專利名稱：一種流程工業(yè)可視化生產(chǎn)工藝流程描述的建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于先進(jìn)制造與自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種流程工業(yè)生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的可視化描述建模方法。
背景技術(shù)：
流程工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)具有多品種、大批量、周期短、運(yùn)行復(fù)雜(包括設(shè)備故障、檢修，物料一中間品一產(chǎn)品關(guān)聯(lián)等)等特點(diǎn)，并包含大量復(fù)雜的資源約束、工藝約束和能源約束，對(duì)生產(chǎn)調(diào)度的實(shí)時(shí)性、協(xié)調(diào)性要求很高。生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)建模、調(diào)度、驗(yàn)證等十分繁雜、對(duì)用戶要求極高，建立有效的優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)非常困難。
目前，國(guó)內(nèi)流程工業(yè)生產(chǎn)過程的生產(chǎn)計(jì)劃和動(dòng)態(tài)調(diào)度水平還很落后，絕大多數(shù)企業(yè)仍停留在手工階段，其粗放性的計(jì)劃制定與生產(chǎn)調(diào)度效率低下、準(zhǔn)確性差、實(shí)時(shí)性差，復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境下的動(dòng)態(tài)調(diào)度極其困難，生產(chǎn)系統(tǒng)的整體效益低下、資源浪費(fèi)嚴(yán)重。
生產(chǎn)系統(tǒng)建模是企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃與優(yōu)化調(diào)度的核心問題之一。雖然國(guó)內(nèi)已定制開發(fā)了一些面向流程工業(yè)的計(jì)劃排產(chǎn)與優(yōu)化調(diào)度軟件，但由于各個(gè)流程工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)不同產(chǎn)品，其產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、流程不同，生產(chǎn)的設(shè)備各異等多種模式，即使同一企業(yè)也可能因?yàn)樵O(shè)備的維修、技術(shù)改造等因素，造成生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)路徑、流程發(fā)生變化，致使面向行業(yè)的定制的計(jì)劃排產(chǎn)與優(yōu)化調(diào)度軟件的程序調(diào)整乃至重新編寫，大大降低了軟件的適應(yīng)性與靈活性，增加了軟件的開發(fā)與維護(hù)成本。
目前已申請(qǐng)的有關(guān)生產(chǎn)調(diào)度方法，如“200410021489.7(流程行業(yè)優(yōu)化排產(chǎn)動(dòng)態(tài)調(diào)度的組態(tài)平臺(tái)方法)”提出一種圖形化的建模組態(tài)模型和虛擬生產(chǎn)仿真模型，但它沒有解決混雜系統(tǒng)的混流生產(chǎn)模式問題，以及存在相同裝置、設(shè)備重復(fù)描述生產(chǎn)工藝的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上存在問題，提出一種適用于一般流程工業(yè)企業(yè)的間歇性或半間歇性生產(chǎn)系統(tǒng)的可視化建模方法。通過簡(jiǎn)單、直觀的可視化生產(chǎn)工藝描述及其參數(shù)配置，即可完成生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的建模，解決了流程工業(yè)調(diào)度建模抽象、復(fù)雜等困難問題，使得一般調(diào)度人員能快速建立生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)。
本發(fā)明方法順序包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)、數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)工藝描述、模型生成。具體方案為1.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)，建立和維護(hù)生產(chǎn)裝置或設(shè)備的基本信息，為生產(chǎn)系統(tǒng)建模提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。該基本信息以關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle或SQL Server表的形式存放，如設(shè)備基本屬性數(shù)據(jù)(設(shè)備名稱、設(shè)備編號(hào)等)，原料、半成品、產(chǎn)品基本信息(產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品編號(hào)、價(jià)格、庫(kù)存成本等)、存儲(chǔ)裝置基本信息(裝置名稱、編號(hào)、最大容量、最小容量等)，該模塊提高基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的編輯(維護(hù))功能。
2.數(shù)據(jù)采集，根據(jù)調(diào)度時(shí)間范圍，采集提供建模所需的銷售計(jì)劃(產(chǎn)品代碼、數(shù)量、時(shí)間等信息)、已擬定的采購(gòu)計(jì)劃(原料代碼、數(shù)量、到貨時(shí)間)、原材料/產(chǎn)品庫(kù)存信息、設(shè)備維修計(jì)劃(設(shè)備代碼、維修開始時(shí)間、維修結(jié)束時(shí)間)，為調(diào)度模型生成提供數(shù)據(jù)支持。采集方式手工和自動(dòng)兩種，手工方式直接編輯錄入以上信息即可；對(duì)銷售、采購(gòu)、維修等信息已存在其它系統(tǒng)(如銷售子系統(tǒng)、采購(gòu)子系統(tǒng)、庫(kù)存子系統(tǒng)、設(shè)備子系統(tǒng)等)，可編寫相應(yīng)接口函數(shù)，并根據(jù)時(shí)間參數(shù)調(diào)用、自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集。
3.生產(chǎn)工藝描述，主要提供生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程可視化描述。它通過任務(wù)、資源和設(shè)備三要素關(guān)系描述建立生產(chǎn)工藝的有向圖，它由狀態(tài)節(jié)點(diǎn)(表示輸入原料、中間產(chǎn)品或最終產(chǎn)品)和操作節(jié)點(diǎn)(表示處理任務(wù))組成。狀態(tài)節(jié)點(diǎn)表示輸入原料、中間產(chǎn)品或最終產(chǎn)品；操作節(jié)點(diǎn)表示處理任務(wù)，該處理任務(wù)將一種或多種輸入狀態(tài)(原料或中間產(chǎn)品)轉(zhuǎn)化為一種或多種輸出狀態(tài)(中間產(chǎn)品或產(chǎn)品)。該生產(chǎn)工藝流程描述包括1)首先根據(jù)生產(chǎn)工藝流程畫出生產(chǎn)流程的第一環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的操作，如原料粗加工等，并定義其工藝段操作的屬性(如操作所需時(shí)間、操作生產(chǎn)能力、操作所需成本等)；2)定義該流程段對(duì)應(yīng)的輸入類狀態(tài)結(jié)點(diǎn)(原料或中間體)及其相應(yīng)投料比例，并檢查其投料比例之和是否小于或等于100％，其和大于100％時(shí)報(bào)警提示；3)定義該流程段對(duì)應(yīng)的輸出類狀態(tài)結(jié)點(diǎn)(中間體或產(chǎn)品)及其相應(yīng)產(chǎn)出比例，并檢查其產(chǎn)出比例之和是否小于或等于100％，如其和大于100％時(shí)應(yīng)報(bào)警提示；4)定義能完成該流程段操作所需的設(shè)備，可以有多臺(tái)相同設(shè)備(同類)，也可以有多種(不同類)設(shè)備完成，投料比例與產(chǎn)出(輸出)相同，只是投料總量不同；5)重復(fù)進(jìn)行1)到4)的操作，完成整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)工藝流程的描述。
4.模型生成，根據(jù)用戶輸入的優(yōu)化調(diào)度參數(shù)(包括優(yōu)化目標(biāo)、調(diào)度時(shí)間段、調(diào)度步距提取銷售計(jì)劃、采購(gòu)計(jì)劃、庫(kù)存信息、設(shè)備維修計(jì)劃等數(shù)據(jù))，并根據(jù)步驟3定義的生產(chǎn)工藝流程，生成符合模型庫(kù)所要求的生產(chǎn)系統(tǒng)資源的數(shù)據(jù)文本文件(包括生產(chǎn)所需的物料清單，生產(chǎn)路徑、設(shè)備清單、庫(kù)存大小、銷售計(jì)劃、采購(gòu)計(jì)劃、設(shè)備維修計(jì)劃、生產(chǎn)工藝流程等內(nèi)容)。采用不同的模型庫(kù)會(huì)生成不同格式的模型數(shù)據(jù)文件。
所述的模型庫(kù)包括多種描述生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)中的各類內(nèi)在的邏輯約束關(guān)系。它主要包括設(shè)備與反應(yīng)/操作之間的約束關(guān)系、庫(kù)存約束、物料平衡約束、生產(chǎn)能力約束、存儲(chǔ)裝置約束、能源消耗約束、模型目標(biāo)函數(shù)。
根據(jù)不同調(diào)度系統(tǒng)需求，可定義多種優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。如最大生產(chǎn)能力根據(jù)現(xiàn)有資源(設(shè)備、原料、能耗、存儲(chǔ)裝置等)最大限度地安排生產(chǎn)；最大利潤(rùn)根據(jù)現(xiàn)有資源、生產(chǎn)要求，按利潤(rùn)最大化來安排生產(chǎn)；滿足銷售訂單根據(jù)現(xiàn)有資源，按銷售來安排生產(chǎn)(零庫(kù)存生產(chǎn))。
所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)器要求40G硬盤和512M內(nèi)存，所述關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)為0racle 9i或SQL Server2000。數(shù)據(jù)文本文件后綴為DAT。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于1)操作簡(jiǎn)單對(duì)復(fù)雜流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)建模，調(diào)度員只需根據(jù)生產(chǎn)工藝流程圖，進(jìn)行可視化生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝描述、配置參數(shù)，即可快速完成生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)模型定義。2)靈活性當(dāng)生產(chǎn)工藝變化或生產(chǎn)設(shè)備(或裝置)出現(xiàn)故障，需要維修時(shí)，只需修改定義，無需修改程序。
本發(fā)明提供基于可視化的生產(chǎn)系統(tǒng)的有效描述，包括生產(chǎn)過程的內(nèi)在聯(lián)系及演化規(guī)則，能夠處理較廣泛的生產(chǎn)過程調(diào)度問題，如間歇或半連續(xù)生產(chǎn)過程，多種中間存貯方式，多品種混流生產(chǎn)等情形。該模型化方法及其系統(tǒng)采用圖形的可視化設(shè)計(jì)技術(shù)，組件技術(shù)和有向圖，通過生產(chǎn)工藝可視化描述方式，將復(fù)雜的工藝流程以簡(jiǎn)單、直觀的方式加以表達(dá)，完成生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)的生產(chǎn)模型有效描述，包括生產(chǎn)過程的內(nèi)在聯(lián)系及演化規(guī)則，有助于調(diào)度系統(tǒng)與具體工業(yè)背景的分離，能夠處理較廣泛的生產(chǎn)過程調(diào)度問題。調(diào)度員只需根據(jù)生產(chǎn)工藝部門提供的生產(chǎn)工藝圖，通過基于可視化方式建立的生產(chǎn)工藝描述信息以及產(chǎn)品銷售計(jì)劃、原材料、半成品(中間體)、產(chǎn)品庫(kù)存、設(shè)備維修計(jì)劃等資源信息，就能快速建立生產(chǎn)調(diào)度的模型，為優(yōu)化調(diào)度方案求解提供支持。當(dāng)生產(chǎn)發(fā)生變化時(shí)，只需要改變生產(chǎn)工藝描述或參數(shù)配置，無需編寫程序就可完成調(diào)度模型的變更。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明采用的系統(tǒng)包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、生產(chǎn)工藝描述模塊、模型生成模塊。對(duì)于有ERP或其它信息系統(tǒng)的情況，數(shù)據(jù)采集模塊完成從銷售子系統(tǒng)、采購(gòu)子系統(tǒng)、庫(kù)存子系統(tǒng)、設(shè)備子系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)采集，包括銷售計(jì)劃、采購(gòu)計(jì)劃、庫(kù)存信息、設(shè)備維修計(jì)劃(或設(shè)備故障信息)，否則可采用人工輸入此類數(shù)據(jù)，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)完成建立和維護(hù)生產(chǎn)裝置(設(shè)備)、存儲(chǔ)裝置、原料、中間體、產(chǎn)品的基本信息，并為生產(chǎn)系統(tǒng)建模提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
生產(chǎn)工藝描述模塊主要提供生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝可視化描述。它通過任務(wù)、資源和設(shè)備三要素關(guān)系描述建立生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝的有向圖，為系統(tǒng)建模提供生產(chǎn)邏輯關(guān)系數(shù)據(jù)。
模型生成模塊完成根據(jù)用戶選定的優(yōu)化調(diào)度目標(biāo)，輸入調(diào)度時(shí)間段、調(diào)度時(shí)間步距提取銷售計(jì)劃、采購(gòu)計(jì)劃、庫(kù)存信息、設(shè)備維修計(jì)劃等數(shù)據(jù)，并結(jié)合定義好的生產(chǎn)工藝流程，根據(jù)模型庫(kù)要求，生成滿足設(shè)備與反應(yīng)/操作之間的約束關(guān)系、庫(kù)存約束、物料平衡約束、生產(chǎn)能力約束、存儲(chǔ)裝置約束、能源消耗約束、模型目標(biāo)函數(shù)的生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)文本文件，存入模型文件庫(kù)。
權(quán)利要求
1.一種流程工業(yè)可視化生產(chǎn)工藝流程描述的建模方法，其特征在于該方法順序包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)、數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)工藝描述、模型生成；所述的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)就是建立和維護(hù)生產(chǎn)設(shè)備的基本信息，為生產(chǎn)系統(tǒng)建模提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；所述的數(shù)據(jù)采集是根據(jù)調(diào)度時(shí)間范圍，采集提供建模所需的銷售計(jì)劃、已擬定的采購(gòu)計(jì)劃、原材料/產(chǎn)品庫(kù)存信息、設(shè)備維修計(jì)劃，為調(diào)度模型生成提供數(shù)據(jù)支持；所述的生產(chǎn)工藝描述是對(duì)提供生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行可視化描述，通過任務(wù)、資源和設(shè)備三要素關(guān)系描述建立生產(chǎn)工藝的有向圖；所述的模型生成是根據(jù)用戶輸入的優(yōu)化調(diào)度參數(shù)，并根據(jù)定義的生產(chǎn)工藝流程，生成符合模型庫(kù)所要求的生產(chǎn)系統(tǒng)資源的數(shù)據(jù)文本文件。
2.如權(quán)利要求1所述的一種流程工業(yè)可視化生產(chǎn)工藝流程描述的建模方法，其特征在于所述的工藝流程描述的方法是1)首先根據(jù)生產(chǎn)工藝流程畫出生產(chǎn)流程的第一環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的操作，并定義其工藝段操作的屬性；2)定義該流程段對(duì)應(yīng)的輸入類狀態(tài)結(jié)點(diǎn)及其相應(yīng)投料比例，并檢查其投料比例之和是否小于等于100％，其和大于100％時(shí)報(bào)警提示；3)定義該流程段對(duì)應(yīng)的輸出類狀態(tài)結(jié)點(diǎn)及其相應(yīng)產(chǎn)出比例，并檢查其產(chǎn)出比例之和是否小于等于100％，其和大于100％時(shí)報(bào)警提示；4)定義能完成該流程段操作所需的設(shè)備；5)重復(fù)進(jìn)行1)到4)的操作，完成整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的生產(chǎn)工藝流程的描述。
3.如權(quán)利要求1所述的一種流程工業(yè)可視化生產(chǎn)工藝流程描述的建模方法，其特征在于所述的模型生成的模型庫(kù)包括多種描述生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)中的各類內(nèi)在的邏輯約束關(guān)系；根據(jù)不同調(diào)度系統(tǒng)需求，定義多種優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明屬于先進(jìn)制造與自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。目前流程生產(chǎn)過程的調(diào)度水平還比較落后。本發(fā)明方法順序包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)、數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)工藝描述、模型生成。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)是建立和維護(hù)生產(chǎn)裝置或設(shè)備的基本信息，為生產(chǎn)系統(tǒng)建模提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集是根據(jù)調(diào)度時(shí)間范圍，采集提供建模所需數(shù)據(jù)；生產(chǎn)工藝描述主要提供生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝流程可視化描述；模型生成是根據(jù)用戶輸入的優(yōu)化調(diào)度參數(shù)生成符合模型庫(kù)所要求的生產(chǎn)系統(tǒng)資源的數(shù)據(jù)文本文件。本發(fā)明提供基于可視化的生產(chǎn)系統(tǒng)的有效描述，能夠處理較廣泛的生產(chǎn)過程調(diào)度問題。
文檔編號(hào)G06Q10/00GK1763774SQ20051006152
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月11日
發(fā)明者薛安克, 王建中, 周曉慧, 楊成忠, 尚群立 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)