CN113887964B - 一种基于人机法的生产线仿真系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于人机法的生产线仿真系统，涉及生产制造技术领域，分别获取人机结合岗位的设备的一个运行周期的时长和操作人员的标准动作周期的时长，然后判断设备是否处于满负荷状态；当设备达到满负荷状态时，则表示在生产过程中，操作人员在完成一个产品的生产动作周期后，需要等待设备，存在人员等待浪费；当设备未达到满负荷状态时，则表示设备在完成对一个产品的生产后，存在空档期，从而造成设备生产效率的浪费，然后通过生产规划端对操作人员和设备进行调整，使得操作人员和设备之间的配合效率能够大大提升，避免出现“机等人”或“人等机”的情况出现，从而导致操作人员和设备的生产能力无法得到最大化的利用。

Description

一种基于人机法的生产线仿真系统
技术领域
本发明属于生产制造技术领域，具体是一种基于人机法的生产线仿真系统。
背景技术
生产线布局设计是工业工程研究和实践的重要方向，长期以来，生产线的布局设计一直被当作智能工厂实现的关键设计任务之一，它是将加工设备、物料搬运设备、工作单元和车间通道等制造资源合理地放置在一个有限的生产空间内的过程；随着计算机技术的发展，当前生产线的布局设计借助仿真系统成为一种可行与有效的方法；
现有的生产线在进行布局时，往往会对人机结合部分忽略，从而导致最终的结果为在实际生产过程中，可能会出现设备产能与操作人员之间无法很好的配合，即出现“机等人”或“人等机”的情况出现，为此，现提供一种基于人机法的生产线仿真系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于人机法的生产线仿真系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于人机法的生产线仿真系统，包括仿真平台，所述仿真平台与动作数据库、产线数据库、生产资源输入端、生产模拟分析端以及生产规划端之间通信连接；
所述动作数据库包括设备动作数据子库和人员动作数据子库，分别用于记录每种设备的运动过程以及操作人员的动作内容；
所述产线数据库，用于建立生产线模型；
所述生产资源输入端，用于对生产线运行参数和生产需求进行编辑；
所述生产模拟分析端，用于对人机结合岗位进行分析；
所述生产规划端，用于根据操作人员和设备之间的配合情况，对操作人员和设备进行调整。
进一步的，所述设备动作数据子库记录设备的运动过程的方法具体包括：建立设备信息子集，在设备信息子集内设置设备信息录入端口和设备动作录入端口；将设备的基本信息通过设备信息录入端口录入至设备信息子集内，然后读取设备的运行源代码，将运行源代码中的停顿节点进行标记；将停顿节点按照先后顺序进行排序，并标记每个停顿节点所使用的时间。
进一步的，所述人员动作数据子库记录操作人员的动作内容的具体过程包括：拍摄熟练操作工进行操作的过程视频；将视频进行逐帧分析，将开始出现的操作动作以及时刻标记为初始动作和初始时间；当出现下一个重复的初始动作时，再次记录对应的时间为结束时间；将初始时间和结束时间之间的这段时长记为一个动作周期，获得若干个动作周期并记录每个动作周期的时长；将一个周期内的所有动作分解为若干个动作单元，并记录每个动作单元的持续时间。
进一步的，生产线模型具体建立过程包括：通过Unity3D软件建立生产线模型，在生产线模型上按照实际情况标注设备所对应的位置；在生产线模型上标注每个操作工位，将需要进行人机结合操作的操作工位以及设备进行高亮标记；生成生产线运行参数编辑端口，将生产线运行参数编辑端口与生产线模型进行链接。
进一步的，对生产线运行参数的编辑过程具体包括：将每个操作工位对应的标准动作周期输入至对应操作工位，将设备每个停顿节点的时长输入至对应的设备；输入产线节拍，并根据产线节拍，在生产线模型上设置固定数量的待加工产品，所述标准动作周期为操作工所有的动作周期所用时长的中值。
进一步的，对生产需求的编辑过程包括以下步骤：对每个工位所需要的人数进行设置；对特殊工种岗位进行标记，对人机结合岗位进行标记，并将人机结合岗位的相关数据发送至生产模拟分析端。
进一步的，生产模拟分析端的分析过程包括：分别获取人机结合岗位的设备的一个运行周期的时长和操作人员的标准动作周期的时长，从而判断设备是否为满负荷状态；并将分析结果发送至生产规划端。
进一步的，生产规划端对操作人员和设备进行调整的过程包括：当设备不处于满负荷状态时，获得设备等待时长，当设备等待时长小于第一个动作单元的时长时，则表示操作人员的操作内容安排合理，无需对设备和操作人员进行调整；当设备等待时间大于k-1个连续动作单元的时长时，则表示操作人员的操作内容安排过多，其中k＞1，且k为整数；当设备处于满负荷状态时，获得操作人员等待时长，然后通过调整产线节拍，从而缩短操作人员等待时长。
本发明的有益效果：分别获取人机结合岗位的设备的一个运行周期的时长和操作人员的标准动作周期的时长，然后判断设备是否处于满负荷状态；当设备达到满负荷状态时，则表示在生产过程中，操作人员在完成一个产品的生产动作周期后，需要等待设备，存在人员等待浪费；当设备未达到满负荷状态时，则表示设备在完成对一个产品的生产后，存在空档期，从而造成设备生产效率的浪费，然后通过生产规划端对操作人员和设备进行调整，使得操作人员和设备之间的配合效率能够大大提升，避免出现“机等人”或“人等机”的情况，从而导致操作人员和设备的生产能力无法得到最大化的利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为一种基于人机法的生产线仿真系统的原理框图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于人机法的生产线仿真系统，包括仿真平台、动作数据库、产线数据库、生产资源输入端、生产模拟分析端以及生产规划端；
所述仿真平台与动作数据库、产线数据库、生产资源输入端、生产模拟分析端以及生产规划端之间通信连接；
所述动作数据库包括设备动作数据子库和人员动作数据子库，所述设备动作数据子库用于记录每种设备的运动过程，所述人员动作数据子库用于记录操作人员的动作内容；
所述设备动作数据子库记录设备的运动过程的方法具体包括以下步骤：
步骤S1：建立设备信息子集，在设备信息子集内设置设备信息录入端口和设备动作录入端口；
步骤S2：将设备的基本信息通过设备信息录入端口录入至设备信息子集内，并生成设备识别序列；所述设备基本信息包括设备名称、设备编号、设备规格以及设备状态；所述设备状态包括待机、运行以及停机；
步骤S3：将设备的运动过程通过设备动作录入端口录入至设备信息子集内，具体过程包括：
步骤S31：读取设备的运行源代码，将运行源代码中的停顿节点进行标记；
步骤S32：将停顿节点按照先后顺序进行排序，将停顿节点的序号记为i，i＝1，2，……，n，其中n为整数；并对每个停顿节点所使用的时间记为STi；将设备的一个运行周期记为ST周；
步骤S33：将设备识别序列与每个停顿节点进行绑定；
所述人员动作数据子库记录操作人员的动作内容的具体过程包括以下步骤：
步骤R1：选择一名熟练操作工作为模拟对象；
步骤R2：拍摄熟练操作工进行操作的过程视频；
步骤R3：将视频进行逐帧分析，将开始出现的操作动作以及时刻标记为初始动作和初始时间；
步骤R4：当出现下一个重复的初始动作时，再次记录对应的时间为结束时间；
步骤R5：将初始时间和结束时间之间的这段时长记为一个动作周期，以此类推获得m个动作周期，每个动作周期的时长记为ZTj，j＝1，2，……，m，其中m为整数；
步骤R6：对一个周期内的所有动作分解为p个动作单元，并记录每个动作单元的持续时间，将每个动作单元的持续时间标记为DTk，k＝1，2，……，p，p为整数；
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，一个动作单元的持续时间为一个动作单元开始的时刻到下一个动作单元开始的时刻之间的时长，每个动作单元的持续时间通常不超过3s；
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，在对熟练操作工的操作过程进行拍摄时，拍摄的时长至少包括10个动作周期，然后从所有的动作周期中选择其中的中值，从而确定标准动作周期，并记为BT。
所述产线数据库用于建立生产线模型，具体建立过程包括以下步骤：
步骤C1：通过Unity3D软件建立生产线模型，在生产线模型上按照实际情况标注设备所对应的位置；
步骤C2：在生产线模型上标注每个操作工位，将需要进行人机结合操作的操作工位以及设备进行高亮标记；
步骤C3：生成生产线运行参数编辑端口，将生产线运行参数编辑端口与生产线模型进行链接，并将生产线运行参数编辑端口发送至生产资源输入端。
所述生产资源输入端用于对生产线运行参数和生产需求按照需求进行编辑；
其中，对生产线运行参数的编辑过程具体包括以下步骤：
步骤X1：将每个操作工位对应的标准动作周期输入至对应操作工位，将设备每个停顿节点的时长输入至对应的设备；
步骤X2：输入产线节拍，并将产线节拍记为ct秒；需要进一步说明的是，在具体实施过程中，产线节拍的设定规则如下：获取熟练操作工动作周期中的最小周期，记为ZTmin；获取设备最后一个停顿节点的时长，并记为STn，比较ZTmin与STn，当ZTmin≥STn时，则ct＜ZTmin；当ZTmin≤STn时，则ct＜STn；
步骤X3：根据产线节拍，在生产线模型上设置固定数量的待加工产品。
对生产需求的编辑过程包括以下步骤：
步骤Q1：对每个工位所需要的人数进行设置；
步骤Q2：对特殊工种岗位进行标记，其中特殊工种包括检验岗位、特种作业岗位以及人机结合岗位；
步骤Q3：对人机结合岗位进行标记，并将人机结合岗位的相关数据发送至生产模拟分析端。
所述生产模拟分析端用于对人机结合岗位进行分析，具体分析过程包括以下步骤：
步骤F1：分别获取人机结合岗位的设备的一个运行周期的时长ST周和操作人员的标准动作周期的时长BT；
步骤F2：当BT＞ST周时，则表示设备未达到满负荷状态；当BT＜ST周时，则表示设备达到满负荷状态；当BT＝ST周时，则表示设备与操作人员达到最佳配合状态；需要进一步说明的是，在具体实施过程中，当BT＜ST周时，设备达到满负荷状态，则表示在生产过程中，操作人员在完成一个产品的生产动作周期后，需要等待设备，存在人员等待浪费；当BT＞ST周时，设备未达到满负荷状态，则表示设备在完成对一个产品的生产后，存在空档期，从而造成设备生产效率的浪费；
步骤F3：将分析结果发送至生产规划端。
所述生产规划端用于根据操作人员和设备之间的配合情况，对操作人员和设备进行调整，具体过程包括：
步骤G1：当BT＞ST周时，则获取操作人员的一个动作周期内的动作单元，并获取每个动作单元的持续时间DTk；
步骤G2：通过公式DT＝BT-ST周获得设备等待时长DT；通过公式
Figure BDA0003294126570000071
Figure BDA0003294126570000072
获得连续若干个动作单元所需要的总时间ZDk；
步骤G3：当k＝1，且DT≤ZDk时，则表示设备等待时长小于第一个动作单元的时长；在具体实施过程中，当设备等待时长小于第一个动作单元的时长时，则表示操作人员的操作内容安排合理，无需对设备和操作人员进行调整；
步骤G4：当k＞1时，且ZDk＞DT＞ZDk-1时，则表示设备等待时间大于k-1个连续动作单元的时长；在具体实施过程中，当设备等待时间大于k-1个连续动作单元的时长时，则表示操作人员的操作内容安排过多，即可通过增加人员分担部分动作单元，从而消除设备等待时长。
步骤G5：当BT＜ST周时，通过公式RT＝ST周-BT获得操作人员等待时长RT，则调节产线节拍ct，从而缩短人员等待时长RT。
需要进一步说明的是，在具体实施过程中，当人员等待时长RT≥0.5ZDk，且k＝p时，则可以选择增加一台设备，实行双机生产，从而保证产线产能的最大化。
上述公式均是去量化取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况设定。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式；所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方法的目的。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (1)

1.一种基于人机法的生产线仿真系统，包括仿真平台，其特征在于，所述仿真平台与动作数据库、产线数据库、生产资源输入端、生产模拟分析端以及生产规划端之间通信连接；
所述动作数据库包括设备动作数据子库和人员动作数据子库，分别用于记录每种设备的运动过程以及操作人员的动作内容；
所述产线数据库，用于建立生产线模型；
所述生产资源输入端，用于对生产线运行参数和生产需求进行编辑；
所述生产模拟分析端，用于对人机结合岗位进行分析；
所述生产规划端，用于根据操作人员和设备之间的配合情况，对操作人员和设备进行调整；
所述设备动作数据子库记录设备的运动过程的方法具体包括：建立设备信息子集，在设备信息子集内设置设备信息录入端口和设备动作录入端口；将设备的基本信息通过设备信息录入端口录入至设备信息子集内，然后读取设备的运行源代码，将运行源代码中的停顿节点进行标记；将停顿节点按照先后顺序进行排序，并标记每个停顿节点所使用的时间；
所述人员动作数据子库记录操作人员的动作内容的具体过程包括：拍摄熟练操作工进行操作的过程视频；将视频进行逐帧分析，将开始出现的操作动作以及时刻标记为初始动作和初始时间；当出现下一个重复的初始动作时，再次记录对应的时间为结束时间；将初始时间和结束时间之间的这段时长记为一个动作周期，获得若干个动作周期并记录每个动作周期的时长；将一个周期内的所有动作分解为若干个动作单元，并记录每个动作单元的持续时间；
生产线模型具体建立过程包括：通过Unity3D软件建立生产线模型，在生产线模型上按照实际情况标注设备所对应的位置；在生产线模型上标注每个操作工位，将需要进行人机结合操作的操作工位以及设备进行高亮标记；生成生产线运行参数编辑端口，将生产线运行参数编辑端口与生产线模型进行链接；
对生产线运行参数的编辑过程具体包括：将每个操作工位对应的标准动作周期输入至对应操作工位，将设备每个停顿节点的时长输入至对应的设备；输入产线节拍，并根据产线节拍，在生产线模型上设置固定数量的待加工产品，所述标准动作周期为操作工所有的动作周期所用时长的中值；
对生产需求的编辑过程包括以下步骤：对每个工位所需要的人数进行设置；对特殊工种岗位进行标记，对人机结合岗位进行标记，并将人机结合岗位的相关数据发送至生产模拟分析端；
生产模拟分析端的分析过程包括：分别获取人机结合岗位的设备的一个运行周期的时长和操作人员的标准动作周期的时长，从而判断设备是否为满负荷状态；并将分析结果发送至生产规划端；生产规划端对操作人员和设备进行调整的过程包括：当设备不处于满负荷状态时，获得设备等待时长，当设备等待时长小于第一个动作单元的时长时，则表示操作人员的操作内容安排合理，无需对设备和操作人员进行调整；当设备等待时间大于k-1个连续动作单元的时长时，则表示操作人员的操作内容安排过多，其中k＞1，且k为整数；当设备处于满负荷状态时，获得操作人员等待时长，然后通过调整产线节拍，从而缩短操作人员等待时长。
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