智能化物流電子選取系統(tǒng)及實現(xiàn)方法

專利名稱：智能化物流電子選取系統(tǒng)及實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種物料配送系統(tǒng)，特別涉及一種智能化物流電子選取系統(tǒng)及實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
伴隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展、全球化一體化市場的形成以及客戶需求的多樣化和個性化，企業(yè)所面臨的市場競爭變得越來越激烈。與此同時，傳統(tǒng)的資源領(lǐng)域和人力領(lǐng)域的利潤增值潛力越來越小，物流領(lǐng)域日益成為繼資源和人力之后的第三大“利潤源泉”。因此，企業(yè)開始著力挖掘物流領(lǐng)域的增值潛力以培育和更新企業(yè)的競爭優(yōu)勢。以采購、生產(chǎn)、運輸、裝卸、包裝、倉儲的合理化和系統(tǒng)化，加工配送的一體化和信息管理的網(wǎng)絡(luò)化為主要特征的現(xiàn)代物流，不僅成為企業(yè)競爭力的主要因素，而且還成為一個國家綜合實力最重要的標志之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)在物流配送系統(tǒng)不夠靈活的問題，提出了一種智能化物流電子選取系統(tǒng)及實現(xiàn)方法，采用了可擴展的多地址現(xiàn)場總線CAN協(xié)議，支持即插即用，可任意配置終端設(shè)備。通過相關(guān)總線系統(tǒng)協(xié)議與總線拓撲結(jié)構(gòu)的研究；解決了以往配送系統(tǒng)不夠靈活的問題。以往的物料配送系統(tǒng)若需要增加節(jié)點數(shù)量活改變拓撲結(jié)構(gòu)時，需要專業(yè)人員對系統(tǒng)進行重新配置。該系統(tǒng)可以在系統(tǒng)運行時隨時增加或減少終端數(shù)量，且地址配置靈活。本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種智能化物流電子選取系統(tǒng)，現(xiàn)場設(shè)備信息通過CAN總線集中到本地控制器，本地控制器跟本地上位機互通信息，同時本地控制器通過TCP/IP通用協(xié)議將信息統(tǒng)一送入邏輯管理模塊，邏輯管理模塊進行任務(wù)分配，邏輯管理模塊對數(shù)據(jù)信息進行優(yōu)化調(diào)度計劃，管理各個本地控制器帶的現(xiàn)場設(shè)備子系統(tǒng)，同時將調(diào)度計劃通過網(wǎng)絡(luò)上傳到主服務(wù)器上。所述智能化物流電子選取系統(tǒng)實現(xiàn)方法，具體包括如下步驟:
1)本地控制器通過CAN總線集中采集本地現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)信息，同時本地控制器將信息轉(zhuǎn)換后送入本地上位機；
2)數(shù)個本地控制器通過TCP/IP通用協(xié)議將轉(zhuǎn)換后的現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)信息統(tǒng)一送入邏輯管理模塊，邏輯管理模塊包括推理部件和控制部件，推理部件根據(jù)實時信息數(shù)據(jù)，根據(jù)專家系統(tǒng)的控制預(yù)判，推導(dǎo)出下一步的最優(yōu)化路徑或者傳輸控制方案；控制部件包括執(zhí)行器、調(diào)度器和一致性協(xié)調(diào)器，調(diào)度器依據(jù)推理部件的控制方案和數(shù)據(jù)庫的信息，選擇一個動作供系統(tǒng)下一步執(zhí)行，執(zhí)行器應(yīng)用知識庫中的知識和數(shù)據(jù)庫的信息，執(zhí)行調(diào)度器選定的動作，一致性協(xié)調(diào)器將調(diào)度器和執(zhí)行器的相關(guān)結(jié)果進行對比和修正，以保證結(jié)果的前后一致性；
3)邏輯管理模塊將執(zhí)行器選定的動作送回對應(yīng)的控制器，控制器執(zhí)行來自于邏輯管理模塊的控制動作； 4)邏輯管理模塊將實時數(shù)據(jù)和控制方案通過網(wǎng)絡(luò)上傳到主服務(wù)器上。本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明智能化物流電子選取系統(tǒng)及實現(xiàn)方法，采用了可擴展的多地址現(xiàn)場總線CAN協(xié)議，支持即插即用，可任意配置終端設(shè)備。系統(tǒng)將決策支持技術(shù)、現(xiàn)場總線(CAN總線)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)進行創(chuàng)新式集成，用信息化手段對傳統(tǒng)的物料配送的模式、流程進行顛覆性的改造，研究直接影物流配送作業(yè)的最優(yōu)化路徑規(guī)劃，運輸協(xié)調(diào)，故障診斷，即時失誤即時協(xié)調(diào)等因素的優(yōu)化調(diào)度配送問題。應(yīng)用于信息集成度高、生產(chǎn)強度大且生產(chǎn)過程需要物料配送以及動態(tài)揀選的的高密度柔性生產(chǎn)制造企業(yè)，如成品裝配線、設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)等?？蓮V泛應(yīng)用于物流運輸業(yè)，調(diào)度等領(lǐng)域.尤其適用于生產(chǎn)過程調(diào)度、存儲系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化車輛調(diào)度、作業(yè)排序，關(guān)鍵路徑問題等。


圖1為本發(fā)明智能化物流電子選取系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明智能化物流電子選取系統(tǒng)中CAN總線通信協(xié)議拓撲結(jié)構(gòu)示意 圖3為本發(fā)明智能化物流電子選取系統(tǒng)中邏輯管理模塊內(nèi)核結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式如圖1和2所示智能化物流電子選取系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖和CAN總線通信協(xié)議拓撲結(jié)構(gòu)示意圖，現(xiàn)場設(shè)備10運行狀態(tài)信息通過CAN總線集中到本地控制器11，本地控制器11跟本地上位機12互通信息，本地控制器11通過TCP/IP通用協(xié)議將信息統(tǒng)一送入邏輯管理模塊14，邏輯管理模塊14進行任務(wù)分配，邏輯管理模塊14根據(jù)數(shù)據(jù)信息建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模擬真實環(huán)境下的各種情況，進行優(yōu)化調(diào)度計劃，管理各個本地控制器11帶的現(xiàn)場設(shè)備子系統(tǒng)，同時將調(diào)度計劃通過網(wǎng)絡(luò)15上傳到主服務(wù)器16上。通過相關(guān)總線系統(tǒng)CAN協(xié)議與總線拓撲結(jié)構(gòu)的研究；可以在系統(tǒng)運行時隨時增加或減少終端數(shù)量，且地址配置靈活。采用現(xiàn)場節(jié)點與控制器的應(yīng)答機制，改進協(xié)議短幀結(jié)構(gòu)，減少傳輸時間，降低受干擾的概率。運用差分電路信號傳輸模式，實現(xiàn)智能檢測分析功能以及多點調(diào)節(jié)終端電阻，解決動態(tài)擴展節(jié)點時產(chǎn)生的信號反射問題?；谟邢拶Y源以及特定時間約束條件下的最優(yōu)物料配送方案專家支持系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的算法改進模型。本系統(tǒng)的專家支持系統(tǒng)增加了邏輯管理模塊14，防止推理機作為控制器直接作用于任務(wù)分配。如圖3所示邏輯管理模塊內(nèi)核結(jié)構(gòu)圖，整個系統(tǒng)是以成品和零部件達到目的地時間和成品生產(chǎn)運輸物流成本的最小化，運輸路徑的最優(yōu)化的多對多調(diào)度系統(tǒng)的多目標優(yōu)化模型；為求解該模型，從染色體編碼、遺傳算子和最優(yōu)解選擇策略等方面對傳統(tǒng)多目標遺傳算法進行了改進。同時，為了適應(yīng)不同成品制造車間，上下產(chǎn)業(yè)鏈的供應(yīng)連貫平衡的生產(chǎn)作業(yè)需求，分別給出了上述模型和算法在固定預(yù)定的成品到達目的地方式和柔性針對突發(fā)事件及時產(chǎn)生新的運作方式下的表達方式及實現(xiàn)過程。以試驗算例和實際投入應(yīng)用表明，本文所述多目標優(yōu)化方法彌補了現(xiàn)有研究的不足，能快速生成零部件裝配，成品物流的綜合效益最大的物流集成制造調(diào)度方案。邏輯管理模塊中推理機是專家系統(tǒng)中實現(xiàn)基于知識推理的部件，是基于知識的推理在計算機中的實現(xiàn)，主要包括推理部件和控制部件，是知識系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分。控制部件主要由執(zhí)行器、調(diào)度器和一致性協(xié)調(diào)器等組成。調(diào)度器依據(jù)控制策略(用知識和算法描述)和數(shù)據(jù)庫從議程中選擇一個動作供系統(tǒng)下一步執(zhí)行。執(zhí)行器應(yīng)用知識庫中的知識和數(shù)據(jù)庫的信息，執(zhí)行調(diào)度器選定的動作。一致性協(xié)調(diào)器的主要作用是當(dāng)?shù)玫叫聰?shù)據(jù)或新假設(shè)時，對已得到的相關(guān)結(jié)果進行似然修正，以保證結(jié)果的前后一致性。推理部件:傳統(tǒng)的形式化推理技術(shù)是以經(jīng)典邏輯為基礎(chǔ)的。謂詞邏輯中由一組已知事實，根據(jù)公理系統(tǒng)推出某些結(jié)構(gòu)的演繹過程，稱為演繹推理方式。集合實時從流水生產(chǎn)線上所得到的大量信息數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)庫(如圖3所示)。大量的數(shù)據(jù)作為專家系統(tǒng)的輸入，根據(jù)知識庫中的理論知識模擬出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，存放于專家系統(tǒng)的推理機中。利用推理機中的數(shù)學(xué)算法以及邏輯算法，根據(jù)數(shù)據(jù)庫的輸入值結(jié)合智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法推導(dǎo)出系統(tǒng)的下一步分配的流程方式。利用PC機也可以處理專家系統(tǒng)的控制預(yù)判問題，模擬出的系統(tǒng)的多個路徑或者方案中，預(yù)判系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的情況，結(jié)合所有的可能性，從而來推導(dǎo)出下一步的最優(yōu)化路徑或者傳輸方案。推理內(nèi)容:
(1)演繹推理:根據(jù)公理系統(tǒng)把一個問題中包含在已知事實中的事實作為結(jié)論推導(dǎo)出來。
(2)非單調(diào)推理:常識推理大量地依賴于默認信息，這種默認信息是指:當(dāng)且僅當(dāng)沒有事實證明S不成立時，S總是成立的。這種基于默認信息的推理稱為默認推理。默認推理是一種非單調(diào)推理。除了默認推理，還有約束推理。約束推理可以表示為“當(dāng)且僅當(dāng)沒有事實證明S在更大范圍內(nèi)成立時，S只在指定的范圍內(nèi)成立”。
(3)定性推理:定性推理主要起源于現(xiàn)實世界中物理系統(tǒng)的研究。人們發(fā)現(xiàn)，為了搞清一個物理系統(tǒng)的行為，往往不需要使用嚴格的定量方法，而且在許多問題環(huán)境下難以使用嚴格的定量方法。定性方法從人類的直觀思維出發(fā)，它不依賴于定量數(shù)值的描述。PIC18F4580單片機作為控制器11完成成品裝配器件的控制過程，采用單片機技術(shù)，設(shè)計出低成本，高可靠性的簡易成品裝配零件監(jiān)控系統(tǒng)，并實現(xiàn)了車間系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。本芯片可尋址空間可達2MB，內(nèi)置RAM空間可達4KB，8X8的硬件乘法器，運算速度提高到64MHZ。大大提高了單片機與計算機在通信與網(wǎng)絡(luò)的功能。采用基于工業(yè)以太網(wǎng)標準TCP / IP和CAN現(xiàn)場總線結(jié)合的分布成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)架，完成自動控制系統(tǒng)設(shè)計。 I)物流業(yè)以太網(wǎng)重點在于利用交換式以太網(wǎng)技術(shù)為控制器和操作站，其各種制造工作站之間甚至是多個制造站形成的小集成系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)合作提供一種交互機制，并和上層信息網(wǎng)絡(luò)無縫集成。物流鏈上下游通信:對于運輸過程中的成品各個產(chǎn)品進行實時跟隨并回饋自身信息和跟蹤信息給總控制中心；
2)本產(chǎn)品將龐大的集成制造物流系統(tǒng)由以太網(wǎng)和CAN總線很好的結(jié)合在一起，實現(xiàn)無縫集成。可以使工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線各顯其能，形成優(yōu)勢互補，提高系統(tǒng)整體性能。3)合理調(diào)度優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，對于在物流系統(tǒng)中的成品或是各個零部件，由于其將控制信息以分時復(fù)用的方式共享有限的網(wǎng)絡(luò)資源，系統(tǒng)中不可避免地會產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)時延、數(shù)據(jù)包丟失、單/多包傳輸?shù)葐栴}.近年來，在假設(shè)網(wǎng)絡(luò)條件已知的情況下，通過設(shè)計控制策略來彌補這些問題所帶來的影響，在優(yōu)化系統(tǒng)的性能方面取得一定成果.但網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的性能不僅與控制策略的設(shè)計有關(guān)，同時還受到網(wǎng)絡(luò)信息調(diào)度的影響，所以有必要設(shè)計高效合理的調(diào)度算法，來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的整體性能.整個智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)引進了專家決策控制策略和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能算法實現(xiàn)系統(tǒng)自身即可自治組網(wǎng)與協(xié)同感知，實現(xiàn)智能化故障診斷、實時監(jiān)控等。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的高強度，柔性的要求，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多種算法結(jié)合分析各種不同的配送裝配方式.針對固定配送裝配方式的特點，將交叉操作算子引入粒子群優(yōu)化算法，同時采用人機交互策略生成初始種群，以加強算法的全局搜索能力和求解效率；針對柔性集成成品制造的特點，提出了基于人機交互的鄰域搜索啟發(fā)式算法，主要包括初始解生成、搜索空間、搜索方向確定及迭代規(guī)則等，該算法能從原受擾方案出發(fā)，快速獲得滿意界。面向不確定環(huán)境下的各種未知情況，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的模擬退火算法進行故障分析，對于容易發(fā)生的意外情況進行預(yù)判，與一般的生產(chǎn)物流系統(tǒng)不同，本產(chǎn)品涉及到了多個環(huán)節(jié)，是需要滿足準時準確等精度的要求物流作業(yè)系統(tǒng)。 整個系統(tǒng)采用了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)軟件，采用基于CAN總線通信的控制系統(tǒng)PIC18F4580芯片，將智能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于實踐，整個網(wǎng)路進行多種協(xié)議可以通信，強大的兼容性，形成“局域成網(wǎng)，區(qū)域互聯(lián)”的局面。高效多任務(wù)可擴展控制器系統(tǒng)平臺，可以根據(jù)客戶需要開發(fā)不同功能的程序。對于上下位機的通信與控制整個系統(tǒng)的正常運行，利用PIC18F4580單片機完成成品裝配器件的控制過程，采用單片機技術(shù)，設(shè)計出低成本，高可靠性的簡易成品裝配零件監(jiān)控系統(tǒng)，并實現(xiàn)了車間系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。
權(quán)利要求
1.一種智能化物流電子選取系統(tǒng)，其特征在于，現(xiàn)場設(shè)備信息通過CAN總線集中到本地控制器，本地控制器跟本地上位機互通信息，同時本地控制器通過TCP/IP通用協(xié)議將信息統(tǒng)一送入邏輯管理模塊，邏輯管理模塊進行任務(wù)分配，邏輯管理模塊對數(shù)據(jù)信息進行優(yōu)化調(diào)度計劃，管理各個本地控制器帶的現(xiàn)場設(shè)備子系統(tǒng)，同時將調(diào)度計劃通過網(wǎng)絡(luò)上傳到主服務(wù)器上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述智能化物流電子選取系統(tǒng)實現(xiàn)方法，其特征在于，具體包括如下步驟: 1)本地控制器通過CAN總線集中采集本地現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)信息，同時本地控制器將信息轉(zhuǎn)換后送入本地上位機； 2)數(shù)個本地控制器通過TCP/IP通用協(xié)議將轉(zhuǎn)換后的現(xiàn)場設(shè)備運行狀態(tài)信息統(tǒng)一送入邏輯管理模塊，邏輯管理模塊包括推理部件和控制部件，推理部件根據(jù)實時信息數(shù)據(jù)，根據(jù)專家系統(tǒng)的控制預(yù)判，推導(dǎo)出下一步的最優(yōu)化路徑或者傳輸控制方案；控制部件包括執(zhí)行器、調(diào)度器和一致性協(xié)調(diào)器，調(diào)度器依據(jù)推理部件的控制方案和數(shù)據(jù)庫信息，選擇一個動作供系統(tǒng)下一步執(zhí)行，執(zhí)行器應(yīng)用知識庫中的知識和數(shù)據(jù)庫的信息，執(zhí)行調(diào)度器選定的動作，一致性協(xié)調(diào)器將調(diào)度器和執(zhí)行器的相關(guān)結(jié)果進行對比和修正，以保證結(jié)果的前后一致性； 3)邏輯管理模塊將執(zhí)行器選定的動作送回對應(yīng)的控制器，控制器執(zhí)行來自于邏輯管理模塊的控制動作； 4)邏輯管理模塊將實時數(shù)據(jù)和控制方案通過網(wǎng)絡(luò)上傳到主服務(wù)器上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能化物流電子選取系統(tǒng)及實現(xiàn)方法，現(xiàn)場設(shè)備信息通過CAN總線集中到本地控制器，本地控制器跟本地上位機互通信息，同時本地控制器通過TCP/IP通用協(xié)議將信息統(tǒng)一送入邏輯管理模塊，邏輯管理模塊進行任務(wù)分配，邏輯管理模塊對數(shù)據(jù)信息進行優(yōu)化調(diào)度計劃，管理各個本地控制器帶的現(xiàn)場設(shè)備子系統(tǒng)，同時將調(diào)度計劃通過網(wǎng)絡(luò)上傳到主服務(wù)器上。采用了可擴展的多地址現(xiàn)場總線CAN協(xié)議，支持即插即用，可任意配置終端設(shè)備。通過相關(guān)總線系統(tǒng)協(xié)議與總線拓撲結(jié)構(gòu)的研究；解決了以往配送系統(tǒng)不夠靈活的問題。該系統(tǒng)可以在系統(tǒng)運行時隨時增加或減少終端數(shù)量，且地址配置靈活。
文檔編號G05B19/418GK103105838SQ20131000825
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者萬衡, 陳文博, 黃佳 申請人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院