一种流水线生产管控平台及其管控方法

1.本发明涉及流水线平台技术领域，特别是涉及一种流水线生产管控平台及其管控方法。


背景技术：

2.目前，国内制造业发展整体上还处于机械自动化向数字、信息以及智能自动化过渡阶段，以德国工业4.0作为参照系，比较一致的看法是，我国目前总体上还处于2.0时代，部分企业正在向3.0时代迈进。特别是传统流水线生产的企业 (特别是中、小型企业)，普遍还存在如下问题：1.生产智能化程度偏低：企业主要依赖资源、劳动力的大量投入进行生产研发，随着中国的人力成本上升，如果工厂的生产、管理模式还停留在原有阶段，制造的产品在成本上竞争优势逐渐走低。2.管理信息化程度偏低：许多传统工业制造现场现状还是粗、累、脏，产品流水生产作业上下游衔接靠人工保证，工位切换不及时，导致效率偏低、产品不合格率高，产品质量堪忧。3.生产设备产能偏低：传统工业生产智能化、网络化、信息化程度偏低，导致生产设备、机器有效利用率不高；还会导致单产品平均能耗过高，企业生产的碳排放量还有很大的降低空间。
3.虽然目前智能化程度高的、全自动化流水线已有不少应用案例，但我国制造业覆盖领域广泛，涉及的行业众多、生产模式和管理模式各不相同，大部分应用案例都出现在高新技术产业领域的制造业中，企业在生产线建设初期就选择智能化程度比较高的设备；但是针对传统的生产线，受限于企业的经营状态以及重置智能化程度高的流水线成本，企业转型压力大，导致新型的应用案例并不适合绝大部分企业的实际情况。
4.随着全球智能制造的快速发展和工业4.0时代的到来，互联网与工业的融合已达到前所未有的深度与广度。企业的管理者也已经认识到智能化精工制造和信息化品质管理，对缩减生产周期、提高生产率和产品竞争力起着至关重要的作用。企业的管理者迫于产品的质量、利润以及企业的生存压力，促使企业也有迫切的技术智能化升级、产线自动化改造的需要。但是很多企业困于资金的压力以及现有员工的技能，很难去重新引入新的智能化程度高的生产线。


技术实现要素：

5.本发明提供一种流水线生产管控平台及其管控方法，用于获取生产进度信息，方便操作人员及时处理。
6.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
7.一种流水线生产管控平台，包括数据采集模块、上位机中控模块、通信模块、数据存储模块、可视化显示模块和移动办公模块；所述数据采集模块用于扫描流水线产品条码信息并传输至上位机中控模块，所述上位机中控模块中的管理软件根据产品条码信息和工位信息针对产品的流程、质量进行管控跟踪处理，并将处理后的数据存储至数据存储模块中，得到实时的生产数据，同时中控模块将实时的生产数据通过通信模块传输至可视化显
示模块进行显示；所述移动办公模块通过通信模块获取实时的生产数据并依托分布式的移动终端对整个生产过程进行实时的跟踪管理。
8.上述方案中，移动终端为手机、移动pda等，通信模块采用有线网络或者无线网络，上位机中控模块为上位机。
9.进一步的，所述数据存储模块还服务于大数据挖掘模块，所述大数据挖掘模块根据实时的生产数据和数据存储模块中的历史生产统计数据进行生产质量分析与跟踪，及时发现潜在问题，为生产流程和管理优化提供支撑。
10.进一步的，所述数据采集模块为扫码枪，所述扫码枪装设有转换器，所述存储模块采用mysql数据库，所述可视化显示模块为显示屏。
11.一种流水线生产管控方法，包括以下步骤：
12.s1：数据采集模块扫描产品条码信息得到对应工位的生产状态数据并传送至上位机中控模块；
13.s2：上位机中控模块中的管理软件根据产品条码信息和工位信息针对产品的流程、质量进行管控跟踪处理，并将处理后的数据存储至数据存储模块；
14.s3：产品进入工位时，扫描并记录该产品在该工位的起始时间t
begin
，工位操作结束时，扫描并记录该产品在该工位的结束时间t
end
；
15.s4：上位机中控模块根据产品条码信息、起始时间t
begin
和当前时间t
current
计算生产进度；
16.s5：当工位生产进度达到100％时，通过移动办公模块进行实时提醒；
17.s6：若工位生产发生异常，通过移动办公模块进行实时告警；
18.s7：产品生产完成，根据产品的质量进行状态标识，如果产品生产有缺陷，记录下导致缺陷的工位信息以及原因，以便后续数据挖掘处理；
19.s8：大数据挖掘模块根据实时的生产数据刷新产品的生产累积成功率rs、工位累积成功率r
si
、日生产成功率ds、日工位成功率d
si
、当日日生产成功率 cs、当日日工位成功率c
si
指标数据，实现对历史生产数据进行生产分析与跟踪。
20.进一步的，步骤s1具体为：数据采集模块与上位机中控模块连接，将数据采集模块、可视化显示模块部署到各个流水线工位，产品在每个工位通过数据采集模块扫描产品条码信息得到对应工位的生产状态数据并传送至上位机中控模块，来对产品进行跟踪管理。
21.进一步的，步骤s2具体为：上位机中控模块将产品条码信息及对应工位的生产状态数据同步到mysql数据库中进行共享和持久化处理；为了保证数据存储的可靠性，mysql配置了主从服务器，生产过程中从服务器实时的从主服务器复制数据保持同步，一旦主机异常可以快速的切换到从机。
22.进一步的，步骤s4中生产进度的计算公式为：进一步的，步骤s4中生产进度的计算公式为：
23.工位的时间权重计算公式为：
24.该产品生产总进度的计算公式为：
25.其中，pi表示在第i工位的生产进度，n表示总工位数，i表示第i个工位， ti表示工位i标准操作时间。
26.进一步的，步骤s5中移动办公模块设有提醒功能，包括显示框和响铃两种方式，考虑到移动平台的耗电量和提醒的友好性，支持针对响铃的提醒模式设置提醒策略，如果无人处理，响铃提醒的间隔时间ti和响铃的次数i按照抛物线的规律进行，响铃提醒的间隔时间ti(单位：分钟)，计算表达式如下：
[0027][0028]
其中，a表示调整间隔时间趋于稳定的最大值，b表示调整间隔时间达到稳定的速度。
[0029]
进一步的，步骤s8中若产品生产失败，则进行如下处理：(1)将当日日生产成功率cs、失败工位的当日日工位成功率c
si
分别与生产累积成功率rs、失败工位的工位累积成功率r
si
进行对比，如果当日日生产成功率cs低于生产累积成功率rs或者失败工位的当日日工位成功率c
si
低于失败工位的工位累积成功率r
si
，管控平台及时告警；(2)将当日日生产成功率cs、失败工位的当日日工位成功率c
si
与历史的日生产成功率ds、历史的日工位成功率d
si
进行对比，如果当日日生产成功率cs低于历史的日生产成功率ds或者失败工位的当日日工位成功率c
si
低于历史的日工位成功率d
si
，管控平台及时告警；(3)若生产的产品失败连续三次及以上，管控平台及时告警，及时发现潜在问题，为生产流程和管理优化提供支撑。
[0030]
进一步的，生产累积成功率rs、工位累积成功率r
si
表达式如下：
[0031][0032][0033]
其中，qs为累积成功产品数量、qf为累积失败产品数量、q
is
为第i工位累积成功产品数量、q
if
为第i工位累积失败产品数量。
[0034]ds
、d
si
、cs、c
si
的计算跟rs和r
si
类似，只是累积的维度略有区别。
[0035]
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
[0036]
当工位完成操作时，平台会立即触发告警，结合移动终端，可以让员工在任何一个地方都能获取到生产进度信息，有效避免了“生产结束不及时、未及时切换产品导致设备空跑”等问题，方便操作人员及时处理，降低机器的空闲率，优化产品生产效率，提高产能。
[0037]
该平台严格按照规范的流程进行时间管控，能较好避免“产品工位切换不及时、单个工位处理时间不符合工艺要求”等问题，按照符合工艺的最优时间进行智能管控，进而提升产品质量。
附图说明
[0038]
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0039]
图1为本发明实施例提供的一种流水线生产管控方法流程示意图；
[0040]
图2是本发明实施例提供的平台框架示意图。
[0041]
图3是本发明实施例提供的平台整体部署示意图；
[0042]
图4是本发明实施例提供的平台实施案例布线示意图；
[0043]
图5是本发明实施例提供的平台生产进度界面示意图；
[0044]
图6是本发明实施例提供的平台生产产品统计示意图；
[0045]
图7是本发明实施例提供的默认提醒策略示意图。
具体实施方式
[0046]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都是本发明保护的范围。
[0047]
实施例1
[0048]
为了便于理解，请参阅图1-图7，本发明提供的一种流水线生产管控平台及其管控方法的一个实施例，一种流水线生产管控平台，包括数据采集模块、上位机中控模块、通信模块、数据存储模块、可视化显示模块和移动办公模块；所述数据采集模块用于扫描流水线产品条码信息并传输至上位机中控模块，所述上位机中控模块中的管理软件根据产品条码信息和工位信息针对产品的流程、质量进行管控跟踪处理，并将处理后的数据存储至数据存储模块中，得到实时的生产数据，同时中控模块将实时的生产数据通过通信模块传输至可视化显示模块进行显示；所述移动办公模块通过通信模块获取实时的生产数据并依托分布式的移动终端对整个生产过程进行实时的跟踪管理。所述数据存储模块还服务于大数据挖掘模块，所述大数据挖掘模块根据实时的生产数据和数据存储模块中的历史生产统计数据进行生产质量分析与跟踪，及时发现潜在问题，为生产流程和管理优化提供支撑。
[0049]
本发明结合移动办公模块，可以让员工在任何一个地方都能第一时间获取到产品生产进度、产品生产质量、工位操作进度、生产中相关提醒和告警等信息，方便操作人员及时处理，降低机器的空闲率，优化产品生产效率，挖掘潜在问题，提高产能和质量。
[0050]
具体的，所述数据采集模块为扫码枪。扫码枪是基于rs232协议，该协议有效传输距离比较短，距离不够可以增加一个转换器将rs232数据转以太网数据进行长距离传输，数据采集模块包含n个扫码枪，每个扫码枪对应一个转换器。可视化显示模块包含n块显示屏，用于展示工位上扫码枪是否扫描成功及生产进度。
[0051]
上述方案中，产品在进入工位操作之前会扫描一次产品条码信息，扫描之后执行该工位的相关操作；扫描的产品条码信息会传输到上位机中控模块进行处理；扫码枪因为接口协议和传输数据距离问题，可以装设转换器。可视化显示模块用于展示工位的生产进度，如果现有的设备上有显示功能，可以基于现有的设备进行复用；本发明中平台支持通过增加显示屏进行展示，显示屏具备成本低的优势。
[0052]
上位机中控模块通过安装应用软件来实现相应功能，功能包括：(a)根据扫描的条码信息进行产品的跟踪管理；(b)将相关工位的处理结果返回给可视化显示模块展示；(c)将产品的处理结果，交给存储模块进行存储。
[0053]
移动终端软件是基于android开发的软件，可以基于pda(或员工手机)进行平台软
件的部署。核心功能有：(a)查看工位产品的生产进度情况；(b)实时提醒和告警；(c)查看产品生产情况(包括合格与不合格)。
[0054]
通信模块采用交换机建立的局域网络；移动终端为手机、pda等终端。通信模块用于其他几个模块的数据传输，该模块具体实施时要考虑各个企业生产车间的具体网络现状，如果网络覆盖范围、剩余网口数满足复用条件可以不新增设备。
[0055]
本发明针对企业现有流水线生产设备，针对生产过程中存在的人力成本过高、产品质量缺乏竞争力、企业碳排放量过大等问题，同时考虑企业投入资金的压力，立足于企业现有的流水线操作设备，引入统一管控平台，帮助企业提高生产智能化水平以及管理信息化水平。
[0056]
实施例2
[0057]
具体地，在实施例1的基础上，结合具体的实施例子对方案进行说明，进一步体现本方案的技术效果。具体为：
[0058]
一种流水线生产管控方法，包括以下步骤：
[0059]
s1：数据采集模块扫描产品条码信息得到对应工位的生产状态数据并传送至上位机中控模块；
[0060]
s2：上位机中控模块中的管理软件根据产品条码信息和工位信息针对产品的流程、质量进行管控跟踪处理，并将处理后的数据存储至数据存储模块；
[0061]
s3：产品进入工位时，扫描并记录该产品在该工位的起始时间t
begin
，工位操作结束时，扫描并记录该产品在该工位的结束时间t
end
；
[0062]
s4：上位机中控模块根据产品条码信息、起始时间t
begin
和当前时间t
current
计算生产进度；
[0063]
s5：当工位生产进度达到100％时，通过移动办公模块进行实时提醒；
[0064]
s6：若工位生产发生异常，通过移动办公模块进行实时告警；
[0065]
s7：产品生产完成，根据产品的质量进行状态标识，如果产品生产有缺陷，记录下导致缺陷的工位信息以及原因，以便后续数据挖掘处理；
[0066]
s8：大数据挖掘模块根据实时的生产数据刷新产品的生产累积成功率rs、工位累积成功率r
si
、日生产成功率ds、日工位成功率d
si
、当日日生产成功率 cs、当日日工位成功率c
si
指标数据，实现对历史生产数据进行生产分析与跟踪。上述方案中，实时告警使用intentservice技术来实现流水线操作的实时告警处理，一旦工位生产进度达到100％(表示工位执行操作完成)或有告警信息时，通过 broadcast广播技术实现实时告警。
[0067]
具体的，步骤s1具体为：数据采集模块与上位机中控模块连接，将数据采集模块、可视化显示模块部署到各个流水线工位，产品在每个工位通过数据采集模块扫描产品条码信息得到对应工位的生产状态数据并传送至上位机中控模块，来对产品进行跟踪管理。
[0068]
具体的，步骤s2具体为：上位机中控模块将产品条码信息及对应工位的生产状态数据同步到mysql数据库中进行共享和持久化处理；为了保证数据存储的可靠性，mysql配置了主从服务器，生产过程中从服务器实时的从主服务器复制数据保持同步，一旦主机异常可以快速的切换到从机。
[0069]
具体的，步骤s4中生产进度的计算公式为：步骤s4中生产进度的计算公式为：
[0070]
工位的时间权重计算公式为：
[0071]
该产品生产总进度的计算公式为：
[0072]
其中，pi表示在第i工位的生产进度，n表示总工位数，i表示第i个工位， ti表示工位i标准操作时间。
[0073]
步骤s5中移动办公模块设有提醒功能，包括显示框和响铃两种方式，考虑到移动平台的耗电量和提醒的友好性，支持针对响铃的提醒模式设置提醒策略，如果无人处理，响铃提醒的间隔时间ti和响铃的次数i按照抛物线的规律进行，响铃提醒的间隔时间ti，计算表达式如下：
[0074][0075]
a表示调整间隔时间趋于稳定的最大值，a越大趋于稳定时的时间间隔越长； b表示调整间隔时间达到稳定的速度，b越小表示调整间隔时间趋于稳定的越快。
[0076]
出厂默认设置a＝4，b＝0.5时，提醒曲线如图7所示。
[0077]
步骤s8中若产品生产失败，则进行如下处理：(1)将当日日生产成功率 cs、失败工位的当日日工位成功率c
si
分别与生产累积成功率rs、失败工位的工位累积成功率r
si
进行对比，如果当日日生产成功率cs低于生产累积成功率rs或者失败工位的当日日工位成功率c
si
低于失败工位的工位累积成功率r
si
，管控平台及时告警；(2)将当日日生产成功率cs、失败工位的当日日工位成功率 c
si
与历史的日生产成功率ds、历史的日工位成功率d
si
进行对比，如果当日日生产成功率cs低于历史的日生产成功率ds或者失败工位的当日日工位成功率 c
si
低于历史的日工位成功率d
si
，管控平台及时告警；(3)若生产的产品失败连续三次及以上，管控平台及时告警，及时发现潜在问题，为生产流程和管理优化提供支撑。
[0078]
本发明为了能在终端实时展示产品、工位的生产进度，在内存数据库中设置了一个工位状态表，表字段包括工位号、产品条码信息、工位状态、开始时间、结束时间、进度。根据采集的条码信息、生成的t
begin
以及生产进度pi来实时刷新内存表数据，内存表刷新之后结合安卓的handler处理机制通知gui线程进行界面的实时刷新。
[0079]
如图5所示，生产进度对应移动终端软件中主界面示意图，包含：工位状态、开始时间、结束时间、进度(即生产进度)四个板块，生产进度以百分比形式展现。
[0080]
如图6所示，生产产品和缺陷产品相关的统计，根据产品的生产状态，结合数据库的事务管理技术实时更新数据库中的时统计和日统计表，下方折线图为缺陷产品数。时统计表是按照小时为周期进行汇总统计，对应软件中周期选择当天，以便按小时维度展示产品生产统计信息；
[0081]
本发明致力于帮助企业提高生产智能化水平以及管理信息化水平，具体体现如下：
[0082]
1.传统的流水线生产还是靠人工保证、在多个工位之间切换，比如，需要多名人工巡检查生产线的各个工位，检查工位的完成情况；而通过本发明中管控平台可以在工位完成操作之后获得实时的提醒，还可以实时的管理、监控工位的生产进度情况，可以实现从现有的“一名员工负责一个工位、一名员工负责一条流水线”转变成“一名员工可以负责多个”，进而提升了人员的产能。
[0083]
2.引入管控平台，助力“碳中和”：该平台可以有效的降低企业机器的空闲率，提高
能源的使用效率，降低产品的缺陷率，有助于企业实现“碳中和”。
[0084]
实施例3
[0085]
具体地，在实施例1的基础上，结合具体的实施例子对方案进行说明，进一步体现本方案的技术效果。具体为：
[0086]
以企业x的传感器生产流水线为例，按照工艺要求，将传感器作为待生产的产品，该产品的生产工艺涉及到预烘烤、涂胶、抽真空以及固化四个流水线工位，每个传感器生产都需要经过这四个工位串行、有序的操作，根据实际应用情况，抽真空工位部署两台设备；预烘烤、涂胶、抽真空以及固化中每一个工位均单独配置扫码枪、显示屏和ap终端，每个扫码枪、显示屏和ap终端均设有对应编号。在该应用案例中，通过本发明平台的部署，达到将传感器a的生产过程进行智能管控的目的。其部署过程如下：
[0087]
1、通信模块部署：考虑到企业投入成本，通信模块可以优先基于企业现有的网络情况进行适配。通过通信模块的部署，实现数据采集模块、可视化显示模块、上位机中控模块、数据存储模块、大数据挖掘模块和移动办公模块之间的数据通信。本案例中的企业x的生产车间无现成的网络可以用，需要增加部署，考虑到工作车间有1000平米左右，部署了1台交换机和四个ap终端完成数据传输网络的覆盖，ap(access point，无线接入点)用于实现pda(personal digitalassistant)移动终端的无线连接，各网络设备走线示意图如图中所示。
[0088]
2、数据存储模块部署：考虑到企业闲置资源的复用，数据存储可以基于企业现有的数据库进行适配。如果企业没有现成的数据库可用，平台默认支持对 mysql数据库的操作，为了适配服务器驱动，mysql选择8.0.27版本，服务器可以根据数据库的性能要求进行调整，该应用案例直接在两台上位机pc机上安装了mysql组成热备组网，数据库安装完成之后，通过执行初始化脚本进行相关表的创建以及数据的初始化。
[0089]
3、上位机中控模块软件部署：可以选取一台windows 10操作系统的上位机中控模块pc进行部署，将lm.startup.exe安装包传到pc上，双击exe文件即可自动完成安装。安装完成之后，需要根据实际的网络配置，修改下数据库的连接信息(如ip、端口、用户名、密码等)。上位机中控模块软件部署完成之后，即可正常访问数据库，根据配置的采集模块/交互模块的ip地址和工位的映射关系，实现产品信息采集、显示，以及生产过程、产品质量、工位操作进展的管控等功能。
[0090]
4、移动办公模块软件部署：intelligentwork.apk安装包可以部署到安装 android 9以上操作系统的移动终端上，根据企业实际要求灵活选择，可以使用员工手机，也可以基于android平台的pda，apk包安装完成之后，同样需要根据实际的网络配置，修改下数据库的连接信息(如ip、端口、用户名、密码等)。移动终端软件完成之后，可以实现员工不在现场或远离现场时，也能实时进行产品生产过程的监管，帮助企业优化产品生产流程，提升生产的安全性、可靠性和效率。
[0091]
5、大数据挖掘模块软件部署：为了满足write once,run everywhere的目的，数据挖掘软件使用java进行实现，在该案例中，考虑投入和维护成本，选择了一台安装jdk1.8的windows 10操作系统的上位机pc机，修改数据库ip地址之后可以直接运行数据挖掘程序。
[0092]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可
以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。