CN107657337A

CN107657337A - 基于oee指标的柔性生产线的自组织

Info

Publication number: CN107657337A
Application number: CN201710814898.XA
Authority: CN
Inventors: 李建民; 邓坤; 李光远; 张宇航
Original assignee: Changchun Blue Boat Technology Co Ltd; Changchun Wisdom And Intelligent Packaging Equipment Co Ltd; Changchun North Chemical Filling Equipment Co Ltd
Current assignee: Changchun Blue Boat Technology Co Ltd; Changchun Wisdom And Intelligent Packaging Equipment Co Ltd; Changchun North Chemical Filling Equipment Co Ltd
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2018-02-02

Abstract

本发明公开了一种基于OEE指标的柔性生产线的自组织，包括软件和硬件两方面，其特征在于，软件方面，系统采集各工序状态，计算生产路径；硬件方面，工序装置交叉使用，实现硬件环境冗余；通过实时调整空桶供桶系统的供桶速度、实时分配包装生产线的生产任务和实时搭建重桶出桶系统的输送路径，制造执行系统调度多条生产线，实时统计各工序OEE指标，通过自组织方法，搭建出包装生产路径，建立一条产能最高的柔性生产线。

Description

基于OEE指标的柔性生产线的自组织

技术领域

本发明属于电气自动化专业，化工包装行业，涉及一种基于OEE指标的柔性生产线的自组织。

背景技术

现有技术下，化工厂包装车间多采用多条生产线提高生产效率。某条生产线的某个工序单元效率低或损坏会导致整条生产线产能降低，甚至停工。由于包装工序对生产线的硬件环境依赖性大，控制系统不能立刻做出调整，无法再组织一条具有相同工序的生产线，或将生产任务再次分摊至其他生产线，严重制约着包装车间的整体生产能力。

发明内容

针对现有技术存在的某条生产线的某个工序单元效率低或损坏会导致整条生产线产能降低的问题，本发明提供一种基于OEE指标的柔性生产线的自组织，制造执行系统调度多条生产线，实时统计各工序OEE指标，建立一条产能最高的柔性生产线。

本发明具体内容如下。

一种基于OEE指标的柔性生产线的自组织，包括软件和硬件两方面，其特征在于，软件方面，系统采集各工序状态，计算生产路径；硬件方面，工序装置交叉使用，实现硬件环境冗余；通过实时调整空桶供桶系统的供桶速度、实时分配包装生产线的生产任务和实时搭建重桶出桶系统的输送路径，制造执行系统调度多条生产线，实时统计各工序OEE指标，通过自组织方法，搭建出包装生产路径，实现柔性生产线。

进一步地，所述实时调整空桶供桶系统的供桶速度，过程包括下述步骤，第一步，计算各条生产线的OEE指标、表现性；第二步，计算生产线理论表现性和实际表现性的差值；第三步，根据上述差值对空桶供桶系统的进桶时间间隔进行调整。

进一步地，所述实时分配包装生产线的生产任务，过程包括下述步骤，第一步，计算各条生产线的可用率、质量指数；第二步，判断可用率或质量指数的数值；若可用率或质量指数小于某一预设值，将该条生产线的全部任务分配给其他生产线；若可用率或质量指数在合理范围内变化，将对每条生产线的任务进行再分配。

进一步地，所述实时搭建重桶出桶系统的输送路径，过程包括下述步骤，第一步，计算重桶出桶系统各工序单元的可用率、表现性；第二步，根据可用率和表现性，实时搭建出一条速度最快的重桶出桶路径。

进一步地，所述基于OEE指标的柔性生产线的自组织应用于钢桶的全自动包装生产线。

进一步地，还需配备空桶供桶系统、包装生产系统、重桶出桶系统和实时采集数据。

进一步地，所述空桶供桶系统利用一条供桶辊道对多条生产线进行空桶输送。

进一步地，所述包装生产系统包括多条流水式生产线，按照生产能力对各条生产线的生产任务进行实时分配。

进一步地，所述重桶出桶系统将多条包装生产线的产品进行汇集，统一输送到码垛复检单元，系统中输送辊道可交叉使用。

进一步地，所述实时采集数据中，控制系统对空桶供桶系统、包装生产系统、重桶输送系统的信号数据进行实时采集，数据包括：物料管道压力、物料管道流速、包装生产线进桶光电信号、包装生产线出桶光电信号、包装生产线运行状态、重桶出桶系统运行状态、重桶出桶系统的出料速度。

本发明具有以下优点：本发明的基于OEE指标的柔性生产线的自组织，制造执行系统调度多条生产线，实时统计各工序OEE指标，建立一条产能最高的柔性生产线。

附图说明

图1为车间设备布置；

图2为包装生产路径；

其中，1-包装生产路径1，2-包装生产路径2，3-包装生产路径3，4-包装生产路径4。

具体实施方式

下面通过具体实施方式并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

本发明实施所需条件如下。

1.1）空桶供桶系统：

空桶供桶系统利用一条供桶辊道对多条生产线进行空桶输送。

1.2）包装生产系统：

包装生产系统包括多条流水式生产线，按照生产能力对各条生产线的生产任务进行实时分配。

本实施例中：1）空桶输送路径从下向上；2）空桶包装生产路径从右向左；3）重桶出桶路径从右向左；4）线1、线2、线3、线4分别代表4条包装生产路径。

具体如下：

空桶供桶系统包括A区、B区等2个供桶口，负责向A、B区输送空桶；

包装生产系统包括A1、A2、A3、B1、B2、B3等6条生产线，负责向空桶内灌装化工物料；

重桶出桶系统包括A区、B区、AB区交叉辊道等3个模块，负责将重桶输送至下游区域。

1.3）重桶出桶系统

重桶出桶系统将多条包装生产线的产品进行汇集，统一输送到码垛复检单元，系统中输送辊道可交叉使用。

1.4）实时采集数据：

控制系统对空桶供桶系统、包装生产系统、重桶输送系统的信号数据进行实时采集，数据包括：物料管道压力、物料管道流速、包装生产线进桶光电信号、包装生产线出桶光电信号、包装生产线运行状态、重桶出桶系统运行状态、重桶出桶系统的出料速度。

根据图1所示，以本发明应用于200L钢桶的全自动包装生产线为例，该实施方案包括1个空桶供桶系统、6个包装生产系统和2个重桶出桶系统，产品依次经过：空桶供桶、包装生产和重桶出桶等3个流程，一条完整生产包括1条空桶供桶线、1条包装生产线和1条重桶出桶线，本专利提出的基于OEE指标的柔性生产线的自组织方法作用于整条生产线，统一调度各个工序单元。整条生产线运行时，不同工序单元的效率会变化，制造执行系统(MES)可以利用本专利提出的自组织方法，计算各个工序单元的OEE指标，统计出一条效率最高的空桶供桶线、一条产能最高的包装生产线、一条速度最快的重桶出桶线，共同组织出一条生产效率最优的柔性生产线。

假设A1原计划运行时间T_{原计划运行时间}=8h，A1班前计划停机时间T_{班前计划停机时间}=20min，A1故障停机时间T_{故障停机时间}=30min，A1设备调整时间T_{设备调整时间}=30min，A1理论加工周期C_{理论加工周期}=0.75min/桶，A1实际加工周期C_{实际加工周期}=0.93min/桶，其他生产线实际加工周期与理论加工周期相等，表现性合理范围：0.55 ～ 0.869，每条生产线被分配800桶任务，依据上述参数，统计每个工序单元的OEE指标，计算公式如下：

1、OEE指标 = 可用性×表现性×质量指数

2、可用率 = 实际操作时间/计划工作时间

3、表现性 = 实际产能/理论产能

= 可用率×(理论加工周期/实际加工周期)

= (实际操作时间/实际加工周期)/(计划工作时间/理论加工周期)

4、质量指数 = 良品/总产量

(一)自组织方法作用于空桶供桶系统

将某条生产线加工1件产品的全部用时定义为实际加工周期，分别是：T_{A1实际加工周期}、T_{A2实际加工周期}、T_{A3实际加工周期}、T_{B1实际加工周期}、T_{B2实际加工周期}、T_{B3实际加工周期}，实际加工周期介于最大理论加工周期T_{Max理论加工周期}和最小理论加工周期T_{Min理论加工周期}之间，统计某条生产线的各工序的完成用时，可得出该条生产线的实际加工周期。参照图1中的实时方案，计算每条生产线的表现性(OEE指标)，如果实际表现性与理论表现性的变化幅度大于0.1，则重新计算空桶供桶间隔，具体如下：

A1计划运行时间：

T_{计划运行时间}=T_{原计划运行时间}-T_{班前计划停机时间}=8×60-20=460min

A1实际操作时间：

T_{实际操作时间}=T_{计划运行时间}-T_{故障停机时间}-T_{设备调整时间}=460-30-30=400min

A1理论表现性：

P_{理论表现性}=(实际操作时间/理论加工周期)/(计划工作时间/理论加工周期)

=实际操作时间/计划工作时间

=400/460

=0.869

A1实际表现性：

P_{实际表现性}=(实际操作时间/实际加工周期)/(计划工作时间/理论加工周期)

=(400/0.93)/(460/0.75)

=0.701

可看出，P_{理论表现性}-P_{实际表现性}=0.869-0.701=0.168，变化幅度大于0.1，重新计算T_{空桶供桶间隔}，如下：

T_{空桶供桶间隔}=(T_{A1实际加工周期}+T_{A2实际加工周期}+T_{A3实际加工周期}+T_{B1实际加工周期}+T_{B2实际加工周期}+T_{B3实际加工周期})/6-T_{输送空桶时间}

=(0.93+0.75+0.75+0.75+0.75+0.75)/6

=0.78min/桶

分析可知，A1生产线实际加工周期增大，导致空桶供桶间隔增大，向A1供桶的空桶供桶线效率下降，空桶供桶系统准备向A1供桶时，会同时判断其他生产线实际加工周期，如果没有都大于A1的实际加工周期，则向A1供桶。如果某条线的实际加工周期小于A1的实际加工周期，并且该条生产线需要空桶，系统将把空桶供给其他生产线。空桶供桶系统以空桶的行走路径为空桶供桶线，通过计算A1生产线表现性和实际加工周期，计算出空桶的供给方向，自组织出一条效率最高的空桶供桶线，如图2中空桶供桶系统上的空桶行走路径。

(二)自组织方法作用于包装生产系统

自组织方法作用于包装生产系统通过计算可用率、表现性和质量指数，对生产任务进行再分配，将完成生产任务的时间总和降到最低。任务再分配情况有：1）包装生产系统的表现性在合理范围内变化，前后两个表现性的变化幅度大于0.1，系统将重新分配生产任务；2）表现性、可用率或质量指数低于某个预设值时，系统会将这条生产线的全部任务分配给其他生产线。

假设当前A1已经包装完10桶，其他线各自包装完15桶，计算过程如下：

A1实际表现性：

=(400/0.93)/(460/0.75)

=0.701

可看出，P_{理论表现性}-P_{实际表现性}=0.869-0.701=0.168，变化幅度大于0.1，开始重新分配任务，如下：

A1完成任务用时：T_{A1完成任务用时}=0.93×(800-10)=734.7min

A2完成任务用时：T_{A2完成任务用时}=0.75×(800-15)=588.75min

A3、B1、B2、B3完成任务用时：

T_{A3完成任务用时}=T_{B1完成任务用时}=T_{B2完成任务用时}=T_{B3完成任务用时}=T_{A2完成任务用时}=588.75min

完成任务总用时：

T_{完成任务总用时}=T_{A1完成任务用时}+T_{A2完成任务用时}+T_{A3完成任务用时}+T_{B1完成任务用时}+T_{B2完成任务用时}+T_{B3完成任务用时}

=734.7+588.75+588.75+588.75+588.75+588.75

=3678.45min

完成再分配任务用时：

T_{完成再分配任务用时}=T_{完成任务总用时}/6

=3678.45/6

=613.075min

各线已分配任务变化量：

W_{A1任务变化量}=(T_{A1完成任务用时}-T_{完成再分配任务用时})/C_{A1实际加工周期}

=(734.7-613.075)/0.93

=130.78桶

W_{A2任务变化量}=W_{A1任务变化量}/5

=130.78/5

≈27桶

W_{任务变化总量}=W_{A2任务变化量}+W_{A3任务变化量}+W_{B1任务变化量}+W_{B2任务变化量}W_{B3任务变化量}

=27×5

=135

W_{A1任务变化量}=W_{任务变化总量}=135

各线再分配后任务：

W_{A1再分配后任务}=W_A1-W_{A1任务变化量}=790-135=655桶

W_{A2再分配后任务}=W_A2+W_{A2任务变化量}=785+135=920桶

分析可知，A1生产线的实际加工周期增大，导致A1表现性减小，A1完成任务的总用时增加，包装系统会重新分配A1的生产任务，将A1的一部分任务分配给其他生产线。包装生产系统将空桶进入不同设备的行走路径作为一条虚拟的包装生产线，通过计算各条生产线的实际加工周期，控制空桶的行走路径，自组织出一条产能最高的柔性生产线，如图2中包装生产线上的空桶行走路径。

(三)自组织方法作用于重桶出桶系统

自组织方法作用于重桶出桶系统通过统计可用率、表现性，计算各辊道工序单元的出桶速度，搭建出一条重桶出桶路径。当系统表现性变化幅度大于0.15，重新开始计算出桶路径。

假设A区重桶出桶系统原计划运行时间T_{原计划运行时间}=8.5h，A区班前计划停机时间T_{班前计划停机时间}=20min，A区故障停机时间T_{故障停机时间}=20min，A区设备调整时间T_{设备调整时间}=20min，A区理论出桶周期S_{A区理论出桶周期}=0.61min/桶，A区实际出桶周期S_{A区实际出桶周期}=0.83min/桶，B区实际出桶周期S_{B区实际出桶周期}=0.65min/桶，交叉辊道长度L_{交叉辊道长度}=3米，重桶辊道速度S_{重桶辊道速度}=20米/min，计算如下：

A区计划运行时间：

T_{计划运行时间}=T_{原计划运行时间}-T_{班前计划停机时间}=8.5×60-20=490min

A区实际操作时间：

T_{实际操作时间}=T_{计划运行时间}-T_{故障停机时间}-T_{设备调整时间}=490-20-20=450min

A区出桶理论表现性：

P_{A区出桶理论表现性}=(实际操作时间/理论出桶周期)/(计划工作时间/理论出桶周期)

=(450/0.61)/(490/0.61)

=0.918

A区出桶实际表现性：

P_{A区出桶实际表现性}=(实际操作时间/实际出桶周期)/(计划工作时间/理论出桶周期)

=(450/0.83)/(490/0.61)

=0.675

可看出，P_{A区出桶理论表现性}-P_{A区出桶实际表现性}=0.918-0.675=0.243，变化幅度大于0.15，开始重新计算出桶路径，如下：

交叉辊道输送单个重桶用时：

T_{交叉辊道输送重桶用时}=L_{交叉辊道长度}/S_{重桶辊道速度}

=3/20

=0.15min/桶

A区与B区出桶周期差值：

S_{AB区单桶出桶周期差值}=S_{A区实际出桶周期}-S_{B区实际出桶周期}

=0.83-0.65

=0.18min/桶

分析可知，利用A区和B区交叉辊道将A区重桶通过交叉辊道输送至B区出桶处，出桶速度会更快，可以缩短0.03min，如图2所示，线1和线2是在各自出桶区内的行走路径，线3表示将重桶从A区输送至B区的行走路径，线4表示将重桶从B区输送至A区的行走路径。重桶出桶系统实时统计A区和B区的出桶表现性，计算各区实际出桶周期，控制重桶的出桶路径，搭建一条速度最快的柔性重桶出桶线。

综上可知，制造执行系统实时统计各工序单元的OEE指标，利用自组织方法将空桶供桶系统、包装生产系统和重桶出桶系统中的三段效率最高的生产线一起搭建成一条产能最高的柔性生产线。

Claims

1.基于OEE指标的柔性生产线的自组织，包括软件和硬件两方面，其特征在于，软件方面，系统采集各工序状态，计算生产路径；硬件方面，工序装置交叉使用，实现硬件环境冗余；通过实时调整空桶供桶系统的供桶速度、实时分配包装生产线的生产任务和实时搭建重桶出桶系统的输送路径，制造执行系统调度多条生产线，实时统计各工序OEE指标，通过自组织方法，搭建出包装生产路径，实现柔性生产线。

2.如权利要求1所述的基于OEE指标的柔性生产线的自组织，其特征在于，所述实时调整空桶供桶系统的供桶速度，过程包括下述步骤，第一步，计算各条生产线的OEE指标、表现性；第二步，计算生产线理论表现性和实际表现性的差值；第三步，根据上述差值对空桶供桶系统的进桶时间间隔进行调整。

3.如权利要求1所述的基于OEE指标的柔性生产线的自组织，其特征在于，所述实时分配包装生产线的生产任务，过程包括下述步骤，第一步，计算各条生产线的可用率、质量指数；第二步，判断可用率或质量指数的数值；若可用率或质量指数小于某一预设值，将该条生产线的全部任务分配给其他生产线；若可用率或质量指数在合理范围内变化，将对每条生产线的任务进行再分配。

4.如权利要求1所述的一种基于OEE指标的柔性生产线的自组织，其特征在于，所述实时搭建重桶出桶系统的输送路径，过程包括下述步骤，第一步，计算重桶出桶系统各工序单元的可用率、表现性；第二步，根据可用率和表现性，实时搭建出一条速度最快的重桶出桶路径。

5.如权利要求1所述的基于OEE指标的柔性生产线的自组织，其特征在于，所述基于OEE指标的柔性生产线的自组织应用于钢桶的全自动包装生产线。

6.如前述任一权利要求所述的一种基于OEE指标的柔性生产线的自组织，其特征在于，还需配备空桶供桶系统、包装生产系统、重桶出桶系统和实时采集数据。

7.如权利要求6所述的基于OEE指标的柔性生产线的自组织，其特征在于，所述空桶供桶系统利用一条供桶辊道对多条生产线进行空桶输送。

8.如权利要求7所述的基于OEE指标的柔性生产线的自组织，其特征在于，所述包装生产系统包括多条流水式生产线，按照生产能力对各条生产线的生产任务进行实时分配。

9.如权利要求7所述的基于OEE指标的柔性生产线的自组织，其特征在于，所述重桶出桶系统将多条包装生产线的产品进行汇集，统一输送到码垛复检单元，系统中输送辊道可交叉使用。

10.如权利要求7所述的基于OEE指标的柔性生产线的自组织，其特征在于，所述实时采集数据中，控制系统对空桶供桶系统、包装生产系统、重桶输送系统的信号数据进行实时采集，数据包括：物料管道压力、物料管道流速、包装生产线进桶光电信号、包装生产线出桶光电信号、包装生产线运行状态、重桶出桶系统运行状态、重桶出桶系统的出料速度。