yùn)機(jī)器人利用率提升明顯，等待時(shí)間明顯減少，整個(gè)產(chǎn)線的產(chǎn)能提升顯著。成品下線緩存工位需要把成品物料吊運(yùn)至AGV運(yùn)輸小車時(shí)（桁架吊運(yùn)裝置忙碌時(shí)），成品板鏈線“貯存”成品物料具體效果見下圖所示：

5 結(jié)束語

隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)在的控制系統(tǒng)越來越大，控制流程也越來越復(fù)雜，每個(gè)工位的關(guān)聯(lián)也越來越緊密。要提高整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的產(chǎn)能，不能僅僅提高單個(gè)工位產(chǎn)能;而是要著眼于全局。需要分析整個(gè)系統(tǒng)中的每個(gè)工位的屬性、以及和其上下游工位之間的關(guān)系;實(shí)現(xiàn)各工位之間的協(xié)調(diào)生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)能最大化。

本文中，利用水庫的“庫容量”原理，成功解決了產(chǎn)線產(chǎn)能提升的問題。隨著大數(shù)據(jù)普及和人工智能的發(fā)展，這將會(huì)是解決復(fù)雜大系統(tǒng)產(chǎn)能提升的方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]新華網(wǎng).1998年中國(guó)長(zhǎng)江洪水[EB/OL].2007-4-19.

[2]涂序彥.大系統(tǒng)控制論[M].北京郵電學(xué)院出版社，2005.