制造执行系统第三章

1、制造执行系统制造执行系统主讲人：葛茂根主讲人：葛茂根合肥工业大学合肥工业大学3.1 生产运行逻辑生产运行逻辑3.2 物体自动标识驱动的车间制造数据采集物体自动标识驱动的车间制造数据采集3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送3、生产运行、生产运行制造执行系统制造执行系统3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送3.6 实时动态调度实时动态调度3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用3.9 RFID驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件

2、质量跟踪与追踪3.10 RFID驱动的生产过程损耗性资源质量跟踪与追踪驱动的生产过程损耗性资源质量跟踪与追踪 推式生产运行方式推式生产运行方式：是指依赖批量计划来执行，成批送到下游工序或仓库排队的生产运行方式。3.1 生产运行逻辑生产运行逻辑1.推式生产运行方式推式生产运行方式 特点特点：该方式采用集中控制，不考虑下一个工序的实际节拍，没有形成连续的物料流。 拉式生产运行方式拉式生产运行方式：是实时响应实际需求或消耗来执行，一种由下游向上游提出实际生产需求的生产运行方式。3.1 生产运行逻辑生产运行逻辑2.拉式生产运行方式拉式生产运行方式 特点特点：该方式分散控制，适应性强，关注物料的流动，有

3、效提高物料利用效率。3.1 生产运行逻辑生产运行逻辑3.2 物体自动标识驱动的车间制造数据采集物体自动标识驱动的车间制造数据采集3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送3、生产运行、生产运行制造执行系统制造执行系统3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送3.6 实时动态调度实时动态调度3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用3.9 RFID驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪3.10 RFID驱动的生产过程损耗性资源

4、质量跟踪与追踪驱动的生产过程损耗性资源质量跟踪与追踪 条形码条形码的研究始于美国，从最初“公牛眼”的问世到一维条形码的广泛使用、二维条形码的深入研究，迄今为止，条形类型已不下几十种。3.2 物体自动标识驱动的车间制造数据采集物体自动标识驱动的车间制造数据采集1.条形码简介条形码简介 特点特点：可靠性强、效率高、成本低、易于制作、构造简单、灵活实用 射频识别技术即射频识别技术即RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。3.2

5、物体自动标识驱动的车间制造数据采集物体自动标识驱动的车间制造数据采集2.RFID简介简介 特点特点：快速扫描、抗污染能力和耐久性、可重复使用、穿透性和无屏障阅读、数据的记忆容量大、安全性 采用条形码/RFID的物体标识，又指依据制定的编码规则，对指定的物体进行数字标识，从而满足物体信息的自动采集。3.采用条形码采用条形码/RFID的物体标识的物体标识 Tips：采用条形码/RFID技术对物体进行标识，是实现自动化、信息化的重要途径。3.2 物体自动标识驱动的车间制造数据采集物体自动标识驱动的车间制造数据采集 传感网络是指为了确保制造车间生产过程的稳态运行和满足加工工件的质量要求，各种在线和离线

6、的检测设备布置在不同工序检测节点来收集各类信息。4.传感器传感器/传感网络简介传感网络简介 Tips：在不同加工工序配置相应的检测传感器，各工序布置监测传感器进一步构成了面向工序流的检测传感网络，为加工过程质量控制提供数据支持。3.2 物体自动标识驱动的车间制造数据采集物体自动标识驱动的车间制造数据采集 构建基于传感网络的工况量检测可以有效判断生产装置的工作状况，提高系统的正确决策能力，减少周边环境造成的影响。5.基于传感网络的工况量检测基于传感网络的工况量检测 Tips：构建面向车间的传感网络，可以实现车间制造工况的实时监测。3.2 物体自动标识驱动的车间制造数据采集物体自动标识驱动的车间制

7、造数据采集 测量网络测量网络是指以零件加工特征及精度演变为出发点，在各关键质量控制节点布置传感测量装置，以对多工序加工过程中零件加工特征的几何信息进行采集，并采取无线或有线通讯技术，实时准确将各类数据传递至信息处理中心，为上层控制系统提供真实、有效、可靠的加工过程信息。3.2 物体自动标识驱动的车间制造数据采集物体自动标识驱动的车间制造数据采集6.测量设备与测量网络简介测量设备与测量网络简介 Tips：传感网络的对象是机床等工况量，测量网络的对象是工件的几何量。 构建基于测量网络的工件质量数据获取可以快速获得的工件质量信息，通过对质量信息的分析来判断系统是否正常运行，提高系统的快速反应能力。3

8、.2 物体自动标识驱动的车间制造数据采集物体自动标识驱动的车间制造数据采集7.采用测量网络的工件质量数据获取采用测量网络的工件质量数据获取 Tips：构建面向车间的测量网络，可以解决车间制造过程中工件加工质量数据的获取问题，实现车间设备加工质量的实时监控。 通过制造车间制造数据采集的关联，将车间基础的工况信息、工件制造加工过程的质量信息、车间制造过程的实时状态信息等通过网络连接到一起，并通过网络将各种车间制造数据上传到指定的数据库或数据处理服务器中，为车间制造提供必要的基础数据采集的支撑。8.车间制造数据采集的关联车间制造数据采集的关联3.2 物体自动标识驱动的车间制造数据采集物体自动标识驱动

9、的车间制造数据采集3.1 生产运行逻辑生产运行逻辑3.2 物体自动标识驱动的车间制造数据采集物体自动标识驱动的车间制造数据采集3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送3、生产运行、生产运行制造执行系统制造执行系统3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送3.6 实时动态调度实时动态调度3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用3.9 RFID驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪3.10 RFID驱动的生产过程损耗性资源质

10、量跟踪与追踪驱动的生产过程损耗性资源质量跟踪与追踪 看板看板是表示某工序何时需要什么数量的某种物料的工具。是传递信号的工具，由日本丰田公司在寻求生产准时化，彻底消除无效劳动和浪费的指导思想上提出的。3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策1.看板看板3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策作用：作用： 生产及运送工作指令的发布 实现“目视化管理” 防止过量生产和过量运送看板特点：看板特点： 生产信息反馈及时、高效，具有自律性 随物流而动，使信息流融入物流中，易于管理 库存量低，质量在生产过程中得到控制 使生产中的许多问题暴露出来，促使企业不断改善围绕生产设备的看板围绕生

11、产设备的看板是包含工序间的信息传递和工序内部的信息传递。因此需要考虑工序入口和工序出口两个方面的指令信息传递。3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策2.围绕生产设备的看板配置围绕生产设备的看板配置围绕生产设备的看板配置原则：围绕生产设备的看板配置原则： 各工序所使用每种零部件都只有一个发出地（前工序），在整个生产过程中零部件要有明确的、固定的移动路线； 每个作业区通常设有两个存放处：入口存放处和出口存放处。Tips对于组装作业，一个作业区可能有多个入口存放处。围绕生产设备的看板围绕生产设备的看板主要指生产看板，包含工序内看板和信号看板两种类型。3.3 生产指令与实时生产决策生产指

12、令与实时生产决策3.围绕生产设备的看板内容描述围绕生产设备的看板内容描述信号看板信号看板是在成批生产的工序之间所使用的看板，主要用来指示当前的生产状态及需求数量。工序内看板工序内看板是指某工序进行加工时所用的看板，主要用于展示工序内主要产品信息。这种看板用于装配线以及不需要实质性的作业更换时间的工序，例如机加工工序等。典型的工序内看板案例如图所示： 小结：小结：工序内看板的使用方法中最重要的一点是看板必须随实物一起移动。后工序来领取中间品是摘下挂在产品上的工序内看板，然后挂上领取的工序间看板。该工序然后按照看板被摘下的顺序以及这些看板所标示的数量进行生产，如果摘下的看板标示数量变为零，则停止生

13、产，这样既不会延误也不会产生过量的存储。3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策 推式生产指令的下达方式推式生产指令的下达方式在制定主生产计划、物料需求和采购计划的基础上，在详尽的做能力平衡的前提下，下达生产指令，进行全面的完全集中式控制。3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策5.推式指令发送与反馈推式指令发送与反馈 生产指令的反馈：生产指令的反馈：由最终成品库存反馈至生产计划。 Tips：MRP-II是推式生产系统的典型代表。 拉式生产指令的下达方式拉式生产指令的下达方式由最后一道工序根据订单发出，由后道工序在必要时刻向前道工序领取所需要的零部件或物料，从而触发前道

14、工序。3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策6.拉式指令发送与反馈拉式指令发送与反馈 生产指令的反馈：生产指令的反馈：每道工序间都有实时的信息反馈。生产决策生产决策是指在生产中，对生产什么、生产多少以及如何生产等几个方面的问题做出的决策，具体包括剩余生产能力如何运用、亏损产品如何处理、产品是否进一步加工和生产批量的确定等。3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策7.基于看板信息的生产过程决策基于看板信息的生产过程决策 生产过程决策类型：生产过程决策类型：生产对象与批量确定：生产对象与批量确定：根据后工序反馈的生产指令，确定前工序所需加工的零部件内容和必要的数量工艺决策

15、：工艺决策：确定产品的制造流程，确保制造工艺的可靠性，以保证产品质量生产能力运用：生产能力运用：在满足生产需求的前提下，对可用生产资源进行合理的调度和使用，以达到更优化的成本和产品质量的目的TIPS:生产决策生产决策是根据企业的经营战略方案及企业内外经营环境的状况确定企业的生产方向、生产目标、生产方针及 生产方案的过程或职能。 拉式生产过程中，生产指令是由生产计划直接下达给最后一道工序，根据当前工序对物料的需求，确定产品的数量及生产批量，并通过传送看板将生产指令传达到前工序，根据目前的可用生产能力做出生产计划和调度决策，以满足需求。3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策7.基于看

16、板信息的生产过程决策基于看板信息的生产过程决策 基于看板信息的生产过程决策可以改善拉式生产过程中生产管理的效率。 拉式生产过程中，生产决策和生产调度都是动态过程，各自的变化都会产生互相之间不同性质的影响。3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策8.生产决策与生产调度的互作用生产决策与生产调度的互作用 生产决策生产决策对生产调度生产调度起指导作用，而生产调度生产调度的结果的反馈为后续的生产决策生产决策提供决策数据3.1 生产运行逻辑生产运行逻辑3.2 物体自动标识驱动的车间制造数据采集物体自动标识驱动的车间制造数据采集3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策3.4 在制品

17、的物流配送在制品的物流配送3、生产运行、生产运行制造执行系统制造执行系统3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送3.6 实时动态调度实时动态调度3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用3.9 RFID驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪3.10 RFID驱动的生产过程损耗性资源质量跟踪与追踪驱动的生产过程损耗性资源质量跟踪与追踪 车间在制品的物流配送车间在制品的物流配送是指按照车间配送人员的加工任务要求，在配送中心进行分货、配货，并将配好的货物及时送交目的地岗位。3.

18、4 在制品的物流配送在制品的物流配送1.车间在制品物流的定义及其配送特点车间在制品物流的定义及其配送特点 特点：特点：在车间在制品车间在制品的物流配送过程中，存在许多优化决策问题，其中较多的是物流配送路径化物流配送路径化问题，即通过制定合理的配送路径，快速而经济地将货物送达目的地。在制品标识：在制品标识：是对不同加工阶段、不同状态的在制品进行标识，以进行在制品的区分、识别、跟踪和追溯，防止非预期的使用，在制品标识包含品名标识、检验状态标识。3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送2.在制品标识在制品标识检验状态检验状态可分为：待检、合格、不合格、紧急放行、让步接收五种状态。品名标识品名标识方法

19、有：标签牌、RFID、二维码等标识方法。检验状态检验状态标识有：放牌、记录、定置等，可用不同颜色的标签实现“视化标志。”在制品标识的编码：在制品标识的编码：不管是二维码还是RFID对在制品进行识别，需要按照一定的编码规则来进行唯一性编码，确保其在能够进行准确的标识，并可以通过标识获取在制品的准确信息。3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送小结：经过了唯一编码，每一个标签和一个工件相绑定，通过获取标签的信息来准确快速的获取工件的信息，方便在制品的跟踪与追溯。集装箱(Containers)EPC编码 传统上，货品、集装箱和托盘都要按照不同的编码结构进行编码。在EPC 体系结构中，无需为这些容器使

20、用不同的编码方法。容器内的货品记录和货运数据存储在计算机网络中并自动与容器建立联系。更进一步，运输集装箱的卡车、货车车厢、船舶或仓库也可能作为单个物品并使用相同格式的EPC 编码。右边的EPC 层级图描绘了物品货运的情形，这个层级会随着时间的推移而改变。3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送3.批量批量/批次混流条件下的在制品多工序流转批次混流条件下的在制品多工序流转3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送4.在制品物流路径规划与优化建模方法在制品物流路径规划与优化建模方法 车间在制品工序物流描述车间在制品工序物流描述3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送 在制品物流路径规划问题的数学描述

21、在制品物流路径规划问题的数学描述3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送 在制品物流路径优化问题的数学模型在制品物流路径优化问题的数学模型Tips：模型的建立从最大流通时间，生产成本(制造成本，运输成本)以及提前/脱期惩罚三个方面对问题进行优化考虑，通过权重因子将其连接。3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送 遗传算法解算在制品路径优化模型遗传算法解算在制品路径优化模型 5.制品物流路径优化模型的计算智能解算制品物流路径优化模型的计算智能解算3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送 假设有假设有3个制造任务，每个任务分别有个制造任务，每个任务分别有1，2，3条工艺路线，每条工艺路线，每个任务

22、的最大工序数为个任务的最大工序数为3，4，4.3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送2）染色体解码）染色体解码3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送 染色体解码完毕后，得到所有零件各工序的加工设备矩阵M，加工时间矩阵T，加工成本矩阵C以及所有设备的加工任务序列Task。对以上信息进行操作就可以得到该染色体所代表的调度结果的零件流通时间、生产成本、提前拖期惩罚三项指标，然后将其转化为适应度。3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送3）遗传操作）遗传操作遗传进化算子：选择算子，交叉算子，变异算子遗传进化算子：选择算子，交叉算子，变异算子 选择算子：选择算子：本算法中选择操作采用轮盘赌的方法，各

23、个染色体被选中的几率为 Pi=Fi/F i其中Fi为当前参与轮盘赌的染色体的适应度。交叉算子：交叉算子：主要用于调换零件加工顺序，选取相邻的两个染色体作为父代，交叉过程如下所示：3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送变异算子：变异算子：本算法中该算子包括两部分，一部分用于改变特定零件的加工工艺路线，另一部分则用于更改零件的加工顺序。4）适应度函数）适应度函数 考虑到生产车间中的零件流通时间、生产成本和提前/拖期惩罚这三方面的因素，确立适应度函数为目标函数的倒数：适应度函数：适应度函数：fitness = 1/(W1MT+W2MC+W3ET)Tips:正常情况下，遗传算法的适应度要转化为越小越

24、好，其中有一个方法就是在目标函数前加个负号或者用1除取倒数。3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送 6）调度案例）调度案例3.1 生产运行逻辑生产运行逻辑3.2 物体自动标识驱动的车间制造数据采集物体自动标识驱动的车间制造数据采集3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送3、生产运行、生产运行制造执行系统制造执行系统3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送3.6 实时动态调度实时动态调度3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用3.9 RFID驱

25、动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪3.10 RFID驱动的生产过程损耗性资源质量跟踪与追踪驱动的生产过程损耗性资源质量跟踪与追踪3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送1.车间损耗性资源物流定义及其配送车间损耗性资源物流定义及其配送 特点特点损耗性资源物流：损耗性资源物流：损耗性资源物流是指在生产制造过程中，制造车间内损耗性的刀具、夹具、切削液等资源在制造任务的驱动下在制造车间内流转的过程。损耗性资源配送特点：损耗性资源配送特点：1.损耗性资源配送的目标是制造车间的设备等。2.损耗性资源具有消耗量大、物流频繁的特点。3.损耗性资源的配送与制造车间的实时制造任

26、务密切相关。4.损耗性资源可由专业的第三方服务提供商提供资源服务。3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送2.刀具与夹量具的刀具与夹量具的 刀具与夹量具的标识刀具与夹量具的标识 在刀具与夹量具管理刀具与夹量具管理中，刀具、夹具、量具的种类繁多，数量巨大，出入库操作频繁，如果没有有效、可靠的识别技术，库存管理很容易陷入混乱。 同时，刀具的标识对于刀具的跟踪、追溯与监控都起着至关重要的作用。3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送3.生产运行中围绕加工设备的损耗性资源流转生产运行中围绕加工设备的损耗性资源流转3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送 生产运行中刀具资源的流转

27、过程生产运行中刀具资源的流转过程3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送4. 损耗性资源物流路径规划与优化建模方法损耗性资源物流路径规划与优化建模方法 刀具资源的配送过程问题描述刀具资源的配送过程问题描述 刀具资源的配送刀具资源的配送是根据工件调度计划及刀具选配结果确定使用的刀具编号，以及这些刀具在各个机床上的流转计划，即某个刀具什么时间在什么地点。3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送 刀具资源的配送过程问题描述刀具资源的配送过程问题描述 3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送 3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送 刀具资源的配送路径优化模型建立刀具资

28、源的配送路径优化模型建立 已知条件：已知条件：l 机床集合：M=M1，M2，MJl 工序集合：O=O1，O2，O0l 特定型号刀具需求：Q=(O,TT)l 机器Mm作业计划：Pm：=O,ST,ET 开始时间集合：STO=ST1，ST2， 结束时间集合：ETO=ET1，ET2， 求解：求解：l 工序使用的刀具：O,Tl Sij=(Ltij , STTij , ETTij) 刀具位置编号：Ltij =MID1,MID2， 进入时间集合：STTij =STTij1， STTij2， 转移时间集合：ETTij =ETTij1， ETTij2，3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送 优化目标：

29、优化目标：l 刀具交换次数最小化l 刀具利用率最大 约束条件：约束条件：l 刀具寿命约束：l 工序对特定刀具规格的需求约束 l 刀具状态唯一性约束。l 刀库容量约束：3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送5. 损耗性资源物流路径优化模型的计算智能解损耗性资源物流路径优化模型的计算智能解 算算 遗传算法解算刀具配送路径优化模型遗传算法解算刀具配送路径优化模型1）算法流程）算法流程3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送2）染色体编码）染色体编码3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送3）遗传操作）遗传操作 Tips:由于本例中编码较长，而且有众多约束条件，为了减少因交叉

30、操作产生大量不可行解，因此交叉操作采用对位交叉，使得交叉后的染色体仍然是可行解。3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送 考虑到刀具配送次数N、刀具利用率（刀具寿命浪费T）这两方面的因素，确立适应度函数为目标函数的倒数：4）适应度函数）适应度函数 选择操作选择操作 本算法中选择操作采用轮盘赌的方法，各个染色体被选中的几率为 Pi= Fi/Fi ，其中Fi为当前参与轮盘赌的染色体的适应度。适应度函数适应度函数 Tips:正常情况下，遗传算法的适应度要转化为越小越好越小越好，其中有一个方法就是在目标函数前加个负号或者用用1除取除取倒数。倒数。3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送

31、5）终止条件）终止条件 6）求解案例）求解案例3.1 生产运行逻辑生产运行逻辑3.2 物体自动标识驱动的车间制造数据采集物体自动标识驱动的车间制造数据采集3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送3、生产运行、生产运行制造执行系统制造执行系统3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送3.6 实时动态调度实时动态调度3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用3.9 RFID驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪3.10 RFI

32、D驱动的生产过程损耗性资源质量跟踪与追踪驱动的生产过程损耗性资源质量跟踪与追踪3.6 实时动态调度实时动态调度 影响生产调度的因素很多，其中的某一项或几项因素发生改变都可能会影响到预定的调度结果，生产调度的方式需要根据具体的变化进行 实时的调整 。1.影响生产调度的因素分析影响生产调度的因素分析小结：小结：生产实时动态调度是对于正在执行当中的生产活动，如发生一些突发事件所 正在执行当中的生产做出的调整策略，是一个动态的过程（动态调度）。3.6 实时动态调度实时动态调度 生产过程的调整生产过程的调整是指在 生产过程遇到的各种可预见及不可预见的事件后，通过各种不同的方法对生产过程进行调整，以使得车

33、间生产可以顺利的运行下去。生产过程的调整主要指生产过程的动态调度2.生产过程的调整生产过程的调整3.6 实时动态调度实时动态调度 小结：小结：生产排程是是根据零件的工艺信息，对零件的各个工序的加工机器、开始加工时间、结束加工时间，以及加工的先后顺序做出具体的安排的一种车间层活动，是在零件加工开始前对加工活动进行的安排，是一个静态的过程（静态排程 ）。生产过程调整时针对突发事件的动作，是动态的过程（动态调度）。3.6 实时动态调度实时动态调度动态扰动事件分析1）发生时间：静态排程已经进行了一段时间后；2）扰动时间点前，已经有一部分批次的零件任务加工完成；3）在扰动时间点后，一些批次任务还剩余一些

34、工序有待加工；3.考虑生产干扰的动态调度建模方法考虑生产干扰的动态调度建模方法动态调度建模3.6 实时动态调度实时动态调度遗传算法解算动态调度模型流程4.考虑生产干扰的动态调度模型解算考虑生产干扰的动态调度模型解算3.6 实时动态调度实时动态调度 动态调度动态调度的模型及解算与静态调度静态调度的模型及解算方法基本一致，主要的区别是由于时间不同（动态是干扰后）（动态是干扰后）和 干扰不同 （静态无干扰）（静态无干扰）导致的初始条件初始条件的变化。 小结：动态调度小结：动态调度模型的建立常常是把静态排程的模型中的常量转化为变量，因此而产生了动态扰动变量。但本质上当扰动确定后的处理方法仍然是静态排程

35、的方法。所以，动态调度模型建立与求解的核心是动态扰动的处理策略，动态扰动的处理策略，即动态调整策略。动态调整策略。3.6 实时动态调度实时动态调度 当生产过程中产生干扰因素后，MES动态调度策略启动，自动调整排程计划，生成适应新情况的生产甘特图。5.动态调度模型的解算与甘特图更新动态调度模型的解算与甘特图更新小结：小结： 动态调整策略及算法动态调整策略及算法能够及时的响应车间动态扰动事件的发生并相应的求解到动态结果动态结果，保证车间生产有序的进行。3.6 实时动态调度实时动态调度6.全局生产排程的更新全局生产排程的更新3.1 生产运行逻辑生产运行逻辑3.2 物体自动标识驱动的车间制造数据采集物

36、体自动标识驱动的车间制造数据采集3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送3、生产运行、生产运行制造执行系统制造执行系统3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送3.6 实时动态调度实时动态调度3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用3.9 RFID驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪3.10 RFID驱动的生产过程损耗性资源质量跟踪与追踪驱动的生产过程损耗性资源质量跟踪与追踪3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工

37、序运行监测与统计过程质量监控多源多工序零件工艺系统特点：多源多工序零件工艺系统特点： 误差源繁多(设备、工艺、工件)、彼此相互耦合耦合； 由于零件加工特征间的基准关系基准关系和演变关系演变关系，导致零件的质量特性可能具有自相关自相关或互相关互相关关系； 工序流形态依赖于制造工艺能力、零件的批次、零件特征等；1.批量生产的工艺系统与过程的稳定性批量生产的工艺系统与过程的稳定性3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控工艺系统稳定性工艺系统稳定性表征工艺系统的加工精度保证能力，加工精度保证能力，具体表现为零件质量特性在人、机、料、法、环和测等多种误差因素耦合作用下的波

38、动水平。波动水平。生产效率生产效率 是指固定投入量下，制程的实际产出与最大产出两者间的比率。 工件质量工件质量是指零件加工后实际的几何参数（尺寸、形状、位置）和表面质量与理想状况的符合程度。2.车间生产效率与工件质量车间生产效率与工件质量3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控生产效率生产效率 包括两个部分：包括两个部分： 有效益的生产效率，有效益的生产率体现的是生产的质量。 无效益的生产效率，无效益的生产率体现的是生产的浪费。生产效率和加工质量互为因果关系：生产效率和加工质量互为因果关系： 质量越高，有效益的生产效率就越高； 质量越低，有效益的生产效率就越低和

39、/或无效益的生产效率就越高。3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控运行稳定性的监测对象：运行稳定性的监测对象： 机床主轴振动 刀具磨损 声发射 质量特性 其他工况量3.工艺系统运行稳定性的监测方法工艺系统运行稳定性的监测方法运行稳定性的监测过程：运行稳定性的监测过程： 获取信号 信号分析 特征提取与选择 运行可靠性评估 运行稳定性评估3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控 统计过程控制统计过程控制(Statistical Process Control, SPC) 指应用统计技术对加工过程进行监测和评估，建立并保持过程处于可接

40、受的并且稳定的水平， 过程进行监测和评估，建立并保持过程处于可接受的并且稳定的水平，从而保证产品质量符合规定要求的一种技术。4.统计过程质量控制的理念统计过程质量控制的理念3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控 SPC的理念：的理念：利用过程质量数据的统计特性和6理论对质量数据的波动状况进行监控，科学地区分出产品质量的偶然波动与异常波动，对过程的异常及时告警从而达到质量控制的目的。SPC理论的主要工具是控制图。理论的主要工具是控制图。3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控 控制图控制图是根据假设检验原理构造的一种用于监测生产过

41、程是否处于稳定状态的图形工具，通过对过程质量特性值进行测定、记录、评估，以监测过程是否处于受控状态，它是SPC的一种重要手段和工具。4.大批量生产的质量控制图大批量生产的质量控制图控制图的分类控制图的分类3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控 Tips：由于SPC的主要功能之一就是预测质量，因此，只有及时收集数据，才能及时分析，才可能预测质量，否则，当不良品都已经产生，所有的预测都无意义了。3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控 统计控制状态的稳态稳态指加工过程中只有偶因，而无异因产生的变异状态。5.基于控制图的判稳与稳控基于

42、控制图的判稳与稳控控制图的分类控制图的分类 一个点远离中心线超过3 连续7点位于中心线一侧 连续6点上升或下降 连续14点交替上下变化 2/3的点距中心线的距离超过2（同一侧） 4/5的点距中心线的距离超过（同一侧） 连续15个点在中心线的范围内（同一侧） 连续8个点距中心线的距离大于（同一侧）3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控控制图的异常模式：控制图的异常模式：稳态控制：稳态控制：判断过程异常时，找出异因并加以清除，使过程回到稳态。3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控6.工件工件/工艺系统工艺系统/过程的质量影响因素分

43、析过程的质量影响因素分析质量诊断方法：质量诊断方法：鱼刺图、专家系统等。 鱼刺图法鱼刺图法 建立导致加工误差的鱼刺图，并建立影响因素与误差模式的关联关系； 根据误差模式从鱼头开始查找主要原因。3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控 基于专家系统的质量诊断基于专家系统的质量诊断 对控制图异常模式进行映射，得到各种加工误差类型并进行层次分解，产生误 加工误差类型并进行层次分解，产生误差诊断规则； 根据不同情况，采用自顶向下或自底向上的推理方法进行质量诊断。3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控7.过程能力评估过程能力评估过程能力（

44、过程能力（Process Capability）指过程在稳定状态下保证加工质量一致性的能力。通常用质量特性值的波动大小表示，即B=6。过程能力指数（过程能力指数（Process Capability Index），），也称工序能力指数，是指工序在一定时间里，处于控制状态(稳定状态)下的实际加工能力。用符号Cp来表示。3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控过程能力分析过程能力分析能力过剩能力充分能力尚可能力不充分能力严重不足8.关于小批量质量控制方法关于小批量质量控制方法小批量加工过程的特点：小批量加工过程的特点： 加工批量小，无法获取足够的质量样本建立控制图；

45、 产品的种类多，为适应不同产品的加工，需要频繁的进行设备调整，导致生产过程不稳定性增加； 加工过程具有间歇性，导致不同批次之间存在一定的质量波动；3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控小批量加工质量控制方法：小批量加工质量控制方法： 利用成组技术成组技术获取足够的样本数据，采用大批量生产控制方法； 小子样小子样Bayes 控制图控制图，利用Bayes原理进行小样本分布参数的估计； Bootstrap控制图控制图，利用Bootstrap方法对小样本进行重复抽样形成大 样本，然后估计分布参数； 通过建立加工过程的误差传递模型误差传递模型进行加工质量的预测与控制。3

46、.1 生产运行逻辑生产运行逻辑3.2 物体自动标识驱动的车间制造数据采集物体自动标识驱动的车间制造数据采集3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送3、生产运行、生产运行制造执行系统制造执行系统3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送3.6 实时动态调度实时动态调度3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用3.9 RFID驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪3.10 RFID驱动的生产过程损耗性资源质量跟踪与追踪驱动的生

47、产过程损耗性资源质量跟踪与追踪3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用Xbar-R控制图控制图包含均值(Xbar)和极差(R)控制图，为两者联用的综合控制图。针对计量值数据，该控制图是最常用和最基本的控制图。均值控制图用来观察分析数据平均值的变化，极差控制图用来观察分析数据分散程度的变化。两图同时使用，可以综合地了解质量特性数据的分布形态。1. Xbar-R 控制图控制图 控制图的的概念、特点与作用控制图的的概念、特点与作用3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用作用：作用： 诊断诊断：评估一个过程的稳 定性； 控制控制：决定某一过程合适需要调整，还是需

48、要保持 原有状态； 确认确认：确认某一过程的改进效果。小结：小结：Xbar-R控制图控制图是用于区分由异常或特殊原因引起的波动和过程固有的随机波动的一种统计工具。3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用 实施控制图需首先建立工序质量控制点，即设定质量特设定质量特性指标。性指标。质量特性指标的设定需要首先确定关键工序的关关键工序的关键质量特性。键质量特性。如何确定关键质量特性，可以从以下几个方面考虑：2.质量特性指标设定与样本数据采集质量特性指标设定与样本数据采集 对产品的性能、精度、寿命、可靠性、安全性性能、精度、寿命、可靠性、安全性等以及对他们有直接影响的的零部件关键质量

49、特性，以及影响这些质量特性的支配性工序要素。 工序本身有特殊要求特殊要求，或对下道工序有直接影响下道工序有直接影响的质量特性，以及影响这些特性的支配性支配性工序要素。 工序质量不稳定不稳定，出现不合格不合格多的质量特性或其支配支配性性工序要素。3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用 关键工序的关键质量特性关键工序的关键质量特性确定之后，我们即可设定质质量特性指标量特性指标，根据质量特性指标我们确定样本采集的数量、位置、精度等信息。根据实时采集的样本数据绘制成休哈休哈特控制图特控制图就可以实现关键工序的质量控制了。3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用

50、3. Xbar-R控制图的均值与控制线计算控制图的均值与控制线计算 根据分布理论，若随机变量X服从随机分布，总体单值的分布中心为，标准偏差为，则X(, )。样本分布的特征值Xbar、R也服从正态分布，如下式所示：式中d2，d3是控制图系数，可由控制图系数选用表查得。 3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用 其中：其中： 3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用4. Xbar-R控制图的打点与点集变化模式控制图的打点与点集变化模式 当休哈特图的均值和控制界限数值都得出后，根据计算的控制界限数值，在控制图纵坐标轴纵坐标轴上刻度，并画出画出CL、UCL、LC

51、L三条界限三条界限；控制图横坐标轴横坐标轴的刻度为样本号。 按数据采集表数据采集表中各组数据的统计量值在控制图中打点，并用直线线段连接为折线，即完成控制图的绘制及打点1）点子超出控制界限2）点子在控制界限内排列不随机 （1）点子屡屡接近控制界限； （2）点子过多在中心线一侧出现； （3）点子排列呈“趋势”； （4）点子排列呈“周期状”； （5）点子过多地集中在中心线附近点集变化模式点集变化模式小结：小结：根据不同的点集变化模式，我们可以再休哈特控制图上初步了解到工件质量出现问题的时刻、位置以及大致的原因。3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用5.Xbar-R 控制图的的过

52、程稳定性判别及控制控制图的的过程稳定性判别及控制 对于Xbar-R控制图的稳定性判别需用分析用控制图对已完成或阶段进行分析，以评估过程是否稳定或确认改进效果。 3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用 在控制图中，点子随机排列情况下，符合下列各点即为稳定：（1）连续25个点，界外点数d=0；（2）连续35个点，界外点数d1；（3）连续100个点，界外点数d2 小结：小结：当过程能够保持稳定受控状态时，质量数据都是服从典型分布（如正态分布），因此控制图中的点子在中心线两侧随机分布。如果过程受到异常因素的影响，典型分布就会遭到破坏。导致分布中心或标准偏差的显著变化，则控制图的点

53、子分布状况就回出现：趋势、连庄，甚至于出界等变化。3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用6. Xbar-R控制图的点集变化模式的故障源消减控制图的点集变化模式的故障源消减一、经验法一、经验法 小结：经验法小结：经验法就是根据休哈特图的点集变化状态结合已有的经验来初步推断故障出现的原因。3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用二、鱼刺图法二、鱼刺图法鱼刺图的建立鱼刺图的建立 鱼刺图分析法，鱼刺图分析法，又叫因果关系分析方法，就是把可能引起某一故障或事故的直接和间接原因按不同层次进行排列，形成既有脊骨又有分刺的鱼刺图。3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图

54、及其应用控制图及其应用鱼刺图的特点和应用鱼刺图的特点和应用 故障原因有时错综复杂，通过鱼刺图可以帮助调查人员对故障产生的原因有一个全面的了解； 鱼刺图的图表化表达可以保证故障消减的全面性和可靠性； 通过故障原因的调查分析，逐步排除一些确定不可能存在的因素。这样就可以进一步缩小需要调查分析的范围，从而使工作效率得到提高。 鱼刺图可以较快地找出故障主次原因，又能积累排除故障的经验。3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用三、产生式规则推理法三、产生式规则推理法 产生式规则推理法产生式规则推理法就是通过休哈特图的点集变化状态建立一定的推理规则，通过规则推理最终得出故障发生的原因。

55、 Tips：产生式规则推理的规则是基于经验或者已有成熟的结论制定的。3.1 生产运行逻辑生产运行逻辑3.2 物体自动标识驱动的车间制造数据采集物体自动标识驱动的车间制造数据采集3.3 生产指令与实时生产决策生产指令与实时生产决策3.4 在制品的物流配送在制品的物流配送3、生产运行、生产运行制造执行系统制造执行系统3.5 损耗性资源的物流配送损耗性资源的物流配送3.6 实时动态调度实时动态调度3.7 多工序运行监测与统计过程质量监控多工序运行监测与统计过程质量监控3.8 休哈特休哈特Xbar-R控制图及其应用控制图及其应用3.9 RFID驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件质量跟踪

56、与追踪3.10 RFID驱动的生产过程损耗性资源质量跟踪与追踪驱动的生产过程损耗性资源质量跟踪与追踪3.9 RFID驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪1.再论物体标识驱动的在制品工序物流再论物体标识驱动的在制品工序物流 在物料通过RFID标识标识的后，在制品的工序物流信息可以通过手工或自动的方式进行采集获取，为实时调度实时调度及在线跟在线跟踪踪提供数据支持。2.采用采用RFID监测生产过程物流的机理监测生产过程物流的机理 采用RFID对物料都进行标识的情况下，在制品的工序物流信息可以通过RFID阅读器自动获取，并存入数据库，方便进行跟踪、追溯及可视化显示。3.9

57、RFID驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪3.在制品工序物流过程的工作流图式描述在制品工序物流过程的工作流图式描述 事件驱动的离散型工序物流操作图式模型事件驱动的离散型工序物流操作图式模型3.9 RFID驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪“事件事件”对应于节点y的一个“操作/动作”“角色角色”对应于执行“事件”Ey的人员 “状态状态”对应于“事件” Ey发生后所处的状态1 “触发时间触发时间”指“事件”Ey发生的时 Tips：采用RFID对物料进行跟踪，需要对整个工序物流过程进行描述与定义,通过事件驱动的工序物流操作图式模型可以清晰的

58、将物流操作过程表达清楚。3.9 RFID驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪4.在制品工序物流过程的工作流图式描述在制品工序物流过程的工作流图式描述 在制品工序物流操作图式描述在制品工序物流操作图式描述3.9 RFID驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪5.工序图式模型的工序图式模型的 RFID事件、时间与状态拾取事件、时间与状态拾取 在对RFID事件、状态定义之后，可以通过制定位置的天线结合阅读器获取的数据来判断发生的事件、事件发生的时间以及事件的状态。3.9 RFID驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪3.9 RFID驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪6.参照加工工艺物流上下文参照加工工艺物流上下文 的的Auto-ID计算计算 在车间RFID获取数据之后，大量的不同类型但是又相关的数据需要通过Auto-ID计算转化成计算机可识别的数据信息以供系统调用。 Tips：Auto-ID计算即是将RFID采集数据转换成有效数据格式提供给系统3.9 RFID驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪驱动的生产过程工件质量跟踪与追踪7.在制品工序物流的跟踪与在制品工序物流的跟踪与 追踪追踪 在