FMS物流平台的调度与控制

专 题 FMS 物流平台的调度与控制 产宾 炙皂邀 女 干 一。 勺 摘 要 本文针对 m 物流 提 出了一种基于任务分类的逐层细化调度 缝上 海第四机床厂葙体零件柔性制造系统(sI—FMS)中加以具体应用跟硬件实现。结果证实，这种调度与 一、 引言 物流平台是黍性制造系统 (FMS) 的重要构成部 分。其能够高效、合理地工作直接决定着整个 FMS 的 生产效率及柔性大小。物流平台由硬件跟工具两个别 组成 。硬件运输工具 已由初期固定型传送带发展至今 天的自动搬运车辆，大大提高了运输柔性及灵活性。 物流平台的硬件部分即物流控制系统，是推动运输系 统优化调度与即时控制的关键 ，也是 当今 FMS 研究 领域普遍关注的重要课题 。 物流控制是 FMS 生产管控中心的基本难题之一。 FMS 上级计划管理中的零件混合分批、机床负荷平衡 及作业计划编制等组件仅解决了-工件在平台各加工单 元南的流动路线与相继顺序，即只在各机床甘特图中 分别给出 r 以时间为单位 的加工零件轨迹线，而机件 的实际流动州应该经物流控制系统通过对货运车辆的 实时调度能够推动。从这一点讲，物流的即时调度与控 制需要说是 FMS生产调度中更重要的一环。

关于物流控制问题 ，常见的处理方式大概有两 类，但都有其局限性 ： ( J )把物流控制问题归结为数学规 U来研究。虽可 获最优解，但对FMS 的实际状况设有动态应变力，且系 统的复杂性也为物理建模的构建与求解带来困难。 (2) 把工件流动认为是无计划性的，决策完全根 据系统起初的状况及启发式调度规则来进行。这种思 想能否满足动态、实时的要求 ，但它基于常识和经验， 缺乏足够的理论基础 理想的方式要将工件流动的计划性和随意性结 合起来考虑，使得每一个调度决策的作出都又有理论 分析的基础，又可满足制造调度的即时要求 根据这 思想，本文将提 出一种在任务分类基础 上的逐层细化物流控制策略 文章第二部分首先确立 棚 ^ 概念(系统能扩展) 减轻 了-企业资金投入的压力， “CIMS 是搞无人工厂，不合适中国国情 。”这或许 是对 CI~IS 的最早 的误读。我们从来不赞成搞“无人工 厂” ，人的创造性 ，特别是产品研发中的变革与经营决 策 、开拓市场中的创造性劳动 ，是依然不可能由计算 机取代的。即使美国有一段时间搞的有 “ 显示度” 的 “无人车问” ——一段时间内无人操作的全自动化生 产，也因为投入大产出小而降温了 如前所述，我国实 施 CIMS，重点放在产品研发和科学管理上 ，不可能存 在搞“无人工厂”的问题。

“CIMS是高技术，离我们还更遥远。” 其实，作为 一种生产科技 ．CIMS 已经在许多市场中找到了其用 武之地。企业的实践 答了这个难题。1987年 863计 划 CIMS 主题立题时，有人认为 “CINS 离我们最遥 远” 。J989 年当一些试点企业开始实行 CIhiS 时，不少 入未觉得“CIMS 正向我们走来”。今天当 CIMS 在全国 6o 多家各种产业的民企进一步推广时 ，他们终于感 到 “CIMS 就在我们身边”。CIMS 反映了企业信息化、 现代化的时尚 ，它将会为我国的工业现代化作出历史 性的贡献 口 女末王系国家g63计划支持工程 I'IICROCC'MPUTER APPlICATf0NS上 车 ‘，前 ，， 维普资讯 专 题 物流控制在整个 FMS 控制中的地位以及控制范围与 目标；第三部分论述逐层细化思想及物流控制构架； 第四部分以实际 SJ —FMS 为例 ，具体介绍这一控制策 略的谋求过程；最后的结柬总结全文并强调未来的研 究方向 二、物流控制目标 FMS是复杂大平台 ，其控制系统必须采取分级结 构已经得到公认。

SJ —FMS 的分级控制结构如图 1 物 流控制作为协调控制级中的一个子系统fms物流系统，需根据上级 计划管理级给出的作业计划控制车辆实时完成各运 输任务 ，保证生产过程的自动化 计 划 管 理 级 f ’ 一 l^ — 遥 讯 I J I l · ； f } 『 翩 遗 过 程 级 1 SJ —IN S 控 制 系统 结 构 物流控制的根据是上级作业汁划 ，每一步控制既 必须考量下级生产现场的当前状况来决策 同时满足 这两方面的规定是控制 目标之一； 另内接受现场 的即时反馈信息，从而促使实时工况对上级计划的 影响从上到下逐步完善，同时也因而任务内容逐渐具 体，这一渐变过程巧妙、自然地将物流控制的计划性 和随机性加以结合。

运行规划只安排运输任务的执行顺序；运行调度 则进一步对这些有不确定延时的任务降低协调用途： 这两层均属于运输控制的宏观管理 ，在以搬运步为单 位的微观意义上，还留有巨大的 自由度 ，需由运行控 制层来最终决定物流控制系统的这种微观特性 实现逐层强化物流控制思想的关键是任务分类 即图 2 中所标的 A、B、C、D 类任务的界定方法与方 法 下 面我 们 以在上海第 四机床厂 箱体零件 FMS (SJ —FMS) 物流控制工具研发中所做的工作为例，详 细介绍诙控制方式的推动过程 四、SJ —FMS 实例分析 SJ —FMS 的软件运输 工具是一辆有轨 自动货车 (RGV) ，其物流控制的最后结果也应是一条顺序的小 车搬运步序列。根据逐层细化控制思想，这条序列是 经过一步步细化得到的 1、运行规划层 根据作业计划只能将运输任务简单地分为A、B 两类，排定两条粗糙的任务队列：其中．队列 1存放有 12 J 车第 斯 微 型 鼋腊臆 用 维普资讯 确定延时的A 类运输任务，队列2储存有不确定延时 的 B类任务( 图 31 队列 1 存放的A 类运输任务内容 A1 运 J 什自立体 2#化到 眯 】左 I l94# 、 A2 运 具自立体l 咋62#位至机床3 右工位 99#l A3 运 J 件自立律悖 【5 #n 至 L眯 3 右 j：佗f99 H) A4 逗工件自机床 1主工位I94# 1到清桃机( 93 J 队引2 存放的¨娄运j宣任务内窖 Bl 装刀进系绕——逗托檠自立体库66 憧至刀J }装卸站(92 ) B： 工件造幕境——蠡托颦自主体摩6#f{至c．件装 站c90 J J Il3 [ 件。

b蕞统——运] 件自立体库】5 位至工件装卸站I90_ ／9l #l 囤 3 队列 1、队列 2 币倒 这里，我们能直观地将A 娄任务理解为不牵涉装 卸站的货运任务；而 B类任务则为与装卸站有关的哪 些任务。由于像“工人装零件”这一类操作，其时间完 全取决于外界人的诱因，是系统能够预料的，我们称 之为“不确定延时”。由图 2 可知，A 类任务不需经运 行调度层的二次调度，所以为 r 保证实时性 ，还需限 制队列 1的长度。考虑sJ —FMS 中的机床数为4，限定 队列 1的更大队长也为 4 一运 P 至 TI．u 一 一运 P 至 u 一 一运 w到 冒Lu 一 专 题 运行控制层是整个物流控制的关键 ，通过对前两 层产生的各任务队列进行彻底调度的基础上，具体实 现对 RCv 的控制。 该层 的调度分 队列问调度和 队列 内调度两部 分。前者按优先权原则，后者按 FIFO 原州进行。除队 列0外，其余队列的FIFO调度即为 事调度，c 类任 务例外的缘由在于其进队时间是起初等待的时问，而 对c 类任务进行服务的根据要为期待信息到达的先 后顺序 囝5 给出 r 运行控制层内渊度的 FIGV 控制就是对经过了以上调度选定的各任务 类一一进行解释，然后产生搬运步命令．也就是 D 类 任务 ，下发给 RGv ，并借助 RGV 中断返回的应答信 号，监督搬运步的正确执行。

至此为止．我们基本上达到了物流控制的核心 目 标，而针对第二节讨论的控制 目标之二、之三，还需进 一步研究模式优化、小车调度自治、各设施的同步运 行等细节问题，限于篇幅，这里不作具体分析。 按照上述观念方法，我们用 C 语言编制了sJ — FMS 物流调度与控制组件，并未借助运行 基于任务分类的逐层细化物流控制策略，同时克 {芏务 5L 列 O ct ：侍 T 装完，运到 Is c2：恃 装完，运 至 聒 c3：待 卸完 运 P 至 骶 不确定延时 任务内窖 注： 一 工件 (~orkpiece) T 一 (Iool s) P 一 空托槊 (P3llet) 孔u ～ 工件装卸站 ~ -LoadJOnload-stat ion) TLu～ 装卸站 (I-Load／On Ioad—station) 霄5 一 工件立体库(~-Stoee) TS 一 立庠库 (T—S~ore) 墨4 运行调度层对任务队 2进行调度并彩成任务队列0 的过程示倒 2、运行调度层 对 B 类任务进行再分解 ，确定性部分与 A 类任 务一样，可直接送交运行控制层处理，而将随机性的 部分归为C 类任务形成任务队列0(参见围4)。

随着 任务的完善，使队列个数下降，这正体现了越下层的 控制、随机原因越强的实际状况。 3、运行控制层 服 了数学规划法计算时间过 长fms物流系统，以及简单规则法缺乏理论 分析的劣势，其最大优点在于 实时性好跟无法直接面向生 产过程控制。 关于逐层细化物流控制 方法在实际系统中的应用，本 文只就摄基本的难题进行了 讨论。今后随着制造要求的提 高，系统复杂度的减小，逐层 细化的物流控制方式也必定 要求被不断地加以改进和扩 充。除 l 『单纯接受并完成上级计划制订的任务外，还 可能必须有人工干预的平台，可以把由下级申请的运 输任务再单独列一队列；还可能必须考虑有多辆运输 小车的平台 ，比如在运行控制层上再加一任务分配 层，产生大于一条的小车输送任务轨线 总之，还有许 多非常准确，实际的课题有待今后进一步探究。 口 (收稿 日期 1997年 6 月1 MI CROCOMPUTER A PLjCATIO SJ 7车第 婀 7 维普资讯

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