专利名称：基于实时数据采集和信息系统集成的动态生产线建模系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信息技术领域的系统，具体是一种基于实时数据采集和信息系统集成的动态生产线的建模系统。
背景技术：
生产线建模利用数字化信息形式在计算机上全面实现生产线的制造过程，是进行生产线规划设计和已有生产线系统运行控制的有效辅助工具。既能对生产线的工作设备实际运行过程进行模拟仿真和工作过程分析，又能对生产线布局、工艺规程规划和生产线性能分析进行研究，因而具有综合的制造过程分析优化功能。
经对现有技术的文献检索发现，常玉连等人在《系统仿真学报》(2004年第16卷第6期)上发表的“油田注水生产过程仿真分布式协同建模系统设计”，该文中提出了分布式协同建模系统的体系结构。系统由客户工作站、应用服务器和数据库服务器构成，通过以太网网络进行模型信息交流，不同地方的建模人员能够根据自己的建模任务不断创建模型对象，从而高效地完成整个系统的建模工作。但该建模系统存在以下缺陷(1)系统不具备生产过程的数据采集能力，不能快速响应生产线的状态变化；当生产设备发生故障或停机检修时，则需人为修正、甚至重建模型。(2)系统没有考虑操作员工出勤和物料准备状态对生产过程的影响，而实际生产中物料和操作员工是生产线运行必不可少的要素。(3)系统仅建立了子模型之间的通信，而没有建立模型与实际生产线之间的通讯，致使模型不能及时随着生产实际的变化而变化。
发明内容
本发明的目的是针对目前生产建模存在的不足，提供一种基于实时数据采集和信息系统集成的动态生产线的建模系统，以建立包括产品、设备、缓冲、物料和员工等因素的生产线模型，确保模型的完备性和准确性；并利用实时数据采集和通讯技术动态更新模型，确保模型和生产线保持一致。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括数据传输系统、库存管理系统、产品物料清单管理系统、生产计划管理系统、员工出勤管理系统和生产线模型模块。连接关系为生产线模型采用面向对象技术建立。已经实现信息化管理的设备则通过其数据接口连接数据传输系统；设备运行状态数据经以数据传输系统、太网传输后被生产线模型接受，实时更新模型中设备和缓冲区的参数。生产线模型通过以太网集成生产计划管理系统、库存管理系统、产品物料清单管理系统和员工出勤管理系统。生产线模型从生产计划管理系统获取投产订单的产品种类、数量和交货日期；然后依据产品的种类从产品物料清单管理系统获取产品物料清单，计算完成每一个订单所需的消耗物料种类和数量；并从库存管理系统查询相关物料信息，实时更新生产线模型的物料信息。最后，从员工出勤管理系统获取设备操作员工的出勤信息，实时更新生产线模型的员工信息。
对于未实现信息化管理的设备，本发明还包括数据采集系统，数据采集系统采集设备运行状态数据经数据传输系统、以太网传输后被生产线模型接受，实时更新模型中设备和缓冲区的参数。所述的数据采集系统，由传感器、数据采集卡和CPU控制器组成。传感器安装在设备上，将设备运行的状况转换成模拟电信号，经信号传输线传送给数据采集卡，数据采集卡将模拟信号转换为数字信号送到CPU控制器。CPU控制器通过其内部数据总线与数据传输系统相连。如果设备已经实现信息化管理，则无需再安装数据采集系统，通过数据接口连接数据传输系统。
所述的数据传输系统，由西门子MC35无线传输模块和中国电信的GPRS系统组成。数据采集系统通过其CPU控制器的总线西门子MC35模块相连，已实现信息化管理的设备则通过RS232通讯接口与西门子MC35模块相连。它们都通过中国电信的基站和GPRS系统接入以太网系统，生产线模型相接。
所述的库存管理系统，由库存管理应用程序模块、计算机终端、网卡和SQLSever数据库服务器组成。库存管理应用程序模块在计算机终端上运行，输入物料的进出库记录，计算机终端通过网卡接入到以太网，将物料进出库的记录保存在SQL Server数据库服务器上。
所述的产品物料清单管理系统，由物料清单管理应用程序模块、计算机终端、网卡和SQL Sever数据库服务器组成。物料清单管理应用程序模块在计算机终端上运行，输入或更改各种类产品的物料清单，计算机终端通过网卡接入到以太网，将各种类产品的物料清单保存在SQL Server数据库服务器上。
所述的生产计划管理系统，由生产计划管理应用程序模块、计算机终端、网卡和SQL Sever数据库服务器组成。生产计划管理应用程序模块在计算机终端上运行，输入或更改投产的订单和时间，计算机终端通过网卡接入到以太网，将生产计划保存在SQL Server数据库服务器上。
所述的员工出勤管理系统，由员工管理应用程序模块、计算机终端、网卡、SQL Server数据库服务器、无线射频写入器、无线射频阅读器和射频卡组成。员工管理应用程序模块在计算机终端上运行，输入每一位员工的岗位，姓名和编号，计算机终端通过网卡连接入到以太网，将生产计划保存在SQL Server数据库服务器上。员工的编号通过无线射频写入器写入到射频卡，员工上、下班时刷射频卡，无线射频阅读器读入射频卡信息，应用程序模块从SQL Server数据库服务器查询员工的岗位信息，通过以太网传输到生产线模型，实时更新生产线模型的员工信息。
所述的生产线模型模块，由类对象管理应用程序模块和生产线模型组成。采用面向对象技术建立生产线模型，包括设备类模型，产品类模型，物料类模型和员工类模型，设备类模型对生产线上设备的建模，主要包括设备加工能力，是否运行和运行速度，产品类模型是对生产线上加工产品的建模，主要包括产品类型和加工工艺，物料类模型是对生产产品所需的物料建模，主要包括产品物料清单和物料的库存数量，员工类模型是对生产线上的操作工人建模，主要包括员工的工作岗位和工作能力。由类对象管理应用程序模块通过数据传输系统从数据采集系统获取设备运行的状态信息，更新设备类对象的属性参数；通过以太网从员工出勤管理系统获取员工出勤信息，更新工人类对象的属性参数；通过以太网从生产计划管理系统获取生产计划信息，更新产品类的属性参数；通过以太网从库存管理系统获取物料库存信息，更新物料库存类的属性参数。在产品类对象、设备类对象、物料库存类对象和员工类对象的属性参数确定之后，运行生产线模型，仿真、分析系统运行的状态，评估产能。
利用本发明的建模系统，首先建立面向对象的生产线模型，然后通过以太网从生产计划管理系统获取产品类信息，从产品物料清单管理系统和库存管理系统获取物料类信息、从员工出勤管理系统获取员工类信息，利用数据采集系统获取设备类信息并数据传输系统传输到生产线模型模块。生产线模型模块的类对象管理应用程序模块利用动态获取的信息更新生产模型的各类属性，从而首先生产线的动态建模。
本发明将实时数据采集技术、通讯技术、数据库技术和计算机建模技术集成一体，应用于生产线建模。与目前的建模系统相比，本发明所建模型更具完备性——考虑了产品、生产物料、员工和设备等重要因素，集成了库存管理系统、产品物料清单管理系统、生产计划管理和员工出勤管理系统，通过以太网连接实时更新模型中的物料和员工参数。开发实时数据采集系统，在生产设备发生故障或检修时，能自动更新生产线模型，实现生产线的动态建模。
图1为本发明的系统结构示意图具体实施方式
如图1所示，本实施例包括数据采集系统1、数据传输系统2、库存管理系统3、产品物料清单管理系统4、生产计划管理系统5、员工出勤管理系统6和生产线模型模块7。
数据采集系统1通过内部数据总线直接与数据传输系统2相连。已经实现信息化管理的设备，则通过RS232通讯接口8连接数据传输系统2。数据传输系统2接入以太网37。采用面向对象技术建立生产线模型模块7。采集的设备运行状态数据经数据传输系统2、以太网37传输后被生产线模型7接受，实时更新模型中设备类信息。生产线模型7通过以太网集成库存管理系统3、产品物料清单管理系统4、生产计划管理系统5和员工出勤管理系统6。生产线模型7从生产计划管理系统获5取投产订单的产品种类、数量和交货日期；然后依据产品的种类从产品物料清单管理系统获4取产品物料清单，计算完成每一个订单所需的消耗物料种类和数量，并从库存管理系统3查询相关物料信息，实时更新生产线模型7的物料类信息。最后，从员工出勤管理系统6获取设备操作员工的出勤信息，实时更新生产线模型7的员工类信息。
数据采集系统1由CPU控制器9、传感器10和数据采集卡11组成。传感器10将设备运行的工况转换成电信号传送到数据采集卡11，数据采集卡在CPU控制器9的控制下将模拟电信号转换成数字信号，并通过CPU的数据总线传送到数据传输系统2。
企业内部分已经实现信息化管理的设备，则将信息管理系统的计算机通过RS232串口通讯接口8连接数据传输系统2。
数据传输系统2由西门子MC35无线传输模块12和中国电信的GPRS系统13组成。数据采集系统1通过其CPU控制器9的总线与西门子MC35无线传输模块12相连，已实现信息化管理的设备则通过其系统计算机的RS232通讯接口8与西门子MC35无线模块12相连。它们都通过中国电信的基站和GPRS系统13接入以太网37。
库存管理系统3由库存管理应用程序模块14、计算机终端15、网卡16和SQLSever数据库服务器17组成。库存管理应用程序模块14在计算机终端15上运行，输入物料的进出库记录，计算机终端15通过网卡16连接入到以太网37，将物料进出库的记录保存在SQL Server数据库服务器17上。
产品物料清单管理系统4由物料清单管理应用程序模块18、计算机终端19、网卡20和SQL Sever数据库服务器17组成。物料清单管理应用程序模块18在计算机终端19上运行，输入或更改各种类产品的物料清单，计算机终端19通过网卡20连接入到以太网37，将各种类产品的物料清单保存在SQL Server数据库服务器17上。
生产计划管理系统5由生产计划管理应用程序模块21、计算机终端22、网卡23和SQL Sever数据库服务器17组成。生产计划管理应用程序模块21在计算机终端22上运行，输入或更改投产的订单和时间，计算机终端22通过网卡23连接入到以太网37，将生产计划保存在SQL Server数据库服务器17上。
员工出勤管理系统6由员工管理应用程序模块24、计算机终端25、网卡26和SQL Server数据库服务器27、无线射频写入器28、无线射频阅读器29和射频卡30组成。员工管理应用程序模块24在计算机终端25上运行，输入每一位员工的岗位，姓名和编号，计算机终端25通过网卡26连接入到以太网网络，将生产计划保存在SQL Server数据库服务器17上。员工的编号通过无线射频写入器28写入到射频卡30，员工上、下班时刷射频卡30，无线射频阅读器29读入射频卡30信息，应用程序模块24从SQL Server数据库服务器17查询员工的岗位信息，通过以太网37传输到生产线模型7，实时更新生产线模型的员工信息。
生产线模型7由类对象管理应用程序模块31和生产线模型32组成。采用面向对象技术建立生产线模型32，包括设备类模型33，产品类模型34，物料类模型35和员工类模型36，设备类模型33对生产线上设备的建模，主要包括设备加工能力，是否运行和运行速度，产品类模型34是对生产线上加工产品的建模，主要包括产品类型和加工工艺，物料类模型35是对生产产品所需的物料建模，主要包括产品物料清单和物料的库存数量，员工类模型36是对生产线上的操作工人建模，主要包括员工的工作岗位和工作能力。类对象管理应用程序模块31通过数据传输系统2从数据采集系统1获取设备信息，更新设备类对象的属性参数；通过以太网37从员工出勤管理系统6获取员工出勤信息，更新工人类对象的属性参数；通过以太网37从生产计划管理系统5获取生产计划信息，更新产品类的属性参数；通过以太网37从库存管理系统3获取物料库存信息，更新物料库存类的属性参数。确定各类对象的属性参数之后，运行生产线模型，仿真、分析系统运行的状态，评估产能。
目前，国内外学者注重于研究生产线的建模方法，开发专业生产线建模软件并应用于实际。但由于没有考虑建模系统，只能建立生产线的静态模型，即只考虑生产线正常运行情况下的设备和产品信息。随着，企业信息化的推广，绝大多数生产企业内部都已经实施了库存管理、产品物料清单管理、生产计划管理和员工出勤管理等信息系统，本发明利用以太网通讯技术集成上述信息管理系统，开发数据采集和通讯系统，从而建立动态生产线的建模系统。利用该系统平台，可以建立包括设备、产品、物料和员工动态变化的生产线模型。
权利要求
1.一种基于实时数据采集和信息系统集成的动态生产线建模系统，包括数据传输系统、库存管理系统、产品物料清单管理系统、生产计划管理系统、员工出勤管理系统和生产线模型模块，其特征在于，已经实现信息化管理的设备通过RS232通讯接口连接数据传输系统；数据传输系统接入以太网，设备运行状态数据经数据传输系统、以太网传输后被生产线模型模块接受，实时更新模型中设备类信息；生产线模型模块通过以太网集成库存管理系统、产品物料清单管理系统、生产计划管理系统和员工出勤管理系统，生产线模型模块从生产计划管理系统获取投产订单的产品种类、数量和交货日期，然后依据产品的种类从产品物料清单管理系统获取产品物料清单，计算完成每一个订单所需的消耗物料种类和数量，并从库存管理系统查询相关物料信息，实时更新生产线模型模块的物料类信息，最后，从员工出勤管理系统获取设备操作员工的出勤信息，实时更新生产线模型的员工类信息。
2.根据权利要求1所述的基于实时数据采集和信息系统集成的动态生产线建模系统，其特征是，还包括数据采集系统，数据采集系统安装在生产线的设备和中间缓冲区上，通过内部数据总线直接与数据传输系统相连，它采集设备运行状态数据经数据传输系统、以太网传输后被生产线模型接受，实时更新模型中设备和缓冲区的参数。
3.根据权利要求2所述的基于实时数据采集和信息系统集成的动态生产线建模系统，其特征是，所述的数据采集系统由传感器、数据采集卡和CPU控制器组成，传感器安装在设备上，将设备运行的状况转换成模拟电信号，经信号传输线传送给数据采集卡，数据采集卡将模拟信号转换为数字信号送到CPU控制器，CPU控制器通过其内部数据总线与数据传输系统相连。
4.根据权利要求1所述的基于实时数据采集和信息系统集成的动态生产线建模系统，其特征是，所述的生产线模型模块由类对象管理应用程序模块和生产线模型组成，采用面向对象技术建立生产线模型，生产线模型包括设备类模型，产品类模型，物料类模型和员工类模型，设备类模型对生产线上设备的建模，包括设备加工能力，是否运行和运行速度；产品类模型是对生产线上加工产品的建模，包括产品类型和加工工艺；物料类模型是对生产产品所需的物料建模，包括产品物料清单和物料的库存数量；员工类模型是对生产线上的操作工人建模，包括员工的工作岗位和工作能力；类对象管理应用程序模块通过数据传输系统从数据采集系统获取设备信息，更新设备类对象的属性参数；通过以太网从员工出勤管理系统获取员工出勤信息，更新工人类对象的属性参数；通过以太网从生产计划管理系统获取生产计划信息，更新产品类的属性参数；通过以太网从库存管理系统获取物料库存信息，更新物料库存类的属性参数；确定各类对象的属性参数之后，运行生产线模型，仿真、分析系统运行的状态，评估产能。
5.根据权利要求1所述的基于实时数据采集和信息系统集成的动态生产线建模系统，其特征是，所述的数据传输系统由西门子MC35无线传输模块和中国电信的GPRS系统组成，数据采集系统通过其CPU控制器的总线西门子MC35模块相连，已实现信息化管理的设备则通过RS232通讯接口与西门子MC35模块相连，西门子MC35模块通过中国电信的基站和GPRS系统接入以太网，与生产线模型模块相连。
6.根据权利要求1所述的基于实时数据采集和信息系统集成的动态生产线建模系统，其特征是，所述的库存管理系统由库存管理应用程序模块、计算机终端、网卡和SQL Sever数据库服务器组成，库存管理应用程序模块在计算机终端上运行，输入物料的进出库记录，计算机终端通过网卡接入到以太网，将物料进出库的记录保存在SQL Server数据库服务器上。
7.根据权利要求1所述的基于实时数据采集和信息系统集成的动态生产线建模系统，其特征是，所述的产品物料清单管理系统由物料清单管理应用程序模块、计算机终端、网卡和SQL Sever数据库服务器组成，物料清单管理应用程序模块在计算机终端上运行，输入或更改各种类产品的物料清单，计算机终端通过网卡接入到以太网，将各种类产品的物料清单保存在SQL Server数据库服务器上。
8.根据权利要求1所述的基于实时数据采集和信息系统集成的动态生产线建模系统，其特征是，所述的生产计划管理系统由生产计划管理应用程序模块、计算机终端、网卡和SQL Sever数据库服务器组成，生产计划管理应用程序模块在计算机终端上运行，输入或更改投产的订单和时间，计算机终端通过网卡接入到以太网，将生产计划保存在SQL Server数据库服务器上。
9.、根据权利要求1所述的基于实时数据采集和信息系统集成的动态生产线建模系统，其特征是，所述的员工出勤管理系统由员工管理应用程序模块、计算机终端、网卡、SQL Server数据库服务器、无线射频写入器、无线射频阅读器和射频卡组成，员工管理应用程序模块在计算机终端上运行，输入每一位员工的岗位，姓名和编号，计算机终端通过网卡连接入到以太网，将生产计划保存在SQLServer数据库服务器上；员工的编号通过无线射频写入器写入到射频卡，员工上、下班时刷射频卡，无线射频阅读器读入射频卡信息，应用程序模块从SQL Server数据库服务器查询员工的岗位信息，通过以太网传输到生产线模型，实时更新生产线模型的员工信息。
全文摘要
一种信息技术领域的基于实时数据采集和信息系统集成的动态生产线建模系统，包括数据传输系统、库存管理系统、产品物料清单管理系统、生产计划管理系统、员工出勤管理系统和生产线模型模块，设备运行状态数据经数据传输系统、以太网传输后被生产线模型模块接受，更新模型中设备类属性参数，通过以太网从员工出勤管理系统获取员工出勤信息，更新工人类对象的属性参数；从生产计划管理系统获取生产计划信息，更新产品类的属性参数；从库存管理系统获取物料库存信息，更新物料库存类的属性参数。本发明集成库存管理系统、产品物料清单管理系统、生产计划管理和员工出勤管理系统，实现生产线的动态建模，模型更加完备和准确。
文档编号G05B19/418GK1996357SQ20061014763
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月21日 优先权日2006年12月21日
发明者胡小锋, 鲍劲松, 金烨 申请人:上海交通大学