信息物联驱动下的离散车间自组织生产调度技术

随着个性化定制的需求越来越高,离散车间作为企业从事机械零部件生产活动的物理实体将首先应对这种趋势带来的挑战。个性化定制任务随机性强,订单到达时车间状态不定,调度模型难以确立,需要一种摒弃传统调度模型的自动化生产方法。为此,结合物联制造技术和完全动态调度理论,研究如何实现车间层自组织生产,在没有初始调度模型的情况下完成实时动态调度。以离散车间为研究对象,搭建面向实时制造过程的无线射频识别物联环境。并以此为基础,建立面向物理资源的智能个体,使设备本身成为具有通讯、分析、决策能力的独立智能单元。同时引入系统监管类智能个体,克服传统完全动态调度过程中系统全局性难以兼顾的缺点,完善调度性能。最后,研究成果应用于某实验室中的微型工厂,证明了方法可以进行个性化订单的自组织生产,并能有效整合生产资源。     

基于数字孪生的零件智能制造车间调度云平台

零件制造车间中工作要素路径的未知性、时间的不确定性,以及生产要素信息的孤立性,严重影响了车间调度的有效运行。基于数字孪生技术提出一种解决零件智能制造车间调度问题的新方法——调度云平台,构建了调度云平台的框架模型以及调度工作流程;搭建了调度云平台的全生命周期监控系统,监控产品的实时运行状态;基于全生命周期监控系统实时监控的数据,利用大数据分析技术对车间生产过程中多源动态扰动进行预测和诊断,在此基础上提前由调度云平台对动态扰动制定相应扰动策略;为阐述如何将所提模型落地,以某企业零件智能制造车间为例,对调度云平台模型进行应用验证,同时指出了基于数字孪生的零件智能制造车间未来的工作方向。     

基于遗传算法和多智能体的染缸生产排产与动态优化设计

为解决小批量、多品种浸染生产不合理调度导致高能耗和多污染排放的问题,提出了一种基于遗传算法和多智能体染缸调度与动态优化的方法.该方法基于染缸车间制造执行系统、企业资源计划和过程控制系统实时数据,采用分层调度算法.其中静态层采用支持多产品的批处理、多染缸的非等同性、前期订单、订单交货期和切换成本等约束条件的遗传算法;动态层采用支持染缸运行状态的多智能体的协调动态优化算法.通过对生产过程中多约束条件和多动态变化因素的算法求解,获得染缸作业任务动态优化设计.仿真结果表明,与单纯遗传算法和人工调度相比,基于数据驱动的分层动态优化调度达到了染缸作业排产优化和污染减排的目标和实际应用的可行性.     

一种适用于中小企业的调度机制研究

许多对生产调度系统的研究停留在理论阶段,并不能很好地应用在实际生产环境中,造成了理论与实际脱节的情况。因此提出一种能够响应车间动态事件的调度系统机制,能较好解决车间中发生订单取消,紧急订单插入和机器故障的动态事件。     

基于瓶颈分析的优先权调度算法研究

制造执行系统在制造系统中的广泛应用,为实现生产车间的动态实时调度提供了可能性,也对实时调度算法提出了更高的要求。调度算法必须在考虑求解速度的前提下来求得满意解。根据优化生产技术的解决车间调度问题的思想,基于转移瓶颈启发式算法,提出了一种基于瓶颈分析的优先权调度算法,用于解决制造执行系统中的动态实时调度问题。     

基于Agent的智能制造系统实时动态调度机制研究

近年来随着制造企业生产过程中不确定因素增加,动态调度问题变得愈发复杂。在多Agent制造系统基础上提出了一种基于事件触发的制造系统实时动态调度机制,建立了相应的架构模型,并从调度方法、多Agent协调控制,以及调度控制算法等方面对该机制进行了详细说明。该机制可以根据系统运行状态实现车间层的实时控制和动态调度。最终通过实验表明该方法有效减少设备故障等扰动因素对系统运行的影响。     

考虑异常因素的机械加工生产智能排程方法研究

针对传统生产作业排程难以实时应对车间异常情况发生的问题,提出了考虑异常因素的机械加工生产智能排程方法。考虑订单、设备、质量等异常因素,建立了应对异常因素的动态排程规则;综合考虑生产时序、加工设备等约束,以最小完工时间和最低能耗量为优化目标,建立了机械加工生产排程的多目标优化模型;采用带精英策略的非支配排序遗传算法,对某重型机械产品实际生产中的完工时间和能耗量进行了仿真,得到了运算结果。研究结果表明:考虑异常因素的机械加工生产智能排程方法在实际生产中能够准确、高效且动态智能地响应异常,提高生产计划制订效率20%以上;该方法能够辅助车间调度人员进行生产计划实时动态调整,满足企业对生产计划制订的需求。     

基于生产资源的柔性作业调度任务优选方法

市场需求的多样性与个性化趋势使面向订单的生产作业调度遇到极大困扰。一方面随机到达的订单往往远超出车间的生产能力,一方面车间资源经常使用不均,造成效率低下。对作业调度中的任务进行优化选择,是解决以上问题的有效途径之一。提出了满足订单要求及车间生产资源能力等多目标的调度任务优选方法,构建了柔性作业车间设备的可互换性规则和辨识算法,提出并研制了基于订单优先级、设备生产能力等约束下的订单多工艺方案自动平衡和优选算法,有效解决订单任务及生产资源共同约束下的柔性作业调度难的问题。通过对两个标准柔性调度案例的组合,以及相关目标和约束设计,对文章提出的方法进行了测试,结果表明,在保证订单交货期期限、遵守调度周期和设备维修约束等的前提下,采用此方法可使其makespan缩短13%,设备利用均衡,利用率达82.3%。     

基于数字孪生的复杂产品离散装配车间动态调度

面向多品种变批量生产的复杂产品离散装配车间是典型的复杂制造系统,其运行过程呈现高复杂性、强动态性和不确定性因素多等特征,为实现复杂产品离散装配车间的动态调度,提出一种基于数字孪生的复杂产品离散装配车间动态调度方法,通过物理空间和虚拟空间之间的数据交互进行更精确的动态调度。构建了基于数字孪生的复杂产品离散装配车间调度框架和调度问题模型,详细阐述了基于实时数据和神经网络的工时在线预测、面向复杂产品离散装配的数字孪生车间动态调度等关键实现技术;构建了复杂产品离散装配车间调度系统,并以某航天产品装配车间的调度过程为例,验证了该方法的有效性和可行性。     

空心胶囊生产制造执行系统设计研究

通过对空心胶囊车间生产从订单下达到合格产品入库的整个生产过程进行数字化管理,实现生产计划管理、制造过程控制、生产过程质量管理、车间产品数量动态管理等功能。实现与ERP、WMS等系统的纵向集成,解决了系统间相互独立、缺乏数据共享、存在信息孤岛等问题,使管理层能够实时掌握胶囊生产车间的状况,利用信息化手段提升生产管理的透明化、高效化。     

智能制造 调度为先——《制造系统智能调度方法与云服务》导读

随着越来越多小微型企业对制造车间“万物感知、万物互联、万物智能”的需求,结合大数据和云计算技术,针对制造资源和生产任务,构建多种制造类型下的调度算法库,提供智能调度方案,是实现制造系统高效运行的关键。为了探讨智能调度的原理、方法和云端化实现路径,笔者撰写了《制造系统智能调度方法与云服务》一书,全面介绍了制造系统中多种复杂调度问题,重点介绍了各类调度问题对应的调度方法,结合云服务框架介绍了不同调度方法的云端化技术与实现方式,搭建了基于云计算的制造车间智能调度算法库及服务系统。本书为推动我国制造业的智能化发展和企业应用提供参考,对提升我国制造业的核心竞争力具有重要意义。     

一种离散型制造企业的车间管理系统设计方法

离散型小微制造企业在排产过程中信息化基础不够,工艺数据、计划呈报等仍通过纸质单据或excel记录反馈,排产随意性强,处理问题被动。文中针对这些管理痛点,提出了面向离散型小微制造企业的车间管理系统设计方法。利用ETL数据调度工具及调度模块实现多源数据采集和数据贯穿,结合关系型数据建模方法建立订单模型、工艺模型、班组模型和排产模型,最终构建一个能自动分解订单、穿透多系统、实现企业排程与推演的车间管理系统。该系统可有效提升小微制造企业的排程效率和管理效能,并降低成本。     

车间作业计划管理系统UML建模

以某企业车间作业计划管理为应用背景,详细介绍采用统一建模语言(Unified Modeling Language,UML)进行车间作业计划管理系统建模的整个过程.结合实际,阐述了UML的动、静态建模机制及系统设计方法.有效解决了领域专家、软件开发人员用户之间交流的难题,从而加速了开发的进程,保证了开发质量.     

车间生产异常事件实时管理系统研究

针对生产车间普遍面临的因人员、设备、质量、物料等异常事件不能及时反馈和处理而影响生产进度的问题,构建了一种可支持异常事件信息动态采集、实时传递、快速处理和综合查询分析的车间生产异常事件实时管理系统.建立了系统的体系结构和运行流程,并对基于多功能交互式信息终端的生产异常事件信息实时采集、基于移动通信接口技术的生产异常事件信息实时传递、基于模糊综合评价的生产异常事件预警等关键技术进行了研究.该系统已成功应用于重庆市-车用空调制造企业,取得了良好的效果.     

分布式混合优化调度方法研究

在敏捷制造环境下车间组织模型不再只是物理上集中在一起的生产作业车间，其制造资源分散在不同地域的企业联盟中。引入了部分全局优化调度的概念，将作业按其紧迫程度进行分组并完成优化；针对分布式调度中优化与动态响应的冲突问题，提出了一种将优化调度和分布式动态调度相结合的混合调度控制方法；设计了多Agent的动态调度系统结构，描述了处于不同角色Agent的运作过程；详细阐述了系统中可能遭遇的随机干扰事件及其动态应对策略。给出了算例，对计算结果进行了分析。     

基于Web的复合材料车间生产计划调度信息系统构建

阐述国内航空企业复合材料制件车间生产计划与调度模型以及存在问题,提出在.net框架下,运用WebServices技术,基于B/S结构对生产计划调度信息系统进行开发.系统运行在国内某航空企业复合材科车间,在实际应用中大大提高了企业生产计划编制和调度的效率,促进了车间管理的信息化发展.     

面向实时排程的车间生产调度系统研究与实现

通过对车间实际需求与现行生产模式的分析,提出实时排程模式下的车间生产调度系统的设计思想,详细介绍系统的功能模块,开发满足车间多种需要的车间生产调度软件系统,实现基于遗传算法的自动排程和基于Agent的自动导航与派工技术,同时系统还为车间生产中的异常扰动事件提供了响应处理机制,很大程度上提高了车间生产管理水平和生产效率.     

Crops: Implementation of a knowledge-based system to plan and monitor the production of a flexible line

CROPS (Coherent Rules for On-line Production Scheduling) is a general system aimed to plan and to control a flexible manufacturing system. The CROPS system receives production orders on a time-scale of one or two weeks from a medium-range planning (MRP) system. The planning and scheduling of those orders are made using a hierarchical temporal network that allows the easy use of rules which represent expert knowledge and common-sense reasoning. Furthermore, the hierarchical temporal network is flexible enough to take into account unavoidable perturbations occurring during plan execution without the need to replan all operations every time a perturbation occurs. Once the operations are planned, the control system transforms them into orders that are sent to the workshop (or to a simulator). With the help of rules, the control system monitors and diagnoses the execution of the orders using a model that maintains a continuous image of the workshop.     

航空复合材料可重入瓶颈设备生产排程方法研究

在分析航空企业先进复合材料生产工艺特点的基础上,对航空先进复合材料生产过程中热压成型瓶颈工序具有的可重入特征及其约束进行了描述。针对该瓶颈工序排程困难这一问题,在建立反映其可重入特点及设备能力的数学模型基础上,提出了一种基于规则的启发式算法,用于进行优化排程。通过实例分析证明,该算法在保证快速性的同时具有一定的灵活性,适用于实时性要求较高的生产现场的动态排程,已经在某航空企业复合材料车间得到初步应用。