CN104657835A - 一种机械加工车间调度与监控***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机械加工车间调度与监控***和方法，该***包括生产调度与监控平台、多个工作站和多个手持移动数据终端，用于对由企业资源计划***进行规划并由车间的设备进行生产的制造过程进行调度与监控，实现了动态制造过程中动态优化调度和现场生产进程及物流移动的监控和反馈，实现制造过程调度结果的最优化，适于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于自动化技术领域，涉及一种机械加工车间调度与监控***和方法。
背景技术
众所周知，企业资源规划***(ERP)和制造执行***(MES)都有一定的对车间级制造过程进行调度和控制的功能。但是由于制造过程涉及众多的设备和生产任务，随着制造任务的不断被加工、被运输，物料沿着工艺路线流动，不断地从原料变成成品，整个生产过程的状态瞬息万变；加之制造现场常出现各类动态事件，如机器故障、订单变更、加工时间变化等。但是现有各类制造过程管理***，可能是企业资源规划***或制造执行***的一个模块，或一个独立的***，往往缺乏准确及时的现场信息采集，缺乏监控和反馈机制，使得既有的优化调度决策在变化的状态空间中难以有效实施。同时，生产过程中，上层计划部门不能实时掌握车间计划执行情况、在制品情况、物料到位情况等，一旦出现问题，需要很长时间才能发现，造成很大浪费，有时甚至影响交货期。另外，由于不能及时获得现场的信息，***不能在各工位物料出现问题的情况下及时准确地进行物料配送，从而影响生产进度。
发明内容
发明目的：
本发明涉及一种机械加工车间调度与监控***和方法，用于对由企业资源计划***进行规划并由车间的设备进行生产的制造过程进行调度与监控，实现了动态制造过程中动态优化调度和现场生产进程及物流移动的监控和反馈，实现制造过程调度结果的最优化。
技术方案：
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种机械加工车间调度与监控***，其特征在于：该***包括生产调度与监控平台、多个工作站和多个手持移动数据终端；生产调度与监控平台通过工作站连接手持移动数据终端；生产调度与监控平台内置生产调度器以调度制造过程的任务，与外部管理***进行信息交互，与各工作站的信息交换，实时获取工作站的状态信息，对制造过程及其各设备进行监控；对信息进行汇总分析，并借助甘特图、直方图、饼图准实时地显示、刷新当前生产调度表和物料加工/输送/消耗/补充的状态和进程；各工作站与车间的加工、装配、运输、存储设备或装置绑定，并设有RFID装置，主要包括加工工作站、物料输送工作站及物料仓储管理工作站；手持移动数据终端与生产调度监控平台及相关工作站进行信息交换，获取和显示工作站相关设备工位的任务调度表和状态信息。
一种如上所述机械加工车间调度与监控***的调度与监控方法，其特征在于：该方法步骤如下：
（1）、生产调度与监控平台，包括调度、监控、显示模块，其中：
1）调度模块通过调度器调用优化调度算法，根据生产计划***下达的生产任务，以及监控模块提供的生产现场实时数据，通过智能调度优化算法，获得调度决策，生成在本时间段的“任务—机器—时间”的生产调度表，并将结果发送给显示和监控模块；
2）监控模块同时具有对生产现场进行监督和控制的职能，重点完成订单制造过程监控和在制品跟踪；
利用无线传感网络获得来自于各工作站的生产现场数据，通过数据分拣、匹配和统计处理操作，得到关于每一项加工任务的完工情况及其相关物料的状态信息；其中，有关生产任务的信息包括已经完成任务、正在加工的任务和等待加工的任务的数量；物料的状态信息包括备料信息、在制品信息和成品信息；
同时，将任务进展及预期完成情况与生产调度表进行比对，利用拉式控制算法对任务的加工进程和节拍进行在线调整和修正，将控制指令发送到各工作站执行，并将任务的总体执行情况反馈给调度模块作为实时调度的参考，同时，也将上述结果发送到显示模块；
3）显示模块
准实时地显示、刷新所述制造过程的各工作站、工位、设备的状态或生产进程；借助甘特图显示调度表、任务加工进度、设备加工状态，其中高亮显示已经调度但尚未完工的任务；借助甘特图显示物料的输送计划，其中高亮显示已经调度但尚未运输完成的任务；借助直方图显示设备的利用率、物料消耗率的信息；借助饼图显示生产计划、调度与实际执行情况的比率；
（2）工作站与车间各类设备绑定，按照车间区域有序布置
1）加工工作站依设备规模与某一个或一组加工设备绑定，每个工作站都有至少一套RFID数据采集装置，通过非接触式实时数据采集，对某一个加工操作的完成进行标定和统计；
2）物料输送工作站与一个运输装置绑定，每个工作站都有一套RFID数据采集装置，通过非接触式实时数据采集，对某一个加工操作的完成情况进行标定和统计；
3）物料仓储管理工作站与一个或多个料垛或仓储区绑定，每个工作站都有至少一套RFID数据采集装置，通过非接触式准实时数据采集，对某一类物料的数量进行统计；
（3）手持移动数据终端通过无线传感网与生产调度和监控平台及相关工作站进行信息交换，为有使用权限的操作者提供相关工作站/设备工位的任务调度表和实时状态信息，提供制造过程上下游工位或有配套关系的工位状态信息；
（4）外部管理***包括生产计划***、车间管理***、库存管理***、销售管理***；
（5）优化调度算法，步骤如下：
根据车间的生产任务特征，确定调度时间窗；查询生产任务数据库找到适合当前时间窗的仍未被调度的任务事件；找到任务事件后，若存在有优先权的任务事件，按照优先权顺序，先对有优先权的任务事件进行调度，若不存在有优先权的任务事件，或有优先权的任务事件调度完成后，再调度没有优先权的任务事件；当前时间窗任务调度完成后，滚动到下一任务时间窗，执行新一轮计划任务的调度；
（6）拉式控制策略，包括生产策略和仓储策略：
生产策略涉及加工工作站和运输工作站及所辖设备，具体包括，工作站针对制造过程的观测数据，针对所绑定设备在当前时间窗已经完成的任务事件、正在执行的任务事件和等待的任务事件信息，对等待的任务事件预期完成时间进行估计，与计划数据和生产调度指令进行对比，当对比结果不符合预期时，发出令牌拉动现有正在完成或等待的任务事件，并通过移动终端提示操作者寻求有效的在线调整；
仓储策略涉及仓储工作站以及相关的加工工作站和运输工作站，具体包括，工作站针对制造过程的观测数据，针对所绑定料剁或仓储区在当前时间窗内物料数据，与计划数据和调度指令进行比对，当对比结果不符合预期时，发出令牌给上述所找出的预期物料不足的相关加工工作站或运输工作站。
上述步骤（5）中各调度任务事件的具体调度过程为，查询设备数据库，找到合适执行该任务的设备，继续查询特定设备相关的工作站，获得当前设备状态信息，包括是否可用，现有已经调度尚未完工的任务事件信息，据此再借助智能优化算法调度所选定的未被调度的任务，给出“任务—设备”的调度表。
优点及效果：
本发明提出了一种机械加工车间调度与监控***和方法，与现有的方法相比具有如下优点：
本发明实现了对机加车间动态生产过程中加工件物流事件和物流移动的监控和反馈，弥补了现有大多生产调度优化***和方法无视车间现场实际状况、导致理想状态下的优化调度方案不能在实际中付诸实施的缺憾；通过直接有效的拉动策略，及时对加工延时、机器故障及其他各种不确定性问题作出响应，对那些与原调度方案有偏差的任务事件进行动态调整，有效控制了生产任务的加工进程和节拍，并可提高车间生产***对不确定性的自适应性和生产调度的敏捷性,降低车间内部各种动态变化给生产***带来的影响和损失，实现机械制造过程调度结果的最优化，适于推广应用。
附图说明：
图1为本发明***示意图；
图2为优化调度算法流程图；
图3为任务事件调度流程图；
图4为拉式控制策略流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
本发明提供了一种机械加工车间调度与监控***和方法，如图1中所示，其特征在于：该***包括生产调度与监控平台、多个工作站和多个手持移动数据终端。生产调度与监控平台通过工作站连接手持移动数据终端；生产调度与监控平台内置生产调度器以调度制造过程的任务，与外部管理***进行信息交互，与各工作站的信息交换，实时获取工作站的状态信息，对制造过程及其各设备进行监控；对信息进行汇总分析，并借助甘特图、直方图、饼图等准确实时地显示、刷新当前生产调度表和物料加工/输送/消耗/补充的状态和进程；各工作站与车间的加工、装配、运输、存储设备或装置绑定，并设有RFID装置，具有数据采集、汇总、上传等功能，主要包括加工工作站、物料输送工作站及物料仓储管理工作站；手持移动数据终端与生产调度监控平台及相关工作站进行信息交换，获取和显示工作站相关设备工位的任务调度表和状态信息。
一种如权利要求1所述机械加工车间调度与监控***的调度与监控方法，其特征在于：该方法步骤如下：
（1）、生产调度与监控平台，包括调度、监控、显示模块，其中：
1）调度模块通过调度器调用优化调度算法，根据生产计划***下达的生产任务，以及监控模块提供的生产现场实时数据，通过智能调度优化算法，获得调度决策，生成在本时间段的“任务—机器—时间”的生产调度表，并将结果发送给显示和监控模块；
2）监控模块同时具有对生产现场进行监督和控制的职能，重点完成订单制造过程监控和在制品跟踪；
利用无线传感网络获得来自于各工作站的生产现场数据，通过数据分拣、匹配和统计处理等操作，得到关于每一项加工任务的完工情况及其相关物料的状态信息；其中，有关生产任务的信息包括已经完成任务、正在加工的任务和等待加工的任务的数量；物料的状态信息包括备料信息、在制品信息和成品信息；
同时，将任务进展及预期完成情况与生产调度表进行比对，利用拉式控制算法对任务的加工进程和节拍进行在线调整和修正，将控制指令发送到各工作站执行，并将任务的总体执行情况反馈给调度模块作为实时调度的参考，同时，也将上述结果发送到显示模块；
3）显示模块
准实时地显示、刷新所述制造过程的各工作站、工位、设备的状态或生产进程；借助甘特图显示调度表、任务加工进度、设备加工状态，其中高亮显示已经调度但尚未完工的任务；借助甘特图显示物料的输送计划，其中高亮显示已经调度但尚未运输完成的任务；借助直方图显示设备的利用率、物料消耗率的信息；借助饼图显示生产计划、调度与实际执行情况的比率；
（2）工作站与车间各类主要按照车间区域有序布
1）加工工作站依设备规模与某一个或一组加工设备绑定，每个工作站都有至少一套RFID数据采集装置，通过非接触式实时数据采集，对某一个加工操作的完成进行标定和统计；
2）物料输送工作站与一个运输装置（移动小车等）绑定，每个工作站都有一套RFID数据采集装置，通过非接触式实时数据采集，对某一个加工操作的完成进行标定和统计；
3）物料仓储管理工作站与一个或多个料垛、仓储区（可能存储的是原料、半成品或成品）绑定，每个工作站都有至少一套RFID数据采集装置，通过非接触式准实时数据采集，对某一类物料的数量进行统计；
（3）手持移动数据终端通过无线传感网与生产调度和监控平台及相关工作站进行信息交换，为有使用权限的操作者提供相关工作站/设备工位的任务调度表和实时状态信息，提供制造过程上下游工位或有配套关系的工位状态信息；
（4）外部管理***包括生产计划***、车间管理***、库存管理***、销售管理***；
（5）优化调度算法，步骤如下：
根据车间的生产任务特征，确定调度时间窗；查询生产任务数据库找到适合当前时间窗的仍未被调度的任务事件；找到任务事件后，若存在有优先权的任务事件，按照优先权顺序，先对有优先权的任务事件进行调度，若不存在有优先权的任务事件，或有优先权的任务事件调度完成后，再调度没有优先权的任务事件；当前时间窗任务调度完成后，滚动到下一任务时间窗，执行新一轮计划任务的调度；调度算法的流程如图2所示。
（6）拉式控制策略，包括生产策略和仓储策略：
生产策略涉及加工工作站和运输工作站及所辖设备，具体包括，工作站针对制造过程的观测数据，针对所绑定设备在当前时间窗已经完成的任务事件、正在执行的任务事件和等待的任务事件信息，对等待的任务事件预期完成时间进行估计，与计划数据和生产调度指令进行对比，当对比结果不符合预期时，发出令牌拉动现有正在完成或等待的任务事件，并通过移动终端提示操作者寻求有效的在线调整；
仓储策略涉及仓储工作站以及相关的加工工作站和运输工作站，具体包括，工作站针对制造过程的观测数据，针对所绑定料剁或仓储区在当前时间窗内物料数据，与计划数据和调度指令进行比对，当对比结果不符合预期时，发出令牌给上述所找出的预期物料不足的相关加工工作站或运输工作站。拉式控制策略流程图如图4所示。
3、根据权利要求2所述的机械加工车间调度与监控方法，其特征在于：上述步骤（5）中各调度任务事件的具体调度过程为，查询设备数据库，找到合适执行该任务的设备，继续查询特定设备相关的工作站，获得当前设备状态信息，包括是否可用，现有已经调度尚未完工的任务事件信息，据此再借助智能优化算法调度所选定的未被调度的任务，给出“任务—设备”的调度表。任务事件调度的算法流程如图3所示。
Claims (3)
1.一种机械加工车间调度与监控***，其特征在于：该***包括生产调度与监控平台、多个工作站和多个手持移动数据终端；生产调度与监控平台通过工作站连接手持移动数据终端；生产调度与监控平台内置生产调度器以调度制造过程的任务，与外部管理***进行信息交互，与各工作站的信息交换，实时获取工作站的状态信息，对制造过程及其各设备进行监控；对信息进行汇总分析，并借助甘特图、直方图、饼图准实时地显示、刷新当前生产调度表和物料加工/输送/消耗/补充的状态和进程；各工作站与车间的加工、装配、运输、存储设备或装置绑定，并设有RFID装置，主要包括加工工作站、物料输送工作站及物料仓储管理工作站；手持移动数据终端与生产调度监控平台及相关工作站进行信息交换，获取和显示工作站相关设备工位的任务调度表和状态信息。
2.一种如权利要求1所述机械加工车间调度与监控***的调度与监控方法，其特征在于：该方法步骤如下：
（1）、生产调度与监控平台，包括调度、监控、显示模块，其中：
1）调度模块通过调度器调用优化调度算法，根据生产计划***下达的生产任务，以及监控模块提供的生产现场实时数据，通过智能调度优化算法，获得调度决策，生成在本时间段的“任务—机器—时间”的生产调度表，并将结果发送给显示和监控模块；
2）监控模块同时具有对生产现场进行监督和控制的职能，重点完成订单制造过程监控和在制品跟踪；
利用无线传感网络获得来自于各工作站的生产现场数据，通过数据分拣、匹配和统计处理操作，得到关于每一项加工任务的完工情况及其相关物料的状态信息；其中，有关生产任务的信息包括已经完成任务、正在加工的任务和等待加工的任务的数量；物料的状态信息包括备料信息、在制品信息和成品信息；
同时，将任务进展及预期完成情况与生产调度表进行比对，利用拉式控制算法对任务的加工进程和节拍进行在线调整和修正，将控制指令发送到各工作站执行，并将任务的总体执行情况反馈给调度模块作为实时调度的参考，同时，也将上述结果发送到显示模块；
3）显示模块
准实时地显示、刷新所述制造过程的各工作站、工位、设备的状态或生产进程；借助甘特图显示调度表、任务加工进度、设备加工状态，其中高亮显示已经调度但尚未完工的任务；借助甘特图显示物料的输送计划，其中高亮显示已经调度但尚未运输完成的任务；借助直方图显示设备的利用率、物料消耗率的信息；借助饼图显示生产计划、调度与实际执行情况的比率；
（2）工作站与车间各类设备绑定，按照车间区域有序布置
1）加工工作站依设备规模与某一个或一组加工设备绑定，每个工作站都有至少一套RFID数据采集装置，通过非接触式实时数据采集，对某一个加工操作的完成进行标定和统计；
2）物料输送工作站与一个运输装置绑定，每个工作站都有一套RFID数据采集装置，通过非接触式实时数据采集，对某一个加工操作的完成情况进行标定和统计；
3）物料仓储管理工作站与一个或多个料垛或仓储区绑定，每个工作站都有至少一套RFID数据采集装置，通过非接触式准实时数据采集，对某一类物料的数量进行统计；
（3）手持移动数据终端通过无线传感网与生产调度和监控平台及相关工作站进行信息交换，为有使用权限的操作者提供相关工作站/设备工位的任务调度表和实时状态信息，提供制造过程上下游工位或有配套关系的工位状态信息；
（4）外部管理***包括生产计划***、车间管理***、库存管理***、销售管理***；
（5）优化调度算法，步骤如下：
根据车间的生产任务特征，确定调度时间窗；查询生产任务数据库找到适合当前时间窗的仍未被调度的任务事件；找到任务事件后，若存在有优先权的任务事件，按照优先权顺序，先对有优先权的任务事件进行调度，若不存在有优先权的任务事件，或有优先权的任务事件调度完成后，再调度没有优先权的任务事件；当前时间窗任务调度完成后，滚动到下一任务时间窗，执行新一轮计划任务的调度；
（6）拉式控制策略，包括生产策略和仓储策略：
生产策略涉及加工工作站和运输工作站及所辖设备，具体包括，工作站针对制造过程的观测数据，针对所绑定设备在当前时间窗已经完成的任务事件、正在执行的任务事件和等待的任务事件信息，对等待的任务事件预期完成时间进行估计，与计划数据和生产调度指令进行对比，当对比结果不符合预期时，发出令牌拉动现有正在完成或等待的任务事件，并通过移动终端提示操作者寻求有效的在线调整；
仓储策略涉及仓储工作站以及相关的加工工作站和运输工作站，具体包括，工作站针对制造过程的观测数据，针对所绑定料剁或仓储区在当前时间窗内物料数据，与计划数据和调度指令进行比对，当对比结果不符合预期时，发出令牌给上述所找出的预期物料不足的相关加工工作站或运输工作站。
3.根据权利要求2所述的机械加工车间调度与监控方法，其特征在于：上述步骤（5）中各调度任务事件的具体调度过程为，查询设备数据库，找到合适执行该任务的设备，继续查询特定设备相关的工作站，获得当前设备状态信息，包括是否可用，现有已经调度尚未完工的任务事件信息，据此再借助智能优化算法调度所选定的未被调度的任务，给出“任务—设备”的调度表。
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