CN114626955A - 一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统 - Google Patents

一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统 Download PDF

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CN114626955A
CN114626955A CN202210291772.XA CN202210291772A CN114626955A CN 114626955 A CN114626955 A CN 114626955A CN 202210291772 A CN202210291772 A CN 202210291772A CN 114626955 A CN114626955 A CN 114626955A
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刘伟
赵建标
王义汉
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Hefei Jinren Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统,该系统包括产线管理模块、安防管理模块、管理自评估算法模块；产线管理模块包块产能控制组件、零件配送组件、厂房整体控制组件、厂房管理组件；安防管理模块对物料、半成品、成品进行生产全过程的跟踪与管理，管理自评估算法模块利用深度学习算法将最小二乘的工厂管理数据作为分层树的输入，通过分层树确定最小二乘的工厂管理评估结果的权值，根据权值得到工厂管理评价结果，本发明对工厂提出模块化管理体系，从物料、半成品、成品进行一些列的管理，同时提出了自评价管理方法，利用算法对智慧工厂系统进行评估，从而提高了工厂的管理水平。

Description

一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统
技术领域
本发明涉及工厂管理的领域,尤其涉及一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统。
背景技术
智慧工厂是高度数字化的联网生产环境，以数字化工厂为基础，利用互联网、物联网、大数据等技术，改变固化的生产体系，加强信息管理。智慧工厂包含制造资源控制、现场运行监管、物流过程管控、生产执行跟踪、质量工作监督等工厂运营管理等多方面，通过利用MES、QMS、ERP、SCM等系统的集成以及对自动化设备智慧工厂管理系统进行数据对接，打造企业的智慧工厂管理平台，实现制造管理的统一化与数字化。智慧工厂不仅能清楚掌握产销流程、提高生产过程的可控性、减少生产过程的人工干预、及时采集生产数据，还能合理编排生产计划，构建高效、节能、环保、舒适的人性化工厂。
专利CN201810156815.7公开了一种基于AR的工厂实时数据展示方法及系统该方法包括：建立与待展示设备唯一对应的图像标识；建立图像标识与对应设备的实时信息映射表；获取环境图像，并对环境图像中的图像标识进行识别；将识别的图像标识对应设备的实时信息，通过三维叠加方式叠加显示在环境图像中。该发明将现实信息和虚拟信息叠加到同一画面中进行显示。
但是该发明并未提出智慧工厂是如何通过各个模块进行有效管理，并且也未建立一个评价体系，评价出智慧工厂系统的管理水平。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足,本发明提供一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统。
本发明所采用的技术方案是该系统包括产线管理模块、安防管理模块、管理自评估算法模块；所述产线管理模块包块产能控制组件、零件配送组件、厂房整体控制组件、厂房管理组件，该模块以生产全过程管理为核心，闭环反馈产品检测、质量检验和分析、生产物流数据；所述安防管理模块对物料、半成品、成品进行生产全过程的跟踪与管理；所述管理自评估算法模块利用深度学习算法将最小二乘的工厂管理数据作为分层树的输入，通过分层树的学习确定最小二乘的工厂管理评估结果。
进一步地，所述产能控制组件，包括设备控制单元、实时测量单元、座位信息匹配单元、安全生产单元和物料装配单元；设备控制单元配有环境数据采集传感器、设备数据采集传感器、零件识别传感器、人机交互界面，具备正反馈与负反馈功能，接收系统的指令控制，按照系统指令对设备进行加工组装；实时测量单元由红外线扫描传感器、超清监控传感器组成，对加工完成的产品进行识别和检测、分类、分析和统计，并将数据传输给系统；座位信息匹配单元配有人机交互显示屏，利用人机交互显示屏反馈座位资料需求，查看座位的清单、检测文件，并为人工参与的生产环节及活动提供作业指导；安全生产单元配有报警联动装置，短信通知按钮，接收来自设备的故障信息和手动报警信息，传送报警信息；物料装配单元利用自动化机器人对物料进行装料和输送。
进一步地，所述零件配送组件由库房管理单元、配送单元组成；库房管理单元包括库房、货架、自动分拣机器人组成，对进出库房的零件进行统计控制；配送单元利用传送带、轨道车、叉车进行配送，根据工位的零件需求，利用红外线扫描对物料、半成品在各工位流转的自动识别和跟踪定位，及根据工位零件实时呼叫和信息传达，安排零件配送。
进一步地，所述厂房管理组件包括显示单元、监控单元；显示单元利用显示器、ZigBee网关，将物料、半成品、成品数据实时显示在LCD显示屏上；监控单元由云台、摄像机、红外摄像机、远程控制器组成，对生产系统进行监控、故障发现和报警。
进一步地，所述安防管理模块包括标签单元、报警单元、误改单元；标签单元利用标签生成设备对物料、半成品、成品生成唯一的标签码进行管理；报警单元利用报警器、报警灯对生产设备的状况、生产加工的情况进行报警或提示；误改单元对物料、半成品、成品的作业失误进行管理。
进一步地，利用最小二乘构建工厂管理评价模型：
Figure 745278DEST_PATH_IMAGE001
式中：
Figure 632463DEST_PATH_IMAGE002
为工厂管理评估结果，
Figure 456062DEST_PATH_IMAGE003
为评估误差，y为评估函数，
Figure 968952DEST_PATH_IMAGE004
为管理水平，
Figure 194397DEST_PATH_IMAGE005
为管理水平浮动值，
Figure 252483DEST_PATH_IMAGE006
为浮动率，
Figure 828958DEST_PATH_IMAGE007
为厂房管理水平，
Figure 489746DEST_PATH_IMAGE008
为厂房管理系数。
进一步地，在工厂管理评价模型建立后，构建约束参量指标分析模型,表达式为：
Figure 694332DEST_PATH_IMAGE009
式中：Q为约束特征信息的熵特征，
Figure 313532DEST_PATH_IMAGE010
为特征初值，
Figure 721510DEST_PATH_IMAGE011
为特征值，M为所有厂房管理时长，m为单个厂房管理时长，
Figure 451569DEST_PATH_IMAGE012
为所有厂房的熵特征系数，t为对所有厂房管理的总时长。
利用最小二乘求解工厂管理水平能力，表达式为：
Figure 510661DEST_PATH_IMAGE013
式中：
Figure 35183DEST_PATH_IMAGE014
为管理水平的估计值，评估大数据分布时间序列中由
Figure 320671DEST_PATH_IMAGE015
表示实部，评估约束指标序列的虚部由
Figure 464207DEST_PATH_IMAGE016
表示，
Figure 253172DEST_PATH_IMAGE017
为估计函数，e是自然数，j为虚数，
Figure 338808DEST_PATH_IMAGE018
为管理水平的振幅,
Figure 846013DEST_PATH_IMAGE019
为估计误差，由此得出系统在工厂数据利用率的表达式：
Figure 652295DEST_PATH_IMAGE020
式中：W为资源利用率，η表示利用系数，
Figure 702291DEST_PATH_IMAGE021
为采集的工厂各项管理数据；
进一步地，在计算出工厂数据利用率后，构建分层树，工厂管理评估的主成分特征量的建立利用数据分析方法实现，表达式为：
Figure 568616DEST_PATH_IMAGE022
Figure 953329DEST_PATH_IMAGE023
表示评估管理能力的特征向量；中心向量由
Figure 297723DEST_PATH_IMAGE024
表示，
Figure 202225DEST_PATH_IMAGE025
分层树的总层数值，
Figure 973872DEST_PATH_IMAGE026
分层树的第一层数值，t为时间，N分层树总层数，对管理能力评估指标参数进行整合和评价，得出评估结果，表示式为：
Figure 721248DEST_PATH_IMAGE027
式中：λ表示采集的工厂单项数据平均值，a表示工厂单项数据标准值，
Figure 259546DEST_PATH_IMAGE028
表示评估结果，
Figure 143188DEST_PATH_IMAGE029
为评估过程，
Figure 226682DEST_PATH_IMAGE030
为评估系数。
本发明提出了一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统，对工厂的提出模块化管理体系，从物料、半成品、成品进行一些列的管理，同时提出了自评价管理方法，利用算法对智慧工厂系统进行评估，从而提高了工厂的管理水平，可进行大规模推广。
附图说明
图1为本发明系统模块图；
图2为本发明的算法评价流程图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合,下面结合附图和有具体实施例对本申请作进一步详细说明。
一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统，工厂管理系统通常包括感知层、网络层、混合云、平台层、应用层、信息安全运维体系内容感知层；通过各类传感器等设备，采集传感器数据，借助DTU、5G网关等自主可控的设备传输数据到数据解析服务，兼容支持通用串行通信协议、用户数据报协议、传输控制协议、过程控制的对象连接与嵌入标准、实时数据访问规范/统一架构、消息队列遥测传输、WebSocket等标准协议和私有协议。
网络层：通过工厂内部的利用4G、5G等网络，实现厂区设备实时数据采集与控制；利用专网私密性的特点，数据采集结合具体实际情况，因地制宜、最大可能减少成本、在不影响正常生产活动的情况下进行MES系统的改造。
应用层：借助平台提供的基础支撑服务和数据接口，采用多租户与云计算SAAS平台技术，开发数据隔离的应用层软件，确保隐私安全。
应用云计算与虚拟化等技术，结合私有云的私密性与安全性以及公有云的弹性伸缩、灵活扩展、异地多活能力，打造基于混合云技术的工业互联网基础设施即服务平台，为工业互联网平台以及业务应用提供支撑。支持水平扩展与负载均衡，保障系统的可用性与分区容错性。
如图1所示，对感知层、网络层、混合云、平台层、应用层、信息安全运维体系内容感知层进行模块化，智慧工厂管理系统包括产线管理模块、安防管理模块、管理自评估算法模块；所述产线管理模块包块产能控制组件、零件配送组件、厂房整体控制组件、厂房管理组件，该模块以生产全过程管理为核心，闭环反馈产品检测、质量检验和分析、生产物流数据，各组件通过现场总线进行网络连接和数据通信，并基于工业以太网连接MES等上层系统；所述安防管理模块对物料、半成品、成品进行生产全过程的跟踪与管理；所述管理自评估算法模块利用深度学习算法将最小二乘的工厂管理数据作为分层树的输入，通过分层树的学习确定最小二乘的工厂管理评估结果。
产能控制组件，包括设备控制单元、实时测量单元、座位信息匹配单元、安全生产单元和物料装配单元；设备控制单元配有环境数据采集传感器、设备数据采集传感器、零件识别传感器、人机交互界面，具备正反馈与负反馈功能，接收系统的指令控制，按照系统指令对设备进行加工组装，具备数据接口及控制器，可接受并执行控制系统的命令，反馈状态和数据至控制系统，并通过工业以太网互相传递；实时测量单元由红外线扫描传感器、超清监控传感器组成，对加工完成的产品进行识别和检测、分类、分析和统计，并将数据传输给系统；座位信息匹配单元配有人机交互显示屏，利用人机交互显示屏反馈对于工件、物料、辅助工具、计划文件、作业指导等需求，查看工位的生产计划、生产任务、生产文件、工艺文件、物料及工具清单、检测文件，并为人工参与的生产环节及活动提供作业指导；安全生产单元配有报警联动装置包括警示灯、扬声器、急停按钮，短信通知按钮，接收来自设备的故障信息和手动报警信息，传送报警信息；物料装配单元利用自动化机器人对物料进行装料和输送。
零件配送组件实现物料出库、半成品的流转、成品入库、工装/工具的流转等环节配送时间、地点的精准化，实现进出库、运输的自动化。由库房管理单元、配送单元组成；库房管理单元包括库房、货架、自动分拣机器人组成，对进出库房的零件进行统计控制；配送单元利用传送带、轨道车、叉车进行配送，根据工位的零件需求，利用红外线扫描对物料、半成品在各工位流转的自动识别和跟踪定位，及根据工位零件实时呼叫和信息传达，安排零件配送。
厂房管理组件包括显示单元、监控单元；显示单元利用显示器、ZigBee网关，将物料、半成品、成品数据实时显示在LCD显示屏上；监控单元由云台、摄像机、红外摄像机、远程控制器组成，对生产系统进行监控、故障发现和报警，从而提高产品质量和作业效率。
安防管理模块包括标签单元、报警单元、误改单元；标签单元利用标签生成设备对物料、半成品、成品生成唯一的标签码进行管理；报警单元利用报警器、报警灯对生产设备的状况、生产加工的情况进行报警或提示；误改单元对物料、半成品、成品的作业失误进行管理。
如图2所示，利用最小二乘构建工厂管理评价模型：
Figure 195775DEST_PATH_IMAGE031
式中：
Figure 881971DEST_PATH_IMAGE002
为工厂管理评估结果，
Figure 10333DEST_PATH_IMAGE032
为评估误差，y为评估函数，
Figure 795886DEST_PATH_IMAGE004
为管理水平，
Figure 252276DEST_PATH_IMAGE005
为管理水平浮动值，
Figure 866796DEST_PATH_IMAGE006
为浮动率，
Figure 725031DEST_PATH_IMAGE007
为厂房管理水平，
Figure 274961DEST_PATH_IMAGE008
为厂房管理系数。
在工厂管理评价模型建立后，构建约束参量指标分析模型,表达式为：
Figure 94013DEST_PATH_IMAGE009
式中：Q为约束特征信息的熵特征，
Figure 387591DEST_PATH_IMAGE010
为特征初值，
Figure 959386DEST_PATH_IMAGE011
为特征值，M为所有厂房管理时长，m为单个厂房管理时长，
Figure 945797DEST_PATH_IMAGE033
为所有厂房的熵特征系数，t为对所有厂房管理的总时长。
利用最小二乘求解工厂管理水平能力，表达式为：
Figure 252144DEST_PATH_IMAGE034
式中：
Figure 349413DEST_PATH_IMAGE014
为管理水平的估计值，评估大数据分布时间序列中由
Figure 41295DEST_PATH_IMAGE015
表示实部，评估约束指标序列的虚部由
Figure 198607DEST_PATH_IMAGE016
表示，
Figure 992250DEST_PATH_IMAGE017
为估计函数，e是自然数，j为虚数，
Figure 627631DEST_PATH_IMAGE018
为管理水平的振幅,
Figure 439598DEST_PATH_IMAGE019
为估计误差，由此得出系统在工厂数据利用率的表达式：
Figure 767811DEST_PATH_IMAGE020
式中：W为资源利用率，η表示利用系数，
Figure 783172DEST_PATH_IMAGE021
为采集的工厂各项管理数据；
在计算出工厂数据利用率后，构建分层树，工厂管理评估的主成分特征量的建立利用数据分析方法实现，表达式为：
Figure 487823DEST_PATH_IMAGE022
Figure 764083DEST_PATH_IMAGE023
表示评估管理能力的特征向量；中心向量由
Figure 387831DEST_PATH_IMAGE024
表示，
Figure 749543DEST_PATH_IMAGE025
分层树的总层数值，
Figure 602092DEST_PATH_IMAGE026
分层树的第一层数值，t为时间，N分层树总层数，对管理能力评估指标参数进行整合和评价，得出评估结果，表示式为：
Figure 264018DEST_PATH_IMAGE027
式中：λ表示采集的工厂单项数据平均值，a表示工厂单项数据标准值，
Figure 58667DEST_PATH_IMAGE028
表示评估结果，
Figure 173254DEST_PATH_IMAGE029
为评估过程，
Figure 688549DEST_PATH_IMAGE030
为评估系数。
智慧工厂管理系统实施阶段，主要工作是：做好数据迁移和智慧工厂管理系统验证工作，配合企业用户制定和发布需要的制度和规范；其中要特别重视知识的转移，重点抓好智慧工厂管理系统使用培训和不同用户对于智慧工厂管理系统应用方式的掌握；对于有关智慧工厂管理系统内部功能、设计的返工的问题，要进行全盘考虑，充分测试，尽量减少出现关联BUG。
本发明提出了一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统，对工厂的提出模块化管理体系，从物料、半成品、成品进行一些列的管理，同时提出了自评价管理方法，利用算法对智慧工厂系统进行评估，从而提高了工厂的管理水平，可进行大规模推广。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解的是,在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (8)

1.一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统，其特征在于,该系统包括产线管理模块、安防管理模块、管理自评估算法模块；所述产线管理模块包块产能控制组件、零件配送组件、厂房整体控制组件、厂房管理组件，该模块以生产全过程管理为核心，闭环反馈产品检测、质量检验和分析、生产物流数据；所述安防管理模块对物料、半成品、成品进行生产全过程的跟踪与管理；所述管理自评估算法模块利用深度学习算法将最小二乘的工厂管理数据作为构建分层树的输入，通过分层树确定最小二乘的工厂管理评估结果。
2.如权利要求1所述的一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统，其特征在于，所述产能控制组件，包括设备控制单元、实时测量单元、座位信息匹配单元、安全生产单元和物料装配单元；设备控制单元配有环境数据采集传感器、设备数据采集传感器、零件识别传感器、人机交互界面，具备正反馈与负反馈功能，接收系统的指令控制，按照系统指令对设备进行加工组装；实时测量单元由红外线扫描传感器、超清监控传感器组成，对加工完成的产品进行识别和检测、分类、分析和统计，并将数据传输给系统；座位信息匹配单元配有人机交互显示屏，利用人机交互显示屏反馈座位资料需求，查看座位的清单、检测文件，并为人工参与的生产环节及活动提供作业指导；安全生产单元配有报警联动装置，短信通知按钮，接收来自设备的故障信息和手动报警信息，传送报警信息；物料装配单元利用自动化机器人对物料进行装料和输送。
3.如权利要求1所述的一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统，其特征在于，所述零件配送组件由库房管理单元、配送单元组成；库房管理单元包括库房、货架、自动分拣机器人组成，对进出库房的零件进行统计控制；配送单元利用传送带、轨道车、叉车进行配送，根据工位的零件需求，利用红外线扫描对物料、半成品在各工位流转的自动识别和跟踪定位，及根据工位零件实时呼叫和信息传达，安排零件配送。
4.如权利要求1所述的一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统，其特征在于，所述厂房管理组件包括显示单元、监控单元；显示单元利用显示器、ZigBee网关，将物料、半成品、成品数据实时显示在LCD显示屏上；监控单元由云台、摄像机、红外摄像机、远程控制器组成，对生产系统进行监控、故障发现和报警。
5.如权利要求1所述的一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统，其特征在于，所述安防管理模块包括标签单元、报警单元、误改单元；标签单元利用标签生成设备对物料、半成品、成品生成唯一的标签码进行管理；报警单元利用报警器、报警灯对生产设备的状况、生产加工的情况进行报警或提示；误改单元对物料、半成品、成品的作业失误进行管理。
6.如权利要求1所述的一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统，其特征在于，利用最小二乘构建工厂管理评价模型：
Figure 319345DEST_PATH_IMAGE001
式中：
Figure 247986DEST_PATH_IMAGE002
为工厂管理评估结果，
Figure 727640DEST_PATH_IMAGE003
为评估误差，y为评估函数，
Figure 399930DEST_PATH_IMAGE004
为管理水平，
Figure 163487DEST_PATH_IMAGE005
为管理水平浮动值，
Figure 246718DEST_PATH_IMAGE006
为浮动率，
Figure 259674DEST_PATH_IMAGE007
为厂房管理水平，
Figure 220808DEST_PATH_IMAGE008
为厂房管理系数。
7.如权利要求6所述的一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统，其特征在于，在工厂管理评价模型建立后，构建约束参量指标分析模型,表达式为：
Figure 635608DEST_PATH_IMAGE009
式中：Q为约束特征信息的熵特征，
Figure 824494DEST_PATH_IMAGE010
为特征初值，
Figure 590325DEST_PATH_IMAGE011
为特征值，M为所有厂房管理时长，m为单个厂房管理时长，
Figure 542101DEST_PATH_IMAGE012
为所有厂房的熵特征系数，t为对所有厂房管理的总时长；
利用最小二乘求解工厂管理水平能力，表达式为：
Figure 827720DEST_PATH_IMAGE013
式中：
Figure 206748DEST_PATH_IMAGE014
为管理水平的估计值，评估大数据分布时间序列中由
Figure 709143DEST_PATH_IMAGE015
表示实部，评估约束指标序列的虚部由
Figure 199030DEST_PATH_IMAGE016
表示，
Figure 854002DEST_PATH_IMAGE017
为估计函数，e是自然数，j为虚数，
Figure 154665DEST_PATH_IMAGE018
为管理水平的振幅,
Figure 629508DEST_PATH_IMAGE019
为估计误差，由此得出系统在工厂数据利用率的表达式：
Figure 923086DEST_PATH_IMAGE020
式中：W为资源利用率，η表示利用系数，
Figure 888025DEST_PATH_IMAGE021
为采集的工厂各项管理数据。
8.如权利要求7所述的一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统，其特征在于，在计算出工厂数据利用率后，构建分层树，工厂管理评估的主成分特征量的建立利用数据分析方法实现，表达式为：
Figure 671173DEST_PATH_IMAGE022
Figure 836575DEST_PATH_IMAGE023
表示评估管理能力的特征向量；中心向量由
Figure 684577DEST_PATH_IMAGE024
表示，
Figure 48562DEST_PATH_IMAGE025
分层树的总层数值，
Figure 940294DEST_PATH_IMAGE026
分层树的第一层数值，t为时间，N分层树总层数，对管理能力评估指标参数进行整合和评价，得出评估结果，表示式为：
Figure 842260DEST_PATH_IMAGE027
式中：λ表示采集的工厂单项数据平均值，a表示工厂单项数据标准值，
Figure 274379DEST_PATH_IMAGE028
表示评估结果，
Figure 961712DEST_PATH_IMAGE029
为评估过程，
Figure 837395DEST_PATH_IMAGE030
为评估系数。
CN202210291772.XA 2022-03-24 2022-03-24 一种基于增强现实技术的智慧工厂管理系统 Withdrawn CN114626955A (zh)

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