CN1860470A - 离散制造厂中机器的工业信息技术(it)在线智能控制 - Google Patents

Abstract

本发明构思了一种系统和方法，该系统和方法提供了对制造资源(机器1、机器2…机器n)的控制和管理，以获得优化的制造生产力和避免目前通过制造资源的手工操作和控制而实现的制造停机时间。在一个说明性实施例中，本发明构思了在计算环境(100)中操作的示范性控制计算应用(180)，该计算应用(180)与至少一个制造资源(例如制造机器－机器1、机器2…机器n)进行通信、协作以及提供对之的控制。计算应用(180)提供了用于在控制制造资源时使用的至少一个指令集(110’)。指令集的传递可以在制造资源本地、远离制造资源或其某种组合来实现。

Description

离散制造厂中机器的工业信息技术(IT)在线智能控制

技术领域

本发明涉及离散制造领域，特别地涉及通过使用智能计算应用对离散制造操作的控制。

背景技术

任一详细产品的制造都是复杂的过程，该过程要求在同一组织之内的和在该组织以外的各种实体之间的广泛协调。聊举数例，这样的制造包括材料需求确定、成本协商、材料可用性确定和仓储考虑。这些实体的每一个通常负责制造过程的离散部分，包括订单处理、供应商集成和过程反馈。因此，随之而来的是制造要求在适当的时间为适当的地点获得适当的信息。如今，制造过程的一些离散实体或过程是自动化计算系统。然而，各种实体之间的通信和集成是匮乏的。这一集成匮乏常常归因于负责整个制造过程的许多不同方面的各种不同实体。结果，完成全部制造过程常常要求各种离散实体或过程的每一个之间的广泛的人工交互。

此外，最终负责终端产品的实体常常受制于单独的材料供应商。然而，从离散实体到终端产品制造商的通信常常不一致。这一不一致的通信造成了错过生产绝限而且最终造成了确定新供应商的艰难过程。此外，由终端产品制造商保存的存货清单常常具有低的可见度，使得材料采购请求常常延迟，对于长交付时间的材料项目尤为如此。

而且，对跨具有地理上完全不同的制造场所的企业的制造过程的协调和控制提出了目前尚未解决的若干挑战。由于人为干预，造成了关键制造数据的松散管理，而且更为重要地造成了对于制造机器的松散管理。也就是，具有生产相同产品的两个制造工厂的企业可能没有优化成以一种方式来操作，使得这些工厂的制造设备的生产力互补。目前要求手工决策以首先辨别补充资源、其次在此类资源之间协调制造任务以达到优化制造。此外，目前的实践需要对制造资源(例如机器)的手工操作或本地编程。这样的惯例一般要求每个机器至少一个操作员而且增加材料错误和损失的机会。

因此，需要对于制造资源本地和远程地实时提供离散制造过程之间的自动化和通信，以获得优化和无错的产品制造。

发明内容

因此，本发明构思了一种系统和方法，该系统和方法提供对制造资源的控制和管理，以获得优化的制造生产力和避免目前通过对制造资源的手工操作和控制而实现的制造停机时间。在说明性实施例中，本发明构思了在计算环境中操作的示范性控制计算应用，该计算应用与至少一个制造资源(例如制造机器)进行通信、协作以及提供对之的控制。该计算应用提供了用于在控制制造资源时使用的至少一个指令集。指令集的通信可以在制造资源本地、远离制造资源或其某个组合来实现。

继续该说明性实施例，示范性控制计算应用控制离散制造工厂中的机器。计算应用与机器单元之间的调度基于由在每个机器单元或机器单元组发现的智能接口设备所做出的本地决策来执行。接口设备预编程有由协作规划系统、制造优化例程或者通过手工输入来提供的作业脚本(job scenario)。脚本是动态的、可适应的和可定制的，易于由示范性控制计算应用通过对接口设备的重新编程来调整或改变，该示范性控制计算应用是经过将示范性控制计算应用与机器单元可通信地链接的通信基础结构来传递的。

此外，可以使用混合方案在示范性控制计算应用与机器单元之间实现所述调度，该混合方案将由集成的协作制造计算应用做出的中央决策与由在每个制造单元发现的智能接口设备做出的本地决策相组合。控制方案的优先级根据支配制造过程的一些预定义规则来设置。中央和本地控制决策经过将示范性控制计算应用与机器单元通信地链接的通信基础结构由控制计算应用传递到机器单元。

附图说明

当结合附图来阅读时，将更好地理解前述发明内容以及对优选实施例的如下详细描述。出于说明本发明的目的，在附图中示出了本发明的示范性实施例；然而，本发明不限于公开的具体方法和手段。在附图中：

图1是可以支持本发明的示范性计算系统的框图；

图1a是本发明可以利用于其中的示范性网络环境的框图；

图1b是图示了示范性控制计算应用与制造资源的协作的框图；

图2是使用本地控制的集成的离散制造系统的框图；

图3是使用混合控制的集成的离散制造系统的框图；

图4是图示了根据本发明的示范性定购过程的流程图。

具体实施方式

图1示出了可以支持本发明的计算系统100。计算系统100包括计算机20a，该计算机可以包括显示设备20a’以及接口和处理单元20a”。计算机20a可以支持计算应用180。如图所示，计算应用180可以包括计算应用处理和存储区180以及计算应用显示器180b。计算应用处理和存储区180a可以包含制造计算机控制规则和指令库180a(1)、制造计算机控制引擎180a(2)和制造信息180a(3)。类似地，计算应用显示器180b可以包括显示内容180b’。在操作中，参与用户(未示出)可以通过使用计算机20a来与计算应用180进行联系。参与用户(未示出)可以通过计算应用180进行导航以输入、显示和生成代表电力系统制造优化的数据。制造资源优化解决方案和分析可以由计算应用180使用计算应用处理和存储区180a的制造计算机控制规则和指令库180a(1)、制造计算机控制引擎180a(2)以及制造信息180a(3)来创建，而且在计算应用显示器180b上作为显示内容180b’向参与用户(未示出)示出。

说明性的计算机网络环境

如上所述计算机20a能够部署为计算机网络的部分。一般来说，对于计算机的以上描述适用于网络环境中部署的服务器计算机和客户机计算机。图1a图示了服务器经由网络来与客户机计算机通信的示范性网络环境，本发明可以利用于其中。如图1a所示，许多服务器10a、10b等等经由有线或无线通信网络160(可以是LAN、WAN、内联网、因特网或其他计算机网络)来与许多客户机计算机20a、20b、20c或计算设备比如移动电话15和个人数字助理17互连。在通信网络160例如是因特网的网络环境中，服务器10可以是Web服务器，其经由许多已知通信协议中的任一协议比如超文本传送协议(HTTP)或无线应用协议(WAP)来与客户机20通信。每个客户机计算机20可配备有浏览器180a以获得对服务器10的访问。类似地，个人数字助理17可配备有浏览器180b，而移动电话15可配备有浏览器180c以显示和接收各种数据。

在操作中，参与用户(未示出)可以与客户机计算设备上运行的计算应用进行交互以对于离散制造环境生成制造资源优化解决方案。优化解决方案可以存储于服务器计算机上，而且经过通信网络160通过客户机计算设备传递到协作用户。参与用户可以通过与客户机计算设备上的计算应用进行联系来创建、跟踪、管理和存储制造解决方案和成本分析信息。这些事务可以由客户机计算设备传递到服务器计算机用于处理和存储。服务器计算机可以寄存(host)用于处理与离散制造环境相关的优化信息的计算应用。

因此，本发明可利用于这样的计算机网络环境中，该计算机网络环境具有用于访问该网络和与该网络进行交互的客户机计算设备以及用于与客户机计算机进行交互的服务器计算机。然而，通过这里公开的系统和方法所描述的提供资源优化的系统和方法能够以多种基于网络的架构来实施，因此不应限于所示实例。这里公开的系统和方法将参照当前说明性的实施来更为具体地描述。

制造优化解决方案生成

图1b示出了当在计算环境中为离散制造环境生成制造资源优化时各种计算部件的协作。通过机器智能设备20a的协作机器可以利用计算应用180a经过通信网络160将控制反馈数据发送到智能控制服务器10a。在响应时，智能控制服务器10a可以通过与可适应而且可更新的机器控制计算机规则和指令数据存储10b(1)以及可适应而且可更新的机器控制计算机引擎10b(2)协作来处理请求，以生成和传递制造控制处理指令。制造控制处理指令接着能够经过通信网络160传递到机器智能设备20a。在机器智能设备20a，制造控制处理信息得到处理以便在协作机器(未示出)上执行。

在这里提供的说明性实施中，将智能设备描绘为计算机。这样的描绘仅仅是示范性的，因为机器智能设备20a可以包括可以与或不与协作机器集成的一个或多个计算部件。

综述

本发明构思了这样的技术，用于在离散制造环境中提供对机器单元或机器单元组的智能控制，使得制造资源得到优化而且避免代价高的制造停机时间。图2是根据本发明的制造控制系统200的框图。应当理解，图2中所示框图不过是用于实现本发明的技术的一个实例。图2并不意味着是排他性实例，而是出于理解本发明之目的而提供。

如图2中所示，制造控制系统200包括使用通信基础结构220来与机器1、机器2和直至而且包括机器n的其他机器通信的控制计算应用230。机器1、机器2至机器n包括智能设备250。在提供的说明性实施中，智能设备240包括与示范性机器进行协作的计算部件用以对示范性机器的一个或多个功能进行控制。智能设备可以包括但不限于一个或多个数据采集设备和控制器电路。在操作中，具有至少一个指令集(未示出)的控制计算应用230通过智能设备240经过通信基础结构220将规则和指令传递到机器1、机器2和直至而且包括机器n。响应于这样的指令和/或规则，智能设备240处理规则和/或指令，这样以对它与之协作的机器(例如机器1、机器2…机器n)执行规则/或指令。指令被执行而且智能设备监视协作机器以确定是出现错误还是持续正确操作。在任一情况下，与提供的指令和/或规则的执行有关的数据经过通信基础结构220传递回控制计算应用230。控制计算应用处理反馈信息以确定将对每个机器提供什么附加/新的指令/规则。

在操作中，当将特定指令或指令集提供给每个机器时，控制计算应用依赖于至少一个试探性或预定义规则集(例如决策逻辑)。也就是，离散制造环境可以包括用于制作变压器绕组的两个机器和用于以绝缘涂层涂覆绕组的两个机器。控制计算应用230将经由与绕组和涂覆机器中的每一个进行协作的智能设备、使用通信基础结构(例如通信基础结构220)来与绕组和涂覆机器通信。而且，控制计算应用可以预配置有至少一个规则集，使得绕组机器以40％生产力操作和另一个以60％生产力操作时并行运行，其中一个涂覆机器脱机而且正在修理中，而另一机器正在以70％生产力操作。基于预计算的制造规则和试探，控制计算应用可以通过向绕组机器分派任务生产更多绕组来响应于增加绕组生产力的请求。然而，对于绕组机器的生产力增加将受到控制计算应用所限制，使得涂覆机器不在100％生产力之外操作。在具有与分离制造环境的所有协作制造资源(即机器)有关的情报时，控制计算应用定位成遵循预定的制造目标和规则来控制制造资源。

图3示出了制造控制系统300的不同的说明性实施，其中控制指令是在本地级别和通过使用外部制造资源来确定的。在这样的混合系统中，当在离散制造环境中控制机器单元或机器单元组时，在本地信息与外部信息(中央信息)之间平衡决策。如图所示，制造控制系统300包括控制计算应用330、通信基础结构320、机器1、机器2直至而且包含机器n、智能设备340和附加控制资源手工数据350、制造优化器360以及规划系统370。类似于制造控制系统200操作，控制计算应用330经由智能设备340使用通信基础结构320来与机器1、机器2…机器n通信。然而，不同于系统200，当决定将哪些指令和/或规则传递到每个机器时，制造控制系统300依赖于附加控制资源，比如手工数据350、制造优化器360和规划系统370。附加控制资源与从机器获得的本地反馈数据相结合地来处理，以确定将哪个指令/规则传递到每个机器以便执行。由于附加资源提供了与跨企业的各种制造设施的制造活动有关的情报(数据)，该企业具有地理上完全不同的许多制造资源，因而依赖这些附加资源。

具体来说，手工数据350是由机器操作员、工程师和/或管理层提供用来影响制造过程的数据。由于某些业务、工程和/或操作观察和/或需要突显了要求制造过程的一个或多个变化，因而可能要求这样的数据。制造优化器360包括一个或多个算法或计算部件，这些算法或计算部件根据作为优化工作的部分而设置的一些预定义规则来处理数据，用以优化制造过程中的一个或多个。这样的优化可以包括生产力确定、用于制造的时间、原材料的分配等等。规划系统370可以包括跟踪项目规划的一个或多个算法或计算应用。规划系统370数据可以由控制计算应用330使用，使得项目规划和实际制造达成一致。这样做就可以实现对项目目标和里程碑的更佳控制。

由于具有制造相同部件的生产力的两个地理上完全不同的制造工厂不知道彼此的制造过程以及相关的制造数据，造成生产力浪费和时间浪费，所以可能要求附加控制资源。例如，企业可以让第一制造工厂生产绕组而第二制造工厂生产线。然而，具有某种略微改组的第二制造工厂也能够生产绕组。在该例中，假设第一工厂处于完全生产力而第二工厂并非如此。而且新定单要求制造大量绕组。然而，绕组工厂处于完全能力。使用附加控制资源，操作为对第二制造工厂的机器进行控制的控制计算应用330将指令传递到这样的机器以开始生产绕组而不是线。因此，现在跨企业利用了先前未被利用的能力，以达到增加客户满意度、生产产品以满足新定单之益处。而且，由于工厂以完全能力操作，因此最大化了对于此类企业的收入。理想的是，通过让非本地数据充当对本地制造资源的输入，优化了制造，实现了项目规划而且使机器控制更为相关。

图4示出了在离散制造环境中为实现机器智能控制而执行的处理。如图所示，处理始于方框410，其中确定了离散制造环境的规则。处理从此继续到方框420，其中将规则传递到在说明性和示范性分散制造环境的一个或多个机器上驻留的一个或多个智能设备。智能设备通过在方框430提供对它与之协作的机器的访问和控制来进行响应。接着在方框440执行方框410的预定规则。

接着在方框450执行检查以确定是否需要附加规则或指令。在要求或者正在提供此类规则的例子中。如果要求这样的规则，则处理继续到方框460，其中获得附加控制指令。这样的指令可以从制造环境内部或外部的多种资源获得。这样的资源包括但不限于针对其他制造区的其他计算应用(即规划系统)、手工数据录入和设计用来优化制造操作的优化例程。处理从此继续到方框470，其中向说明性制造环境的协作机器提供附加指令。接着处理继续到方框480，其中附加指令由机器执行。如图所示，处理接着回到方框45而且从此继续。然而，如果在方框450确定不要求附加指令，则处理继续到方框480而且从此继续。

认识到在虚线中呈现了方框450、460、470、480及其关联连接符。这是要图示如下观念：当在离散制造环境中实现对机器的智能控制时，本发明可以包括和/或排除此类步骤来操作。在排除此类步骤的例子中，本发明在本地控制(即特定制造设施之内的控制)中不进行接收用以提供控制用规则和指令的外部输入，而是使用特定制造设施控制决策过程的机器本地数据。替选地，本发明构思了在执行控制决策处理时包含使用外部影响(即中央数据)的处理。这样的处理将包括方框450、450、470、480及其关联连接符。

总而言之，这里描述的系统和方法在离散制造环境中提供对机器的智能控制。然而理解到本发明容许各种改型和替选构造。无意于将本发明限制于这里描述的具体构造。相反地，本发明旨在覆盖落入本发明的范围和精神之内的所有改型、替选构造和等效形式。

也应当注意，本发明可以在各种计算机环境(包括非无线和无线计算机环境)、部分计算环境和真实世界环境中来实施。这里描述的各种技术可以以硬件或软件或者二者的组合来实施。优选地，这些技术实施于在可编程计算机上执行的计算机程序中，每个计算机包括处理器、可由处理器读取的存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储部件)、至少一个输入设备和至少一个输出设备。将程序代码应用到使用输入设备来录入的数据，以执行上述功能和生成输出信息。将输出信息应用到一个或多个输出设备。每个程序优选地以高级过程性或面向对象编程语言实施，以与计算机系统通信。然而，如果需要，程序能够以汇编或机器语言实施。在任一情况下，该语言可以是经编辑或解译的语言。每个这样的计算机程序优选地存储于可由通用或专用可编程计算机读取的存储介质或设备(例如ROM或磁盘)上，用于在该存储介质或设备由计算机读取时配置和操作该计算机以执行上述过程。该系统也可以考虑实施为配置有计算机程序的计算机可读存储介质，其中如此配置的存储介质使计算机以具体和预定义的方式操作。

尽管上面已经详细地描述了本发明的示范实施，但是本领域的技术人员将容易理解，许多附加改型在示范性实施例中是可能的，而本质上不脱离本发明的新教义和优点。相应地，这些和所有此类改型将囊括于本发明的范围之内。本发明可以通过所附示范性权利要求来更好地限定。

Claims (22)

1.一种对离散制造环境的制造资源提供控制的系统，包括：

数据存储，该数据存储具有用于所述离散制造环境的制造规则；以及

制造控制引擎，该控制引擎与所述数据存储进行协作以获得制造规则，以便处理以生成制造控制指令。

2.如权利要求1所述的系统，还包括通信网络，该通信网络与所述制造控制引擎进行协作以将代表离散制造控制信息的数据传递到协作制造资源。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述通信网络包括局域网、广域网、外联网、内联网、对等网和因特网中的任一个。

4.如权利要求3所述的系统，其中所述通信网络是无线和/或有线的。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述制造控制引擎包括一计算应用，所述计算应用具有一个或多个指令集以便指示计算环境来处理代表离散制造规则信息的数据。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述制造规则信息包括制造资源生产力信息、制造用时信息、制造资源规范、原材料信息和制造环境信息中的任一个。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述制造控制引擎与多个制造资源进行协作以传递在一个或多个制造过程中使用的控制信息。

8.根据权利要求8的系统，其中所述制造控制引擎从包括手工数据、制造优化信息和规划信息中任一个的附加控制资源接收数据以生成使制造资源协作的至少一个指令集以便执行。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述制造控制引擎利用执行一个或多个人工智能技术的代理来获得所述附加控制资源数据。

10.如权利要求1所述的系统，其中所述制造控制指令传递到与至少一个制造资源进行协作的智能设备。

11.如权利要求8所述的系统，其中所述附加控制资源数据经过通信基础结构提供给所述制造控制引擎。

12.一种用于为制造环境的制造资源生成制造控制指令的方法，包括步骤：

接收对于产品或产品部件制造的请求；以及

由制造控制引擎处理所述请求，所述制造控制引擎具有至少一个指令集以根据预定义制造规则来处理数据。

13.如权利要求12所述的方法，其中还包括将处理的数据传递到至少一个协作制造资源。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述传递步骤包括经过通信网络建立与所述制造资源的通信。

15.如权利要求14所述的方法，还包括从协作的数据存储取回用于所述制造环境的数据制造规则。

16.如权利要求15所述的方法，还包括从包括手工数据、制造优化应用和规划系统中任一个的协作附加控制资源取回数据，以便处理以生成制造指令。

17.一种计算机可读介质，具有用以指示计算机执行如权利要求12所述方法的计算机可读指令。

18.一种为制造资源生成制造控制指令的方法，包括：

提供制造控制引擎，所述制造控制引擎能接收和处理数据以生成制造控制指令。

19.如权利要求18所述的方法，还包括向制造规则和制造环境条件提供数据存储，所述数据存储与所述制造控制引擎进行协作。

20.如权利要求18所述的方法，还包括提供通信网络，所述通信网络与制造控制引擎进行协作以将制造控制指令传递到协作制造资源。

21.在全球配电设备制造商企业之间提供数据通信的一种信息技术系统中，模块制造控制包括：

通信网络，所述通信网络能接收和发送代表配电设备制造的数据；

数据存储，所述数据存储具有代表配电设备制造的数据；

制造控制小应用程序，所述制造控制小应用程序与所述通信网络和所述数据存储进行协作以接收代表了包括配电系统市场信息、设计信息、设施生产力、规划和材料信息中任一个的配电制造数据的数据以便处理，所述处理包括生成用以控制至少一个协作制造资源的制造控制指令中的任一个，其中所述小应用程序通过能监视所述制造资源的智能设备来与所述制造资源通信，以获得用于传递回所述制造控制小应用程序的操作信息，并且其中所述制造控制小应用程序使用所述操作信息来识别用于由所述协作制造资源执行的附加指令。

22.如权利要求21所述的系统，其中所述数据存储具有代表了本地和远程资源以及企业数据的数据，所述企业数据包括规划信息、项目信息和制造优化信息中任一个。

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