CN117950380A - Mes驱动的工位终端生产过程控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了MES驱动的工位终端生产过程控制系统及方法，涉及工位生产控制技术领域，包括：数据采集与传输模块，用于采集工位终端设备的实时数据，将采集到的数据传输给MES系统；实时生产监控与调度模块，用于根据订单需求和设备生产状态进行生产计划排程；质量管理与追溯模块，用于对生产过程中的设备生产质量进行监测和记录；在线故障诊断与维护模块，用于通过故障诊断策略检测设备故障和异常情况原因，并为用户提供故障诊断和维护建议；数据更新模块，用于当上一订单结束后，更新设备生产状态。本发明实现了生产过程的实时监控和数据共享，在保障设备安全的同时，系统可以根据时间设备情况进行生产计划排程，节约了生产时间。

Description

MES驱动的工位终端生产过程控制系统及方法

技术领域

本发明涉及工位生产控制技术领域，具体为MES驱动的工位终端生产过程控制系统及方法。

背景技术

随着信息技术的发展和普及，制造行业面临着更高的生产要求和更复杂的产品结构，这促使企业采取更先进的生产过程管理系统来提高生产效率、减少生产成本、提高产品质量和增强竞争力，MES是在企业生产过程中进行生产数据、控制信息的采集、处理和传递，从而实现生产计划、执行、控制和监控的综合性信息系统，MES系统在制造企业中被广泛应用，已经成为现代制造企业的重要支撑系统之一。

MES驱动的工位终端生产过程控制系统具有更高的生产自动化水平，能够实现自动化生产过程的监控和控制，有效减少人工干预，提高生产效率，并对生产过程进行全面监控和实时反馈，及时发现生产异常，保证产品质量，能够实现信息共享和数据集成，为企业管理层提供全面、准确的生产数据，为企业决策提供科学依据。

例如现有的公开号为CN106371416A的中国专利公开了一种装配线上的装配控制方法及系统，在待装配设备的装配件到达装配线的预备上线工位时，底层自动化系统向MES发送到达预备上线工位信息以及装配件的属性信息；MES根据本地存储的装配设备配置信息以及其从ERP处获取的当前生产订单判断装配件的属性信息是否与当前生产订单相符，在确定出相符时，形成各装配工位的生产计划信息，底层自动化系统将各装配工位的生产计划信息分别存储在相应装配工位的信息存储单元中；在装配件在各装配工位流转过程中，MES在确定底层自动化系统从相应信息存储单元读取的生产计划信息与本地存储的装配件的生产计划信息相符时，向底层自动化系统发送允许执行装配操作的许可信息。但这种设计没有考虑到设备安全的问题，进而无法自动排除问题设备，为此，本发明提供一种MES驱动的工位终端生产过程控制系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供MES驱动的工位终端生产过程控制系统及方法，以解决上述背景技术中提出的现有的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：MES驱动的工位终端生产过程控制系统，包括：

数据采集与传输模块，用于采集工位终端设备的实时数据，将采集到的数据传输给MES系统；

实时生产监控与调度模块，用于根据订单需求和设备生产状态进行生产计划排程，确定每个工位的作业顺序和时间安排；

质量管理与追溯模块，用于对生产过程中的设备生产质量进行监测和记录；

在线故障诊断与维护模块，用于通过故障诊断策略检测设备故障和异常情况原因，并为用户提供故障诊断和维护建议；

数据更新模块，用于当上一订单结束后，更新设备生产状态，返回所述实时生产监控与调度模块。

本发明进一步改进在于，所述实时生产监控与调度模块中生产计划排程过程包括将所述设备生产状态按照从大到小的顺序列入设备性能序列，其中/>表示第/>个设备的生产状态，/>表示设备总数量，提取所述订单需求数量，将第一批订单需求数量按照从大到小的顺序列入订单需求序列/>，其中/>表示第/>个订单需求数量，/>表示第一批订单数量，/>表示第/>个订单需求数量，将所述设备性能序列和所述订单需求序列一一对应进行生产计划排程，当/>时，设备/>至设备/>处于空闲状态，当/>时，将/>列入待生产序列，在下一批生产订单到达时，更新订单需求序列，表示为，其中/>表示第/>个订单需求数量，/>表示第二批订单数量，再与所述设备性能序列一一对应进行生产计划排程。

本发明进一步改进在于，所述在线故障诊断与维护模块包括故障诊断单元和建议生成单元，所述故障诊断单元用于监测设备电流负载情况、设备温度、压力状态和设备振动威胁，联合所述质量管理与追溯模块中设备生产质量，获得设备生产安全值；所述建议生成单元用于设置设备安全阈值/>，通过对比设备生产安全值和设备安全阈值提供维护建议。

本发明进一步改进在于，所述建议生成单元包括当时，判断为人员异常，定位该设备，系统发出人员核验指令，通知该设备人员再次核验，获得该设备实际工作人员总数，若所述实际工作人员总数小于标准人员数量，则通过系统调遣空闲人员上岗；当时，判断为设备异常，定位该设备，系统将暂停该设备工作，同时通知维修部门，并将该设备从所述设备性能序列中移除。

本发明进一步改进在于，所述数据更新模块将所述设备生产安全值替换所述设备生产状态，实现设备生产状态的更新。

另一方面，本发明提供MES驱动的工位终端生产过程控制方法，包括以下步骤：

S1、提取订单需求和设备生产状态进行生产计划排程，确定每个工位的作业顺序和时间安排；

S2、对设备进行生产监控，通过质量异常监测策略计算设备生产质量系数，设置标准生产质量区间，设置判断函数/>，/>表示第/>个设备生产质量系数，若判断函数/>成立，则进行S4，若判断函数/>不成立，则设置条件函数/>，则运行函数/>后，进行S3；

S3、设置故障诊断策略，根据所述故障诊断策略结果提供维护建议；

S4、当上一订单结束后，更新设备生产状态，返回S1。

本发明进一步改进在于，所述设备生产状态在初始生产时，所有设备生产状态均为设定的设备生产状态初始值，所述设备生产状态初始值/>计算公式为：

；

其中，表示标准设备温度状态，/>表示标准电流负载情况，/>表示设备标准压力状态，/>表示标准设备温度权重，/>表示标准电流负载情况权重，/>表示标准压力状态权重，/>。

本发明进一步改进在于，所述质量异常监测策略具体步骤包括：

S21、获得设备生产一批订单所需时间序列，/>表示第/>个设备生产一批订单所需时间，函数/>表示提取非零数值；

S22、计算第个设备生产质量系数/>，得到生产质量系数数据集；

S23、当判断函数不成立时，运行条件函数/>，函数表示提取操作，得到待诊断设备生产质量系数数据集送入步骤S3中，其中/>，/>表示第/>个待诊断设备生产质量系数。

本发明进一步改进在于，所述S3具体步骤包括：

S31、获取设备内电流负载情况和振动情况，并在每台设备内均匀安装温度传感器，获取所有设备的温度情况；

S32、将步骤S31中获得的数据代入所述故障诊断策略中计算设备生产安全值；

S33、设置设备安全阈值，通过对比设备生产安全值和设备安全阈值提供维护建议。

本发明进一步改进在于，所述S31具体步骤包括：

S311、测量第个设备内电流负载数据序列/>，其中/>表示第/>个设备的第/>个电流负载数量，/>表示收集的电流负载数量；

S312、在每台设备内均匀安装个温度传感器，提取第/>个设备所有温度传感器的测量值列入温度数据集合/>，/>表示第/>个设备的第/>个温度测量值，同时在温度传感器周围安装压力传感器，得到压力数据集合，/>表示第/>个设备的第/>个压力数据；

S313、采集第个设备振幅数据/>和振动速度/>，得到设备振动威胁值，并计算设备温度数据均值/>。

本发明进一步改进在于，所述故障诊断策略具体步骤包括：

S321、提取所述第个设备内电流负载数据序列最大值/>和压力数据集合最大值/>；

S322、将S321中提取的数据和S313中计算的数据代入故障诊断策略中计算第个设备的设备生产安全值：

；

其中，表示设备振动威胁值权重，/>表示设备温度数据均值权重，/>表示电流负载数据权重，/>表示压力数据权重，/>表示设备生产质量系数权重，/>。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明首先通过在数据采集与传输模块采集工位终端设备的实时数据，并将其传输给MES系统，实现了生产过程的实时监控和数据共享，同时，通过质量管理与追溯模块，实现了对设备生产质量的监测和记录，提高了产品质量。此外，通过设置在线故障诊断与维护模块，为用户提供故障诊断和维护建议，减少了设备停机时间，提高了生产效率；在保障设备安全的同时，系统可以根据时间设备情况进行生产计划排程，节约了生产时间，确保车辆生产过程中的可靠性和高效性的同时减少了生产成本，为制造企业的数字化转型提供了有力支持。

附图说明

图1为本发明MES驱动的工位终端生产过程控制系统框架图；

图2为本发明MES驱动的工位终端生产过程控制方法流程图。

具体实施方式

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细地说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，字符"/"，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

实施例1

图1展示了本实施例公开的MES驱动的工位终端生产过程控制系统的框架图，步骤如下：

数据采集与传输模块，用于采集工位终端设备的实时数据，将采集到的数据传输给MES系统；

实时生产监控与调度模块，用于根据订单需求和设备生产状态进行生产计划排程，确定每个工位的作业顺序和时间安排；生产计划排程过程包括将所述设备生产状态按照从大到小的顺序列入设备性能序列，其中/>表示第/>个设备的生产状态，/>表示设备总数量，提取所述订单需求数量，将第一批订单需求数量按照从大到小的顺序列入订单需求序列/>，其中/>表示第/>个订单需求数量，/>表示第一批订单数量，/>表示第/>个订单需求数量，将所述设备性能序列和所述订单需求序列一一对应进行生产计划排程，当/>时，设备/>至设备/>处于空闲状态，当/>时，将/>列入待生产序列，在下一批生产订单到达时，更新订单需求序列，表示为/>，其中/>表示第/>个订单需求数量，/>表示第二批订单数量，再与所述设备性能序列一一对应进行生产计划排程。

质量管理与追溯模块，用于对生产过程中的设备生产质量进行监测和记录；

在线故障诊断与维护模块，用于通过故障诊断策略检测设备故障和异常情况原因，并为用户提供故障诊断和维护建议；包括故障诊断单元和建议生成单元，所述故障诊断单元用于监测设备电流负载情况、设备温度、压力状态和设备振动威胁，联合所述质量管理与追溯模块中设备生产质量，获得设备生产安全值；所述建议生成单元用于设置设备安全阈值/>，通过对比设备生产安全值和设备安全阈值提供维护建议，当/>时，判断为人员异常，定位该设备，系统发出人员核验指令，通知该设备人员再次核验，获得该设备实际工作人员总数，若所述实际工作人员总数小于标准人员数量，则通过系统调遣空闲人员上岗；当/>时，判断为设备异常，定位该设备，系统将暂停该设备工作，同时通知维修部门，并将该设备从所述设备性能序列中移除。

数据更新模块，用于当上一订单结束后，更新设备生产状态，返回所述实时生产监控与调度模块，将所述设备生产安全值替换所述设备生产状态，实现设备生产状态的更新。

实施例2

图2展示了本发明MES驱动的工位终端生产过程控制方法流程图，与实施例1基于相同的发明构思，本发明提供MES驱动的工位终端生产过程控制方法，包括：

S1、提取订单需求和设备生产状态进行生产计划排程，确定每个工位的作业顺序和时间安排；设备生产状态在初始生产时，所有设备生产状态均为设定的设备生产状态初始值，所述设备生产状态初始值/>计算公式为：，其中，/>表示标准设备温度状态，/>表示标准电流负载情况，/>表示设备标准压力状态，/>表示标准设备温度权重，/>表示标准电流负载情况权重，/>表示标准压力状态权重，/>。

S2、对设备进行生产监控，通过质量异常监测策略计算设备生产质量系数，设置标准生产质量区间，设置判断函数/>，/>表示第/>个设备生产质量系数，若判断函数/>成立，则进行S4，若判断函数/>不成立，则设置条件函数/>，运行函数/>后，进行S3；所述质量异常监测策略具体步骤包括：

S21、获得设备生产一批订单所需时间序列，表示第/>个设备生产一批订单所需时间，函数/>表示提取非零数值；

S22、计算第个设备生产质量系数/>，得到生产质量系数数据集；

S23、当判断函数不成立时，运行条件函数/>，函数/>表示提取操作，得到待诊断设备生产质量系数数据集送入步骤S3中，其中/>，/>表示第/>个待诊断设备生产质量系数。

S3、设置故障诊断策略，根据所述故障诊断策略结果提供维护建议；具体步骤包括：

S31、获取设备内电流负载情况和振动情况，并在每台设备内均匀安装温度传感器，获取所有设备的温度情况，具体步骤包括：

S311、测量第个设备内电流负载数据序列/>，其中/>表示第/>个设备的第/>个电流负载数量，/>表示收集的电流负载数量；

S312、在每台设备内均匀安装个温度传感器，提取第/>个设备所有温度传感器的测量值列入温度数据集合/>，/>表示第/>个设备的第/>个温度测量值，同时在温度传感器周围安装压力传感器，得到压力数据集合，/>表示第/>个设备的第/>个压力数据；

S313、采集第个设备振幅数据/>和振动速度/>，得到设备振动威胁值，并计算设备温度数据均值/>。

S32、将步骤S31中获得的数据代入所述故障诊断策略中计算设备生产安全值；故障诊断策略具体步骤包括：

S321、提取所述第个设备内电流负载数据序列最大值/>和压力数据集合最大值/>；

S322、将S321中提取的数据和S313中计算的数据代入故障诊断策略中计算第个设备的设备生产安全值：

；

其中，表示设备振动威胁值权重，/>表示设备温度数据均值权重，/>表示电流负载数据权重，/>表示压力数据权重，/>表示设备生产质量系数权重，/>。

S33、设置设备安全阈值，通过对比设备生产安全值和设备安全阈值提供维护建议。

S4、当上一订单结束后，更新设备生产状态，返回S1。

所述阈值及权重的设定操作人员依据需求自行设置。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (11)

1.MES驱动的工位终端生产过程控制系统，其特征在于：包括：

数据采集与传输模块，用于采集工位终端设备的实时数据，将采集到的数据传输给MES系统；

实时生产监控与调度模块，用于根据订单需求和设备生产状态进行生产计划排程，确定每个工位的作业顺序和时间安排；

质量管理与追溯模块，用于对生产过程中的设备生产质量进行监测和记录；

在线故障诊断与维护模块，用于通过故障诊断策略检测设备故障和异常情况原因，并为用户提供故障诊断和维护建议；

数据更新模块，用于当上一订单结束后，更新设备生产状态，返回所述实时生产监控与调度模块。

2.根据权利要求1所述的MES驱动的工位终端生产过程控制系统，其特征在于：所述实时生产监控与调度模块中生产计划排程过程包括将所述设备生产状态按照从大到小的顺序列入设备性能序列，其中/>表示第/>个设备的生产状态，/>表示设备总数量，提取所述订单需求数量，将第一批订单需求数量按照从大到小的顺序列入订单需求序列/>，其中/>表示第/>个订单需求数量，/>表示第一批订单数量，/>表示第/>个订单需求数量，将所述设备性能序列和所述订单需求序列一一对应进行生产计划排程，当/>时，设备/>至设备/>处于空闲状态，当/>时，将/>列入待生产序列，在下一批生产订单到达时，更新订单需求序列，表示为/>，其中表示第/>个订单需求数量，/>表示第二批订单数量，再与所述设备性能序列一一对应进行生产计划排程。

3.根据权利要求2所述的MES驱动的工位终端生产过程控制系统，其特征在于：所述在线故障诊断与维护模块包括故障诊断单元和建议生成单元，所述故障诊断单元用于监测设备电流负载情况、设备温度、压力状态和设备振动威胁，联合所述质量管理与追溯模块中设备生产质量，获得设备生产安全值；所述建议生成单元用于设置设备安全阈值/>，通过对比设备生产安全值和设备安全阈值提供维护建议。

4.根据权利要求3所述的MES驱动的工位终端生产过程控制系统，其特征在于：所述建议生成单元包括当时，判断为人员异常，定位该设备，系统发出人员核验指令，通知该设备人员再次核验，获得该设备实际工作人员总数，若所述实际工作人员总数小于标准人员数量，则通过系统调遣空闲人员上岗；当/>时，判断为设备异常，定位该设备，系统将暂停该设备工作，同时通知维修部门，并将该设备从所述设备性能序列中移除。

5.根据权利要求4所述的MES驱动的工位终端生产过程控制系统，其特征在于：所述数据更新模块将所述设备生产安全值替换所述设备生产状态，实现设备生产状态的更新。

6.MES驱动的工位终端生产过程控制方法，用于执行如权利要求1-5任意一项所述的MES驱动的工位终端生产过程控制系统，其特征在于：包括以下步骤：

S1、提取订单需求和设备生产状态进行生产计划排程，确定每个工位的作业顺序和时间安排；

S2、对设备进行生产监控，通过质量异常监测策略计算设备生产质量系数，设置标准生产质量区间，设置判断函数/>，/>表示第/>个设备生产质量系数，若判断函数/>成立，则进行S4，若判断函数/>不成立，则设置条件函数/>，运行函数/>后，进行S3；

S3、设置故障诊断策略，根据所述故障诊断策略结果提供维护建议；

S4、当上一订单结束后，更新设备生产状态，返回S1。

7.根据权利要求6所述的MES驱动的工位终端生产过程控制方法，其特征在于：所述设备生产状态在初始生产时，所有设备生产状态均为设定的设备生产状态初始值，所述设备生产状态初始值/>计算公式为：/>；

其中，表示标准设备温度状态，/>表示标准电流负载情况，/>表示设备标准压力状态，/>表示标准设备温度权重，/>表示标准电流负载情况权重，/>表示标准压力状态权重，/>。

8.根据权利要求7所述的MES驱动的工位终端生产过程控制方法，其特征在于：所述质量异常监测策略具体步骤包括：

S21、获得设备生产一批订单所需时间序列，/>表示第/>个设备生产一批订单所需时间，函数/>表示提取非零数值；

S22、计算第个设备生产质量系数/>，得到生产质量系数数据集；

S23、当判断函数不成立时，运行条件函数/>，函数/>表示提取操作，得到待诊断设备生产质量系数数据集/>送入步骤S3中，其中/>，/>表示第/>个待诊断设备生产质量系数。

9.根据权利要求8所述的MES驱动的工位终端生产过程控制方法，其特征在于：所述S3具体步骤包括：

S31、获取设备内电流负载情况和振动情况，并在每台设备内均匀安装温度传感器，获取所有设备的温度情况；

S32、将步骤S31中获得的数据代入所述故障诊断策略中计算设备生产安全值；

S33、设置设备安全阈值，通过对比设备生产安全值和设备安全阈值提供维护建议。

10.根据权利要求9所述的MES驱动的工位终端生产过程控制方法，其特征在于：所述S31具体步骤包括：

S311、测量第个设备内电流负载数据序列/>，其中/>表示第/>个设备的第/>个电流负载数量，/>表示收集的电流负载数量；

S312、在每台设备内均匀安装个温度传感器，提取第/>个设备所有温度传感器的测量值列入温度数据集合/>，/>表示第/>个设备的第/>个温度测量值，同时在温度传感器周围安装压力传感器，得到压力数据集合/>，表示第/>个设备的第/>个压力数据；

S313、采集第个设备振幅数据/>和振动速度/>，得到设备振动威胁值，并计算设备温度数据均值/>。

11.根据权利要求10所述的MES驱动的工位终端生产过程控制方法，其特征在于：所述故障诊断策略具体步骤包括：

S321、提取所述第个设备内电流负载数据序列最大值/>和压力数据集合最大值；

S322、将S321中提取的数据和S313中计算的数据代入故障诊断策略中计算第个设备的设备生产安全值：

；

其中，表示设备振动威胁值权重，/>表示设备温度数据均值权重，/>表示电流负载数据权重，/>表示压力数据权重，/>表示设备生产质量系数权重，/>。