專利名稱：一種實(shí)時(shí)信息驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)設(shè)備端制造活動(dòng)智能導(dǎo)航方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)信息驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)設(shè)備端制造活動(dòng)智能導(dǎo)航方法，通過對(duì)生產(chǎn)設(shè)備實(shí)時(shí)制造信息的動(dòng)態(tài)采集與處理，為設(shè)備端提供實(shí)時(shí)操作引導(dǎo)和任務(wù)隊(duì)列實(shí)時(shí)優(yōu)化的導(dǎo)航服務(wù)。
背景技術(shù)：
近年來，盡管以企業(yè)資源規(guī)劃(EnterpriseResource Planning, ERP)、制造資源規(guī)劃(Manufacturing Resource Planning, MRP II)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(ManufacturingExecution System, MES)等為代表的管理系統(tǒng)和以數(shù)控加工單元、分布式數(shù)控(Distributed Numerical Control,DNC)等為代表的自動(dòng)化技術(shù)在制造工業(yè)中的推廣和應(yīng)用取得了一定的績效，但是，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，依然存在因加急任務(wù)不斷、計(jì)劃頻頻變更等帶來執(zhí)行系統(tǒng)運(yùn)作效率低下、工序流程周轉(zhuǎn)不暢、在制品量缺乏有效控制、庫存積壓等嚴(yán)重現(xiàn)象，造成這些現(xiàn)象的根源在于上層管理系統(tǒng)難于在第一時(shí)間把握生產(chǎn)執(zhí)行過程中的變化信息，進(jìn)而難于準(zhǔn)確預(yù)測生產(chǎn)執(zhí)行過程中潛在的異常；而且異常一旦發(fā)生，由于缺乏上下游加工工序間實(shí)時(shí)制造信息的共享能力，使得工序的異常逐步向整個(gè)上下游工序流上擴(kuò)散，進(jìn)一步加劇了生產(chǎn)現(xiàn)場的混亂與擾動(dòng)。隨著自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的迅猛發(fā)展，面向制造車間的實(shí)時(shí)制造信息采集方法和動(dòng)態(tài)優(yōu)化技術(shù)得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。麻省理工學(xué)院Auto-1D實(shí)驗(yàn)室研究用RFID/無線傳感網(wǎng)等技術(shù)構(gòu)建全球范圍內(nèi)物品實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)；香港大學(xué)George Huang教授等提出了采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程物料的實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)控的體系構(gòu)架；華中科技大學(xué)饒運(yùn)清等提出了一種基于Agent技術(shù)的車間生產(chǎn)任務(wù)動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法；廣東工業(yè)大學(xué)戴青云教授等提出了一種基于RFID的車間生產(chǎn)任務(wù)動(dòng)態(tài)調(diào)度模型。盡管上述研究對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)控和優(yōu)化具有較好地促進(jìn)作用，但難于解決當(dāng)前制造企業(yè)在生產(chǎn)過程優(yōu)化管理方面面臨的以下問題:1)現(xiàn)代生產(chǎn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求愈來愈高，由于缺乏全面的設(shè)備端實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)信息和正確的生產(chǎn)操作引導(dǎo)，難于從根本上杜絕因操作不當(dāng)或物料錯(cuò)裝而引起的質(zhì)量問題；2)由于制造系統(tǒng)缺乏全面的設(shè)備端實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息，當(dāng)設(shè)備端出現(xiàn)異常時(shí)，難于及時(shí)協(xié)調(diào)與設(shè)備端加工任務(wù)關(guān)聯(lián)的上下游工序所在的加工設(shè)備集的制造活動(dòng)，進(jìn)而使得生產(chǎn)異常進(jìn)一步向上級(jí)制造系統(tǒng)擴(kuò)散，產(chǎn)生更大的異常；3)由于從車間級(jí)優(yōu)化問題所涉及的制造資源種類和數(shù)量多，使得動(dòng)態(tài)優(yōu)化難度大，優(yōu)化時(shí)間長等問題，不利于動(dòng)態(tài)優(yōu)化結(jié)果的執(zhí)行。
發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種實(shí)時(shí)信息驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)設(shè)備端制造活動(dòng)智能導(dǎo)航方法，目的在于輔助加工過程更加順利的進(jìn)行，通過應(yīng)用物聯(lián)技術(shù)于制造設(shè)備端，形成各類制造資源物物互聯(lián)、互感，改變?cè)兄圃熨Y源及加工過程的信息獲取方式，提高數(shù)據(jù)的時(shí)效性、規(guī)范性和準(zhǔn)確性，并根據(jù)所獲取的實(shí)時(shí)信息為設(shè)備端提供實(shí)時(shí)操作引導(dǎo)服務(wù)和任務(wù)隊(duì)列優(yōu)化服務(wù):提供全面的設(shè)備端實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)信息和正確的生產(chǎn)操作引導(dǎo)，從根本上杜絕因操作不當(dāng)或物料錯(cuò)裝而引起的質(zhì)量問題；基于所獲取的多源實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，快速的優(yōu)化設(shè)備端待加工任務(wù)的序列，降低動(dòng)態(tài)優(yōu)化的難度，縮短優(yōu)化時(shí)間。
技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)方案為:所述一種實(shí)時(shí)信息驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)設(shè)備端制造活動(dòng)智能導(dǎo)航方法，其特征在于:采用以下步驟:步驟1:生產(chǎn)設(shè)備端接收來自車間管理層分配的任務(wù)隊(duì)列，并按照隊(duì)列順序開始進(jìn)行生產(chǎn)；生產(chǎn)過程中的員工、零部件和承載物料的容器配備有電子標(biāo)簽，生產(chǎn)設(shè)備端安裝有RFID讀寫器，采集生產(chǎn)過程中員工、物料、在制品和成品的實(shí)時(shí)信息；步驟2:為操作員工提供實(shí)時(shí)信息驅(qū)動(dòng)的加工過程可視化操作引導(dǎo)，具體包括以下步驟:步驟2.1:基于當(dāng)前任務(wù)的加工工藝信息和Petri網(wǎng)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)任務(wù)的加工過程進(jìn)行建模，建立生產(chǎn)任務(wù)在設(shè)備端操作集的時(shí)序關(guān)系和約束關(guān)系；步驟2.2:建立與設(shè)備端上的操作集相關(guān)的多媒體信息庫，多媒體信息庫包括視頻演示、工藝圖紙、文字描述，并依據(jù)步驟2.1建立的時(shí)序關(guān)系將多媒體信息庫與步驟2.1建立的加工過程Petri模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)；步驟2.3:依據(jù)采集的在制品實(shí)時(shí)信息，基于該任務(wù)的Petri網(wǎng)模型，捕獲當(dāng)前時(shí)刻操作進(jìn)程，調(diào)用多媒體信息庫中的該操作的多媒體信息，為操作員工提供加工過程可視化操作引導(dǎo)；步驟3:依據(jù)當(dāng)前隊(duì)列中的加工任務(wù)工藝流程信息，找到每項(xiàng)任務(wù)上游工序和下游工序所在的設(shè)備，獲取每項(xiàng)任務(wù)上游工序的完工時(shí)間^^以及下游工序的開工時(shí)間
Sj*1 ；步驟4:針對(duì)步驟3所采集的上游工序完工時(shí)間和下游工序的開工時(shí)間^動(dòng)態(tài)優(yōu)化待加工任務(wù)的序列，具體包括以下步驟:步驟4.1:初始化:依據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、*Vi和每項(xiàng)任務(wù)的加工時(shí)間P」，更新任務(wù)的交貨期
權(quán)利要求
1.一種實(shí)時(shí)信息驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)設(shè)備端制造活動(dòng)智能導(dǎo)航方法，其特征在于:采用以下 步驟: 步驟1:生產(chǎn)設(shè)備端接收來自車間管理層分配的任務(wù)隊(duì)列，并按照隊(duì)列順序開始進(jìn)行生產(chǎn)；生產(chǎn)過程中的員工、零部件和承載物料的容器配備有電子標(biāo)簽，生產(chǎn)設(shè)備端安裝有RFID讀寫器，采集生產(chǎn)過程中員工、物料、在制品和成品的實(shí)時(shí)信息； 步驟2:為操作員工提供實(shí)時(shí)信息驅(qū)動(dòng)的加工過程可視化操作引導(dǎo)，具體包括以下步驟: 步驟2.1:基于當(dāng)前任務(wù)的加工工藝信息和Petri網(wǎng)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)任務(wù)的加工過程進(jìn)行建模，建立生產(chǎn)任務(wù)在設(shè)備端操作集的時(shí)序關(guān)系和約束關(guān)系； 步驟2.2:建立與設(shè)備端上的操作集相關(guān)的多媒體信息庫，多媒體信息庫包括視頻演示、工藝圖紙、文字描述，并依據(jù)步驟2.1建立的時(shí)序關(guān)系將多媒體信息庫與步驟2.1建立的加工過程Petri模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)； 步驟2.3:依據(jù)采集的在制品實(shí)時(shí)信息，基于該任務(wù)的Petri網(wǎng)模型，捕獲當(dāng)前時(shí)刻操作進(jìn)程，調(diào)用多媒體信息庫中的該操作的多媒體信息，為操作員工提供加工過程可視化操作引導(dǎo)； 步驟3:依據(jù)當(dāng)前隊(duì)列中的加工任務(wù)工藝流程信息，找到每項(xiàng)任務(wù)上游工序和下游工序所在的設(shè)備，獲取每項(xiàng)任務(wù)上游工序的完工時(shí)間&-1以及下游工序的開工時(shí)間*; 步驟4:針對(duì)步驟3所采集 的上游工序完工時(shí)間eP和下游工序的開工時(shí)間，動(dòng)態(tài)優(yōu)化待加工任務(wù)的序列，具體包括以下步驟: 步驟4.1:初始化:依據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)cV1 和每項(xiàng)任務(wù)的加工時(shí)間Pp更新任務(wù)的交貨期dj = max^crl +PrSrl}，并按Clj由小到大排序，并截取排序后的前m項(xiàng)任務(wù)，m彡6 ; 步驟4.2:計(jì)算前m項(xiàng)任務(wù)交貨期偏移度#，A dj表示兩次調(diào)度任務(wù)交貨期的變化 LJi量A+ = \d} -d丨,J/表示任務(wù)j初始的交貨期； 步驟4.3:按照規(guī)則生成滿足約束的任務(wù)隊(duì)列集Q{qi，q2,七…}，所述規(guī)則為:若cH A ^dJ，則任務(wù)i排在任務(wù)j之前，并采用如下步驟確定每個(gè)隊(duì)列下的任務(wù)開始加工時(shí)間: 步驟4.3.1:依據(jù)機(jī)器唯一性和工件唯一性約束，以每項(xiàng)任務(wù)的最早可開始加工時(shí)間為初始開始加工時(shí)間； 步驟4.3.2:計(jì)算每項(xiàng)任務(wù)的Ej和A其中Ej表不任務(wù)j的提如時(shí)間，A」表不任務(wù)j的開始時(shí)間向后移動(dòng)一個(gè)單位導(dǎo)致懲罰的變化；按照任務(wù)序列得到第一個(gè)Er > O任務(wù)r，并找出距離任務(wù)r最近的時(shí)間間隙ts, s+1，r ^ s ^ m,時(shí)間間隙ts, S+1表示任務(wù)s完工到任務(wù)s+1開始的間隔時(shí)間，任務(wù)s為任務(wù)!■之后的一項(xiàng)任務(wù)；U 步驟4.3.3:求取最小的滿足H\ < O的任務(wù)u,r彡u彡s,并固定任務(wù)r, r+1,…，u的 j=r開始加工時(shí)間，若U = m，則進(jìn)入步驟4.4，否則，跳轉(zhuǎn)到步驟4.3.2 ;若不存在這樣的任務(wù)U，則進(jìn)行步驟4.3.4 ;步驟4.3.4:將任務(wù)r, r+1,…，s的開始加工時(shí)間分別增加min{E"…Eu, ts,s+1},跳轉(zhuǎn)到步驟4.3.2 ;步驟4.4:按確定的隊(duì)列集Q{qi，q2,}及每個(gè)隊(duì)列的任務(wù)開始加工時(shí)間計(jì)算目標(biāo)函數(shù)F = E w’Ef Ew" Ir其中w’和w’分別表示任務(wù)的提前懲罰和滯后懲罰，L表示任務(wù)j的滯后時(shí)間，求得 目標(biāo)函數(shù)的最小值minF = min {F (q)，F(xiàn) (q2)，以及minF下的隊(duì)列qt ；步驟5:用優(yōu)化后的加工任務(wù)隊(duì)列Qi更新設(shè)備端現(xiàn)加工任務(wù)隊(duì)列，跳轉(zhuǎn)到步驟2，直到所有任務(wù)加工完成。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種實(shí)時(shí)信息驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)設(shè)備端制造活動(dòng)智能導(dǎo)航方法，通過應(yīng)用物聯(lián)技術(shù)于制造設(shè)備端，形成各類制造資源物物互聯(lián)、互感，改變?cè)兄圃熨Y源及加工過程的信息獲取方式，提高數(shù)據(jù)的時(shí)效性、規(guī)范性和準(zhǔn)確性，并根據(jù)所獲取的實(shí)時(shí)信息為設(shè)備端提供實(shí)時(shí)操作引導(dǎo)服務(wù)和任務(wù)隊(duì)列優(yōu)化服務(wù)提供全面的設(shè)備端實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)信息和正確的生產(chǎn)操作引導(dǎo)，從根本上杜絕因操作不當(dāng)或物料錯(cuò)裝而引起的質(zhì)量問題；基于所獲取的多源實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，快速的優(yōu)化設(shè)備端待加工任務(wù)的序列，降低動(dòng)態(tài)優(yōu)化的難度，縮短優(yōu)化時(shí)間。
文檔編號(hào)G06Q50/04GK103116813SQ201310058948
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者張映鋒, 楊騰, 孫樹棟, 王軍強(qiáng), 楊宏安 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)