CN101615026B - 一种加工过程控制系统的多层动态跟踪控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加工过程控制系统及多层的动态跟踪控制方法，该系统的数据处理与分析模块与数据采集模块连接，加工过程动态跟踪模块与数据处理与分析模块连接，加工过程控制模块与加工过程动态跟踪模块连接；所述数据采集模块用于多层加工过程的数据采集，所述数据处理与分析模块用于对数据采集模块采集的信息进行数据分析，所述加工过程动态跟踪模块根据数据处理与分析模块分析处理后的信息动态跟踪加工过程，所述加工过程控制模块用于控制加工过程。本发明的优点在于：利用分层的方法解决跨企业加工过程的信息现场检测采集、分析及动态跟踪控制问题；同时，通过SPC控制图控制加工过程，保证加工过程的稳定。

Description

一种加工过程控制系统的多层动态跟踪控制方法 

技术领域：

本发明属于加工过程的控制领域，涉及一种多层的加工过程动态跟踪控制方法。 

背景技术：

随着信息和网络技术的发展，扩展企业成为当前企业实现强强联合、赢得全球化竞争采用的主要组织模式。而在扩展企业环境下，产品的复杂性越来越高，企业间的合作不断加强，产品的制造往往由多个企业协作完成，加工过程也被分散到各个企业之间。对产品的加工过程跟踪与控制也因此涉及到众多的企业、加工单元及设备，并且由于跨企业的环境异构问题导致企业间加工信息不能被及时有效地获取，从而对出现的质量问题不能及时发现、处理，很难从整体上保证产品的加工质量。 

因此，需要提供一种面向复杂加工过程的动态跟踪控制方法，能在扩展企业范围内有效地对加工过程进行动态跟踪控制，从而保证产品的加工质量。 

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种多层的加工过程动态跟踪控制方法，包括数据采集模块、数据处理与分析模块、加工过程动态跟踪模块和加工过程控制模块； 

数据处理与分析模块与数据采集模块连接，加工过程动态跟踪模块与数据处理与分析模块连接，加工过程控制模块与加工过程动态跟踪模块连接； 

所述数据采集模块从加工过程的底层即设备层采集现场加工数据，现场加工数据经由数据处理与分析模块分析处理后，提供给加工过程动态跟踪模块和加工过程控制模块。基于所采集并分析后的数据，加工过程动态跟踪模块和加工过程控制模块可以实现跟踪加工过程状态，及时发现过程异常并对过程进行控制，保证加工过程的稳定。 

基于多层的加工过程动态跟踪控制方法： 

(1)利用数据采集模块采集加工过程的数据；所述数据采集模块主要通过传感器及数显设备采集加工零部件尺寸精度、形状精度以及设备的振动信号等，并将采集到的数据传输到数据处理与分析模块中； 

(2)利用数据处理与分析模块分析数据采集模块采集的信息；所述数据处理与分析模 块由函数库、算法集及知识库构成。通过该模块，可处理前端采集到的各类加工过程及设备数据，分析加工过程的工序能力、设备状态、零件加工状态等信息，并对分析结果进行存储。 

(3)利用加工过程动态跟踪模块分层次地动态跟踪加工过程；所述加工过程动态跟踪模块基于数据处理与分析模块的处理分析结果，跟踪加工过程设备级加工任务信息、工序级任务序列信息、工序能力信息、设备工序异常信息、零件加工状态信息、设备状态信息、工序完成数、工序完成率、工序合格率等信息。利用加工过程控制模块控制加工过程；所述加工过程控制模块通过SPC控制图控制加工过程，保证加工过程的稳定。所述加工过程动态跟踪模块和加工过程控制模块由加工过程动态跟踪控制模型构成； 

以各层的加工执行单元为各层加工过程跟踪控制的节点，建立多层次的加工过程动态跟踪控制模型： 

L_iX_j＝(IQ_i，OQ_i，i_jQ_c) 

其中： 

①i＝1，2，3，4为节点所处的层数，分别表示核心企业层、成员企业层、加工单元层、加工设备层；j＝1，2，...，n分别表示处于同一层次的节点个数；IQ_i为输入的相关加工信息；OQ_i为输出的加工过程跟踪控制结果；i_jQ_c表示第i层的第j个加工跟踪控制单元。 

②MCU表示各个层次加工控制单元的集合： 

$\mathrm{MCU}=\left|\begin{array}{c}\mathrm{ee}.Q_c=\{{\mathrm{pe}}_1.Q_c\∪{\mathrm{pe}}_2.Q_c\∪......\∪{\mathrm{pe}}_n.Q_c\}\\ {\mathrm{pe}}_i.Q_c=\{c_1.Q_c\∪c_2.Q_c\∪......\∪c_n.Q_c\}\\ c_i.Q_c=\{e_1.Q_c\∪e_2.Q_c\∪......\∪e_n.Q_c\}\end{array}\right.$

其中：Q_c表示加工过程控制单元，ee代表核心企业层，pe代表成员企业层，c代表加工单元层，e代表加工设备层。 

③不同层输入的相关加工信息不同，相应地各层输出的加工过程跟踪控制结果也不一样： 

在核心企业层(即i＝1时)，输入的加工信息通常是IQ_ee＝{IQ_ee(A)，IQ_ee(B)，IQ_ee(C)，...}＝{产品的整体加工要求，成员企业负责零部件的加工要求，产品完工日期，...}，输出的跟踪控制结果OQ_ee(D)则是产品的整体加工精度、产品合格率等。 

在成员企业层(即i＝2时)，输入的加工信息是IQ_pe＝{IQ_pe(A)，IQ_pe(B)，IQ_pe(C)，...}＝{子产品的加工要求，成员企业负责零部件的加工要求，产品完工日期，...}，输出的跟踪控制结果OQ_pe(D)则是子产品的加工精度、整体任务完成率等。 

在加工单元层(即i＝3时)，输入的加工信息通常是IQ_c＝{IQ_c(A)，IQ_c(B)，IQ_c(C)，...}＝{车间级零部件加工任务，车间级零部件工序信息，设备状态信息，车间各工序任务数，...}，输出的跟踪控制结果OQ_c(D)则是车间级设备状态、工序状态、工序能力指数、工序加工异常信息、多工序任务的完成率、合格率等。 

在加工设备层(即i＝4时)，输入的加工信息通常是IQ_c＝{IQ_c(A)，IQ_c(B)，IQ_c(C)，...}＝{加工设备状态数据，工序加工任务信息，工序加工时间，零件加工状态信息，...}，输出的跟踪控制结果OQ_c(D)则是加工过程能力、加工过程异常信息、加工设备状态工件废品数、工序完成数、工序完成率、工件合格率等。 

通过建立各层次加工跟踪控制单元与各节点对应的加工跟踪控制方法，依据具体加工过程采用合适的跟踪控制方法，对加工过程进行跟踪与监控，并利用SPC控制图对过程控制图参数进行优化。 

本发明的优点在于： 

数据采集模块和数据处理与分析模块实现对加工过程数据的采集、存储和实时处理与分析，达到采集、分析、实时更新加工过程信息，为动态跟踪控制加工过程奠定基础。 

加工过程动态跟踪模块和加工过程控制模块通过加工过程动态跟踪控制模型，将复杂的跨企业产品加工过程进行了多层次形式化描述和直观地表达；处于不同层次的加工过程控制单元，根据输入的不同加工信息，输出不同的跟踪控制结果，便于及时发现加工过程中存在的质量问题；加工过程控制模块通过SPC控制图控制加工过程，保证加工过程的稳定；不同地域的用户能在线实时访问、跟踪零部件和设备的加工信息，浏览现场监控、分析、评估、决策的过程信息和结果信息，达到远程监控和决策的目的。 

附图说明：

图1为本发明的加工过程控制模块图； 

图2为本发明多层的加工过程动态跟踪控制模型图； 

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述： 

参见图1、2，一种基于多层的加工过程动态跟踪控制方法，包括数据采集模块、数据处理与分析模块、加工过程动态跟踪模块和加工过程控制模块； 

数据处理与分析模块与数据采集模块连接，加工过程动态跟踪模块与数据处理与分析模块连接，加工过程控制模块与加工过程动态跟踪模块连接； 

所述数据采集模块用于加工过程的数据采集，所述数据处理与分析模块用于对数据采集模块采集的信息进行数据分析，所述加工过程动态跟踪模块根据数据处理与分析模块分析处理后的信息动态跟踪加工过程，所述加工过程控制模块用于控制加工过程。数据采集模块从加工过程的底层即设备层采集现场加工数据，现场加工数据经由数据处理与分析模块分析处理后，提供给加工过程动态跟踪模块和加工过程控制模块。基于所采集并分析后的数据，加工过程动态跟踪模块和加工过程控制模块可以实现跟踪加工过程状态，及时发现过程异常并对过程进行控制，保证加工过程的稳定。 

基于多层的加工过程动态跟踪控制方法： 

(1)利用数据采集模块采集加工过程的数据；所述数据采集模块主要通过传感器及数显设备采集加工零部件尺寸精度、形状精度以及设备的振动信号等，并将采集到的数据传输到数据处理与分析模块中； 

(2)利用数据处理与分析模块分析数据采集模块采集的信息；所述数据处理与分析模块由函数库、算法集及知识库构成。通过该模块，可处理前端采集到的各类加工过程及设备数据，分析加工过程的工序能力、设备状态、零件加工状态等信息，并对分析结果进行存储。 

(3)利用加工过程动态跟踪模块动态跟踪加工过程；所述加工过程动态跟踪模块基于数据处理与分析模块的处理分析结果，跟踪加工过程设备级加工任务信息、工序级任务序列信息、工序能力信息、设备工序异常信息、零件加工状态信息、设备状态信息、工序完成数、工序完成率、工序合格率等信息。利用加工过程控制模块控制加工过程；所述加工过程控制模块通过SPC控制图控制加工过程，保证加工过程的稳定。所述加工过程动态跟踪模块和加工过程控制模块由加工过程动态跟踪控制模型构成； 

以各层的加工执行单元为各层加工过程跟踪控制的节点，建立多层次的加工过程动态跟踪控制模型： 

L_iX_j＝(IQ_i，OQ_i，i_jQ_c) 

其中： 

①i＝1，2，3，4为节点所处的层数，分别表示核心企业层、成员企业层、加工单元层、加工设备层；j＝1，2，...，n分别表示处于同一层次的节点个数；IQ_i为输入的相关加工信息；OQ_i为输出的加工过程跟踪控制结果；i_jQ_c表示第i层的第j个加工跟踪控制单元。 

②MCU表示各个层次加工控制单元的集合： 

$\mathrm{MCU}=\left|\begin{array}{c}\mathrm{ee}.Q_c=\{{\mathrm{pe}}_1.Q_c\∪{\mathrm{pe}}_2.Q_c\∪......\∪{\mathrm{pe}}_n.Q_c\}\\ {\mathrm{pe}}_i.Q_c=\{c_1.Q_c\∪c_2.Q_c\∪......\∪c_n.Q_c\}\\ c_i.Q_c=\{e_1.Q_c\∪e_2.Q_c\∪......\∪e_n.Q_c\}\end{array}\right.$

其中：Q_c表示加工过程控制单元，ee代表核心企业层，pe代表成员企业层，c代表加工单元层，e代表加工设备层。 

③不同层输入的相关加工信息不同，相应地各层输出的加工过程跟踪控制结果也不一样： 

在核心企业层(即i＝1时)，输入的加工信息通常是IQ_ee＝{IQ_ee(A)，IQ_ee(B)，IQ_ee(C)，...}＝{产品的整体加工要求，成员企业负责零部件的加工要求，产品完工日期，...}，输出的跟踪控制结果OQ_ee(D)则是产品的整体加工精度、产品合格率等。 

在成员企业层(即i＝2时)，输入的加工信息是IQ_pe＝{IQ_pe(A)，IQ_pe(B)，IQ_pe(C)，...}＝{子产品的加工要求，成员企业负责零部件的加工要求，产品完工日期，...}，输出的跟踪控制结果OQ_pe(D)则是子产品的加工精度、整体任务完成率等。 

在加工单元层(即i＝3时)，输入的加工信息通常是IQ_c＝{IQ_c(A)，IQ_c(B)，IQ_c(C)，...}＝{车间级零部件加工任务，车间级零部件工序信息，设备状态信息，车间各工序任务数，...}，输出的跟踪控制结果OQ_c(D)则是车间级设备状态、工序状态、工序能力指数、工序加工异常信息、多工序任务的完成率、合格率等。 

在加工设备层(即i＝4时)，输入的加工信息通常是IQ_c＝{IQ_c(A)，IQ_c(B)，IQ_c(C)，...}＝{加工设备状态数据，工序加工任务信息，工序加工时间，零件加工状态信息，...}，输出的跟踪控制结果OQ_c(D)则是加工过程能力、加工过程异常信息、加工设备状态工件废品数、工序完成数、工序完成率、工件合格率等。 

通过建立各层次加工跟踪控制单元与各节点对应的加工跟踪控制方法，依据具体加工过程采用合适的跟踪控制方法，对加工过程进行跟踪与监控，并利用SPC控制图对过程控制图参数进行优化。 

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。 

Claims (1)

1.一种加工过程控制系统的多层动态跟踪控制方法，其特征在于：

(1)利用数据采集模块采集跨企业加工过程的数据；所述数据采集模块主要通过传感器及数显设备采集加工零部件尺寸精度、形状精度以及设备的振动信号，并将采集到的数据传输到数据处理与分析模块中；

(2)利用数据处理与分析模块分析数据采集模块采集的信息；所述数据处理与分析模块由函数库、算法集及知识库构成；通过数据处理与分析模块处理前端采集到的各类加工过程及设备数据，分析加工过程的工序能力、设备状态和零件加工状态，并对分析结果进行存储；

(3)利用加工过程动态跟踪模块动态跟踪加工过程；所述加工过程动态跟踪模块基于数据处理与分析模块的处理分析结果，跟踪加工过程设备级加工任务信息、工序级任务序列信息、工序能力信息、设备工序异常信息、零件加工状态信息、设备状态信息、工序完成数、工序完成率、工序合格率；利用加工过程控制模块控制加工过程；所述加工过程控制模块通过SPC控制图控制加工过程，保证加工过程的稳定；所述加工过程动态跟踪模块和加工过程控制模块由加工过程动态跟踪控制模型构成；

以各层的加工执行单元为各层加工过程跟踪控制的节点，建立多层次的加工过程动态跟踪控制模型：

L_iX_j＝(IQ_i，OQ_i，i_jQ_c)

其中：

①i＝1，2，3，4为节点所处的层数，分别表示核心企业层、成员企业层、加工单元层、加工设备层；j＝1，2，...，n分别表示处于同一层次的节点个数；IQ_i为输入的相关加工信息；OQ_i为输出的加工过程跟踪控制结果；i_jQ_c表示第i层的第j个加工跟踪控制单元；

②MCU表示各个层次加工控制单元的集合：

$\mathrm{MCU}=\left|\begin{array}{c}\mathrm{ee}.Q_c=\{{\mathrm{pe}}_1.Q_c\∪{\mathrm{pe}}_2.Q_c\∪......\∪{\mathrm{pe}}_n.Q_c\}\\ {\mathrm{pe}}_i.Q_c=\{c_1.Q_c\∪c_2.Q_c\∪......\∪c_n.Q_c\}\\ c_i.Q_c=\{e_1.Q_c\∪e_2.Q_c\∪......\∪e_n.Q_c\}\end{array}\right.$

其中：Q_c表示加工过程控制单元，ee代表核心企业层，pe代表成员企业层，c代表加工单元层，e代表加工设备层；

③不同层输入的相关加工信息不同，相应地各层输出的加工过程跟踪控制结果也不一样：

在核心企业层，即i＝1时，输入的加工信息通常是IQ_ee＝{IQ_ee(A)，IQ_ee(B)，IQ_ee(C)，...}＝{产品的整体加工要求，成员企业负责零部件的加工要求，产品完工日期，...}，输出的跟踪控制结果OQ_ee(D)是产品的整体加工精度或产品合格率；

在成员企业层，即i＝2时，输入的加工信息是IQ_pe＝{IQ_pe(A)，IQ_pe(B)，IQ_pe(C)，...}＝{子产品的加工要求，成员企业负责零部件的加工要求，产品完工日期，...}，输出的跟踪控制结果OQ_pe(D)是子产品的加工精度或整体任务完成率；

在加工单元层，即i＝3时，输入的加工信息通常是IQ_c＝{IQ_c(A)，IQ_c(B)，IQ_c(C)，...}＝{车间级零部件加工任务，车间级零部件工序信息，设备状态信息，车间各工序任务数，...}，输出的跟踪控制结果OQ_c(D)是车间级设备状态、工序状态、工序能力指数、工序加工异常信息、多工序任务的完成率或合格率；

在加工设备层，即i＝4时，输入的加工信息通常是IQ_c＝{IQ_c(A)，IQ_c(B)，IQ_c(C)，...}＝{加工设备状态数据，工序加工任务信息，工序加工时间，零件加工状态信息，...}，输出的跟踪控制结果OQ_c(D)是加工过程能力、加工过程异常信息、加工设备状态工件废品数、工序完成数、工序完成率或工件合格率；

通过建立各层次加工跟踪控制单元与各节点对应的加工跟踪控制方法，依据具体加工过程采用合适的跟踪控制方法，对加工过程进行跟踪与监控，并利用SPC控制图对过程控制图参数进行优化。

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