“庫容量”在控制系統中的應用

張新杰 錢海峰

摘? 要：現在的控制系統越來越復雜，一個控制系統往往有多個子控制系統構成。在提高整個系統的產能時，我們往往注重提高子系統的產能，而忽視了子系統之間的協調;導致整個系統的產能沒有提升，甚至下降。在分析每個子系統的具體作用后，在某個子系統中應用水庫的“庫容量”原理后，成功提高了整個控制系統產能。

關鍵詞：控制系統;水庫;庫容量;產能提高

中圖分類號：TP13? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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，卻可以應用于控制系統的邏輯控制中。

1998年，長江流域發生了特大洪水;長江中下游面臨嚴峻的防洪壓力。但是由于近50年來，長江流域水利建設成績顯著，修建了許多水利工程。水利專家科學地應用水庫的削峰錯峰作用;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間差，在洪峰未到達水庫前排水，降低水庫水位增加庫容量（騰庫容）;而在洪峰到來時，把洪峰“消化”在水庫里。從而實現水庫下游河水流量的相對穩定，不會出現較大的波動。

1 產線概述

某項目某產品的自動焊接產線，有一條上料板鏈線，五個自動焊接工位，一個搬運機器人、一條成品板鏈線和一個成品下線緩存工位、以及一個AGV運輸小車構成。

上料板鏈線負責把半成品運送至上料區，半成品由人工用KBK吊運至板鏈線上;板鏈線常速運行，在接近停止位時低速運行至停止位。到位后，利用RFID設別出產品類別;搬運機器人將半成品搬運至對應的焊接工位進行焊接。焊接完畢后，再由搬運機器人把成品搬運至下料板鏈線上。下料板鏈線將焊接完成的成品輸送至下料區（同上料板鏈線，有常速和低速兩檔速度），同樣利用RFID設別出產品類別;由成品下線緩存工位桁架裝置吊運至對應的緩存框內。待AGV到達時，再利用桁架裝置把緩存框內的成品吊運至AGV上，由AGV小車把成品運輸至涂裝車間。

2 產線分析

通過對產線的初步分析，不難判斷出如何高效利用搬運機器人將是該產線的關鍵點。

進一步分析該產品，竟多達16種類型，從其機械尺寸上區分也有7種;特別是由三種產品的下平面是異性面。這就造成了成品下料時，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，可以進行人工干預）。而且同上料板鏈線相比，增加板鏈線位置檢測裝置和物料的有無檢測限位。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不會發生疊放的情況。由于產品類型眾多，這也造成了成品下線緩存區，緩存料框數量眾多;不同的料框必須堆放不同的產品。同樣，吊放到AGV小車成品也必須分類堆放，不能把不同規格的成品混放。同時，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簡單。當下料區無物料時，啟動板鏈線常速運行;進入低速區域時低速運行至停止位。RFID讀出產品類型后，由搬運機器人取走。上料板鏈線再次啟動運行，如此循環運行。

自動焊接工位：當焊接工位檢測到物料時，自動夾緊物料開始焊接;焊接完畢后，自動松開物料，并發出焊接完成信號，同樣由搬運機器人取走物料并將物料搬運至成品板鏈線上。

成品板鏈線：成品板鏈線的邏輯和上料板鏈線線類似。當搬運機器人需要下料到成品板鏈線時，發出停止命令;成品板鏈線進入低速運行，待運行至特定的位置并且成品板鏈線放料區無料時，發出放料允許信號。搬運機器人放料完成后，發出啟動信號;成品板鏈線常速運行，至低速區時低速運行至停止。RFID讀出信息后，由成品下線緩存工位桁架裝置吊運至成品緩存區。成品吊運出停止區后，成品鏈線再次啟動運行，如此循環運行。

成品下線緩存工位：當RFID讀出成品板鏈線停止區的物料信息后，桁架吊運裝置從成品板鏈線停止區吊運出成品，并將成品分類堆放在指定的物料框內。當AGV到達工位后，桁架吊運裝置需要把達到特定數量的成品吊運至AGV上。直到把AGV上的四個物料放置區全部放滿之后，AGV才能駛離工位，把成品物料運送至涂裝區。

搬運機器人負責從上料板鏈線搬運物料至自動焊接工位、從自動焊接工位搬運至成品板鏈線上料區;AGV運輸小車負責從成品下線緩存工位把成品運輸至涂裝區。其具體邏輯這里就不再贅述。

4 系統出現的問題及問題的分析、解決整個系統的控制邏輯按照上述的邏輯分析編寫完成，開始運行測試;每個工位都按照控制邏輯正常運行。在系統試生產階段，運轉良好。但是隨著生產產量的不斷提升，搬運機器人、成品板鏈線和成品下線緩存工位之間的協同問題逐漸凸顯出來。

搬運機器人負責把成品從自動焊接工位搬運至成品板鏈線;而成品下線緩存的桁架裝置負責把成品從成品板鏈線停止區吊運至緩存料框內并把料框內的成品吊運至AGV運輸小車上。當AGV運輸小車到達成品下線緩存工位后，成品下線緩存的桁架裝置會把達到設定數量料框內的成品自動吊運至AGV運輸小車上;而無暇顧及成品板鏈線上停止區的成品物料。這往往會造成搬運機器人在成品板鏈線的放料區等待，既無法放下成品物料，又無法搬運半成品物料至自動焊接工位;因而導致產能無法提升。特別是在成品下線緩存區有四個達到設定數量的料框時，搬運機器人往往需要等待近一個小時的時間。

上料板鏈線是人工上料，上料的節奏和順序是隨機的、無法控制;自動焊接工位的焊接時間是固定不變的也無法改變。而搬運機器人和AGV運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，只用從這兩個工位著手。

自動焊接工位焊接完成后要下料，必須經搬運機器人把成品放在“某個地方”;這樣搬運機器人就被“盤活”。而這“某個地方”，最好是成品板鏈線上，讓成品板鏈線成為成品物料的“水庫”。

當成品下線緩存工位不需要把成品物料吊運至AGV運輸小車時（桁架吊運裝置空閑時），成品板鏈線常速運行，把成品物料快速輸送至停止區及成品下線緩存工位內的料框內。而當成品下線緩存工位需要把成品物料吊運至AGV運輸小車時（桁架吊運裝置忙碌時），成品下線緩存工位不是馬上就執行把成品物料吊運至AGV運輸小車上的動作;而是把成品板鏈線上的成品物料清空。這個操作等用于水庫“騰庫容”，把水庫的“庫容量”釋放。完成這個操作后，在執行成品物料吊運至AGV運輸小車上的動作，而成品板鏈線低速運行;運行至特定的停止位并且放料區無料時停止運行。這樣搬運機器人可以直接把成品物料放到放料區，無需等待;而成品板鏈線依舊低速運行至特定位置并且放料區無料時停止運行。整個成品板鏈線在桁架吊運裝置忙碌時就變身成“水庫”，用來“貯存”和“吸收”這段時間內自動焊接工位焊接完的成品物料;同樣也“盤活”搬運機器人，提升了產線的產能。當成品下線緩存工位不需要把成品物料吊運至AGV運輸小車時（桁架吊運裝置空閑時），成品板鏈線恢復至常速運行狀態。

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

5 結束語

隨著科技的進步，現在的控制系統越來越大，控制流程也越來越復雜，每個工位的關聯也越來越緊密。要提高整個生產系統的產能，不能僅僅提高單個工位產能;而是要著眼于全局。需要分析整個系統中的每個工位的屬性、以及和其上下游工位之間的關系;實現各工位之間的協調生產，從而實現整個系統產能最大化。

本文中，利用水庫的“庫容量”原理，成功解決了產線產能提升的問題。隨著大數據普及和人工智能的發展，這將會是解決復雜大系統產能提升的方向。

參考文獻：

[1]新華網.1998年中國長江洪水[EB/OL].2007-4-19.

[2]涂序彥.大系統控制論[M].北京郵電學院出版社，2005.