流程企业MES集成生产计划管理系统研究

流程工业主要是指化工、炼油、冶金、造纸、电力等原材料加工和能源工业行业,其特点是对生产原料伴有化学、物理、相变等反应、变化过程的连续加工.我国加入世贸组织以后,流程工业的市场竞争日趋激烈.流程型企业管理受市场影响越来越大,计划的适应性问题愈来愈突出.为了适应市场需求,企业的生产模式由MTS(面向库存生产)转向MTO(面向订单生产).产品生产呈现多品种小批量的趋势,同时要求产品质优价廉、准时交货和提供优质的售后服务.流程型企业要在竞争中获胜,必须保证在向敏捷化、连续化、自动化生产发展的同时,实行实时高效的生产管理策略.     

基于规则的专家调度法在镀锡生产中的应用

流程工业的生产调度是流程工业CIMS中的一类重要问题,对其实现具有重要意义.在叙述了流程工业CIMS的生产调度方法的基础上,针对上海宝钢宜昌薄板有限公司的镀锡生产调度的实际问题,提出使用基于规则的专家系统对其镀锡生产进行调度,并讨论了基于规则的专家系统的调度方法在镀锡生产调度实现过程中规则获取、知识形成、推理方法设计的实现方法.最后,根据实际生产调度数据给出了使用该调度方法的调度系统在镀锡生产调度中的应用结果.     

流程企业MES集成生产计划管理系统研究

流程工业主要是指化工、炼油、冶金、造纸、电力等原材料加工和能源工业行业,其特点是对生产原料伴有化学、物理、相变等反应、变化过程的连续加工.我国加入世贸组织以后,流程工业的市场竞争日趋激烈.流程型企业管理受市场影响越来越大,计划的适应性问题愈来愈突出.为了适应市场需求,企业的生产模式由MTS(面向库存生产)转向MTO(面向订单生产).产品生产呈现多品种小批量的趋势,同时要求产品质优价廉、准时交货和提供优质的售后服务.流程型企业要在竞争中获胜,必须保证在向敏捷化、连续化、自动化生产发展的同时,实行实时高效的生产管理策略.……     

复杂工业过程智能优化决策系统的现状与展望

流程工业是制造业的重要组成部分,是我国国民经济和社会发展的重要支柱产业.新一代信息技术和人工智能技术为流程工业的发展带来新的挑战和机遇.只有与流程工业的特点与目标密切结合,充分利用大数据,将人工智能、移动互联网、云计算、建模、控制与优化等信息技术与工业生产过程的物理资源紧密融合与协同,实现流程工业智能优化制造,才可能实现流程工业的跨越式发展.本文聚焦流程工业的复杂生产过程,从其智能优化决策系统的角度,描述了复杂工业过程优化决策系统的问题、回顾总结了复杂工业过程全流程优化决策系统的现状,分析了智能优化决策系统的必要性,提出了智能优化决策系统的发展目标及愿景,并对智能优化决策系统的下一步重点研究方向进行了展望.     

面向工业应用的实时操作系统生态构建展望

工业生产的跃迁和产业升级紧紧依赖于信息技术的发展,而这其中的关键技术,就是嵌入式技术,即通过向工业产品或工业制造流程中嵌入计算机系统,给工业装备和生产系统增加智慧的大脑,有效提高装备及生产过程的智能化,满足工业生产对高效、可靠、实时、绿色等诸多方面的苛刻要求,最终实现产品或流程的自动化与智能化.     

基于S95标准的流程工业制造执行系统的设计与实现

制造执行系统(MES)是流程工业综合自动化系统的关键环节,在整个流程工业综合自动化系统中起承上启下的作用,是企业生产活动与管理活动的信息集成桥梁.文章首先基于S95标准,提出了流程工业MES体系结构,该结构采用基于COM/DCOM的Windows DNA体系结构,分为表示层、应用逻辑层和数据存取层3个独立的单元.其次参照MES国际联合会提出的MES功能组件和集成模型要求,设计了流程工业MES系统的11个功能模块.最后提出了1种基于实时数据库和远程访问技术的流程工业MES的设计方案,该方案以pSpace实时数据库为开发平台,采用VC++编程语占开发了pSpace Server的接口程序,实现了对流程工业现场DCS数据的采集和存储,同时采用康海NC601B单串口服务器,工作于TCP/UDP Socket方式,进行系统数据的发布,实现了安全高效的远程访问功能.该系统具有可扩展性、可重构性等特点,对流程工业企业制造执行系统的开发具有一定的参考价值.     

前言

<正>冶金、化工、炼油、电力、造纸、建材等大批量连续生产的过程工业(process industry,也称流程工业)是我国国民经济建设的重要支柱.工业自动化作为过程工业不可缺少的组成部分,一直是实现生产安全、平稳、优质、高效的基本条件和重要保证.近年来,随着人工智能技术的飞速发展,以机器学习、工业大数据、工业互联网、数字孪生等为代表的新兴信息技术正深刻改变传统过程工业自动化的感知、分析、决策和执行过程,并正在向工业智能化迈进.在可预见的未来,在人工智能技术的驱动下,工业自动化的信息系统将能够认知和理解过程工业的物理系统,并实现建模、监测、控制、优化、决策的知识型工作自动化;而物理系统的执行单元将逐渐与人共融,最终实现人、机、物的有机融合,也即实现工业智能.     

内部能量集成精馏塔技术应用于乙烯分离流程的节能研究

乙烯生产装置是石化工业中最重要的装置之一,其生产过程需要消耗大量的低温冷量,采用先进的能量集成技术优化乙烯生产过程、提高能源利用效率具有重要意义.本研究针对前脱丙烷前加氢工业乙烯装置,将内部能量集成精馏塔技术应用于乙烯分离塔,提出基于内部能量集成技术的乙烯分离流程.利用流程模拟软件Aspen Plus分别对内部能量集成精馏塔流程和开式热泵精馏流程进行严格模拟,结果表明内部能量集成精馏塔精馏段压力对新流程系统中压缩机的功耗有显著影响,最终优化的内部能量集成精馏塔精馏段操作压力为1410KPaG,提馏段操作压力为710KPaG.相对于目前先进的乙烯精馏塔开式热泵流程,内部能量集成精馏塔流程具有节能效果,内部能量集成精馏流程中系统压缩机的总功耗为38.869MW,而热泵精馏流程中系统压缩机的总功耗为39.680MW,内部能量集成精馏塔流程中系统压缩机的总功耗降低约2.04％,因此内部能量集成精馏塔具有一定的工业应用前景.     

Apriori算法在流程工业质量控制中的应用研究

采用Apriori算法对流程工业的过程历史数据进行分析,得到流程工业数据中温度、压力、流量等过程变量对丙烯产品质量的影响程度,实现对未知影响因素的分析和预测.实验结果表明,采用关联规则挖掘能够得到生产过程中隐含的质量调节规律,根据这些信息可以提高过程的控制及操作水平,从而提高决策能力和决策效率,对流程工业的生产管理具有一定的指导意义.     

流程工业生产和维修计划数学模型

在流程工业生产中维修计划是极其重要的.在同时考虑生产和定期维修计划的情况下,开发了流程工业混合整数线性规划模型.该模型可安排生产和定期维修计划,实现生产、延期交货、故障维修和定期维修的综合成本最小化.模型考虑到前期维修期间的设备故障的可能性.模型表达式具有通用性,因此适合多种生产环境.     

人工智能技术在矿山智能化建设中的应用初探

介绍了人工智能技术的相关概念、发展概述及其在煤炭行业发展中的应用,指出目前人工智能技术在矿山应用只是点状结合和浅度结合,没有实现人工智能技术和矿山某个生产或管理系统层面的深度融合。概述了智能矿山的发展历程,指出智能矿山是人工智能技术、大数据技术、物联网技术和矿山实体的深度融合体,利用智能通信、智能控制和智能计算技术实现数字化矿山的计算、处理,构建数字孪生矿山,通过数字孪生矿山和物理矿山的智能交互演化,达到对煤矿安全、高效、绿色的生产控制。构建了将人工智能技术和矿山深度融合的包括设备层、智能层、应用层的智能矿山三层构架:应用层处于智能矿山的最高层,其中的数字孪生矿山子层相当于“数字大脑”,实现矿山最高层次的智能控制;智能层中的智能体要求子系统不仅仅是应用人工智能技术处理子系统所产生的数据,而是从架构上就要将智能计算、智能通信、智能控制融为一体。展望了智能矿山建设的发展趋势:智能化矿山需要加强人工智能技术和矿山融合度的深入研究,将现有的基于人工智能的故障检测、诊断及超前干预技术应用到机器人系统中,智能计算、智能通信、智能控制融合的巡检机器人将是最早能推广的井下智能体之一;智能化矿山需要进一步加强复杂巨系统建模技术的研究,只有建立了矿山的复杂巨系统模型,才能实现采矿活动和环境的协同互动,实现采煤活动的精准控制,复杂巨系统模型的缺乏将是未来智能矿山建设亟需解决的问题。     

数字孪生与生产线仿真技术研究

随着新一代信息技术与制造技术的深度融合,仿真技术正向着信息系统与物理系统深度融合和高效协同的方向发展,应运而生的数字孪生技术成为近年来的新兴研究热点.为探索采用新一代信息技术促进离散制造行业数字化转型升级,从仿真技术的发展脉络和应用场景入手,引入基于数字孪生技术开展生产线仿真分析的研究,介绍了数字孪生技术的概念和内涵,...     

Digital twin-driven intelligent production line for automotive MEMS pressure sensors

The equipment and technological processes used in manufacturing electronic products are gradually being automated and networked. Currently, digital twin technology continues to evolve and mature. The electronics manufacturing industry is undergoing an intelligent and digital transformation. Micro-electro-mechanical system (MEMS) sensors have been widely used in the automotive field due to their small size, low cost, and high reliability. In this study, a new intelligent production line for automotive MEMS pressure sensors driven by digital twin is individually designed. The intelligent production line system consists of physical production lines, digital production lines, twin data, and data service systems. The technology of multi-source heterogeneous data acquisition is used to process and analyze data collected in real time in a physical production line. Based on the technology of parallel control, the physical and digital production lines are synchronized. To obtain optimal process parameters, a process database is established through the analysis of the key processes of the production line. Three types of automotive MEMS pressure sensors are successfully manufactured in the constructed digital twin-driven intelligent production line. The intelligent production line can realize 24-h unattended operation. The product yield is above 98 %, and the takt time is less than 16 s.     

面向智能矿山与新工科的数字孪生技术研究

将数字孪生与人工智能(AI)技术相结合,提出了基于数字孪生+AI的智能矿山建设新思路。探索了智能矿山技术发展路径,研究了数字孪生技术的特征、应用领域及发展趋势,指出数字孪生是数字化矿山发展的必然趋势。提出了基于数字孪生+AI的智能矿山理论架构,构建了矿山数字孪生模型,模型自下而上分别为矿山全要素物理实体、矿山信息物理融合层、矿山数字孪生模型、矿山孪生数据交互层、矿山应用智能服务层,据此实现智能矿山的泛在感知、协同控制和智能决策与优化。从应用实际需求出发,探讨了智能矿山模型构建技术、智能开采数字孪生体技术、矿山智能控制技术、矿山设备故障预测、基于数字孪生的人机交互等关键技术。通过研究数字孪生在智能矿山中的应用,为AI技术在智能矿山应用落地提供思路,为未来智能矿山新工科建设提供理论借鉴。     

基于LabVIEW和MATLAB的数字孪生供热系统平台的设计与仿真

数字孪生技术充分利用物理结构、传感器更新、设备运行历史等数据通过集成多领域、多物理量、多可能性的模拟过程，在虚拟空间中进行镜像，以此表达相对应的实物装置的整个生命周期过程。从智慧供热的发展历史来看，依托现代工业系统理念，提出了基于"数字孪生"的智能供热系统结构。首先介绍了数字孪生的基本结构，给出了数字孪生的构建方式基于虚拟仪器Labview的大数据采集、处理、归档、仿真；然后以采集的数据为基础，得到供热系统的孪生模型，叙述了数字孪生技术解决的关键问题；最后，通过Labview仿真平台调用Matlab中神经网络智能算法，得到基于大数据采集以及经过智能算法优化后的参数，同时系统将参数反馈给物理实体设备，从而完成孪生模型的仿真、优化、反馈过程。通过热网系统优化仿真案例验证了Labview和Matlab混合编程在建立的孪生供热平台上、应用的有效性。     

基于数字孪生的智能车间系统仿真加速测试方法

为解决当前制造系统软件可靠性仿真测试时间长、测试环境难以搭建等问题,提出采用数字孪生技术与智能车间系统仿真加速测试相结合的方法;建立智能车间高保真数字孪生模型替代现实生产车间系统用于制造系统软件的可靠性仿真测试,首先要构建包含产品、设备资源、工艺流程等系统级仿真模型;同时,为仿真车间生产事件流程,在模型中,还需结合生产实际情况,设置设备间通信协议、通信数据以及生产线事件及队列顺序,真实模拟系统运行环境;通过构建步进电机产线数字孪生模型,仿真加工装配流程,运行智能车间系统软件,采用仿真时钟推进机制开展加速测试,验证了该方法的有效性和实用性,对开展工业系统软件高保真快速测试评估具有一定的借鉴意义。     

The rapid construction method of the digital twin polymorphic model for discrete manufacturing workshop

The modeling process is resource-intensive, time-consuming, and expensive due to the large number and variety of production and auxiliary equipment in discrete manufacturing plants. The popular twin-model construction method based on a single type of equipment cannot meet the demand for rapid construction and high-quality model mapping in large discrete manufacturing plants. This paper proposes a strategy for developing a digital twin polymorphic model (DTPM) for discrete manufacturing workshops to meet complex manufacturing business scenarios, improve the richness of digital twin model varieties, construction efficiency and intelligence, and form an efficient equipment model construction method. The complete element information and real-time dynamic data of the minimal component unit (Functional Components, FC) of DTPM are clustered and analyzed. In addition, properties of the functional component information model are characterized from several dimensions, such as geometry, physics, and behavior. Furthermore, the FC with highly concentrated primary components is established based on the object-oriented derivation inheritance and attribute reuse hybrid drive technique. FC drastically reduces the duration of the digital twin model development process through encapsulation, inheritance, polymorphism, and other technologies. On this premise, the DTPM construction method that deeply decouples the physical structure and functional methods is proposed. DTPM integrates adaptive information interaction technology to accomplish intelligent data connection, dynamic data updating, and digitally accurate mapping of static-dynamic-virtual multidimensional models in discrete production workshops. Lastly, the method's validity is confirmed by creating a large discrete production workplace. The results indicate that the proposed technique may significantly enhance the model variety and building efficiency of large-scale digital twin workshop systems.     

数字孪生驱动的火箭控制系统故障诊断研究综述

在第四次工业革命中,智能制造成为各国工业发展的重点方向,数字孪生技术作为一项新兴技术,能够有效实现物理信息的融合;将其应用于火箭控制系统的故障诊断和健康管理,能够进一步提高故障诊断的事前准确性,提升火箭发射的可靠性;本文对数字孪生技术在航天领域的研究现状进行归纳整理;首先梳理了NASA的数字孪生目标,国内领域按照设计、生产、支持服务阶段对数字孪生应用进行分类;其次,按照故障树、专家系统、神经网络、数据驱动的方法阐述控制系统故障诊断的研究现状;在介绍数字孪生驱动的健康管理方法的基础上,提出数字孪生驱动的火箭控制系统的故障诊断方法;详细介绍其基本组成框架,分析关键技术及应用难点,并提出数字孪生健康管理平台的基本流程;该方法预期实现火箭控制系统的事前诊断和维修策略的制定     

基于数字孪生的周公宅水库防洪“四预”系统构建与应用

以构建数字孪生流域、开展智慧化模拟、支撑精准化决策为实现路径,利用天空地一体化空间数据底板、多维智能感知数据、以及专业模型网格数据和计算结果数据等几类多源异构数据,进行数据汇聚和融合,采用WebGL孪生引擎进行可视化展示,构建数字孪生流域;聚焦流域防洪数字化场景,通过山区集总式水文模型和洪水演进模型对洪水过程进行预报和模拟,形成包括预报调度一体化、区域联防预警一体化、模拟仿真预演、决策建议方案等功能的四预孪生系统。本文以周公宅水库为具体研究对象,探索了具有水库工程的中小流域数字孪生建设的相关关键技术和应用场景构建,提供了建设思路和案例参考。     

Enabling technologies and tools for digital twin

Digital twin is revolutionizing industry. Fired by sensor updates and history data, the sophisticated models can mirror almost every facet of a product, process or service. In the future, everything in the physical world would be replicated in the digital space through digital twin technology. As a cutting-edge technology, digital twin has received a lot of attention. However, digital twin is far from realizing their potential, which is a complex system and long-drawn process. Researchers must model all the different parts of the objects or systems. Varied types of data needed to be collected and merged. Many researchers and participators in engineering are not clear which technologies and tools should be used. 5-dimension digital twin model provides reference guidance for understanding and implementing digital twin. From the perspective of 5-dimension digital twin model, this paper tries to investigate and summarize the frequently-used enabling technologies and tools for digital twin to provide technologies and tools references for the applications of digital twin in the future.