專利名稱：基于實時數據采集和信息系統集成的動態生產線建模系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種信息技術領域的系統，具體是一種基于實時數據采集和信息系統集成的動態生產線的建模系統。
背景技術：
生產線建模利用數字化信息形式在計算機上全面實現生產線的制造過程，是進行生產線規劃設計和已有生產線系統運行控制的有效輔助工具。既能對生產線的工作設備實際運行過程進行模擬仿真和工作過程分析，又能對生產線布局、工藝規程規劃和生產線性能分析進行研究，因而具有綜合的制造過程分析優化功能。
經對現有技術的文獻檢索發現，常玉連等人在《系統仿真學報》(2004年第16卷第6期)上發表的“油田注水生產過程仿真分布式協同建模系統設計”，該文中提出了分布式協同建模系統的體系結構。系統由客戶工作站、應用服務器和數據庫服務器構成，通過以太網網絡進行模型信息交流，不同地方的建模人員能夠根據自己的建模任務不斷創建模型對象，從而高效地完成整個系統的建模工作。但該建模系統存在以下缺陷(1)系統不具備生產過程的數據采集能力，不能快速響應生產線的狀態變化；當生產設備發生故障或停機檢修時，則需人為修正、甚至重建模型。(2)系統沒有考慮操作員工出勤和物料準備狀態對生產過程的影響，而實際生產中物料和操作員工是生產線運行必不可少的要素。(3)系統僅建立了子模型之間的通信，而沒有建立模型與實際生產線之間的通訊，致使模型不能及時隨著生產實際的變化而變化。
發明內容
本發明的目的是針對目前生產建模存在的不足，提供一種基于實時數據采集和信息系統集成的動態生產線的建模系統，以建立包括產品、設備、緩沖、物料和員工等因素的生產線模型，確保模型的完備性和準確性；并利用實時數據采集和通訊技術動態更新模型，確保模型和生產線保持一致。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括數據傳輸系統、庫存管理系統、產品物料清單管理系統、生產計劃管理系統、員工出勤管理系統和生產線模型模塊。連接關系為生產線模型采用面向對象技術建立。已經實現信息化管理的設備則通過其數據接口連接數據傳輸系統；設備運行狀態數據經以數據傳輸系統、太網傳輸后被生產線模型接受，實時更新模型中設備和緩沖區的參數。生產線模型通過以太網集成生產計劃管理系統、庫存管理系統、產品物料清單管理系統和員工出勤管理系統。生產線模型從生產計劃管理系統獲取投產訂單的產品種類、數量和交貨日期；然后依據產品的種類從產品物料清單管理系統獲取產品物料清單，計算完成每一個訂單所需的消耗物料種類和數量；并從庫存管理系統查詢相關物料信息，實時更新生產線模型的物料信息。最后，從員工出勤管理系統獲取設備操作員工的出勤信息，實時更新生產線模型的員工信息。
對于未實現信息化管理的設備，本發明還包括數據采集系統，數據采集系統采集設備運行狀態數據經數據傳輸系統、以太網傳輸后被生產線模型接受，實時更新模型中設備和緩沖區的參數。所述的數據采集系統，由傳感器、數據采集卡和CPU控制器組成。傳感器安裝在設備上，將設備運行的狀況轉換成模擬電信號，經信號傳輸線傳送給數據采集卡，數據采集卡將模擬信號轉換為數字信號送到CPU控制器。CPU控制器通過其內部數據總線與數據傳輸系統相連。如果設備已經實現信息化管理，則無需再安裝數據采集系統，通過數據接口連接數據傳輸系統。
所述的數據傳輸系統，由西門子MC35無線傳輸模塊和中國電信的GPRS系統組成。數據采集系統通過其CPU控制器的總線西門子MC35模塊相連，已實現信息化管理的設備則通過RS232通訊接口與西門子MC35模塊相連。它們都通過中國電信的基站和GPRS系統接入以太網系統，生產線模型相接。
所述的庫存管理系統，由庫存管理應用程序模塊、計算機終端、網卡和SQLSever數據庫服務器組成。庫存管理應用程序模塊在計算機終端上運行，輸入物料的進出庫記錄，計算機終端通過網卡接入到以太網，將物料進出庫的記錄保存在SQL Server數據庫服務器上。
所述的產品物料清單管理系統，由物料清單管理應用程序模塊、計算機終端、網卡和SQL Sever數據庫服務器組成。物料清單管理應用程序模塊在計算機終端上運行，輸入或更改各種類產品的物料清單，計算機終端通過網卡接入到以太網，將各種類產品的物料清單保存在SQL Server數據庫服務器上。
所述的生產計劃管理系統，由生產計劃管理應用程序模塊、計算機終端、網卡和SQL Sever數據庫服務器組成。生產計劃管理應用程序模塊在計算機終端上運行，輸入或更改投產的訂單和時間，計算機終端通過網卡接入到以太網，將生產計劃保存在SQL Server數據庫服務器上。
所述的員工出勤管理系統，由員工管理應用程序模塊、計算機終端、網卡、SQL Server數據庫服務器、無線射頻寫入器、無線射頻閱讀器和射頻卡組成。員工管理應用程序模塊在計算機終端上運行，輸入每一位員工的崗位，姓名和編號，計算機終端通過網卡連接入到以太網，將生產計劃保存在SQL Server數據庫服務器上。員工的編號通過無線射頻寫入器寫入到射頻卡，員工上、下班時刷射頻卡，無線射頻閱讀器讀入射頻卡信息，應用程序模塊從SQL Server數據庫服務器查詢員工的崗位信息，通過以太網傳輸到生產線模型，實時更新生產線模型的員工信息。
所述的生產線模型模塊，由類對象管理應用程序模塊和生產線模型組成。采用面向對象技術建立生產線模型，包括設備類模型，產品類模型，物料類模型和員工類模型，設備類模型對生產線上設備的建模，主要包括設備加工能力，是否運行和運行速度，產品類模型是對生產線上加工產品的建模，主要包括產品類型和加工工藝，物料類模型是對生產產品所需的物料建模，主要包括產品物料清單和物料的庫存數量，員工類模型是對生產線上的操作工人建模，主要包括員工的工作崗位和工作能力。由類對象管理應用程序模塊通過數據傳輸系統從數據采集系統獲取設備運行的狀態信息，更新設備類對象的屬性參數；通過以太網從員工出勤管理系統獲取員工出勤信息，更新工人類對象的屬性參數；通過以太網從生產計劃管理系統獲取生產計劃信息，更新產品類的屬性參數；通過以太網從庫存管理系統獲取物料庫存信息，更新物料庫存類的屬性參數。在產品類對象、設備類對象、物料庫存類對象和員工類對象的屬性參數確定之后，運行生產線模型，仿真、分析系統運行的狀態，評估產能。
利用本發明的建模系統，首先建立面向對象的生產線模型，然后通過以太網從生產計劃管理系統獲取產品類信息，從產品物料清單管理系統和庫存管理系統獲取物料類信息、從員工出勤管理系統獲取員工類信息，利用數據采集系統獲取設備類信息并數據傳輸系統傳輸到生產線模型模塊。生產線模型模塊的類對象管理應用程序模塊利用動態獲取的信息更新生產模型的各類屬性，從而首先生產線的動態建模。
本發明將實時數據采集技術、通訊技術、數據庫技術和計算機建模技術集成一體，應用于生產線建模。與目前的建模系統相比，本發明所建模型更具完備性——考慮了產品、生產物料、員工和設備等重要因素，集成了庫存管理系統、產品物料清單管理系統、生產計劃管理和員工出勤管理系統，通過以太網連接實時更新模型中的物料和員工參數。開發實時數據采集系統，在生產設備發生故障或檢修時，能自動更新生產線模型，實現生產線的動態建模。
圖1為本發明的系統結構示意圖具體實施方式
如圖1所示，本實施例包括數據采集系統1、數據傳輸系統2、庫存管理系統3、產品物料清單管理系統4、生產計劃管理系統5、員工出勤管理系統6和生產線模型模塊7。
數據采集系統1通過內部數據總線直接與數據傳輸系統2相連。已經實現信息化管理的設備，則通過RS232通訊接口8連接數據傳輸系統2。數據傳輸系統2接入以太網37。采用面向對象技術建立生產線模型模塊7。采集的設備運行狀態數據經數據傳輸系統2、以太網37傳輸后被生產線模型7接受，實時更新模型中設備類信息。生產線模型7通過以太網集成庫存管理系統3、產品物料清單管理系統4、生產計劃管理系統5和員工出勤管理系統6。生產線模型7從生產計劃管理系統獲5取投產訂單的產品種類、數量和交貨日期；然后依據產品的種類從產品物料清單管理系統獲4取產品物料清單，計算完成每一個訂單所需的消耗物料種類和數量，并從庫存管理系統3查詢相關物料信息，實時更新生產線模型7的物料類信息。最后，從員工出勤管理系統6獲取設備操作員工的出勤信息，實時更新生產線模型7的員工類信息。
數據采集系統1由CPU控制器9、傳感器10和數據采集卡11組成。傳感器10將設備運行的工況轉換成電信號傳送到數據采集卡11，數據采集卡在CPU控制器9的控制下將模擬電信號轉換成數字信號，并通過CPU的數據總線傳送到數據傳輸系統2。
企業內部分已經實現信息化管理的設備，則將信息管理系統的計算機通過RS232串口通訊接口8連接數據傳輸系統2。
數據傳輸系統2由西門子MC35無線傳輸模塊12和中國電信的GPRS系統13組成。數據采集系統1通過其CPU控制器9的總線與西門子MC35無線傳輸模塊12相連，已實現信息化管理的設備則通過其系統計算機的RS232通訊接口8與西門子MC35無線模塊12相連。它們都通過中國電信的基站和GPRS系統13接入以太網37。
庫存管理系統3由庫存管理應用程序模塊14、計算機終端15、網卡16和SQLSever數據庫服務器17組成。庫存管理應用程序模塊14在計算機終端15上運行，輸入物料的進出庫記錄，計算機終端15通過網卡16連接入到以太網37，將物料進出庫的記錄保存在SQL Server數據庫服務器17上。
產品物料清單管理系統4由物料清單管理應用程序模塊18、計算機終端19、網卡20和SQL Sever數據庫服務器17組成。物料清單管理應用程序模塊18在計算機終端19上運行，輸入或更改各種類產品的物料清單，計算機終端19通過網卡20連接入到以太網37，將各種類產品的物料清單保存在SQL Server數據庫服務器17上。
生產計劃管理系統5由生產計劃管理應用程序模塊21、計算機終端22、網卡23和SQL Sever數據庫服務器17組成。生產計劃管理應用程序模塊21在計算機終端22上運行，輸入或更改投產的訂單和時間，計算機終端22通過網卡23連接入到以太網37，將生產計劃保存在SQL Server數據庫服務器17上。
員工出勤管理系統6由員工管理應用程序模塊24、計算機終端25、網卡26和SQL Server數據庫服務器27、無線射頻寫入器28、無線射頻閱讀器29和射頻卡30組成。員工管理應用程序模塊24在計算機終端25上運行，輸入每一位員工的崗位，姓名和編號，計算機終端25通過網卡26連接入到以太網網絡，將生產計劃保存在SQL Server數據庫服務器17上。員工的編號通過無線射頻寫入器28寫入到射頻卡30，員工上、下班時刷射頻卡30，無線射頻閱讀器29讀入射頻卡30信息，應用程序模塊24從SQL Server數據庫服務器17查詢員工的崗位信息，通過以太網37傳輸到生產線模型7，實時更新生產線模型的員工信息。
生產線模型7由類對象管理應用程序模塊31和生產線模型32組成。采用面向對象技術建立生產線模型32，包括設備類模型33，產品類模型34，物料類模型35和員工類模型36，設備類模型33對生產線上設備的建模，主要包括設備加工能力，是否運行和運行速度，產品類模型34是對生產線上加工產品的建模，主要包括產品類型和加工工藝，物料類模型35是對生產產品所需的物料建模，主要包括產品物料清單和物料的庫存數量，員工類模型36是對生產線上的操作工人建模，主要包括員工的工作崗位和工作能力。類對象管理應用程序模塊31通過數據傳輸系統2從數據采集系統1獲取設備信息，更新設備類對象的屬性參數；通過以太網37從員工出勤管理系統6獲取員工出勤信息，更新工人類對象的屬性參數；通過以太網37從生產計劃管理系統5獲取生產計劃信息，更新產品類的屬性參數；通過以太網37從庫存管理系統3獲取物料庫存信息，更新物料庫存類的屬性參數。確定各類對象的屬性參數之后，運行生產線模型，仿真、分析系統運行的狀態，評估產能。
目前，國內外學者注重于研究生產線的建模方法，開發專業生產線建模軟件并應用于實際。但由于沒有考慮建模系統，只能建立生產線的靜態模型，即只考慮生產線正常運行情況下的設備和產品信息。隨著，企業信息化的推廣，絕大多數生產企業內部都已經實施了庫存管理、產品物料清單管理、生產計劃管理和員工出勤管理等信息系統，本發明利用以太網通訊技術集成上述信息管理系統，開發數據采集和通訊系統，從而建立動態生產線的建模系統。利用該系統平臺，可以建立包括設備、產品、物料和員工動態變化的生產線模型。
權利要求
1.一種基于實時數據采集和信息系統集成的動態生產線建模系統，包括數據傳輸系統、庫存管理系統、產品物料清單管理系統、生產計劃管理系統、員工出勤管理系統和生產線模型模塊，其特征在于，已經實現信息化管理的設備通過RS232通訊接口連接數據傳輸系統；數據傳輸系統接入以太網，設備運行狀態數據經數據傳輸系統、以太網傳輸后被生產線模型模塊接受，實時更新模型中設備類信息；生產線模型模塊通過以太網集成庫存管理系統、產品物料清單管理系統、生產計劃管理系統和員工出勤管理系統，生產線模型模塊從生產計劃管理系統獲取投產訂單的產品種類、數量和交貨日期，然后依據產品的種類從產品物料清單管理系統獲取產品物料清單，計算完成每一個訂單所需的消耗物料種類和數量，并從庫存管理系統查詢相關物料信息，實時更新生產線模型模塊的物料類信息，最后，從員工出勤管理系統獲取設備操作員工的出勤信息，實時更新生產線模型的員工類信息。
2.根據權利要求1所述的基于實時數據采集和信息系統集成的動態生產線建模系統，其特征是，還包括數據采集系統，數據采集系統安裝在生產線的設備和中間緩沖區上，通過內部數據總線直接與數據傳輸系統相連，它采集設備運行狀態數據經數據傳輸系統、以太網傳輸后被生產線模型接受，實時更新模型中設備和緩沖區的參數。
3.根據權利要求2所述的基于實時數據采集和信息系統集成的動態生產線建模系統，其特征是，所述的數據采集系統由傳感器、數據采集卡和CPU控制器組成，傳感器安裝在設備上，將設備運行的狀況轉換成模擬電信號，經信號傳輸線傳送給數據采集卡，數據采集卡將模擬信號轉換為數字信號送到CPU控制器，CPU控制器通過其內部數據總線與數據傳輸系統相連。
4.根據權利要求1所述的基于實時數據采集和信息系統集成的動態生產線建模系統，其特征是，所述的生產線模型模塊由類對象管理應用程序模塊和生產線模型組成，采用面向對象技術建立生產線模型，生產線模型包括設備類模型，產品類模型，物料類模型和員工類模型，設備類模型對生產線上設備的建模，包括設備加工能力，是否運行和運行速度；產品類模型是對生產線上加工產品的建模，包括產品類型和加工工藝；物料類模型是對生產產品所需的物料建模，包括產品物料清單和物料的庫存數量；員工類模型是對生產線上的操作工人建模，包括員工的工作崗位和工作能力；類對象管理應用程序模塊通過數據傳輸系統從數據采集系統獲取設備信息，更新設備類對象的屬性參數；通過以太網從員工出勤管理系統獲取員工出勤信息，更新工人類對象的屬性參數；通過以太網從生產計劃管理系統獲取生產計劃信息，更新產品類的屬性參數；通過以太網從庫存管理系統獲取物料庫存信息，更新物料庫存類的屬性參數；確定各類對象的屬性參數之后，運行生產線模型，仿真、分析系統運行的狀態，評估產能。
5.根據權利要求1所述的基于實時數據采集和信息系統集成的動態生產線建模系統，其特征是，所述的數據傳輸系統由西門子MC35無線傳輸模塊和中國電信的GPRS系統組成，數據采集系統通過其CPU控制器的總線西門子MC35模塊相連，已實現信息化管理的設備則通過RS232通訊接口與西門子MC35模塊相連，西門子MC35模塊通過中國電信的基站和GPRS系統接入以太網，與生產線模型模塊相連。
6.根據權利要求1所述的基于實時數據采集和信息系統集成的動態生產線建模系統，其特征是，所述的庫存管理系統由庫存管理應用程序模塊、計算機終端、網卡和SQL Sever數據庫服務器組成，庫存管理應用程序模塊在計算機終端上運行，輸入物料的進出庫記錄，計算機終端通過網卡接入到以太網，將物料進出庫的記錄保存在SQL Server數據庫服務器上。
7.根據權利要求1所述的基于實時數據采集和信息系統集成的動態生產線建模系統，其特征是，所述的產品物料清單管理系統由物料清單管理應用程序模塊、計算機終端、網卡和SQL Sever數據庫服務器組成，物料清單管理應用程序模塊在計算機終端上運行，輸入或更改各種類產品的物料清單，計算機終端通過網卡接入到以太網，將各種類產品的物料清單保存在SQL Server數據庫服務器上。
8.根據權利要求1所述的基于實時數據采集和信息系統集成的動態生產線建模系統，其特征是，所述的生產計劃管理系統由生產計劃管理應用程序模塊、計算機終端、網卡和SQL Sever數據庫服務器組成，生產計劃管理應用程序模塊在計算機終端上運行，輸入或更改投產的訂單和時間，計算機終端通過網卡接入到以太網，將生產計劃保存在SQL Server數據庫服務器上。
9.、根據權利要求1所述的基于實時數據采集和信息系統集成的動態生產線建模系統，其特征是，所述的員工出勤管理系統由員工管理應用程序模塊、計算機終端、網卡、SQL Server數據庫服務器、無線射頻寫入器、無線射頻閱讀器和射頻卡組成，員工管理應用程序模塊在計算機終端上運行，輸入每一位員工的崗位，姓名和編號，計算機終端通過網卡連接入到以太網，將生產計劃保存在SQLServer數據庫服務器上；員工的編號通過無線射頻寫入器寫入到射頻卡，員工上、下班時刷射頻卡，無線射頻閱讀器讀入射頻卡信息，應用程序模塊從SQL Server數據庫服務器查詢員工的崗位信息，通過以太網傳輸到生產線模型，實時更新生產線模型的員工信息。
全文摘要
一種信息技術領域的基于實時數據采集和信息系統集成的動態生產線建模系統，包括數據傳輸系統、庫存管理系統、產品物料清單管理系統、生產計劃管理系統、員工出勤管理系統和生產線模型模塊，設備運行狀態數據經數據傳輸系統、以太網傳輸后被生產線模型模塊接受，更新模型中設備類屬性參數，通過以太網從員工出勤管理系統獲取員工出勤信息，更新工人類對象的屬性參數；從生產計劃管理系統獲取生產計劃信息，更新產品類的屬性參數；從庫存管理系統獲取物料庫存信息，更新物料庫存類的屬性參數。本發明集成庫存管理系統、產品物料清單管理系統、生產計劃管理和員工出勤管理系統，實現生產線的動態建模，模型更加完備和準確。
文檔編號G05B19/418GK1996357SQ20061014763
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月21日 優先權日2006年12月21日
發明者胡小鋒, 鮑勁松, 金燁 申請人:上海交通大學