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东北大学硕士学位论文 摘要 m e s 关键技术在制造业的应用与研究 摘要 企业信息化的进程的正在加快，伴随着底端控制层的日益成熟，以及 高端e r p 的逐步完善，人们开始认识到，要实现真正浑然一体的企业信息 化系统，介于中间层的部分变得至关重要。作为企业信息化的又一个重要 阶段，人们提出了m e s 系统，它依然是一个范畴和平台，但是它的提出， 给了应用者广阔的施展空间，给各种新技术的应用提供了广阔的平台。 变速箱生产线项目是沈阳自动化所的重大项目，在该项目中， 使用了m e s 的思想及其相关技术，建立了一套能够对底层控制和上层e r p 进行有效融合的车间管理系统， 本文的主要内容包括如下几个方面： f 1 ) 介绍了c i m s 系统的概念及其重要性，m e s 的概念及其在c i m s 系 统中的地位。 ( 2 ) 介绍了变速箱生产线的工艺流程，m e s 系统的功能模块。 ( 3 ) 介绍了m e s 系统的四个部分： 网络及数据协调系统 生产信息管理系统 a g v 小车远程监控系统 智能优化算法在生产线上的应用 在论文中重点介绍了模糊神经网络在变速箱生产线上的应用，数据仓 库和数据挖掘技术的概念及作用、以及关联规则在工艺安排上的应用。 关键词：现代集成制造系统制造执行系统模糊神经网络 关联规则 一i i 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t a p p l i c a t i o na n dr e s e a r c ho fm a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o n s y s t e m sk e yt e c h n o l o g yi nt h ef i e l do fm a n u f a c t u r i n g a b s t r a c t i n f o r m a t i o np r o c e s so fe n t e r p r i s eb e c o m ef a s t e r ，w i t hm a t u r i t yo fc o n t r o l s y s t e mo nt h el o w e rl a y e ra n di m p r o v m e n to fe n t r p r i s er e s o u r c ep l a ns y s t e m o nt h eu p p e rl a y e r ，p e o p l er e a l i z et h a tt h em i d d l el a y e ri sv e r yi m p o r t a n tf o r i n t e g r a t i n ge n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m a p p l i c a t i o n o fm e sh a sb e c o m ea n o t h e r i m p o r t a n ts t a g e f o r e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n i t s t i l li s c a t e g o r ya n dp l a t f o r m ，b u t i t g i v e w i d e i n t e r s p a c e t o a p p l i e ra n dg i v e w i d ep l a t f o r m t o a p p l i c a t i o n o fn e w t e c h n o l o g y t h ep r o j e c ta b o u tp r o d u c tl i n eo ft r a n s m i s s i o nc a s ei sa ni m p o t a n t p r o j e c ti ns h e n y a n g si n s t i t u t eo fa u t o m a t i o n i nt h e p r o j e c t ，w e u s e dm e s sr e l a t e d t e c h n o l o g y a n dc o n s t r u c t e d w o r k s h o pm a n a g e m e n ti n f o r m a t i 0 i qs y s t e mt h a tc a ni n t e g r a t ec o n t r o ls y s t e m a n de r ps y s t e m t h em a i nc o n t e n tc o m p r i s es o m ef a c e ta sf o l l o w ： ( 1 ) i n t r o d u c i n gc i m s sc o n c e p t a n di m p o r t a n c ea n dm e s s c o n c e p ta n ds t a t u si nc i m s ( 2 ) i n t r o d u c i n gc r a f tp r o c e s so fp r o d u c tl i n eo ft r a n s m i s s i o nc a s ea n d m e s si m p o r t a n tc o m p o n e n t ( 3 ) i n t r o d u c i n gf o u rp a r to fm e s a sf o l l o w ： c o r r e s p o n d i n gs y s t e mo fn e t w o r ka n dd a t a p r o d u c ea n dm a n a g ei n f o r m a t i o ns y s t e m r e m o t ec o n t r o ls y s t e m o fa g v n t e l l i g e n c eo p t i m i z ea r i t h m e t i c sa p p l i c a t i o ni nt h e p r o d u c tl i n eo ft r a n s m i s s i o nc a s e t h ea r t i c l ed e t a i l e d l yi n t r o d u c e a p p l i c a t i o no ff u z z yn e u r a ln e ti n p r o d u c tl i n eo ft r a n s m i s s i o nc a s e 、c o n c e p ta n dr o l eo fd a t aw a r e h o u s ea n d d a t am a r ta n da p p l i c a t i o no fa s s o c i a t i o nr u l ef o rc r a f ta r r a n g m e n t 一i 一 查些垄堂堡主堂堡堕墨 垒! 塾翌堕 k e yw o r d s ：c o n t e m p o r a r yi n t e g r a t e dm a n u f a c t u r es y s t e m ； m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ； f u z z yn e u r a ln e t ；a s s o c i a t i o nr u l e ； i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文 中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人签名：考友弦 日期：王驴口f2 f 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保 留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不 同意。) 学位论文作者签名：导师签名 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 本文的研究背景 第一章绪论 信息化的趋势正在改变着世界，改变着人们的观念。它将给企业带来 怎样的改变，它能够给企业带来怎样的改变，成为现代企业信息化的主要论 题。伴随对这一重大课题的研究，人们提出了c i m s 的概念，但是c i m s 只 是提供了一个研究的范畴和平台，还需要更多的内容来充实它。 伴随着底端控制层的日益成熟，以及高端e r p 的逐步完善，人们开始 认识到，要实现真正浑然一体的企业信息化系统，介于中间层的部分变得 至关重要。作为企业信息化的又一个重要阶段，人们提出了m e s 系统， 它依然是一个范畴和平台，但是它的提出，给了应用者广阔的施展空间， 给各种新技术的应用提供了广阔的平台。 m e s 系统使人们非常真实地感受到建设浑然一体的信息化系统的现 实性，使人们确定了企业信息化的基本框架，它的付诸实施和不断完善将 成为推动企业信息化前进的重要环节。 随着汽车行业的快速发展，相关的配套生产线需求量日益增加，如何 建造一条具有高度自动化和高度集成化的先进生产线，如何将c i m s 中的 先进技术应用到这种生产线上，以及如何将这些技术有机地结合起来，构 成一套高技术含量，高效益回报的生产系统成为人们面对的问题。 我们根据“效益驱动，总体规划，分布实施”的原则，在保留引进空间 的情况下循序渐进地引入行之有效的新技术，新方法。根据“自底向上， 逐步推进”的原则，先形成一套具有高度自动化的车间级控制系统，然后 形成一套与控制系统有效集成的车间管理系统，最后，建立一套面向厂级 管理的e r p 系统。 在这个系统的规划和实施中，m e s 系统占有非常重要的地位。它不 仅使底层工控机协调一致地动作，还保证了数据有效地处理和传输，另外， 它还为人工智能技术，数据仓库数据挖掘技术等新型技术提供了广阔的应 用空间。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 本文的项目简介 本论文所依据的项目是沈阳自动化研究所自动化装备实验室承揽的 山西大同齿轮集团有限公司汽车变速箱装配生产线。该条生产线采用了国 内最先进的a g v 配送装置，并以此为基础形成一套高度自动化的智能柔性 控制系统。 整套生产线在国内处于领先水平，该套生产线的成功运行提升了我国 在变速箱生产线上的先进制造能力，提高了同国外同类企业的竞争力。 该条生产线的工艺，机械，控制和软件均由自动化所负责正因为如 此各个专业可以做到紧密配合，在生产线上的各个环节全面贯彻先进制 造的思想，从而为生产出一套高效的先进生产线创造了非常好的合作环 境。 由于大同齿轮机厂为国内管理机制比较先进的企业，因此，他们积极 支持在生产线中引入先进技术，这为我们的工作创造了非常好的外部环 境。 1 3 研究过程 由于同类国内生产线的控制水平比较落后，制造设备比较落后，因此 整个生产过程带有很强的开发性质。 首先在单位建立了一个小型局域网，用于对网络性能及数据传输可靠 性进行全面测试。 在各个工控机中使用组态软件，然届学习组态软件的功能，从而保证 控制数据的可靠采集和网络传送。 我们在开发管理系统的时候充分了解工艺要求，进行总体规划，保证 和控制系统的有效通讯。 在基础的数据库和网络平台建立之后，我们采用先进的决策支持技术 提高性能测试的可靠性，采用数据挖掘技术提高管理的灵活性。 提高性能测试的可靠性，采用数据挖掘技术提高管理的灵活性。 2 查垄墨至堕主量垡垒叁苎三垩墨垡釜盛型i 墨笠! 丝鱼塑塑皇竺! 坚! 堡墨丝垫 第二章现代集成制造( c i m ) 与c i m s 的内涵 2 1 现代集成制造( c i m ) a 9 内涵 今天企业的核心竞争力不仅要包括企业的市场发应速度，还应该包括 企业集成运营它所拥有资源的能力。随着中国加入w t o ，企业提高国际竞 争力的关键是提高市场发应速度和资源集成能力。资源集成能力是企业核 心竞争力之一。 当今制造业所处的环境是一种多变且难以预测的环境。在这种多变的 环境中，产品是按特定顾客的特定需求而设计与制造的。它们如同艺术品， 各不相同，每一产品的生产加工过程也各不相同。这些导致企业面临着不 断快速设计新产品的需求；面临着不断快速重构制造系统的需求；面临着 不断快速改变经营过程( b p r b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n 蓟的需求。 总之，企业经常处于快速动态重组之中。在这种形势下，传统的大批 量制造模式，已经不能适应这种多变的市场环境的需求。为此，出现了各 种支持企业快速响应市场变化、帮助企业实现与多变市场环境同步的各种 先进制造模式。 现代集成制造( c i m ) 正是顺应了时代对于企业资源集成能力以及快 速重组能力的要求，是企业提高核心的竞争力重要环节。 现代集成制造( c o n t e m p o r a r yi n t e g r a t e dm a n u f a c t u r 简 称c i m ) 是信息时代企业组织生产的一种指导思想，它将信息技术和制造 技术综合运用于企业生产生命周期( 从市场需求分析到最终报废处理) 的 各个阶段通过信息集成过程优化及资源优化，实现物流，信息流，价值 流的集成和优化运行。达到入( 组织和管理) ，经营和技术三要素的集成， 以加强企业新产品开发的t ( 生产周期) ，q ( 质量) ，c ( 生产成本) ，s ( 服务) ， e ( 清洁生产) ，k ( 自主创新) ，从而提高企业的市场应变能力和竞争力其 目标在于寻找一条使企业达到预期战略目标的有效途径。 2 2c l m s 的内涵 现代集成制造系统( c i m s ) 是基于c i m 理念构成的一种数字化、虚拟 化、网络化、智能化、绿色化、集成优化的先进制造系统。 一3 东北大学硕士学位论文 第二章现代集成削造( c i m ) 的内涵与c i m s 体系结构 c i m s 系统综合发展了企业生产的计算机辅助技术，即计算机辅助决 策与生产管理技术( m i s ，o a ，e r p ) ；计算机辅助分析和设计技术( c a d l ； 计算机辅助工程分析技术( c a e ) ：计算机辅助工艺过程设计技术( c a p p l ； 计算机数字控制技术( c n c ) ；柔性制造系统( f m s ) ；计算机辅助质量管理与 控制技术等。 一4 一 东北大学硕士学位论文第三章m e s 系统应用简介 第三章m e s 系统应用简介 3 1m e s 系统的概念及结构 随着相关技术及理论的发展，生产过程自动化的要求发生很大的变 化，它要求从系统的角度将自动控制系统和管理系统集成起来，形成一套 综合自动化系统。 由于e r p 系统更多地用于管理，d c s 系统更多地用于控制，因此， 制造执行系统将成为管控一体化的重要环节。 制造执行系统m e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ) 是位于企业上 层生产计划f m r p i i e r p ) 和底层工业控制之间，面向车间层的生产管理技 术和实时信息系统。 美国先进制造研究机构a m r 将m e s 定义为“位于上层的计划管理系 统和底层工业控制系统之间的面向车间层的管理信息系统”，它为操作人 员，管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源( 人，设备，物料，客户 需求等1 的当前状态。 随着信息化和综合自动化的发展，制造行业的现代集成系统的结构己 转变为三层结构模型： p c s 级：以产品质量和工艺要求为方向的先进控制技术( 多变量预测控制) m e s 级：以生产综合指标为目标的优化控制，优化操作与优化管理技术。 e r p 级：以财务分析决策为核心的整体资源优化技术。 总之，现代制造执行系统主要强调了三点： ( 1 ) m e s 的优化目标是整个生产过程。 ( 2 ) m e s 需要收集生产过程中大量的实时数据，并且对实时事件能及 时进行处理。 ( 3 ) m e s 需要同时与计划层和控制层保持双向通信能力，从上下两层 接收相应的数据并反馈处理结果和生产指令。它即提高了计划的灵活性和 实时性，同时又能改善生产线的运行效率。因此，现代制造集成能够系统 是管控一体化的关键 东北大学硕士学位论文 第三章m e s 系统应用简介 图3 1 基于知识链的e i l p m e s p c s 三级c i m s 集成技术总体结构 f i 9 3 1t h r e el a y e rc o n t r u e t i o no fc i m si n t e g r a t et e c h n o l o g yb yt h eb a s e o fk n o w l a g el i n k a g eo fe r p m e s p c s 3 2m e s 的发展状况f 粥】 西方工业发达国家的实践表明：应用m e s 可给制造企业带来可观的 经济效益。为推广m e s 思想及其产品，美国于1 9 9 2 年成立了m e s 贸易 联合组织m e s a 国际协会( m e s a i n t e r n a l i o n ) 在我国，迫切需要加强m e s 系统的研究与应用，这是提高c i m s 水平的一个关键环节。 现代集成制造系统主题的一个主要研究任务就包括制造执行系统，因 此，m e s 系统是企业实施c i m s 的关键，是使c i m s 系统发挥作用的基础 和保证。 3 3 变速箱生产线的基本工艺描述 该生产线将用于生产两大系列近二十个型号的汽车变速箱( 第一期工 一6 一 东北大学硕士学位论文g x _ 章m e s 系统应用简介 程为一个系列近十个型号变速箱) 。根据变速箱装配工艺流程的实际需求 及用户对装配线生产节拍的具体要求，整个生产线共设总装工位1 9 个( 其 中上料工位1 个、装配工位1 6 个、检测工位2 个) ，主要分装工位8 个； 生产节拍按总装工位1 0 分钟件( a g v 小车只停留2 5 分钟) 。 为满足用户对生产线混线生产柔性制造的技术要求，生产线的生产过 程要在严格的计划管理下进行装配作业。如图所示，生产线整个装配作业 的起点在清洗机1 壳体上线处，壳体上线的同时给清洗机2 处的轴套上线 处发信号，轴套上线处开始进行1 、2 轴中间轴及叉件零件的分拣上线。 壳体经清洗打号贴条码后上a g v 小车，壳体上a g v 小车后扫描条码将变速 箱型号信息与a g v 小车相对应，当该车到达某工位后车上变速箱的具体型 号也可知道，因此可为料架提示、计算机管理等系统提供所需的变速箱信 息。对分装工位的料架提示要有一定的提前量，确保a g v 小车到达该工位 时分装工作能够完成。计算机管理系统要能对气密检测及综合性能试验的 测量结果进行提取与存储。 3 4m e s 系统的基本功能架构 根据国际m e s 协会m e s a 的定义，m e s 系统的主要功能包括1 1 个方 面。这1 1 个方面基本上囊括了所有的生产管理要素，这些功能的取舍取 决于特定的企业环境和期望的产出效益。 这里使用的m e s 系统也是各种生产管理的功能软件集合。本系统的 设计将参照m e s a i n t e r m a t i o n a l ( m e s 国际联合会) 推荐的系统化功能结构， 结合了制造过程的特点过程生产调度和生产过程管理的管控一体化的综 合自动化系统。 整个m e s 系统由4 个部分组成： 辅助决策系统： 网络及数据协调系统 生产信息管理系统 a g v 小车远程监控系统 每个m e s 功能模块应用程序既是一个完整的专用解决方案，同时又 可以集成为一套大的m e s 系统。 1 东北大学硕士学位论文 第三章m e s 系统应用简介 圉图 回回回回回回 ff 引 团 图3 2 变速箱装配生产线工艺布置圈 f i g 3 2c r a f td i s p o s a lc h a r to ft r a n s m i s s i o n c a s e sp r o d u c el i n e 一8 一 f 壳体上线 一 f顽盖总成分装一 东北大学硕士学位论文第三章i v i e s 系统应用简介 变速箱生产线的工艺流程图如下所示 图3 3 变速箱生产线的工艺流程图 f i g 3 3c r a f tp r o c e s sc h a r to ft r a n s m i s s i o nc a s e sp r o d u c el i n e 一0 一 东北大学硕士学位论文 第三章m e s 系统应用简介 嘲团圆固圆 辅助决策系统 圆 雷 3 5 本章小节 图3 5 蛐：s 系统功能模块圈 f i g 3 5 f u n c t i o nm o d u l ec h a r to fm e s 本章介绍了m e s 系统的概念、基本结构和发展状况，然后介绍 了变速箱生产线的工艺流程，最后介绍了在该生产线上实现的m e s 的基 本结构。 一1 0 东北大学硕士学位论文笫四章网络及数据协调系统 第四章网络及数据协调系统 4 1 厂级实时动态监控系统 在车间设立大屏幕显示屏，可以实时反映生产情况，另外，给各个主 要管理办公室，设立实时监控系统，使生产管理者随时掌握生产情况。 4 2 控制系统的数据传送和统一存储 在变速箱生产线上，共有5 个主要的控制系统：性能试验台、翻转机、 密封测试仪、间隙测量机和一个料箱料位控制系统。这些系统将向上层传 输大量的控制数据，这些数据统一存储到s q ls e v e r2 0 0 0 数据库中。m e s 系统可以对各个控制系统的运行进行监控和统一协调。对控制数据进行处 理，或者将e r p 所需的数据传递给上层系统。 这个子系统有两台主机组成，主控系统以及大屏幕显示系统，。他们 和其它系统的关系如图所示。 图4 1 数据传送及统一存储系统结构图 f i 9 4 1c o n t r u c t i o nc h a r to fd a t at r a n s p o r ta n du n i f i c a t i o ns t o r es y t e m 东北大学硕士学位论文 第四章网络及数据协调系统 主控机的主要职责 从各个工控机中采集的数据传送到s q ls e v e r 服务器中。 主控机通过串行端口获取p l c 的数据。 主控机获取控制信息传送给上层管理系统，并将管理系统的指令发送 给各个工控机。 该系统将各个工控有机地整合起来，构成一个变速箱生产的智能柔性 制造系统， 4 3 本章小结 本章介绍了m e s 中的数据协调部分的功能以及实现方式，介绍了主 控机在数据传送中的重要性以及工作方式。 一1 2 一 东北大学硕士学位论文 第五章生产信息管理系统 第五章生产信息管理系统 5 1 装配生产线对生产信息管理系统的基本要求 根据工艺以及系统的要求，计算机管理及信息显示系统应具备如下功 能，如图所示； 据库 图5 1生产信息管理系统数据流图 f i g 5 1 d a t af l o wc h a r to fp r o d u c ei n f o r m a t i o ns y s t e m ( 1 ) 装配计划编制 用计算机编制详细的装配计划，包括每班按顺序装配的变速箱的品种 和数量。按装配工艺流程编制每一个品种变速箱所有的零件存放的位置、 数量、出入料顾序。 ( 2 ) 料架管理 计算机系统自动记住料架上装配件的使用情况，当料架上的装配件数 1 3 一 一 产息 一 、哕，瓣一 过及厂llfllll 一 产控rll11上 生监 一 甄、 一一睁沛 质档 一 l一壤可llji$ 、竹 、， 一 理 爆僦 一 管 一 料 l竖 一计制t j叫i 、 配 骢 一 装、， 雌 厂心一| 一 一 丽? 多蜃岁 可儿皤 蓦 鸯 一 程据 ) 罐、一、讣卜 弯 东北大学硕士学位论文第五章生产信息管理系统 量达到规定的下限时，自动向库房发出警报提示，以便及时补充物料。需 装配多个数量的零件的料架能显示要装零件的数量。 ( 3 ) 变速箱条码管理 在变速箱打号的同时，为每一台变速箱同时打印条码，在需要条码信 息的装配点，配置一台手持式条码扫描设备。这样，为以下功能的实现提 供必要的数据保证。采用条码管理，料架上的提示系统可以通过从条码 中获得的信息提供必要的提示功能。这样将很好地解决当生产线上某一台 变速箱因故无法装配下去，这时工序未完，后面工位出现提示混乱等问题。 ( 4 ) 装配生产过程追踪、监控及屏幕显示 利用条码管理，管理人员可准确地实时监控到变速箱在生产线上生产 状况，实现装配全过程的生产追踪，并在计算机屏幕上同步显示。 ( 5 ) 生产统计 利用条码管理产生的信息，管理人员可随时随地得出装配车间的各种 统计资料，如班报、日报、月报等。计算机管理及信息显示系统与e r p 系 统有接口。 ( 6 1 装配过程成本核算 利用条码管理产生的信息，将能准确、实时地核算出每个工位、每个 工人、每个工班实际所耗的装配成本。 ( 7 1 装配过程质量管理 利用条码管理产生的信息，可进行准确、实时地质量统计。当发生质 量问题时，进行相应的生产过程质量追踪，对有关责任人进行处罚。 ( 8 1 计算机管理系统需为大屏幕显示系统提供数据接口。 ( 9 ) 产品装配质量情况存档： 利用条码管理可将各工位的装配与检测状况存档( 如密封检测情况记 录、性能试验各项指标记录等) ，这就相当于为每个变速箱建立了一份出 生档案。这也为产品防伪创造了条件。 ( 1 0 ) 文档帮助 需要建立一套面向生产的文档帮助系统，根据该系统，生产者可以在 需要是获得如何更好地生产，如何更好地处理现场发生的问题等帮助。该 文档帮助系统应该提供录入功能，生产者可以将自己的经验录入到帮助系 统之中。 计算机管理系统是装配生产线计划管理的核心，其要具备能对生产线 中的所有系统( 包括a g v 调度管理系统、生产线控制系统、远程监控系 1 4 一 查些查茎鉴主望! 堑鱼查 整墨主堡芝堡垒量墨墨丝 统等) 进行统一管理的能力，该系统的实际应用要能满足装配生产线柔性 高效的生产要求。 5 2 管理系统的基本功能设计 图5 2 生产管理系统功能结构图 f i g 5 2f u n c t i o nc o n s t r u c tc h a r to fp r o d u c em a n a g es y s t e m 5 2 1 装配生产过程追踪 ( 1 ) 上线工序追踪 一1 5 东北大学硕士学位论文 第五章生产信息管理系统 ( a ) 装配工系统登入( 工位、工班、班组、工号) ( b ) 变速箱条码扫描、a g v 编号 ( c ) 装配过程质量问题记录 ( d ) 装配计划完成情况( 型号、计划数量、 上线数量、上线数量) 实时显示 ( e ) 装配计划完成情况明细( 变速箱号，上线时间， 下线时间，装配工) 实时显示 ( 2 ) 包装工序 ( a ) 装配工系统登入( 工位、工班、班组、工号) ( b ) 变速箱条码扫描 ( c ) 装配过程质量问题记录 ( d ) 装配计划完成情况( 型号、计划数量、上线数量、上线数量) 实 时显示 ( e ) 装配计划完成情况明细( 变速箱号，上线时间，下线时间，装配 工) 实时显示 ( f ) a g v 信息的处理： a g v 信息后台处理 a g v 状态信息的实时接收 a g v 状态信息的实时汇总处理 变速箱条码扫描实时处理 ( 建立变速箱号与a g v 车号的对应关系) 5 2 2 装配过程质量检测情况存档 ( 1 ) 装配过程性能检测记录存档 ( 2 ) 装配过程密封检测记录存档 ( 3 ) 装配过程间距测量记录存档 ( 4 ) 装配过程翻转记录存档 5 2 3 装配过程质量管理 按箱号进行质量查询 5 2 。4 在变速箱下线后的完工回报 在变速箱下线后，实时向e r p 系统报完2 1 2 ( 待定) 修改年、月累计表中的箱数的累计量 1 6 一 东北大学硕士学位论文第五章生产信息管理系统 5 2 5 装配线上待装配件库存管理 ( 1 ) 与型号相关装配b o m 的建立( 接收e r p 数据或手工录入) ( 2 ) 与型号无关装配b o m 的建立( 接收e r p 数据或手工录入) ( 3 ) 装配线上待装配件库存数量冲减 ( 4 ) 在变速箱下线后，自动冲减装配线上在制品数量库存报警 5 2 6 装配计划管理 ( 1 1e r p 装配计划接受或录入 ( 2 ) 车间计划编制( 排序) ( 3 ) 计划确认下达 f 4 1 建立型号与箱号对应关系 ( 5 ) 修改装配完成情况月累计表变速箱可用开始序号 ( 6 ) 生成型号相关物料线上库存记录 5 2 7 检测记录存档 r 1 1 装配过程密封检测记录存档 ( 2 ) 装配过程间距测量记录存档 ( 3 1 装配过程翻转记录存档 5 2 8 大屏幕显示信息的处理 ( 1 ) 对准备在大屏幕上显示的信息进行处理 5 2 9 系统管理 ( 1 ) 工位编码表维护 ( 2 ) 工班编码表维护 ( 3 ) 操作工编码表维护 ( 4 ) 班组编码表维护 ( 5 1 料架编码表维护 ( 6 ) 料位编码表维护 5 2 1 0 装配线上待装配件库存管理 ( 1 ) 与型号相关装配b o m 的建立( 接收e r p 数据或手工录入) ( 2 ) 与型号无关装配b o m 的建立( 接收e r p 数据或手工录入) 1 7 一 东北大学硕士学位论文第五章生产信息管理系统 5 2 1 1 帮助文档的建立 5 2 1 2 实现技术方案 下面是网络变速箱生产线网络结构图以及m e s 系统的数据流图。 圈5 3 网络结构示意图 f i 9 5 1h i n tc h a r to fn e t w o r kc o n s t r u c t i o n 1 8 东北大学硕士学位论文 第五章生产信息管理系统 图5 2m e s 的数据流图 f i 9 5 2d a t af l o wc h a r to fm e s 系统开发工具及运行平台 本系统的开发工具选择了b o r l a n d 公司的d e l p h6 0 运行平台服务器选择m i c r o s o f t 公司的w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r ，客户端 采用了m i c r o s o f t 公司的w i n d o w s2 0 0 0p r o f e s s i o n a l ，数据库管理系统采 用了m i c r o s o f t 公司的s q ls e r v e r2 0 0 0 。 5 3 本章小结 本章介绍了车间管理系统的主要功能，并且对于各个主要功能进行了 更加详细的介绍，最后介绍了这个系统的网络结构。 一1 9 东北大学硕士学位论文第六章a g v 小车远程监恐系统 第六章a g v 小车远程监控系统 沈阳新松机器人自动化股份有限公司研制、开发的自动导引车( 简称 a g v ) 是其承担的国家“8 6 3 ”计划攻关项目之一，其系列产品操作简便、 稳定可靠，技术水平跻身国际先进行列。 自动导引车( a g v ) 有装配型和搬运型两大类，在变速箱生产线中，我 们使用了装配型a g v 系列产品，极大的提高了生产效率。 一个完整的a g v 系统由a g v 中心控制系统和多个a g v 组成。如下 图，在a g v 工作现场，a g v 中心控制系统与a g v 进行无线网络通讯， 对多辆a g v 小车集中调度控制和管理，a g v 既可以在a g v 中心控制系 统的控制下工作，也可以自主调度工作。 图6 1a g v 工作现场 f i g 6 1w o r ks c e n eo fa g v 虽然现有的a g v 系统可以很好的完成所有的现场工作，但是随着 a g v 控制系统软件产品的升级，以及更好地为客户提供高品质的a g v 现 场运行保障，越来越有必要对a g v 工作现场的控制及a g v 的运行状态进 行实时的远程监控管理。开发a g v 远程监控系统能更好的为客户提供产 品寿命周期内的技术服务和维护维修保障，从而提高整个控制系统的可靠 性。 一2 0 一 东北大学硕士学位论文第六章a g v 小车远程监恐系统 6 1a g v 远程监控系统的功能 ( 1 ) 能实时掌握客户a g v 系统的工作情况，为解决系统运行故障提供 必要的现场数据。 ( 2 ) 大量减少人员长途出差，减少人员成本支出，及时保障软件产品的 维护。 ( 3 ) a g v 系统工作设备的运行进行实时的技术支持、服务指导，提高 服务效率。 ( 4 ) 提供高效高质的服务，提高产品竞争力。 ( 5 ) 对a g v 系统的用户而言： 更好取得a g v 系统维护的响应能力。 能更快地得到故障诊断和排除故障方面的服务， 有效缩短因设备故障而造成的设备停机时间。 6 2 系统设计思想 实现a g v 远程监控系统主要任务是保持现有a g v 系统正常稳定的工 作，在此基础上以模块化方式对原系统进行扩展开发，从而获取最佳的经 济效益和社会效益。 远程监控系统，顾名思意就是指在异地最大程度反映现有系统的运行 状态，实时取得系统的运行参数数据，进而为及时保障系统的高效运行提 供了必要的基础。通过远程监控系统平台可以在全球范围内为用户及时提 供系统的升级改造，技术保障服务，并且可以实时取得a g v 系统现场运 行的黑匣子数据，为a g v 系统的远程故障诊断和维护提供必要的科学分 析依据。 6 3 系统需求与功能描述 6 3 1 系统需求 a g v 远程监控系统除了远程再现a g v 控制台上的a g v 中心控制系 统外，还应具有对a g v 系统进行远程故障诊断和维护所需的文件传输功 能，具体要求如下： 一2 1 东北大学硕士学位论文 第六章a g v 小车远程监恐系统 ( 1 ) 通过互联网，远程接收a g v 控制台上的黑匣子和其它数据文件。 ( 2 ) 远程接收a g v 上的数据文件。 ( 3 ) 向a g v 控制台远程发送数据文件。 ( 4 ) 向a g v 远程发送数据文件。 除了上述两项功能要求外，a g v 远程监控系统还应考虑a g v 系统的 安全要求，即： ( 1 ) 不能直接对a g v 进行访问及控制。 ( 2 ) 不能直接访问a g v 控制台。 ( 3 ) 所有的访问只能通过上级监控计算机来实现。 此外，对于远程监控系统而言，考虑系统对实时需求的满足也是相当 重要的任务。 6 3 2 系统功能描述 下图是a g v 远程监控系统的网络结构图。在a g v 工作现场，a g v 中心控制系统负责对a g v 调度管理，一方面把采集到的各个a g v 相关的 实时数据保存到a g v 控制台黑匣子数据文件里；另一方面通过企业的局 域网把实时数据传送给w e b 服务器，再由w e b 服务器把需要监控的信息 通过i n t e r n e t 发布出去。同时，售后技术服务人员还可以通过i n t e r n e t 经由 w e b 服务器，远程接收a g v 控制台上的黑匣子及其它数据文件和a g v 上 的数据文件。通过分析接收的黑匣子数据文件可以对a g v 系统进行远程 故障诊断，另外通过a g v 远程监控系统可以向a g v 控制台和a g v 上发 送系统更新的文件，实现a g v 系统的远程维护。考虑到系统的安全要求， 应该使远程访问者只能访问w e b 服务器，而不能直接访问a g v 及a g v 控制台。有多种方法可以解决这个问题，例如：可以把a g v 及a g v 控制 台放在一个内部网段上，把w e b 服务器放在外部网段上，不同的网段之闯 通过网关连接。总之，要保证a g v 系统不受外部因素影响，其次，要考 虑保护w e b 服务器免受或尽可能少地受到非法攻击及访问。 一2 2 东北大学硕士学位论文第六章a g v 小车远程监恐系统 防火墙 图6 2a g v 远程监控系统网络结构圈 f i 9 6 2n e t w o r kc o n s t r u c t i o no fa g v r e m o t ei n s p e c t i o ns y s t e m 6 3 2 1 远程数据传输与数据显示功能 远程数据传输与数据显示模块可以在i n t e r n e t 浏览器页面上实时再现 a g v 中心控制台上的a g v 中心控制系统的人机交互主画面上的主要信 息，可以实时显示a g v 工作现场a g v 的运行地图、运行状态、运行位置 等信息，还可以显示a g v 工作现场的人工操作信息，这些实时的系统运 行参数和信息极大地方便了系统维护人员在现场以外地区对系统的保障 维护工作，进而为实现更深层次的a g v 现场的无人值守功能打下基础， 同时也极大地降低了生产成本。 在a g v 系统的具体应用中，可以结合应用系统的实际方案，对a g v 系统之外的附属对象根据需要进行远程监控，这部分的功能可以放在远程 一2 3 东北大学顾士学位论文第六章a g v 小车远程监恐系统 数据传输与数据显示模块中。 6 3 。2 。2a g v 系统远程故障诊断和维护功能 通过a g v 系统远程故障诊断和维护模块使得远程技术分析人员能随 时取得a g v 和a g v 控制台上的数据文件，以及把需要上传的数据文件通 过i n t e r n e t 传输给a g v 和a g v 控制台。这样远程技术分析人员就能对获 取的实时现场数据做出有利的分析，从而实现系统的远程故障诊断，同时 也极大地方便了对系统的升级维护，实现了a g v 系统的远程维护，大大 降低了相应的维护成本，也使a g v 系统用户得到及时的技术保障与服务。 6 4 本章小结 在工程中，新松公司的产品也是整个控制系统的一个重要环节，这里 简单介绍了一下新松系统的功能以及基本结构。 一2 4 东北大学硕士学位论文 第七章智能优化算法在生产线上的应用 第七章智能优化算法在生产线上的应用 7 1 遗传算法和模糊神经网络技术在换档力性能测试中的 应用 7 1 1 人工神经网络技术的基本原理 近年来全球性的神经网络研究热潮的再度兴起，不仅仅是因为神经科 学本身取得了巨大的进展更主要的原因在于发展新型计算机和人工智能 新途径的迫切需要 目前，已发展了几十种神经网络，在这众多神经网络模型中，应用最 广泛的是多层感知机神经网络。多层感知机神经网络的研究始于5 0 年代， 但一直进展不大。直到1 9 8 5 年，r u m e l h a r t 等人提出了误差反向传递学习 算法( 即b p 算法) ，实现了m i n s k y 的多层网络设想，如图7 1 所示。 输入层中间层输出层 图7 1b p 神经网络模型 f i g 7 1 n nm o d u l eo fb p b p 算法不仅有输入层节点、输出层节点，还可有1 个或多个中间层 节点。对于输入信号，要先向前传播到中间层节点，经作用函数后，再把 中间层节点的输出信号传播到输出节点，最后给出输出结果。节点的作用 的激励函数通常选取s 型函数，如 ，、 1 ，( 叫2 i 万 式中q 为调整激励函数形式的s i g m 。i d 参数。 该算法的学习过程由正向传播和反向传播组成。在正向传播过程中，输入 2 5 东北大学硕士学位论文第七章智能优化算法在生产线上的应用 信息从输入层经中间层逐层处理，并传向输出层。每一层神经元的状态只 影响下一层神经元的状态。如果输出层得不到期望的输出，则转入反向传 播，将误差信号沿原来的连接通道返回，通过修改各层神经元的权值，使 得误差信号最小。 7 1 1 1 感知器的学习结构 感知器的学习是神经网络最典型的学习。 目前，在控制上应用的是多层前馈网络，这是一种感知器模型，学习 算法是b p 法，属于有教师学习算法。 一个有教师的学习系统可以用图7 2 表示。这种学习系统分成三个部 分、输入部、训练部和输出部。 吨寸乓一5 谶露e | ： i 图7 2 有教师的学习系统 f i 9 7 2l e a r n i n gs y s t e mw i t ht e a c h e r 输入部接收外来的输入样本x ，由训练部进行网络的权系数w 调整， 然后由输出部输出结果。在这个过程中，期望的输出信号可以作为教师信 号输入，由该教师信号与实际输出进行比较，产生的误差去控制修改权系 数w 。 7 1 1 。2b p 算法的执行步骤 在反向传播算法应用于前馈多层网络并采用s i g m o i d 为激发面数时， 可用下列步骤对网络的权系数w 。，进行递归求取。对于每层有n 个神经元的 时候，即有i = l ，2 ，1 1 ；j = 1 ，2 ，n 。对于第k 层的第i 个神经 一2 6 东北大学硕士学位论文第七章智能优化算法在生产线上的应用 元，则有n 个权系数w 儿，w 。 并且在输入样本x 时，取x = ( x ， 另外多取一个w 。用于表示阀值9 x 。，x 。，1 ) 。 算法的执行的步骤如下： ( 1 ) 对权系数w i 。置初值。 对各层的权系数w 。，置一个较小的非零随机数，但其中w 。n + 1 = 一e 。 ( 2 ) 输入一个样本x = ( x 。，x 。，x 。，1 ) ，以及对应期望输出y = ( y y 。，y 。) 。 ( 3 ) 计算各层的输出 对于第k 层