基于工业互联网的生产路径规划方法与流程

1.本发明涉及工业互联网和生产规划领域，尤其涉及一种基于工业互联网的生产路径规划方法。


背景技术：

2.工业互联网的本质是通过开放的、全球化的工业级网络平台把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地连接和融合起来，高效共享工业经济中的各种要素资源，从而通过自动化、智能化的生产方式降低成本、增加效率，帮助制造业延长产业链，推动制造业转型发展。工业互联网通过智能机器间的连接并最终将人机连接，结合软件和大数据分析，重构全球工业、激发生产力，让世界更美好、更快速、更安全、更清洁且更经济。
3.现有技术中产品生产线上的设备安排是生产计划员或生产调度员通过经验来安排生产设备，现有技术不仅浪费人力物力还存在不能使工厂利益最大化的问题。因此，急需一种自动化安排生产设备的方法。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种基于工业互联网的生产路径规划方法，其包括以下步骤：
5.获取工业互联网中所有联网的生产设备，并提取每个生产设备的设备特征，然后将每个生产设备的设备特征映射到高维特征空间以获取若干个设备特征点；一个设备特征点表征一个生产设备；
6.遍历所有的设备特征点，并将正在遍历的设备特征点作为目标设备特征点，然后将目标设备特征点对应的生产设备的设备特征映射到低维特征空间以得到目标设备特征点的设备特征向量组；重复该步骤，直到遍历完所有的设备特征点以得到每个设备特征点的设备特征向量组；所述设备特征向量组包括属性特征向量和生产策略向量；所述属性特征向量表征生产设备的生产属性；所述生产策略向量表征生产设备的生产策略；
7.基于每个设备特征点的设备特征向量组获取每个设备特征点的属性特征向量，并基于每个设备特征点的属性特征向量获取每个设备特征点的生产属性，然后将生产属性为根源属性的设备特征点作为根源设备点；
8.基于根源设备点的生产策略向量获取根源设备点的若干个下行设备特征点，并将所述下行设备特征点作为根源设备点的第一子级设备点；然后基于所述第一子级设备点的属性特征向量识别第一子级设备点的生产属性；
9.在第一子级设备点的生产属性为过程属性时，基于第一子级设备点的生产策略向量获取第一子级设备点的若干个下行设备特征点，并将第一子级设备点的下行设备特征点作为根源设备点的第二子级设备点；
10.对以上步骤进行n次迭代，直到根源设备点的第n子级设备点的生产属性为结尾属性；基于根源设备点和根源设备点的所有子级设备点生成根源设备点的若干条有向连接路
径，并根据所有根源设备点的所有的有向连接路径生成生产评估图；
11.根据生产评估图构建静态生产评估图，并根据静态生产评估图构建动态生产评估图，然后根据动态生产评估图输出产品生产路径。
12.根据一个优选实施方式，所述生产属性包括：根源属性、过程属性和结尾属性；所述根源属性表征相应的生产设备为产品生产流程中的开始流程所需的生产设备；所述过程属性表征相应的生产设备为产品生产流程中的中间流程所需的生产设备；所述结尾属性表征相应的生产设备为产品生产流程中的结束流程所需的生产设备；所述生产策略用于表征在产品生产过程中各生产子流程间的流程结构关系和流程转移关系。
13.根据一个优选实施方式，基于根源设备点和根源设备点的所有子级设备点生成根源设备点的若干条有向连接路径包括：
14.遍历所有的根源设备点，并将正在遍历的根源设备点作为目标根源设备点，然后获取目标根源设备点的所有子级设备点；
15.获取目标根源设备点的所有的第一子级设备点，并将目标根源设备点分别与各第一子级设备点连接以生成若干个第一级有向连接；所述第一级有向连接的方向为目标根源设备点指向第一子级设备点；
16.获取目标根源设备点的所有的第二子级设备点，并将各第一子级设备点分别与各第二子级设备点连接以生成若干个第二级有向连接；所述第二级有向连接的方向为第一子级设备点指向第二子级设备点；
17.将上述过程进行迭代，直到生成若干个第n级有向连接；所述第n级有向连接的方向为第n-1子级设备点指向第n子级设备点；
18.将第一级有向连接到第n级有向连接依次进行连接以得到以目标根源设备点为起点的若干条有向连接路径；
19.重复以上步骤，直到遍历完所有的根源设备点以得到每个根源设备点的若干条有向连接路径。
20.根据一个优选实施方式，根据所有根源设备点的所有的有向连接路径生成生产评估图包括：
21.获取所有设备特征点的设备标识符，并将每个设备特征点的属性特征向量和设备标识符进行映射以生成若干个设备属性特征对，然后根据所有的设备属性特征对生成设备属性特征集合；
22.将每个设备特征点的生产策略向量和设备标识符进行映射以生成若干个设备策略特征对，并根据所有设备策略特征对生成设备策略特征集合；
23.根据有向连接路径获取若干个有向连接，并获取每个有向连接的连接特征向量，然后获取每个有向连接对应的设备特征点的设备标识符；
24.将连接特征向量和设备标识符进行映射以得到设备连接特征对，并根据所有的设备连接特征对生成设备连接特征集合；
25.将所有的设备属性特征集合、设备策略特征集合和设备连接特征集合映射到有向连接路径的相应位置以生成生产评估图。
26.根据一个优选实施方式，根据生产评估图构建静态生产评估图包括：
27.基于生产评估图中的设备连接特征集合、设备策略特征集合和设备连接特征集合
生成静态初始化参数，并基于所述静态初始化参数对静态生产评估图进行初始化；
28.获取静态生产评估图中的每条有向连接，并基于每条有向连接的设备连接特征对生成每条有向连接的生产成本和生产收益，然后基于每条有向连接的生产成本和生产收益获取每条有向连接的连接概率；
29.获取静态生产评估图中的每个设备特征点的生产属性，并基于每个设备特征点的生产属性识别静态生产评估图中的根源设备点、过程设备点和结尾设备点；
30.将每个根源设备点的静态转移概率设置为第一预设转移概率，并根据有向连接的连接概率计算过程设备点和结束设备点静态转移概率；
31.根据所有设备特征点的静态转移概率生成静态转移概率集合，并将静态转移概率集合映射到静态生产评估图。
32.根据一个优选实施方式，根据静态生产评估图构建动态生产评估图包括：
33.基于静态生产评估图中的设备连接特征集合、设备策略特征集合和设备连接特征集合和静态转移概率集合生成动态初始化参数，并基于所述动态初始化参数对动态生产评估图进行初始化；
34.获取动态生产评估图中的结尾设备点，并将结尾设备点的动态转移概率设置为第二预设转移概率；
35.获取动态生产评估图中的根源设备点，并获取根源设备点的下行设备特征点的静态转移概率，然后基于根源设备点的所有下行设备特征点的静态转移概率获取根源设备点的动态转移概率；
36.将根源设备点的下行设备特征点作为第一子级设备点，并获取第一子级设备点的所有下行设备特征点，然后基于第一子级设备点的所有下行设备特征点的静态转移概率获取第一子级设备点的动态转移概率；
37.对以上步骤进行迭代以获取每个设备特征点的动态转移概率，并基于所有设备特征点的动态转移概率生成动态转移概率集合，然后将动态转移概率集合映射到动态生产评估图。
38.根据一个优选实施方式，根据动态生产评估图输出产品生产路径包括：
39.获取动态生产评估图中所有生产属性为结尾属性的设备特征点并将其作为结尾设备点；
40.遍历所有的结尾设备点，并将正在遍历的结尾设备点作为目标设备点，然后基于动态生产评估图获取目标设备点的所有上行设备特征点；
41.基于所述上行设备特征点的动态转移概率活和静态转移概率计算所述上行设备特征点的路径连接度；
42.将路径连接度大于连接度阈值的上行设备特征点作为目标设备点的连接特征点，并生成与所述连接特征点的数量相同的产品生产路径，然后将目标设备点的所有连接特征点加入相应的产品生产路径；
43.将目标设备点的连接特征点作为目标设备点，直到目标设备点不存在上行设备特征点以生成结尾设备点的所有产品生产路径；
44.重复以上步骤，直到遍历完所有的结尾设备点以生成每个结尾设备点的若干条产品生产路径。
45.本发明具有以下有益效果：本发明通过生产设备间流程结构获取生产评估图，并获取生产评估图中各有向连接的静态转移概率生成静态生产评估图，然后基于静态生产评估图获取各有向路静的动态转移概率生成动态生产评估图，并基于动态生产评估图获取产品生产路径，使得生产产品的收益更大，利益最大化。此外，本发明通过自动化获取生产路径节约了人力物力成本。
附图说明
46.图1为一示例性实施例提供的基于工业互联网的生产路径规划方法的流程图。
具体实施方式
47.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
48.在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
49.应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
50.参见图1，在一个实施例中，基于工业互联网的生产路径规划方法可以包括：
51.s1、获取工业互联网中所有联网的生产设备，并提取每个生产设备的设备特征，然后将每个生产设备的设备特征映射到高维特征空间以获取若干个设备特征点。
52.一个设备特征点表征一个生产设备。生产设备为具有产品生产功能和数据传输功能和通信功能的设备。
53.s2、遍历所有的设备特征点，并将正在遍历的设备特征点作为目标设备特征点，然后将目标设备特征点对应的生产设备的设备特征映射到低维特征空间以得到目标设备特征点的设备特征向量组；重复s2，直到遍历完所有的设备特征点以得到每个设备特征点的设备特征向量组。
54.设备特征向量组包括：属性特征向量和生产策略向量；属性特征向量表征生产设备的生产属性；生产策略向量表征生产设备的生产策略，生产策略表征在产品生产过程中各生产子流程间的流程结构关系和流程转移关系。
55.s3、基于每个设备特征点的设备特征向量组获取每个设备特征点的属性特征向量，并基于每个设备特征点的属性特征向量获取每个设备特征点的生产属性，然后将生产属性为根源属性的设备特征点作为根源设备点。
56.生产属性包括：根源属性、过程属性和结尾属性。根源属性表征相应的生产设备为
产品生产流程中的开始流程所需的生产设备。过程属性表征相应的生产设备为产品生产流程中的中间流程所需的生产设备。结尾属性表征相应的生产设备为产品生产流程中的结束流程所需的生产设备。
57.具体地，生产产品需要若干个按照先后顺序排列的生产子流程，每个生产子流程对应一种生产设备，生产产品的第一个生产子流程对应的生产设备的生产属性为根源属性，生产产品的中间生产子流程对应的生产设备的生产属性为过程属性，生产产品的最后一个生产子流程对应的生产设备的生产属性为结尾属性。
58.s4、基于根源设备点的生产策略向量获取根源设备点的若干个下行设备特征点，并将所述下行设备特征点作为根源设备点的第一子级设备点；然后基于所述第一子级设备点的属性特征向量识别第一子级设备点的生产属性。
59.具体地，根源设备点为第一个生产子流程的生产设备对应的设备特征点。根源设备点的下行设备特征点为第二个生产子流程的生产设备对应的设备特征点。设备特征点的下行设备特征点为设备特征点对应的生产子流程的下一个生产子流程对应的设备特征点；设备特征点的上行设备特征点为设备特征点对应的生产子流程的上一个生产子流程对应的设备特征点。
60.s5、在第一子级设备点的生产属性为过程属性时，基于所述第一子级设备点的生产策略向量获取第一子级设备点的若干个下行设备特征点，并将第一子级设备点的下行设备特征点作为根源设备点的第二子级设备点。
61.s6、对步骤s4到s5进行n次迭代，直到根源设备点的第n子级设备点的生产属性为结尾属性；基于根源设备点和根源设备点的所有子级设备点生成根源设备点的若干条有向连接路径，并根据所有根源设备点的所有的有向连接路径生成生产评估图。
62.n为生产产品的生产子流程的数量减1，即，n＝m-1，其中m为生产子流程的数量，n为迭代次数。
63.在一个实施例中，基于根源设备点和根源设备点的所有子级设备点生成根源设备点的若干条有向连接路径包括：
64.步骤1、遍历所有的根源设备点，并将正在遍历的根源设备点作为目标根源设备点，然后获取目标根源设备点的所有子级设备点；
65.步骤2、获取目标根源设备点的所有的第一子级设备点，并将目标根源设备点分别与各第一子级设备点连接以生成若干个第一级有向连接；所述第一级有向连接的方向为目标根源设备点指向第一子级设备点；
66.步骤3、获取目标根源设备点的所有的第二子级设备点，并将各第一子级设备点分别与各第二子级设备点连接以生成若干个第二级有向连接；所述第二级有向连接的方向为第一子级设备点指向第二子级设备点；
67.步骤4、将步骤2到步骤3进行迭代，直到生成若干个第n级有向连接；所述第n级有向连接的方向为第n-1子级设备点指向第n子级设备点；
68.步骤5、将第一级有向连接到第n级有向连接依次进行连接以得到以目标根源设备点为起点的若干条有向连接路径；
69.重复步骤1到步骤5，直到遍历完所有的根源设备点以得到每个根源设备点的若干条有向连接路径。
70.根源设备点的子级设备点包括：根源设备点的第一子级设备点到根源设备点的第n子级设备点的所有设备特征点，即，根源设备点的子级设备点包括：生产子流程中除了第一个生产子流程外的其他生产子流程对应的设备特征点。
71.在一个实施例中，根据所有根源设备点的有向连接路径生成生产评估图包括：
72.获取所有设备特征点的设备标识符，并将每个设备特征点的属性特征向量和设备标识符进行映射以生成若干个设备属性特征对，然后根据所有的设备属性特征对生成设备属性特征集合；
73.将每个设备特征点的生产策略向量和设备标识符进行映射以生成若干个设备策略特征对，并根据所有设备策略特征对生成设备策略特征集合；
74.根据有向连接路径获取若干个有向连接，并获取每个有向连接的连接特征向量，然后获取每个有向连接对应的设备特征点的设备标识符；
75.将连接特征向量和设备标识符进行映射以得到设备连接特征对，并根据所有的设备连接特征对生成设备连接特征集合；
76.将所有的设备属性特征集合、设备策略特征集合和设备连接特征集合映射到有向连接路径的相应位置以生成生产评估图。
77.设备标识符用于对生产设备进行唯一标识，设备属性特征对为设备标识符与相应设备特征点的属性特征向量的映射关系；设备连接特征对为设备标识符与相应设备特征点的连接特征向量的映射关系；设备策略特征对为设备标识符与相应设备特征点的生产策略向量的映射关系。
78.s7、根据生产评估图构建静态生产评估图，并根据静态生产评估图构建动态生产评估图，然后根据动态生产评估图输出产品生产路径。
79.在一个实施例中，根据生产评估图构建静态生产评估图包括：
80.基于生产评估图中的设备连接特征集合、设备策略特征集合和设备连接特征集合生成静态初始化参数，并基于所述静态初始化参数对静态生产评估图进行初始化；
81.获取静态生产评估图中的每条有向连接，并基于每条有向连接的设备连接特征对生成每条有向连接的生产成本和生产收益，然后基于每条有向连接的生产成本和生产收益获取每条有向连接的连接概率；
82.获取静态生产评估图中的每个设备特征点的生产属性，并基于每个设备特征点的生产属性识别静态生产评估图中的根源设备点、过程设备点和结尾设备点；
83.将每个根源设备点的静态转移概率设置为第一预设转移概率，并根据有向连接的连接概率计算过程设备点和结束设备点静态转移概率；
84.根据所有设备特征点的静态转移概率生成静态转移概率集合，并将静态转移概率集合映射到静态生产评估图。
85.在一个实施例中，根据静态生产评估图构建动态生产评估图包括：
86.基于静态生产评估图中的设备连接特征集合、设备策略特征集合和设备连接特征集合和静态转移概率集合生成动态初始化参数，并基于所述动态初始化参数对动态生产评估图进行初始化；
87.获取动态生产评估图中的结尾设备点，并将结尾设备点的动态转移概率设置为第二预设转移概率；
88.获取动态生产评估图中的根源设备点，并获取根源设备点的下行设备特征点的静态转移概率，然后基于根源设备点的所有下行设备特征点的静态转移概率获取根源设备点的动态转移概率；
89.将根源设备点的下行设备特征点作为第一子级设备点，并获取第一子级设备点的所有下行设备特征点，然后基于第一子级设备点的所有下行设备特征点的静态转移概率获取第一子级设备点的动态转移概率；
90.对以上步骤进行迭代以获取每个设备特征点的动态转移概率，并基于所有设备特征点的动态转移概率生成动态转移概率集合，然后将动态转移概率集合映射到动态生产评估图。
91.第一预设转移概率和第二预设转移概率为根据实际情况预先进行设置，静态转移概率为设备特征点的转移概率决定于设备特征点的当前时刻的状态，动态转移概率为设备特征点的转移概率决定于设备特征点的当前时刻以及当前时刻之前的所有状态。
92.在一个实施例中，根据动态生产评估图输出产品生产路径包括：
93.获取动态生产评估图中所有生产属性为结尾属性的设备特征点并将其作为结尾设备点；
94.遍历所有的结尾设备点，并将正在遍历的结尾设备点作为目标设备点，然后基于动态生产评估图获取目标设备点的所有上行设备特征点；
95.基于所述上行设备特征点的动态转移概率和静态转移概率计算所述上行设备特征点的路径连接度；
96.将路径连接度大于连接度阈值的上行设备特征点作为目标设备点的连接特征点，并生成与所述连接特征点的数量相同的产品生产路径，然后将目标设备点的所有连接特征点加入相应的产品生产路径；
97.将目标设备点的连接特征点作为目标设备点，直到目标设备点不存在上行设备特征点以生成结尾设备点的所有产品生产路径；
98.重复以上步骤，直到遍历完所有的结尾设备点以生成每个结尾设备点的若干条产品生产路径。
99.本发明通过生产设备间流程结构获取生产评估图，并获取生产评估图中各有向连接的静态转移概率生成静态生产评估图，然后基于静态生产评估图获取各有向路静的动态转移概率生成动态生产评估图，并基于动态生产评估图获取产品生产路径，使得生产产品的收益更大，利益最大化。此外，本发明通过自动化获取生产路径节约了人力物力成本。
100.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。