一种通用型的生产制造单元的实现方法及控制系统的制作方法

一种通用型的生产制造单元的实现方法及控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种通用型的生产制造单元控制系统的实现方法，该方法将产品生产制造不同的工艺控制过程，分解为若干个单独的生产过程计算机输入输出操作控制单元，并由一个通用的虚拟控制装置替代，该实现方法包括有如下步骤：建立一个通用的虚拟控制装置；建立产品工艺流程预设模块；建立生产质量检验预设模块；建立作业计划设定模块；进行按设定次序要求在单元数据采集控制器中进行的相应单元操作，进行程式化信息交换，向下一个控制单元输出相关信息，全部预设叠加的单元操作完成即完成整个产品生产流程。本发明的方法和系统主要解决了制造业间歇型和离散型生产的计算机过程控制难点，提高了系统的适用能力和工作效率，降低了产品工艺成本。
【专利说明】一种通用型的生产制造单元的实现方法及控制系统

【技术领域】
[0001]本发明涉及信息化产业应用领域，特别是涉及到制造业信息化中生产制造执行系统Manufacturing Execut1n System (MES)的生产制造控制软件实现的方法及系统。

【背景技术】
[0002]国家致力于信息化和工业化深度融合的建设，以确保我国制造业的加速发展和可持续发展。在生产企业的信息化建设中一般采用ERP (Enterprise Resource Planning企业资源规划)、MES (Manufacturing Execut1n System 制造执行系统)、FCS (FieldControl System现场控制系统)三层信息化架构覆盖整个生产管理过程。要全面实现ERP-MES-FCS三个层面集成与融合的生产制造一体化和实时化信息体系，其中MES系统是这个体系的核心，也是实现整个企业从上层的企业管理到下层的生产操作控制的信息传输交换无缝集成的关键。作用是车间资源的分配和管理(包括人、机、物)；生产计划安排和调度；生产质量的管理和控制；生产技术的优化；生产各方面信息数据的收集、分析、汇总；各种生产文档的形成等。而上述作用的最终落实点是产品生产过程中的每个工艺步骤。
[0003]目前，国内外在MES中的生产制造过程控制软件系统主要应用在工艺专一性强的行业，例如钢铁、石油、电力等行业，或者是为专门的产品生产工艺过程量身定制，其中包括流水型制造过程。尚无可以应用于所有产品制造的案例。生产制造的工艺过程是纷繁复杂的，尤其是间歇型和离散型的生产工艺过程。要将上述MES的作用转化为计算机信息化的方式，现有方法按照不同的产品工艺流程模型进行技术分析编写个性化的计算机源程序。这种方式的缺点在于:1)用户如果需要变更或新增产品的工艺流程，就必需修改或新编与具体产品制造工艺流程相对应的源程序，编译目标程序以适应不同的需求。2)在具体的生产实践中，用户不具有在目标程序的操作界面中自主变更和添加产品工艺流程的能力，有很明显的系统使用局限性。3)开发人员需要对程序作长期的个性化需求开发跟踪维护，成本高昂。4)系统不具有通用性，不利于推广移植。


【发明内容】

[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种通用型生产制造控制系统及其实现方法。本发明通用型生产制造控制系统及其实现方法要提高用户对适配需求的自主能力和效率，从而降低技术开发方的参与度，提高技术的适用性，变单功能为多功能，降低软件的开发难度，软件开发实现模块化，降低开发成本。
[0005]为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下:
一种通用型的生产制造单元控制系统的实现方法，其特征在于，该方法将产品生产制造不同的工艺控制过程，分解为若干个单独的生产过程计算机输入输出操作控制单元，这些单元由一个通用的虚拟控制装置予以替代，该通用型生产制造单元控制系统采用模块化的编制模式进行固化以适应多种生产制造单元的操作，其具体实现方法包括有如下详细步骤: 第一步，建立一个通用的虚拟控制装置，该虚拟控制装置为单元数据采集控制器，单元数据采集控制器的表现形式是一个生产单元操作人员现场操作的终端界面，该终端界面上包括的要件栏目有生产车间、工艺类型、工序，本单元作业地点、生产任务、生产控制条件、物料流转控制、作业信息采集和输入、本次生产产品的相关信息、单元监控、本批产品物料使用信息；
第二步，建立单元数据采集控制器外部的产品工艺流程预设模块，设定具体产品的工工艺类型、叠加单元数量、单元名称和次序、单元物料收发规则和是否采用电子称量或电子识别手段、每单元生产原始记录模板制定、每单元生产使用设备和采集或控制的点数和参数，每单元工艺控制插件的选取，每单元工艺控制参考文档的制定；
第三步，建立单元数据采集控制器外部的生产质量检验预设模块，设定具体产品的送检节点、检验项目和控制方法；
第四步，建立单元数据采集控制器外部的作业计划设定模块，指定具体产品的生产批号、包装规格、生产量、生产车间、单元作业地点、单元作业时间；
第五步，在前四步完成后即可按照设定次序要求在单元数据采集控制器中进行相应的单元操作，在每个单元操作中生产单元操作人员按单元预设步骤在单元数据采集控制器进行程式化人机交互，生产设备及其他信息化实体装置按照单元预设连接，在单元数据采集控制器中进行程式化信息交换，向下一个控制单元输出相关信息，全部预设叠加的单元操作完成即可完成个产品生产流程。
[0006]在本发明通用型的生产制造单元控制系统的实现方法中，所述第二步中预设的项目要求内容依据第四步指定的产品属性映射或连接到单元数据采集控制器中，使得单元数据采集控制器处理内含有具体产品的属性。
[0007]在本发明通用型的生产制造单元控制系统的实现方法中，所述的第三步中预设的生产质量检验项目要件会依据第四步指定的产品生产节点在单元数据采集控制器中触发取样检验请求,并可执行预设处理方法。
[0008]在本发明通用型的生产制造单元控制系统的实现方法中，所述的第五步中单元数据采集控制器接受人为指令开始单元运作和结束单元运作。
[0009]在本发明通用型的生产制造单元控制系统的实现方法中，所述的第五步中单元数据采集控制器自动记录单元中物料的收发数量、时间和人员信息，相对固定所收发物料的类型和计量单位。
[0010]在本发明通用型的生产制造单元控制系统的实现方法中，所述的第五步中依据第二步设定的单元生产原始记录模板，人员在单元数据采集控制器中实时填写记录内容。
[0011]在本发明通用型的生产制造单元控制系统的实现方法中，所述的第五步中依据第二步设定的单元所连接的信息化实体装置的数据采集和控制规则，在单元数据采集控制器的后台对使用的生产设备、检测仪器、环境运行、操作视频、能源耗用等数据进行管理、控制和记录，并进行必要的前台显示。
[0012]在本发明通用型的生产制造单元控制系统的实现方法中，所述的第五步中依据第二步设定的单元工艺控制插件，后台连接到单元控制器，管控单元产品生产操作。
[0013]在本发明通用型的生产制造单元控制系统的实现方法中，所述的第五步中依据第二步设定的工艺控制参考文档，后台连接到单元控制器，指导单元产品生产操作。
[0014]在本发明通用型的生产制造单元控制系统的实现方法中，所述的第五步中单元数据采集控制器包含工艺检查和质量检查控制。
[0015]一种通用型的生产制造单元控制系统，其特征在于，该系统包括有:
产品工艺流程预设模块，用于设定具体产品的工艺类型、叠加单元数量，单元名称(工序)和次序、每单元的物料收发规则和是否采用电子称量或电子识别手段、每单元生产原始记录模板制定、每单元生产使用设备和采集或控制的点数和参数，每单元工艺控制插件的选取，每单位工艺控制参考文档的制定；
生产质量检验预设模块，用于设定具体产品的送检节点、检验项目、控制方法；
作业计划设定模块，用于指定具体产品的生产批号、包装规格、生产量、生产车间、单元作业地点和单元作业时间；
单元数据采集控制器，单元数据采集控制器简称为单元控制器，其表现形式是一个生产单元操作人员现场操作的终端界面，包括要件栏目有生产车间、工艺类型、工序，本单元作业地点、生产任务、生产控制条件(开始生产、结束生产)、物料流转控制(接收物料、投入物料)、作业信息采集和输入、单元监控(工艺检查、质量检查、质量检验)、本批产品物料使用信息。该单元控制器所设要件栏目在初始状态下无具体产品属性信息；
每单元操作中人员按单元预设步骤在单元控制器中进行程式化人机交互，生产设备及其他信息化实体装置按单元预设连接，在单元控制器中进行程式化信息交换，向下一个控制单元输出相关信息，全部预设叠加的单元操作完成即完成整个产品生产流程。
[0016]在本发明通用型的生产制造单元控制系统中，所述作业信息采集和输入包括有生产原始记录、人员签到、生产设备、控制文档、本作业地点作业安排、视频信息、本次生产的产品其余作业单元信息。
[0017]在本发明通用型的生产制造单元控制系统中，本次生产产品的相关信息包括有产品编号、产品名称、产品批号、包装规格、生产指令、生产日期和生产量。
[0018]基于上述技术方案，本发明专利在实践应用中取得了如下技术效果:
1.采用本发明专利方法编制的生产过程控制系统不须要对源程序作修改变更，不须要重新编译目标程序就可以适应不同产品生产过程的应用，达到了程序开发简化的目的。
[0019]2.本发明控制系统的用户可以在目标程序的操作界面中自主变更和添加产品模拟工艺流程，自主叠加控制单元，预设单元控制信息，解决了用户操作自主性和软件使用局限性的问题。
[0020]3.本发明的控制系统采用固化的基础模块装置降低了修改和更新的频率，其应用和开发成本大为降低，具有通用性的模块系统对于信息化的大面积推广移植提供了必要的条件。

【专利附图】

【附图说明】
[0021]图1是本发明一种通用型的生产制造单元控制系统及其实现方法的流程示意图。
[0022]图2是本发明一种通用型的生产制造单元控制系统及其实现方法一个具体实施例的流程示意图。
[0023]图3是本发明一种通用型的生产制造单元控制系统中单元数据采集控制器装置原理图。

【具体实施方式】
[0024]下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明生产制造控制软件控制实现的方法和系统做进一步详细阐述，以求更为清楚明白地理解本发明的方法原理以及结构组成，但不能以此来限制本发明的保护范围。
[0025]本发明属于是对生产制造过程控制系统开发编制的新方法，该方法的目的是在源程序编制过程中建立一套简单固定的模式，提高源程序编制的工作效率。在目标程序使用过程中增强通用性和开放性，适应全产品生产制造过程的应用。
[0026]图1是本发明一种通用型的生产制造单元控制系统及其实现方法的流程示意图，如图所示，本发明通用型生产制造控制软件的方法包括如下步骤:
步骤S110、建立一个通用的虚拟控制装置一单元数据采集控制器(简称为单元控制器)，该单元控制器表现形式是一个生产单元操作人员现场操作的终端界面，包括要件栏目有生产车间、工艺类型、工序，本单元作业地点、生产任务、生产控制条件(开始生产、结束生产)、物料流转控制(接收物料、投入物料)、作业信息采集和输入(生产原始记录、人员签到、生产设备、控制文档、本作业地点作业安排、视频信息、本次生产的产品其余作业单元信息等)、本次生产产品的相关信息(产品编号、产品名称、产品批号、包装规格、生产指令、生产日期、生产量)、单元监控(工艺检查、质量检查、质量检验)、本批产品物料使用信息。该单元控制器所设要件栏目在初始状态下无具体产品属性信息；
步骤S120、建立单元控制器外部的产品工艺流程预设模块，设定具体产品的工艺类型、叠加单元数量，单元名称(工序)和次序、每单元的物料收发规则和是否采用电子称量或电子识别手段、每单元生产原始记录模板制定、每单元生产使用设备和采集或控制的点数和参数，每单元工艺控制插件的选取，每单位工艺控制参考文档的制定；
步骤S130、建立单元控制器外部的生产质量检验预设模块，设定具体产品的送检节点、检验项目、控制方法；
步骤S140、建立单元控制器外部的作业计划设定模块，指定具体产品的生产批号、包装规格、生产量、生产车间、单元作业地点、单元作业时间。
[0027]步骤S150、当前四步完成后即可进行按设定次序要求在单元控制器中进行的相应单元操作，在每单元操作中人员按单元预设步骤在单元控制器中进行程式化人机交互，生产设备及其他信息化实体装置按单元预设连接，在单元控制器中进行程式化信息交换，向下一控制单元输出相关信息，全部预设叠加的单元操作完成即完成整个产品生产流程。
[0028]如图2所示，以下通过具体的实施例对本发明作具体的说明:
第一阶段S210，在产品工艺流程预设模块中，设定具体产品的工艺类型、叠加单元数量，单元名称(工序)和次序、每单元的物料收发规则和是否采用电子称量或电子识别手段、每单元生产原始记录模板制定、每单元生产使用设备和采集或控制的点数和参数，每单元工艺控制插件的选取，每单位工艺控制参考文档的制定；
第二阶段S220，在生产质量检验预设模块中，设定具体产品的送检节点、检验项目、控制方法；
第三阶段S230，在作业计划设定模块中，指定具体产品的生产批号、包装规格、生产量、生产车间、单元作业地点、单元作业时间。
[0029]第四阶段S240，将第三阶段指定的具体产品属性对应第一阶段和第二阶段预设的控制信息导入预设定次序要求的单元控制器，在每单元操作中人员按单元预设步骤在单元操作界面中进行程式化人机交互，生产设备及其他信息化实体装置按单元预设连接，在单元控制器中进行程式化信息交换，向下一个控制单元输出相关信息，全部预设叠加的单元操作完成即完成整个产品生产流程。
[0030]在上述方法实施例的基础上，本发明还提供了一种通用型生产制造控制系统，该系统通过叠加可以模拟整个生产制造过程，如图3所示，包括:
产品信息、工艺控制参数和插件接收模块310，用于获取预设的产品信息(产品名称、产品批号、包装规格、生产车间、工序名称、生产量、原辅料需求表、物料收发规则、作业地点、作业时间、生产原始记录模板、工艺控制参考文档、相关工艺控制插件、相关的实体装置采集和控制参数等)，将获取的信息显示在前台或储存于后台备用。
[0031]人机交互控制模块320，用于传递、接受和控制人机对话信息(生产开始和结束指令、人员签到、物料收发确认、生产原始记录填写，工艺控制参考文档查阅和工艺控制插件人机应对等)，控制需要人机互动的操作，数据输入的范围。触发工艺、质量检查人员参与信息交互，触发质量检验信息交互。
[0032]实体装置数据交换控制模块330，用于对实体装置或系统数据采集和控制(生产设备、检测仪器、环境运行、操作视频、能源耗用等)，使实体装置或系统信息与单元时间段对应。
[0033]数据综合分析处理模块340，用于对预设要求与即时取得的信息比对分析，即时报警，偏差纠错。
[0034]数据输出处理模块350，用于依据预设要求汇总单元信息，输出传递给生产制造执行系统(MES)，由该系统串并汇总成完整的产品生产过程记录及文档。
[0035]采用本发明专利的方法编制的生产过程控制系统可以适应不同产品生产过程的应用，解决了用户操作自主性和系统使用局限性的问题，降低了修改和更新的频率，其应用和开发成本大为降低，有利于信息化的大面积推广移植。
【权利要求】
1.一种通用型的生产制造单元控制系统的实现方法，其特征在于，该通用型生产制造单元控制系统采用模块化的编制模式进行固化以适应多种生产制造单元的操作，其具体实现方法包括有如下详细步骤: 第一步，建立一个通用的虚拟控制装置，该虚拟控制装置为单元数据采集控制器，单元数据采集控制器的表现形式是一个生产单元操作人员现场操作的终端界面，该终端界面上包括的要件栏目有生产车间、工艺类型、工序，本单元作业地点、生产任务、生产控制条件、物料流转控制、作业信息采集和输入、本次生产产品的相关信息、单元监控、本批产品物料使用信息； 第二步，建立单元数据采集控制器外部的产品工艺流程预设模块，设定具体产品的工工艺类型、叠加单元数量、单元名称和次序、单元物料收发规则和是否采用电子称量或电子识别手段、每单元生产原始记录模板制定、每单元生产使用设备和采集或控制的点数和参数，每单元工艺控制插件的选取，每单元工艺控制参考文档的制定； 第三步，建立单元数据采集控制器外部的生产质量检验预设模块，设定具体产品的送检节点、检验项目和控制方法； 第四步，建立单元数据采集控制器外部的作业计划设定模块，指定具体产品的生产批号、包装规格、生产量、生产车间、单元作业地点、单元作业时间； 第五步，在前四步完成后即可按照设定次序要求在单元数据采集控制器中进行相应的单元操作，在每个单元操作中生产单元操作人员按单元预设步骤在单元数据采集控制器进行程式化人机交互，生产设备及其他信息化实体装置按照单元预设连接，在单元数据采集控制器中进行程式化信息交换，向下一个控制单元输出相关信息，全部预设叠加的单元操作完成即可完成个产品生产流程。
2.根据权利要求1所述的一种通用型的生产制造单元控制系统的实现方法，其特征在于，所述第二步中预设的项目要求内容依据第四步指定的产品属性映射或连接到单元数据采集控制器中，使得单元数据采集控制器处理内含有具体产品的属性。
3.根据权利要求1所述的一种通用型的生产制造单元控制系统的实现方法，其特征在于，所述的第三步中预设的生产质量检验项目要件会依据第四步指定的产品生产节点在单元数据采集控制器中触发取样检验请求，并可执行预设处理方法。
4.根据权利要求1所述的一种通用型的生产制造单元控制系统的实现方法，其特征在于，所述的第五步中单元数据采集控制器接受人为指令开始单元运作和结束单元运作，单元数据采集控制器包含工艺检查和质量检查控制，单元数据采集控制器自动记录单元中物料的收发数量、时间和人员信息，相对固定所收发物料的类型和计量单位。
5.根据权利要求1所述的一种通用型的生产制造单元控制系统的实现方法，其特征在于，所述的第五步中依据第二步设定的单元生产原始记录模板，人员在单元数据采集控制器中实时填写记录内容。
6.根据权利要求1所述的一种通用型的生产制造单元控制系统的实现方法，其特征在于，所述的第五步中依据第二步设定的单元所连接的信息化实体装置的数据采集和控制规则，在单元数据采集控制器的后台对使用的生产设备、检测仪器、环境运行、操作视频、能源耗用等数据进行管理、控制和记录，并进行必要的前台显示。
7.根据权利要求1所述的一种通用型的生产制造单元控制系统的实现方法，其特征在于，所述的第五步中依据第二步设定的单元工艺控制插件，后台连接到单元控制器和管控单元产品生产操作；设定的工艺控制参考文档，后台连接到单元控制器指导单元产品生产操作。
8.根据利用权利要求1所述实现方法的一种通用型的生产制造单元控制系统，其特征在于，该系统包括有: 产品工艺流程预设模块，用于设定具体产品的工艺类型、叠加单元数量，单元名称和次序、每单元的物料收发规则和是否采用电子称量或电子识别手段、每单元生产原始记录模板制定、每单元生产使用设备和采集或控制的点数和参数，每单元工艺控制插件的选取，每单位工艺控制参考文档的制定； 生产质量检验预设模块，用于设定具体产品的送检节点、检验项目、控制方法； 作业计划设定模块，用于指定具体产品的生产批号、包装规格、生产量、生产车间、单元作业地点和单元作业时间； 单元数据采集控制器，单元数据采集控制器简称为单元控制器，其表现形式是一个生产单元操作人员现场操作的终端界面，包括要件栏目有生产车间、工艺类型、工序，本单元作业地点、生产任务、生产控制条件、物料流转控制、作业信息采集和输入、单元监控、本批产品物料使用信息，该单元控制器所设要件栏目在初始状态下无具体产品属性信息； 每单元操作中人员按单元预设步骤在单元控制器中进行程式化人机交互，生产设备及其他信息化实体装置按单元预设连接，在单元控制器中进行程式化信息交换，向下一个控制单元输出相关信息，全部预设叠加的单元操作完成即完成整个产品生产流程。
9.根据利用权利要求8所述的一种通用型的生产制造单元控制系统，其特征在于，所述作业信息采集和输入包括有生产原始记录、人员签到、生产设备、控制文档、本作业地点作业安排、视频信息、本次生产的产品其余作业单元信息。
10.根据利用权利要求8所述的一种通用型的生产制造单元控制系统，其特征在于，本次生产产品的相关信息包括有产品编号、产品名称、产品批号、包装规格、生产指令、生产日期和生产量。
【文档编号】G05B19/418GK104407576SQ201410569938
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】吴俊麑, 孙小炎 申请人:上海崟岛信息技术有限公司