CN112526952A - 一种基于线体节拍采集及分析方法和系统 - Google Patents

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王静
申启乡
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Abstract

本发明公开了一种线体节拍采集及分析方法和系统，该方法包括：将工艺路线包含的多个工序的按照实际执行的先后顺序导入上位机系统；对工艺路线包含的多个工序一一进行在线数据采集，然后将各工序时间戳数组转化为整数数组发送给上位机系统；利用上位机系统将导入的工艺路线转化为理论工序节拍甘特图和将采集上传的数据转化为实际工序节拍甘特图；以及在显示单元的用户交互界面中将同一工序的理论和实际甘特图对比显示并标记。本发明可以快速确认工艺路线的实施是否按照计划执行、实时监测线体的状态，及时发现生产异常情况。

Description

一种基于线体节拍采集及分析方法和系统
技术领域
本发明涉及一种基于线体节拍采集及分析方法和系统。
背景技术
焊装工艺是汽车制造四大工艺中最复杂的工艺，汽车焊装线是汽车制造中最重要的环节之一，是保证车身外观质量及安全性的关键所在。
汽车焊装线在规划之初就要根据年产能要求计算出理论生产节拍和单工位作业时间，并以此进行工序拆分和工位数量确认，进行焊装线规划和实施。
焊装线实施之后，实际的生产节拍及单工位作业时间是否与理论规划相符，是否存在瓶颈工序/工位，如何进行产能优化，都是比较复杂的工作，这需要对当前焊装线的工位-工序的实际运行状态(节拍)有清晰的记录和分析。
目前常用的方式：通过秒表记录来计算工序/工位实际节拍；拍摄工序/工位生产视频，通过时间轴拆分来计算工序/工位实际节拍；通过对实际节拍与理论节拍的对比来查找瓶颈工序/工位。
现有的主要是靠人工进行记录和分析，有以下缺陷：效率低下，样本少；结果依赖人为因素较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于线体节拍采集及分析方法和系统，以能快速进行工位/工序节拍采集并给出分析结果。
为此，本发明一方面提供了一种线体节拍采集及分析方法，包括：将工艺路线包含的多个工序的按照实际执行的先后顺序导入上位机系统，其中，每个工序为一条记录，每条记录具有相同的字段序列，所述字段序列：工序名称/设备名称/工序时长/依赖关系；对工艺路线包含的多个工序一一进行在线数据采集，并对该工序下设备动作流程进行分解，提取开始和结束的信号点，并记录下该信号产生时对应的时间戳；并且以时间戳数组的形式进行存储，然后在每个循环生产周期结束时，将存储的所有时间戳数组转化为整数数组发送给上位机系统；利用上位机系统将导入的工艺路线转化为理论工序节拍甘特图，和利用上位机系统将采集上传的数据转化为实际工序节拍甘特图；以及在显示单元的用户交互界面中将同一工序的理论和实际甘特图对比显示，若实际开始时间晚于理论时间则在甘特图开始处将延迟的时长以设定颜色标注；若实际节拍时长要长于理论节拍时长，则在甘特图结尾处将超时部分以设定颜色标注。
根据本发明的另一方面，提供了一种线体节拍采集及分析系统，包括：导入单元，用于将工艺路线包含的多个工序的按照实际执行的先后顺序导入上位机系统，其中，每个工序为一条记录，每条记录具有相同的字段序列，所述字段序列：工序名称/设备名称/工序时长/依赖关系；工序采集单元，用于对工艺路线包含的多个工序一一进行在线数据采集，并对该工序下设备动作流程进行分解，提取开始和结束的信号点，并记录下该信号产生时对应的时间戳；并且以时间戳数组的形式进行存储，然后在每个循环生产周期结束时，将存储在的所有时间戳数组转化为整数数组发送给上位机系统；上位机系统，用于将导入的工艺路线转化为理论工序节拍甘特图和将采集上传的数据转化为实际工序节拍甘特图；以及显示单元，用于在其用户显示界面中将同一工序的理论和实际甘特图进行对比显示，若实际开始时间晚于理论时间则在甘特图开始处将延迟的时长以设定颜色标注；若实际节拍时长要长于理论节拍时长，则在甘特图结尾处将超时部分以设定颜色标注。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、线体节拍采集及分析系统可以通过节拍采集与数据分析给出理论与实际之间的差异，可以快速确认实施是否安装计划执行，以及确认需要整改项。
2、该系统可以实时监测线体的状态，及时发现生产异常情况，提升产能，避免损失。
3、该系统可以省去人工现场数据采集，提升分析效率。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明的基于线体节拍采集及分析方法的流程图；
图2是工艺录入的标准模块的示意图；
图3示出了工序之间的一种依赖关系；
图4示出了工序之间的另一种依赖关系；
图5示出了同一工序的理论和实际甘特图在同一位置对比显示的示意图；以及
图6是根据本发明的基于线体节拍采集及分析系统的结构框图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明主要应用于焊装线生产时，对工序/工位节拍采集和分析，进而指出产能瓶颈的工序/工位的一种节拍诊断系统，用于生产改良和提升，提高生产效率。
如图1所示，本发明的线体节拍采集及分析方法包括以下步骤：
S11、将工艺路线包含的多个工序的按照实际执行的先后顺序导入上位机系统，其中，每个工序为一条记录，每条记录具有相同的字段序列，所述字段序列：工序名称/设备名称/工序时长/依赖关系。
S12、对工艺路线包含的多个工序一一进行在线数据采集，并对该工序下设备动作流程进行分解，提取开始和结束的信号点，并记录下该信号产生时对应的时间戳；并且以时间戳数组的形式进行存储，然后在每个循环生产周期结束时，将存储在缓存区的时间戳数组转化为整数数组发送给上位机系统。
S13、利用上位机系统将导入的工艺路线转化为理论工序节拍甘特图，和利用上位机系统将采集上传的数据转化为实际工序节拍甘特图。
S14、在显示单元的用户交互界面中将同一工序的理论和实际甘特图对比显示，若实际开始时间晚于理论时间则在甘特图开始处将延迟的时长以设定颜色标注；若实际节拍时长要长于理论节拍时长，则在甘特图结尾处将超时部分以设定颜色标注。
下面以焊装线为例对本方法各步骤进行详细说明。
理论工艺路线和理论时长的导入：按照工位划分，采用标准模板(csv格式)，依据规划的工艺路线依次录入工序名称/设备名称/工序时长/依赖关系(参见图2)，我们称之该工位的工艺路线，将该文档导入系统中。
工艺路线即一个工位的完整生产流程，它包含多个工序，每个工序都需要按照实际执行的先后顺序进行编码。
这里的工序划分要求为该工位下由唯一设备完成的不可拆分的最小流程。工序名称要求能体现该工序的功能，设备名称为完成该工序的唯一设备的编码。工序时长为从该工序开始到结束的所花费时间。依赖关系是指工序与工序之间的时间关系。这里包含2种关系:开始延时N秒执行与结束延时N秒执行，(N≥0)(参见图3和图4)。
根据导入的工艺路线，焊装线控制器(一般为PLC)进行对应的离散式采集。主要分为以下两步工作：
工艺路线中包含的所有工序，都由PLC进行数据采集。以单个工序为例：PLC分解该工序下设备动作流程，提取开始和结束的信号点，并记录下该信号产生时对应的时间戳，即为该工序的开始和结束时间点。这里时间戳以Time of Day的形式存储在PLC的缓存中。其形式为：TOD#H:M:S.MS。
一组相互之间存在依赖关系的工序就组成了工艺路线。PLC将该工艺路线下的所有工序的开始和结束时间以TOD数组的形式进行存储。数组中各元素的排列顺序按照工序的编码顺序进行。
PLC在每个循环生产周期结束时，将存储在缓存区的时间戳数组转化为整数数组发送给上位机系统,以提高传输效率。其转化算法为：(H*3600+M*60+S)*1000+MS
上位系统接收到PLC的采集数据，会经过以下几步的处理：
1)形成理论工序节拍甘特图。导入的工艺路线配置，含工序名称，节拍，执行顺序，依赖关系。据此形成理论节拍甘特图。例如，编号为001的工序，节拍时长为2000ms，执行顺序为第一步，依赖关系无。编号为002的工序，节拍时长为8000ms，执行顺序为第二步，依赖关系为001步完成后延迟执行1000ms。即，若定义第一步开始时间为0，则第二步的开始时间为3000ms，结束时间为11000ms。
2)形成实际工序节拍甘特图。上位机系统接收整数数组型数据后，逆向解析，还原成开始时间戳和结束时间戳数组。通过结束时间戳与开始时间戳相减，获取每个工序完成的节拍时长。以上原始数据及处理后数据均会存储在数据库中，用于后续计算。
上位系统根据工序开始时间戳先后顺序进行排序，并根据节拍时长形成实际工序节拍甘特图。
将同一工序的理论和实际甘特图在同一位置显示(参见图5)，若实际开始时间晚于理论时间则说明该工序延时执行，同时在甘特图开始处将延迟的时长以红色标注；若实际节拍时长要长于理论节拍时长，则说明该工序超时执行，在甘特图结尾处将超时部分以红色标注。通过颜色和长度对比能非常清晰的获取实时的生产状态。
上述甘特图以工序为对象，可以在每个生产循环周期内获取实际生产和理论设计之间的差异，从而快速的进行生产异常状态排查。
对于焊装线来说，工艺连接设备的运行效率是其线体产能的关键。例如，焊枪每分钟焊接点数，铆枪每分钟的铆接点数，胶枪每分钟的涂胶长度，均可以通过上位系统节拍数据采集进行统计与展示。
对一线体而言，其包含的工艺连接设备的工作量是预先定义好的，如焊枪所需焊接总点数，胶枪所需涂胶总长度等，通过采集该设备完成上述工作量所需时间，即可获取该设备单位时间内的工作效率。
以设备为对象，在每个生产循环周期内计算该设备的生产效率，可以监控该设备的生产状态，及时发现异常状态。
如图6所示，本发明还提供了一种线体节拍采集及分析系统，包括导入单元、工序采集单元、上位机单元、以及显示单元。
上述导入单元用于将工艺路线包含的多个工序的按照实际执行的先后顺序导入上位机系统，其中，每个工序为一条记录，每条记录具有相同的字段序列，所述字段序列：工序名称/设备名称/工序时长/依赖关系。
上述工序采集处理单元包括若干个工序采集模块，用于对工艺路线包含的多个工序一一进行在线数据采集，还包括处理模块和存储器，用于对该工序下设备动作流程进行分解，提取开始和结束的信号点，记录下该信号产生时对应的时间戳，并且以时间戳数组的形式进行存储，然后在每个循环生产周期结束时，将存储在缓存区的时间戳数组转化为整数数组发送给上位机系统。
上述上位机系统，用于将导入的工艺路线转化为理论工序节拍甘特图和将采集上传的数据转化为实际工序节拍甘特图。
上述显示单元用于在其用户显示界面中将同一工序的理论和实际甘特图进行对比显示，若实际开始时间晚于理论时间则在甘特图开始处将延迟的时长以设定颜色标注；若实际节拍时长要长于理论节拍时长，则在甘特图结尾处将超时部分以设定颜色标注。
与现有技术相比，本线体节拍采集及分析系统可以通过节拍采集与数据分析给出理论与实际之间的差异，可以快速确认实施是否安装计划执行，以及确认需要整改项。
另外，该系统可以实时监测线体的状态，及时发现生产异常情况，提升产能，避免损失。该系统可以省去人工现场数据采集，提升分析效率。
根据本发明的基于线体节拍采集及分析方法不仅可以集成在工序采集处理单元和上位机系统中，也可以集成在外部的电子设备中，该电子设备可以是服务器，也可以是终端等设备。
其中，服务器可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、网络加速服务(Content Delivery Network，CDN)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。
终端可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、智能音箱、智能手表等。终端以及服务器可以通过有线或无线通信方式进行直接或间接地连接。
本计算机可读存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等，其存储有基于线体节拍采集及分析程序，该程序在执行时用于实现上述基于线体节拍采集及分析方法的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (6)

1.一种线体节拍采集及分析方法，其特征在于，包括：
将工艺路线包含的多个工序的按照实际执行的先后顺序导入上位机系统，其中，每个工序为一条记录，每条记录具有相同的字段序列，所述字段序列：工序名称/设备名称/工序时长/依赖关系；
对工艺路线包含的多个工序一一进行在线数据采集，并对该工序下设备动作流程进行分解，提取开始和结束的信号点，并记录下该信号产生时对应的时间戳；并且以时间戳数组的形式进行存储，然后在每个循环生产周期结束时，将存储的所有时间戳数组转化为整数数组发送给上位机系统；
利用上位机系统将导入的工艺路线转化为理论工序节拍甘特图，和利用上位机系统将采集上传的数据转化为实际工序节拍甘特图；以及
在显示单元的用户交互界面中将同一工序的理论和实际甘特图对比显示，若实际开始时间晚于理论时间则在甘特图开始处将延迟的时长以设定颜色标注；若实际节拍时长要长于理论节拍时长，则在甘特图结尾处将超时部分以设定颜色标注。
2.根据权利要求1所述的线体节拍采集及分析方法，其特征在于，所述利用上位机系统将采集上传的数据转化为实际工序节拍甘特图包括：
利用上位机系统对接收的整数数组型数据进行逆向解析，还原成开始时间戳和结束时间戳数组；
通过结束时间戳与开始时间戳相减，获取每个工序完成的节拍时长，其中，原始数据及处理后数据均会存储在数据库中，用于后续计算；
利用上位机系统根据工序开始时间戳先后顺序进行排序，并根据节拍时长形成实际工序节拍甘特图。
3.根据权利要求1所述的线体节拍采集及分析方法，其特征在于，所述依赖关系是指工序与工序之间的时间关系，包含2种关系：开始延时N秒执行、以及结束延时N秒执行。
4.根据权利要求1所述的线体节拍采集及分析方法，其特征在于，所述工艺路线为汽车焊装线工艺路线，通过焊装线控制器对工艺路线包含的多个工序一一进行数据采集和处理。
5.根据权利要求1所述的线体节拍采集及分析方法，其特征在于，还包括实时监测步骤：若实际开始时间晚于理论时间超出第一设定阈值则进行异常提醒，若实际节拍时长超出理论节拍时长第二设定阈值则进行异常提醒。
6.一种线体节拍采集及分析系统，其特征在于，包括：
导入单元，用于将工艺路线包含的多个工序的按照实际执行的先后顺序导入上位机系统，其中，每个工序为一条记录，每条记录具有相同的字段序列，所述字段序列：工序名称/设备名称/工序时长/依赖关系；
工序采集单元，用于对工艺路线包含的多个工序一一进行在线数据采集，并对该工序下设备动作流程进行分解，提取开始和结束的信号点，并记录下该信号产生时对应的时间戳，并且以时间戳数组的形式进行存储，然后在每个循环生产周期结束时，将存储的所有时间戳数组转化为整数数组发送给上位机系统；
上位机系统，用于将导入的工艺路线转化为理论工序节拍甘特图和将采集上传的数据转化为实际工序节拍甘特图；以及
显示单元，用于在其用户显示界面中将同一工序的理论和实际甘特图进行对比显示，若实际开始时间晚于理论时间则在甘特图开始处将延迟的时长以设定颜色标注；若实际节拍时长要长于理论节拍时长，则在甘特图结尾处将超时部分以设定颜色标注。
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