基于工业互联网的数字化制造方法
技术领域
本发明涉及工业互联网和智能制造领域,尤其涉及一种基于工业互联网的数字化制造方法。
背景技术
工业互联网通过把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地连接融合起来,可以帮助制造业拉长产业链,形成跨设备、跨系统、跨厂区、跨地区的互联互通,从而提高效率,推动整个制造服务体系智能化。还有利于推动制造业融通发展,实现制造业和服务业之间的跨越发展,使工业经济各种要素资源能够高效共享。
数字化制造是在制造技术和数字化技术融合的背景下,通过对产品信息、工艺信息和资源信息进行数字化描述、集成、分析和决策,进而快速生产出满足用户要求的产品。数字化制造主要聚焦于提升企业内部的竞争力,提高产品设计和制造质量、提高劳动生产率、缩短新产品研发周期、降低成本和提高能效。
在制造方面,实现企业内、企业间的供应链、价值链的连接和优化,打通整个制造系统的数据流、信息流。因此,在生产前对于工厂端针对订单的完成能力进行仿真验证是有必要的。
发明内容
现有的基于工业互联网的数字化制造方案,通常允许工厂直接接收客户发送的订单请求,从而根据订单请求进行生产排期。然而,实际情况下,存在工厂恶性竞争,部分不具备完成订单要求的工厂也争相接单,导致最终不能保质保量的完成订单。
针对现有技术的不足,本发明提供了一种基于工业互联网的数字化制造方法,其包括:
获取订单客户端发送的订单生产请求并将其存储在管理数据库中;所述订单生产请求包括对象标识符、生产产品总数量和产品信息;
根据对象标识符对订单生产请求进行对象标识解析,然后根据订单生产请求在仿真环境中进行生产仿真以获得生产仿真数据;
根据生产仿真数据和产品标准数据生成生产仿真矢量和生产圭表矢量,并根据生产仿真矢量和生产圭表矢量生成差量矢量以计算生产仿真合格度,
将生产仿真合格度与生产轨范值进行比较;
在生产仿真合格度小于生产轨范值时,将订单生产请求作为待排产请求发送至制造排产模块;
基于历史排产数据和待排产请求生成制造排产数据,所述制造排产数据包括生成排产表、物料排产表和人员排产表。
根据一个优选实施方式,差量分析单元根据生产仿真矢量和生产圭表矢量计算差量矢量并判断差量矢量中是否存在比差量阈值大的元素;
在差量矢量中存在比差量阈值大的元素时,差量分析单元将生产仿真合格度设置为预设生产仿真合格度;
在差量矢量中不存在比差量阈值大的元素时,差量分析单元根据生产圭表矢量和生产仿真矢量计算生产仿真合格度。
根据一个优选实施方式,生产仿真合格度的计算公式为:
其中,g为生产仿真合格度,e为自然底数,m为生产产品的总数量,i为生产产品的索引,di为第i个生产产品的仿真值,si为第i个生产产品的圭表值。
根据一个优选实施方式,用户管理模块将对象标识符与管理数据库中的注册用户名单中的对象标识符进行比较,判断发送订单生产请求的订单客户端是否在注册用户名单中;
当订单客户端在注册用户名单中时,用户管理模块向在线仿真单元发送对象标识解析无异常的指示信息;
当订单客户端不在注册用户名单中时,用户管理模块删除订单生产请求。
根据一个优选实施方式,在线仿真单元根据订单生产请求配置仿真环境还包括:
在线仿真单元获取与订单生产请求有关的机床标识符;
在线仿真单元根据机床标识符向相应的机床终端发送配置请求指令;
机床终端响应于接收到的配置请求指令将机床终端当前的设备属性信息发送到在线仿真单元;
在线仿真单元根据所述设备属性信息配置仿真环境。
根据一个优选实施方式,所述产品信息包括产品类型、生产工艺规则、产品信息规则、技术知识规则、机床标识符和产品数量。
根据一个优选实施方式,所述设备属性信息包括机床终端的网络信息、状态信息、技术规格、维护信息、机械和结构属性;
所述技术规格包括型号、生产能力、生产特性和加工参数;
所述机械和结构属性包括尺寸、重量、材质和安装方式;
所述维护信息包括供应商、保修期和使用寿命。
根据一个优选实施方式,所述生产仿真合格度用于度量根据订单生产请求仿真出的仿真产品与标准产品的误差。
根据一个优选实施方式,所述用户数据库用于存储对应订单客户端历史发送的订单生产请求和订单客户端的产品标准数据。
根据一个优选实施方式,在对象标识解析无异常时,将订单生产请求存储在对应的用户数据库中。
本发明的实施例具有以下有益效果:通过在仿真环境中对订单客户端发送的订单生产请求进行仿真处理,能够客观的判断工厂的实际情况和订单的匹配度,从而使得数字化制造中的接单环节更加科学。能够有效的进行生产排期,将生产产能与订单数据进行有效的联动。
附图说明
图1为一示例性实施例提供的基于工业互联网的数字化制造方法的流程图;
图2为一示例性实施例提供的数字化制造系统的结构框图。
具体实施方式
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。
参见图1,在一个实施例中,本发明的基于工业互联网的数字化制造方法包括以下步骤:
S1、数字化生产管控平台获取订单客户端发送的订单生产请求并将其存储在管理数据库中;所述订单生产请求包括对象标识符、生产产品总数量和产品信息。
可选地,订单客户端是具有发送和存储数据并具有计算功能的设备,包括但不限于台式计算机、平板电脑、膝上型电脑、便携式电子设备。
可选地,数据库包括用户数据库和管理数据库。其中,用户数据库用于储存订单客户端向数字化生产管控平台发送的注册资料和该订单客户端历史发送的订单生产请求。
注册资料包含该订单客户端的产品标准数据,产品标准数据是由订单客户端根据生产需要预先配置的符合一定标准的产品参数。
管理数据库用于储存订单客户端发送的订单生产请求,以及其他关于订单客户端和数字化生产管控平台的管理资料。
可选地,产品信息包括产品类型、生产工艺规则、产品信息规则、技术知识规则、机床标识符、产品数量。机床标识符用于标识此产品信息对应的机床终端,即,生产该产品需要哪些机床终端。
可选地,生产工艺规则包括工艺基础信息、工艺清单、工艺路线、工艺要求、工艺参数和生产节拍。产品信息规则包括产品主数据、物料清单、产品生产规则和资源清单。技术知识规则包括工艺原理、操作经验、仿真模型、软件算法。
S2、用户管理模块获取订单生产请求的对象标识符,并根据对象标识符对订单生产请求进行对象标识解析,对象标识符用于标识发送订单生产请求的订单客户端。
具体地,用户管理模块对订单生产请求进行解析的过程包括:用户管理模块将对象标识符和管理数据库中注册用户名单中的对象标识符进行对比,在注册用户名单查找不到相应对象标识符时,表示对象标识解析异常,该订单客户端不在注册用户名单中,用户管理模块删除该订单生产请求,并向管理人员发送警告信息。
S3、在对象标识解析无异常时,在线仿真单元根据从订单生产请求中获取的所有机床标识符识别出与订单生产请求有关的机床终端,并通过机床标识符获取相应机床设备的属性信息,进行仿真环境的配置。
可选地,用户管理模块将对象标识符和管理数据库中注册用户名单中的对象标识符进行对比,在注册用户名单能找到相应对象标识符时,表示对象标识解析无异常。
当对象标识解析无异常,则表示该订单客户端已注册,且能通过该对象标识符匹配到与之对应的订单客户端。
可选地,所述仿真环境是根据在线仿真单元获取的与订单生产请求有关的机床终端的设备属性信息配置出的生产模拟环境,所述生产模拟环境可以模拟对应订单生产请求在机床终端的生产过程。
可选地,在线仿真单元根据机床标识符配置仿真环境还包括:在线仿真单元获取订单生产请求所有机床标识符;在线仿真单元根据机床标识符向相应的机床终端发送配置请求指令;机床终端响应于接收到的配置请求指令将机床终端当前的设备属性信息发送到在线仿真单元,在线仿真单元根据所述设备属性信息配置仿真环境。
可选地,所述设备属性信息包括机床终端的网络信息、状态信息、技术规格、维护信息、机械和结构属性;技术规格包括型号、生产能力、生产特性、加工参数;机械和结构属性包括尺寸、重量、材质、安装方式;维护信息包括供应商、保修期、使用寿命。
可选地,每个订单客户端都建有独立的用户数据库,用户数据库中包括了对应订单客户端在历史发送的订单生产请求,对应订单客户端的产品标准数据。
可选地,在对象标识解析无异常时将订单生产请求存储在对应的用户数据库中。
S4、质量管控模块的在线仿真单元根据订单生产请求在仿真环境中进行生产仿真以获得生产仿真数据;
可选地,生产仿真数据是订单生产请求在仿真环境中模拟产品生产执行的结果。
S5、质量管控模块的差量分析单元根据生产仿真数据和产品标准数据生成生产仿真矢量和生产圭表矢量,并根据生产仿真矢量和生产圭表矢量生成差量矢量以计算生产仿真合格度,然后将生产仿真合格度与生产轨范值进行比较。
具体地,生产仿真矢量从生产仿真数据中获取,生产圭表矢量从产品标准数据中获取,产品标准数据是由订单客户端预先配置的符合标准的产品参数,产品标准数据通过访问相应的用户数据库获取。
可选地,所述生产仿真合格度用于度量根据订单生产请求生产出的产品与标准产品的误差,计算过程如下:
差量分析单元根据生产仿真数据获取生产仿真矢量,
d=[d1,d2…dm],
差量分析单元根据产品标准数据获取相应的生产圭表矢量,
s=[s1,s2…sm]
其中,m为生产产品的总数量,dm为第m个生产产品的仿真值,sm为第m个生产产品的圭表值。
生产仿真矢量用于表示生产仿真数据涉及的所有产品的仿真结果,生产仿真矢量的每个元素表示对应产品的仿真值;生产圭表矢量用于表示生产仿真数据涉及的所有产品的标准值,生产圭表矢量的每个元素表示对应产品的圭表值,即标准值,生产仿真矢量和生产圭表矢量的维度m为生产仿真数据涉及的产品的个数。
差量分析单元根据生产仿真矢量和生产圭表矢量计算差量矢量
c=d-s
其中,c=[c1,c2…cm],m为生产产品的总数量,cm为第m个生产产品的差量值。
差量分析单元判断差量矢量中是否存在比差量阈值大的元素;
在差量矢量中存在比差量阈值大的元素时,将生产仿真合格度设置为预设生产仿真合格度,预设生产仿真合格度为根据客户需求和实际情况进行预先设置。
优选地,当差量矢量中存在比差量阈值大的元素时,表明根据该订单生产请求生产出的产品至少一个不合格,此时将生产仿真合格度设置为预设生产仿真合格度,预设生产仿真合格度为根据客户需求和实际情况进行预先设置。
在差量矢量中不存在比差量阈值大的元素时,差量分析单元根据生产圭表矢量和生产仿真矢量计算生产仿真合格度包括:
其中,g为生产仿真合格度,e为自然底数,m为生产产品的总数量,i为生产产品的索引,di为第i个生产产品的仿真值,si为第i个生产产品的圭表值。
S6、差量分析单元将生产仿真合格度与生产轨范值进行比较,在生产仿真合格度大于生产轨范值时,在线仿真单元将调整参考数据发送到订单客户端,订单客户端根据调整参考数据调整订单生产请求,所述调整参考数据用于对订单生产请求进行调整,其包括订单生产请求、生产仿真矢量、生产圭表矢量和生产仿真合格度。
具体地,所述生产轨范值用于判定仿真结果是否满足用户需求,生产轨范值根据用户需求和实际情况预先设置。
具体地,当生产仿真合格度大于生产轨范值时,则表示该订单客户端发送的订单生产请求在仿真环境中生产得到的生产仿真数据与预先设置的产品标准数据误差较大,产品质量无法达到用户的预期。
可选地,订单客户端根据调整参考数据调整订单生产请求,将调整后的订单生产请求发送至在线仿真单元进行仿真得到生产仿真数据,根据生产仿真数据得到生产仿真合格度,在所述生产仿真合格度仍大于生产轨范值时,继续执行上述步骤,直至生产仿真合格度小于生产轨范值。
所述调整参考数据用于指示订单客户端调整订单生产请求以使得调整后的订单生产请求符合生产标准。
S7、在生产仿真合格度小于生产轨范值时,在线仿真单元将订单生产请求作为待排产请求发送至制造排产模块。
具体地,当生产仿真合格度小于生产轨范值时,则表示该订单客户端发送的订单生产请求在仿真环境中生产的产品数据与预先设置的产品标准数据误差较小,生产的产品在用户的可接受范围内。
S8、制造排产模块基于历史排产数据和待排产请求生成制造排产数据,所述制造排产数据包括生成排产表、物料排产表和人员排产表。
本发明通过在仿真环境中对订单客户端发送的订单生产请求进行仿真处理,能够客观的判断工厂的实际情况和订单的匹配度,从而使得数字化制造中的接单环节更加科学。能够有效的进行生产排期,将生产产能与订单数据进行有效的联动。
在另一个实施例中:
对象标识解析过程包括:用户管理模块将获取的订单生产请求的对象标识符与管理数据库中的注册用户名单中的对象标识符进行比较,判断发送订单生产请求的订单客户端是否在注册用户名单中。
当订单客户端在注册用户名单中时,用户管理模块向在线仿真单元发送对象标识解析无异常的指示信息。
当订单客户端不在注册用户名单中时,用户管理模块将订单生产请求发送到管理模块,管理模块进行异常处理。
具体地,管理模块根据接收到的订单生产请求进行异常处理,其步骤包括:
管理模块判断该订单生产请求是否安全,在订单生产请求安全时,向订单客户端发送注册提示信息,同时将订单生产请求存储在管理数据库中,订单客户端根据注册提示信息进行注册,在订单客户端注册完毕后,将此订单客户端发送的订单生产请求储存在对应的用户数据库中。
在订单生产请求不安全时,管理模块删除订单生产请求并将错误提示发送至订单客户端。
可选地,订单客户端注册的步骤包括:订单客户端发送注册信息至管理模块,管理模块对注册信息进行验证;
在验证通过的情况下,管理模块从管理数据库中获取相应订单客户端的订单生产请求,并将该订单生产请求中的对象标识符添加至注册用户名单;管理模块根据对象标识符创建该订单客户端的用户数据库。
本实施例中用户管理模块对订单生产请求中的对象标识符进行解析,当解析结果异常时,管理模块向订单客户端发送注册提示信息,提醒订单客户端进行用户注册,改善订单客户端的用户体验。
在另一个实施例中,在生产仿真合格度小于生产轨范值时,在线仿真单元将订单生产请求发送到相应的机床终端,机床终端响应于接收到的订单生产请求执行生产;
在生产仿真合格度小于警戒值并且生产仿真合格度大于生产轨范值时,将仿真结果与生产仿真合格度发送到订单客户端进行确认。
在订单客户端确认执行生产时,发送确认指令,在线仿真单元响应于接收到的确认指令,将订单生产请求发送到相应的机床终端;
在订单客户端不确认执行生产时,不发送确认指令,当线仿真模块在一定时间内未接收到确认指令时,将调整参考数据发送到订单客户端,订单客户端根据调整参考数据调整订单生产请求;
在生产仿真合格度大于警戒值时,在线仿真单元将调整参考数据发送到订单客户端,订单客户端根据调整参考数据调整订单生产请求,所述调整参考数据包括订单生产请求、生产仿真矢量、生产圭表矢量和生产仿真合格度。
本实施例还设置了警戒值,所述警戒值由订单客户端根据自己的实际需求进行设置,警戒值用于判断是否将仿真结果与生产仿真合格度发送至订单客户端进行确认,在高于警戒值时,在线仿真单元将调整参考数据发送到订单客户端。在低于警戒值时,向订单客户端发送确认指令,由订单客户端用户自行判断在生产仿真数据与产品标准数据的误差值是否在可接受范围内,结果由用户选择,生产过程更人性化,提高用户体验感。
如图2所示,在一个实施例中,基于工业互联网的数字化制造系统包括:数字化生产管控平台和多个订单客户端。其中,数字化生产管控平台与订单客户端具有通信连接,所述订单客户端为具有通信功能、数据传输功能和数据存储功能的智能设备,包括但不限于智能手机、台式计算机、平板电脑、膝上型电脑、便携式电子设备。
数字化生产管控平台包括用户管理模块、质量管控模块、制造排产模块和数据库,各模块间具有通信连接。
数据库包括管理数据库和用户数据库,管理数据库用于储存订单客户端发送的订单生产请求,以及其他关于订单客户端和数字化生产管控平台的管理资料。
用户数据库用于储存订单客户端向数字化生产管控平台发送的注册资料和该订单客户端历史发送的订单生产请求。
用户管理模块用于根据对象标识符对订单生产请求进行对象标识解析;
质量管控模块包括在线仿真单元和差量分析单元,在线仿真单元根据与订单生产请求有关的机床终端的设备属性信息配置仿真环境,并根据订单生产请求在仿真环境中进行生产仿真以获得生产仿真数据。
差量分析单元分别根据生产仿真数据和对应的产品标准数据生成生产仿真矢量和生产圭表矢量,并根据生产仿真矢量和生产圭表矢量生成差量矢量以计算生产仿真合格度,然后将生产仿真合格度与生产轨范值进行比较。
在生产仿真合格度大于生产轨范值时,在线仿真单元将调整参考数据发送到订单客户端,订单客户端根据调整参考数据调整订单生产请求;在生产仿真合格度小于生产轨范值时,在线仿真单元将订单生产请求发送到制造排产模块。制造排产模块用于根据订单生产请求制定生产计划。
在另一个实施例中,对象标识解析过程包括:用户管理模块将获取的订单生产请求的对象标识符与管理数据库中的注册用户名单中的对象标识符进行比较,判断发送订单生产请求的订单客户端是否在注册用户名单中。
当订单客户端在注册用户名单中时,用户管理模块向在线仿真单元发送对象标识解析无异常的指示信息。
当订单客户端不在注册用户名单中时,用户管理模块将订单生产请求发送到管理模块,管理模块进行异常处理。
具体地,管理模块根据接收到的订单生产请求进行异常处理,其步骤包括:
管理模块判断该订单生产请求是否安全,在订单生产请求安全时,向订单客户端发送注册提示信息,同时将订单生产请求存储在管理数据库中,订单客户端根据注册提示信息进行注册,在订单客户端注册完毕后,将此订单客户端发送的订单生产请求储存在对应的用户数据库中。
在订单生产请求不安全时,管理模块删除订单生产请求并将错误提示发送至订单客户端。
可选地,订单客户端注册的步骤包括:订单客户端发送注册信息至管理模块,管理模块对注册信息进行验证;
在验证通过的情况下,管理模块从管理数据库中获取相应订单客户端的订单生产请求,并将该订单生产请求中的对象标识符添加至注册用户名单;管理模块根据对象标识符创建该订单客户端的用户数据库。
本实施例中用户管理模块对订单生产请求中的对象标识符进行解析,当解析结果异常时,管理模块向订单客户端发送注册提示信息,提醒订单客户端进行用户注册,改善订单客户端的用户体验。
在另一个实施例中,在生产仿真合格度小于生产轨范值时,在线仿真单元将订单生产请求作为待排产请求发送至制造排产模块。
在生产仿真合格度小于警戒值并且生产仿真合格度大于生产轨范值时,将仿真结果与生产仿真合格度发送到订单客户端进行确认。
在订单客户端确认执行排产时,发送确认指令,在线仿真单元响应于接收到的确认指令,将订单生产请求作为待排产请求发送至制造排产模块。
在订单客户端不确认执行排产时,不发送确认指令,当在线仿真单元在一定时间内未接收到确认指令时,将调整参考数据发送到订单客户端,订单客户端根据调整参考数据调整订单生产请求;
在生产仿真合格度大于警戒值时,在线仿真单元将调整参考数据发送到订单客户端,订单客户端根据调整参考数据调整订单生产请求,所述调整参考数据包括订单生产请求、生产仿真矢量、生产圭表矢量和生产仿真合格度。
本实施例还设置了警戒值,所述警戒值由订单客户端根据自己的实际需求进行设置,警戒值用于判断是否将仿真结果与生产仿真合格度发送至订单客户端进行确认,在高于警戒值时,在线仿真单元将调整参考数据发送到订单客户端。在低于警戒值时,向订单客户端发送确认指令,由订单客户端用户自行判断在生产仿真数据与产品标准数据的误差值是否在可接受范围内,更加人性化。
另外,虽然上面参考特定模块讨论了特定功能,但是应当注意,本文讨论的各个模块的功能可以分为多个模块,和/或多个模块的至少一些功能可以组合成单个模块。另外,本文讨论的特定模块执行动作包括该特定模块本身执行动作,或者替换地该特定模块调用或以其他方式访问执行该动作的另一个组件或模块(或结合该特定模块一起执行动作)。因此,执行动作的特定模块可以包括执行动作的特定模块本身和/或执行动作的该特定模块调用或以其他方式访问的另一模块。
尽管已经结合一些实施例描述了本发明,但是其不旨在被限于在本文中所阐述的特定形式。相反,本发明的范围仅由所附权利要求来限制。特征在权利要求中的次序不暗示特征必须以其工作的任何特定次序。此外,在权利要求中,词“包括”不排除其它元件,并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。