CN106292583B - 基于分布式mes的柔性制造系统的纠错方法及装置 - Google Patents

基于分布式mes的柔性制造系统的纠错方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供一种基于分布式MES的柔性制造系统的纠错方法及装置。方法包括：采集柔性制造系统中产生的数据，数据包括基本过程信息；根据采集的数据，建立以每个基本过程为节点的数据有向图；以数据有向图为基础建立图形化界面；确定图形化界面中存在错误的基本过程并标识出存在错误的基本过程的关联过程组。本发明的目的在于通过采用数学图论的算法以及柔性制造系统数据关联性的分析，为分布式MES的提供一套系统监控和流程分析的技术手段及软件工具，解决以往完全依赖人工操作在系统测试、验证和使用中的严重局限性，提高MES系统开发和实际运行的效率。

Description

基于分布式MES的柔性制造系统的纠错方法及装置
技术领域
本发明属于柔性制造系统领域，尤其涉及一种基于分布式MES的柔性制造系统的纠错方法。
背景技术
在工业4.0概念下的智能制造领域，一套生产系统的柔性制造能力成为其最核心的追求。柔性制造系统通过一系列自动化设备的采用和布局，保证每一个加工工艺的相对独立性，通过工件在工艺之间不定时、不定向的流程线路实现生产系统生产能力方面的多样性。
为了使得柔性制造系统的灵活性和产能的充分发挥，MES(manufacturingexecution system)制造执行系统系统也往往需要相应的分布式设计。但这样的分布式系统，尤其在面对柔性制造混线生产时，整个制造系统会产生大量的复杂耦合的工艺过程，整个流程极具随机性，其相关性及因果关系很难被清晰识别，操作人员在运行中对系统缺少全局认知，尤其在出现错误时，纠错非常困难，使得柔性制造系统的MES方案的测试、验证和监控成为MES开发和使用上的一个主要难点，造成在这方面的巨大时间和经济成本投入。
现有的对基于分布式MES的柔性制造系统的测试、验证和监控主要还是依靠开发人员的个人经验，缺少系统化软件工具，测试工作非常耗时。依靠人工操作的缺点在以下几个方面：
多流程平行进行，测试人员对系统缺少足够的相关信息采集能力，错误定位困难；
多设备工艺过程相关性复杂，测试人员很难识别其关系，错误原因分析困难；
制造系统流程随机性强，人工无法重现之前错误场景条件，以验证纠错方案是否正确。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于分布式MES的柔性制造系统的纠错方法及纠错装置，以解决以往完全依赖人工操作在系统测试、验证和使用中的严重局限性，提高MES系统开发和实际运行的效率。
本发明一方面公开了一种基于分布式MES的柔性制造系统的纠错方法，包括：
采集所述柔性制造系统中产生的数据，所述数据包括基本过程信息；所述基本过程为MES数据操作中的最小工艺流程单元；
根据采集的所述数据，建立以每个基本过程为节点的数据有向图；
根据所述数据有向图，确定存在错误的基本过程以及所述存在错误的基本过程的关联过程组；
自动或根据用户的指示，确定错误原因出现的基本过程，并完成对错误的纠正。
优选的，在建立所述数据有向图后，所述纠错方法还包括：
以所述数据有向图为基础建立图形化界面；所述图形化界面中展示有所述基本过程的当前数据和历史数据；
所述根据所述数据有向图，确定存在错误的基本过程以及所述存在错误的基本过程的关联过程组包括：
根据所述数据有向图以及用户的指示，确定存在错误的基本过程并在所述图形化界面上标示出所述存在错误的基本过程的关联过程组。
优选的，所述纠错方法还包括：在完成对错误的纠正后，所述纠错方法还包括：
确定离所述错误原因出现的基本过程最近的每一生产设备处于非基本过程运行中的时间点；
重置所述时间点之后的所有数据；
根据所述时间点对每一所述生产设备进行重新启动并采集重新启动后产生的基本过程的数据。
优选的，所述MES包括至少两个控制单元，所述控制单元分别控制不同的生产设备；
柔性制造系统中产生的数据还包括所述控制单元之间的通讯消息以及所述生产设备对数据库的读写操作信息；
所述基本过程信息包括基本过程名称、起始时间以及先后顺序；
根据采集的所述数据，建立以每个基本过程为节点的数据有向图包括：
根据同一生产设备的基本过程的起始时间以及先后顺序、不同控制单元之间的通讯信息以及所述对数据库的读写操作信息确定所述基本过程之间的先后顺序以建立以每个基本过程为节点的数据有向图。
优选的，通过http协议采集所述柔性制造系统中产生的数据，所述数据的格式为XML格式。
本发明还公开了一种基于分布式MES的柔性制造系统的纠错装置，所述纠错装置包括：
数据采集单元，用于采集所述柔性制造系统中产生的数据，所述数据包括基本过程信息；所述基本过程为MES数据操作中的最小工艺流程单元；
数据有向图建立单元，用于根据采集的所述数据，建立以每个基本过程为节点的数据有向图；
错误过程分析单元，用于根据所述数据有向图，确定存在错误的基本过程以及所述存在错误的基本过程的关联过程组；
错误纠正单元，用于自动或根据用户的指示，确定错误原因出现的基本过程，并完成对错误的纠正。
优选的，所述纠错装置还包括：
图形化界面建立单元，用于以所述数据有向图为基础建立图形化界面；所述图形化界面中展示有所述基本过程的当前数据和历史数据；
所述错误过程分析单元，用于根据所述数据有向图以及用户的指示，确定存在错误的基本过程并在所述图形化界面上标示出所述存在错误的基本过程的关联过程组。
优选的，
稳定态确定单元，在确定错误原因出现的基本过程，并完成对错误的纠正后，用于确定离所述错误原因出现的基本过程最近的系统稳定态，所述系统稳定态为每一生产设备处于非基本过程运行中的时间点；
数据重置单元，用于重置所述时间点之后的所有数据；
设备重启单元，用于根据所述时间点对每一所述生产设备进行重新启动并采集重新启动后产生的基本过程的数据。
优选的，所述MES包括至少两个控制单元，所述控制单元分别控制不同的生产设备；柔性制造系统中产生的数据还包括所述控制单元之间的通讯消息以及所述生产设备对数据库的读写操作信息；所述基本过程信息包括基本过程名称、起始时间以及先后顺序；
所述数据有向图建立单元，具体用于根据同一生产设备的基本过程的起始时间以及先后顺序、不同控制单元之间的通讯信息以及所述对数据库的读写操作信息确定所述基本过程之间的先后顺序以建立以每个基本过程为节点的数据有向图。
优选的，所述数据采集单元位于所述MES中。
本发明提供一种基于分布式MES的柔性制造系统的纠错方法及纠错装置，通过采用数学图论的算法以及柔性制造系统数据关联性的分析，为分布式MES的提供一套系统监控和流程分析的技术手段及软件工具，提供了系统化、方法化和全局化的解决方案，有效提高柔性制造系统相关MES从设计开发到日常使用的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明纠错方法流程图；
图2是本发明数据采集示意图；
图3是数据有向图；
图4是纠错验证步骤流程图；
图5是系统稳定态示意图；
图6是数据重置示意图；
图7是设备重启示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本发明旨在提供一种基于分布式MES的柔性制造系统的纠错方法，如图1所示，该纠错方法包括：
S11、采集所述柔性制造系统中产生的数据，所述数据包括基本过程信息；所述基本过程为MES数据操作中的最小工艺流程单元。
由于基于分布式MES的柔性制造系统的工艺流程由不同的设备分别完成，此离散过程所产生的系统监控所需数据将在XML进行统一格式化后通过http协议进行集中采集。如图2所示。
所采集的数据包括基本过程信息。这里的“基本过程“指在MES数据操作层面无法再被分割的最小工艺流程单位，它的信息包括过程名称、起始时间和先后顺序等。
S12、根据采集的所述数据，建立以每个基本过程为节点的数据有向图。
根据集中采集的过程数据，为整个柔性制造系统建立数据有向图。如图3所示。该数据在这个具有方向的数据图里，每一个点都是一个基本流程，而每一条连线线都指明了两个基本流程之间可能存在的因果关系。
S13、以所述数据有向图为基础建立图形化界面；所述图形化界面中展示有所述基本过程的当前数据和历史数据。
这一步就是图形化展示。基于之前所建立的数据图建立图形化界面，从全局上展示整个柔性制造系统各个工艺设备流程的当前信息和历史数据，并使得用户直观识别其相关的耦合关系。
需要说明的是，这一步骤是为了给用户更直观的展示。在整个监控过程汇总，有一些错误的类型，系统有可能无法自动识别，为提高精确度，可以建立图形化界面，以方便系统结合自动判断过程和用户的指示来确定错误过程。但这一步骤并不是必须的。
S14、确定所述图形化界面中存在错误的基本过程并标识出所述存在错误的基本过程的关联过程组。
在柔性制造系统内，错误被发现的基本过程，往往不是错误产生的原因所在的过程，而可能纠错的方法还在另外一个过程。例如，在质检设备所运行的检验过程QM中发现了某产品存在缺陷，而此缺陷是切割机之前的加工过程CUT造成，而造成CUT出问题的原因，是切割机之前任务初始化阶段INIT时读取参数错误。所以，最终的解决方案应该在切割机INIT过程控制程序内的更改。本发明根据对数据图的解析，可以为目标基本过程在全系统历史数据中寻找及识别对其可能造成影响的基本流程组，并在图形界面上进行标识。如上所述，这一步可能需要结合用户的指示。
当然，因为柔性制造系统及其复杂，涉及到的影响因素无法预测，最后一步的错误的定位和修改还需要结合用户的一些判断，即用户根据具体情况和个人经验来补充完成。在完成修改之后，系统需要进行场景重现，通以验证解决方案是否有效。进一步的，该纠错中的验证步骤如图4所示，包括：
S21、确定离所述错误原因出现的基本过程最近的每一生产设备处于非基本过程运行中的时间点；
这时，需要将系统恢复至错误原因出现之前最近的一个系统稳定态(所有设备处于稳定态(没有任何基本过程运行中)的时间点。而由于柔性制造系统混线生产时大量的流程同时进行，而不同工艺的基本过程的时间长短不一，所以我们很难在出错原因之前很近的地方找到一个系统稳定态。也就是从整个系统来看，可能没有一个时间点上所有设备处于非工艺加工状态，如下图虚线所示，本发明尽可能在用户所希望重现的基本过程之前最近的地方确定系统的稳定态，并以此稳定态作为系统重现情景的起点。如图5所示的系统稳定态。
S22、重置所述时间点之后的所有数据；
在发现并纠正错误之后，为了重现之前出错的情景以验证解决方案，系统需回复到前一步所确定的稳定态，也就是说之前一个稳定态到当前状态之间的数据更改必须被重置。
所有关联基本过程对系统所造成的数据更改，将根据其之前的先后顺序相反的顺序分布进行重置，最终实现整个系统在数据上被恢复到目标稳定态。图6为数据重置示意图。
S23、根据所述时间点对每一所述生产设备进行重新启动并采集重新启动后产生的基本过程的数据。
可以恢复的系统稳定态，对不同的设备来说来，时间点可能存在一定的差异。因为分布式过程的随机性顺序和时间差可能会造成之后事件流程的完全不同，所以为了使目标场景可以重新，此发明还需要根据之前全局分布进行的基本过程的起始时间顺序对不同设备进行分步启动。如图7所示。
本发明采用了分布式的MES，本发明中，MES系统包括至少两个控制单元，所述控制单元分别控制不同的生产设备。有关该控制单元的结构可以参见同日提交的，名称为“一种基于模块化的控制单元的MES系统”专利中有关控制单元的描述。
为了更好的自动创建数据有向图，本发明中柔性制造系统中产生的数据还包括所述控制单元之间的通讯消息以及所述生产设备对数据库的读写操作信息；所述基本过程信息包括基本过程名称、起始时间以及先后顺序；
基于此，可以根据同一生产设备的基本过程的起始时间以及先后顺序、不同控制单元之间的通讯信息以及所述对数据库的读写操作信息确定所述基本过程之间的先后顺序以建立以每个基本过程为节点的数据有向图。
具体的：
同一设备内时间先后顺序。一台设备先后运行的两个基本过程，之前一个有可能会给之后的结果造成影响，例如一项任务的初始化某一参数的设置错误，可能会造成后续实际运行中的出现问题。
不同设备过程之间的通讯消息。例如某一设备向另外一台设备发出协作申请，这样的申请消息就为两个设备之后进行的基本过程建立的关联性。
不同设备过程对数据库内同一数据的读写操作。这和之前一点的原因一样，都是离散过程因为数据交流造成了之间的关联性，只是在这种情况下，数据信息的交互是以中央数据库为媒介。
本发明通过采用数学图论的算法以及柔性制造系统数据关联性的分析，为分布式MES的提供一套系统监控和流程分析的方法，解决以往完全依赖人工操作在系统测试、验证和使用中的严重局限性，提高MES系统开发和实际运行的效率。
本发明还提供了一种基于分布式MES的柔性制造系统的纠错装置，该纠错装置包括：
数据采集单元，用于采集所述柔性制造系统中产生的数据，所述数据包括基本过程信息；所述基本过程为MES数据操作中的最小工艺流程单元；
数据有向图建立单元，用于根据采集的所述数据，建立以每个基本过程为节点的数据有向图；
图形化界面建立单元，用于以所述数据有向图为基础建立图形化界面；所述图形化界面中展示有所述基本过程的当前数据和历史数据；
错误过程分析单元，用于确定所述图形化界面中存在错误的基本过程并标识出所述存在错误的基本过程的关联过程组。
在确定错误原因出现的基本过程，并完成对错误的纠正后，系统需要进行场景重现，通以验证解决方案是否有效。进一步的，所述纠错装置还包括：
稳定态确定单元，用于确定离所述错误原因出现的基本过程最近的系统稳定态，所述系统稳定态为每一生产设备处于非基本过程运行中的时间点；
数据重置单元，用于重置所述时间点之后的所有数据；
设备重启单元，用于根据所述时间点对每一所述生产设备进行重新启动并采集重新启动后产生的基本过程的数据。
进一步的，所述MES包括至少两个控制单元，所述控制单元分别控制不同的生产设备；柔性制造系统中产生的数据还包括所述控制单元之间的通讯消息以及所述生产设备对数据库的读写操作信息；所述基本过程信息包括基本过程名称、起始时间以及先后顺序；
所述数据有向图建立单元，具体用于根据同一生产设备的基本过程的起始时间以及先后顺序、不同控制单元之间的通讯信息以及所述对数据库的读写操作信息确定所述基本过程之间的先后顺序以建立以每个基本过程为节点的数据有向图。
所述数据采集单元，用于通过http协议采集所述柔性制造系统中产生的数据，所述数据的格式为XML格式。
基于此，本发明首先对现有的分布式MES进行功能扩展，在其工艺流程控制相关部分增加数据采集单元，使其可以将所需要的流程数据在xml格式化后以http协议发送给本发明的系统监控工具软件。这样，监控软件就可以对柔性制造系统进行全局的实时监控。
如果通过本软件对来帮助指导MES的开发和客户方案验证，除之前的功能外，还需要增加原有MES系统的数据重置功能，并提供流程控制相关的指令接口，使本软件发出的系统数据重置和设备重启指令可以由MES自动完成。
虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (8)

1.一种基于分布式MES的柔性制造系统的纠错方法，其特征在于，包括：
采集所述柔性制造系统中产生的数据，所述数据包括基本过程信息；所述基本过程为MES数据操作中的最小工艺流程单元；
根据采集的所述数据，建立以每个基本过程为节点的数据有向图；根据所述数据有向图，确定存在错误的基本过程以及所述存在错误的基本过程的关联过程组；
自动或根据用户的指示，确定错误原因出现的基本过程，并完成对错误的纠正；
在完成对错误的纠正后，所述纠错方法还包括：
确定离所述错误原因出现的基本过程最近的每一生产设备处于非基本过程运行中的时间点；
重置所述时间点之后的所有数据；
根据所述时间点对每一所述生产设备进行重新启动并采集重新启动后产生的基本过程的数据。
2.如权利要求1所述的基于分布式MES的柔性制造系统的纠错方法，其特征在于，在建立所述数据有向图后，所述纠错方法还包括：以所述数据有向图为基础建立图形化界面；所述图形化界面中展示有所述基本过程的当前数据和历史数据；
所述根据所述数据有向图，确定存在错误的基本过程以及所述存在错误的基本过程的关联过程组包括：
根据所述数据有向图以及用户的指示，确定存在错误的基本过程并在所述图形化界面上标示出所述存在错误的基本过程的关联过程组。
3.如权利要求1所述的基于分布式MES的柔性制造系统的纠错方法，其特征在于，所述MES包括至少两个控制单元，所述控制单元分别控制不同的生产设备；
柔性制造系统中产生的数据还包括所述控制单元之间的通讯消息以及所述生产设备对数据库的读写操作信息；
所述基本过程信息包括基本过程名称、起始时间以及先后顺序；
根据采集的所述数据，建立以每个基本过程为节点的数据有向图包括：
根据同一生产设备的基本过程的起始时间以及先后顺序、不同控制单元之间的通讯信息以及所述对数据库的读写操作信息确定所述基本过程之间的先后顺序以建立以每个基本过程为节点的数据有向图。
4.如权利要求1所述的基于分布式MES的柔性制造系统的纠错方法，其特征在于，通过http协议采集所述柔性制造系统中产生的数据，所述数据的格式为XML格式。
5.一种基于分布式MES的柔性制造系统的纠错装置，其特征在于，所述纠错装置包括：
数据采集单元，用于采集所述柔性制造系统中产生的数据，所述数据包括基本过程信息；所述基本过程为MES数据操作中的最小工艺流程单元；
数据有向图建立单元，用于根据采集的所述数据，建立以每个基本过程为节点的数据有向图；
错误过程分析单元，用于根据所述数据有向图，确定存在错误的基本过程以及所述存在错误的基本过程的关联过程组；
错误纠正单元，用于自动或根据用户的指示，确定错误原因出现的基本过程，并完成对错误的纠正；
稳定态确定单元，在确定错误原因出现的基本过程，并完成对错误的纠正后，用于确定离所述错误原因出现的基本过程最近的系统稳定态，所述系统稳定态为每一生产设备处于非基本过程运行中的时间点；
数据重置单元，用于重置所述时间点之后的所有数据；
设备重启单元，用于根据所述时间点对每一所述生产设备进行重新启动并采集重新启动后产生的基本过程的数据。
6.如权利要求5所述的基于分布式MES的柔性制造系统的纠错装置，其特特征在于，所述纠错装置还包括：
图形化界面建立单元，用于以所述数据有向图为基础建立图形化界面；所述图形化界面中展示有所述基本过程的当前数据和历史数据；所述错误过程分析单元，用于根据所述数据有向图以及用户的指示，确定存在错误的基本过程并在所述图形化界面上标示出所述存在错误的基本过程的关联过程组。
7.如权利要求5所述的基于分布式MES的柔性制造系统的纠错装置，其特征在于，所述MES包括至少两个控制单元，所述控制单元分别控制不同的生产设备；柔性制造系统中产生的数据还包括所述控制单元之间的通讯消息以及所述生产设备对数据库的读写操作信息；所述基本过程信息包括基本过程名称、起始时间以及先后顺序；
所述数据有向图建立单元，具体用于根据同一生产设备的基本过程的起始时间以及先后顺序、不同控制单元之间的通讯信息以及所述对数据库的读写操作信息确定所述基本过程之间的先后顺序以建立以每个基本过程为节点的数据有向图。
8.如权利要求5所述的基于分布式MES的柔性制造系统的纠错装置，其特征在于，所述数据采集单元位于所述MES中。
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