专利名称：一种流程工业可视化生产工艺流程描述的建模方法
技术领域：
本发明属于先进制造与自动化技术领域，涉及一种流程工业生产优化调度系统的可视化描述建模方法。
背景技术：
流程工业生产系统具有多品种、大批量、周期短、运行复杂(包括设备故障、检修，物料一中间品一产品关联等)等特点，并包含大量复杂的资源约束、工艺约束和能源约束，对生产调度的实时性、协调性要求很高。生产优化调度系统建模、调度、验证等十分繁杂、对用户要求极高，建立有效的优化调度系统非常困难。
目前，国内流程工业生产过程的生产计划和动态调度水平还很落后，绝大多数企业仍停留在手工阶段，其粗放性的计划制定与生产调度效率低下、准确性差、实时性差，复杂运行环境下的动态调度极其困难，生产系统的整体效益低下、资源浪费严重。
生产系统建模是企业生产计划与优化调度的核心问题之一。虽然国内已定制开发了一些面向流程工业的计划排产与优化调度软件，但由于各个流程工业企业生产不同产品，其产品的生产工艺、流程不同，生产的设备各异等多种模式，即使同一企业也可能因为设备的维修、技术改造等因素，造成生产设备与生产路径、流程发生变化，致使面向行业的定制的计划排产与优化调度软件的程序调整乃至重新编写，大大降低了软件的适应性与灵活性，增加了软件的开发与维护成本。
目前已申请的有关生产调度方法，如“200410021489.7(流程行业优化排产动态调度的组态平台方法)”提出一种图形化的建模组态模型和虚拟生产仿真模型，但它没有解决混杂系统的混流生产模式问题，以及存在相同装置、设备重复描述生产工艺的问题。
发明内容
本发明针对以上存在问题，提出一种适用于一般流程工业企业的间歇性或半间歇性生产系统的可视化建模方法。通过简单、直观的可视化生产工艺描述及其参数配置，即可完成生产调度系统的建模，解决了流程工业调度建模抽象、复杂等困难问题，使得一般调度人员能快速建立生产调度系统。
本发明方法顺序包括基础数据维护、数据采集、生产工艺描述、模型生成。具体方案为1.基础数据维护，建立和维护生产装置或设备的基本信息，为生产系统建模提供基础数据。该基本信息以关系数据库Oracle或SQL Server表的形式存放，如设备基本属性数据(设备名称、设备编号等)，原料、半成品、产品基本信息(产品名称、产品编号、价格、库存成本等)、存储装置基本信息(装置名称、编号、最大容量、最小容量等)，该模块提高基础数据的编辑(维护)功能。
2.数据采集，根据调度时间范围，采集提供建模所需的销售计划(产品代码、数量、时间等信息)、已拟定的采购计划(原料代码、数量、到货时间)、原材料/产品库存信息、设备维修计划(设备代码、维修开始时间、维修结束时间)，为调度模型生成提供数据支持。采集方式手工和自动两种，手工方式直接编辑录入以上信息即可；对销售、采购、维修等信息已存在其它系统(如销售子系统、采购子系统、库存子系统、设备子系统等)，可编写相应接口函数，并根据时间参数调用、自动完成数据采集。
3.生产工艺描述，主要提供生产系统的生产工艺流程可视化描述。它通过任务、资源和设备三要素关系描述建立生产工艺的有向图，它由状态节点(表示输入原料、中间产品或最终产品)和操作节点(表示处理任务)组成。状态节点表示输入原料、中间产品或最终产品；操作节点表示处理任务，该处理任务将一种或多种输入状态(原料或中间产品)转化为一种或多种输出状态(中间产品或产品)。该生产工艺流程描述包括1)首先根据生产工艺流程画出生产流程的第一环节对应的操作，如原料粗加工等，并定义其工艺段操作的属性(如操作所需时间、操作生产能力、操作所需成本等)；2)定义该流程段对应的输入类状态结点(原料或中间体)及其相应投料比例，并检查其投料比例之和是否小于或等于100％，其和大于100％时报警提示；3)定义该流程段对应的输出类状态结点(中间体或产品)及其相应产出比例，并检查其产出比例之和是否小于或等于100％，如其和大于100％时应报警提示；4)定义能完成该流程段操作所需的设备，可以有多台相同设备(同类)，也可以有多种(不同类)设备完成，投料比例与产出(输出)相同，只是投料总量不同；5)重复进行1)到4)的操作，完成整个生产系统各个环节的生产工艺流程的描述。
4.模型生成，根据用户输入的优化调度参数(包括优化目标、调度时间段、调度步距提取销售计划、采购计划、库存信息、设备维修计划等数据)，并根据步骤3定义的生产工艺流程，生成符合模型库所要求的生产系统资源的数据文本文件(包括生产所需的物料清单，生产路径、设备清单、库存大小、销售计划、采购计划、设备维修计划、生产工艺流程等内容)。采用不同的模型库会生成不同格式的模型数据文件。
所述的模型库包括多种描述生产优化调度系统中的各类内在的逻辑约束关系。它主要包括设备与反应/操作之间的约束关系、库存约束、物料平衡约束、生产能力约束、存储装置约束、能源消耗约束、模型目标函数。
根据不同调度系统需求，可定义多种优化目标函数。如最大生产能力根据现有资源(设备、原料、能耗、存储装置等)最大限度地安排生产；最大利润根据现有资源、生产要求，按利润最大化来安排生产；满足销售订单根据现有资源，按销售来安排生产(零库存生产)。
所述计算机系统存储器要求40G硬盘和512M内存，所述关系数据库为0racle 9i或SQL Server2000。数据文本文件后缀为DAT。
本发明的特点在于1)操作简单对复杂流程工业生产调度系统建模，调度员只需根据生产工艺流程图，进行可视化生产系统的生产工艺描述、配置参数，即可快速完成生产调度系统模型定义。2)灵活性当生产工艺变化或生产设备(或装置)出现故障，需要维修时，只需修改定义，无需修改程序。
本发明提供基于可视化的生产系统的有效描述，包括生产过程的内在联系及演化规则，能够处理较广泛的生产过程调度问题，如间歇或半连续生产过程，多种中间存贮方式，多品种混流生产等情形。该模型化方法及其系统采用图形的可视化设计技术，组件技术和有向图，通过生产工艺可视化描述方式，将复杂的工艺流程以简单、直观的方式加以表达，完成生产优化调度系统的生产模型有效描述，包括生产过程的内在联系及演化规则，有助于调度系统与具体工业背景的分离，能够处理较广泛的生产过程调度问题。调度员只需根据生产工艺部门提供的生产工艺图，通过基于可视化方式建立的生产工艺描述信息以及产品销售计划、原材料、半成品(中间体)、产品库存、设备维修计划等资源信息，就能快速建立生产调度的模型，为优化调度方案求解提供支持。当生产发生变化时，只需要改变生产工艺描述或参数配置，无需编写程序就可完成调度模型的变更。
图1为本发明的系统图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明采用的系统包括基础数据维护模块、数据采集模块、生产工艺描述模块、模型生成模块。对于有ERP或其它信息系统的情况，数据采集模块完成从销售子系统、采购子系统、库存子系统、设备子系统采集数据采集，包括销售计划、采购计划、库存信息、设备维修计划(或设备故障信息)，否则可采用人工输入此类数据，并存入数据库服务器。
基础数据维护完成建立和维护生产装置(设备)、存储装置、原料、中间体、产品的基本信息，并为生产系统建模提供基础数据。
生产工艺描述模块主要提供生产系统的生产工艺可视化描述。它通过任务、资源和设备三要素关系描述建立生产系统的生产工艺的有向图，为系统建模提供生产逻辑关系数据。
模型生成模块完成根据用户选定的优化调度目标，输入调度时间段、调度时间步距提取销售计划、采购计划、库存信息、设备维修计划等数据，并结合定义好的生产工艺流程，根据模型库要求，生成满足设备与反应/操作之间的约束关系、库存约束、物料平衡约束、生产能力约束、存储装置约束、能源消耗约束、模型目标函数的生产调度系统的数据文本文件，存入模型文件库。
权利要求
1.一种流程工业可视化生产工艺流程描述的建模方法，其特征在于该方法顺序包括基础数据维护、数据采集、生产工艺描述、模型生成；所述的基础数据维护就是建立和维护生产设备的基本信息，为生产系统建模提供基础数据；所述的数据采集是根据调度时间范围，采集提供建模所需的销售计划、已拟定的采购计划、原材料/产品库存信息、设备维修计划，为调度模型生成提供数据支持；所述的生产工艺描述是对提供生产系统的生产工艺流程进行可视化描述，通过任务、资源和设备三要素关系描述建立生产工艺的有向图；所述的模型生成是根据用户输入的优化调度参数，并根据定义的生产工艺流程，生成符合模型库所要求的生产系统资源的数据文本文件。
2.如权利要求1所述的一种流程工业可视化生产工艺流程描述的建模方法，其特征在于所述的工艺流程描述的方法是1)首先根据生产工艺流程画出生产流程的第一环节对应的操作，并定义其工艺段操作的属性；2)定义该流程段对应的输入类状态结点及其相应投料比例，并检查其投料比例之和是否小于等于100％，其和大于100％时报警提示；3)定义该流程段对应的输出类状态结点及其相应产出比例，并检查其产出比例之和是否小于等于100％，其和大于100％时报警提示；4)定义能完成该流程段操作所需的设备；5)重复进行1)到4)的操作，完成整个生产系统各个环节的生产工艺流程的描述。
3.如权利要求1所述的一种流程工业可视化生产工艺流程描述的建模方法，其特征在于所述的模型生成的模型库包括多种描述生产优化调度系统中的各类内在的逻辑约束关系；根据不同调度系统需求，定义多种优化目标函数。
全文摘要
本发明属于先进制造与自动化技术领域。目前流程生产过程的调度水平还比较落后。本发明方法顺序包括基础数据维护、数据采集、生产工艺描述、模型生成。基础数据维护是建立和维护生产装置或设备的基本信息，为生产系统建模提供基础数据；数据采集是根据调度时间范围，采集提供建模所需数据；生产工艺描述主要提供生产系统的生产工艺流程可视化描述；模型生成是根据用户输入的优化调度参数生成符合模型库所要求的生产系统资源的数据文本文件。本发明提供基于可视化的生产系统的有效描述，能够处理较广泛的生产过程调度问题。
文档编号G06Q10/00GK1763774SQ20051006152
公开日2006年4月26日 申请日期2005年11月11日 优先权日2005年11月11日
发明者薛安克, 王建中, 周晓慧, 杨成忠, 尚群立 申请人:杭州电子科技大学