CN112462702A - 一种基于工业互联网的智能监测与智慧调度系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于工业互联网的智能监测与智慧调度系统，涉及工业生产管理系统的技术领域，旨在解决现有车间生产管理系统在异常发生时无法及时对生产工单做出调整的问题。其技术方案要点是包括调度层、执行层和感知控制层，调度层用于对生产计划进行分解细化，然后进行智能排程，执行层用于对生产全周期进行管控和质量追溯，同时监控生产设备，感知控制层用于实时检测基本生产单位的状态数据。本发明实现了多品种小批量产品生产的设计排程和车间生产的统一管控，实现智能车间的无纸化和智能化管理的效果。

Description

一种基于工业互联网的智能监测与智慧调度系统

技术领域

本发明涉及工业生产管理系统的技术领域，尤其是涉及一种基于工业互 联网的智能监测与智慧调度系统。

背景技术

以数控加工、智能测试为代表的智能车间在当下已经成为生产力蓬勃发 展的典型特征。围绕智能车间智能加工、测试设备的实时监控、能力分析与 提升等已经有了一些探索和局部的解决方案；围绕智能车间的指挥调度、科 学分配和关联生产任务和指令等也有了一些信息系统支持；围绕多类型多法 人的智能加工、测试资源协同和管控尚未有可行的方案；围绕基于工业互联 的生态圈智能加工、测试资源尚未有被认同的解决途径。面对我国大量中小 型制造企业，还没有成熟的软件平台能够支撑其设备资源、生产管控以及高效运营的协同。离散型制造业多品种小批量的生产模式，由于其行业特殊性， 难以实现设备层面和软件层面的模块化设计和生产，该问题有待解决。

现有管理系统对设备进行监测管理，当发生异常告警时通知有关人员进 行维修。但是上述方式从本质上讲是故障后的补救措施，在等待维修以及想 出其他解决方案的过程中，生产进度将会大大耽误。因此，需要提供一种统 筹管理系统，在故障发生时，及时整合资源，自动利用可替代解决方案来减 小损失，达到提高车间自动化程度的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于工业互联网的智能监测与智慧调度系统， 其实现了多品种小批量产品生产的设计排程和车间生产的统一管控，实现智 能车间的无纸化和智能化管理的效果。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于工业互联网的智能监测与智慧调度系统，其特征在于：包括调 度层、执行层和感知控制层，所述调度层用于对生产计划进行分解细化，根 据APS算法对细化后的生产计划进行智能排程，将智能排程后的任务发送至 执行层，所述执行层用于对生产全周期进行管控和质量追溯，同时监控生产 设备并在生产设备异常时反馈至调度层，所述感知控制层包括数据采集模块， 用于实时采集基本生产单位的状态数据，并将状态数据传送至执行层；

所述执行层包括有生产管理模块，用于可以对车间的整个生产过程进行 管理，通过数据采集模块收集到的实时状态数据，预测潜在问题，并反馈给 智能排程模块；

所述调度层包括有智能排程模块，用于根据不同行业需求对生产计划进 行智能排程，并且针对生产过程中出现的异常进行生产计划调整。

本发明进一步设置为：所述调度层包括有项目管理模块和订单管理模块；

所述项目管理模块用于管理包括项目的新增、维护、委派、研发工作， 所述项目管理模块可单独进行项目维护管理，也可与外界系统对接；

所述订单管理模块用于对订单进行维护管理操作，包括有订单分批、订 单暂停和订单恢复。

本发明进一步设置为：所述调度层还包括有客户协同模块和基础数据管 理模块，所述客户协同模块藉由互联网或者离线数据包向客户提供当前订单 的计划、生产过程的直观展示，所述基础数据管理模块用于提供数据支撑。

本发明进一步设置为：所述感知控制层包括接口模块，所述接口模块用 于对周边系统进行集成对接，可通过提供接口规范进行业务拓展。

本发明进一步设置为：所述执行模块包括有BOM设计模块、工单管理模 块、NC程序管理模块、设备管理模块、质量管理模块；

所述BOM设计模块用于对BOM进行设计，包括有BOM树的研发、工艺路 线的研发和图纸管理，所述工艺研发包括有工艺基本信息、检验要求、所需 物料、所需资源和适合生产的设备；

所述工单管理模块用于对工单进行管控查看，所述工单管理模块通过设 定好的工艺路线生成工单任务；

所述NC程序管理模块用于对工艺路线涉及生产设备的数字控制程序进 行管理维护；

所述设备管理模块用于维护设备的基本信息，并对整个车间进行建模化 管理，对车间布局、设备分布、设备类型进行可视化管理，还用于记录单个 生产设备的参数，包括有状态、文档、保养履历、历史参数，对生产设备进 行全生命周期管理；

所述质量管理模块用于对系统的质量检验进行记录管理，可以通过质量 追溯查出整个生产过程中的参数变化和生产问题，可以生成质量管理报表， 对指定时期的质量数据进行展示。

本发明进一步设置为：所述执行模块包括有物料管理模块，用于进行包 括仓库物料数量统计、出入库统计的管理工作。

本发明进一步设置为：所述执行模块包括有问题管理模块，用于对包括 物料问题、工艺问题和设计问题进行管理、总结并形成报表，也可以在处理 问题时推送以往的相关问题解决记录，协助处理解决问题。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1.通过调度层、执行层和感知控制层的设置，调度层根据签订项目生成 订单信息，再将订单信息进行分解细化，生成工单，智能排程到各个车间 或者设备，执行层获取工单，根据工单分配物料等资源，启动自动化生产 并对整个的生产过程进行监控，感知控制层实现对生产设备的状态采集， 执行层负责对生产过程进行监控、工作进度追踪，在故障发生时调度层能 够及时获取故障发生位置并且调整工单任务，针对多品种小批量的生产实 现智能化和高效的管理；

2.通过客户协同模块的设置，客户可以了解到包括有订单详情、生产计 划、质量数据等信息，生产透明化，数据可视化；

3.通过问题管理模块的设置，对问题进行归纳总结，从一次次的问题处 理中积累大量的经验，从而实现了对生产的更高效管理。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的流程图。

具体实施方式

参照图1，本发明公开了一种基于工业互联网的智能监测与智慧调度系统， 利用当前已趋于成熟的工业互联网技术，对设备为主体进行车间的智能排产 管控以及诊断调度等智能化生产。该系统包括调度层、执行层和感知控制层， 系统与外界运营层连接，运营层提供签订项目的原始信息，调度层用于根据 项目信息设计生产计划并对生产计划进行分解细化，根据APS算法对细化后 的生产计划进行智能排程，将智能排程后的任务发送至执行层，执行层用于 对生产全周期进行管控和质量追溯，同时监控生产设备并在生产设备异常时 反馈至调度层，感知控制层用于实时采集基本生产单位的状态数据，并将状 态数据传送至执行层。本发明与数据采集系统深度融合，可以对车间的生产 进行透明化管理，由班组的人工管理制度向智能设备过渡，是本发明的一个 重要特点。

运营层通过ERP等系统的集成将要实施的订单信息及订单对应的生产计 划传输到调度层，运营层应用技术可以包括商业智能(BI)、供应链协同(SCM)、 设备维护(AI/AR)、全生命周期成本(LCC)和数字孪生(DT)技术，根据 实际车间生产的需求配置拓展。

调度层包括有项目管理模块、智能排程模块、订单管理模块。项目管理 模块用于管理包括项目的新增、维护、委派、研发工作，项目管理模块可单 独进行项目维护管理，也可与外界系统对接。智能排程模块根据不同行业需 求对生产计划进行智能排程，不同的行业车间的APS算法不尽相同，智能排 程模块可以针对不同的行业提供不同的算法配置，经过智能排程后，具体的 生产任务则被派分到执行层。同时，智能排程模块还可以针对生产过程中出 现的故障进行系统告警和排程自动调整，但是自动调整需要人工审核，故障 可以由执行层反馈，也可以人为操作设置。订单管理模块用于对订单进行维 护管理操作，包括有订单分批、订单暂停和订单恢复。因为整个系统和车间 设备结合的更加紧密，整个管理过程中订单暂停、恢复、中止、完成等都是 根据感知控制层反馈的实时情况由系统进行自动管理，也可以人为进行查看 干预。

调度层还包括有客户协同模块，客户协同模块藉由互联网或者离线数据 包向客户提供当前订单的计划、生产过程的直观展示。客户可以了解到自己 的订单的生产全过程，生产透明化，数据可视化。此外，调度层包括基础数 据管理模块，对系统提供数据支撑，是对维护管理起到辅助性作用。

感知控制层包括数据采集模块和接口模块，数据采集模块用于实时检测 基本生产单位的状态数据，接口模块用于对周边系统进行集成对接，可通过 提供接口规范进行业务拓展，以适应车间系统的更新改造。检测设备包括但 不仅限于机器人、叉车、工位机、摄像头、看板、机床、仓库、便携终端、 仪表等。车间的设备均连接至物联网平台，通过无线通信方式进行数据传输。

执行模块包括有BOM设计模块、工单管理模块、NC程序管理模块、设备 管理模块、生产管理模块、质量管理模块。

BOM设计模块可以用来对BOM进行设计，包括BOM树的研发、工艺路线 的研发和图纸的管理等，工艺研发又包括工艺基本信息、检验要求、所需物 料、所需资源和适合生产的设备等。该模块作为BOM设计辅助模块，除了这 些基本功能外，还有BOM的版本管理以及BOM复用的功能，能够更好的辅助 设计师进行新的BOM开发工作。

工单管理模块用于对工单进行管控查看，工单作为车间生产的基本单元， 直接由订单和其生产工艺路线决定，该模块可以通过设定好的工艺路线对工 单进行一键生成，还可以工单分批等操作。

NC程序管理模块用于对工艺路线涉及生产设备的数字控制程序进行管 理维护。将NC程序与订单工单直接关联起来，可以在后续数据采集中通过数 据直接推算出设备正在投产的情况，省去了人工统计调度的消耗，实现生产 过程的信息化实时化。

设备管理模块用于维护设备的基本信息，并对整个车间进行建模化管理， 对车间布局、设备分布、设备类型等进行可视化管理。还可以对单个设备的 状态、文档、保养履历、历史参数等进行记录以供查看，进行设备的全生命 周期管理。

生产管理模块用于可以对车间的整个生产过程进行管理，通过数据采集 模块收集到的实时数据，除了根据执行的数字控制程序自动化生产外，还可 以对设备生产参数和实时监控参数进行报表化展示，通过参数趋势预测潜在 问题，并反馈给智能排程模块。

质量管理模块用于对系统的质量检验进行记录管理，可以通过质量追溯 查出整个生产过程中的参数变化和生产问题，可以生成质量管理报表，对指 定时期的质量数据进行展示。本发明可以通过质量管理模块对生产全过程进 行把控记录，可以更加准确快速的进行质量问题追溯。

执行模块包括有物料管理模块，用于进行包括仓库物料数量统计、出入 库统计的管理工作。执行模块还包括有问题管理模块，用于对包括物料问题、 工艺问题和设计问题进行管理、总结并形成报表，也可以在处理问题时推送 以往的相关问题解决记录，协助处理解决问题。

本系统对上可以对接ERP系统进行项目对接，也可以对接PDM系统导入 设计数据，在调度层可以与仓储管理WMS系统进行对接，WMS负责管理控制 层的仓库和物料，并且负责对接数据采集和控制系统，调度层再往下则是由 具体设备组成的执行层。调度层作为整个体系的中枢起到承上启下的作用， 既要与上层决策系统对接，向下对接设备控制系统，从而更好的把握整个车 间的生产管理情况，适时的做出正确的规划调度。

感知控制层的数据采集模块采集生产设备的状态数据上传至执行层，执 行层的生产管理模块分析设备状态是否存在异常，当发生异常时将具体情况 反馈给调度层，调度层的智能排程模块标记设备故障，将工单任务发送给备 用设备或调整剩余可用设备的生产量，同时根据调整对物料等资源的分配也 相应更改，将更改后的结果发送给执行层执行。

参照图2，本发明公开的系统的使用包括以下步骤：

S1、将车间的管理系统划分成运营层、调度层、执行层和感知控制层。

S2、给各层级赋能，使其分别具有运营、调度、执行和感知控制的功能。

S3、将该系统与车间ERP、WMS等系统进行集成关联。

对本发明中出现的英文缩写统一进行说明：

NC(Numerical Control)程序是指数字控制程序，NC程序管理指的是 数控机床对发出的NC程序进行分配与工作指令管理的过程。

BOM(Bill of Material)指的是物料清单，也就是以数据格式来描述 产品结构的文件。

EPR(Enterprise Resource Planning)是企业资源计划的简称，是指建立 在信息技术基础上，集信息技术与先进管理思想于一身，以系统化的管理思 想，为企业员工及决策层提供决策手段的管理平台。

PDM(Product Data Management)称为产品数据管理，是一门用来管理 所有与产品相关信息(包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限 信息等)和所有与产品相关过程(包括过程定义和管理)的技术。

WMS(warehouse management sysytem)是仓储物流管理系统的简称， MES可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库 存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采 购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上 层数据集成分解等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制 造协同管理平台。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发 明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应 涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于工业互联网的智能监测与智慧调度系统，其特征在于：包括调度层、执行层和感知控制层，所述调度层用于对生产计划进行分解细化，根据APS算法对细化后的生产计划进行智能排程，将智能排程后的任务发送至执行层，所述执行层用于对生产全周期进行管控和质量追溯，同时监控生产设备并在生产设备异常时反馈至调度层，所述感知控制层包括数据采集模块，用于实时采集基本生产单位的状态数据，并将状态数据传送至执行层；

所述执行层包括有生产管理模块，用于可以对车间的整个生产过程进行管理，通过数据采集模块收集到的实时状态数据，预测潜在问题，并反馈给智能排程模块；

所述调度层包括有智能排程模块，用于根据不同行业需求对生产计划进行智能排程，并且针对生产过程中出现的异常进行生产计划调整。

2.根据权利要求1所述的一种基于工业互联网的智能监测与智慧调度系统，其特征在于：所述调度层包括有项目管理模块和订单管理模块；

所述项目管理模块用于管理包括项目的新增、维护、委派、研发工作，所述项目管理模块可单独进行项目维护管理，也可与外界系统对接；

所述订单管理模块用于对订单进行维护管理操作，包括有订单分批、订单暂停和订单恢复。

3.根据权利要求2所述的一种基于工业互联网的智能监测与智慧调度系统，其特征在于：所述调度层还包括有客户协同模块和基础数据管理模块，所述客户协同模块藉由互联网或者离线数据包向客户提供当前订单的计划、生产过程的直观展示，所述基础数据管理模块用于提供数据支撑。

4.根据权利要求1所述的一种基于工业互联网的智能监测与智慧调度系统，其特征在于：所述感知控制层包括接口模块，所述接口模块用于对周边系统进行集成对接，可通过提供接口规范进行业务拓展。

5.根据权利要求1所述的一种基于工业互联网的智能监测与智慧调度系统，其特征在于：所述执行模块包括有BOM设计模块、工单管理模块、NC程序管理模块、设备管理模块、质量管理模块；

所述BOM设计模块用于对BOM进行设计，包括有BOM树的研发、工艺路线的研发和图纸管理，所述工艺研发包括有工艺基本信息、检验要求、所需物料、所需资源和适合生产的设备；

所述工单管理模块用于对工单进行管控查看，所述工单管理模块通过设定好的工艺路线生成工单任务；

所述NC程序管理模块用于对工艺路线涉及生产设备的数字控制程序进行管理维护；

所述设备管理模块用于维护设备的基本信息，并对整个车间进行建模化管理，对车间布局、设备分布、设备类型进行可视化管理，还用于记录单个生产设备的参数，包括有状态、文档、保养履历、历史参数，对生产设备进行全生命周期管理；

所述质量管理模块用于对系统的质量检验进行记录管理，可以通过质量追溯查出整个生产过程中的参数变化和生产问题，可以生成质量管理报表，对指定时期的质量数据进行展示。

6.根据权利要求5所述的一种基于工业互联网的智能监测与智慧调度系统，其特征在于：所述执行模块包括有物料管理模块，用于进行包括仓库物料数量统计、出入库统计的管理工作。

7.根据权利要求6所述的一种基于工业互联网的智能监测与智慧调度系统，其特征在于：所述执行模块包括有问题管理模块，用于对包括物料问题、工艺问题和设计问题进行管理、总结并形成报表，也可以在处理问题时推送以往的相关问题解决记录，协助处理解决问题。

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