CN113721567A - 一种基于共享服务的多设备协同生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于共享服务的多设备协同生产方法，属于智能制造及商业模式技术领域。本发明首先将生产设备虚拟化为软件服务资产；然后根据产品生产过程识别出生产流程各环节的生产子任务，形成产品生产流程描述；接着根据生产设备的角色和作用，确定各生产子任务的具体生产设备，形成产品生产设备配置描述；最后根据产品生产流程描述和产品生产设备配置描述，控制各生产设备依序开展协同生产活动，合作生产出产品。本发明综合利用计算机软件微服务技术、IDEF3过程描述方法和机器学习算法，对生产流程进行形式化描述，可对共享生产设备资源进行科学合理配置。

Description

一种基于共享服务的多设备协同生产方法
技术领域
本发明属于智能制造及商业模式技术领域，特别是指一种基于共享服务的多设备协同生产方法。
背景技术
传统制造业的生产设备通常是被企业或者个人独占的，生产设备只能被一家企业或者个人使用，利用率低。另一方面，某一家企业某一时段订单量可能较多，自己拥有的设备不足，造成产品生产进度无法满足交货时间要求。因此，迫切需要一种技术手段对传统生产设备进行改造，使之成为可共用服务资产，能够为所有生产厂商使用，提高生产装备的利用率的同时，也能够提高生产服务的响应速度。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种基于共享服务的多设备协同生产方法，该方法能够对共享生产设备资源进行合理配置，实现针对生产任务的生产设备智能配置与生产，缩短产品的生产时间，充分发挥生产设备的生产能力。
本发明所要解决的技术问题是由以下技术方案实现的：
一种基于共享服务的多设备协同生产方法，包括以下步骤：
(1)根据生产设备的功能和性能，确定各生产设备在产品生产过程中的角色和作用，将生产设备虚拟化为软件服务资产；
(2)对于一个产品生产任务，根据其生产过程识别出生产流程各环节的生产子任务，以及子任务彼此之间的串并行和时序逻辑关系，形成产品生产流程描述；
(3)根据生产设备的角色和作用，确定各生产子任务的具体生产设备，形成产品生产设备配置描述；
(4)根据产品生产流程描述和产品生产设备配置描述，控制各生产设备依序开展协同生产活动，合作生产出产品。
进一步的，步骤(1)的具体方式为：
利用计算机软件微服务技术对生产设备的名称、功能、位置、生产加工的控制参数信息、工作状态信息以及时间属性进行封装，形成微服务组件模块，部署于计算机软件系统中，形成软件服务资产；软件服务资产通过接口与生产设备相连，彼此交互控制指令和生产设备信息。
进一步的，步骤(2)的具体方式为：
采用从最后工序开始逆向反推的方式，识别出生产过程中的各生产子任务及其彼此之间的串并行和时序逻辑关系，利用IDEF3方法描述产品生产流程。
进一步的，步骤(3)中，若一生产子任务同时具有多个具体生产设备可用，则计算每个可选生产设备的综合加工成本，并选择综合加工成本最低的设备作为生产设备；综合加工成本的计算方式为：
score＝w1×f1(加工时长)+w2×f2(加工成本)+w3×f3(运输时长)+w4×f4(运输成本)
其中，score为计算值，w1、w2、w3和w4是权重系数，f1、f2、f3和f4为变化函数，分别将加工时长、加工成本、运输时长和运输成本量化为评估值。
进一步的，步骤(4)的具体方式为：
利用业务流程引擎，按照生产流程的串并行和时序逻辑关系，驱动生产流程各环节的生产设备开展工作，协同合作生产出产品。
本发明的有益效果在于：
1、本发明将生产设备作为共享资源，并虚拟化为软件服务资产，从而能够实现生产设备的智能配置与生产，缩短产品的生产时间，充分发挥生产设备的生产能力，提高生产装备的使用效率，提高生产服务的响应速度。
2、本发明综合利用计算机软件微服务技术、IDEF3过程描述方法和机器学习算法，对生产流程进行形式化描述，可对共享生产设备资源进行合理配置。
附图说明
图1为本发明实施例中多设备协同生产方法的流程图。
图2为本发明实施例中利用IDEF3方法描述的生产时序图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
一种基于共享服务的多设备协同生产方法，包括以下步骤：
(1)根据生产设备的功能和性能，确定各生产设备在产品生产过程中的角色和作用，将生产设备虚拟化为软件服务资产；
(2)对于一个产品生产任务，根据其生产过程识别出生产流程各环节的生产子任务，以及子任务彼此之间的串并行和时序逻辑关系，形成产品生产流程描述；
(3)根据生产设备的角色和作用，确定各生产子任务的具体生产设备，形成产品生产设备配置描述；
(4)根据产品生产流程描述和产品生产设备配置描述，控制各生产设备依序开展协同生产活动，合作生产出产品。
步骤(1)的具体方式为：
利用计算机软件微服务技术对生产装备的名称、功能作用、位置、生产加工的控制参数信息、工作状态信息以及时间属性进行封装，形成微服务组件模块，部署运行于计算机软件系统中，通过接口与生产装备相连，彼此交互控制指令和生产装备信息。
步骤(2)的具体方式为：
采用从最后工序开始逆向反推的方法，识别出潜在的生产子任务及其彼此之间的串并行和时序逻辑关系，利用IDEF3方法描述产品生产流程。
步骤(3)的具体方式为：
在全局范围内综合考虑加工时长、加工成本、运输时长和运输成本，确定生产流程各环节的具体生产装备，形成产品生产装备配置描述。
步骤(4)的具体方式为：
利用业务流程引擎，按照生产流程的串并行和时序逻辑关系，驱动生产流程各环节的生产装备开展工作，协同合作生产出产品。
下面为一个金属饮料瓶盖加工生产的实施例：
金属饮料瓶盖加工生产涉及板材准备、模具冲压和电镀防护三个步骤，其中，板材准备环节由钢板裁剪机完成，模具冲压由模具冲压机完成，电镀防护由电镀机完成，经过上述工序处理后的板材成为瓶盖产品。
如图1所示，本实施例的工作过程包括以下步骤：
(1)根据生产装备的功能和性能，将装备虚拟化为软件服务资产，使硬件装备具有信息化属性，能够彼此交换生产业务信息。
利用计算机软件微服务技术对生产装备的名称、功能作用、所处位置、生产加工的控制参数信息、工作状态信息以及时间属性进行封装，形成标准化的微服务组件模块，部署运行于容器云平台系统中，微服务组件模块通过接口经通信网络与生产设备的控制模块相连，经接口传递两类信息，一类是生产设备生产参数，另一类是设备状态信息。开始生产加工前，经接口将生产设备生产参数设置完成，并开始生产，生产过程中的设备状态信息通过接口反馈给微服务组件模块，再通过人机交互界面展现给操作人员。
以板材准备为例，与其对应的微服务组件模块发送的生产参数信息包括：材料轮廓多边形、板材厚度和切割速度，接收的设备状态信息包括：生产开始时间、生产结束时间、剩余生产时间和设备工作状态。
(2)识别潜在的生产子任务及其彼此之间的串并行和时序逻辑关系，形成产品生产流程描述。
金属饮料瓶盖加工生产涉及板材准备、模具冲压和电镀防护三个步骤，其中。板材准备环节由钢板裁剪机完成，钢板裁剪机具备裁剪和边缘打磨两项功能，裁剪功能负责从钢板原材料上切割下所需大小的板材；边缘打磨功能负责将切割下来的板材边缘打磨光滑。模具冲压由模具冲压机完成。电镀防护由电镀机完成，电镀机具备电镀和烘干作用，经过上述工序处理后的板材成为瓶盖产品。
利用IDEF3方法描述的生产时序关系为：①钢板裁剪；②边缘打磨；③模具冲压；④电镀；⑤烘干，参见图2。
(3)在全局范围内综合考虑加工时长、加工成本、运输时长和运输成本，确定生产流程各环节的具体生产装备，形成产品生产装备配置描述。
在智能制造环境下，具备钢板裁剪、边缘打磨、模具冲压、电镀和烘干能力的设备分散在不同位置的不同企业里。利用以下公式计算各个生产环节的每一个可选共享生产装备的综合加工成本，
score＝w1×f1(加工时长)+w2×f2(加工成本)+w3×f3(运输时长)+w4×f4(运输成本)
以选择钢板裁剪设备为例，假设全局范围内共有A和B，2台钢板裁剪机可供选择。A钢板裁剪机和B钢板裁剪机的加工时长、加工成本、运输时长、运输成本如下表所示：
A钢板裁剪机 B钢板裁剪机
加工时长 10秒钟 30秒钟
加工成本 10元 15元
运输时长 1小时 2小时
运输成本 5元 8元
假设w1、w2、w3和w4都为0.1，f1、f2、f3、f4都为
Figure BDA0003199726120000061
scoreA＝3.72505
ScoreB＝3.88046
因此，应选择成本低的A钢板裁剪机进行生产。
(4)根据产品生产调度描述，控制各生产装备依序开展协同生产活动，协同合作生产出产品。
利用容器云平台Kubernetes编排、调度、控制分布在各地的生产装备依序开展协同生产活动，协同合作生产出金属饮料瓶盖。

Claims (5)

1.一种基于共享服务的多设备协同生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据生产设备的功能和性能，确定各生产设备在产品生产过程中的角色和作用，将生产设备虚拟化为软件服务资产；
(2)对于一个产品生产任务，根据其生产过程识别出生产流程各环节的生产子任务，以及子任务彼此之间的串并行和时序逻辑关系，形成产品生产流程描述；
(3)根据生产设备的角色和作用，确定各生产子任务的具体生产设备，形成产品生产设备配置描述；
(4)根据产品生产流程描述和产品生产设备配置描述，控制各生产设备依序开展协同生产活动，合作生产出产品。
2.根据权利要求1所述的一种基于共享服务的多设备协同生产方法，其特征在于，步骤(1)的具体方式为：
利用计算机软件微服务技术对生产设备的名称、功能、位置、生产加工的控制参数信息、工作状态信息以及时间属性进行封装，形成微服务组件模块，部署于计算机软件系统中，形成软件服务资产；软件服务资产通过接口与生产设备相连，彼此交互控制指令和生产设备信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于共享服务的多设备协同生产方法，其特征在于，步骤(2)的具体方式为：
采用从最后工序开始逆向反推的方式，识别出生产过程中的各生产子任务及其彼此之间的串并行和时序逻辑关系，利用IDEF3方法描述产品生产流程。
4.根据权利要求1所述的一种基于共享服务的多设备协同生产方法，其特征在于，步骤(3)中，若一生产子任务同时具有多个具体生产设备可用，则计算每个可选生产设备的综合加工成本，并选择综合加工成本最低的设备作为生产设备；综合加工成本的计算方式为：
score＝w1×f1(加工时长)+w2×f2(加工成本)+w3×f3(运输时长)+w4×f4(运输成本)
其中，score为计算值，w1、w2、w3和w4是权重系数，f1、f2、f3和f4为变化函数，分别将加工时长、加工成本、运输时长和运输成本量化为评估值。
5.根据权利要求1所述的一种基于共享服务的多设备协同生产方法，其特征在于，步骤(4)的具体方式为：
利用业务流程引擎，按照生产流程的串并行和时序逻辑关系，驱动生产流程各环节的生产设备开展工作，协同合作生产出产品。
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