基于實(shí)時信息驅(qū)動的制造過程可視化監(jiān)控平臺

劉明周王強(qiáng)馬靖

合肥工業(yè)大學(xué),合肥,230009

摘要：針對目前由于缺乏有效的手段支持離散制造過程實(shí)時監(jiān)控,導(dǎo)致生產(chǎn)車間透明程度低、信息流實(shí)時性差等問題，采用面向?qū)ο蟮姆椒?gòu)建制造資源本體模型(ROM)和一種支持生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控的對象模型(IMPV),并定義了IMPV的對象數(shù)據(jù)模型、可視化表征模型、對象操作模型和信息交互控制模型。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種支持制造過程實(shí)時可視化監(jiān)控的體系架構(gòu)，詳細(xì)討論了IMPV的實(shí)例化方法以及基于規(guī)則映射的資源感知與信息集成模式，最后將該可視化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于某發(fā)動機(jī)裝配車間中，取得了良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：可視化;生產(chǎn)系統(tǒng);信息集成;過程監(jiān)控

中圖分類號:TH166

收稿日期:2014-12-10

基金項(xiàng)目:國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2011CB013406)

作者簡介：劉明周，男，1968年生。合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院教授、博士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)橹圃爝^程監(jiān)測與控制、制造系統(tǒng)建模與仿真和CIMS等。王強(qiáng)(通信作者),男,1987年生。合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院博士研究生。馬靖,男,1987年生。合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院博士研究生。

VisualMonitoringPlatformofManufacturingProcessBasedonReal-timeInformationDriven

LiuMingzhouWangQiangMaJing

HefeiUniversityofTechnology,Hefei,230009

Abstract:In order to deal with the low visibility for manufacturing processes,the time-lag effects of the information,and other problems,which were caused by the lack of the efficient measurements in the real-time monitoring of the discrete manufacturing process status,an object-oriented modeling approach was adopted to establish the resource ontology model(ROM) and the interface model for manufacturing process visibility(IMPV).Further,the data model,the visualization model,the operation model and the information interface model of IMPV were proposed and defined.Based on that,a framework of the real-time visual monitoring for manufacturing processes was designed,and the instantiation method of IMPV and the information integration mode were discussed based on mapping rules.Finally,the results of the visual monitoring system’s applications on an engine assembly line demonstrate that the proposed system can improve the productivity and efficiency.

Keywords:visualization;manufacturingsystem;informationintegration;processmonitoring

0引言

市場競爭的加劇,市場環(huán)境的瞬息萬變,使得提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、縮短交貨期成為離散制造企業(yè)核心競爭力的集中體現(xiàn),而這依賴于企業(yè)能否及時根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行制造資源的合理優(yōu)化與配置。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于缺乏有效的手段來實(shí)時監(jiān)測生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),故易造成生產(chǎn)過程不透明、信息滯后等問題,對作業(yè)車間的資源優(yōu)化配置和生產(chǎn)調(diào)度造成了很大困難。為了解決上述問題，傳統(tǒng)制造企業(yè)亟需一種能夠直觀掌握生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的可視化監(jiān)控平臺。

目前，國內(nèi)外專家從不同角度對生產(chǎn)過程監(jiān)控問題進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[1]為解決復(fù)雜產(chǎn)品制造過程中生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)度信息和生產(chǎn)異常信息實(shí)時監(jiān)控問題，構(gòu)建了一種面向復(fù)雜產(chǎn)品制造過程的可視化監(jiān)控系統(tǒng);針對質(zhì)量監(jiān)控與調(diào)整中噪聲信息對測量數(shù)據(jù)質(zhì)量影響的問題,文獻(xiàn)[2]提出了一種基于統(tǒng)計(jì)過程控制與工程過程控制集成的制造過程質(zhì)量監(jiān)控與調(diào)整方法，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品加工質(zhì)量的在線優(yōu)化；文獻(xiàn)[3]利用射頻識別(RFID)中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵制造節(jié)點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)控；Senkuvienèt等[4]提出了一種能夠?qū)崟r顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)(如有效工作時間、非有效工作時間和資源利用率等)的可視化方法，使設(shè)備管理更加實(shí)時化、透明化；高振清等[5]提出了基于多代理技術(shù)的制造過程可視化監(jiān)控系統(tǒng)框架，但未詳細(xì)闡述其實(shí)現(xiàn)過程；孫偉等[6]提出了一種機(jī)加工設(shè)備運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)的監(jiān)測方法,為設(shè)備的維護(hù)決策提供數(shù)據(jù)支撐；為了實(shí)現(xiàn)制造設(shè)備的廣泛互聯(lián)和遠(yuǎn)程診斷,劉日良等[7]利用MTConnect技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測；針對多品種小批量機(jī)加車間監(jiān)控可視性低、生產(chǎn)進(jìn)度信息實(shí)時性差等問題,尹超等[8]基于flexsim軟件構(gòu)建了一種能動態(tài)反映車間生產(chǎn)進(jìn)度、物料消耗情況、零件加工信息的機(jī)加車間生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行情況的動態(tài)可視化監(jiān)控系統(tǒng)；針對復(fù)雜產(chǎn)品裝配執(zhí)行過程中物料流與信息流脫節(jié)的問題，孫惠斌等[9]提出了一種裝配執(zhí)行過程網(wǎng)模型，以提高裝配執(zhí)行過程在線監(jiān)控的實(shí)時性和準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)[10]提出了一種基于生產(chǎn)過程的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)具有良好的可配置性和可拓展性，并能實(shí)時監(jiān)控各類設(shè)備的工藝過程信息。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者在生產(chǎn)過程實(shí)時監(jiān)控領(lǐng)域取得了許多有價值的成果，但研究對象大都偏向于部分工況，并沒有從生產(chǎn)系統(tǒng)全局角度出發(fā)，此外，上述系統(tǒng)不具有開放式的框架結(jié)構(gòu)，且可拓展性較差、資源可重用度不高。鑒于此，本文借鑒已有的研究成果，提出一種基于實(shí)時信息驅(qū)動的生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)時可視化監(jiān)控平臺(real-timevisualizationmonitoringandcontrolplatform,RT-VMP)及其運(yùn)行模式，以提升生產(chǎn)過程的透明化程度，為管理者決策提供數(shù)據(jù)支撐。

1制造資源本體模型與IMPV

本文采用面向?qū)ο蠛突诒倔w相結(jié)合的資源建模方法,建立統(tǒng)一、規(guī)范的制造資源本體模型(resourceontologymodel,ROM)，將制造資源的運(yùn)行信息實(shí)時反映在ROM中,通過建立信息感知集成單元(datacollectionandIntegratedunit,DCIU)與ROM間的多層次關(guān)系及動態(tài)映射模型，實(shí)現(xiàn)制造資源運(yùn)行信息的統(tǒng)一感知與發(fā)布，從而解決離散制造車間多源信息集成問題。通過建立DCIU與IMPV的映射模型，將制造資源運(yùn)行狀態(tài)反映在IMPV模型對象中，并以可視化的形式動態(tài)展示，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測，使生產(chǎn)過程透明化。

1.1ROM

制造資源是生產(chǎn)信息的載體(信源)，制造資源的不同導(dǎo)致生產(chǎn)過程信息呈現(xiàn)多源異構(gòu)特性，信息之間呈現(xiàn)獨(dú)立性。本體作為知識的良好載體，有很好的概念層次結(jié)構(gòu)以及對邏輯推理的有效支持;可實(shí)現(xiàn)各個層次信息領(lǐng)域本體之間的獨(dú)立性，具有良好的可擴(kuò)展性和互操作性，能夠?yàn)槎嘣串悩?gòu)信息集成提供一致性的語義環(huán)境。本文根據(jù)生產(chǎn)過程中各種相關(guān)信息的內(nèi)涵及其依賴與從屬關(guān)系，結(jié)合資源本體和元資源建模方法對制造資源領(lǐng)域的知識進(jìn)行描述和建模[11],并使用形式化的方法進(jìn)行表達(dá)。

定義1元資源BObj屬于制造資源基本粒度,是不可再分的單元資源。元資源BObj由元資源標(biāo)識Base-ID、元資源數(shù)據(jù)項(xiàng)DataItem所組成,其描述方法為BObj∷={Base-ID,DataItem1,DataItem2,…,DataItemN},元資源數(shù)據(jù)項(xiàng)DataItem可以定義為DataItem∷={BDIID,ItemPro1,ItemPro2,ItemPro3,…,ItemProN},其中BDIID是數(shù)據(jù)項(xiàng)的唯一標(biāo)識,元資源屬性ItemPro由屬性名稱ProName、屬性值ProValue、屬性數(shù)據(jù)類型ProDataType、屬性描述ProDes來表征，即ItemPro∷ ={ProName,ProValue、ProDataType,ProDes}，其中屬性數(shù)據(jù)類型有STRING、BOOL、WORD等。

定義2組合資源ComObj具有可再分性,是多個元資源或組合資源的組合體,其描述方法為ComObj∷={COID,CO-Set1,CO-Set2,…,CO-SetN,CO-Rels}。組合資源集CO-Set是元資源在一定的約束條件下耦合而成的,描述方法為CO-Set∷={COSID,SetPro1,SetPro2,…,SetProN,∑BObj,COS-Rels},其中COSID為組合資源集標(biāo)識,SetPro為組合資源集屬性,其描述與元資源屬性描述一致,∑BObj為元資源集合,COS-Rels表示元資源之間的邏輯關(guān)系集合,CO-Rels表示組合資源之間的邏輯關(guān)系集合，邏輯關(guān)系有繼承關(guān)系、組合關(guān)系、依賴關(guān)系等。

1.2IMPV

IMPV是制造資源的抽象化表達(dá)形式，能夠?qū)崟r反映制造資源的運(yùn)行狀態(tài)，此外，IMPV支持監(jiān)控對象的自定義配置，從而能夠靈活監(jiān)控生產(chǎn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的實(shí)時工況，IMPV由對象數(shù)據(jù)模型、可視化表征模型和對象操作模型三部分組成,即IMPV∷={Ob-DataModel,ViewSet-Model,Ob-OperateModel}。

定義3對象數(shù)據(jù)模型Ob-DataModel是IMPV的數(shù)據(jù)集合,Ob-DataModel由對象實(shí)體Entity和對象關(guān)系EntityRel組成,即Ob-DataModel∷={Entity,EntityRel},對象實(shí)體Entity則由數(shù)據(jù)集DataSet和數(shù)據(jù)集關(guān)系DataSetRel所組成，其描述方法為Entity∷={DataSet,DataSetRel},每個數(shù)據(jù)集DataSet有多個數(shù)據(jù)項(xiàng)Item所組成,即DataSet∷={Item1,Item2,…,ItemN},數(shù)據(jù)項(xiàng)Item可以定義為Item∷={ODIID,ItemPro1,ItemPro2,ItemPro3,…,ItemProN},其中ODIID是數(shù)據(jù)項(xiàng)的唯一標(biāo)識，數(shù)據(jù)項(xiàng)屬性ItemPro由屬性名稱ProName和屬性數(shù)據(jù)類型ProType來表征，即ItemPro∷={ProName,ProType},數(shù)據(jù)集關(guān)聯(lián)關(guān)系DataSetRel是數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系ItemRel的集合，ItemRel可表征為ItemRel∷={ItemS,ItemG,Rel},其中ItemS源數(shù)據(jù)項(xiàng),ItemG為目標(biāo)數(shù)據(jù)項(xiàng),Rel為兩者的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

定義4可視化表征模型ViewSet-Model是IMPV界面呈現(xiàn)形式的集合，ViewSet-Model由視圖樣式Style和視圖樣式關(guān)系StyleRel所構(gòu)成，即ViewSet-Model∷={Style,StyleRel},其中Style可表征為Style∷={ID,Color,Location,Size,Image,UDA},其中ID是視圖樣式的唯一標(biāo)識，Color是視圖的顏色樣式，Location為視圖的空間位置基準(zhǔn)，Size為視圖的空間尺寸基準(zhǔn)，Image為視圖關(guān)聯(lián)圖形樣式，UDA為視圖的用戶自定義屬性。StyleRel可表征為StyleRel∷={StyleS,StyleG,Rel},其中StyleS源視圖樣式，StyleG為目標(biāo)視圖樣式，Rel為兩者關(guān)聯(lián)關(guān)系。

定義5對象操作模型Ob-OperateModel是IMPV對象操作類的集合，主要分為基本操作集BaseOpSet和復(fù)雜操作集ComOpSet，基本操作類實(shí)現(xiàn)對象的單一界面交互操作，如改變位置、大小、拖放等操作，BaseOpSet∈{Resize,Click,ForeColorChanged,Remove,AddElement,…}，復(fù)雜操作類是實(shí)現(xiàn)基本操作類無法實(shí)現(xiàn)的交互操作，屬于用戶自定義操作，主要包含數(shù)據(jù)檢索、組合動態(tài)表征和信息發(fā)布等操作,ComOpSet∈{DataRetrieval,DataAnalysis,AndonStatistics,InfoFeedBack,…}。

2RT-VMP體系架構(gòu)

如圖1所示，RT-VMP平臺框架分為物理感知層、網(wǎng)絡(luò)通信層、IMPV建模及運(yùn)作層和人機(jī)交互層。

圖1　RT-VMP體系架構(gòu)

物理感知層主要由RFID和各類感知傳感器構(gòu)成。其中，RFID、掃描儀等能夠激活信息載體(如電子標(biāo)簽、二維碼)并采集信息載體中的資源信息；傳感器通過功能元件等對制造過程中的各種資源的狀態(tài)、參數(shù)值進(jìn)行感知、轉(zhuǎn)換和輸出，并能夠按一定數(shù)據(jù)幀將信息輸出。同時提供對其他層的數(shù)據(jù)服務(wù)功能。能夠在不改變其他層數(shù)據(jù)關(guān)系的情況下，只需改變數(shù)據(jù)接口層中對數(shù)據(jù)庫的連接即可適應(yīng)數(shù)據(jù)服務(wù)層的變化，從而有效地保持系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和靈活性。

IMPV建模及運(yùn)作層是系統(tǒng)功能應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)層,由IMPV建模模塊和運(yùn)行模塊組成，其中IMPV建模模塊負(fù)責(zé)構(gòu)建各類監(jiān)控對象，包括其數(shù)據(jù)格式、顯示及交互方式的定義。IMPV運(yùn)行模塊通過解析監(jiān)控對象模型獲取組態(tài)信息，并根據(jù)與信息感知集成單元(DCIU)中變量的映射關(guān)系獲取制造資源運(yùn)行信息和增值信息，并以配置的可視表征樣式呈現(xiàn)。

人機(jī)交互層提供可視化監(jiān)控平臺的人機(jī)操作畫面，用戶可以根據(jù)監(jiān)控需求的變化對監(jiān)控對象本體模型庫、監(jiān)控任務(wù)界面等模塊進(jìn)行動態(tài)配置，對變量庫、可視表征庫和對象操作類進(jìn)行維護(hù)。

3RT-VMP關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)方法

3.1資源感知與信息集成

生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是制造資源運(yùn)作情況的綜合反映，準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)依賴于對生產(chǎn)過程各類制造資源(MR)運(yùn)行信息的全面感知、集成、共享與處理，本文從MR-ROM、ROM-DCIU、DCIU-IMPV、IMPV-IMPV映射模式入手來描述制造資源狀態(tài)實(shí)時感知與信息集成過程，如圖2所示。

圖2　基于規(guī)則映射的資源感知與信息集成模式

智能制造單元(IAgent)由元制造資源和組合資源構(gòu)成，制造過程中由制造資源產(chǎn)生各類原始生產(chǎn)事件，通過建立多層次事件間的關(guān)聯(lián)模型，應(yīng)用關(guān)鍵事件處理引擎對關(guān)鍵事件所涉及的各級多層次事件進(jìn)行遍歷,以獲得各制造資源狀態(tài)信息，根據(jù)前文中ROM的定義，為各類制造資源構(gòu)建基于XML資源數(shù)據(jù)模型，并按照統(tǒng)一規(guī)則將制造資源狀態(tài)信息映射到XML資源數(shù)據(jù)模型中，從而實(shí)現(xiàn)制造資源運(yùn)行信息的語義化描述與統(tǒng)一發(fā)布，即實(shí)現(xiàn)MR-ROM的映射。

DCIU是信息集成的核心單元，由變量庫、算法庫、約束規(guī)則庫和映射規(guī)則庫組成,其中變量Var可描述為Var∷={ItemPro1,ItemPro2,…,ItemProN,Map,Res,Alg},其中ItemPro是制造資源ROM本體中數(shù)據(jù)項(xiàng),Map則是數(shù)據(jù)項(xiàng)與變量間的映射規(guī)則，Res則是映射過程中的約束，如非空約束、類型約束等，Alg則是處理算法，如CPK、OEE等指標(biāo)的算法，算法庫中各算法以dll文件的形式進(jìn)行封裝，便于算法的維護(hù)與調(diào)用。按照配置的算法對輸入數(shù)據(jù)項(xiàng)值進(jìn)行處理增值后輸出變量值，通過變量庫動態(tài)調(diào)用與發(fā)布，從而實(shí)現(xiàn)底層制造資源運(yùn)行信息的增值與共享,即ROM-DCIU的映射;Ob-DataModel是IMPV運(yùn)行的基礎(chǔ)，由多個數(shù)據(jù)集組成,通過建立數(shù)據(jù)集中各Item與Var間的對應(yīng)關(guān)系即可實(shí)現(xiàn)DCIU-IMPV映射。

IMPV對象模型由Ob-DataModel、ViewSet-Model和Ob-OperateModel三個組件組成，組件之間的映射關(guān)系可分為以下三種類型：①一對一映射是基本的映射關(guān)系，如Ob-OperateModel中尺寸變更類ElementResize只能改變ViewSet-Model的圖元尺寸ViewStyle-Size;②一對多映射多用于復(fù)雜對象操作, 如Ob-OperateModel中對象添加類ElementAdded會調(diào)用其他各組件實(shí)現(xiàn)模型對象初始化;③多對多映射也是多用于復(fù)雜對象操作，如設(shè)備狀態(tài)和質(zhì)量狀態(tài)均可觸發(fā)對象報警ElementAlert，而ElementAlert則可以同時觸發(fā)圖元顏色ViewStyle-Color和圖元尺寸ViewStyle-Size的變化。

3.2IMPV實(shí)例化方法

為滿足生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的多樣化和動態(tài)性要求,RT-VMP應(yīng)該具備監(jiān)控任務(wù)的靈活定制與動態(tài)組合特性，IMPV是制造過程可視化監(jiān)控對象的抽象化表達(dá)形式，通過配置對象數(shù)據(jù)模型、可視化表征模型和對象操作模型的參數(shù)以及與DCIU中變量間的映射關(guān)系，定義不同監(jiān)控對象，從而使用戶可以自由調(diào)整監(jiān)控對象及監(jiān)控粒度。IMPV實(shí)例化過程如圖3所示。

圖3　IMPV實(shí)例化流程

(1)對象數(shù)據(jù)模型是IMPV的基礎(chǔ),可視化表征模型、對象操作模型均依賴其數(shù)據(jù)來運(yùn)作。采用面向?qū)ο蟮乃枷肱c聚類技術(shù)，在對象元模型的基礎(chǔ)上，通過結(jié)構(gòu)化派生與對象處理構(gòu)建以數(shù)據(jù)集為載體的對象實(shí)體，并定義其數(shù)據(jù)接口以及與其他對象實(shí)體間的邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對象數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建，對象數(shù)據(jù)模型與監(jiān)控對象實(shí)體是一一對應(yīng)關(guān)系。此外，通過配置數(shù)據(jù)項(xiàng)與DCIU中變量間的映射關(guān)系實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時獲取，當(dāng)監(jiān)控需求變更時只需更改數(shù)據(jù)項(xiàng)關(guān)聯(lián)的DCIU變量而不需要變更底層數(shù)據(jù)采集接口。

(2)可視化表征模型是IMPV的人機(jī)交互接口，它實(shí)時呈現(xiàn)了來自制造現(xiàn)場的各類原始數(shù)據(jù)和增值數(shù)據(jù)，在對象數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，定義可視化表征模型界面圖元各視圖樣式參數(shù)與對象數(shù)據(jù)模型中數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的映射關(guān)系，如Equipment實(shí)體對象的數(shù)據(jù)項(xiàng)Alert值為TRUE時，其可視化表征模型的視圖顏色樣式為RED，并進(jìn)行閃爍。

(3)對象操作模型是控制IMPV可視化呈現(xiàn)的操作方法的集合，同時也集成了一些如數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析等功能。因此，在構(gòu)建對象操作模型時從兩方面入手，一方面是建立對象操作類與圖元視圖樣式間的映射關(guān)系，如ElementResize方法就是變更視圖的ViewStyle-Size，從而能夠調(diào)整視圖大??；另一方面是定義數(shù)據(jù)查詢接口與數(shù)據(jù)分析算法等，從而實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的實(shí)體對象操作。

(4)在IMPV各模型定義完成后，對其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和邏輯映射關(guān)系進(jìn)行序列化，進(jìn)而形成一個對象本體模型，用戶根據(jù)實(shí)際需求定義不同監(jiān)控對象，形成對象本體模型庫，另外對象本體模型庫可以導(dǎo)入導(dǎo)出，從而能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控任務(wù)的可配置化，配置完成后須經(jīng)序列化存儲，用戶通過平臺可隨時調(diào)用配置文件并反序列化，從而能夠從不同層級便捷靈活地監(jiān)控生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

4RT-VMP應(yīng)用實(shí)例

以安徽某汽車發(fā)動機(jī)制造企業(yè)為例，其發(fā)動機(jī)種類較多，是典型的多品種、小批量生產(chǎn)模式，另外由于發(fā)動機(jī)裝配精度要求較高且產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其裝配過程需求由多條裝配線協(xié)作完成，一般可分為缸蓋分裝線、活塞連桿分裝線、曲軸分裝線和總裝線。發(fā)動機(jī)生產(chǎn)過程的復(fù)雜性要求各業(yè)務(wù)部門能夠?qū)崟r掌握生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)狀態(tài)，進(jìn)而協(xié)調(diào)一致才能保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。為此,根據(jù)第2章提出的基于實(shí)時信息驅(qū)動的制造過程可視化監(jiān)控體系，基于.NET構(gòu)架設(shè)計(jì)并開發(fā)了該企業(yè)的1.5TGDI發(fā)動機(jī)裝配線實(shí)時可視化監(jiān)控系統(tǒng)。

由于車間生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控涉及范圍廣、監(jiān)控對象繁多，因此，本文通過對車間設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控來闡述RT-VMP的運(yùn)行流程，首先利用本體建模工具建立車間設(shè)備資源的領(lǐng)域本體，利用xml、owl語言等對資源進(jìn)行統(tǒng)一、規(guī)范化描述，這樣能夠屏蔽資源的異構(gòu)性，規(guī)范制造資源描述，為設(shè)備運(yùn)行信息的集成提供統(tǒng)一的語義環(huán)境。設(shè)備模型數(shù)據(jù)片段如下：

//靜態(tài)信息集

JAC20-GW-DPV15 //

OP0120

加工設(shè)備

缸蓋螺栓擰緊機(jī)

172.26.34.11

//所在裝配線

生產(chǎn)線

缸蓋分裝線

JAC-415-2EH14-0AB0

正常

//動態(tài)信息集

//加工對象及加工結(jié)果信息

AE0700003

ET002467L60006GH130

GH130

OK

OK

是

是

//加工數(shù)據(jù)集

[14.2,15.3]NM

[89.2,91.3]度

//設(shè)備報警集

TRUE

FALSE

working

6h54m31s

3m21s

5

……

其次，需要選擇合適的數(shù)據(jù)通道實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信息的實(shí)時采集，該發(fā)動機(jī)裝配車間內(nèi)所有加工設(shè)備均由PLC控制，故均支持OPC通信協(xié)議，測量設(shè)備不支持OPC通信協(xié)議,如海克斯康三坐標(biāo)儀(需要通過監(jiān)聽PC-DMIS觸發(fā)事件獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài))和閥孔檢測儀等，另外數(shù)控機(jī)床采用SINUMERIK840D數(shù)控系統(tǒng)，故需要結(jié)合設(shè)備廠家提供的接口定義數(shù)據(jù)格式，通過對設(shè)備運(yùn)行信息和加工信息進(jìn)行定義，再按照一定的規(guī)則映射到通用XML文檔中，從而實(shí)現(xiàn)制造資源實(shí)時運(yùn)行信息的感知與集成。然后通過基于ROM-DCIU映射模型，按照模型解析規(guī)則及匹配機(jī)制映射對輸入?yún)?shù)進(jìn)行匹配驗(yàn)證，同時按照配置的數(shù)據(jù)增值算法對輸入?yún)?shù)進(jìn)行增值,增值后的信息以數(shù)據(jù)服務(wù)的形式發(fā)布,有效降低平臺耦合度，便于信息共享與集成。

根據(jù)用戶組態(tài)配置和數(shù)據(jù)描述解析并實(shí)例化IMPV各模型組件,根據(jù)DCIU-IMPV的映射模型向DCIU發(fā)送消息訂閱,當(dāng)消息事件發(fā)生變化時,DCIU從訂閱者隊(duì)列中遍歷消息的訂閱者并發(fā)布消息。IMPV獲取信息變更后根據(jù)模型間映射關(guān)系及相關(guān)數(shù)據(jù)變更調(diào)用Ob-OperateMode組件和ViewSet-Model組件,通過Ob-OperateMode實(shí)現(xiàn)圖元的動作變更，通過ViewSet-Model圖元的可視表征，并將實(shí)時數(shù)據(jù)匹配到Ob-DataModel中，從而完成實(shí)時工況的可視化顯示，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的透明化、實(shí)時化和遠(yuǎn)程化。

通過系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行信息的動態(tài)感知，對生產(chǎn)過程中設(shè)備運(yùn)行情況、物料消耗狀態(tài)、生產(chǎn)異常、產(chǎn)品加工質(zhì)量等進(jìn)行了有效的監(jiān)控，提升了企業(yè)管理水平及決策的時效性，有效地改善了該車間的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。據(jù)統(tǒng)計(jì),2012年至2014年該廠均處滿負(fù)荷生產(chǎn)狀態(tài)，系統(tǒng)在2013年實(shí)施應(yīng)用后，車間生產(chǎn)率提高了7.9%，訂單延時率降低了30%，設(shè)備維護(hù)成本降低了40%，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　系統(tǒng)應(yīng)用前后效果對比

5總結(jié)

本文針對生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控問題，提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于實(shí)時信息驅(qū)動的生產(chǎn)過程可視化監(jiān)控平臺，并將其應(yīng)用于某發(fā)動機(jī)裝配車間，通過構(gòu)建IMPV實(shí)現(xiàn)了裝配車間監(jiān)控對象的可配置化和組態(tài)化，用戶能夠自由定制監(jiān)控任務(wù)和需求，通過建立ROM-IMPV邏輯映射模型以及多功能交互式信息終端采集信息的方法，實(shí)時、準(zhǔn)確、全面地獲得裝配車間生產(chǎn)過程中設(shè)備、物料、生產(chǎn)進(jìn)度和人員等實(shí)時信息，并通過IMPV可視化表征組件實(shí)時呈現(xiàn)，從而使生產(chǎn)過程透明化，為管理層提供決策支持。該系統(tǒng)很好地滿足了企業(yè)對生產(chǎn)實(shí)時監(jiān)控的需求，后續(xù)研究將在信息增值和生產(chǎn)過程動態(tài)優(yōu)化控制兩個方面展開，結(jié)合數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘等方法，對多源信息進(jìn)行增值運(yùn)算，以精準(zhǔn)掌握制造系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)并預(yù)測系統(tǒng)潛在的異常；同時研究生產(chǎn)過程的動態(tài)優(yōu)化與反饋控制方法，使系統(tǒng)具備一定的協(xié)同優(yōu)化能力。

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(編輯袁興玲)