一种基于云链的成套产品智能制造系统的制作方法

1.本发明涉及柔性装配技术领域，具体为一种基于云链的成套产品智能制造系统。


背景技术：

2.现在许多产品的生产或是少品种大批量，或是多品种小批量。在制造零件时，使用自动机或者自动线，同时采用先进的工艺促使制造零件的劳动量下降。然而，由于装配大多是手工劳动，使装配的劳动量在制造产品的总劳动量中还占相当高的比例，致使产品零部件的装配成为生产中的薄弱环节。
3.很多成套产品是拆分为多个零件，零件需要经过机加工单元，然后尽量同时进入装配单元以减少装配关联零件的装配等待时间。但是，各零件的加工路径与工时差异较大，个性化的生产也将引发更高频率的返修、设备故障，这使得各零件的生产进度协同具有相当的困难性。
4.产品订单动态随机到达，以零件为加工任务分别进行生产，所有零件最后再由装配小组装配为成品，实际生产中，由于缺少合理的调度支持与关联零部件的进度协同，加工资源被需求并不紧迫的零件先抢用的现象频发，该种现象会使本应该优先加工的零件产生等待，经常发生因关联零件缺少而装配工序无法开工的不良现象，随之是装配提前期、生产提前期都延长，严重的还会导致订单拖期。其次，不紧急的零件过早达到装配区作为暂存品，过高的暂存品造成场地与管理的复杂性。


技术实现要素：

5.针对背景技术中提出的现有成套产品智能制造系统在使用过程中存在的不足，本发明提供了一种基于云链的成套产品智能制造系统，具备动态调度生产设备，使得紧急订单能够及时完成的优点，解决了上述背景技术中提出的问题。
6.本发明提供如下技术方案：一种基于云链的成套产品智能制造系统，包括云订货系统、订单管理系统、财务管理系统、物流配送系统、柔性装配系统、仓储管理系统；
7.所述云订货系统：包括基于云链的共享平台，客户与供货商通过共享平台关联，供货商通过共享平台查询客户发布的订货信息，确立供货合同后生成订单，客户通过共享平台查询供应商实时关联的订货物制造情况；
8.所述订单管理系统：获取共享平台的所有订单，分析订单中产品装配零件，生成零件采购信息传输至财务管理系统；生成采购的零件运输信息输送至物流配送系统；生成产品装配信息发送至柔性装配系统；接收仓储管理系统的产品存储信息，生成产品发货信息输送至物流配送系统；
9.所述财务管理系统：负责订单零件的采购；
10.所述物流配送系统：用于将产品原料输送至装配车间的装配产线上；并将仓库中存储的产品发送至目的地；
11.所述柔性装配系统：接收货单管理系统的产品装配请求，根据产品装配请求信息
中的产品零件信息，接收并核检物流配送系统输送的产品原料；将装配合格的产品信息传输至仓储管理系统；
12.所述仓储管理系统：负责仓库中产品信息的核验，与柔性装配系统以及货单与管理系统相连接，分别用于接收装配后的产品以及将装配后的产品向外发送。
13.优选的，所述柔性装配系统：包括装配产线、装配控制系统和装配管理系统；
14.所述装配产线：包括若装配设备、自动转运系统、自动缓存区、自动化立体库；
15.所述装配控制系统：与装配产线相连接，包括每个装配设备的plc操作系统、自动转运系统的agv小车、自动化立体库的自动化机器手臂、自动缓存区的自动化机器手臂，收集装配产线信息实时传输至装配管理系统，同时接收装配管理系统下达的工作指令，并将指令转换成装配产线的动作和状态；
16.所述装配管理系统：与装配控制系统连接，实时获取装配产线的反馈信息，并结合约束条件动态调整装配任务以形成新的产品工艺路线，然后将动态调整结果传达给装配控制系统，由装配控制系统指导装配产线作业。
17.优选的，每个所述装配设备都具有单独的plc操作系统，所述plc操作系统可向装配信息管理系统反馈设备状态，产品根据工艺路线选择设备；
18.所述自动转运系统由agv小车和运输通道组成，执行装配控制系统的运输指令，完成将装配元件运输到对应工作地点的任务；
19.所述自动化立体库：由多个缓冲库和自动化机器手臂组成，自动化机器手臂按照装配控制系统的指令将物料从agv小车上取出放到库位中，或者从库位中取出放到运输车辆上；
20.所述自动缓存区：设置于每个设备上，包括自动化机器手臂，用于批量放置待装配元件。
21.优选的，所述装配管理系统：包括装配工艺设计模块、装配元件准备模块、装配过程监控模块、装配质检模块；
22.所述装配工艺设计模块：根据订单及产品的信息，利用生产调度模型表达生产调度过程，基于生产调度模型、设备及路径选择规则、零件加工设备路线选择方法、设备作业分派规则设计产品的装配工艺方案；
23.所述装配元件准备模块：接收装配工艺设计模块传输的装配工艺方案，并根据装配工艺方案确定产品的装配产线；
24.所述装配过程监控模块：与所述装配控制系统相连接，用于接收所述装配控制系统传采集的所述装配产线的信息；
25.所述装配质检模块：对每个工序的零件进行质量检查。
26.优选的，所述装配工艺设计模块的生产调度模型如下：
27.优化目标函数为：minimize fm(c1，c2，...，ci)；
28.约束条件为：
[0029][0030][0031]sijpkm
+c
ijpkm
≤l*x
ijpkm
，i∈i，j∈ji，p∈p
ij
，k∈o
ijp
，m∈m
ij
ꢀꢀ
(3)
[0032]cijpkm
≥s
ijpkm
+pt
ijpkm-l*(1-x
ijpkm
)，i∈i，j∈ji，p∈p
ij
，k∈o
ijp
，m∈m
ij
ꢀꢀ
(4)
[0033][0034][0035][0036][0037]sijpkm
，c
ijpkm
，ci≥0，i∈i，j∈ji，p∈p
ij
，k∈o
ijp
，m∈m
ij
ꢀꢀ
(9)
[0038]wijp
，x
ijpkm
∈{0，1}，i∈i，j∈ji，p∈p
ij
，k∈o
ijp
，m∈m
ij
ꢀꢀ
(10)
[0039]yijki，j，k，m
∈{0，1}，i，i’∈i，j∈ji，j’∈ji，k∈o
ijp
，k’∈o
i，j’p，m
∈m
ij
∩m
i’j， (11)
[0040]
其中，i表示产品订单，i∈i；ati表示产品订单i的达到时间；j表示产品订单中的零件，j∈ji；k表示零件的工序，k∈o；m表示加工设备，m∈m；p表示零件j中工艺路径的下标，p∈p
ij
；p
ij
表示订单i零件j的工艺路径集合；o
ijp
表示订单i零件j的工艺路径p中所有工序的集合；o
ijpk
表示订单i零件j的工艺路径p中工序k，o
ijpk
∈o
ijp
，将工艺路径中第一道工序设为o
ijpf
，最后一道工序设为o
ijpl
；o
ij
表示订单i零件j所有工序集合；di表示订单i的交货期；m
ij
表示订单i零件j所有工序可选加工设备集合；pt
ijpkm
表示订单i零件j工序k使用加工设备m所需的加工时间；apti表示订单i的装配所属时间；l表示一个极大的数；s
ijpkm
表示订单i零件j工序k使用加工设备m的开工时间；c
ijpkm
表示订单i零件j工序k使用加工设备m的完工时间；c
ij
表示订单i零件j的完工时间；w
ijp
表示如果订单i零件j选择工艺路径p进行加工，则w
ijp
＝1，否则w
ijp
＝0；x
ijpkm
表示如果订单i零件j的工序o
ijpk
选择设备m进行加工，则x
ijpkm
＝1，否则x
ijpkm
＝0；y
ijki’j’k’m
表示如果订单i零件j工序k在设备m的加工顺序比订单i’零件j’工序k’早，则y
ijki’j，k’m
＝1，否则y
ijki’j’k’m
＝0；
[0041]
上述约束(1)(2)表示零件仅选择一条工艺路径进行加工且每道工序只能选择一台设备；约束(3)(4)表示工序在设备上的开工时间小于或等于该工序在设备上完工时间，工序的完工时间大于或等于工序的开工时间；约束(5)为同一工艺路径中工序之间顺序约束，即前道工序的完工时间小于或等于后一道工序的开工时间；约束(6)(7)表示工序可选设备相同的零件不能同时进行加工，即设备任何时刻加工零件不能超过一个；约束(8)定义了订单完工的时间为订单中最后完工零件的时间加上装配所需时间；约束(9)(10)(11)表示决策变量为0-1变量。
[0042]
优选的，所述设备及路径选择规则如下，生产加工设备路径q满足以下条件：
[0043]q*
＝arg min{pt
ijq
}，q∈q
[0044]
其中，q为零件的设备加工路径，q为所有设备加工路径集合，pt
ijp
为加工设备路径的工时总和。
[0045]
优选的，所述零件加工设备路线选择方法步骤如下：
[0046]
步骤一、各工序采用指针控制可选设备的变动，每次由最后一道工序的指针依次下移，变动一台可选设备，生成一条加工设备路径；
[0047]
步骤二、如最后一道工序当前指针为最后一台可选设备，则指针复位，同时，前一道工序中的指针下移一位，依次不断向前面的工序递归，生产新的加工设备路径；
[0048]
步骤三、通过工序可选设备指针的不断移位、复位，直至各工序的指针为可选设备中的最后一台。
[0049]
优选的，所述生产加工设备的作业分派规则满足重要程度-最早交货期有限规则，优先度公式如下：
[0050][0051]
其中，nuo
ij
为订单i产品零件j的剩余工序数量。
[0052]
本发明具备以下有益效果：
[0053]
1、本发明通过生产调度模型对生产过程中订单信息与装配产线的装配设备之间的关系进行描述，再按照设备选择规则以及作业分配规则对成套产品的零件进行协同生产，使得一套产品的所有零件的完工时间与装配时间最接近，从而使得零件在完工后立即进行装配，避免零件堆积而占用仓库，提高订单的动态化加工装配效率。
[0054]
2、本发明通过将成套产品拆分成多个零件，分别对每个零件进行加工、组装，最终再将各个零件组装成成套产品，基于每个零件的工序以及可以完成该工序的设备，设计耗时最短的加工设备的路径，从而缩短成套产品的加工装配时间，提高车间的工作效率。
附图说明
[0055]
图1为本发明系统组成示意图；
[0056]
图2为本发明柔性装配系统组成示意图；
[0057]
图3为本发明装配产线组成示意图；
[0058]
图4为本发明装配管理系统组成示意图。
具体实施方式
[0059]
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，都属于本发明保护的范围。
[0060]
请参阅图1，一种基于云链的成套产品智能制造系统，包括云订货系统、订单管理系统、财务管理系统、物流配送系统、柔性装配系统、仓储管理系统；
[0061]
云订货系统：包括基于云链的共享平台，客户与供货商通过共享平台关联，供货商通过共享平台查询客户发布的订货信息，确立供货合同后生成订单，客户通过共享平台查询供应商实时关联的订货物制造情况；
[0062]
订单管理系统：获取共享平台的所有订单，分析订单中产品装配零件，生成零件采购信息传输至财务管理系统；生成采购的零件运输信息输送至物流配送系统；生成产品装配信息发送至柔性装配系统；接收仓储管理系统的产品存储信息，生成产品发货信息输送至物流配送系统；
[0063]
财务管理系统：负责订单零件的采购；
[0064]
物流配送系统：用于将产品原料输送至装配车间的装配产线上；并将仓库中存储的产品发送至目的地；
[0065]
柔性装配系统：接收货单管理系统的产品装配请求，根据产品装配请求信息中的产品零件信息，接收并核检物流配送系统输送的产品原料；将装配合格的产品信息传输至仓储管理系统；
[0066]
仓储管理系统：负责仓库中产品信息的核验，与柔性装配系统以及货单与管理系统相连接，分别用于接收装配后的产品以及将装配后的产品向外发送。
[0067]
参阅附图2，柔性装配系统：包括装配产线、装配控制系统和装配管理系统；
[0068]
参阅附图3，装配产线：包括若装配设备、自动转运系统、自动缓存区、自动化立体库；
[0069]
上述每个装配设备都具有单独的plc操作系统，plc操作系统可向装配信息管理系统反馈设备状态，产品根据工艺路线选择设备；
[0070]
自动转运系统由agv小车和运输通道组成，执行装配控制系统的运输指令，完成将装配元件运输到对应工作地点的任务；
[0071]
自动化立体库：由多个缓冲库和自动化机器手臂组成，自动化机器手臂按照装配控制系统的指令将物料从agv小车上取出放到库位中，或者从库位中取出放到运输车辆上；
[0072]
自动缓存区：设置于每个设备上，包括自动化机器手臂，用于批量放置待装配元件。
[0073]
装配控制系统与装配产线相连接，包括每个装配设备的plc操作系统、自动转运系统的agv小车、自动化立体库的自动化机器手臂、自动缓存区的自动化机器手臂，收集装配产线信息实时传输至装配管理系统，同时接收装配管理系统下达的工作指令，并将指令转换成装配产线的动作和状态。
[0074]
装配管理系统与装配控制系统连接，实时获取装配产线的反馈信息，并结合约束条件动态调整装配任务以形成新的产品工艺路线，然后将动态调整结果传达给装配控制系统，由装配控制系统指导装配产线作业。
[0075]
参阅附图4，装配管理系统：包括装配工艺设计模块、装配元件准备模块、装配过程监控模块、装配质检模块；
[0076]
装配工艺设计模块：根据订单及产品的信息，利用生产调度模型表达生产调度过程，并设计产品的装配工艺方案；
[0077]
装配元件准备模块：接收装配工艺设计模块传输的装配工艺方案，并根据装配工艺方案确定产品的装配产线；
[0078]
装配过程监控模块：与装配控制系统相连接，用于接收装配控制系统传采集的装配产线的信息；
[0079]
装配质检模块：对每个工序的零件进行质量检查。
[0080]
装配工艺设计模块的生产调度模型如下：
[0081]
优化目标函数为：minimize fm(c1，c2，...，ci)；
[0082]
约束条件为：
[0083]
[0084][0085]sijpkm
+c
ijpkm
≤l*x
ijpkm
，i∈i，j∈ji，p∈p
ij
，k∈o
ijp
，m∈m
ij
ꢀꢀ
(3)
[0086]cijpkm
≥s
ijpkm
+pt
ijpkm-l*(1-x
ijpkm
)，i∈i，j∈ji，p∈p
ij
，k∈o
ijp
，m∈m
ij
ꢀꢀ
(4)
[0087][0088][0089][0090][0091]sijpkm
，c
ijpkm
，ci≥0，i∈i，j∈ji，p∈p
ij
，k∈o
ijp
，m∈m
ij
ꢀꢀ
(9)
[0092]wijp
，x
ijpkm
∈{0，1}，i∈i，j∈ji，p∈p
ij
，k∈o
ijp
，m∈m
ij
ꢀꢀ
(10)
[0093]yijki，j’k，m
∈{0，1}，i，i’∈i，j∈ji，j’∈j
i’，k∈o
ijp
，k’∈o
i，j’p
，m∈m
ij
∩m
i’j
’ (11)
[0094]
其中，i表示产品订单，i∈i；ati表示产品订单i的达到时间；j表示产品订单中的零件，j∈ji；k表示零件的工序，k∈0；m表示加工设备，m∈m；p表示零件j中工艺路径的下标，p∈p
ij
；p
ij
表示订单i零件j的工艺路径集合；o
ijp
表示订单i零件j的工艺路径p中所有工序的集合；o
ijpk
表示订单i零件j的工艺路径p中工序k，o
ijpk
∈o
ijp
，将工艺路径中第一道工序设为o
ijpf
，最后一道工序设为o
ijpl
；o
ij
表示订单i零件j所有工序集合；di表示订单i的交货期；m
ij
表示订单i零件j所有工序可选加工设备集合；pt
ijpkm
表示订单i零件j工序k使用加工设备m所需的加工时间；apti表示订单i的装配所属时间；l表示一个极大的数；s
ijpkm
表示订单i零件j工序k使用加工设备m的开工时间；c
ijpkm
表示订单i零件j工序k使用加工设备m的完工时间；c
ij
表示订单i零件j的完工时间；w
ijp
表示如果订单i零件j选择工艺路径p进行加工，则w
ijp
＝1，否则w
ijp
＝0；x
ijpkm
表示如果订单i零件j的工序o
ijpk
选择设备m进行加工，则x
ijpkm
＝1，否则x
ijpkm
＝0；y
ijki’j’k’m
表示如果订单i零件j工序k在设备m的加工顺序比订单i’零件j’工序k’早，则y
ijki’j’k’m
＝1，否则y
ijki’j’k’m
＝0；
[0095]
上述约束(1)(2)表示零件仅选择一条工艺路径进行加工且每道工序只能选择一台设备；约束(3)(4)表示工序在设备上的开工时间小于或等于该工序在设备上完工时间，工序的完工时间大于或等于工序的开工时间；约束(5)为同一工艺路径中工序之间顺序约束，即前道工序的完工时间小于或等于后一道工序的开工时间；约束(6)(7)表示工序可选设备相同的零件不能同时进行加工，即设备任何时刻加工零件不能超过一个；约束(8)定义了订单完工的时间为订单中最后完工零件的时间加上装配所需时间；约束(9)(10)(11)表示决策变量为0-1变量。
[0096]
另外，上述模型建立过程中，假设加工车间有n个不同工序的加工单元，每个单元中仅负责处理一类工序单元，单元主要包含1个待加工零件的缓存区、多台同等能力的设备和1个质检中心。由于多台设备共享同一个待加工零件的缓存区，因此将多台设备视为1台增强数倍加工能力的设备。订单i随机达到，假定每个订单仅包含1种产品，其包含多个零件ji。零件j的工艺路径网络类型t，工艺路径中各工序可选设备集合与其对应的加工时间在
订单到达后才可获知，加工时间中包含准备时间。不考虑零件原料的准备时间，即零件j原料的可投产时间为订单的达到时间。零件j各工序完工后，需要进入质检中心进行质量检查。如果质量合格则进行下一道工序，质量不合格则需要返回到当前工序重新排队、加工。装配工序采用的是完全齐套装配，即订单产品i下所有零件j在加工完成后，装配工序才开始，而装配工序所需时间相对较短且固定，可根据订单的交货期倒推其装配计划开工时间，因此，订单i各零件的完工时间尽量接近装配计划开工时间。每台加工设备同一时刻只能加工一个零件，设备一旦开工便不允许其他零件抢占。
[0097]
设备选择规则用于为零件选择加工的工艺路径与加工设备。一般仅需要直接为零件选择加工设备，这是由于一旦为零件指派了加工设备，也就表示确定了工艺路径。
[0098]
设备及路径选择规则如下，生产加工设备路径q满足以下条件：
[0099]q*
＝arg min{pt
ijq
}，q∈q
[0100]
其中，q为零件的设备加工路径，q为所有设备加工路径集合，pt
ijq
为加工设备路径的工时总和。
[0101]
零件的加工设备路径是全局设备选择规则进行决策的基础，而成套产品的个性化要求使得工艺路径网络中各工序的可选择设备具有随机性。因此，在各零件确定零件工艺路径网络及各工序可选择设备后，需要将其展开为加工设备路径，本技术采用一种基于递归的方法生成加工设备路径。
[0102]
零件加工设备路线选择方法步骤如下：
[0103]
步骤一、各工序采用指针控制可选设备的变动，每次由最后一道工序的指针依次下移，变动一台可选设备，生成一条加工设备路径；
[0104]
步骤二、如最后一道工序当前指针为最后一台可选设备，则指针复位，同时，前一道工序中的指针下移一位，依次不断向前面的工序递归，生产新的加工设备路径；
[0105]
步骤三、通过工序可选设备指针的不断移位、复位，直至各工序的指针为可选设备中的最后一台。
[0106]
作业分派规则作用与各设备中，当零件工序完工时，为空闲的设备在待加工队列中选择下一个上机加工的零件。分派规则根据设备与加工任务的属性，如当前队列负荷、任务交货期、剩余加工时间等情况，为每个待加工的零件计算一个明确的优先值，按优先值排序再选优上机完成调度。
[0107]
生产加工设备的作业分派规则满足重要程度-最早交货期优先ir-edd，关联零件中剩余工序数量最多的零件为关键件，其将制约着装配工序的开工，应该优先加工。ir值为各零件工序数量与关键件工序数量的比值，ir值越大则优先度越高。如果ir值相同，则使用edd规则进行再次排序，其优先度z
ij
公式为：
[0108][0109]
其中，nuo
ij
为订单i产品零件j的剩余工序数量。
[0110]
上述过程中，最早交货期优先规则是以订单交货期评定优先度，交货期最紧的工零件具有最高的优先级，交货期在订单达到后不再变更，而同属订单中的各零件具有相同的优先度
[0111]zij
(t)＝di[0112]
其中，di表示订单i的交货期。
[0113]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0114]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。