专利名称：一种实时信息驱动的生产设备端制造活动智能导航方法
技术领域：
本发明涉及一种实时信息驱动的生产设备端制造活动智能导航方法，通过对生产设备实时制造信息的动态采集与处理，为设备端提供实时操作引导和任务队列实时优化的导航服务。
背景技术：
近年来，尽管以企业资源规划(EnterpriseResource Planning, ERP)、制造资源规划(Manufacturing Resource Planning, MRP II)、制造执行系统(ManufacturingExecution System, MES)等为代表的管理系统和以数控加工单元、分布式数控(Distributed Numerical Control,DNC)等为代表的自动化技术在制造工业中的推广和应用取得了一定的绩效，但是，在实际生产过程中，依然存在因加急任务不断、计划频频变更等带来执行系统运作效率低下、工序流程周转不畅、在制品量缺乏有效控制、库存积压等严重现象，造成这些现象的根源在于上层管理系统难于在第一时间把握生产执行过程中的变化信息，进而难于准确预测生产执行过程中潜在的异常；而且异常一旦发生，由于缺乏上下游加工工序间实时制造信息的共享能力，使得工序的异常逐步向整个上下游工序流上扩散，进一步加剧了生产现场的混乱与扰动。随着自动识别技术的迅猛发展，面向制造车间的实时制造信息采集方法和动态优化技术得到了学术界和工业界的广泛关注。麻省理工学院Auto-1D实验室研究用RFID/无线传感网等技术构建全球范围内物品实时跟踪系统；香港大学George Huang教授等提出了采用RFID技术实现生产过程物料的实时跟踪和监控的体系构架；华中科技大学饶运清等提出了一种基于Agent技术的车间生产任务动态优化方法；广东工业大学戴青云教授等提出了一种基于RFID的车间生产任务动态调度模型。尽管上述研究对生产过程的监控和优化具有较好地促进作用，但难于解决当前制造企业在生产过程优化管理方面面临的以下问题:1)现代生产对产品质量的要求愈来愈高，由于缺乏全面的设备端实时生产状态信息和正确的生产操作引导，难于从根本上杜绝因操作不当或物料错装而引起的质量问题；2)由于制造系统缺乏全面的设备端实时生产信息，当设备端出现异常时，难于及时协调与设备端加工任务关联的上下游工序所在的加工设备集的制造活动，进而使得生产异常进一步向上级制造系统扩散，产生更大的异常；3)由于从车间级优化问题所涉及的制造资源种类和数量多，使得动态优化难度大，优化时间长等问题，不利于动态优化结果的执行。
发明内容
要解决的技术问题为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种实时信息驱动的生产设备端制造活动智能导航方法，目的在于辅助加工过程更加顺利的进行，通过应用物联技术于制造设备端，形成各类制造资源物物互联、互感，改变原有制造资源及加工过程的信息获取方式，提高数据的时效性、规范性和准确性，并根据所获取的实时信息为设备端提供实时操作引导服务和任务队列优化服务:提供全面的设备端实时生产状态信息和正确的生产操作引导，从根本上杜绝因操作不当或物料错装而引起的质量问题；基于所获取的多源实时状态信息，快速的优化设备端待加工任务的序列，降低动态优化的难度，缩短优化时间。
技术方案本发明的技术方案为:所述一种实时信息驱动的生产设备端制造活动智能导航方法，其特征在于:采用以下步骤:步骤1:生产设备端接收来自车间管理层分配的任务队列，并按照队列顺序开始进行生产；生产过程中的员工、零部件和承载物料的容器配备有电子标签，生产设备端安装有RFID读写器，采集生产过程中员工、物料、在制品和成品的实时信息；步骤2:为操作员工提供实时信息驱动的加工过程可视化操作引导，具体包括以下步骤:步骤2.1:基于当前任务的加工工艺信息和Petri网技术对生产任务的加工过程进行建模，建立生产任务在设备端操作集的时序关系和约束关系；步骤2.2:建立与设备端上的操作集相关的多媒体信息库，多媒体信息库包括视频演示、工艺图纸、文字描述，并依据步骤2.1建立的时序关系将多媒体信息库与步骤2.1建立的加工过程Petri模型进行关联；步骤2.3:依据采集的在制品实时信息，基于该任务的Petri网模型，捕获当前时刻操作进程，调用多媒体信息库中的该操作的多媒体信息，为操作员工提供加工过程可视化操作引导；步骤3:依据当前队列中的加工任务工艺流程信息，找到每项任务上游工序和下游工序所在的设备，获取每项任务上游工序的完工时间^^以及下游工序的开工时间
Sj*1 ；步骤4:针对步骤3所采集的上游工序完工时间和下游工序的开工时间^动态优化待加工任务的序列，具体包括以下步骤:步骤4.1:初始化:依据实时数据、*Vi和每项任务的加工时间P」，更新任务的交货期
权利要求
1.一种实时信息驱动的生产设备端制造活动智能导航方法，其特征在于:采用以下 步骤: 步骤1:生产设备端接收来自车间管理层分配的任务队列，并按照队列顺序开始进行生产；生产过程中的员工、零部件和承载物料的容器配备有电子标签，生产设备端安装有RFID读写器，采集生产过程中员工、物料、在制品和成品的实时信息； 步骤2:为操作员工提供实时信息驱动的加工过程可视化操作引导，具体包括以下步骤: 步骤2.1:基于当前任务的加工工艺信息和Petri网技术对生产任务的加工过程进行建模，建立生产任务在设备端操作集的时序关系和约束关系； 步骤2.2:建立与设备端上的操作集相关的多媒体信息库，多媒体信息库包括视频演示、工艺图纸、文字描述，并依据步骤2.1建立的时序关系将多媒体信息库与步骤2.1建立的加工过程Petri模型进行关联； 步骤2.3:依据采集的在制品实时信息，基于该任务的Petri网模型，捕获当前时刻操作进程，调用多媒体信息库中的该操作的多媒体信息，为操作员工提供加工过程可视化操作引导； 步骤3:依据当前队列中的加工任务工艺流程信息，找到每项任务上游工序和下游工序所在的设备，获取每项任务上游工序的完工时间&-1以及下游工序的开工时间*; 步骤4:针对步骤3所采集 的上游工序完工时间eP和下游工序的开工时间，动态优化待加工任务的序列，具体包括以下步骤: 步骤4.1:初始化:依据实时数据cV1 和每项任务的加工时间Pp更新任务的交货期dj = max^crl +PrSrl}，并按Clj由小到大排序，并截取排序后的前m项任务，m彡6 ; 步骤4.2:计算前m项任务交货期偏移度#，A dj表示两次调度任务交货期的变化 LJi量A+ = \d} -d丨,J/表示任务j初始的交货期； 步骤4.3:按照规则生成满足约束的任务队列集Q{qi，q2,七…}，所述规则为:若cH A ^dJ，则任务i排在任务j之前，并采用如下步骤确定每个队列下的任务开始加工时间: 步骤4.3.1:依据机器唯一性和工件唯一性约束，以每项任务的最早可开始加工时间为初始开始加工时间； 步骤4.3.2:计算每项任务的Ej和A其中Ej表不任务j的提如时间，A」表不任务j的开始时间向后移动一个单位导致惩罚的变化；按照任务序列得到第一个Er > O任务r，并找出距离任务r最近的时间间隙ts, s+1，r ^ s ^ m,时间间隙ts, S+1表示任务s完工到任务s+1开始的间隔时间，任务s为任务!■之后的一项任务；U 步骤4.3.3:求取最小的满足H\ < O的任务u,r彡u彡s,并固定任务r, r+1,…，u的 j=r开始加工时间，若U = m，则进入步骤4.4，否则，跳转到步骤4.3.2 ;若不存在这样的任务U，则进行步骤4.3.4 ;步骤4.3.4:将任务r, r+1,…，s的开始加工时间分别增加min{E"…Eu, ts,s+1},跳转到步骤4.3.2 ;步骤4.4:按确定的队列集Q{qi，q2,}及每个队列的任务开始加工时间计算目标函数F = E w’Ef Ew" Ir其中w’和w’分别表示任务的提前惩罚和滞后惩罚，L表示任务j的滞后时间，求得 目标函数的最小值minF = min {F (q)，F (q2)，以及minF下的队列qt ；步骤5:用优化后的加工任务队列Qi更新设备端现加工任务队列，跳转到步骤2，直到所有任务加工完成。
全文摘要
本发明提出了一种实时信息驱动的生产设备端制造活动智能导航方法，通过应用物联技术于制造设备端，形成各类制造资源物物互联、互感，改变原有制造资源及加工过程的信息获取方式，提高数据的时效性、规范性和准确性，并根据所获取的实时信息为设备端提供实时操作引导服务和任务队列优化服务提供全面的设备端实时生产状态信息和正确的生产操作引导，从根本上杜绝因操作不当或物料错装而引起的质量问题；基于所获取的多源实时状态信息，快速的优化设备端待加工任务的序列，降低动态优化的难度，缩短优化时间。
文档编号G06Q50/04GK103116813SQ201310058948
公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者张映锋, 杨腾, 孙树栋, 王军强, 杨宏安 申请人:西北工业大学