生产系统及生产系统的控制方法与流程

本发明涉及工业生产自动化技术，尤其涉及一种生产系统及生产系统的控制方法。

背景技术：

随着制造业的智能化水平提高，现有的生产系统由众多自身集成有服务器的分布式自动化工业设备构成，通过服务器，这些工业设备可以与生产系统中其他的工业设备、带有电子标签的产品、以及企业资源规划(Enterprise Resource Planning，简称“ERP”)、制造执行系统(Manufacturing Execution System，简称“MES”)等通信以提供系统化、自动化生产服务。

但是，在实际生产过程中，依然存在当多个任务请求同时到达、或计划任务临时变更以及工业设备运行异常或故障等造成工业设备执行系统运行效率低下，整个生产系统的工序流程周转不畅，严重时导致全线生产系统运行效率骤降、甚至瘫痪，引发生产安全性问题。

技术实现要素：

为了解决背景技术中提到的工业设备执行系统对于多任务并行或计划任务临时变更以及工业设备运行异常或故障等情况处理效率不高，以及生产系统易发生工序周转不畅，导致生产安全性等问题，本发明提供一种生产系统及生产系统的控制方法，通过对生产系统中各个工业设备的服务质量进行服务质量(Quality of Service，简称“QoS”)评估，根据评估后的服务质量参数，基于预设生产系统模型(Production System Model，简称“PSM”)或预设生产系统优化表单预估生成生产系统的各工序的工业设备的优化工作状态和/或优化工作参数，从而保证整个生产系统工序的流畅性，提高生产效率，保证生产系统安全性能。

本发明提供一种生产系统，包括至少两个工业设备，所述工业设备包括一服务质量QoS评估单元和一生产系统模型PSM单元，其中：

服务质量QoS评估单元用于获取所述工业设备的服务质量参数，所述服务质量参数用于衡量所述工业设备的指令执行状况和/或所述工业设备的工作性能；当所述工业设备 的服务质量参数不满足预设阈值时，向所述工业设备的生产系统模型PSM单元发送优化请求，所述优化请求包含所述服务质量参数；

所述生产系统模型PSM单元用于接收所述优化请求，根据所述服务质量参数和预设的生产系统模型和预设生产系统优化表单，或者根据所述服务质量参数和预设的生产系统模型，或者根据所述服务质量参数和预设生产系统优化表单，预估各个工业设备的优化工作状态和/或优化工作参数，并将所述各个工业设备的优化工作状态和/或优化工作参数发送到各个对应的工业设备；所述预设生产系统模型包括构成生产系统的各个工业设备的模型；所述预设生产系统优化表单包括构成生产系统的各个工业设备的服务质量优化策略。

本发明还提供一种生产系统的控制方法，包括：

第一工业设备的服务质量QoS评估单元获取所述第一工业设备的服务质量参数，所述服务质量参数用于衡量所述第一工业设备的指令执行状况和/或所述第一工业设备的工作性能；当所述工业设备的服务质量参数不满足预设阈值，向第一工业设备的生产系统模型PSM单元发送优化请求，所述优化请求包含所述服务质量参数；

所述第一工业设备的生产系统模型PSM单元接收所述优化请求，根据所述服务质量参数和预设的生产系统模型和预设生产系统优化表单，或者根据所述服务质量参数和预设的生产系统模型，或者根据所述服务质量参数和预设生产系统优化表单，预估所述第一工业设备及各个第二工业设备的优化工作状态和/或优化工作参数，并将所述优化工作状态和/或优化工作参数发送到所述第一工业设备及所述各个第二工业设备；所述预设生产系统模型包括构成生产系统的所述第一工业设备及所述各个第二工业设备的模型；所述预设生产系统优化表单包括构成生产系统的所述第一工业设备及所述各个第二工业设备的服务质量优化策略。

本发明还提供一种生产系统的控制方法，包括：

第一工业设备的服务质量QoS评估单元获取所述第一工业设备的服务质量参数，所述服务质量参数用于衡量所述第一工业设备的指令执行状况和/或所述第一工业设备的工作性能；当所述服务质量参数不满足预设阈值，向第一工业设备及各个第二工业设备的生产系统模型PSM单元发送优化请求，所述优化请求包含所述服务质量参数；以使所述第一工业设备及各个第二工业设备的生产系统模型PSM单元根据预设生产系统模型、预设各自工业设备模型、预设生产系统优化表单、预设各自工业设备优化表单中的至少一种以及所述服务质量参数，预估各自工业设备的优化工作状态和/或优化工作参数，发 送所述优化工作状态和/或优化工作参数到各自工业设备；所述预设生产系统模型包括构成生产系统的所述第一工业设备及所述各个第二工业设备的模型；所述预设生产系统优化表单包括构成生产系统的所述第一工业设备及所述各个第二工业设备的服务质量优化策略。本发明提供的生产系统及生产系统的控制方法，通过对生产系统中各个工业设备的服务质量进行服务质量QoS评估，根据评估后的服务质量参数，基于预设生产系统模型PSM或预设生产系统优化表单，预估生成生产系统的各工序的工业设备的优化工作状态和/或优化工作参数，从而保证整个生产系统工序的流畅性，提高生产效率，保证生产系统安全性能。

附图说明

下面将参照附图详细描述本发明的实施例，附图中：

图1为本发明生产系统的实施例一的结构示意图；

图2为本发明生产系统的实施例二的结构示意图；

图3为本发明生产系统的实施例三的结构示意图，

图4为本发明生产系统的控制方法的实施例一的流程图；

图5为本发明生产系统的控制方法的实施例二的流程图；

图6为本发明生产系统的又一控制方法的实施例一的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在附图或说明书中，相似或相同的元件皆使用相同的附图标记。

图1为本发明生产系统的实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例的生产系统包括：至少两个工业设备10～20，工业设备10～20包括：一服务质量QoS评估单元101和一生产系统模型PSM单元102，其中：服务质量QoS评估单元101用于获取工业设备10～20的服务质量参数，服务质量参数用于衡量工业设备10～20的指令执行状况和/或工业设备10～20的工作性能；当工业设备10～20的服务质量参数不满足预设阈值时，向工业设备10～20的生产系统模型PSM单元102发送优化请求，优化请求包含服务质量参数；生产系统模型PSM单元102用于接收优化请求，根据服务质量参数和预设的生产系统模型和预设生产系统优化表单，或者根据服务质量参数和预设的生产系统模型，或者根据 服务质量参数和预设生产系统优化表单，预估各个工业设备10～20的优化工作状态和/或优化工作参数，并将各个工业设备10～20的优化工作状态和/或优化工作参数发送到各个对应的工业设备10～20；预设生产系统模型包括构成生产系统的各个工业设备的模型；预设生产系统优化表单包括构成生产系统的各个工业设备的服务质量优化策略。

具体的，生产系统包括至少两个工业设备10～20，工业设备10～20各自作为网络节点通过网络接口进行通信，工业设备10～20可以为计算机、电机、机器人、数控机床等工业生产线上所需的任意设备。工业设备10～20接收来自管理层服务器、产品、实时指令操控平台等发送的任务指令，其中，若任务指令来自于产品，可以通过在产品上附着电子标签，当该产品流经工业设备10～20时，工业设备10～20通过扫描产品上的电子标签识别任务指令。服务质量QoS评估单元101可以实时监控工业设备10～20以获取工业设备10～20的服务质量参数，服务质量主要反映了工业设备10～20的指令执行状况，和/或工业设备10～20的工作性能；可以包括：工业设备10～20的负载状况、设备性能等；如有多个任务指令同时到达，或任务指令临时变更，造成负载负荷较重；或由于工业设备10～20性能故障(例如电机转速骤降、机器人程序出错等)、工序延误、生产线上产品积压等状况，进而导致工业设备10～20服务质量下降，不能满足预设阈值。例如：当负载状况超出预设负载阈值，和/或当设备性能低于预设设备性能阈值等情况。该预设阈值可由工程技术人员根据具体的工业设备类型、性能，工序流程性能指标等给出不同的预设阈值指标。例如，工业设备10为电机，当电机的转速不满足预设转速阈值时，服务质量QoS评估单元101监控到工业设备10的服务质量下降，没有满足预设电机转速阈值，于是向生产系统模型PSM单元102发送优化请求；该优化请求中包含：服务质量参数；服务质量参数的具体表现形式是根据工业设备10～20的设备类型、性能，生产线的工序流程需求等指标给出的，例如：当前电机转速不满足预设转速，则服务质量参数中可以包含当前电机的转速值，还可以包含该电机的任务处理时间评估值。例如：执行时间t_exe、等待时间t_wait、传输时间t_trans、数据大小、传输速度等，其中，执行时间t_exe指该任务指令被执行的过程时间，等待时间t_wait指在任务指令队列中该任务指令被执行需要等待的时间，传输时间t_trans指该任务指令到达工业设备10～20的传输时间；QoS评估单元101通过计算任务处理的延迟时间t_delay，t_delay＝t_wait+t_exe+t_trans其中大小/传输速度，若t_delay超过预设时间阈值，说明该工业设备10～20没有及时处理该任务指令，则上述时间延时值也可以作为QoS的服务质量参数，结合电机的转速值 一起构成当前工业设备的服务质量参数用于对工业设备的服务质量进行优化。需要说明的是，上述服务质量参数为延迟时间或电机转速仅为举例，本发明对于服务质量参数不作限制，其可以是表征工业设备10～20设备性能，工序流程性能的任意服务质量评估参数。服务质量QoS评估单元101，获取工业设备10～20的服务质量参数，其中的获取过程既可以由服务质量QoS评估单元101主动监控工业设备10～20以得到服务质量参数，也可以由工业设备10～20向服务质量QoS评估单元101上报自身的各项服务质量参数，本实施例对具体的获取方式不作限制。当获取到的服务质量参数不满足预设阈值，向生产系统模型PSM单元102发送优化请求，生产系统模型PSM单元102中预存有生产系统的预设整体模型，和/或生产系统的预设优化表单。若根据预设的生产系统模型和QoS提供的服务质量参数进行预估，将服务质量参数代入预设生产系统模型中，计算得出各个工业设备10～20的优化工作状态和/或优化工作参数，其中，工作状态如停机、待机、运行、正转、反转等；工作参数如时间参数、速度参数、优先级参数、电压电流参数等；上述的工作状态及工作参数仅为举例，本发明对工作状态及工作参数不作具体限定，工程技术人员可以根据具体工况确定。若根据预设生产系统优化表单和QoS提供的服务质量参数进行预估，生产系统模型PSM102中存储有生产系统的各个工业设备的配置文件、过程数据、工作逻辑文件、运行时间数据等表格文件，其中记录了服务质量参数与这些表格文件内各项指标间的对应关系，例如：当某工业设备的服务质量参数显示运行时间滞后2秒，则利用查表法，在表格文件中对应找到解决方案，工作状态：调高电机转速；工作参数：转速调高到某一转速值或转速范围。从而利用经验数据构成的经验表完成对工业设备的调整。由于根据预设生产系统优化表单的解决方案无需根据服务质量参数、预设生产系统模型进行实时计算，可以大大减少模型计算的时间损耗，更加快速工业设备10～20的工作状态和/或工作参数的调整，从而及时、高效的处理工业设备服务质量下降的情况。当然，还可以结合预设的生产系统模型和预设生产系统优化表单以及服务质量参数三者共同得到优化的策略。最后，根据工作状态及工作参数生成对应于各个工业设备10～20的优化工作状态和/或优化工作参数，并将优化后的工作状态和/或优化后的工作参数发送到各个工业设备10～20中，以使工业设备10～20根据优化后的工作状态和/或工作参数调整工序或者调整工业设备10～20的操作参数等。

本实施例的生产系统，通过对生产系统中各个工业设备的服务质量进行服务质量QoS评估，根据评估后的服务质量参数，基于预设生产系统模型PSM或预设生产系统优化表单，预估生成生产系统的各工序的工业设备的优化工作状态和/或优化工作参数，从 而保证整个生产系统工序的流畅性，提高生产效率，保证生产系统安全性能。

图2为本发明生产系统的实施例二的结构示意图，如图2所示，在上述实施例一的基础上，该生产系统还包括一集成服务器103，集成服务器103用于：接收工业设备10～20待执行的任务指令，对接收到的任务指令进行统计分析，得到工业设备10～20的负载情况；和/或接收工业设备10～20反馈的运行参数；根据负载情况和/或工业设备10～20的运行参数，生成工业设备10～20的服务质量参数；其中，服务质量QoS评估单元101，具体用于监控集成服务器103，从集成服务器103内获取工业设备10～20的服务质量参数。

具体的，集成服务器103其通过网络通信接口接收发送给工业设备10～20的任务指令，可以对任务指令进行队列管理、优先级排序、占用资源分析等操作，并结合自身的处理能力以及工业设备的处理能力进行综合分析，评估出工业设备10～20的当前负载情况，例如，当前工业设备10～20为满负荷工作状态，或处于空闲状态等。同时，集成服务器103还可以通过接收工业设备10～20的各个传感器元件反馈的运行参数及时获知工业设备10～20的当前工作状况，从而及时发现工业设备10～20是否故障或存在异常。集成服务器103再根据负载情况和/或工业设备10～20的运行参数，综合分析得到工业设备10～20的服务质量参数；例如对于任务指令队列中的各条指令，其各自需要等待的延迟时间为多少等等。相应的，服务质量QoS评估单元101，通过监控集成服务器103，获取集成服务器103的执行能力信息，如中央处理器的执行能力，其间接反映了工业设备10～20的服务质量。服务质量QoS评估单元101从集成服务器103内获取工业设备10～20的服务质量参数，再根据预设阈值对工业设备10～20的服务质量参数进行评估。可以大大节省服务质量QoS评估单元101直接从工业设备10～20中获取服务质量参数的工序及时间，提高处理效率。

进一步地，服务质量QoS评估单元101，生产系统模型PSM单元102中的至少一个集成在集成服务器103内。服务质量QoS评估单元101，生产系统模型PSM单元102可以与集成服务器103集成为一体，也可以分体设置。

图3为本发明生产系统的实施例三的结构示意图，如图3所示，在上述实施例的基础上，工业设备10～20还包括：一许可控制单元104，用于对任务指令的访问权限进行验证，若验证通过，向集成服务器103发送许可指令，以使工业设备10～20执行任务指令；许可控制单元104，还用于接收生产系统模型PSM单元102发送的优化工作状态和/或优化工作参数，以更新工业设备10～20的访问权限数据。

具体的，访问权限的验证包括：对任务指令的发起方的身份验证，如发起方的IP地 址是否合法、发起方预执行的任务类别是否匹配等，还包括：允许访问的工业设备10～20的属性权限，如允许访问工业设备10～20的读或写功能中的一种或多种等等。通过许可控制单元104对任务指令访问权限的验证，极大地减少恶意访问工业设备10～20的概率，保证生产系统的安全性；同时通过许可控制单元104在任务指令到达工业设备10～20前对任务指令进行合格性筛选，仅使合格的任务指令进入集成服务器103的指令执行队列，可以加快集成服务器103的任务指令处理效率。此外，许可控制单元104，还用于接收由生产系统模型PSM单元102发出的优化工作状态和/或优化工作参数，许可控制单元104根据该优化工作状态和/或优化工作参数更新对应的工业设备10～20的访问权限数据。例如：工业设备10为一机器人手臂，其访问权限数据原先不包括对产品贴条形码标签，但由于生产线待工产品数量积压，优化工作状态和/或优化工作参数可以指示开通该机器人手臂的贴条形码标签功能，则许可控制单元104根据该新增功能更新机器人手臂的访问权限数据。

进一步地，该生产系统还包括：一工程数据单元30，用于存放各个工业设备10～20的组态文件，以使生产系统模型PSM单元102从工程数据单元30获取构成生产系统的各个工业设备10～20所对应的组态文件，形成预设生产系统模型；还用于存放各个工业设备10～20的服务质量优化策略，以使生产系统模型PSM单元102从工程数据单元30获取构成生产系统的各个工业设备10～20所对应的服务质量优化策略，形成预设生产系统优化表单。

具体的，工程数据单元30可以为工程技术人员开发用的组态平台，其具备生产系统完整的组态开发文件、数据、生产系统优化策略表单等，生产系统由众多不同组合形式的工业设备10～20组成，如当前生产系统由10个工业设备10～20组成，之后由于生产任务需要，生产系统变更为20个工业设备10～20组成，则各个工业设备10～20的生产系统模型PSM单元102可以从工程数据单元30中获取构成当前生产系统的各个工业设备10～20所对应的组态文件及服务质量优化策略，以形成当前生产系统的预设生产系统模型和预设生产系统优化表单。也就是说，工程数据单元30提供了生产系统的多样化建模需求，可以使生产系统具备更好的灵活性和可塑性。

图4为本发明生产系统的控制方法的实施例一的流程图，如图4所示，包括：

步骤101,第一工业设备的服务质量QoS评估单元获取第一工业设备的服务质量参数；服务质量参数用于衡量第一工业设备的指令执行状况和/或第一工业设备的工作性能；当工业设备的服务质量参数不满足预设阈值，向第一工业设备的生产系统模型PSM 单元发送优化请求，优化请求包含服务质量参数。

步骤102,第一工业设备的生产系统模型PSM单元接收优化请求，根据服务质量参数和预设的生产系统模型和预设生产系统优化表单，或者根据服务质量参数和预设的生产系统模型，或者根据服务质量参数和预设生产系统优化表单，预估第一工业设备及各个第二工业设备的优化工作状态和/或优化工作参数，并将优化工作状态和/或优化工作参数发送到第一工业设备及各个第二工业设备；预设生产系统模型包括构成生产系统的第一工业设备及各个第二工业设备的模型；预设生产系统优化表单包括构成生产系统的第一工业设备及各个第二工业设备的服务质量优化策略。

本实施例的方法，可用图1所示生产系统的实施例一的技术方案予以实现，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

本实施例的生产系统的控制方法，通过对生产系统中各个工业设备的服务质量进行服务质量QoS评估，根据评估后的服务质量参数，基于预设生产系统模型PSM或预设生产系统优化表单，预估生成生产系统的各工序的工业设备的优化工作状态和/或优化工作参数，从而保证整个生产系统工序的流畅性，提高生产效率，保证生产系统安全性能。

图5为本发明生产系统的控制方法的实施例二的流程图，如图5所示，在上述图4所示实施例一的基础上，该方法包括：

步骤201,第一工业设备的许可控制单元对第一工业设备接收到的任务指令的访问权限进行验证，若验证通过，向第一工业设备的集成服务器发送许可指令，以使第一工业设备执行任务指令。

步骤202,第一工业设备的集成服务器接收第一工业设备待执行的任务指令，对接收到的任务指令进行统计分析，得到第一工业设备的负载情况；和/或接收第一工业设备反馈的运行参数；根据负载情况和/或第一工业设备的运行参数，生成第一工业设备的服务质量参数。

步骤203,第一工业设备的服务质量QoS评估单元监控第一工业设备的集成服务器，并从第一工业设备的集成服务器内获取第一工业设备的服务质量参数；服务质量参数用于衡量第一工业设备的指令执行状况和/或第一工业设备的工作性能。

步骤204,当工业设备的服务质量参数不满足预设阈值，第一工业设备的服务质量QoS评估单元向第一工业设备的生产系统模型PSM单元发送优化请求，优化请求包含所述服务质量参数。

步骤205,第一工业设备的生产系统模型PSM单元接收优化请求，根据服务质量参数和预设的生产系统模型和预设生产系统优化表单，或者根据服务质量参数和预设的生产系统模型，或者根据服务质量参数和预设生产系统优化表单，预估第一工业设备及各个第二工业设备的优化工作状态和/或优化工作参数；预设生产系统模型包括构成生产系统的第一工业设备及各个第二工业设备的模型；预设生产系统优化表单包括构成生产系统的第一工业设备及各个第二工业设备的服务质量优化策略。

步骤206,第一工业设备的生产系统模型PSM单元将优化工作状态和/或优化工作参数发送到第一工业设备及各个第二工业设备。

步骤207,第一工业设备的生产系统模型PSM单元向第一工业设备及各个第二工业设备的许可控制单元发送优化工作状态和/或优化工作参数，以使第一工业设备及各个第二工业设备的许可控制单元更新各自工业设备的访问权限数据。

步骤206和步骤207没有必然的时序关系，本领域技术人员可以根据实际工况自行进行设定。

进一步地，还包括：第一工业设备的生产系统模型PSM单元从工程数据单元获取预设生产系统模型和/或预设生产系统优化表单；工程数据单元，用于存放第一工业设备及各个第二工业设备的组态文件，以使生产系统模型PSM单元从工程数据单元获取构成生产系统的各个工业设备所对应的组态文件，形成预设生产系统模型；还用于存放第一工业设备及各个第二工业设备的服务质量优化策略，以使生产系统模型PSM单元从工程数据单元获取构成生产系统的各个工业设备所对应的服务质量优化策略，形成预设生产系统优化表单。该步骤可以在步骤205前的任意一步进行。

本实施例的方法，可用图1～图3所示生产系统的实施例的技术方案予以实现，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图6为本发明生产系统的又一控制方法的实施例一的流程图，如图6所示，包括：

步骤301,第一工业设备的服务质量QoS评估单元获取第一工业设备的服务质量参数，服务质量参数用于衡量第一工业设备的指令执行状况和/或第一工业设备的工作性能。

步骤302,当服务质量参数不满足预设阈值，向第一工业设备及各个第二工业设备的生产系统模型PSM单元发送优化请求，优化请求包含服务质量参数；以使第一工业设备及各个第二工业设备的生产系统模型PSM单元根据预设生产系统模型、预设各自工业设 备模型、预设生产系统优化表单、预设各自工业设备优化表单中的至少一种以及所述服务质量参数，预估各自工业设备的优化工作状态和/或优化工作参数。

在该步骤中，区别于上述实施例的步骤204，服务质量QoS评估单元不仅向第一工业设备的PSM单元发送优化请求，还向各个第二工业设备的生产系统模型PSM单元发送优化请求。也就是说，当QoS评估单元发现第一工业设备存在较差服务质量的情况时，及时将第一工业设备当前的服务质量参数情况通报给生产系统上的所有工业设备。具有预警作用，使生产系统中的任一工业设备提前获知第一工业设备性能下降的原因，提前做好预防措施，进一步保障了该生产系统的安全性能。此外，构成生产系统的全部工业设备，即第一工业设备和各个第二工业设备根据其生产系统模型PSM单元中的完整生产系统模型或者其各自工业设备的模型，预估各自工业设备的工作状态及工作参数。或者第一工业设备和各个第二工业设备根据其生产系统模型PSM单元中的完整生产系统优化表单或者其各自工业设备的优化表单，预估各自工业设备的工作状态及工作参数。或者优化表单与模型的两种方式相结合。需要说明的是，各个工业设备模型包含在生产系统模型中，各个工业设备既可以根据生产系统整体的模型，也可以根据其个体模型，计算得到其各自工业设备的优化工作状态和/或优化工作参数。

步骤303,发送优化工作状态和/或优化工作参数到各自工业设备；预设生产系统模型包括构成生产系统的第一工业设备及各个第二工业设备的模型；预设生产系统优化表单包括构成生产系统的第一工业设备及各个第二工业设备的服务质量优化策略。

本实施例的生产系统的控制方法，通过对生产系统中各个工业设备的服务质量进行服务质量QoS评估，并及时将QoS评估差的工业设备的情况通报给生产系统上的其它工业设备，以预警各个工业设备基于预设模型，或者预设优化表单预估生成各自的优化工作状态和/或优化工作参数，提前做好预防措施，进一步保证整个生产系统工序的流畅性，提高生产效率，保证生产系统安全性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。