专利名称：基于手持式工序监管仪的生产控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种基于手持式工序监管仪的生产控制系统，更具体地说是一种应用在离散型生产制造企业中进行生产数据采集和监控的系统及控制方法。
背景技术：
随着计算机技术的高速发展，提高离散型生产制造企业的生产信息化管理水平已成为企业在市场竞争中生存的必要条件。实时采集企业当前生产过程中准确的数据信息， 如物料物流信息、物料价格信息、生产人员信息、生产状态信息、工艺路线信息等各种与生产有关的数据信息，是企业生产正常运行的关键因素。目前已有的执行制造系统MES应用在国内一些离散型生产制造企业中，是以车间为单位、对各车间生产状态信息的采集相对独立。但是，各车间的生产加工信息、人员信息、物流信息等难以在不同车间之间建立直接联系；当前很多离散型生产制造企业缺少一种多源异构信息的数据交互的模型，生产信息管理与物流信息管理相对独立，在MES管理系统中的信息交叉存在兼容性差，集成度低的问题；目前大多数MES管理系统，只能做到及时提示生产中异常情况的发生，而缺乏对异常情况的及时处理，不能将生产任务实时分配至具体的岗位；此外，目前多数离散型生产制造企业采用对各个固定岗位的定点数据信息采集，模式死板，增加工位必会带来硬件成本的提高，因此无法方便管理多产品、工位灵活变化的企业生产；在以条形码进行生产物流管理的方式中，对条形码多采用产品批号+车间名+产品分类号+序列号的编码方式，条形码繁冗，使得数据记录量庞大且记录困难。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种面向离散型制造企业的基于手持式工序监管仪的生产控制系统及控制方法，可以针对不同的产品的工序，动态划分逻辑区域单元，通过对每批次产品的生产物料用统一的编码予以识别，将产品物流信息同生产状态信息通过对逻辑区域单元的监管得到兼容；在出现生产异常时，可动态调整生产，做到对生产异常的及时处理，提高制造执行系统MES的管理效率。本发明解决技术问题采用如下技术方案本发明基于手持式工序监管仪的生产控制系统，其特点是对于每一种产品，设定 产品工序GX、产品工艺路线L，所述产品工艺路线L是生产该产品所需所有产品工序GX的集合且具有先后顺序；产品工艺路线拓扑图F是由产品工艺路线L生成的数据结构；产品工序子集g是产品工艺路线L的子集，所有的产品工序子集g组成该产品工艺路线L ；该产品工艺流程信息I包括工序表G、逻辑区域单元分配表B，所述工序表G为包含与产品对应的所有产品工序GX的表结构；所述逻辑区域单元分配表B是将各产品工序GX分配至各手持式工序监管仪监管的表结构；条形码A包括产品名CN和产品批次号CT ；所述生产控制系统包括—个或多个手持式工序监管仪，所述手持式工序监管仪包括信息收发模块M、条形码扫描模块M、操作键盘M ；其中，信息收发模块M向上位机发送生产信息；条形码扫描模块 M以光学的方式读取条形码A ；以所述操作键盘M实现手持式工序监管仪在生产信息采集时进行选择操作，并为条形码A的录入提供键盘输入方式；一上位机，包括信息收发模块N、数据库N、逻辑分组模块N、工艺路线拓扑图生成模块N、解析模块N、内存N ；所述上位机的信息收发模块N与手持式工序监管仪的信息收发模块M进行通信；所述数据库N中存储工序表G和产品工艺路线L ；上位机的内存N中存储逻辑区域单元分配表B，通过更改逻辑区域单元分配表B改变各手持式工序监管仪监管的工序GX范围；所述工序子集g由逻辑分组模块N解析内存N中的逻辑区域单元分配表B得到；所述工艺路线拓扑图生成模块N根据产品工艺路线L生成产品的工艺路线拓扑图F，所述工艺路线拓扑图F为以产品工序GX为结点，以工序之间的先后关系为走向的拓扑结构； 所述解析模块N从A中解析出产品名CN，查找逻辑分组模块N中的工序子集g和工艺路线拓扑图生成模块中的工艺路线拓扑图F确定当前可执行工序；本发明基于手持式工序监管仪的生产控制系统的特点也在于手持式工序监管仪监管范围与产品工序子集g —一对应，不同的手持式工序监管仪以不同的编号H作为该手持式工序监管仪监管范围的标识；每批次产品所需所有材料的条形码统一设置为相同的条码；本发明基于手持式工序监管仪的生产控制系统的控制方法的特点是按以下过程控制a.由手持式工序监管仪将待生产产品的条形码A和手持式工序监管仪的编号H记录至手持式工序监管仪的信息收发模块M ；b.由上位机的信息收发模块N接收手持式工序监管仪发送的条形码A和手持式工序监管仪的编号H ；c.解析模块N解析出生产条形码A产品所需所有工序中属于编号H的手持式工序监管仪监管的当前可执行工序，上位机的信息收发模块N将当前可执行工序发送至编号 H的手持式工序监管仪的信息收发模块M ；d.编号H的手持式工序监管仪的信息收发模块M接收到当前可执行工序，通过操作键盘M对当前可执行工序是否完成进行状态确认，并将确认的工序状态信息发送给上位机的信息收发模块N;e.上位机根据信息收发模块N中接收的工序状态信息，更新该产品当前的产品工艺路线拓扑图F;f.重复步骤c e，直至所有的产品工序GX都确认完成；本发明控制方法的特点也在于所述步骤c中解析模块N解析出生产条形码A产品所需所有工序中属于编号H的手持式工序监管仪监管的当前可执行工序的步骤为Cl解析模块N根据条形码A，解析出产品名CN;c2.解析模块根据产品名CN，由工艺路线拓扑图生成模块N根据产品名CN查询数据库N中的产品工艺路线L，生成产品的工艺路线拓扑图F ；c3.查找工艺路线拓扑图F中入度为零的产品工序GX，得到该产品所有的当前可执行工序；
c4.逻辑分组模块N获取手持式工序监管仪的编号H，通过调用函数，解析上位机内存N中的逻辑区域单元分配表B，得到与编号H的手持式工序监管仪对应监管的产品工序子集g;c5.根据逻辑分组模块N中的产品工序子集g，得到与编号H的手持式工序监管仪对应监管的当前可执行工序；与已有技术相比，本发明有益效果体现在1、本发明中工艺路线拓扑图的形式将订单产品的产品工艺路线L细分为相互间具有约束关系的工序，当某个工序出现异常时，工艺路线拓扑图生成模块可以根据实际工序完成情况，动态生成工艺路线拓扑图，能及时处理异常，指导生产有序的进行；2、本发明生产现场的管理以逻辑区域单元为基本单位，突破以车间为单位的管理上的局限，相对定点数据采集，显得更加灵活，在离散型制造车间中可以灵活进行生产布局；3、本发明中手持式工序监管仪监管范围与产品工序子集g—一对应，每个手持式工序监管仪监管不同的工序子集g，当工序子集g内部变化时，不会增加管理上的硬件成本，相对定点数据采集更节约硬件成本；4、本发明中通过上位机数据库中产品工艺路线L、工序表G、逻辑区域单元分配表 B的外部输入更新，适用于生产任务及状态多变的离散型制造车间生产；5、本发明手持式工序监管仪无需存储和显示产品生产的所有工序，而是根据产品的工艺路线拓扑图F和当前产品的工艺流程信息I，由上位机的解析模块查找当前可执行工序，手持式工序监管仪根据上位机中的逻辑区域单元分配表B，只对相应的工序进行监管，减小手持式工序监管仪的数据存储量；6、本发明中每批次产品所需所有物料用统一的条形码A予以识别，通过查询条形码A，可以有效跟踪该批次产品的生产进度，使生产信息管理与物流信息管理得到兼容；7、本发明中条形码仅包括产品名CN和产品批次号CT，编码方式简单；8、本发明中光学条形码识别功能，降低手动输入序号的错误率，同时提供键盘输入也支持手动输入条形码序号。
图1本发明中手持式工序监管仪外观示意图；图2本发明中工序监管系统总体布局示意图；图3为本发明中工艺路线拓扑图；图4为本发明中某批次生产订单生产流程图；图5为本发明中产品CQ00923842-1的工艺路线拓扑图；图6为本发明中核心控制流程图。
具体实施例方式具体实施中，对于每一种产品分别设定产品工序GX、产品工艺路线L，产品工艺路线L是生产该产品所需所有产品工序GX的集合且具有先后顺序；产品工艺路线拓扑图F 是由产品工艺路线L生成的数据结构；产品工序子集g是产品工艺路线L的子集，所有的产品工序子集g组成该产品工艺路线L ；该产品工艺流程信息I包括工序表G、逻辑区域单元分配表B，工序表G为包含与产品对应的所有产品工序GX的表结构；逻辑区域单元分配表B 是将各产品工序GX分配至各手持式工序监管仪监管的表结构；条形码A包括产品名CN和产品批次号CT ；生产控制系统包括一个或多个手持式工序监管仪，手持式工序监管仪包括信息收发模块M、条形码扫描模块M、操作键盘M ；其中，信息收发模块M向上位机发送生产信息；条形码扫描模块M以光学的方式读取条形码A ；以操作键盘M实现手持式工序监管仪在生产信息采集时进行选择操作，并为条形码A的录入提供键盘输入方式。—上位机，包括信息收发模块N、数据库N、逻辑分组模块N、工艺路线拓扑图生成模块N、解析模块N、内存N ；上位机的信息收发模块N与手持式工序监管仪的信息收发模块 M进行通信；数据库N中存储工序表G和产品工艺路线L ；上位机的内存N中存储逻辑区域单元分配表B，通过更改逻辑区域单元分配表B改变各手持式工序监管仪监管的工序GX范围；工序子集g由逻辑分组模块N解析内存N中的逻辑区域单元分配表B得到；工艺路线拓扑图生成模块N根据产品工艺路线L生成产品的工艺路线拓扑图F，工艺路线拓扑图F为以产品工序GX为结点，以工序之间的先后关系为走向的拓扑结构；解析模块N从A中解析出产品名CN，查找逻辑分组模块N中的工序子集g和工艺路线拓扑图生成模块中的工艺路线拓扑图F确定当前可执行工序。手持式工序监管仪监管范围与产品工序子集g—一对应，不同的手持式工序监管仪以不同的编号H作为该手持式工序监管仪监管范围的标识；每批次产品所需所有材料的条形码统一设置为相同的条码。具体实施中的相应设置为图1所示，设置在手持式工序监管仪面板上的器件包括IXD屏112，用于提供人机交互界面，进行当前可选工序的信息采集、一组四个的方向键114用来选择提示信息、SUR 确认按113、RTN返回上一步按钮119、P0WER按钮116用于控制整个仪器的电源开关；并有 REP按钮118，用于与上位机终端重复前一次通信、条形码扫描面117、数字键盘114，用于提供条形码信息的手动录入。图2所示，工序监管系统总体布局包括上位机终端101、第一手持式工序监管仪 102、第二手持式工序监管仪103、手持式工序监管仪第一无线通讯路线106、手持式工序监管仪第二无线通讯路线107 ；第一手持式工序监管仪102和第二手持式工序监管仪103分别通过手持式工序监管仪第一无线通讯路线106和手持式工序监管仪第二无线通讯路线与上位机进行通讯；第一区域108、第二区域109分别为第一手持式工序监管仪102和第二手持式工序监管仪103监管的逻辑区域单元，由上位机数据库中的逻辑区域单元分配表B 决定手持式工序监管仪具体监管的逻辑区域单元；图2中包括有逻辑区域单元中具体的一道GX工序111，不同的工序组成了逻辑区域单元。图3所示，工艺路线拓扑图生成模块根据工序的生产信息动态生成，明确各步工序之间的约束关系。第一工序120，第二工序121，第三工序122，第四工序123，第五工序 124，第六工序125，第七工序126，第八工序127，一个具体的产品工艺路线L被分解为由第一至第八工序组成的工序约束关系，它们之间既有并行关系如第一工序120、第二工序121、第三工序122和第四工序123，也有明确的顺序关系如第一工序120、第五工序124、 第七工序1 和第八工序127。图4所示，本实例中基于手持式工序监管仪的生产控制系统控制流程按如下步骤进行1、接受生产订单，根据表1，产生该生产订单所需所有物料统一的条形码A ；根据产品号判断该产品是否为新产品，若为新产品，将新的工艺路线信息存储于上位机的数据库中，若非新产品，根据产品号从数据库中调出该产品的工艺流程信息I，完成上位机的初始化工作。2、手持式工序监管仪扫描待监管物料的条形码A，并将条形码A和手持式工序监管仪的编号H记录至手持式工序监管仪的信息收发模块M,手持式工序监管仪与上位机以无线方式通信，条形码A被发送至上位机的信息收发模块N。3、由上位机的信息收发模块N接收手持式工序监管仪发送的条形码A和手持式工序监管仪的编号H。4、解析模块N解析出生产条形码A产品所需所有工序中属于编号H的手持式工序监管仪监管的当前可执行工序，上位机的信息收发模块N将当前可执行工序发送至编号H 的手持式工序监管仪的信息收发模块M ；解析模块N解析出生产条形码A产品所需所有工序中属于编号H的手持式工序监管仪监管的当前可执行工序的具体步骤为4-1.解析模块N根据条形码A，解析出产品名CN ；4-2.解析模块根据产品名CN，.由工艺路线拓扑图生成模块N根据产品名CN查询数据库N中的产品工艺路线L，生成产品的工艺路线拓扑图F ；4-3.查找工艺路线拓扑图F中入度为零的产品工序GX，得到该产品所有的当前可执行工序；4-4.逻辑分组模块N获取手持式工序监管仪的编号H，通过调用函数，解析上位机内存N中的逻辑区域单元分配表B (如表4)，得到与编号H的手持式工序监管仪对应监管的产品工序子集g;4-5.根据逻辑分组模块N中的产品工序子集g，得到生产条形码A产品所需所有工序中属于编号H的手持式工序监管仪监管的当前可执行工序。5.编号H的手持式工序监管仪的信息收发模块M接收到当前可执行工序，通过操作键盘M对当前可执行工序是否完成进行状态确认，实现手持式工序监管仪进行人机交互的生产监管，并将确认的工序状态信息发送给上位机的信息收发模块N。6.上位机根据信息收发模块N中接收的工序状态信息，更新该产品当前的产品工艺路线拓扑图F，移除图3中已完成的产品工序GX。7.重复步骤4-3至步骤7，直至所有的产品工序GX都确认完成，即图3中所有结点确认完成，直到图3中所有结点被移除。至此，一个订单任务的生产结束。以下为生产批次号为101002-1，产品名为CQ00923842-1的产品的生产流程首先按以下形式进行上位机的初始化工作1、批次号为101002-1的CQ00923842-1产品，其条形码A如表3所示；2、上位机数据库N中存储的工序表G结构如表2所示；
3、上位机数据库N中存储的某产品工艺路线L结构如表4所示；4、上位机内存N中存储的逻辑区域单元分配表B形式如表1所示；随后按以下方式进行生产控制流程1、编号为E02的手持式工序监管仪的信息收发模块M记录条形码A，并将条形码A 和手持式工序监管仪的编号E02记录至手持式工序监管仪的信息收发模块M。2、由上位机的信息收发模块N接收手持式工序监管仪发送的条形码A和手持式工序监管仪的编号E02。3、解析模块N解析出生产条形码A产品所需所有工序中属于编号E02的手持式工序监管仪监管的当前可执行工序，上位机的信息收发模块N将当前可执行工序发送至编号 E02的手持式工序监管仪的信息收发模块M ；解析模块N解析出生产条形码A产品所需所有工序中属于编号E02的手持式工序监管仪监管的当前可执行工序的具体步骤为3-1.解析模块N根据条形码A，解析出产品名CN为CQ00923842-1 ；3-2.解析模块根据产品名CN，由工艺路线拓扑图生成模块N根据产品名CN查询数据库N中的产品工艺路线L如表4所示，生成产品的工艺路线拓扑图F如图5所示；3-3.查找工艺路线拓扑图F中入度为零的产品工序GX，得到产品CQ00923842-1 当前可执行的所有工序[4001、4002、4003、4004]；3-4.逻辑分组模块N获取手持式工序监管仪的编号E02，通过调用函数，解析上位机内存N中的逻辑区域单元分配表B如表4所示，得到与编号E02的手持式工序监管仪对应监管的产品工序子集[A001、A003、D001]；3-5.根据逻辑分组模块N中的产品工序子集[A001、A003、D001]，得到生产条形码A产品所需所有工序中属于编号E02的手持式工序监管仪监管的当前可执行工序为 [A001，A003]。4、编号为E02的手持式工序监管仪的信息收发模块M接收到当前可执行工序 [A001，A003]，通过操作键盘M对当前可执行工序[A001，A003]是否完成进行状态确认如选择对当前可执行工序AOOl是否完成进行确认，确认工序AOOl完成之后，将确认的工序 AOOl已完成的工序状态信息发送给上位机的信息收发模块N。5、上位机根据信息收发模块N中接收的工序状态信息，工艺路线拓扑图生成模块 N更新该产品当前的产品工艺路线拓扑图F，移出图5中已完成的产品工序A001。6、重复步骤3-3至步骤5，直至产品CQ00923842-1所有的产品工序[A001、A002、 A003、A004、BOOK B002、COOK D001]都确认完成，即图5中所有结点都被移出工艺路线拓扑图。至此，生产批次号为101002-1的产品生产结束。表1逻辑区域单元分配表
所属手持式监管伩工序编号E02AOOlE02A00权利要求
1.一种基于手持式工序监管仪的生产控制系统，其特征是对于每一种产品，设定有 产品工序GX、产品工艺路线L，所述产品工艺路线L是生产该产品所需所有产品工序GX的集合且具有先后顺序；产品工艺路线拓扑图F是由产品工艺路线L生成的数据结构；产品工序子集g是产品工艺路线L的子集，所有的产品工序子集g组成该产品工艺路线L ；该产品工艺流程信息I包括工序表G、逻辑区域单元分配表B，所述工序表G为包含与产品对应的所有产品工序GX的表结构；所述逻辑区域单元分配表B是将各产品工序GX分配至各手持式工序监管仪监管的表结构；条形码A包括产品名CN和产品批次号CT ；所述生产控制系统包括一个或多个手持式工序监管仪，所述手持式工序监管仪包括信息收发模块M、条形码扫描模块M、操作键盘M ；其中，信息收发模块M向上位机发送生产信息；条形码扫描模块M以光学的方式读取条形码A ；以所述操作键盘M实现手持式工序监管仪在生产信息采集时进行选择操作，并为条形码A的录入提供键盘输入方式；一上位机，包括信息收发模块N、数据库N、逻辑分组模块N、工艺路线拓扑图生成模块 N、解析模块N、内存N ；所述上位机的信息收发模块N与手持式工序监管仪的信息收发模块 M进行通信；所述数据库N中存储工序表G和产品工艺路线L ；上位机的内存N中存储逻辑区域单元分配表B，通过更改逻辑区域单元分配表B改变各手持式工序监管仪监管的工序 GX范围；所述工序子集g由逻辑分组模块N解析内存N中的逻辑区域单元分配表B得到； 所述工艺路线拓扑图生成模块N根据产品工艺路线L生成产品的工艺路线拓扑图F，所述工艺路线拓扑图F为以产品工序GX为结点，以工序之间的先后关系为走向的拓扑结构；所述解析模块N从A中解析出产品名CN，查找逻辑分组模块N中的工序子集g和工艺路线拓扑图生成模块中的工艺路线拓扑图F确定当前可执行工序。
2.根据权利要求1所述的基于手持式工序监管仪的生产控制系统，其特征在于手持式工序监管仪监管范围与产品工序子集g—一对应，不同的手持式工序监管仪以不同的编号 H作为该手持式工序监管仪监管范围的标识。
3.根据权利要求1所述的基于手持式工序监管仪的生产控制系统，其特征在于每批次产品所需所有材料的条形码统一设置为相同的条码。
4.一种权利要求1所述的基于手持式工序监管仪的生产控制系统的控制方法，其特征是按以下过程控制a.由手持式工序监管仪将待生产产品的条形码A和手持式工序监管仪的编号H记录至手持式工序监管仪的信息收发模块M ；b.由上位机的信息收发模块N接收手持式工序监管仪发送的条形码A和手持式工序监管仪的编号H ；c.解析模块N解析出生产条形码A产品所需所有工序中属于编号H的手持式工序监管仪监管的当前可执行工序，上位机的信息收发模块N将当前可执行工序发送至编号H的手持式工序监管仪的信息收发模块M ；d.编号H的手持式工序监管仪的信息收发模块M接收到当前可执行工序，通过操作键盘M对当前可执行工序是否完成进行状态确认，并将确认的工序状态信息发送给上位机的信息收发模块N ；e.上位机根据信息收发模块N中接收的工序状态信息，更新该产品当前的产品工艺路线拓扑图F;f.重复步骤c e，直至所有的产品工序GX都确认完成；
5.根据权利要求3所述的基于手持式工序监管仪的生产控制系统的控制方法，其特征在于所述步骤c中解析模块N解析出生产条形码A产品所需所有工序中属于编号H的手持式工序监管仪监管的当前可执行工序的步骤为 cl.解析模块N根据条形码A，解析出产品名CN;c2.解析模块根据产品名CN，.由工艺路线拓扑图生成模块N根据产品名CN查询数据库N中的产品工艺路线L，生成产品的工艺路线拓扑图F ；c3.查找工艺路线拓扑图F中入度为零的产品工序GX，得到该产品所有的当前可执行工序；c4.逻辑分组模块N获取手持式工序监管仪的编号H，通过调用函数，解析上位机内存N中的逻辑区域单元分配表B，得到与编号H的手持式工序监管仪对应监管的产品工序子集 g ；c5.根据逻辑分组模块N中的产品工序子集g，得到生产条形码A产品所需所有工序中属于编号H的手持式工序监管仪监管的当前可执行工序。
全文摘要
本发明公开了一种基于手持式工序监管仪的生产控制系统及控制方法，其特征是具有一个或多个手持式工序监管仪，手持式工序监管仪包括信息收发模块M、条形码扫描模块M、操作键盘M；一上位机，包括信息收发模块N、数据库N、逻辑分组模块N、工艺路线拓扑图生成模块N、解析模块N和内存N。本发明可以针对不同的产品的工序动态划分逻辑区域单元，通过对每批次产品的生产物料用统一的编码予以识别，将产品物流信息同生产状态信息通过对逻辑区域单元的监管得到兼容；在出现生产异常时，可动态调整生产，做到对生产异常的及时处理，提高制造执行系统MES的管理效率。
文档编号G06Q10/00GK102270324SQ20111016471
公开日2011年12月7日 申请日期2011年6月18日 优先权日2011年6月18日
发明者刘晓平, 徐本柱, 梁季, 沈冠町, 路强, 郑利平 申请人:合肥工业大学