多品种批量产品混线生产实时状态管理方法与流程

本发明涉及计算机集成制造领域的生产系统管理方法，具体地，涉及多品种批量产品混线生产实时状态管理方法，尤其是多品种小批量产品混线生产实时状态管理中的描述方法。

背景技术：

航天产品大多属于多品种小批量产品，且其研制型号和批产型号混线生产，这种生产过程具有强烈的动态不确定特性，要想实现生产过程的有效控制，必须从产品工艺、资源、产线等多个维度对混线生产具体过程进行快速准确的描述。目前，在产品工艺、资源、产线等维度的混线生产系统状态建模方面，国内外学者提出了多种建模方法，主要集中在以下三个方面：

1)在产品工艺维状态方面，考虑零件制造的中间状态，以工序mbd模型为基本单位，通过加工特征将几何信息与工艺信息相结合，建立了面向工艺的mbd模型，然后以工序模型为载体，建立mbd的零件工艺信息模型；

2)在资源维状态方面，基于数据驱动与层次化控制模型相结合的产线建模与仿真方法，实现仿真模型的自动生成，并结合数据驱动的方式，快速实现仿真模型中车间物理布局和资源数量的调整；

3)在产线维状态方面，提出一种基于图的转换和分解方法，将混流生产系统重构成随机流网络模型并对该网络的可靠性性能指标进行了分析，给出了生产设备要满足生产目标的最小容量向量。考虑到多品种小批量产品混线生产中涉及研制、批产型号，制造资源涉及物料、人员、设备、模具、夹具等，混线生产的过程事实上是不同型号、不同产品与制造资源在时间和空间维度的一个复杂协同过程，然而，针对如此复杂的混线生产系统，现有方法都是在一个特定维度上构建的实时状态模型，没有形成面向混线生产的多维状态管理方法，因此，需要提出一种利用多个维度、相互交互的实时状态模型全面描述多品种小批量产品混线生产过程。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多品种批量产品混线生产实时状态管理方法。

根据本发明提供的一种多品种批量产品混线生产实时状态管理方法，包括：

步骤1：基于零件加工状态信息的统一编码体系，建立零件加工工序属性模型；

步骤2：按照产品数据管理pdm中的工艺路线将各零件任务在工序维度进行展开，构建混线生产的工艺维状态模型；

步骤3：从混线生产实时采集的生产过程数据中提取生产线资源的状态参数，建立混线生产资源属性模型；

步骤4：根据产线上每台设备按照任务分配情况和混线生产资源属性模型，构建混线生产资源维状态模型；

步骤5：根据工艺维状态模型、资源维状态模型，构建以零件制造工序和混合生产线资源为节点、任务资源关联关系为边的混线生产实时状态模型。

优选地，还包括：

显示所述混线生产实时状态模型；

在所述混线生产实时状态模型的xy平面内根据预设约束选择相应路线，得到零件任务的生产计划安排信息，其中，在所述混线生产实时状态模型中，任务维为z轴、工序维为x轴、设备维为y轴。

优选地，所述步骤1中的加工工序属性模型是指：对加工状态信息进行统一编码，编码中的每个特征描述一道工序，工序具体描述零件编号、加工属性、加工工时、前序工序这些工序信息。

优选地，所述步骤2中的工艺维状态模型是指：按照pdm中的工艺路线将各零件任务在工序维度进行展开，不同的零件任务构成生产任务集，每一零件任务主要由多个并行或串行关系的工序组成，每个工序由零件加工工序属性模型描述定义，形成嵌套关系模型。

优选地，所述步骤3中的混线生产资源属性模型是指：描述生产线资源的设备状态、当前任务、释放时间、等待队列这些状态参数，其中，设备状态表示资源当前是否被占用，释放时间表示资源可被使用的时刻，等待队列指已分配到设备但还未开始加工的任务集。

优选地，所述步骤4中的混线生产资源维状态模型是指：描述各任务的相应工序在每台设备上的分配情况及实时加工状态的模型。

优选地，所述步骤5中的混线生产实时状态模型是指：基于复杂网络模型构建以零件制造工序与混合生产线资源为节点、任务资源关联关系为边的拓扑结构，用于描述多品种批量产品混线生产实时状态的模型。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的多品种小批量产品混线生产实时状态管理方法采用拓扑结构网络模型描述“任务-工序-设备”三维状态间的关联关系，与现有的单维模型管理方法相比，本发明能够全面描述多品种小批量产品混线生产实时状态，为混线生产系统进行实时优化和协同管理提供准确全面的数据，从而得到最优解。

2、本发明提供的多品种小批量产品混线生产实时状态管理方法不需要额外数据处理软件对生产过程工艺信息、资源信息等进行数据融合，方法简单，适合于多品种小批量产品混线生产实时状态的描述。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为零件加工工序属性模型图；

图2为混线生产工艺维状态模型图；

图3为混线生产资源属性模型图；

图4为混线生产资源维状态模型图；

图5为混线生产实时状态模型图；

图6为方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明的目的是要准确全面地从产品工艺、资源、产线等维度描述多品种小批量产品混线生产实时状态，提出一种基于拓扑结构网络模型的生产状态管理方法。具体地，从产品生产过程大数据中提取各工序相关数据，建立工序属性模型；按照工艺路线，将各零件任务在工序维度进行展开，形成混线生产工艺维状态模型；从混线生产实时采集的生产过程大数据中提取设备、刀具和夹具等生产线资源的状态参数，建立混线生产资源属性模型；产线上每台设备按照其任务分配情况，构建混线生产的设备维状态模型，也可以称为资源维状态模型；以任务维为z轴、工序维为x轴、设备维为y轴，基于复杂网络模型构建以零件制造工序与混合生产线资源为节点、任务资源关联关系为边的混线生产实时状态模型，描述多品种小批量产品混线生产实时状态，有效反映当前状态下的生产计划执行情况。

下面结合具体实施方式对本发明中的技术做更加详细的说明，具体包括如下步骤：

步骤1：对传感器、rfid和plc等手段采集的产品生产过程大数据，按照数据流的时间维度进行各工序相关数据的分段提取与转化集成，基于零件加工状态信息的统一编码体系，建立零件加工工序属性模型，如图1所示，零件加工工序属性模型具体描述零件编号、工序编号、加工属性、加工工时、设备分配等工序信息。

步骤2：对于一个实际的生产序列，基于pdm中的工艺路线，再根据相应工序的属性模型，即可将各零件任务在工序维度进行展开，每一个任务由一系列存在并行或串行关联关系的工序构成，形成混线生产的工艺维状态模型。在实际生产中，不同的零件任务构成生产任务集，每一任务包含若干并行或串行关系的工序组成，并可形成更复杂的嵌套关系，如图2所示，车间常见的四种工艺状态模式。四种模式分别为：模式①单一零件加工；模式②零件单独加工最后组装；模式③不同零件的某些工序需要组合加工；模式④组件加工过程中某些零件的某些工序需要组合加工，最后组装。

步骤3：从产品混线生产实时采集的生产过程大数据中提取并描述设备、刀具和夹具等生产线资源的可用性、负载、当前任务、等待产品、设备状态等状态参数，构建混线生产资源属性模型，如图3所示，其中的各项属性由车间数据集成及信息时序融合技术实现，设备状态表示资源当前是否被占用；释放时间表示该资源可被使用的时刻；等待队列指已分配到该设备但还未开始加工的任务集；其余属性作为补充信息，需要时以类似的方式呈现。

步骤4：对于每台设备，根据其任务分配，显示各任务的相应工序在该设备上的分配情况，并根据实时加工情况显示设备状态，形成混线生产资源维状态模型，如图4所示，表示了某些设备集的在加工及任务等状态。

步骤5：对于一个生产任务序列，首先以生产的先后顺序进行任务维展开，每一层表示对应零件任务的生产计划安排；对于每个任务，再根据工艺路线进行工序维展开，表示该任务的工艺路线选择；最后针对选择的工艺路线，进行各道工序的设备维展开，建立了生产实时状态模型，如图5所示，z轴表示任务维，x轴表示工序维，y轴表示设备维，图中带箭头的实线表示工艺顺序，虚线表示工艺约束下可前后相连的工序，点划线表示不能同时选择的两道工序。通过上述析取图的建立，可以有效表达生产过程中的工艺约束、优先关系约束以及设备唯一性约束。通过在(x,y)平面根据预设约束选择相应路线，即可实现某个零件任务的生产计划安排，通过与任务维度的关联，即可表示完整的生产计划安排。

本实施例以多品种小批量航天产品混线生产实时状态描述为例，说明了多品种小批量产品混线生产实时状态模型及管理方法，采用拓扑结构网络模型描述“任务-工序-设备”三维状态间的关联关系，由于工序属性和设备属性均包含了实时状态信息，故整个状态模型也具有实时性，可有效反映当前状态下的生产计划执行情况，为混线生产系统进行实时优化和协同管理提供准确、全面、实时的数据，方法简单，适合于多品种小批量产品混线生产实时状态的描述。

本发明从产品工艺、资源、产线等多个维度对混线生产具体过程进行快速准确的描述，整个状态模型具有实时性，可有效反映当前状态下的生产计划执行情况，为混线生产系统进行实时优化和协同管理提供准确、全面、实时的数据，方法简单，适合于多品种小批量产品混线生产实时状态的描述。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。