一种生产综合管理看板系统

技术领域

本发明涉及软件设计领域，具体涉及一种生产综合管理看板系统。

背景技术

随着企业规模及产品产能的不断扩大，企业生产数据、计划完成数据、物流配送数据、库存统计数据等信息量急剧增加，传统处理方法主要依赖人工统计、表格管理、报表传输等方式进行数据收集和调度处理，准确性、实时性差，传递效率低。

近年来，生产制造业正在向数字化、智能化的方向发展。除了生产设备、生产方式的数字化转型，企业生产现场信息的汇总、计划、调度等数据信息需要更加及时、可靠的为管理者和生产者以一种生动、形象的形式展示，从而应对各种实时变化对系统造成的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种生产综合管理看板系统，能够解决传统生产计划调度管理效率低、准确率和实时性差，看板系统模式单一、管理离散、可视化和仿真度差等技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的。

一种生产综合管理看板系统，包括：

所述生产综合管理看板系统包括：MES系统信息看板模块、车间设备及生产线调度模块、能源管理模块、以及故障监控模块；

所述车间设备及生产线调度模块，基于计划生产的某种工件的基本信息，确定生产该种工件的基础信息，所述基础信息包括能够生成该种工件的若干生产线、生产线中能够生产该种工件的若干机器、以及生产该种工件的工序、生产该种工件的生产时机；基于所述基础信息，使用遗传算法确定该种工件的排产信息；基于所述排产信息、所述排产信息对应的基础信息、以及生产的约束条件，实时生成用于查看生产进度的甘特图；所述甘特图以时间为横轴，以经营者关注的生产要素为纵轴，将所述排产信息映射到所述甘特图；

所述MES系统信息看板模块用于基于生产现场实时采集的数据，展示各类生产进度、生产的产品的质量以及产生的预警信息；

所述预警信息包括基于所述甘特图及预先制定的各类生产计划，产生的偏差预警、使用遗传算法无法求解得到满足目标的生产计划预警、以及使用遗传算法无法求解得到可行解预警；提供与生产计划相关的查询接口，能够进行订单追踪和调度调整；

所述能源管理模块用于从多个维度进行能耗数据的分析和统计，所述多个维度包括车间维度、生产线维度、生产单元维度、能耗设备种类。

优选地，所述故障监控模块用于对厂房中的各种设备进行3D建模，形成虚拟工厂；将所述虚拟工厂与实际的厂房中的设备建立映射关系，并接收实际的厂房中对应的设备进行数据通信，进而实时获取影响车间生产的重要设备的运行和故障信息，所述重要设备包括空气压缩机站点、空调系统和氩气供气站点。

优选地，所述约束条件为根据现场生产规则或经营者制定的边界条件；所述生产要素包括生产工件的机器、工序和操作者；所述现场生产规则和边界条件包括每天可同时开工的机器数量、工序数量和操作人数。

优选地，产生偏差预警后，获取与预先制定的生产计划偏离程度超过阈值的甘特图对应的排产信息，重新获取对应的基础信息，使用遗传算法重新确定新的排产信息。

优选地，所述遗传算法中的染色体编码方式为：所述染色体具有两部分，第一部分为机器选择部分、第二部分为工序排序部分，所述第一部分有若干位，位数与待排产的所有工件所需的工序数量相同，每一位的编码为数字，该数字的值表示该工序选择使用的机器编号；第二部分有若干位，位数与待排产的所有工件所需的工序数量相同，每一位的编码为数字，该数字的值表示工件的加工顺序。

优选地，基于遗传算法求解后，解码的方式为：对最终的结果对应的染色体的机器选择部分和工序排序部分分别解码，按对应顺序结合目标条件形成生产任务甘特图；所述遗传算法的目标函数包括工作时间最小化、机器总负荷最小化和瓶颈机器使用最小化。

有益效果：

本发明的系统可以为企业提供基于遗传算法和分段编码的高效、准确的智能排产模块，支持企业生产数据、物流配送数据、库存统计数据、质量统计数据、设备运行数据的看板式展示，使管理决策层能够实时掌握企业生产运营情况，针对生产变化可根据相关数据迅速做出决策和调整。

具有以下有益效果：

(1)本发明可提供基于遗传算法和分段编码的高效、准确的产品排产方法，减少人工排产工作量，提高排产准确率，传递效率高，实时性好。

(2)本发明提供支持企业多系统的数据以看板式展示，使管理决策层可实时掌握企业生产计划运行情况，针对生产变化能够根据相关数据迅速做出决策和调整。

(3)本发明通过Vision系统实现实时可视化，能够准确、形象地体现车间生产状态，向企业用户决策者提供真实的车间任务、人员和设备状态信息，更好地为生产计划的调度工作提供保障。

(4)本发明有效改善企业制造过程的管理效率，保证车间高效运转、提高产品生产效率。

附图说明

图1为本发明提供的生产综合管理看板系统的结构示意图；

图2为本发明提供的染色体编码结构示意图；

图3为本发明提供的生产综合管理看板系统的调度甘特图示意图；

图4-图8为本发明提供的生产综合管理看板系统的数字运营看板汇总示意图；

图9为本发明提供的生产综合管理看板系统的模拟仿真界面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明提出了一种生产综合管理看板系统，所述生产综合管理看板以智能排产方法所提供的生产计划任务为核心，多系统服务保障生产。所述生产综合管理看板系统包括MES系统信息看板模块、车间设备及生产线调度模块、能源管理模块、以及故障监控模块。

所述车间设备及生产线调度模块，基于计划生产的某种工件的基本信息，确定生产该种工件的基础信息，所述基础信息包括能够生成该种工件的若干生产线、生产线中能够生产该种工件的若干机器、以及生产该种工件的工序、生产该种工件的生产时机；基于所述基础信息，使用遗传算法确定该种工件的排产信息；基于所述排产信息、所述排产信息对应的基础信息、以及生产的约束条件，实时生成用于查看生产进度的甘特图；所述甘特图以时间为横轴，以经营者关注的生产要素为纵轴，将所述排产信息映射到所述甘特图；

所述MES系统信息看板模块用于基于生产现场实时采集的数据，展示各类生产进度、生产的产品的质量以及产生的预警信息；

所述预警信息包括基于所述甘特图及预先制定的各类生产计划，产生的偏差预警、使用遗传算法无法求解得到满足目标的生产计划预警、以及使用遗传算法无法求解得到可行解预警；提供与生产计划相关的查询接口，能够进行订单追踪和调度调整；

所述能源管理模块用于从多个维度进行能耗数据的分析和统计，所述多个维度包括车间维度、生产线维度、生产单元维度、能耗设备种类。

本发明的系统可集成MES系统信息看板模块、能源管理模块、故障监控模块等多维度数字孪生，高仿真度、高精度映射生产现场，更好地反映生产计划执行和偏离情况。

各模块通讯管理单元通过现场总线、以太网接口实现数据交流，支持各部门标准规约，工业标准规约，同时可方便对系统功能进行扩展。

进一步地，所述约束条件为根据现场生产规则或经营者制定的边界条件；所述生产要素包括生产工件的机器、工序和操作者等；所述现场生产规则和边界条件包括每天可同时开工的机器数量、工序数量和操作人数等。

进一步地，产生偏差预警后，获取与预先制定的生产计划偏离程度超过阈值的甘特图对应的排产信息，重新获取对应的基础信息，使用遗传算法重新确定新的排产信息。

本发明将物料信息与遗传算法相结合，在产生可行解后，创新性地与甘特图结合，进而与预先制定的生产计划联动。

所述故障监控模块用于对厂房中的各种设备进行3D建模，形成虚拟工厂；将所述虚拟工厂与实际的厂房中的设备建立映射关系，并接收实际的厂房中对应的设备进行数据通信，进而实时获取影响车间生产的重要设备的运行和故障信息，所述重要设备包括空气压缩机站点、空调系统和氩气供气站点。

本发明中，所述遗传算法中的染色体编码方式为：所述染色体具有两部分，第一部分为机器选择部分、第二部分为工序排序部分，所述第一部分有若干位，位数与待排产的所有工件所需的工序数量相同，每一位的编码为数字，该数字的值表示该工序选择使用的机器编号；第二部分有若干位，位数与待排产的所有工件所需的工序数量相同，每一位的编码为数字，该数字的值表示工件的加工顺序。

所述车间设备及生产线调度模块使用遗传算法对由多个染色体形成的染色体集合进行求解，得到最终的结果，作为产品加工使用的设备顺序和工序顺序。对所述最终的结果进行解码，解码的方式为：对所述最终的结果对应的染色体的机器选择部分和工序排序部分分别解码，按对应顺序结合目标条件形成生产任务甘特图。所述遗传算法的目标函数包括工作时间最小化、机器总负荷最小化和瓶颈机器使用最小化。

所述车间设备及生产线调度模块使用的算法可描述为有n个工件和m台机器，每个工件在机器上都对应一组工序，调度目标就是将工序分配到不同的机器上，通过一定的算法找到一个满足相关约束最优排产方案。

所述车间设备及生产线调度模块使用的算例，如表1所示，符号“—”代表该设备无法加工对应的工序，需要从机器选择和工序安排两个方面进行进行编码。

表1各设备加工时间表

所述调度问题中包含着两个子问题：机器选择和工序排序。机器选择是指有多台机器可以加工同一道工序，需要从这些机器中选择出一台最合适的。工序排序是指当所有的工序都确定好了对应的加工机器之后，如何合理的安排工序顺序和开工时间的问题。而编码方式也有两种：集成编码和分段编码。在集成编码的染色体中，一个基因位包含的信息量过多，因此会导致采用集成编码的染色体在经过一系列遗传操作之后产生不可行的调度方案。

本发明创新性地使用了分段编码的方式。所述车间设备及生产线调度模块基于分段编码的方式。分段编码的染色体由两部分组成：机器选择部分和工序排序部分。机器选择部分可以确定每道工序对应的机器编号，工序排序部分可以确定工序的先后加工顺序。

以表1为例，如图5所示，机器选择部分和工序排序部分被分成长度相等的两段。在机器选择部分中，O11的可选择的机器集合为{M1,M2,M4,M5},第一个基因位3代表加工O11的机器在可选机器集合中的排列顺序，因此O11在机器M4上加工。同理可得，O12的可加工机器为{M3,M4,M5}，总共有三台机器可以处理加工O12，因此根据图示可知，O12在机器M3上加工。

所述基因序列上的编码由车间设备及生产线调度模块通过的交叉、变异等进化操作寻求对应目标条件的最优基因。

所述基因序列的解码操作也是需要两部分。首先从左到右对工序排序部分的染色体依次读取，得到每道工序对应的加工机器集合，根据机器选择部分的染色体基因位大小判断每道工序具体对应的加工机器。其次，当确定了每道工序的对应加工机器及加工时间之后，根据工序约束对每个机器上的加工工序进行排序，最终生成可行的调度甘特图。

进一步地，对于车间设备，在生产线调度运行完成后，可对生产线的状态信息的数据监控进行监控，包括计划完成率、设备OEE、物流配送效率、库存周转率、时间稼动率、性能稼动率、产品合格率、设备故障率、设备运行效率等。

所述MES系统信息看板模块能够对生产现场执行看板监控功能，结合生产现场实时采集数据的基础上，实现对生产任务执行的全面监视、分析，将各类生产进度信息、质量信息、报警信息通过大屏幕看板电视墙等手段进行集中展示，可以实现现象生产准备、产品跟踪、生产进度、现场可视化管理的透明化，为企业生产管理活动提供数据、信息支撑，是企业信息化建设的重要基础。

通过所述MES系统信息看板模块，能够强化生产管理、高度集成与生产相关的各类信息，实及时掌握生产现场动态，并准确地进行生产组织、指挥和协调，达到精益生产的目的，从而提升企业生产管理水平和核心竞争力。

进一步地，所述MES系统信息看板模块包括计划进展查询子模块、订单追踪子模块，所述计划进展查询子模块提供查询接口，所述查询接口包括日计划查询接口、周计划查询接口、月计划查询接口、季度计划查询接口、年度计划接口，分别用于生产任务完成率的统计和生产计划的合理性评估。所述订单追踪子模块用于根据订单信息追踪到订单对应的产品的生产工艺路线，并对所述订单对应的产品的未完成计划进行统计，同时展示所述订单对应的产品的工序执行进展情况，并按颜色区分显示各工序执行状态，再选择具体工序则显示该工序工单详细执行情况，所述详细执行情况包括开工时间、完工时间、操作者。

通过可视化系统负责将用户重点关注的数据配置在前段软件界面，部分数据实时刷新展示，通过可视化系统的展示，管理者不需要操作后台系统进行数据查询，即可获取生产信息。

所述能源管理模块支持车间、产线、生产单元、高能耗设备等多层级各类能耗数据的统计和分析，支持报表和图表形式的展示方式。报表提供导出功能，图表以双坐标曲线图表形式按分钟、小时、日、月、年显示能耗变化趋势。

所述能源管理模块同时能够对能源数据进行实时监控，通过能源报警对能源数据的实时监控，当出现异常值或超界限值时进行报警提示，同时支持各类预警、报警事件记录信息的查询，同时可关联查询记录相关处理时间、处理人及处理结果。

所述故障监控模块利用3D软件对厂房的设备进行1：1的三维的模型，并建立中集设备三维模型库。设备库中的相关设备建立加工动画使其与现实设备进行映射。根据CAD图纸，二次定制开发，快速生成厂房。产品、设备的模型通过移动，旋转、缩放，积木式搭建工厂。

通过虚拟工厂与物理工厂的数据连接，可实现各类生产管理数据在三维仿真工厂中实时展示，极大地提高了可视性。在虚拟的三维环境中，管理员可以实时掌握生产计划执行情况、产品制造进度、设备利用率和故障率等信息。

每台设备用不同的颜色，表示当前设备的状态(关机、检修、正常生产、资源紧张等)，点击任意区域，下方显示该区域当中每台设备的具体产能情况。

通过中控平台后台数据，对设备通用故障进行参数化建库，实现设备的虚拟监控、设备故障诊断、设备快速维修。并对大量的历史数据进行分析，建立关键设备的运行模型、实现设备故障预警机制。

本发明将信息数据处理与生产现场的综合管理有机结合，向企业用户决策者提供真实的车间任务、人员和设备状态信息；本发明看板系统可通过算法对多系统信息进行集成调度处理并计算最优解，实时显示生产调度状态；本发明对现场设备、产线、能源及故障情况和实际状态进行高度仿真，可视化程度高。

以上的具体实施例仅描述了本发明的设计原理，该描述中的部件形状，名称可以不同，不受限制。所以，本发明领域的技术人员可以对前述实施例记载的技术方案进行修改或等同替换；而这些修改和替换未脱离本发明创造宗旨和技术方案，均应属于本发明的保护范围。