毛柯夫 苑明海 孫 超 裴鳳雀 顧文斌

（河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 常州 213002）

車間是制造業(yè)的核心和基礎(chǔ)單元，車間的智能化成為智能制造首個(gè)研究重點(diǎn)。但與歐美等制造業(yè)強(qiáng)國相比，我國工廠大都停留在工業(yè)2.0和工業(yè)3.0階段，因此我國的智能制造之路必須立足自身，搶抓機(jī)遇。強(qiáng)國戰(zhàn)略明確提出了智能制造將成為此次戰(zhàn)略的主攻方向[1]。智能制造的推進(jìn)有助于完成車間設(shè)備的智能改造，實(shí)現(xiàn)車間作業(yè)的智能化生產(chǎn)，促進(jìn)企業(yè)合理生產(chǎn)，有效緩解我國“人口紅利”消失帶來的不利影響[2]。當(dāng)下，多數(shù)企業(yè)為正在對(duì)車間制造設(shè)備進(jìn)行智能化改進(jìn)，并引入先進(jìn)的管理系統(tǒng)對(duì)車間調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化管理，取得了一定的成效。但是，實(shí)際生產(chǎn)過程中生產(chǎn)要素類型特點(diǎn)各異以及車間擾動(dòng)的多源性、不確定性為車間的優(yōu)化調(diào)度帶來了極大的困難。傳統(tǒng)的車間擾動(dòng)研究依靠擾動(dòng)假設(shè)，構(gòu)建基于事件或周期的重調(diào)度機(jī)制具有一定的局限性，難以符合車間的實(shí)際生產(chǎn)。湯洪濤等[3]對(duì)調(diào)度相關(guān)歷史數(shù)據(jù)集合進(jìn)行了基于擾動(dòng)屬性的聚類，合理劃分了不同環(huán)境下調(diào)度決策所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集合。Al-Hinai N等[4]建立了基于調(diào)度魯棒性和最大完工時(shí)間的多目標(biāo)雙階段混合遺傳算法，利用調(diào)度周期和設(shè)備異常結(jié)合驅(qū)動(dòng)重調(diào)度。Adibi M A等[5]以隨機(jī)到達(dá)生產(chǎn)任務(wù)和設(shè)備故障為觸發(fā)事件，利用變鄰域搜索實(shí)現(xiàn)觸發(fā)事件的響應(yīng)，調(diào)度觸發(fā)事件的發(fā)生會(huì)自動(dòng)引發(fā)變鄰域搜索參數(shù)的更新，用于解決車間擾動(dòng)干擾調(diào)度生產(chǎn)的問題。Tian S L[6]將設(shè)備故障所代表的異常事件作為重調(diào)度的觸發(fā)點(diǎn)，利用Petri網(wǎng)和蟻群算法為基礎(chǔ)，提出一種基于隊(duì)列控制的自適應(yīng)調(diào)度方法，用于保證操作穩(wěn)定性和車間生產(chǎn)的正常執(zhí)行。Li X X等[7]將車間實(shí)時(shí)訂單和設(shè)備故障作為重調(diào)度觸發(fā)點(diǎn)，利用融合禁忌搜索的人工蜂群算法解決多類型事件觸發(fā)重調(diào)度問題。任璽悅等[8]人針對(duì)多急件插單問題提出了基于自適應(yīng)的變異算子選擇算法，更好地平衡各變異算子的搜索能力。車間擾動(dòng)的重調(diào)度解決方案研究難點(diǎn)在于調(diào)度觸發(fā)機(jī)制的選擇，主要分為3類：基于調(diào)度周期、基于關(guān)鍵事件以及二者混合，由于基于時(shí)間的調(diào)度根本無法有效解決車間突發(fā)事件，因此主要的研究集中在后兩類，但是后兩類調(diào)度會(huì)陷入調(diào)度有效性和系統(tǒng)穩(wěn)定性這一對(duì)矛盾之中[9]。

針對(duì)上述問題，本文提出一種基于擾動(dòng)事件的智能車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為五大功能模塊用于對(duì)車間制造資源管理以及生產(chǎn)調(diào)度。通過融入Esper事件處理引擎，能有效地完成對(duì)車間異常擾動(dòng)事件的監(jiān)控和處理，通過案例推理模塊能有效處理車間擾動(dòng)，制定基于ICBR的動(dòng)態(tài)車間擾動(dòng)方案和生產(chǎn)調(diào)度策略，通過通訊接口實(shí)現(xiàn)與其余系統(tǒng)的信息交互，同時(shí)設(shè)計(jì)友好的人機(jī)交互界面建立系統(tǒng)和人員的協(xié)同管理，實(shí)現(xiàn)車間產(chǎn)出最大化。

1 基于擾動(dòng)事件的車間資源調(diào)度系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程和總體架構(gòu)

1.1 總體業(yè)務(wù)流程

車間業(yè)務(wù)流程如圖1所示，首先車間通過ERP系統(tǒng)接受外界或云平臺(tái)的訂單，調(diào)度系統(tǒng)通過監(jiān)控通訊模塊接受ERP分解的車間訂單，并交由車間MES系統(tǒng)進(jìn)行訂單管理[10]。MES系統(tǒng)根據(jù)訂單內(nèi)容封裝調(diào)度服務(wù)請(qǐng)求信息，發(fā)送至生產(chǎn)管理系統(tǒng)的調(diào)度模塊，模塊對(duì)服務(wù)信息進(jìn)行解析和算法匹配，最終將有效地調(diào)度方案發(fā)送至車間MES系統(tǒng)。MES系統(tǒng)對(duì)方案進(jìn)行分解，制定車間具體生產(chǎn)任務(wù)，開展生產(chǎn)作業(yè)。車間底層的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)依靠RFID、傳感器及PLC等采集設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，發(fā)送至MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至Esper數(shù)據(jù)處理引擎，利用數(shù)據(jù)處理引擎制定的異常事件觸發(fā)機(jī)制監(jiān)控車間異常擾動(dòng)事件[11]。擾動(dòng)事件一旦被捕獲，會(huì)立即發(fā)送報(bào)告事件，后臺(tái)通過擾動(dòng)案例庫進(jìn)行多層次相似度匹配計(jì)算，得出動(dòng)態(tài)擾動(dòng)案例解決方案，并將該方案發(fā)送至MES系統(tǒng)調(diào)度模塊，指導(dǎo)車間生產(chǎn)。

圖1 智能車間動(dòng)態(tài)調(diào)度平臺(tái)業(yè)務(wù)流程圖

1.2 擾動(dòng)評(píng)估

MES 能夠?qū)Σ杉纳a(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)生產(chǎn)擾動(dòng)及時(shí)進(jìn)行車間調(diào)度。依據(jù)擾動(dòng)案例的適配度，可以分成3個(gè)層級(jí)：完全重合層、高度相似層和低相似度層。當(dāng)車間生產(chǎn)遇到擾動(dòng)事件之后，設(shè)置相似度閾值點(diǎn) β并計(jì)算出最大相似度 σ；若 σ =1，則完成案例的重用，若 β ≤σ＜1，則案例修正方法進(jìn)行總結(jié)歸納，設(shè)計(jì)一種基于多維相似的案例適配修正算法，確定車間擾動(dòng)的處理辦法；若 σ ＜β，則利用IGASA算法對(duì)車間擾動(dòng)問題進(jìn)行建模分析，完成車間擾動(dòng)情況下調(diào)度問題重建。

局部相似度計(jì)算公式如式（1）所示[12]。

其中：FVi,j表示案例庫中編號(hào)為i的案例的j屬性，fvi,j表示其對(duì)應(yīng)的屬性值；FV0,j表示目標(biāo)案例的j表示案例j屬性相似度；n表示子案例庫中的案例個(gè)數(shù)。

將制造資源層、調(diào)度方案層、擾動(dòng)影響層和擾動(dòng)描述層的局部相似度進(jìn)行綜合分析，可得案例的全局相似度計(jì)算公式如式（2）所示[12]。

其中： si m(FVi,FV0)表示案例的全局相似度； α表示案例末端屬性的個(gè)數(shù)；表示末端屬性的權(quán)重；表示案例的局部相似度。

完全重合層：該層是案例匹配模型的頂層，是最理想的層面。歷史案例庫存在與目標(biāo)案例基本完全重合的特例，因此不僅可以重用歷史案例中的擾動(dòng)應(yīng)對(duì)方法，還可以直接使用歷史案例的調(diào)度數(shù)據(jù)，直接生成應(yīng)對(duì)擾動(dòng)的調(diào)度方案。

高度相似層：該層是案例匹配模型的第二層，是最普遍的層面，即歷史案例庫存在與目標(biāo)案例在高級(jí)屬性上重合度很高的案例集，可以利用歷史案例的擾動(dòng)解決方法，確定案例擾動(dòng)的應(yīng)對(duì)策略。由于該層案例匹配重合度降低，因此不能提供具體的調(diào)度生產(chǎn)方案，需要結(jié)合智能算法進(jìn)行求解。

低相似度層：該層是案例匹配模型的最底層，該層的出現(xiàn)概率不高。歷史案例庫中的案例與目標(biāo)案例相似度很低，宣布基于擾動(dòng)案例匹配法失效。因此需要重新進(jìn)行傳統(tǒng)的混合驅(qū)動(dòng)模型結(jié)合IGASA算法進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度求解。

1.3 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

如圖2所示，系統(tǒng)總體架構(gòu)主要包含數(shù)據(jù)資源層、車間異常處理層、系統(tǒng)業(yè)務(wù)管理層以及用戶層，具體功能描述如下：

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)資源層為車間提供基本的生產(chǎn)條件，包含資源感知和車間制造資源，車間制造資源涵蓋了設(shè)備、軟件、人員和調(diào)度知識(shí)等多個(gè)維度，資源感知模塊負(fù)責(zé)車間設(shè)備接口與通訊協(xié)議的制定以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備的管理，并將車間采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)先清洗，再進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化，隨后封裝發(fā)送至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)。

（2）車間異常處理層是智能化車間應(yīng)對(duì)車間擾動(dòng)的重要手段[13]。該層包括3部分，底層是異常事件監(jiān)控模塊，云平臺(tái)將數(shù)據(jù)流發(fā)送至異常事件處理引擎，該引擎完成對(duì)數(shù)據(jù)流的解算和監(jiān)控；上層是案例匹配模塊，運(yùn)用本體語言完成對(duì)車間異常事件的描述，構(gòu)建多維度擾動(dòng)目標(biāo)案例，利用案例庫進(jìn)行多層次案例匹配，修正結(jié)果案例，完成對(duì)異常事件的處理。監(jiān)控通訊接口接收各層級(jí)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。

（3）系統(tǒng)業(yè)務(wù)管理層是整個(gè)車間調(diào)度系統(tǒng)的操作核心，包括生產(chǎn)調(diào)度、車間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、知識(shí)管理、系統(tǒng)服務(wù)管理、設(shè)備維修管理及庫存管理等多個(gè)管理功能模塊，該層承上啟下，接受用戶層的隨訪指令，調(diào)出相同的功能模塊，結(jié)合其他應(yīng)用層數(shù)據(jù)，提供用戶所需的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

（4）系統(tǒng)環(huán)境支撐層是智能制造車間基于網(wǎng)絡(luò)的管理及統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。該層為整個(gè)制造網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)軟硬件設(shè)施，包括各類服務(wù)器、終端以及服務(wù)器、操作系統(tǒng)等。通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議以及規(guī)范的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多元異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的正常通訊和數(shù)據(jù)交換，該層還包含了兩大域，分別是面向有線網(wǎng)絡(luò)的Web域和面向無線網(wǎng)絡(luò)的Mobile域。

（5）用戶層即服務(wù)的終端層。為不同的終端用戶提供體驗(yàn)性高的界面服務(wù)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，用戶層的界面必須要簡潔、易用且極其穩(wěn)定。屬性，fv0,j表示其對(duì)應(yīng)的屬性值；

2 生產(chǎn)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 開發(fā)環(huán)境和工具介紹

本系統(tǒng)采用B/S(Browser/Server)架構(gòu)，結(jié)合Esper事件處理引擎作為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)Esper向MES系統(tǒng)的集成，完成車間異常事件監(jiān)控和處理；使用Matlab實(shí)現(xiàn)調(diào)度算法的編寫，再通過OWL_S和Web Services等技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)度算法資源的接入[14]，利用JavaScript來實(shí)現(xiàn)PC端應(yīng)用程序的開發(fā)，完成前端頁面設(shè)計(jì)，便于車間操作員更好地管控車間。

本系統(tǒng)是基于NET Framework的開發(fā)框架，選用Visual Studio.NET作為開發(fā)工具。本系統(tǒng)前臺(tái)利用HTML，CSS樣式表，內(nèi)容頁，JavaScript函數(shù)等網(wǎng)頁前端技術(shù)，后臺(tái)選擇Java作為開發(fā)語言，Visual Studio2010.NET 為系統(tǒng)集成開發(fā)平臺(tái)，相應(yīng)的配置：Web ASP.NET服務(wù)開發(fā)和應(yīng)用程序模板，ADO.NET數(shù)據(jù)庫的訪問方式等[15]。

2.2 功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)上述架構(gòu)及功能需求分析，確定本系統(tǒng)的功能模塊主要有以下5類：系統(tǒng)管理、車間資源管理、車間數(shù)據(jù)監(jiān)控、擾動(dòng)處理以及生產(chǎn)管理。利用模塊化設(shè)計(jì)思想[16]，建立基于擾動(dòng)事件的車間調(diào)度系統(tǒng)功能模型圖如圖3所示，各個(gè)模塊的作用如下：

圖3 系統(tǒng)功能模塊

（1）系統(tǒng)管理

該模塊是保障系統(tǒng)能正常合理運(yùn)行的關(guān)鍵模塊，也是整個(gè)調(diào)度系統(tǒng)的入口，包括用戶管理操作和RFID標(biāo)簽的管理操作。首先，該模塊提供了登錄管理功能，用戶還可以通過手機(jī)號(hào)或郵箱重設(shè)密碼；其次，該模塊為保障調(diào)度系統(tǒng)的安全性，增設(shè)了車間人員權(quán)限設(shè)定，共分3級(jí)：普通員工、管理員和超級(jí)管理員，層級(jí)依次遞增，系統(tǒng)根據(jù)人員權(quán)限，開放操作更改功能的權(quán)利。另外，系統(tǒng)管理模塊需要完成對(duì)RFID標(biāo)簽的注冊(cè)和回收。最后，該模塊提供對(duì)系統(tǒng)日志的管理功能，能夠有效地定位問題的根源。

（2）車間資源管理

車間資源管理是系統(tǒng)最基礎(chǔ)的功能模塊。該模塊包含了人員、設(shè)備以及物料等數(shù)據(jù)信息的管理功能。人員信息管理模塊記錄員工的基本信息，有助于企業(yè)更清晰地掌握員工的基本信息。車間加工的基本單元模塊是設(shè)備，因此設(shè)備管理需要掌控所有的智能車間設(shè)備可加工信息，如數(shù)控機(jī)床、AGV和機(jī)械手等，為生產(chǎn)任務(wù)的合理分配打下基礎(chǔ)。物料管理主要是對(duì)物料清單進(jìn)行添加和維護(hù)，物料清單還原了產(chǎn)品與其組成部件，部件與零件之間的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系，為車間生產(chǎn)加工提供了清晰的層次關(guān)系。

（3）車間數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊

車間數(shù)據(jù)監(jiān)控分為數(shù)據(jù)采集和異常監(jiān)控兩個(gè)模塊。車間實(shí)時(shí)信息采集模塊利用RFID、傳感器、PLC等載體，通過車間無線傳感網(wǎng)絡(luò)和各類通訊協(xié)議將車間原始數(shù)據(jù)采集至MES系統(tǒng)，由MES系統(tǒng)完成對(duì)數(shù)據(jù)的格式統(tǒng)一和封裝上傳至云平臺(tái)，完成數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)。

異常監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集模塊是自上而下的關(guān)系。數(shù)據(jù)為異常情況的監(jiān)控提供了原料。該模塊的本質(zhì)是分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是否異常，按照設(shè)定規(guī)則的處理引擎對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析，從而完成對(duì)異常的捕獲，實(shí)現(xiàn)對(duì)車間設(shè)備、物料消耗、工藝參數(shù)以及生產(chǎn)進(jìn)度的多維監(jiān)控。

（4）擾動(dòng)處理

案例推理模塊是車間擾動(dòng)事件的處理模塊，通過改進(jìn)的案例推理技術(shù)作為驅(qū)動(dòng)內(nèi)核，以歷史案例庫和擾動(dòng)規(guī)則為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)重用[17]。因此，該模塊的兩大子模塊分別是案例管理和案例推理。案例管理主要負(fù)責(zé)案例的添加、修改以及刪除操作，而案例推理則包括目標(biāo)案例的輸入、權(quán)重輸入、案例查詢以及擾動(dòng)策略的修改、評(píng)價(jià)以及輸出。

（5）生產(chǎn)管理

生產(chǎn)管理模塊是完成保證車間生產(chǎn)工作順利完成最直接的保障。該模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)車間生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行合理的規(guī)劃和管理，其可分為4個(gè)子模塊分別為訂單管理、生產(chǎn)調(diào)度、檢驗(yàn)管理和工藝管理。

①訂單管理

訂單信息反映了車間所需的生產(chǎn)目標(biāo)，包含了成品數(shù)量、交貨期以及其余的加工要求，訂單管理需要實(shí)時(shí)更新訂單要求，防止產(chǎn)能過剩和不足。

②生產(chǎn)調(diào)度

實(shí)際工作中的生產(chǎn)調(diào)度必須兼顧靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種[18]。靜態(tài)調(diào)度功能是依賴云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，首先，將算法資源以及已有的車間調(diào)度算法利用Web Service接口技術(shù)集成到云平臺(tái)的算法云服務(wù)資源池，將車間調(diào)度任務(wù)封裝通過服務(wù)請(qǐng)求發(fā)送至云平臺(tái)，通過云平臺(tái)內(nèi)部的算法匹配機(jī)制，解算出合理靜態(tài)調(diào)度方案，返回車間MES系統(tǒng)。動(dòng)態(tài)調(diào)度方案是依據(jù)Esper異常事件處理引擎對(duì)于車間異常事件的處理回應(yīng)，通過案例推理技術(shù)，完成車間動(dòng)態(tài)擾動(dòng)方案的制定。

③檢驗(yàn)管理

產(chǎn)品生產(chǎn)加工之后需要檢驗(yàn)其質(zhì)量，檢驗(yàn)管理模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)已加工工件的質(zhì)量檢測(cè)工作進(jìn)行合理分配，并匯總所有工件的質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)，利用規(guī)范的檢測(cè)數(shù)據(jù)以驗(yàn)證產(chǎn)品是否達(dá)標(biāo)。

④工藝管理

原料加工工藝路線的設(shè)計(jì)制定依賴于工藝管理模塊，不僅如此，工藝管理模塊還負(fù)責(zé)產(chǎn)品工序信息的發(fā)布和維護(hù)、以及工藝路線的查詢等工作。

2.3 基于 UML 的系統(tǒng)建模

在分析了系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程和功能模塊的基礎(chǔ)上，采用面向?qū)ο蠓治龇椒?，運(yùn)用建模語言UML，建立系統(tǒng)級(jí)用例視圖，完成系統(tǒng)開發(fā)的業(yè)務(wù)功能建模，如圖4所示。其中的普通員工、管理員和超級(jí)管理員是系統(tǒng)業(yè)務(wù)的參與者，擁有的權(quán)限逐級(jí)遞增。超級(jí)管理員擁有管理權(quán)限的功能，賦予普通員工和管理員各自的操作權(quán)限，普通員工和管理員可以登錄系統(tǒng)進(jìn)行車間生產(chǎn)和信息管理。若用戶權(quán)限不夠，則無法查閱或操作該模塊。

圖4 生產(chǎn)管理系統(tǒng)用例圖

3 系統(tǒng)平臺(tái)驗(yàn)證

為更好地展示本文系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能，結(jié)合某模具制造車間，對(duì)基于擾動(dòng)事件的智能車間調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。以“車間靜態(tài)調(diào)度信息發(fā)布→靜態(tài)調(diào)度算法響應(yīng)→車間異常事件監(jiān)控→車間擾動(dòng)案例搜索→案例修正匹配”為主線完成車間動(dòng)態(tài)擾動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)的搭建，并實(shí)現(xiàn)對(duì)本文所提出的模型以及算法有效性的驗(yàn)證。

3.1 系統(tǒng)登錄

企業(yè)內(nèi)部員工需要通過輸入“工號(hào)+密碼+用戶身份”登錄系統(tǒng)。為安全性考慮，禁止游客登錄，并將用戶的身份分為超級(jí)管理員、管理員和員工，不同身份的用戶具有不同的操作權(quán)限。另外，用戶還可以通過手機(jī)或郵箱驗(yàn)證，登錄或重設(shè)密碼。

3.2 系統(tǒng)主界面

整個(gè)系統(tǒng)主界面的設(shè)計(jì)采用三分框架模式，即“頂端導(dǎo)航條+左端導(dǎo)航菜單+右端內(nèi)容展示”。系統(tǒng)管理、車間資源管理、車間數(shù)據(jù)監(jiān)控、擾動(dòng)處理以及生產(chǎn)管理將組成系統(tǒng)主界面的頂級(jí)模塊，每個(gè)頂級(jí)模塊都配有下拉菜單，當(dāng)用戶點(diǎn)擊每個(gè)頂級(jí)模塊的末端子模塊時(shí)，對(duì)應(yīng)的內(nèi)容會(huì)出現(xiàn)在右端的頁面窗口。若用戶權(quán)限不夠，則無法點(diǎn)擊該模塊。

3.3 車間資源管理

車間資源管理包括車間人員管理、設(shè)備管理以及原料管理。以下介紹車間人員和設(shè)備管理模塊。由于本系統(tǒng)是車間內(nèi)部生產(chǎn)管理系統(tǒng)，所有登錄人員必須是企業(yè)員工，員工登錄系統(tǒng)前需要完成身份注冊(cè)。員工注冊(cè)需要由人事部門完成，當(dāng)普通員工身份信息注冊(cè)完成后，可以修改部分個(gè)人信息，但是沒有修改自己的員工編號(hào)和系統(tǒng)使用權(quán)限。

車間設(shè)備資源管理模塊將車間設(shè)備按照加工設(shè)備、傳送設(shè)備、動(dòng)力設(shè)備、傳感設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及其他設(shè)備分成6類。起初由采購部門完成設(shè)備信息的添加，將設(shè)備信息注冊(cè)到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫后，可以通過搜索按鈕，輸入設(shè)備ID實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的查詢、修改或刪除等操作。

3.4 異常事件處理

本系統(tǒng)需要對(duì)車間的異常事件進(jìn)行監(jiān)控和捕捉，從而更快速地對(duì)車間擾動(dòng)進(jìn)行合理且有效的處理。如圖5所示，右端界面顯示設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及待加工信息。設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，指示燈處于綠色狀態(tài)，用戶可以點(diǎn)擊“查看詳情”查看設(shè)備的具體運(yùn)行情況，事件處理引擎Esper時(shí)刻監(jiān)控車間的RFID數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)對(duì)異常事件的捕獲，再通過異常事件處理模塊界面進(jìn)行顯示。

圖5 異常事件監(jiān)控正常情況

如圖6所示，數(shù)控車床區(qū)的M3號(hào)設(shè)備初次加工工件6的監(jiān)測(cè)時(shí)間被記錄，系統(tǒng)定義的加工閾值已知，若最新監(jiān)測(cè)時(shí)間減去初次監(jiān)測(cè)時(shí)間超出閾值，則界面數(shù)控車床區(qū)域的指示燈就會(huì)變紅，異常事件會(huì)以彈窗的形式彈出，只要工件6一直在該工位上，則最新監(jiān)測(cè)時(shí)間會(huì)一直刷新。

圖6 異常事件監(jiān)控異常情況

3.5 靜態(tài)調(diào)度管理模塊

生產(chǎn)調(diào)度初始方案的制定需要依靠調(diào)度算法模塊，首先錄入工件生產(chǎn)任務(wù)和加工時(shí)間信息，確定方案的優(yōu)化目標(biāo)，利用服務(wù)提交鏈接，將信息提交至調(diào)度管理模塊，通過后端對(duì)任務(wù)進(jìn)行解析，并選擇合適算法對(duì)任務(wù)進(jìn)行求解，將最優(yōu)調(diào)度方案?jìng)骰厣a(chǎn)調(diào)度模塊，系統(tǒng)對(duì)調(diào)度方案進(jìn)行解析，生成更為直觀的生產(chǎn)調(diào)度甘特圖，如圖7所示。

圖7 靜態(tài)方案制定

3.6 案例推理模塊

案例處理模塊執(zhí)行時(shí)，需要先錄入事件信息。首先，點(diǎn)擊事件信息輸入，進(jìn)入車間擾動(dòng)事件信息輸入界面，完成擾動(dòng)事件的屬性信息輸入以及權(quán)重設(shè)計(jì)值的確定。

用戶可以在案例權(quán)重設(shè)計(jì)頁面選擇默認(rèn)權(quán)重，也可以對(duì)權(quán)重進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)事件信息和案例屬性權(quán)重錄入成功后，即可以進(jìn)行案例檢索，系統(tǒng)首先確定案例擾動(dòng)的類型，選擇子案例庫，利用多層相似度匹配算法求解目標(biāo)案例與歷史案例的相似度集合，基于相似度值進(jìn)行降序排列，確定相似案例所處層級(jí)和適配方案，檢索處理結(jié)果如圖8所示。

圖8 案例檢索結(jié)果

檢索結(jié)束后，相似案例集將以表格的形式呈現(xiàn)給用戶，用戶可以點(diǎn)擊表格中的詳情鏈接，查詢歷史案例的詳細(xì)信息。擾動(dòng)處理的應(yīng)對(duì)方案會(huì)以甘特圖的形式輸出，使處理結(jié)果更為直觀。

4 結(jié)語

本文開發(fā)了一款基于擾動(dòng)事件的智能車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的組織架構(gòu)和業(yè)務(wù)流程，其主要組成部分包括系統(tǒng)管理、車間資源管理、車間數(shù)據(jù)監(jiān)控、擾動(dòng)處理以及生產(chǎn)管理，并對(duì)系統(tǒng)的主要功能界面進(jìn)行展示，最后驗(yàn)證智能制造車間對(duì)異常事件監(jiān)控處理及生產(chǎn)調(diào)度模型的可行性和合理性。