专利名称：轮胎硫化生产控制系统与作业计划执行方法
技术领域：
本发明适用于橡胶轮胎硫化生产现场的控制系统与作业计划执行方法，具体地实现轮胎硫化生产在线一体化控制，属于橡胶机械与工业自动化控制领域。
背景技术：
随着橡胶材料制造技术的不断创新，多种规格与种类轮胎进行混合生产已经得到普及推广。橡胶轮胎硫化生产工艺，主要是将把胎胚装入硫化机设备的模具内部，经过温度、 压力和时间三个相互有关的硫化要素控制，使胎胚各层胶片有机地连接成一体式结构，以达到设计预期要求的物理、机械性能和轮廓尺寸，成为有价值的工业产品。在橡胶轮胎生产过程中硫化工序通常是最后一道关键工序，此阶段设备部套较多、且所生产加工轮胎成品种类、胎胚规格较多，现有橡胶轮胎具有日生产量较大、生产时间较长、硫化控制较集中、能源消耗较大等特点，一直是整个轮胎生产环节控制的瓶颈与难点所在。考虑到轮胎硫化生产需要考虑库存信息、硫化机台设备能力、模具能力、商标集合、库存能力、停放时间要求、设备可加工规格限制、每日最大换模次数限制等控制参数，因此目前国内轮胎生产行业的硫化日生产计划主要是由人工结合自身经验进行手工编制。此类生产计划的编制手段受主观性影响较大，难以综合考虑各种工艺约束条件下的计划最优安排(如脱节时间最少、换模次数最少等)，所以难以最大程度地发挥整个工序的有效产能。随着生产规模的逐渐扩大以及国内外企业间的竞争越来越激烈，要求企业能够有效地利用现有资源，整合生产能力和效率以达到较高的质量与产能水平，由此要求建立一种在线控制的一体化管理系统与日生产计划编制方法。又如以下反映轮胎生产计划控制系统与方法的在先申请专利，其中国专利申请号为98107823.0，名称为生产多个不同轮胎的方法以及有关生产系统。该专利申请主要用来在同一生产线上生产分布于至少两个不同系列中具有不同特性的多个轮胎的方法，其没有涉及到针对硫化工序、综合考虑各种工艺约束情况下进行生产计划控制的问题。有鉴于此特提出本发明专利申请。
发明内容
本发明所述的轮胎硫化生产控制系统与作业计划执行方法，在于解决上述现有技术存在的问题而根据硫化生产控制工艺，提出一种轮胎硫化生产在线一体化控制系统与方法，以期实现硫化生产的自动化管理。本发明的目的是，实现满足硫化生产工艺要求的作业计划编制与控制系统配置， 以提高硫化生产效率、控制并降低批量生产时的能源消耗。另一发明目的是，实现作业计划编制的自动化管理，以解决因人工编制计划而无法综合均衡工艺参数、各类约束条件的缺陷。为实现上述发明目的，所述的轮胎硫化生产控制系统，主要包括有构成生产计划编制与实施控制的下述装置数据库服务器，配置有关系数据库以实现运行硫化生产管理系统，以将硫化生产过程中的生产计划、实时数据和各系统组态数据存储于关系数据库中；应用服务器，用于从关系数据库服务器中获取相关参数、工艺数据，以编制日生产计划、作业计划并存入关系数据库；客户端工作站，用于运行客户端系统以实现数据显示、查询，同时将数据保存于本地计算机以支持数据的离线分析；接口管理服务器，用于通过计算机网络实现和生产现场终端、数据库服务器的连接，同时实现将作业计划传输至生产现场的数据库服务器；上位机，用于对生产过程中硫化工艺参数的监控、硫化机设备运行参数的控制；计算机网络，用于在上述服务器与现场硫化生产设备之间建立通讯连接。在应用服务器上设置有，用于编制作业计划的下述控制模块，工艺参数设置模块，用于设置硫化机设备的工艺参数并保存至关系数据库；算法参数设置模块，用于设置编制日生产计划的模型算法参数并保存至关系数据库；生产订单信息接收模块，用于接收生产订单信息并写入关系数据库；生产过程实时数据接收模块，用于接收生产实时数据并写入关系数据库；日生产计划编制模块，用于从关系数据库中获取生产订单信息、生产实时数据、工艺参数、模型算法参数以实现编制日生产计划并保存至关系数据库；作业计划编制模块，用于从关系数据库中获取生产订单信息、生产实时数据、工艺参数、模型算法参数、日生产计划以实现编制作业计划并保存至关系数据库；作业计划结果下发模块，用于将作业计划的相关信息数据通过计算机网络传输至上位机；工艺参数装载模块，用于控制上位机根据作业计划从关系数据库中查找工艺参数并下载至PLC控制系统；生产过程监控模块，根据作业计划跟踪、监控硫化机设备执行的过程，并将执行作业计划的实时数据保存至关系数据库。如上述基本方案，硫化生产控制系统是一种在线一体化控制系统，可根据硫化工艺实现生产计划编制的自动化管理。所述系统的结构设置具有开放式、分布式特点，基于组件技术和面向对象技术，采用多层架构的方式，将系统主要功能模块和算法模型以组件方式设置在应用服务器中，从而提供一种可扩展的、满足工艺流程的在线控制系统。在所述硫化生产控制系统的基础上，本发明同时实现了如下作业计划执行方法， 包括有在应用服务器上执行的以下步骤，设置工艺参数，通过工艺参数设置模块设置硫化机设备的工艺参数并保存至关系数据库；设置模型算法参数，通过算法参数设置模块设置用于编制日生产计划的模型算法参数并保存至关系数据库；接收生产订单信息，通过生产订单信息接收模块接收生产订单信息并写入关系数据库；接收生产实时数据，通过生产过程实时数据接收模块接收生产实时数据并写入关系数据库；编制日生产计划，通过日生产计划编制模块从关系数据库中获取生产订单信息、 生产实时数据、工艺参数、模型算法参数，编制日生产计划并保存至关系数据库，以形成针对每种规格轮胎的日生产计划数据；编制作业计划，通过作业计划编制模块从关系数据库中获取生产订单信息、生产实时数据、工艺参数、模型算法参数、日生产计划，编制作业计划并保存至关系数据库；下发作业计划，通过作业计划结果下发模块、计算机网络将作业计划传输至上位机；装载工艺参数，通过工艺参数装载模块、上位机从关系数据库中查找工艺参数并下载至PLC控制系统；实际生产过程监控，通过生产过程监控模块跟踪、根据硫化作业计划、生产工艺参数监控硫化机设备的执行过程，并将执行数据保存至关系数据库。上述作业计划执行方法的主要功能是，实现计划编制的自动化管理以提高硫化生产效率、控制并降低批量生产时的能源消耗。为进一步地提高作业计划编制的准确性，同时解决因人工编制而无法综合均衡工艺参数、各类约束条件的现有技术缺陷，可采取的改进措施如下在编制作业计划过程中分为以下三个阶段，第一阶段，根据日生产计划编制规格调整计划，以确定具体轮胎规格调整生产的方案；第二阶段，根据规格调整计划来编制换模计划，以确定具体需要换模的硫化机设备、轮胎规格；第三阶段，编制班次生产计划，以最终确定每台硫化机设备的每个班次生产的计划安排。其中，在编制作业计划的第一阶段中包括有以下执行步骤步骤⑴，根据日生产计划，确定轮胎规格集合为V1，Ts为V1的开始生产日期，Te为 V1的生产结束日期，每日每个班次的轮胎生产机台数为mktz(k e V1, t = Ts, L，Te)，Ts-I现状轮胎规格集合为V°，轮胎生产机台数mltu(k e V0, t = Ts-I)；步骤( ，计算每个规格在t期早班与t-Ι期晚班机台数之差、t期中班与t期早班机台数之差、t期晚班与t期中班机台数之差；上述差值为0的，即为不需要调整的轮胎； 上述差值不为0的，即为需要进行硫化机设备的调整；步骤(3)，对于需要增加硫化机设备的轮胎vk，从需要减少硫化机设备的轮胎V1中进行调整；步骤(4)，按照步骤(3)将全部需要增加硫化机设备的轮胎调整完毕；步骤(5)，若mi,t,z+1 = 0，则加入扫尾量Ql的信息，最终得到t期的规格调整计划； t期规格V1的Am1台机台开始扫尾，从t2期的ζ班次开始记，扫尾量Ql，扫尾后转规格Vk 的Amk台生产方案；若m^M兴0，则最终得到t期的规格调整计划，t期规格义的Am1台机台换规
8格Vk的Amk台生产方案；在第二阶段中，具有以下换模计划编制模型集合M2，
mmη devj~x devJminZ = QlYxkl+Q2J]ykl+Q3Y J Σ⑴
k=\k=/=1 A1=I A2 =/(:,+1S. Τ.
_ Usrkx=XKUslki=XJk^jkr
—<jo1 他/c - i,...,m,i - ι,.,.,ιy^-j
yk, = 0其他k = \’...’m,,t = l’...,T(3)
2iki = I 一’ -. ι. ι. 一、 k = \,...,m\ j = \,...,l\t = \,...,T(4)
1
生产过程监控模块，根据作业计划跟踪、监控硫化机设备执行的过程，并将执行作业计划的实时数据保存至关系数据库。如上所述，本发明轮胎硫化生产控制系统是在线一体化控制系统，根据硫化工艺实现了生产计划编制的自动化管理。如
图1至图4所示，应用本发明硫化生产控制系统进行如下日生产计划编制包括有在应用服务器上执行的以下步骤，设置工艺参数，通过工艺参数设置模块设置硫化机设备的工艺参数并保存至关系数据库；设置模型算法参数，通过算法参数设置模块设置用于编制日生产计划的模型算法参数并保存至关系数据库；接收生产订单信息，通过生产订单信息接收模块接收生产订单信息并写入关系数据库；接收生产实时数据，通过生产过程实时数据接收模块接收生产实时数据并写入关系数据库；编制日生产计划，通过日生产计划编制模块从关系数据库中获取生产订单信息、 生产实时数据、工艺参数、模型算法参数，编制日生产计划并保存至关系数据库，以形成针对每种规格轮胎的日生产计划数据；实际生产过程监控，通过生产过程监控模块跟踪、监控硫化机设备的执行过程，并将执行数据保存至关系数据库。所述编制方法的算法模型集合Ml是，
权利要求
1.一种轮胎硫化生产控制系统，包括有构成生产计划编制与实施控制的下述装置，数据库服务器，配置有关系数据库以实现运行硫化生产管理系统，以将硫化生产过程中的生产计划、实时数据和各系统组态数据存储于关系数据库中；应用服务器，用于从关系数据库服务器中获取相关参数、工艺数据，以编制日生产计划、作业计划并存入关系数据库；客户端工作站，用于运行客户端系统以实现数据显示、查询，同时将数据保存于本地计算机以支持数据的离线分析；接口管理服务器，用于通过计算机网络实现和生产现场终端、数据库服务器的连接，同时实现将作业计划传输至生产现场的数据库服务器；上位机，用于对生产过程中硫化工艺参数的监控、硫化机设备运行参数的控制； 计算机网络，用于在上述服务器与现场硫化生产设备之间建立通讯连接， 其特征在于在应用服务器上设置有，用于编制作业计划的下述控制模块， 工艺参数设置模块，用于设置硫化机设备的工艺参数并保存至关系数据库； 算法参数设置模块，用于设置编制日生产计划的模型算法参数并保存至关系数据库； 生产订单信息接收模块，用于接收生产订单信息并写入关系数据库； 生产过程实时数据接收模块，用于接收生产实时数据并写入关系数据库； 日生产计划编制模块，用于从关系数据库中获取生产订单信息、生产实时数据、工艺参数、模型算法参数以实现编制日生产计划并保存至关系数据库；作业计划编制模块，用于从关系数据库中获取生产订单信息、生产实时数据、工艺参数、模型算法参数、日生产计划以实现编制作业计划并保存至关系数据库；作业计划结果下发模块，用于将作业计划的相关信息数据通过计算机网络传输至上位机；工艺参数装载模块，用于控制上位机根据作业计划从关系数据库中查找工艺参数并下载至PLC控制系统；生产过程监控模块，根据作业计划跟踪、监控硫化机设备执行的过程，并将执行作业计划的实时数据保存至关系数据库。
2.一种轮胎硫化生产的作业计划执行方法，其特征在于包括有在应用服务器上执行的以下步骤，设置工艺参数，通过工艺参数设置模块设置硫化机设备的工艺参数并保存至关系数据库；设置模型算法参数，通过算法参数设置模块设置用于编制日生产计划的模型算法参数并保存至关系数据库；接收生产订单信息，通过生产订单信息接收模块接收生产订单信息并写入关系数据库；接收生产实时数据，通过生产过程实时数据接收模块接收生产实时数据并写入关系数据库；编制日生产计划，通过日生产计划编制模块从关系数据库中获取生产订单信息、生产实时数据、工艺参数、模型算法参数，编制日生产计划并保存至关系数据库，以形成针对每种规格轮胎的日生产计划数据；编制作业计划，通过作业计划编制模块从关系数据库中获取生产订单信息、生产实时数据、工艺参数、模型算法参数、日生产计划，编制作业计划并保存至关系数据库；下发作业计划，通过作业计划结果下发模块、计算机网络将作业计划传输至上位机； 装载工艺参数，通过工艺参数装载模块、上位机从关系数据库中查找工艺参数并下载至PLC控制系统；实际生产过程监控，通过生产过程监控模块跟踪、根据硫化作业计划、生产工艺参数监控硫化机设备的执行过程，并将执行数据保存至关系数据库。
3.根据权利要求2所述的轮胎硫化生产的作业计划执行方法，其特征在于在编制作业计划过程中分为以下三个阶段，第一阶段，根据日生产计划编制规格调整计划，以确定具体轮胎规格调整生产的方案；第二阶段，根据规格调整计划来编制换模计划，以确定具体需要换模的硫化机设备、轮胎规格；第三阶段，编制班次生产计划，以最终确定每台硫化机设备的每个班次生产的计划安排。
4.根据权利要求3所述的轮胎硫化生产的作业计划执行方法，其特征在于在编制作业计划的第一阶段中包括有以下执行步骤，步骤(1)，根据日生产计划，确定轮胎规格集合为V1，TsSV1的开始生产日期，Te为V1 的生产结束日期，每日每个班次的轮胎生产机台数为mktz(k e V1, t = Ts, L，Te)，Ts-I现状轮胎规格集合为V°，轮胎生产机台数mltu(k e V0, t = Ts-I)；步骤O)，计算每个规格在t期早班与t-Ι期晚班机台数之差、t期中班与t期早班机台数之差、t期晚班与t期中班机台数之差； 上述差值为0的，即为不需要调整的轮胎； 上述差值不为0的，即为需要进行硫化机设备的调整；步骤⑶，对于需要增加硫化机设备的轮胎vk，从需要减少硫化机设备的轮胎V1中进行调整；步骤G)，按照步骤(3)将全部需要增加硫化机设备的轮胎调整完毕； 步骤(5)，若mi,t,z+1 = 0，则加入扫尾量Ql的信息，最终得到t期的规格调整计划；t期规格义的Am1台机台开始扫尾，从t2期的ζ班次开始记，扫尾量qi，扫尾后转规格Vk的Amk 台生产方案；若Hiuj1兴0，则最终得到t期的规格调整计划，t期规格义的Am1台机台换规格Vk 的Amk台生产方案；
5.根据权利要求4所述的轮胎硫化生产的作业计划执行方法，其特征在于在编制规格调整计划的步骤(3)中所遵循的原则是，首先进行t期早班与t-Ι期晚班的硫化机设备调整，其次进行t期中班与t期早班的硫化机设备调整，最后进行t期晚班与t期中班的硫化机设备调整。
6.根据权利要求3所述的轮胎硫化生产的作业计划执行方法，其特征在于在编制作业计划过程中，其第二阶段具有以下换模计划编制模型集合M2，
7.根据权利要求6所述的轮胎硫化生产的作业计划执行方法，其特征在于在编制作业计划过程中，其第二阶段包括有以下步骤，(1)将规格调整计划中所涉及硫化机设备的机台数，按从多到少的顺序进行排序；(2)按规格调整计划，整理出调整后的对应硫化时间，以备后续安排在同一台硫化机设备上进行拼模生产；(3)对照规格调整计划，整理出经过调整的轮胎明细；若调整后，轮胎占用整个硫化机设备，则将该信息存入集合V1;若调整后，轮胎可通过拼模而占用半个机台进行生产，则将该信息存入集合\；(4)对照规格调整计划，对硫化机设备进行分类；轮胎占用整个硫化机设备的，将其占用数量取其整数存入集合V1* ；轮胎占用半个机台的数量存入集合V/ ；(5)对集合V1*中的轮胎按顺序进行安排，假设j为V1*中的一个轮胎，i为j对应的调整前的原轮胎，若V1中存在i，且机台数大于等于需求的机台数，取其中距离最近的如\硫化机设备安排生产；若V1中存在i，但机台数小于需求的机台数，则在V1中取i对应的所有硫化机设备安排生产；(6)更新V1和νΛ若对V1*中的所有轮胎安排生产完毕，则转入下一步骤，否则重新转入上一步骤；(7)将V1*中剩余轮胎存入V/，并将V/中的信息以半个机台为单位拆分，按顺序安排其中的轮胎；⑶假设j是V/中的轮胎，在V/中找到与其硫化时间相同的轮胎存入集合V2'。若 F2、0，则在集合V2'中寻找与轮胎j有相同原轮胎的轮胎j° ；当j°存在，若j对应的调整前轮胎在集合V1中的机台数不为0，则选择该硫化机设备作为换模机台，转步骤(1 ；若j 对应的调整前轮胎在集合V1中机台数为0，则转入下一步骤；(9)在集合V2'中寻找与轮胎j具有相同规格胎胚的轮胎j1，当j1不存在，转入下一步骤；当j1存在，则在集合V2中寻找j对应原轮胎的机台信息与j1对应原轮胎的机台信息， 若两者对应机台信息有交叉，即安排j对应的调整前轮胎与j1对应的调整前轮胎在同一硫化机设备上生产，即选择该硫化机设备为换模机台，并转入步骤(13)；否则转入下一步骤；(10)在集合V2'中寻找与轮胎j有相同规格和花纹的轮胎j2，当j2不存在，则转下一步骤；当j2存在，则在集合\中寻找j对应调整前轮胎的机台信息与j2对应调整前轮胎的机台信息，若两者对应机台信息有交叉，则选择该硫化机设备为换模机台，并转入步骤 (13)；否则转入下一步骤；(11)在集合V2'中寻找与轮胎j有相同规格的轮胎j3，当j3不存在，则转入下一步； 当j3存在，则在集合V2中寻找j对应调整前轮胎的机台信息与j3对应调整前轮胎的机台信息，若两者对应机台信息有交叉，则选择该硫化机设备为换模机台，并转入步骤(13)；否则转入下一步骤；(12)在集合V中寻找j对应调整前轮胎的机台信息与j4对应调整前轮胎的机台信息，若两者对应机台信息有交叉，则选择该硫化机设备为换模机台；(13)更新V2，V/，V2'，若对V/中的所有规格胎胚调整完毕，并转入步骤(14)；否则转入步骤⑶；(14)若V/乒0表明集合N:中的轮胎为无法拼模的轮胎，只能进行单独的半个机台换模，在V2中寻找该集合轮胎对应的原硫化机设备进行安排，更新V2，V2* ；(15)若V/兴0，在V2中寻找该集合轮胎对应的原硫化机设备进行安排，更新V1,V/。
8.根据权利要求3所述的轮胎硫化生产的作业计划执行方法，其特征在于在编制作业计划过程中，其第三阶段包括有以下步骤，(1)找到需要进行换模的硫化机设备；(2)若调整前轮胎规格有余量，则生产开始时间按剩余量计算，计划产量根据日生产计划和实际占用机台及换模情况确定；否则开始时间定为当日早班开始的时间；(3)不需要换模的硫化机设备原有信息存入，开始时间定位早班开始时间，计划量为单台日产量；(4)对硫化模具与商标集合进行检验。
全文摘要
本发明所述轮胎硫化生产控制系统与作业计划执行方法，根据硫化生产控制工艺，提出生产在线一体化控制系统与方法，以期实现硫化生产的自动化管理，实现满足硫化生产工艺要求的作业计划编制与控制系统配置，以提高硫化生产效率、控制并降低批量生产时的能源消耗。轮胎硫化生产控制系统包括有数据库服务器，应用服务器，客户端工作站，接口管理服务器，上位机，计算机网络。在应用服务器上设置有工艺参数设置模块，算法参数设置模块，生产订单信息接收模块，生产过程实时数据接收模块，日生产计划编制模块，作业计划编制模块，作业计划结果下发模块，工艺参数装载模块，生产过程监控模块。
文档编号G05B19/418GK102540997SQ20101062147
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者俞胜平, 朱可辉, 杨殿才, 柴天佑, 王秀英, 郑秉霖, 高彦臣 申请人:东北大学, 软控股份有限公司