基于MES系统的柔性生产线物料配送决策方法及装置

摘要

本发明属于计算机技术领域，具体涉及基于MES系统的柔性生产线物料配送决策方法及装置，所述方法执行以下步骤：步骤1：设置多个数据采集单元分别进行数据采集，其中所述多个数据采集单元中，有一个是主节点，其他为辅节点；每个辅节点上都设置有一个数据标签；所述数据标签用于标志该辅节点对应的生产线物料配送站；所述数据标签内包含以下数据信息：位置坐标和容纳能力。可以使得物料配送的效率更高，另外，还对最优解进行校正，保证每一次进行配送的结果都能最大程度满足设定条件，进一步提升配送的效率。

说明书

技术领域

本发明属于计算机技术领域，具体涉及基于MES系统的柔性生产线物料配送决策方法及装置。

背景技术

MES系统是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。MES可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。

国外知名企业应用MES系统已经成为普遍现象，国内许多企业也逐渐开始采用这项技术来增强自身的核心竞争力。返回企业计划层与过程控制层之间的信息“断层”问题我国制造业多年来采用的传统生产过程的特点是“由上而下”按计划生产。简单的说是从计划层到生产控制层：企业根据订单或市场等情况制定生产计划—生产计划到达生产现场—组织生产—产品派送。企业管理信息化建设的重点也大都放在计划层，以进行生产规划管理及一般事务处理。如ERP就是“位”于企业上层计划层，用于整合企业现有的生产资源，编制生产计划。在下层的生产控制层，企业主要采用自动化生产设备、自动化检测仪器、自动化物流搬运储存设备等解决具体生产(制程)的生产瓶颈，实现生产现场的自动化控制。

由于市场环境的变化和现代生产管理理念的不断更新，一个制造型企业能否良性运营，关键是使“计划”与“生产”密切配合，企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生产现场的变化，作出准确的判断和快速的应对措施，保证生产计划得到合理而快速修正。虽然ERP和现场自动化系统已经发展到了非常成熟的程度，但是由于ERP系统的服务对象是企业管理的上层，一般对车间层的管理流程不提供直接和详细的支持。而现场自动化系统的功能主要在于现场设备和工艺参数的监控，它可以向管理人员提供现场检测和统计数据，但是本身并非真正意义上的管理系统。所以，ERP系统和现场自动化系统之间出现了管理信息方面的“断层”，对于用户车间层面的调度和管理要求，它们往往显得束手无策或功能薄弱。

发明内容

本发明的主要目的在于提供基于MES系统的柔性生产线物料配送决策方法及装置，其利用数据采集单元进行数据采集，然后在每个数据采集单元上设置数据标签，再根据配送目标以及影响所述配送目标的配送要素，构建配送的目标函数；同时，根据配送能力确定所述目标函数的约束；计算在所述约束下所述目标函数的所述配送要素的最优解，这样可以使得物料配送的效率更高，另外，还对最优解进行校正，保证每一次进行配送的结果都能最大程度满足设定条件，进一步提升配送的效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

基于MES系统的柔性生产线物料配送决策方法，所述方法执行以下步骤：

步骤1：设置多个数据采集单元分别进行数据采集，其中所述多个数据采集单元中，有一个是主节点，其他为辅节点；每个辅节点上都设置有一个数据标签；所述数据标签用于标志该辅节点对应的生产线物料配送站；所述数据标签内包含以下数据信息：位置坐标和容纳能力；

步骤2：以主节点为中心节点，辅节点为支节点，构建一个中心网络；决策服务器周期性地发送数据获取命令至主节点，主节点将接收到的数据获取命令广播至中心网络中的其他节点；所述数据获取命令中将包含：配送目标以及影响所述配送目标的配送要素；

步骤3：辅节点接收到数据获取命令后，根据配送目标以及影响所述配送目标的配送要素，结合自身的数据标签，判断是否应该响应该数据获取命令，如果判断是，则将采集到的数据发送至决策服务器；如果判断否，则不进行响应；

步骤4：决策服务器接收到来自各个辅节点采集到的数据后，根据配送目标以及影响所述配送目标的配送要素，构建配送的目标函数；根据配送能力确定所述目标函数的约束；计算在所述约束下所述目标函数的所述配送要素的最优解；

步骤5：决策服务器将得到的最优解代入修正函数进行验证，以判断该最优解是否满足设定的条件，若满足，则按照所述配送要素的最优解部署所述配送要素相关的配送逻辑；若不满足，则重新发送数据获取命令至各个辅节点，重新获取数据。

进一步的，所述决策服务器上还设置有一个监控装置；所述监控装置实时监控决策服务器发生故障以及故障恢复的状态；当决策服务器发生故障时，每个数据采集单元离线采集并保存业务逻辑数据，并将采集到的业务逻辑数据以广播方式发送给其他数据采集单元保存；每个数据采集单元，在作为测试类工作站时，还采集测试数据并保存；当服务器故障恢复后，作为主节点的数据采集单元将保存的所有数据采集单元的业务逻辑数据上传到决策服务器；每个数据采集单元，在作为测试类工作站时，将保存的测试数据上传到决策服务器。

进一步的，所述目标函数包括：配送目标、配送常量和欲求解的配送变量，所述配送常量根据所述配送能力确定，所述配送变量根据所述配送要素确定。

进一步的，所述计算所述配送要素的最优解包括：利用线性规划求解器计算所述配送要素的最优解。

进一步的，所述步骤5：决策服务器将得到的最优解代入修正函数进行验证，以判断该最优解是否满足设定的条件的方法包括：设定一个修正子函数，用P表示，将最优解与修正子函数进行卷积运算，得到第一中间结果；设定一个校正函数，所述校正函数为：

进一步的，所述监控装置，用于通过调用决策服务器的操作系统的应用程序编程接口API获知决策服务器发生故障以及故障恢复的状态。

进一步的，所述监控装置，进一步用于监控所述决策服务器的硬件资源状态；每个数据采集单元，在作为测试类工作站时，进一步用于根据决策服务器状态监控单元对决策服务器的硬件资源状态的监控结果，判断决策服务器是否空闲，当决策服务器空闲时，将保存的测试数据上传到决策服务器。

进一步的，所述构建所述目标函数包括：构建使所有辅节点的容纳数量最小的目标函数，将配送路由是否在辅节点做容纳处理作为所述目标函数的配送变量。

进一步的，所述约束包括：保证每个辅节点的待容纳的物料量不超过该辅节点的容纳能力的约束。

一种基于MES系统的柔性生产线物料配送决策装置。

本发明的基于MES系统的柔性生产线物料配送决策方法及装置，具有如下有益效果：其利用数据采集单元进行数据采集，然后在每个数据采集单元上设置数据标签，再根据配送目标以及影响所述配送目标的配送要素，构建配送的目标函数；同时，根据配送能力确定所述目标函数的约束；计算在所述约束下所述目标函数的所述配送要素的最优解，这样可以使得物料配送的效率更高，另外，还对最优解进行校正，保证每一次进行配送的结果都能最大程度满足设定条件，进一步提升配送的效率。主要通过以下过程实现：1.中心网络的构建：本发明以主节点为中心节点，辅节点为支节点，构建一个中心网络；决策服务器周期性地发送数据获取命令至主节点，主节点将接收到的数据获取命令广播至中心网络中的其他节点；所述数据获取命令中将包含：配送目标以及影响所述配送目标的配送要素；通过构建中心网络，一方面可以使用中心节点管理各个辅节点，另一方面，可以使得数据获取命令下达时，能够同时到达各个辅节点，提升运行效率；2.配送策略的制定：本发明的决策服务器接收到来自各个辅节点采集到的数据后，根据配送目标以及影响所述配送目标的配送要素，构建配送的目标函数；根据配送能力确定所述目标函数的约束；计算在所述约束下所述目标函数的所述配送要素的最优解；通过该方式，能够结合各个辅节点采集到的数据以及配送的条件来制定配送策略，提升了配送的效率；3.决策策略的校正决策服务器将得到的最优解代入修正函数进行验证，以判断该最优解是否满足设定的条件，若满足，则按照所述配送要素的最优解部署所述配送要素相关的配送逻辑；若不满足，则重新发送数据获取命令至各个辅节点，重新获取数据；通过该方法对决策策略进行校正，进一步保证决策策略的科学性，提升效率。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的基于MES系统的柔性生产线物料配送决策方法的方法流程示意图；

图2为本发明的实施例提供的基于MES系统的柔性生产线物料配送决策方法及装置的监控装置的监控流程示意图；

图3为本发明的实施例提供的基于MES系统的柔性生产线物料配送决策方法及装置的决策服务器进行决策的原理示意图；

图4为本发明的实施例提供的基于MES系统的柔性生产线物料配送决策方法及装置的配送效率随着时间变化的曲线示意图与现有技术的对比实验效果示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

实施例1

如图1所示，基于MES系统的柔性生产线物料配送决策方法，所述方法执行以下步骤：

步骤1：设置多个数据采集单元分别进行数据采集，其中所述多个数据采集单元中，有一个是主节点，其他为辅节点；每个辅节点上都设置有一个数据标签；所述数据标签用于标志该辅节点对应的生产线物料配送站；所述数据标签内包含以下数据信息：位置坐标和容纳能力；

步骤2：以主节点为中心节点，辅节点为支节点，构建一个中心网络；决策服务器周期性地发送数据获取命令至主节点，主节点将接收到的数据获取命令广播至中心网络中的其他节点；所述数据获取命令中将包含：配送目标以及影响所述配送目标的配送要素；

步骤3：辅节点接收到数据获取命令后，根据配送目标以及影响所述配送目标的配送要素，结合自身的数据标签，判断是否应该响应该数据获取命令，如果判断是，则将采集到的数据发送至决策服务器；如果判断否，则不进行响应；

步骤4：决策服务器接收到来自各个辅节点采集到的数据后，根据配送目标以及影响所述配送目标的配送要素，构建配送的目标函数；根据配送能力确定所述目标函数的约束；计算在所述约束下所述目标函数的所述配送要素的最优解；

步骤5：决策服务器将得到的最优解代入修正函数进行验证，以判断该最优解是否满足设定的条件，若满足，则按照所述配送要素的最优解部署所述配送要素相关的配送逻辑；若不满足，则重新发送数据获取命令至各个辅节点，重新获取数据。

如图3所示，图3中的a

而本发明的决策服务器在运行时，确定目标函数的约束时，就是保证各个生成物料配送站的容纳能力等于配送的物料的量，使得运行效率最高。

采用上述技术方案，本发明利用数据采集单元进行数据采集，然后在每个数据采集单元上设置数据标签，再根据配送目标以及影响所述配送目标的配送要素，构建配送的目标函数；同时，根据配送能力确定所述目标函数的约束；计算在所述约束下所述目标函数的所述配送要素的最优解，这样可以使得物料配送的效率更高，另外，还对最优解进行校正，保证每一次进行配送的结果都能最大程度满足设定条件，进一步提升配送的效率。主要通过以下过程实现：1.中心网络的构建：本发明以主节点为中心节点，辅节点为支节点，构建一个中心网络；决策服务器周期性地发送数据获取命令至主节点，主节点将接收到的数据获取命令广播至中心网络中的其他节点；所述数据获取命令中将包含：配送目标以及影响所述配送目标的配送要素；通过构建中心网络，一方面可以使用中心节点管理各个辅节点，另一方面，可以使得数据获取命令下达时，能够同时到达各个辅节点，提升运行效率；2.配送策略的制定：本发明的决策服务器接收到来自各个辅节点采集到的数据后，根据配送目标以及影响所述配送目标的配送要素，构建配送的目标函数；根据配送能力确定所述目标函数的约束；计算在所述约束下所述目标函数的所述配送要素的最优解；通过该方式，能够结合各个辅节点采集到的数据以及配送的条件来制定配送策略，提升了配送的效率；3.决策策略的校正：决策服务器将得到的最优解代入修正函数进行验证，以判断该最优解是否满足设定的条件，若满足，则按照所述配送要素的最优解部署所述配送要素相关的配送逻辑；若不满足，则重新发送数据获取命令至各个辅节点，重新获取数据；通过该方法对决策策略进行校正，进一步保证决策策略的科学性，提升效率。

实施例2

在上一实施例的基础上，所述决策服务器上还设置有一个监控装置；所述监控装置实时监控决策服务器发生故障以及故障恢复的状态；当决策服务器发生故障时，每个数据采集单元离线采集并保存业务逻辑数据，并将采集到的业务逻辑数据以广播方式发送给其他数据采集单元保存；每个数据采集单元，在作为测试类工作站时，还采集测试数据并保存；当服务器故障恢复后，作为主节点的数据采集单元将保存的所有数据采集单元的业务逻辑数据上传到决策服务器；每个数据采集单元，在作为测试类工作站时，将保存的测试数据上传到决策服务器。

具体的，国外知名企业应用MES系统已经成为普遍现象，国内许多企业也逐渐开始采用这项技术来增强自身的核心竞争力。返回企业计划层与过程控制层之间的信息“断层”问题我国制造业多年来采用的传统生产过程的特点是“由上而下”按计划生产。

MES的定位，是处于计划层和现场自动化系统之间的执行层，主要负责车间生产管理和调度执行。一个设计良好的MES系统可以在统一平台上集成诸如生产调度、产品跟踪、质量控制、设备故障分析、网络报表等管理功能，使用统一的数据库和通过网络联接可以同时为生产部门、质检部门、工艺部门、物流部门等提供车间管理信息服务。

实施例3

在上一实施例的基础上，所述目标函数包括：配送目标、配送常量和欲求解的配送变量，所述配送常量根据所述配送能力确定，所述配送变量根据所述配送要素确定。

具体的，MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。

实施例4

在上一实施例的基础上，所述计算所述配送要素的最优解包括：利用线性规划求解器计算所述配送要素的最优解。

实施例5

在上一实施例的基础上，所述步骤5：决策服务器将得到的最优解代入修正函数进行验证，以判断该最优解是否满足设定的条件的方法包括：设定一个修正子函数，用P表示，将最优解与修正子函数进行卷积运算，得到第一中间结果；设定一个校正函数，所述校正函数为：

实施例6

在上一实施例的基础上，所述监控装置，用于通过调用决策服务器的操作系统的应用程序编程接口API获知决策服务器发生故障以及故障恢复的状态。

具体的，API(Application Programming Interface，应用程序接口)是一些预先定义的接口(如函数、HTTP接口)，或指软件系统不同组成部分衔接的约定。用来提供应用程序与开发人员基于某软件或硬件得以访问的一组例程，而又无需访问源码，或理解内部工作机制的细节。

实施例7

在上一实施例的基础上，所述监控装置，进一步用于监控所述决策服务器的硬件资源状态；每个数据采集单元，在作为测试类工作站时，进一步用于根据决策服务器状态监控单元对决策服务器的硬件资源状态的监控结果，判断决策服务器是否空闲，当决策服务器空闲时，将保存的测试数据上传到决策服务器。

具体的，数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采集技术广泛应用在各个领域。比如摄像头，麦克风，都是数据采集工具。

被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。采集一般是采样方式，即隔一定时间(称采样周期)对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据测量是数据采集的基础。数据量测方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。数据采集含义很广，包括对面状连续物理量的采集。在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或图像数字化过程也可称为数据采集，此时被采集的是几何量(或包括物理量，如灰度)数据。

实施例8

在上一实施例的基础上，所述构建所述目标函数包括：构建使所有辅节点的容纳数量最小的目标函数，将配送路由是否在辅节点做容纳处理作为所述目标函数的配送变量。

具体的，本发明以主节点为中心节点，辅节点为支节点，构建一个中心网络；决策服务器周期性地发送数据获取命令至主节点，主节点将接收到的数据获取命令广播至中心网络中的其他节点；所述数据获取命令中将包含：配送目标以及影响所述配送目标的配送要素；通过构建中心网络，一方面可以使用中心节点管理各个辅节点，另一方面，可以使得数据获取命令下达时，能够同时到达各个辅节点，提升运行效率。

实施例9

在上一实施例的基础上，所述约束包括：保证每个辅节点的待容纳的物料量不超过该辅节点的容纳能力的约束。

实施例10

一种基于MES系统的柔性生产线物料配送决策装置。

现有技术中，针对生产物料配送，往往通过人工进行调度。这样导致效率较低。

而本发明利用数据采集单元进行数据采集，然后在每个数据采集单元上设置数据标签，再根据配送目标以及影响所述配送目标的配送要素，构建配送的目标函数；同时，根据配送能力确定所述目标函数的约束；计算在所述约束下所述目标函数的所述配送要素的最优解，这样可以使得物料配送的效率更高，另外，还对最优解进行校正，保证每一次进行配送的结果都能最大程度满足设定条件，进一步提升配送的效率。

具体的，本发明的决策服务器接收到来自各个辅节点采集到的数据后，根据配送目标以及影响所述配送目标的配送要素，构建配送的目标函数；根据配送能力确定所述目标函数的约束；计算在所述约束下所述目标函数的所述配送要素的最优解；通过该方式，能够结合各个辅节点采集到的数据以及配送的条件来制定配送策略，提升了配送的效率；决策服务器将得到的最优解代入修正函数进行验证，以判断该最优解是否满足设定的条件，若满足，则按照所述配送要素的最优解部署所述配送要素相关的配送逻辑；若不满足，则重新发送数据获取命令至各个辅节点，重新获取数据；通过该方法对决策策略进行校正，进一步保证决策策略的科学性，提升效率。

以上所述仅为本发明的一个实施例子，但不能以此限制本发明的范围，凡依据本发明所做的结构上的变化，只要不失本发明的要义所在，都应视为落入本发明保护范围之内受到制约。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

需要说明的是，上述实施例提供的系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。