一种基于大数据的智能制造生产管理方法
技术领域
本发明涉及大数据和智能制造领域,尤其涉及一种基于大数据的智能制造生产管理方法。
背景技术
智能制造是涉及产品全生命周期中各环节的制造活动,包括智能设计、智能加工、智能装配三大关键环节。智能制造的实现可以分为三个不同的层面,即制造对象或产品的智能化、制造过程的智能化、制造工具的智能化。智能制造实现智能化的主要生产环境由传感器、网关和工业软件组成,主要作用是感知、分析和智能处理。
“互联网+”制造是在数字化制造的基础上,深入应用先进的通信技术和网络技术,用网络将人、流程、数据和事物连接起来,联通企业内部和企业间的“信息孤岛”,通过企业内、企业间的协同和各种社会资源的共享与集成,实现产业链的优化,快速、高质量、低成本地为市场提供所需的产品和服务。先进制造技术和数字化网络化技术的融合,使得企业对市场变化具有更快的适应性,能够更好地收集用户对使用产品和对产品质量的评价信息,在制造柔性化、管理信息化方面达到了更高的水平。
然而,由于智能处理的能力局限于工厂内部,其涉及范围较小,每个工厂都是相对独立的存在,不同工厂之间无法进行信息交流,工厂与工厂之间的信息相对闭塞。工厂只能接收工厂内部的订单,因此在工厂生产线处于空闲时,工厂生产资源无法获得高效利用。因此,工厂生产资源配置不均成为工业生产链中的一大难题。
发明内容
针对现有技术之不足,本发明提供了一种基于大数据的智能制造生产管理方法,其包括:共享制造云平台的采集处理模块对客户终端发送的生产元数据进行预处理以得到生产数据字典;
解析验证模块根据服务数据字典对生产数据字典进行解析验证;
在生产数据字典通过解析验证时,解析验证模块向相应客户终端发送第一授权指令和生产数据字典;
客户终端对生产数据字典进行数据确认以生成第二授权指令,并将第一授权指令、第二授权指令和生产数据字典发送到交互决策模块;
交互决策模块根据生产数据字典和服务数据字典生成生产统筹方案,并将生产统筹方案、第一授权指令和第二授权指令发送到相应客户终端;
客户终端对生产统筹方案进行方案确认生成第三授权指令,并根据第一授权指令、第二授权指令和第三授权指令生成的客户授权协议,然后将生产统筹方案和客户授权协议发送到交互决策模块;
交互决策模块根据生产统筹方案和客户授权协议生成生产统筹指令,并将其发送到相应的机床终端;
机床终端响应于接收到的生产统筹指令执行相应的生产动作。
根据一个优选实施方式,所述服务数据字典包括机床终端数量、机床终端标识符、生产产品类型、设备参数和设备排程表;
所述生产数据字典包括客户终端标识符、订单产品类型、订单产品参数、订单产品数量和订单周期。
根据一个优选实施方式,所述生产产品类型为机床终端生产产品的通用类型,其包括电子元件、农副食品、烟草制品,化学纤维,石油炼焦;设备参数包括设备名称、设备型号、设备状态、设备产能、设备使用年限、生产效率和产品合格率;设备排程表根据设备制造能力和制造资源安排生产任务和生产顺序。
根据一个优选实施方式,所述客户终端标识符用于标识发送生产元数据的客户终端;所述机床终端标识符用于标识发送服务元数据的机床终端。
根据一个优选实施方式,解析验证模块根据服务数据字典对生产数据字典进行解析验证包括:解析验证模块根据服务数据字典中机床终端数量、生产产品类型和设备排程表得到生产供应数据;
解析验证模块根据生产数据字典中的订单产品类型、订单产品数量和订单周期得到生产需求数据;
解析验证模块分别根据生产需求数据和生产供应数据生成生产供应向量和生产供应向量;
解析验证模块根据生产供应向量和生产需求向量计算解析验证合格度,并将解析验证合格度和解析验证合格阈值进行比较以判断相应的生产数据字典是否通过解析验证。
根据一个优选实施方式,在生产数据字典没有通过解析验证时,解析验证模块向相应客户终端发送解析验证错误信息和生产数据字典。
根据一个优选实施方式,解析验证错误信息用于说明生产数据字典没有通过解析验证的原因,其包括不支持订单产品类型、制造能力和制造资源不满足订单数量需求和订单周期太短;
客户终端根据解析验证错误信息修改生产数据字典并将修改后的生产数据字典发送到解析验证模块,解析验证模块对修改后的生产数据字典进行解析验证。
根据一个优选实施方式,客户终端对生产统筹方案进行方案确认的过程包括:客户终端生成第三授权指令,客户终端根据第一授权指令、第二授权指令和第三授权指令生成客户授权协议;所述生产统筹方案用于统筹合理利用有效的资源与相关设备。
根据一个优选实施方式,客户终端对生产统筹方案进行方案确认的过程还包括:客户终端发送方案修改指示信息到交互决策模块,交互决策模块基于生产统筹方案、方案修改指示信息、服务数据字典和生产数据字典生成新的生产统筹方案。
根据一个优选实施方式,每个机床终端周期性的发送服务元数据到采集处理模块;采集处理模块将服务元数据进行提取整合处理得到服务数据字典并将其存储到数据库。
根据一个优选实施方式,机床终端发送注册请求信息,所述注册请求信息包括机床终端的机床终端标识符、机床终端位置、机床终端参数;所述机床终端位置用于标识机床终端的地理位置;
采集处理模块验证注册请求信息的真实性和安全性,在注册请求信息通过验证时,将所述机床终端的机床终端标识符加入注册机床终端名单中,并将注册请求信息存储在数据库。
根据一个优选实施方式,对生产数据字典进行数据确认的过程包括:客户终端对生产数据字典中的订单产品类型,订单产品数量、订单产品参数和订单周期进行核实;
在生产数据字典通过数据确认时,客户终端生成第二授权指令;在生产数据字典未通过数据确认时,客户终端修改生产数据字典并将其发送到解析验证模块,解析验证模块对修改后的生产数据字典进行解析验证。
根据一个优选实施方式,解析验证模块根据生产供应向量和生产需求向量计算解析验证合格度包括:
其中,s为解析验证合格度,i为解析验证特征索引,n为解析验证特征数量,ri为第i个解析验证特征的解析验证系数,h(fi-gi)为解析匹配函数,fi为生产供应向量中第i个解析验证特征的特征值,gi生产需求向量中第i个解析验证特征的特征值。
根据一个优选实施方式,解析匹配函数
其中,i为解析验证特征索引,f
i为生产供应向量中第i个解析验证特征的特征值,g
i生产需求向量中第i个解析验证特征的特征值,解析验证特征包括:订单产品类型、订单产品数量和订单周期。
根据一个优选实施方式,交互决策模块根据生产数据字典和服务数据字典生成生产统筹方案包括:
交互决策模块根据生产需求字典中的生产产品类型从数据库中获取与该生产产品类型对应的原料库存向量、生产设备向量和生产周期向量和产品库存向量;
交互决策模块根据原料库存向量、生产设备向量和生产周期向量、产品库存向量拟合生产统筹收益函数;
交互决策模块根据生产统筹收益函数最大化生产统筹收益以得到生产统筹方案。
根据一个优选实施方式,交互决策模块根据生产统筹收益函数最大化生产统筹收益以得到生产统筹方案包括:
T=maxM(A+ηB+η2C+η3D|u,v,q)
其中,T为生产统筹收益,M(A+ηB+η2C+η3D|u,v,q)为生产统筹收益函数,A为原料库存向量,B为生产设备向量,C为生产周期向量、D为产品库存向量,q为将服务数据字典映射到生产数据字典的生产统筹函数,u为服务数据字典,v为生产数据字典,η为生产统筹系数。
本发明具有以下有益效果:
共享制造云平台通过网络将工厂与工厂、工厂与企业、工业制造与消费者互相连接,实现制造信息共享,增强了工厂之间信息的流通,使生产设备处于空置期的工厂能通过共享制造云平台获得足量的客户订单;生产设备已被全部占用的工厂能够随时找到合适的工厂为自己分担任务。客户只需通过网络向共享制造云平台提供生产需求,便可在预订时间内取得符合预期的产品,无需关心工厂的具体位置和规模大小。
附图说明
图1为一示例性实施例提供的智能制造生产管理方法的流程图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解,尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息,但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如,在不脱离本发明范围的情况下,第一信息也可以被称为第二信息,类似地,第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
参见图1,在一个实施例中,本发明的基于大数据的智能制造生产管理方法包括:
S1、共享制造云平台的采集处理模块对客户终端发送的生产元数据进行预处理以得到生产数据字典;所述生产数据字典包括客户终端标识符、订单产品类型、订单产品参数、订单产品数量和订单周期。
具体地,所述客户终端标识符用于标识发送生产元数据的客户终端;所述生产产品类型为机床终端生产产品的通用类型,其包括电子元件、农副食品、烟草制品,化学纤维,石油炼焦。
可选地,客户终端是具有发送和存储数据并具有计算功能的设备,其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,在共享制造云平台接收客户终端发送的生产元数据之前,客户终端需要在共享制造云平台上进行注册。具体地注册过程包括:客户终端向共享制造云平台发送客户终端注册请求信息,共享制造云平台的采集处理模块对客户终端注册请求信息的安全性和真实性进行验证,验证通过则将客户终端标识符加入注册客户终端名单,并将客户终端注册请求信息存储在数据库。所述客户终端注册请求信息包括但不限于客户终端标识符和身份证明信息。
具体地,采集处理模块对客户终端发送的生产元数据进行预处理,其步骤还包括:采集处理模块根据生产数据字典中客户终端标识符查找注册客户终端名单中是否有相应的客户终端标识符;若没有相应客户终端标识符,采集处理模块生成注册提示信息,将其发送至客户终端提醒用户注册;若有相应客户终端标识符,采集处理模块将生产元数据进行预处理得到生产数据字典并发送至解析验证模块。
可选地,在共享制造云平台接收机床终端发送的服务元数据之前,还包括共享制造云平台接收机床终端发送的机床终端注册请求信息,所述机床终端注册请求信息包括机床终端的机床终端标识符、机床终端位置、机床终端参数;所述机床终端位置用于标识机床终端的地理位置。
共享制造云平台的采集处理模块验证机床终端注册请求信息的真实性和安全性,在机床终端注册请求信息通过验证时,将所述机床终端的机床终端标识符加入注册机床终端名单中,并将机床终端注册请求信息存储在数据库。
S2、解析验证模块根据服务数据字典对生产数据字典进行解析验证;所述服务数据字典包括机床终端数量、机床终端标识符、生产产品类型、设备参数和设备排程表。
可选地,所述机床终端标识符用于标识发送服务元数据的机床终端;所述设备参数包括设备名称、设备型号、设备状态、设备产能、设备使用年限、生产效率和产品合格率;所述设备排程表用于根据设备制造能力和制造资源安排生产任务和生产顺序。
具体地,在解析验证过程中,解析验证模块根据服务数据字典中机床终端数量、设备参数、生产产品类型和设备排程表得到生产供应数据;解析验证模块根据生产数据字典中的订单产品类型、订单产品数量和订单周期得到生产需求数据;解析验证模块根据生产供应数据和生产需求数据判断生产供应是否符合生产数据字典的生产需求。在生产供应符合生产数据字典的生产需求时,生产数据字典通过解析验证;在生产供应不符合生产数据字典的生产需求时,生产数据字典不通过解析验证。
具体地,解析验证模块根据服务数据字典对生产数据字典进行解析验证包括:
解析验证模块根据服务数据字典中机床终端数量、生产产品类型和设备排程表得到生产供应数据;
解析验证模块根据生产数据字典中的订单产品类型、订单产品数量和订单周期得到生产需求数据;
解析验证模块分别根据生产需求数据和生产供应数据生成生产供应向量和生产供应向量;
解析验证模块根据生产供应向量和生产需求向量计算解析验证合格度,并将解析验证合格度和解析验证合格阈值进行比较以判断相应的生产数据字典是否通过解析验证。
可选地,解析验证模块根据生产供应向量和生产需求向量计算解析验证合格度包括:
其中,s为解析验证合格度,i为解析验证特征索引,n为解析验证特征数量,r
i为第i个解析验证特征的解析验证系数,h(f
i-g
i)为解析匹配函数,f
i为生产供应向量中第i个解析验证特征的特征值,g
i生产需求向量中第i个解析验证特征的特征值,
解析验证特征包括:订单产品类型、订单产品数量和订单周期。
可选地,在解析验证合格度大于或等于解析验证合格阈值时,生产数据字典通过解析验证,在解析验证合格度小于解析验证合格阈值时,生产数据字典不通过解析验证。
可选地,解析验证模块根据生产供应数据与生产需求数据判断当前生产供应是否符合生产数据字典的生产需求,包括:解析验证模块判断生产需求数据中的订单产品类型是否与生产供应数据中的生产产品类型相匹配。
解析验证模块根据生产供应数据中的机床终端的设备排程表判断机床终端的闲置时间能否满足订单周期。解析验证模块判断生产需求数据中的订单产品数量是否不超过生产供应数据中相关机床终端的设备产能。
其中,相关机床终端设备可为一台或多台,设备产能为一台机床终端的设备产能或多台机床终端的总设备产能。当满足上述所有条件时,表明生产供应符合生产数据字典的生产需求,当不满足上述一条或多条时,表明生产供应不符合生产数据字典的生产需求。
S3、在生产数据字典通过解析验证时,解析验证模块向相应客户终端发送第一授权指令和生产数据字典。
具体地,所述第一授权指令为解析验证模块验证服务数据字典的生产供应符合生产数据字典的生产需求时,生成的用于对该验证通过时赋予的确认通过指令。
可选地,在生产数据字典没有通过解析验证时,解析验证模块向相应客户终端发送解析验证错误信息和生产数据字典。
具体地,解析验证错误信息用于说明生产数据字典没有通过解析验证的原因,没有通过解析验证的原因包括不支持订单产品类型、制造能力和制造资源不满足订单所需生产产品数量,订单周期不匹配。
可选地,客户终端根据解析验证错误信息修改生产数据字典并将修改后的生产数据字典发送到解析验证模块,解析验证模块对修改后的生产数据字典进行解析验证。
本发明在接受生产订单前,解析验证模块对客户终端发送的与生产需求相关的生产元数据进行验证,以确定机床终端的生产供应能否够满足客户终端的生产需求,在生产供应不能满足生产需求的时候不接受该订单,避免了由于生产供应不能满足生产需求时盲目接单导致对客户失信以及给客户造成不可挽回的损失的情况。
S4、客户终端对生产数据字典进行数据确认以生成第二授权指令,并将第一授权指令、第二授权指令和生产数据字典发送到交互决策模块。
具体地,对生产数据字典进行数据确认的过程包括:客户终端对生产数据字典中的订单产品类型,订单产品数量、订单产品参数和订单周期进行核实。
具体地,所述第二授权指令用于客户终端对生产数据字典进行数据确认,并在数据确认无误时生成的确认通过指令。所述数据确认过程包括客户终端对生产数据字典中的订单产品类型、订单产品数量、订单产品参数和订单周期进行确认。
可选地,在生产数据字典通过数据确认时,表明客户终端确认生产数据字典中的数据准确无误,客户终端生成第二授权指令;在生产数据字典未通过数据确认时,表明客户终端确认生产数据字典中的数据存在错误,客户终端修改生产数据字典并将其发送到解析验证模块,解析验证模块对修改后的生产数据字典进行解析验证。
S5、交互决策模块根据生产数据字典和服务数据字典生成生产统筹方案,并将生产统筹方案、第一授权指令和第二授权指令发送到相应客户终端。
具体地,所述生产统筹方案的步骤包括:交互决策模块根据生产数据字典中的订单产品类型和服务数据字典中的生产产品类型,找到能生产订单产品类型的相关机床终端;根据相关机床终端的终端标识符、相关机床终端数量、相关机床终端的设备排程表生成生产统筹方案。
具体地,交互决策模块根据生产数据字典和服务数据字典生成生产统筹方案包括:
交互决策模块根据生产需求字典中的生产产品类型从数据库中获取当前时刻与该生产产品类型对应的原料库存向量、生产设备向量和生产周期向量和产品库存向量;
交互决策模块根据原料库存向量、生产设备向量和生产周期向量、产品库存向量拟合生产统筹收益函数;
交互决策模块根据生产统筹收益函数最大化生产统筹收益以得到生产统筹方案。
可选地,交互决策模块根据生产统筹收益函数最大化生产统筹收益以得到生产统筹方案包括:
T=maxM(A+ηB+η2C+η3D|u,v,q)
其中,T为生产统筹收益,M(A+ηB+η2C+η3D|u,v,q)为生产统筹收益函数,A为原料库存向量,B为生产设备向量,C为生产周期向量、D为产品库存向量,q为将服务数据字典映射到生产数据字典的生产统筹函数,u为服务数据字典,v为生产数据字典,η为生产统筹系数。
可选地,机床终端的服务元数据会随时产生变化,因此,每个机床终端周期性的发送服务元数据到采集处理模块;采集处理模块将服务元数据进行提取整合处理得到服务数据字典并将其存储到数据库,即,采集处理模块周期性更新服务数据字典。
本发明中与生产需求有关的数据经过系统和客户终端的多次验证,以减少由于数据错误导致的生产产品与生产需求相差过大。同时避免了由于生产出的产品与客户需求不符导致的人力物力资源的浪费。
S6、客户终端对生产统筹方案进行方案确认,生成第三授权指令,并将生产统筹方案和根据第一授权指令、第二授权指令和第三授权指令生成的客户授权协议发送到交互决策模块;所述生产统筹方案用于统筹合理利用有效的资源与相关设备。
具体地,所述第三授权指令为客户终端在满意生产统筹方案时发送的确认通过指令。确认生产统筹方案的过程包括对生产的相关机床终端,生产排程以及相关机床终端的数量进行确认。
具体地,客户终端对生产统筹方案进行方案确认的过程包括:在客户满意共享制造云平台提供的生产统筹方案时,客户终端生成第三授权指令,客户终端根据第一授权指令、第二授权指令和第三授权指令生成客户授权协议书。
可选地,客户终端对生产统筹方案进行方案确认的过程还包括:在客户不满意共享制造云平台提供的生产统筹方案时,客户终端发送方案修改指示信息到交互决策模块,交互决策模块基于生产统筹方案、方案修改指示信息、服务数据字典和生产数据字典生成新的生产统筹方案。
S7、交互决策模块根据生产统筹方案和客户授权协议生成生产统筹指令,并将生产统筹指令发送到相应的机床终端;机床终端根据接收的生产统筹指令执行相应的生产动作。
具体地,所述生产统筹指令用于指示有关机床终端执行相应的生产动作,所述相应的生产动作包括相关机床终端接收到生产统筹指令后按生产排程信息在规定时间内生成符合客户终端生产需求的产品。
本发明中共享制造云平台通过网络将客户终端和机床终端连接起来,使得同一工厂不仅能收到来自本工厂的订单,还能在生厂线闲置时接收其它工厂的订单,消除了工厂与工厂的隔阂,实现客户全球化,提高生产资源的利用率。
在一个实施例中,智能制造生产管理系统包括:共享制造云平台、客户终端和机床终端,其中客户终端和机床终端分别与共享制造云平台具有通信连接。客户终端为具有生产需求的客户所持的具有通信功能的智能设备,其包括,智能手机、台式计算机、平板电脑、膝上型电脑和便携式电子设备。
机床终端为具有产品生产功能的机床设备,其包括车床、刨床、铣床、冲床、磨床、电火花成型机床、线切割机床、钻床、镗床、滚齿机、旋铆机和折弯机。前述机床设备均具有通信单元,从而使其能够与共享制造云平台进行通信。
共享制造云平台包括:采集处理模块、解析验证模块、交互决策模块和数据库。
采集处理模块用于对客户终端发送的生产元数据进行预处理以得到生产数据字典。
解析验证模块根据服务数据字典对生产数据字典进行解析验证,在生产数据字典通过解析验证时,向相应客户终端发送第一授权指令和生产数据字典,在生产数据字典没有通过解析验证时,向相应客户终端发送解析验证错误信息和生产数据字典。
客户终端对生产数据字典进行数据确认以生成第二授权指令,并将第一授权指令、第二授权指令和生产数据字典发送到交互决策模块。
交互决策模块用于根据生产数据字典和服务数据字典生成生产统筹方案。
客户终端对生产统筹方案进行方案确认生成第三授权指令,并根据第一授权指令、第二授权指令和第三授权指令生成的客户授权协议。
交互决策模块根据生产统筹方案和客户授权协议生成生产统筹指令,并将其发送到相应的机床终端。数据库用于存储智能制造生产过程中所需的数据。机床终端响应于接收到的生产统筹指令执行相应的生产动作。
本文可以在软件硬件元件或程序模块的一般上下文中描述各种技术。一般地,这些模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、元素、组件、数据结构等。本文所使用的术语“模块”,“功能”和“组件”一般表示软件、固件、硬件或其组合。本文描述的技术的特征是与平台无关的,意味着这些技术可以在具有各种处理器的各种计算平台上实现。
所描述的模块和技术的实现可以存储在某种形式的计算机可读介质上或者跨某种形式的计算机可读介质传输。计算机可读介质可以包括可由计算设备访问的各种介质。作为示例而非限制,计算机可读介质可以包括“计算机可读存储介质”和“计算机可读信号介质”。
应当理解,为清楚起见,参考不同的功能模块对本发明的实施例进行了描述。然而,在不偏离本发明的情况下,每个功能模块的功能性可以被实施在单个模块中、实施在多个模块中或作为其它功能模块的一部分被实施。例如,被说明成由单个模块执行的功能性可以由多个不同的模块来执行。因此,对特定功能模块的参考仅被视为对用于提供所描述的功能性的适当模块的参考,而不是表明严格的逻辑或物理结构或组织。因此,本发明可以被实施在单个模块中,或者可以在物理上和功能上被分布在不同的模块和电路之间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明保护的范围之内。