隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，生產(chǎn)加工的特殊性、專業(yè)化、隨機性對自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)多用性、智能性以及靈活性提出了更高的要求。尤其是針對非固定節(jié)拍、隨機供料等生產(chǎn)方式的自動化生產(chǎn)線，在正式投入使用的前期，需要對系統(tǒng)集成和控制方法進行大量的研究和調試工作。

智能化產(chǎn)線系統(tǒng)由機器人系統(tǒng)、傳送帶輸送系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、人機交互集中控制系統(tǒng)、智能環(huán)境支持系統(tǒng)構成。系統(tǒng)可完成工件的自動檢測與位置信息的獲取、工件的自動撿取和放置、載件盒在傳送帶上的循環(huán)輸送、工件的自動卸載等操作過程，能夠實現(xiàn)實際生產(chǎn)中工件撿取、加工過程的演示。

系統(tǒng)采用三條并聯(lián)的不同傳送方向的傳送帶及氣缸推桿實現(xiàn)工件和包裝盒的循環(huán)輸送操作，采用工業(yè)視覺系統(tǒng)對工件進行圖像信息以及位姿信息的獲??；采用機器人及其抓手進行工件的撿取和裝箱操作，采用滑臺及其抓手對載件盒進行工件的卸載操作，通過對平臺進行不同的設置實現(xiàn)不同的工作模式的運行?？蓪ιa(chǎn)線上的不同工作模式的模擬和控制進行研究。

系統(tǒng)結構示意圖

智能生產(chǎn)線系統(tǒng)模型

可通過對機器人搬運系統(tǒng)進行物理建模，以傳送帶走過一個工件長度所需的時間作為系統(tǒng)節(jié)拍，以機器人抓手空余量和工件分布信息作為狀態(tài)，計算概率轉移矩陣和性能矩陣，將機器人搬運生產(chǎn)線建立為DTMDP 模型。采用理論優(yōu)化和仿真優(yōu)化的方法，即通過策略迭代算法和基于模擬退火的Q學習算法對DTMDP模型求解。然后對策略迭代算法和Q習算法進行仿真和分析討論，再根據(jù)仿真結果設置系統(tǒng)運行最優(yōu)參數(shù)。

系統(tǒng)可以作為《現(xiàn)場總線及工業(yè)控制網(wǎng)絡技術》、《智能生產(chǎn)計劃管理》、《智能生產(chǎn)系統(tǒng)與cps建?！返日n程的實踐平臺，結合大數(shù)據(jù)、深度學習和服務器系統(tǒng)，可以進行云制造，并將產(chǎn)線投入工業(yè)應用中，使得企業(yè)產(chǎn)線綜合代價改進。

機器人搬運生產(chǎn)線工作流程

機器人搬運生產(chǎn)線系統(tǒng)模型

最優(yōu)策略下系統(tǒng)行動示意圖

主要組成部分

（1）人機交互集中控制系統(tǒng)

人機交互集中控制系統(tǒng)實現(xiàn)了操作者對實驗平臺的控制和實驗平臺的運行信息反饋顯示。人機交互集中控制系統(tǒng)主要由服務器、PLC、觸摸屏、按鈕、指示燈、電表等組成。除服務器以外，人機交互系統(tǒng)集中設計于集中控制柜中?？刂乒裼袃煞N工作模式，在調試模式下，可以通過控制柜面板上的按鈕對生產(chǎn)線的某個設備進行手動調試或改變運行參數(shù)；在自動模式下，通過PLC 程序控制整個生產(chǎn)線自動運行。

作為系統(tǒng)的集成控制器，PLC 控制自動模式下的所有設備的上電、運行、運行停止和斷電；PLC 接受來自光電傳感器、按鈕、電磁閥的數(shù)字輸入（DI）；通過數(shù)字輸出（DO）控制繼電器、電磁閥、真空發(fā)生器、指示燈等；通過脈沖輸出控制傳送帶一、傳送帶二和十字滑臺的伺服電機。服務器通過以太網(wǎng)實現(xiàn)視覺系統(tǒng)和機器人的通信，并實現(xiàn)對整個系統(tǒng)運行的組態(tài)監(jiān)控；觸摸屏通過 RS232 和 PLC通信，實現(xiàn)觸摸屏對生產(chǎn)線的手動控制和運行狀態(tài)監(jiān)視。調試模式下，通過控制柜面板上的按鈕，可以手動控制生產(chǎn)線的運行。

（2）實驗平臺監(jiān)視系統(tǒng)

平臺提供了 MelfaRXM.ocx 軟件接口配合機器人自帶的通信服務器實現(xiàn)的監(jiān)控接口。MelfaRXM.ocx 控件是一個 ActiveX 通信控件，它支持連接多個機器人下位機控制器，也就是說，通過 MelfaRXM.ocx 可以通過機器人編號實現(xiàn)同時對多個機器人進行監(jiān)控。對于單個執(zhí)行監(jiān)控程序的 PC 所能連接機器人數(shù)最大為 32，即機器人編號范圍為 1-32。在使用 MelfaRXM.ocx 通信控件之前需要在程序加入通信控件，并在 Windows 注冊表注冊，經(jīng)過正確的配置后，便可以在程序中使用 MelfaRXM.ocx 通信控件。

監(jiān)控接口設計的主要原理基于請求響應機制，即通過發(fā)送特定請求給 RobCom服務器，等待服務器響應事件，捕獲到響應事件后通過解碼響應數(shù)據(jù)包獲得相應監(jiān)控數(shù)據(jù)。對于監(jiān)視類請求，獲得的響應為請求的響應數(shù)據(jù)；對于控制類請求，獲得的響應為控制的結果即是否成功。

（3）最優(yōu)化算法系統(tǒng)

機器人搬運系統(tǒng)優(yōu)化目標是求一個最優(yōu)調度策略，在平均或折扣準則下，長期運行下期望代價最低。但是在實際的生產(chǎn)系統(tǒng)中，還需要研究系統(tǒng)的一些其他性能指標，如工件流失率、單位時間內工件加工數(shù)量。

現(xiàn)實的生產(chǎn)加工系統(tǒng)中，工件到達率可能會發(fā)生變化，機器人的放置工件的時間也需要根據(jù)實際情況改變；工件到達率和機器人放置時間對生產(chǎn)系統(tǒng)的平均代價、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)線率有很大的影響，因此研究不同工件到達率和機器人放置時間對系統(tǒng)性能的影響。

優(yōu)化方法是先通過仿真或者觀測實際系統(tǒng)的運行，得到一條或者多條樣本軌道，通過采集到的樣本軌道的信息來估計狀態(tài)值函數(shù)，克服“維數(shù)災”和“模型災”問題，以對系統(tǒng)的性能進行優(yōu)化。

根據(jù)實際機器人自動化生產(chǎn)線設置相關參數(shù)，其原則為使得生產(chǎn)線的到達率和機器人的平均生產(chǎn)率相平衡，以避免出現(xiàn)工件到達率過大導致的工件大量堵塞和流失，或者機器人移動速度過大導致的機器人發(fā)熱和損耗。系統(tǒng)提供最優(yōu)算法demo例程，可開發(fā)更多算法。