面向MES的车间生产过程控制系统设计与实现

摘要

制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem，MES)是介于上层计划管理层与底层工业控制之间，面向车间生产的管理信息系统，是实现企业敏捷制造的基础。它能够为车间管理人员提供生产计划的执行、跟踪和相关资源的当前状态信息，对生产过程进行监控，保证生产的有序进行。MES在企业计划管理层与车间底层控制之间架起了一座桥梁，填补了企业计划管理层和底层控制之间的“鸿沟”，是面向车间生产管理和控制的一种有效工具。
　　 现今车间生产规模不断扩大，生产环境日益复杂化，企业更需要有效的性能监控、故障诊断和质量预测的自动化系统，来保证企业的安全生产、产品质量和经济效益的提高。随着计算机技术的迅速发展，车间生产过程中能够测量和处理的变量越来越多，如何从海量数据中挖掘出隐藏的有用信息，从而提高过程运行的安全性和可靠性，已是当务之急。统计性能监控就是在这种背景下发展起来的，并且受到了广泛关注。
　　 统计性能监控是一种基于多元统计理论的方法。它通过对测量数据的分析和解释，判断过程所处的运行状态，在线监测和识别过程中出现的异常工况，从而指导生产、减小过程故障所造成的损失和提高生产效率。
　　 本文的主要工作和贡献有以下几个方面：
　　 1.利用核主成分分析(KPCA)非线性性能监控的优势，并将相似度分析引入故障诊断领域，提出了基于核主成分分析和模式匹配技术相结合的性能监控和故障诊断方法。并针对主成分分析相似度分析存在的问题，对该方法进行了改进。
　　 2．通过分析PCB车间生产过程的特点和工艺流程，开发出了一套统计性能监控和质量评估软件，并将其应用到实际生产过程中，取得了良好效果，从而为企业信息化平台和先进控制的成功实施奠定了基础。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 课题来源

1.3 本课题要实现的目标

第二章 车间生产的关键技术

2.1 车间生产的信息环境

2.2 制造单元的动态重构

2.3 过程监控与异常处理

2.4 本章小结

第三章 性能监控和故障诊断

3.1 核方法的基本理论

3.1.1 核及核函数的定义

3.1.2 核的性质

3.1.3 核函数的特点及分类

3.2 核主成分算法分析

3.3 算法分析和模式匹配的性能监控与故障诊断

3.3.1 监控统计量及统计控制限的确定

3.3.2 模式匹配技术故障诊断相似度指标的确定

3.3.3 性能监控和故障诊断步骤

3.4 本章小结

第四章 系统体系结构的设计

4.1 业务建模

4.1.1 业务模型对象

4.1.2 业务角色

4.1.3 业务工人

4.1.4 业务用例

4.1.5 业务模型用例

4.2 系统需求分析

4.2.1 系统用例模型

4.2.2 系统用例图

4.3 系统设计模型

4.3.1 系统静态模型

4.3.2 系统动态模型

4.3.3 PCB制造系统监控交互模型

4.4 本章小结

第五章 原型系统开发与实现

5.1 系统开发模型

5.2 系统数据库设计

5.3 原型系统的实现

5.3.1 原型系统框架

5.3.2 产品定义

5.3.3 资源分析

5.3.4 流程定义

5.3.5 性能监控

5.4 核主成分分析实验

5.5 部分程序清单

5.5.1 系统配置程序

5.5.2 数据访问类程序

5.5.3 KPCA程序

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表的论文

致谢