制造物联驱动的离散车间工序物流动态规划与状态评测方法研究

Due to the gap between mixed production plan and task execution in a discrete workshop, it is essential to redefine present manufacturing process through adopting advanced sensing technology, and to design new planning model and solution algorithm so as to fit into changing requirements of digital manufacturing and intelligent manufacturing. Taking the planning principle of process logistics in a discrete workshop as the research object, a planning model with time emergency degree is established based on the sensing environment of “equipment condition monitoring + workpiece quality inspecting + logistics status tracking”. Then, unexpected events are introduced into the above planning model and a self-adapting implementation framework is established. Specifically, a decision algorithm integrating unexpected events with condition deviation reduction is used to finish the adaptive scheduling of a discrete workshop. Furthermore, complex network theory is used to analyze the operation conditions of process logistics. It is expected that the project implementation can contribute to the fusion and application of workshop-level manufacturing and Internet of Things, and dramatically promote the discrete workshop service abilities.

针对离散车间混流生产计划与多工序任务执行脱离的困境，需要结合制造物联技术的应用重新定义当前的制造过程，并设计具有实时制造信息特征的新工序物流规划模型和算法来适应数字化和智能化制造的要求。本项目拟以离散车间工序物流规划原理为科学研究对象，以搭建面向实时制造过程的“设备工况监控+工件质量检测+物流状态跟踪”物联环境为基础，构造具有时间紧急度特征约束的工序物流规划模型；并将底层实时突发事件扰动因素引入模型，建立与之匹配的具有自适应调整能力的调度框架；通过采用突发事件和状态偏差超限修正消融相结合策略，实现计划与执行交互的在线自适应性调度，并采用复杂网络理论对其运行状态做出评估分析。本项目的实施，一方面将有助于制造物联在制造业车间层面的融合和应用；另一方面，将会显著提升制造车间的整体物流服务能力。

制造物联是将网络、嵌入式、RFID（Radio Frequency Identification）、传感器等电子信息技术与制造技术相融合，实现对产品制造与服务过程及全生命周期中制造资源与信息资源的动态感知、智能处理与优化控制的一种新型制造模式。本项目针对制造物联场景下的离散车间工序物流动态规划与状态评测方法进行了研究。首先，根据工序物流节点的初始重要度，划分监控粒度；并在运输小车、缓冲区和库存区等物流转运节点配置RFID设备来搭建面向工序物流状态跟踪的物理场景；采用“事件-角色-状态-触发时间”图式方法构建了事件驱动的工序物流实时状态模型，揭示了传感物联的运行本质和信息融合机理，进而可增强整个车间的信息采集和信息处理能力。其次，针对加工过程中各种不确定性因素导致的工序延迟完工的情况，分析了关键工序和非关键工序的延迟完工对总体完工时间延迟率的影响机理，构建了基于RFID实时跟踪数据与甘特图比对的工序自适应性调度模型，揭示多源实时制造信息支撑的混流生产模式下工序物流的规划机理。然后，基于复杂网络理论视角，依据时序工序流的映射规则，建立了工序物流网络拓扑模型，提取了6项评价指标，采用逼近理想排序法和层次分析法对物流节点的重要度进行了综合评价，揭示了混流生产中工件与工件、工件与设备、设备与设备之间复杂的组织形态与耦合规律。最后，采用Java和Matlab语言，并基于“浏览器/服务器/数据库”三层结构的Web解决方案开发了一个支持离散车间工序物流建模和分析的系统软件原型。开展制造物联技术的研究开发及其在制造业中的集成应用，对提升企业产品制造过程数字化、网络化、智能化水平，提升物流和供应链领域的协作能力及运作效率，促进制造业由生产型制造向服务型制造转变具有重要作用。