一种小批量多品种电镀生产线柔性调度算法

一种小批量多品种电镀生产线柔性调度算法

宋超,宋任堂,陈森

合肥恒力装备有限公司，安徽省技术标准创新基地，安徽合肥，230088

摘要：本文介绍了一种应用于自动化电镀生产线上的柔性控制调度算法，适用于小批量多品种的生产环境。

关键词：柔性调度、电镀生产线

1.引言

电镀表面处理工艺广泛应用于机械、电子、航天、仪器仪表等行业的制造过程。早期电镀生产线由人工控制，工人往往很难控制电镀时间和电镀参数的精确性。电镀生产过程中经常用到一些有害的化学药剂，如镀银工艺中常使用的高浓度氰化银钾（K[Ag（CN）2]），属于剧毒化合物，对工人的健康产生严重威胁。近些年来，随着自动化控制技术的不断发展，电镀生产线逐渐往自动化方向发展。自动化的好处一方面在于精确感知生产线上各类环境因素的变化，及时做出正确的反应，保证产品质量的稳定性，另一方面可减少人工参与，保障工人健康，降低企业的人力成本[1]。

2.基于PLC逻辑控制器的自动线

自动化电镀生产线的发展过程中，早期主要使用的是基于逻辑运算的PLC控制器。针对每种电镀产品，工程师都要经过预先计算，写出一套专用的控制程序。生产时PLC会按照设定好的程序，严格控制行车按时到各个线上各个位置执行任务，循环往复。

在这种方式下，行车什么时间点，到哪个槽位，执行什么动作，都是确定无误的。生产线可拥有较高的调度效率，制约生产线效率的只有产品上下架的速度。但是在同一时间内，PLC也只能执行一套程序，生产同一种产品，每个镀槽的电镀时间和参数无法实时更改，要生产另一种产品时，必须等待线上所有产品全部下线，才能切换程序。如果开发了一种新的产品，就需要厂家工程师重新编一套程序。所以传统的基于PLC逻辑控制的自动线更适合于单品种大批量的生产环境，在多品种小批量的生产环境下有很大的局限性。

3.基于上位机柔性控制的自动线

本设计介绍的柔性控制调度算法，通过上位机软件和PLC控制器配合实现，可对每一个电镀批次的每个槽位的电镀时间和电镀参数进行独立设置，实现不同批次的产品，在同一条自动电镀线上同时作业，且互不干扰。其中上位机软件负责电镀时间、行车动作和电镀参数的计算，PLC控制器负责行车控制、参数下载和风险规避。上位机和下位机之间通过Modbus协议进行双向的通讯。每当要新增一种产品时，只需在上位机软件的配置页面输入产品的电镀面积、电流或电压密度等参数，在工艺流程中设定好每个槽位的电镀时间。生产时，使用扫码或人工输入的方式录入产品型号和生产数量，软件自动计算好电流或电压的大小，调出各槽位的工艺时间，即刻开始生产。

4.柔性混镀的实现方式

1.1.基础数据的编辑

基础数据的流程、工序和槽位是依次包含的关系。流程可包含多个电镀工序，工序包含一个或多个槽位，具体生产过程中，程序将动态决定将产品放到哪个槽位进行电镀。工序中还可设定电镀的工作时间和优先级。

1.2.调度过程的处理

当生产线上有多挂产品同时在电镀时，程序动态计算每挂产品的电镀剩余时间，挑选一个剩余时间最少的产品，与线上其他产品进行比较。如果另一个产品当前工序优先级更高，且调度当前产品会影响高优先级产品，转而调度高优先级产品。如果两个产品优先级相同，计算出调度哪个产品最能节省行车运行距离和时间，挑选最划算的那个作为调度目标。

1.3.时间表和上料节点的计算

生产线运行时，软件实时预测线上每一挂产品在之后每一个工序的槽位占用的时间和行车工作时间，记录进一个时间表中。当生产线准备上一挂新的产品时，程序读取新产品的设定工艺流程，从第一个工序开始，依次判断工序所属的各个槽位和行车的时间表是否有空闲，如果没有空闲，预测接下来多久以后会有空闲，并以此时间为准进行推迟，回到第一个工序重新计算，直到计算到最后一个工序都通过为止。最终计算出来的推迟时间就是此产品上料的剩余时间。

5.结语

本文讨论了一种通过上位机软件实现的小批量多品种的全自动电镀生产线的调度算法。但这种调度方式存在一个问题，就是在一条线上有多辆行车的情况下，由于行车有碰撞体积，两辆行车在靠近时，必须调度其中一车进行避让。在预测时间表时，如果一个工序的槽位刚好处于两车冲突区，程序就很难预测到将来的调度动作，造成时间表误差。如何解决这个问题，还有待探索。

参考文献

[1].王力,王平,卢希龙.PLC在全自动电镀生产线中的应用[J].电镀与环保.2020,40(02):111-112