CN111967706A - 一种pvc工厂一体化管理系统的交互方法及装置 - Google Patents

一种pvc工厂一体化管理系统的交互方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种PVC工厂一体化管理系统的交互方法，包括：根据产品订单与PVC工厂的生产能力获取生产计划信息，基于预先配置的交互通用模型生成计划表实例；根据计划表实例中的内容分配PVC工厂生产资源，根据分配结果基于交互通用模型生成工作清单实例；根据工作清单实例和预先存储的产品定义信息，基于交互通用模型生成任务单实例，基于任务单实例调用生产指令执行生产操作。通过预先配置的交互通用模型分别生成生产计划表和工作清单，由于交互模型具有通用性，不同系统之间的模型与数据定义统一，提高数据的兼容性，实现PVC工厂中的订单管理与生产控制的一体化管理，提高生产管理效率。

Description

一种PVC工厂一体化管理系统的交互方法及装置
技术领域
本发明属于生产管理领域，尤其涉及一种PVC工厂一体化管理系统的交互方法及装置。
背景技术
在智能制造和工业互联网的不断推动下，建设智能工厂成为企业提质增效和发展的迫切需要，生产与订单的管理在智能工厂的开发中起到重要的作用。由于PVC生产需要多种物料配方，还需要同时监控设备的状态信息，产生复杂的物料、设备信息，但是目前订单管理系统与生产控制系统通常是基于不同的系统完成的，不同系统之间的模型与数据定义不统一，导致大量数据无法互通，存在PVC工厂管理脱节的问题，影响生产管理效率。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了一种PVC工厂一体化管理系统的交互方法，包括：
根据产品订单与PVC工厂的生产能力获取生产计划信息，基于预先配置的交互通用模型生成计划表实例；
根据计划表实例中的内容分配PVC工厂生产资源，根据分配结果基于交互通用模型生成工作清单实例；
根据工作清单实例和预先存储的产品定义信息，基于交互通用模型生成任务单实例，基于任务单实例调用生产指令执行生产操作。
可选的，所述交互通用模型包括计划表模型、工作清单模型和任务单模型。
可选的，所述根据产品订单与PVC工厂的生产能力获取生产计划信息，基于预先配置的交互通用模型生成计划表实例，包括：
基于生产计划的线性规划函数以及约束条件获取生产的人员需求信息、物料需求信息和设备需求信息；
将人员需求信息、物料需求信息和设备需求信息填入计划表模型，得到计划表实例。
具体的，所述基于生产计划的线性规划函数以及约束条件获取生产的人员需求信息、物料需求信息和设备需求信息，包括：通过线性规划函数计算出订单总成本的最小时符合约束条件的人员需求信息Si、物料需求信息Qi-j以及设备需求信息Xi；
其中线性规划函数为：
Figure BDA0002557785290000021
约束条件为：
Figure BDA0002557785290000022
其中，Smin表示订单总成本的最小值；i表示产品订单中的第i种产品，j表示第j种物料，i-j表示第i种产品的第j种物料；Bi-j表示第i种产品的第j种物料成本；Qi-j表示第i种产品的第j种物料的用量；Si表示生产第i种产品的所需的人员数量；Xi表示第i种产品所需的生产釜数；ti表示生产第i种产品的人员工作时长；Ti表示生产第i种产品的人员工作总时长；Ai-j表示使用第i种产品的第j种物料生产过程中的动态加工成本参数；Qi表示生产第i种产品的数量；Pi表示产品订单中第i种产品所需的订单量；Q′i-j表示第i种产品的第j种物料的库存量；Ci表示生产第i种产品所需的生产能力；C′i表示生产第i种产品现有的生产能力；
Smin、Bi-j、Qi-j、Q′i-j、Si、Xi、ti、Ti、Ai-j、Qi、Pi、Ci、C′i、i、j的取值范围均为正数。
可选的，所述根据计划表实例中的内容分配PVC工厂生产资源，根据分配结果基于交互通用模型生成工作清单实例，包括：
根据计划表实例中的内容，结合PVC工厂的实际生产能力，分配投入的生产人员、物料和设备；
将生产人员身份信息、物料编码信息、设备编码信息以及生产人员、物料、设备的数量信息填入工作清单模型，得到工作清单实例。
可选的，所述根据工作清单实例和预先存储的产品定义信息，基于交互通用模型生成任务单实例，包括：
获取预先储存的与各个生产过程段对应的标准作业程序、物料配方以及实时记录物料和设备生产状态的动态数据；
根据获取的标准作业程序和物料配方，结合工作清单实例的内容为各个生产过程段分配生产人员、物料以及设备；
将分配结果和动态数据填入任务单模型，生成各个生产过程段的任务单实例。
可选的，所述任务单通过OPC UA协议传输，其中每个用于执行生产指令的设备对应一个节点，通过访问节点将任务单传送到PVC工厂中的设备中。
可选的，所述根据工作清单实例和预先存储的产品定义信息，基于交互通用模型生成任务单实例，之前还包括对生成的工作清单实例进行可行性分析，具体包括：
对工作清单实例进行完整性分析，分析工作清单实例是否符合交互通用模型的要求，若不符合则拒绝接收该工作清单实例；
若工作清单实例符合交互通用模型的要求，基于判定规则分析PVC工厂的实际生产能力是否符合工作清单实例的要求，其中所述判定规则包括：
Figure BDA0002557785290000031
其中，ACMi为第i种物料的实际数量，PCMi为工作清单中第i种物料的需求数量，ACPi为第i种人员的实际数量，PCPi为工作清单中第i种人员的需求数量，ACEi为第i种设备是否处于空闲状态，处于空闲状态为1，处于非空闲状态为0；ACMi、PCMi、ACPi、PCPi和i的取值范围均为正整数，ACEi的取值范围为0或1；
若符合判定规则的约束，则接收该工作清单实例，否则拒绝接收该工作清单实例。
本发明还基于同样的思路提出了一种PVC工厂一体化管理系统的交互装置，其特征在于，所述交互装置包括：
计划表生成单元：用于根据产品订单与PVC工厂的生产能力获取生产计划信息，基于预先配置的交互通用模型生成计划表实例；
工作清单生成单元：用于根据计划表实例中的内容分配PVC工厂生产资源，根据分配结果基于交互通用模型生成工作清单实例；
任务执行单元：用于根据工作清单实例和预先存储的产品定义信息，基于交互通用模型生成任务单实例，基于任务单实例调用生产指令执行生产操作。
可选的，所述交互装置还包括可行性分析单元，用于对工作清单生成单元生成的工作清单实例进行可行性分析，具体用于：
对工作清单实例进行完整性分析，分析工作清单实例是否符合交互通用模型的要求，若不符合则拒绝接收该工作清单实例；
若工作清单实例符合交互通用模型的要求，基于判定规则分析PVC工厂的实际生产能力是否符合工作清单实例的要求，其中所述判定规则包括：
Figure BDA0002557785290000041
其中，ACMi为第i种物料的实际数量，PCMi为工作清单中第i种物料的需求数量，ACPi为第i种人员的实际数量，PCPi为工作清单中第i种人员的需求数量，ACEi为第i种设备是否处于空闲状态，处于空闲状态为1，处于非空闲状态为0；ACMi、PCMi、ACPi、PCPi和i的取值范围均为正整数，ACEi的取值范围为0或1；
若符合判定规则的约束，则接收该工作清单实例，否则拒绝接收该工作清单实例。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
通过预先配置的交互通用模型中的计划表模型、工作清单模型和任务单模型，分别得到整个订单生产过程的计划表实例、工作清单实例以及各个生产过程段的任务单实例，虽然每个实例对应的具体内容不同，但都是基于统一的交互通用模型生成，使实例的结构具有通用性，不同系统之间的数据定义统一，提高数据的兼容性，实现PVC工厂中的订单管理与生产控制的一体化管理，提高生产管理效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明提出的一种PVC工厂一体化管理系统的交互方法的流程示意图；
图2为节点的命名规则；
图3为PVC工厂一体化管理系统的系统架构框图；
图4为一种PVC工厂一体化管理系统的交互装置的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
如图1所示，本发明提出了一种PVC工厂一体化管理系统的交互方法，包括：
S1：根据产品订单与PVC工厂的生产能力获取生产计划信息，基于预先配置的交互通用模型生成计划表实例；
S2：根据计划表实例中的内容分配PVC工厂生产资源，根据分配结果基于交互通用模型生成工作清单实例；
S3：根据工作清单实例和预先存储的产品定义信息，基于交互通用模型生成任务单实例，基于任务单实例调用生产指令执行生产操作。
通过预先配置的交互通用模型中的计划表模型、工作清单模型和任务单模型，分别得到整个订单生产过程的计划表实例、工作清单实例以及各个生产过程段的任务单实例，由于交互模型具有通用性，不同系统之间的模型与数据定义统一，提高数据的兼容性，实现PVC工厂中的订单管理与生产控制的一体化管理，提高生产管理效率。
所述交互通用模型包括计划表模型、工作清单模型和任务单模型。在本实施例中，交互通用模型存储在PVC工厂一体化管理系统中的本地数据库中，在生成计划表实例、工作清单实例和任务单实例时，从本地数据库中调用交互通用模型中对应的模型。
在本实施例中，所述计划表模型包括生产计划表的属性表、人员需求表、物料需求表以及设备需求表，其中：
属性表包括生产计划表的ID、生产计划编码、生产计划名称、生产计划开始和结束的时间、产品类型编码以及人工添加的生产计划备注；
人员需求表包括人员需求表的ID、人员数量Si、数量单位、人员岗位名称和岗位编号以及人工添加的工作描述；
物料需求表包括物料需求表的ID、物料的类型码、物料编码、物料数量Qi-j及数量单位以及人工添加的物料情况备注；
设备需求表包括设备需求表的ID、设备数量Xi及数量单位、设备的长度及长度单位、设备的宽度及宽度单位、设备的高度及高度单位以及人工添加的设备情况备注。
所述工作清单模型包括工作清单的属性表、人员清单、物料清单以及设备清单，其中：
属性表包括工作清单的ID、工作清单编码、工作清单名称、所属的生产表ID、工作清单的发布时间、产品类型编码以及人工添加的生产计划备注；
人员清单包括人员清单的ID、人员岗位编码、人员数量及数量单位以及人员的就职状态；
物料清单包括物料清单的ID、物料的类型码、物料编码、物料数量Qi-j及数量单位；
设备清单包括设备清单的ID、设备数量Xi及数量单位、设备类编码以及设备编码。
所述任务单模型任务单的属性表、人员分配表、设备分配表、标准作业程序(Standard Operating Procedure，SOP)执行表、标准操作条件(Standard OperatingConditions，SOC)执行表以及物料配方表，其中：
属性表包括任务单的ID、任务单编码、任务单的执行顺序码、任务的开始时间和结束时间以及任务执行状态；
人员分配表包括人员分配表的ID、任务单编码、执行该生产过程段的人员岗位编码、人员数量及数量单位；
设备分配表包括设备分配表的ID、任务单编码、该生产过程段的设备数量及数量单位、设备类编码以及设备编码；
SOP执行表包括SOP的ID、任务单编码、SOP的名称及内容；
SOC执行表包括SOC的ID、任务单编码、SOC的名称及内容；
物料配方表包括物料配方表的ID、任务单编码、物料配方名称、配方中物料的编码及数量。
所述根据产品订单与PVC工厂的生产能力获取生产计划信息，基于预先配置的交互通用模型生成计划表实例，包括：基于生产计划的线性规划函数以及约束条件获取生产的人员需求信息、物料需求信息和设备需求信息；将人员需求信息、物料需求信息和设备需求信息填入计划表模型，得到计划表实例。
其中，生产计划的线性规划函数为：
Figure BDA0002557785290000071
约束条件为
Figure BDA0002557785290000072
其中，Smin表示订单总成本的最小值；i表示产品订单中的第i种产品，j表示第j种物料，i-j表示第i种产品的第j种物料；Bi-j表示第i种产品的第j种物料成本；Qi-j表示第i种产品的第j种物料的用量；Si表示生产第i种产品的所需的人员数量；Xi表示第i种产品所需生产的釜数；ti表示生产第i种产品的人员工作时长；Ti表示生产第i种产品的人员工作总时长；Ai-j表示使用第i种产品的第j种物料生产过程中的动态加工成本参数；Qi表示生产第i种产品的数量；Pi表示第i种产品所需的订单量；Q′i-j表示第i种产品的第j种物料的库存量；Ci表示生产第i种产品所需的生产能力；C′i表示生产第i种产品现有的生产能力；
上述Smin、Bi-j、Qi-j、Q′i-j、Si、ti、Ti、Ai-j、Qi、Pi、Ci、C′i、i、j均为正数。
通过公式
Figure BDA0002557785290000073
计算出产品订单中第i种产品所需生产的釜数。其中，K为每釜生产的PVC数量，为一常量，在本实施例中，K取值为20，单位为吨，即每釜生产20吨PVC产品。Xi的取值范围为正整数，根据上述公式向上取整，不足一釜按一釜计。
通过上述计划模型求出人员需求信息Si、物料需求信息Qi-j以及设备需求信息Xi满足约束条件时的最优解，此时求出的最优解既能满足约束条件，又能使订单总成本降至最小。将计算人员数量Si、人员工作时长ti、物料数量Qi-j以及生产釜数Xi填入预先配置的交互通用模型的计划表模型中，得到计划表实例，便于后续其他系统调用计划表实例，实现了数据的互通。
所述根据计划表实例中的内容分配PVC工厂生产资源，根据分配结果基于交互通用模型生成工作清单实例，包括：
根据计划表实例中的内容，结合PVC工厂的实际生产能力，分配投入的生产人员、物料和设备；
将生产人员的身份信息如人员岗位编码、数量信息填入工作清单模型中的人员清单中，将物料编码信息和数量信息填入工作清单模型中的物料清单中，将设备编码信息和数量信息填入工作清单模型中的设备清单中，工作清单模型中的其他变量根据本地数据库存储的信息自动填入，得到工作清单实例。
所述根据工作清单实例和预先存储的产品定义信息，基于交互通用模型生成任务单实例，包括：
获取预先储存的与各个生产过程段对应的生产标准、物料配方以及实时记录物料和设备生产状态的动态数据。在本实施例中，所述生产标准包括PVC工厂的设计文件和标准、产品的SOP和SOC、PVC工厂中的各个物料和设备的静态数据，和物料配方均预先存储在产品定义数据库中。所述静态数据例如反应罐的高度，是物料和设备固有的特征参数，不会随时间变化。
再根据获取的生产标准和物料配方，结合工作清单实例的内容为各个生产过程段分配生产人员、物料以及设备。每个生产过程段具有相应的SOP、SOC以及物料配方，工作清单中的内容是对整个产品生产过程中需要的人员、物料、设备的总集合，根据本地数据库中调用的生产标准和物料配方，将工作清单中的人员、物料和设备分配到具体的生产过程段中。
将分配结果和获取的动态数据填入任务单模型，生成各个生产过程段的任务单实例。所述动态数据通过采集模块实时获取，例如生产过程中的压力、温度，是物料和设备随着生产过程不断变化的特征参数，具有实时性。任务单实例中还包括静态数据例如反应罐的高度，是物料和设备固有的特征参数，不会随时间变化。
各个生产过程段的任务单实例均包括：实例编码、实例名称、实例别名、特征参数描述、实例标签、所属工作清单，使每个任务单都能溯源到相应的工作清单实例与计划表实例，便于后期查看生产记录，增强生产管理的规范性。所有任务单实例都是基于统一的交互通模型生成的，其中的变量类型保持一致，保证了数据在不同系统中的兼容性，便于后续调用。同时，由于任务单实例中包含的动态参数是通过采集模块实时收集到的，可以随时根据PVC工厂的实际工况更新，具有实时性，提高了对象实例调整的灵活性。最后基于任务单实例调用生产指令执行生产操作。
所述任务单实例通过OPC UA协议传输，其中每个用于执行生产指令的设备对应一个节点，通过访问节点将任务单实例传送到PVC工厂中的设备中。在本实施例中，所述OPCUA协议包含以下节点属性及节点定义：
1)企业类型节点，定义属性字段为EnterpriseNodeType＝f{name，code}；
2)场所类型节点，定义属性字段为SiteNodeType＝f{name，code}；
3)区域类型节点，定义属性字段为AreaNodeType＝f{name，code}；
4)生产单元类型节点，定义属性字段为ProductRulerNodeType＝f{name，code}；
5)设备类型节点，包括以下类型及节点定义：
a)压力容器节点，定义属性字段为ContainerNodeType＝f{name，code，TagID，Diameter，Height，Shape，Tankage，Volumn_PV，Volumn_SV，Liquid_PV，Presure_PV，Presure_PV，Temp_PV，Liquid_HI，Liquid_LI，Temp_HI，Temp_LI，Presure_HI，Tin_SV，Tout_SV，Fin_SV，Fout_SV，InVolve，OutVolve}，描述了压力容器的名称、编码、直径、形状、溶剂、当前已用容量、初始容量、当前液位、当前压力、当前温度、液位高限、液位低限、温度高限、温度低限、压力高限、进料开始时间、进料结束时间、当前进料流量、当前出料流量、进料手阀状态、出料手阀状态。
b)泵节点，定义属性字段为PumpNodeTypef＝{code，CSW_SV，Flow_SV，Lift_SV，Rpm_SV，P_SV，U_SV}，描述了泵的编码、运行状态、流量、扬程、转速、功率、电压。
c)阀节点，定义属性字段为VolveNodeType＝{code，SH，SL，CSW_SV，MV，MH，ML}，描述了阀的编码、量程上限、量程下限、设定值、输出值、输出上限、输出下限。
d)流量计节点，定义属性字段为FlowmeterNodeType＝{code，SH，SL，PV,SUM_PV,SUM_SV,Res_sw，SumFactor，T_PV，T_PV，HH，HI，LO，LLAlarmingDefineWord，AlarmingStatusWord}，描述了流量计的编码、量程上限、量程下限、当前值、累积设定值、累积当前值、复位开关、累积系统、启动时间、当前时间、高高限、高限、低限、低低限、报警定义字、报警状态字。
e)温度计节点，定义属性字段为ThermoMeterNode Type＝{code，SH，SL，PV，HH，HI，LO，LLAlarmingDefineWord，AlarmingStatusWord}，描述了温度计的编码、量程上限、量程下限、当前值、高高限、高限、低限、低低限、报警定义字、报警状态字。
f)液位计节点，定义属性字段为ContentGaugeNodeType＝{code，SH，SL，PV，HH，HI，LO，LLAlarmingDefineWord，AlarmingStatusWord}，描述了液位计的编码、量程上限、量程下限、当前值、高高限、高限、低限、低低限、报警定义字、报警状态字。
g)液位开关节点，定义属性字段为LevelSwitchNodeType＝{code，SH，SL，PV，LLAlarmingDefineWord，AlarmingStatusWord}，描述了液位开关的编码、量程上限、量程下限、当前值、报警定义字、报警状态字。
h)压力计节点，定义属性字段为ManoMeterNodeType＝{code，SH，SL，PV，LLAlarmingDefineWord，AlarmingStatusWord}，描述了压力计的编码、量程上限、量程下限、当前值、报警定义字、报警状态字。
i)地磅节点，定义属性字段为WagonBalanceNodeType＝{code，SH，SL，PV，LLAlarmingDefineWord，AlarmingStatusWord}，描述了地磅的编码、量程上限、量程下限、当前值、报警定义字、报警状态字。
j)电能表节点，定义属性字段为AmMeterNodeType＝{code，MeterTypeSH，U_SH，U_SL，U_PV，I_SH，FSV_SH，P_PV，Rate_SV，Ti_SV，ESUM_PV，ESUM_SV，CSUM_PV，CSUM_SV，Res_sw，SumFactor，SumRate，LLAlarmingDefineWord，AlarmingStatusWord}，描述了电能表的编码、电表类型、电压量程上限、电压量程下限、当前电压、最大电流、瞬时功率、当前功率、当前费率、开始时间、当前时间、电能累积值、费率累计值、复位开关、累积系数、累积速率、报警定义字、报警状态字。
k)回路节点，定义属性字段为AmMeterNodeType＝{name，code，SV，SVH，SVL，PV，MV，parameter}，描述了回路的名字、编码、设定值、设定值上限、设定值下限、当前值、输出值、参数。
在本实施例中，每个节点均按照以下命名规则进行命名，如图2所示，包括类型前缀和上述的属性字段两部分，其中类型前缀由一个首字母加五位数字组成，包括：
首字母表示节点的大类，A代表企业类，B代表场所类，C代表区域类，D代表单元类，E代表具体的设备。
首字母后的第一位数字为节点所在的企业类序号，第二位数字为节点所在的场所类序号，第三位数字为节点所在的区域类序号，第四位数字为节点所在的生产单元类序号，第五位数字为节点自身的设备类序号，该节点不存在的类序号记为0。
所述根据工作清单实例和预先存储的产品定义信息，基于交互通用模型生成任务单实例，之前还包括对生成的工作清单实例进行可行性分析，具体包括：
对工作清单实例进行完整性分析，分析工作清单实例是否符合交互通用模型的要求，若不符合则拒绝接收该工作清单实例。在本实施例中，分析工作清单实例是否符合交互通用模型的要求包括：分析工作清单中的变量是否为空以及变量名是否符合命名规则。
若工作清单实例符合交互通用模型的要求，基于判定规则分析PVC工厂的实际生产能力是否符合工作清单实例的要求，其中所述判定规则包括：
Figure BDA0002557785290000111
其中，ACMi为第i种物料的实际数量，PCMi为工作清单中第i种物料的需求数量，ACPi为第i种人员的实际数量，PCPi为工作清单中第i种人员的需求数量，ACEi为第i种设备是否处于空闲状态，处于空闲状态为1，处于非空闲状态为0；ACMi、PCMi、ACPi、PCPi和i的取值范围均为正整数，ACEi的取值范围为0或1；
若符合判定规则的约束，则接收该工作清单实例，否则拒绝接收该工作清单实例。
通过对工作清单实例的可行性分析，能够筛选出不符合要求的工作清单实例，并直接拒绝接收不符合要求的工作清单实例，避免后续根据工作清单实例生成的任务单实例出现错误，影响生产效率。
以下结合具体示例来描述上述一种PVC工厂一体化管理系统的交互方法，本实例基于一种PVC工厂一体化管理系统实现，如图3所示，包括ERP系统、MES系统、SCADA系统、PCS系统、EDM系统以及产品定义数据库。
其中，ERP系统包括用于生成计划表实例的生产计划模块和用于统计实时生产情况的生产统计模块，其中生产统计模块以甘特图形式监控计划执行情况。MES系统包括用于发布工作清单实例的生产调度模块以及用于记录绩效的生产绩效分析模块。SCADA系统包括用于生成任务单实例的执行管理模块和根据任务单实例生成生产指令的操作管理模块，SCADA系统还包括产品定义模块，用于接收外部的产品管理请求，包括产品定义的增加、删除、修改和查找，根据产品管理要求配置SCADA系统本地的产品定义库，并同步更新EDM系统中的工程数据管理模块中的产品定义内容，使两者的产品定义内容保持一致。PCS系统包括用于接收SCADA系统生成的任务单实例的PVC生产系统以及执行生产指令的罐区操作系统。EDM系统包括工业知识管理模块、工程数据管理模块以及工厂设计管理模块，其中工业知识管理模块用于存储PVC工厂的设计文件和标准，工程数据管理模块用于存储产品定义的内容，工厂设计管理模块用于存储交互通用模型。产品定义数据库用于存储计划表实例、工作清单实例、任务单实例、PCS系统的操作记录以及SOP、SOC、物料配方。交互通用模型存储在本地数据库中。
本实例具体包括：
步骤一：ERP系统接收产品订单，从EDM系统中的工厂设计管理模块中调用交互通用模型中的计划表模型，从EDM系统中的工程数据管理模块中获取产品定义和工厂的生产能力数据，基于生产计划的线性规划函数以及约束条件获取人员数量Si、人员工作时长ti、物料数量Qi-j和生产釜数Xi。将计算得到的人员数量Si、人员工作时长ti、物料数量Qi-j和生产釜数Xi填入EDM系统中的交互通用模型的计划表模型中，得到计划表实例。获取EDM系统中工业知识服务与管理模块中存储的产品定义信息，绑定到静态参数上，获取SCADA系统中数据收集模块采集到的实时状态数据，绑定到动态参数上，将获取到的静态参数与动态参数填入预先配置的交互通用模型中，得到各个生产过程段的对象实例。
步骤二：，将计划表实例发布到MES系统。
步骤二：MES系统的生产调度模块接收计划表实例，调用交互通用模型中的工作清单模型。根据计划表实例中的人员需求分配生产人员，将生产人员对应的人员岗位编码、人员数量信息填入工作清单模型的人员清单中；根据计划表实例中的物料需求分配投入生产的物料，将物料对应的物料编码、物料数量信息填入工作清单模型的物料清单中；根据计划表实例中的设备需求分配设备，将设备对应的设备编码、设备数量信息设备填入工作清单模型的设备清单中；根据人员清单、物料清单和设备清单，生成产品订单的工作清单实例。
步骤三：MES系统中的生产调度模块将工作清单实例发布到SCADA系统。
步骤四：SCADA系统的执行管理模块接收工作清单实例，并对工作清单实例进行完整性分析，分析工作清单实例中的变量是否为空以及变量名是否符合命名规则，若不符合则拒绝接收该工作清单实例。若工作清单实例符合交互通用模型的要求，基于判定规则分析PVC工厂的实际生产能力是否符合工作清单实例的要求，其中所述判定规则包括：
Figure BDA0002557785290000131
其中，ACMi为第i种物料的实际数量，PCMi为工作清单中第i种物料的需求数量，ACPi为第i种人员的实际数量，PCPi为工作清单中第i种人员的需求数量，ACEi为第i种设备是否处于空闲状态，处于空闲状态为1，处于非空闲状态为0；ACMi、PCMi、ACPi、PCPi和i的取值范围均为正整数，ACEi的取值范围为0或1；
若符合判定规则的约束，则接收该工作清单实例，否则拒绝接收该工作清单实例。
步骤五：SCADA系统的执行管理模块获取预先储存在产品定义库的与各个生产过程段对应的SOP、SOC和物料配方，调用交互通用模型中的任务单模型，自动生成任务单编码。基于各个生产过程段的SOP、SOC、物料配方以及通过步骤四所述的完整性分析的工作清单实例中的人员信息、物料信息、设备信息，为各个生产过程段分配生产人员、物料以及设备，将分配结果添加到任务单模型的相应变量中，得到针对该生产过程段的任务单实例。
步骤六：SCADA系统的操作管理模块将任务单实例发送给PCS系统中的PVC生产系统，PVC生产系统通过OPC UA协议访问罐区操作系统中各个设备对应的节点，将任务单实例发送到设备，由罐区操作系统根据任务单实例调用执行程序，生成执行命令，设备根据执行命令开始产品的生产。
实施例二
如图4所示，本发明基于同样的思路提出了一种PVC工厂一体化管理系统的交互装置5，包括：
计划表生成单元51：根据产品订单与PVC工厂的生产能力获取生产计划信息，基于预先配置的交互通用模型生成计划表实例；
工作清单生成单元52：用于根据计划表实例中的内容分配PVC工厂生产资源，根据分配结果基于交互通用模型生成工作清单实例；
任务执行单元53：用于根据工作清单实例和预先存储的产品定义信息，基于交互通用模型生成任务单实例，基于任务单实例调用生产指令执行生产操作。
通过预先配置的交互通用模型中的计划表模型、工作清单模型和任务单模型，分别得到整个订单生产过程的计划表实例、工作清单实例以及各个生产过程段的任务单实例，由于交互模型具有通用性，不同系统之间的模型与数据定义统一，提高数据的兼容性，实现PVC工厂中的订单管理与生产控制的一体化管理，提高生产管理效率。
所述交互通用模型包括计划表模型、工作清单模型和任务单模型。在本实施例中，交互通用模型存储在PVC工厂一体化管理系统中的本地数据库中，在生成计划表实例、工作清单实例和任务单实例时，从本地数据库中调用交互通用模型中对应的模型。
在本实施例中，所述计划表模型包括生产计划表的属性表、人员需求表、物料需求表以及设备需求表，其中：
属性表包括生产计划表的ID、生产计划编码、生产计划名称、生产计划开始和结束的时间、产品类型编码以及人工添加的生产计划备注；
人员需求表包括人员需求表的ID、人员数量Si、数量单位、人员岗位名称和岗位编号以及人工添加的工作描述；
物料需求表包括物料需求表的ID、物料的类型码、物料编码、物料数量Qi-j及数量单位以及人工添加的物料情况备注；
设备需求表包括设备需求表的ID、设备数量Xi及数量单位、设备的长度及长度单位、设备的宽度及宽度单位、设备的高度及高度单位以及人工添加的设备情况备注。
所述工作清单模型包括工作清单的属性表、人员清单、物料清单以及设备清单，其中：
属性表包括工作清单的ID、工作清单编码、工作清单名称、所属的生产表ID、工作清单的发布时间、产品类型编码以及人工添加的生产计划备注；
人员清单包括人员清单的ID、人员岗位编码、人员数量及数量单位以及人员的就职状态；
物料清单包括物料清单的ID、物料的类型码、物料编码、物料数量Qi-j及数量单位；
设备清单包括设备清单的ID、设备数量Xi及数量单位、设备类编码以及设备编码。
所述任务单模型任务单的属性表、人员分配表、设备分配表、标准作业程序(Standard Operating Procedure，SOP)执行表、标准操作条件(Standard OperatingConditions，SOC)执行表以及物料配方表，其中：
属性表包括任务单的ID、任务单编码、任务单的执行顺序码、任务的开始时间和结束时间以及任务执行状态；
人员分配表包括人员分配表的ID、任务单编码、执行该生产过程段的人员岗位编码、人员数量及数量单位；
设备分配表包括设备分配表的ID、任务单编码、该生产过程段的设备数量及数量单位、设备类编码以及设备编码；
SOP执行表包括SOP的ID、任务单编码、SOP的名称及内容；
SOC执行表包括SOC的ID、任务单编码、SOC的名称及内容；
物料配方表包括物料配方表的ID、任务单编码、物料配方名称、配方中物料的编码及数量。
所述计划表生成单元51具体用于：基于生产计划的线性规划函数以及约束条件获取生产的人员需求信息、物料需求信息和设备需求信息；将人员需求信息、物料需求信息和设备需求信息填入计划表模型，得到计划表实例.
其中线性规划函数为：
Figure BDA0002557785290000151
约束条件为
Figure BDA0002557785290000152
其中，Smin表示订单总成本的最小值；i表示产品订单中的第i种产品，j表示第j种物料，i-j表示第i种产品的第j种物料；Bi-j表示第i种产品的第j种物料成本；Qi-j表示第i种产品的第j种物料的用量；Si表示生产第i种产品的所需的人员数量；Xi表示第i种产品所需生产的釜数；ti表示生产第i种产品的人员工作时长；Ti表示生产第i种产品的人员工作总时长；Ai-j表示使用第i种产品的第j种物料生产过程中的动态加工成本参数；Qi表示生产第i种产品的数量；Pi表示第i种产品所需的订单量；Q′i-j表示第i种产品的第j种物料的库存量；Ci表示生产第i种产品所需的生产能力；C′i表示生产第i种产品现有的生产能力；
上述Smin、Bi-j、Qi-j、Q′i-j、Si、ti、Ti、Ai-j、Qi、Pi、Ci、C′i、i、j均为正数。
通过公式
Figure BDA0002557785290000161
计算出产品订单中第i种产品所需生产的釜数。其中，K为每釜生产的PVC数量，为一常量，在本实施例中，K取值为20，单位为吨，即每釜生产20吨PVC产品。Xi的取值范围为正整数，根据上述公式向上取整，不足一釜按一釜计。
通过上述计划模型求出人员需求信息Si、物料需求信息Qi-j以及设备需求信息Xi满足约束条件时的最优解，此时求出的最优解既能满足约束条件，又能使订单总成本降至最小。将计算人员数量Si、人员工作时长ti、物料数量Qi-j以及生产釜数Xi填入预先配置的交互通用模型的计划表模型中，得到计划表实例，便于后续其他系统调用计划表实例，实现了数据的互通。
所述工作清单生成单元52具体用于：
根据计划表实例中的内容，结合PVC工厂的实际生产能力，分配投入的生产人员、物料和设备；
将生产人员的身份信息如人员岗位编码、数量信息填入工作清单模型中的人员清单中，将物料编码信息和数量信息填入工作清单模型中的物料清单中，将设备编码信息和数量信息填入工作清单模型中的设备清单中，工作清单模型中的其他变量根据本地数据库存储的信息自动填入，得到工作清单实例。
所述任务执行单元53具体用于：
获取预先储存的与各个生产过程段对应的生产标准、物料配方以及实时记录物料和设备生产状态的动态数据。在本实施例中，所述生产标准包括PVC工厂的设计文件和标准、产品的SOP和SOC、PVC工厂中的各个物料和设备的静态数据，和物料配方均预先存储在产品定义数据库中。
再根据获取的生产标准和物料配方，结合工作清单实例的内容为各个生产过程段分配生产人员、物料以及设备。每个生产过程段具有相应的SOP、SOC以及物料配方，工作清单中的内容是对整个产品生产过程中需要的人员、物料、设备的总集合，根据本地数据库中调用的SOP、SOC和物料配方将工作清单中的人员、物料和设备分配到具体的生产过程段中。
将分配结果和获取的动态数据填入任务单模型，生成各个生产过程段的任务单实例。所述动态数据通过采集模块实时获取，例如生产过程中的压力、温度，是物料和设备随着生产过程不断变化的特征参数，具有实时性。任务单实例中还包括静态数据例如反应罐的高度，是物料和设备固有的特征参数，不会随时间变化。
各个生产过程段的任务单实例均包括：实例编码、实例名称、实例别名、特征参数描述、实例标签、所属工作清单，使每个任务单都能溯源到相应的工作清单与生产计划表，便于后期查看生产记录，增强生产管理的规范性。所有任务单实例都是基于统一的交互通模型生成的，其中的变量类型保持一致，保证了数据在不同系统中的兼容性，便于后续调用。同时，由于任务单实例中包含的动态参数是通过采集模块实时收集到的，可以随时根据PVC工厂的实际工况更新，具有实时性，提高了对象实例调整的灵活性。最后基于任务单实例调用生产指令执行生产操作。
所述任务单实例通过OPC UA协议传输，其中每个用于执行生产指令的设备对应一个节点，通过访问节点将任务单实例传送到PVC工厂中的设备中。在本实施例中，所述OPCUA协议包含以下节点属性及节点定义：
6)企业类型节点，定义属性字段为EnterpriseNodeType＝f{name，code}；
7)场所类型节点，定义属性字段为SiteNodeType＝f{name，code}；
8)区域类型节点，定义属性字段为AreaNodeType＝f{name，code}；
9)生产单元类型节点，定义属性字段为ProductRulerNodeType＝f{name，code}；
10)设备类型节点，包括以下类型及节点定义：
l)压力容器节点，定义属性字段为ContainerNodeType＝f{name，code，TagID，Diameter，Height，Shape，Tankage，Volumn_PV，Volumn_SV，Liquid_PV，Presure_PV，Presure_PV，Temp_PV，Liquid_HI，Liquid_LI，Temp_HI，Temp_LI，Presure_HI，Tin_SV，Tout_SV，Fin_SV，Fout_SV，InVolve，OutVolve}，描述了压力容器的名称、编码、直径、形状、溶剂、当前已用容量、初始容量、当前液位、当前压力、当前温度、液位高限、液位低限、温度高限、温度低限、压力高限、进料开始时间、进料结束时间、当前进料流量、当前出料流量、进料手阀状态、出料手阀状态。
m)泵节点，定义属性字段为PumpNodeTypef＝{code，CSW_SV，Flow_SV，Lift_SV，Rpm_SV，P_SV，U_SV}，描述了泵的编码、运行状态、流量、扬程、转速、功率、电压。
n)阀节点，定义属性字段为VolveNodeType＝{code，SH，SL，CSW_SV，MV，MH，ML}，描述了阀的编码、量程上限、量程下限、设定值、输出值、输出上限、输出下限。
o)流量计节点，定义属性字段为FlowmeterNodeType＝{code，SH，SL，PV,SUM_PV,SUM_SV,Res_sw，SumFactor，T_PV，T_PV，HH，HI，LO，LLAlarmingDefineWord，AlarmingStatusWord}，描述了流量计的编码、量程上限、量程下限、当前值、累积设定值、累积当前值、复位开关、累积系统、启动时间、当前时间、高高限、高限、低限、低低限、报警定义字、报警状态字。
p)温度计节点，定义属性字段为ThermoMeterNode Type＝{code，SH，SL，PV，HH，HI，LO，LLAlarmingDefineWord，AlarmingStatusWord}，描述了温度计的编码、量程上限、量程下限、当前值、高高限、高限、低限、低低限、报警定义字、报警状态字。
q)液位计节点，定义属性字段为ContentGaugeNodeType＝{code，SH，SL，PV，HH，HI，LO，LLAlarmingDefineWord，AlarmingStatusWord}，描述了液位计的编码、量程上限、量程下限、当前值、高高限、高限、低限、低低限、报警定义字、报警状态字。
r)液位开关节点，定义属性字段为LevelSwitchNodeType＝{code，SH，SL，PV，LLAlarmingDefineWord，AlarmingStatusWord}，描述了液位开关的编码、量程上限、量程下限、当前值、报警定义字、报警状态字。
s)压力计节点，定义属性字段为ManoMeterNodeType＝{code，SH，SL，PV，LLAlarmingDefineWord，AlarmingStatusWord}，描述了压力计的编码、量程上限、量程下限、当前值、报警定义字、报警状态字。
t)地磅节点，定义属性字段为WagonBalanceNodeType＝{code，SH，SL，PV，LLAlarmingDefineWord，AlarmingStatusWord}，描述了地磅的编码、量程上限、量程下限、当前值、报警定义字、报警状态字。
u)电能表节点，定义属性字段为AmMeterNodeType＝{code，MeterTypeSH，U_SH，U_SL，U_PV，I_SH，FSV_SH，P_PV，Rate_SV，Ti_SV，ESUM_PV，ESUM_SV，CSUM_PV，CSUM_SV，Res_sw，SumFactor，SumRate，LLAlarmingDefineWord，AlarmingStatusWord}，描述了电能表的编码、电表类型、电压量程上限、电压量程下限、当前电压、最大电流、瞬时功率、当前功率、当前费率、开始时间、当前时间、电能累积值、费率累计值、复位开关、累积系数、累积速率、报警定义字、报警状态字。
v)回路节点，定义属性字段为AmMeterNodeType＝{name，code，SV，SVH，SVL，PV，MV，parameter}，描述了回路的名字、编码、设定值、设定值上限、设定值下限、当前值、输出值、参数。
在本实施例中，每个节点均按照以下命名规则进行命名，如图2所示，包括类型前缀和上述的属性字段两部分，其中类型前缀由一个首字母加五位数字，包括：
首字母表示节点的大类，A代表企业类，B代表场所类，C代表区域类，D代表单元类，E代表具体的设备。
首字母后的第一位数字为节点所在的企业类序号，第二位数字为节点所在的场所类序号，第三位数字为节点所在的区域类序号，第四位数字为节点所在的生产单元类序号，第五位数字为节点自身的设备类序号，该节点不存在的类序号记为0。
所述交互装置5还包括可行性分析单元，用于对工作清单生成单元52生成的工作清单实例进行可行性分析，具体用于：
对工作清单实例进行完整性分析，分析工作清单实例是否符合交互通用模型的要求，若不符合则拒绝接收该工作清单实例。在本实施例中，分析工作清单实例是否符合交互通用模型的要求包括：分析工作清单实例中的变量是否为空以及变量名是否符合命名规则。
若工作清单实例符合交互通用模型的要求，基于判定规则分析PVC工厂的实际生产能力是否符合工作清单实例的要求，其中所述判定规则包括：
Figure BDA0002557785290000201
其中，ACMi为第i种物料的实际数量，PCMi为工作清单中第i种物料的需求数量，ACPi为第i种人员的实际数量，PCPi为工作清单中第i种人员的需求数量，ACEi为第i种设备是否处于空闲状态，处于空闲状态为1，处于非空闲状态为0；ACMi、PCMi、ACPi、PCPi和i的取值范围均为正整数，ACEi的取值范围为0或1；
若符合判定规则的约束，则接收该工作清单实例，否则拒绝接收该工作清单实例。
通过对工作清单实例的可行性分析，能够筛选出不符合要求的工作清单实例，并直接拒绝接收不符合要求的工作清单实例，避免后续根据工作清单实例生成的任务单实例出现错误，影响生产效率。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种PVC工厂一体化管理系统的交互方法，其特征在于，所述交互方法包括：
根据产品订单与PVC工厂的生产能力获取生产计划信息，基于预先配置的交互通用模型生成计划表实例；
根据计划表实例中的内容分配PVC工厂生产资源，根据分配结果基于交互通用模型生成工作清单实例；
根据工作清单实例和预先存储的产品定义信息，基于交互通用模型生成任务单实例，基于任务单实例调用生产指令执行生产操作。
2.根据权利要求1所述的一种PVC工厂一体化管理系统的交互方法，其特征在于，所述交互通用模型包括计划表模型、工作清单模型和任务单模型。
3.根据权利要求2所述的一种PVC工厂一体化管理系统的交互方法，其特征在于，所述根据产品订单与PVC工厂的生产能力获取生产计划信息，基于预先配置的交互通用模型生成计划表实例，包括：
基于生产计划的线性规划函数以及约束条件获取生产的人员需求信息、物料需求信息和设备需求信息；
将人员需求信息、物料需求信息和设备需求信息填入计划表模型，得到计划表实例。
4.根据权利要求3所述的一种PVC工厂一体化管理系统的交互方法，其特征在于，所述基于生产计划的线性规划函数以及约束条件获取生产的人员需求信息、物料需求信息和设备需求信息，包括：通过线性规划函数计算出订单总成本最小时符合约束条件的人员需求信息Si、物料需求信息Qi-j以及设备需求信息Xi；
其中，线性规划函数为：
Figure FDA0002557785280000011
约束条件为：
Figure FDA0002557785280000012
Smin表示订单总成本的最小值；i表示产品订单中的第i种产品，j表示第j种物料，i-j表示第i种产品的第j种物料；Bi-j表示第i种产品的第j种物料成本；Qi-j表示第i种产品的第j种物料的用量；Si表示生产第i种产品的所需的人员数量；Xi表示第i种产品所需的生产釜数；ti表示生产第i种产品的人员工作时长；Ti表示生产第i种产品的人员工作总时长；Ai-j表示使用第i种产品的第j种物料生产过程中的动态加工成本参数；Qi表示生产第i种产品的数量；Pi表示产品订单中第i种产品所需的订单量；Q′i-j表示第i种产品的第j种物料的库存量；Ci表示生产第i种产品所需的生产能力；C′i表示生产第i种产品现有的生产能力；
Smin、Bi-j、Qi-j、Q′i-j、Si、Xi、ti、Ti、Ai-j、Qi、Pi、Ci、C′i、i、j的取值范围均为正数。
5.根据权利要求2所述的一种PVC工厂一体化管理系统的交互方法，其特征在于，所述根据计划表实例中的内容分配PVC工厂生产资源，根据分配结果基于交互通用模型生成工作清单实例，包括：
根据计划表实例中的内容，结合PVC工厂的实际生产能力，分配投入的生产人员、物料和设备；
将生产人员身份信息、物料编码信息、设备编码信息以及生产人员、物料、设备的数量信息填入工作清单模型，得到工作清单实例。
6.根据权利要求2所述的一种PVC工厂一体化管理系统的交互方法，其特征在于，所述根据工作清单实例和预先存储的产品定义信息，基于交互通用模型生成任务单实例，包括：
获取预先储存的与各个生产过程段对应的生产标准、物料配方以及实时记录物料和设备生产状态的动态数据；
根据获取的标准作业程序和物料配方，结合工作清单实例的内容为各个生产过程段分配生产人员、物料以及设备；
将分配结果和动态数据填入任务单模型，生成各个生产过程段的任务单实例。
7.根据权利要求1所述的一种PVC工厂一体化管理系统的交互方法，其特征在于，所述任务单实例通过OPC UA协议传输，其中每个用于执行生产指令的设备对应一个节点，通过访问节点将任务单实例传送到PVC工厂中的设备中。
8.根据权利要求1所述的一种PVC工厂一体化管理系统的交互方法，其特征在于，所述根据工作清单实例和预先存储的产品定义信息，基于交互通用模型生成任务单实例，之前还包括对生成的工作清单实例进行可行性分析，具体包括：
对工作清单实例进行完整性分析，分析工作清单实例是否符合交互通用模型的要求，若不符合则拒绝接收该工作清单实例；
若工作清单实例符合交互通用模型的要求，基于判定规则分析PVC工厂的实际生产能力是否符合工作清单实例的要求，其中所述判定规则包括：
Figure FDA0002557785280000031
其中，ACMi为第i种物料的实际数量，PCMi为工作清单中第i种物料的需求数量，ACPi为第i种人员的实际数量，PCPi为工作清单中第i种人员的需求数量，ACEi为第i种设备是否处于空闲状态，处于空闲状态为，处于非空闲状态为0；ACMi、PCMi、ACPi、PCPi和i的取值范围均为正整数，ACEi的取值范围为0或1；
若符合判定规则的约束，则接收该工作清单实例，否则拒绝接收该工作清单实例。
9.一种PVC工厂一体化管理系统的交互装置，其特征在于，所述交互装置包括：
计划表生成单元：根据产品订单与PVC工厂的生产能力获取生产计划信息，基于预先配置的交互通用模型生成计划表实例；
工作清单生成单元：用于根据计划表实例中的内容分配PVC工厂生产资源，根据分配结果基于交互通用模型生成工作清单实例；
任务执行单元：用于根据工作清单实例和预先存储的产品定义信息，基于交互通用模型生成任务单实例，基于任务单实例调用生产指令执行生产操作。
10.根据权利要求9所述的一种PVC工厂一体化管理系统的交互装置，其特征在于，所述交互装置还包括可行性分析单元，用于对工作清单生成单元生成的工作清单实例进行可行性分析，具体用于：
对工作清单实例进行完整性分析，分析工作清单实例是否符合交互通用模型的要求，若不符合则拒绝接收该工作清单实例；
若工作清单实例符合交互通用模型的要求，基于判定规则分析PVC工厂的实际生产能力是否符合工作清单实例的要求，其中所述判定规则包括：
Figure FDA0002557785280000041
其中，ACMi为第i种物料的实际数量，PCMi为工作清单中第i种物料的需求数量，ACPi为第i种人员的实际数量，PCPi为工作清单中第i种人员的需求数量，ACEi为第i种设备是否处于空闲状态，处于空闲状态为1，处于非空闲状态为0；ACMi、PCMi、ACPi、PCPi和i的取值范围均为正整数，ACEi的取值范围为0或1；
若符合判定规则的约束，则接收该工作清单实例，否则拒绝接收该工作清单实例。
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