基于知识图谱的多目标多约束柔性作业车间调度问题的研究
这是一篇关于智能制造,知识图谱技术,数据管理,改进的NSGA-Ⅱ算法,动态排产的论文, 主要内容为柔性作业车间调度既是传统离散制造系统的研究热点,也是智能制造系统的瓶颈难点。一方面,尽管目前已有的调度优化算法或数学模型求解的调度方案很多,但均与实际生产存在差异,仍需要对调度方案进行人工调整,无法保证方案的生产效率和稳定性;另一方面,由于企业生产车间缺少统一的数据管理模型,导致生产过程产生的大量数据共享不及时、数据关系不明确和数据知识利用不足等,无法有效管理和利用数据知识指导生产,这些现状已不满足制造企业信息化和智能化发展趋势。针对上述问题,本文提出采用知识图谱技术,对制造企业历史数据和人工排产调整经验进行管理和应用,结合改进的NSGA-Ⅱ算法,直接获得可行且符合实际生产的调度方案。本文主要研究工作如下:1.离线车间知识图谱模式层和数据层的构建。首先,分析现有车间数据管理系统的数据管理能力;其次,以W企业为研究对象,根据知识图谱构建流程,以结构化形式整理人工排产调整经验和车间历史数据,构建离线车间知识图谱的模式层:然后,将整理好的结构化三元组数据存储在Neo4j图形数据库中,完成离线车间知识图谱数据层的构建,获得统一的数据与知识管理模型。最后,利用Cypher语句,在离线车间知识图谱数据层中查询相关工件的工艺和可选设备等离线加工信息。2.基于改进的NSGA-Ⅱ的调皮算法设计。本文针对传统NSGA-Ⅱ算法求解调度问题存在的缺陷进行改进。首先,交叉、变异算子的确定采用随机自适应策略,使随机产生的交叉、变异算子随迭代次数变化,保证算法的局部寻优和全局搜索能力;其次,非支配排序采用累积排序的方法,改善个体密度信息估计,保证了种群多样性;然后,精英保留策略采用分布变比精英保留策略,避免陷入局部最优;最后,基于改进的NSGA-Ⅱ完成调度优化算法的设计,利用测试算例分析证明改进算法的有效性。3.在线车间知识图谱的构建和动态排产问题的解决。为了使调度方案更符合车间生产实际,利用数据监测系统对生产在线数据进行采集,获得各类生产资源的实际状态,完成在线车间知识图谱的构建。将动态排产问题分为任务未下达前的动态调整和任务下达后的动态扰动。对于动态调整而言,利用离线图谱模式层的人工排产经验和在线图谱,对基于模型算法求解的调度方案进行调整,直接获得可行且符合实际生产的调度方案,摆脱对人工调整的依赖;对于动态扰动而言,利用在线车间知识图谱和知识推理的方法,对动态扰动问题迅速做出反应,提高动态排产质量和效率。本文研究表明,利用知识图谱技术,不仅可以对生产数据与知识进行统一管理,而且可以利用数据知识代替人工调整,获得符合实际生产的调度方案,验证数据知识对生产指导的可行性和有效性。
智能制造实时监控系统设计与开发
这是一篇关于智能制造,制造执行系统,通信协议,实时监控的论文, 主要内容为随着制造业面向工业化、信息化、智能化发展,传统生产模式已不能适应时代的发展需求,智能制造已经成为当前制造业的发展方向。实时监控系统作为智能制造中一个重要的组成部分,为解决信息孤岛和信息断层问题提供了可行的方案。然而,系统存在着通用性、实时性、可追溯性等方面的问题,因此,智能制造实时监控系统的研究与开发存在着重要的理论意义和实际应用价值。针对互联网环境下的工业过程数据传输问题,结合模块化柔性制造综合实训系统,在需求和功能分析的基础上,设计系统架构和数据库;基于OPC规范,设计与开发OPC数据采集模块,实现过程数据的实时采集;基于J2EE框架,设计与开发Web监控模块,实现生产过程的Web监控;基于Socket和WebSocket技术,设计一种互联网环境下的工业过程数据通信协议和数据包的调度规则,实现数据采集模块与Web监控模块之间的数据传输,降低高优先级数据传输的丢包率。本文主要的工作和研究成果有以下几点:(1)综述了智能制造的研究背景,阐述了制造执行系统的基本概念和重要作用,详细介绍了智能制造实时监控系统的研究意义,重点介绍国内外制造执行系统理论与应用研究现状和软件产品设计和推广,以及目前需要解决的问题。(2)针对互联网环境下的工业过程数据传输问题,设计一种通信协议和数据包的调度规则,规定了不同类型数据包的封装格式及含义,并对数据包设定不同的优先级,一方面保障了突发信息及时通知到客户端,另一方面精简了数据信息的传输量。同时,详细说明了通信协议的使用规则和应用步骤。(3)分析模块化柔性制造综合实训系统的需求和功能,设计系统架构和数据库;基于OPC规范,设计与开发过程数据采集模块;基于B/S架构,结合Socket和WebSocket即时通信技术,设计与开发智能制造实时监控系统Web监控模块,包括设备运行状态、订单产品生产过程、工作人员以及设备等监控模块。现场应用验证了系统的有效性。
智能制造实时监控系统设计与开发
这是一篇关于智能制造,制造执行系统,通信协议,实时监控的论文, 主要内容为随着制造业面向工业化、信息化、智能化发展,传统生产模式已不能适应时代的发展需求,智能制造已经成为当前制造业的发展方向。实时监控系统作为智能制造中一个重要的组成部分,为解决信息孤岛和信息断层问题提供了可行的方案。然而,系统存在着通用性、实时性、可追溯性等方面的问题,因此,智能制造实时监控系统的研究与开发存在着重要的理论意义和实际应用价值。针对互联网环境下的工业过程数据传输问题,结合模块化柔性制造综合实训系统,在需求和功能分析的基础上,设计系统架构和数据库;基于OPC规范,设计与开发OPC数据采集模块,实现过程数据的实时采集;基于J2EE框架,设计与开发Web监控模块,实现生产过程的Web监控;基于Socket和WebSocket技术,设计一种互联网环境下的工业过程数据通信协议和数据包的调度规则,实现数据采集模块与Web监控模块之间的数据传输,降低高优先级数据传输的丢包率。本文主要的工作和研究成果有以下几点:(1)综述了智能制造的研究背景,阐述了制造执行系统的基本概念和重要作用,详细介绍了智能制造实时监控系统的研究意义,重点介绍国内外制造执行系统理论与应用研究现状和软件产品设计和推广,以及目前需要解决的问题。(2)针对互联网环境下的工业过程数据传输问题,设计一种通信协议和数据包的调度规则,规定了不同类型数据包的封装格式及含义,并对数据包设定不同的优先级,一方面保障了突发信息及时通知到客户端,另一方面精简了数据信息的传输量。同时,详细说明了通信协议的使用规则和应用步骤。(3)分析模块化柔性制造综合实训系统的需求和功能,设计系统架构和数据库;基于OPC规范,设计与开发过程数据采集模块;基于B/S架构,结合Socket和WebSocket即时通信技术,设计与开发智能制造实时监控系统Web监控模块,包括设备运行状态、订单产品生产过程、工作人员以及设备等监控模块。现场应用验证了系统的有效性。
乙烯能效评估方法与仓储信息管理系统的实现
这是一篇关于智能制造,软测量,能效,SSM,仓储信息管理系统的论文, 主要内容为当今,以互联网创新应用为标志的新一代信息技术正在成为经济发展的新动能,以大数据和人工智能技术引领的数字经济正在改变着传统经济模式。2018年以来,国家相关扶持政策的出台,加上制造业智能化进程的推进,我国制造产业逐渐向智能制造方向转型。石化行业作为制造业的重要组成部分,普遍存在生产能耗高、资源管理模式落后、信息管理分散等问题。为此,本文在课题组完成的石化企业生产和运营管理一体化平台框架下,具体针对乙烯能效监测评估方法和仓储信息管理系统两部分内容开展研究,主要工作概括如下:(1)通过对某石化企业的实地调研,总结出该企业乙烯能效监测与评估和仓储信息管理目前存在的问题和技术需求,以课题组完成的石化企业生产和运营管理一体化平台为基础,提出了乙烯能效评估和仓储信息管理功能集成框架,为平台功能完善奠定了基础。(2)乙烯能效评估方法:乙烯裂解炉是石化行业能耗最高的装置之一,为了实现节能降耗、提高能源利用率,对裂解炉能源供给和产出进行分析,提出了单位能耗双烯收率的能耗指标。通过机理分析和皮尔逊相关系数对变量进行筛选,建立了基于工况划分的GA-LSSVM的单位能耗双烯收率软测量预测模型。在能效水平预测模型的基础上,提出了乙烯裂解炉能效水平优化的控制策略,通过PSO算法优化燃料流量和3.5Mpa蒸汽流量,使单位能耗双烯收率最大,大大提高了乙烯裂解炉的能效水平,提高了企业的经济效益。最后,提出模型和乙烯能效监测与评估系统集成方案,可以实现对乙烯生产过程的能效监控、预测和评估。(3)仓储信息管理系统:针对该石化企业库存管理仍然采用手工统计、工作效率低、统计易出错等问题,在对现有业务流程和功能需求优化基础上,完成了仓储信息管理系统功能设计和模块设计。基于B/S和MVC设计模式,利用SSM和EasyUi框架技术,设计了系统管理、用户管理、库位管理、物料管理、仓库管理、统计分析等六个功能模块,并完成了模块开发和系统功能测试,表明该系统可以大大提升企业的仓储管理效率,解决人工统计易出错的问题,实现了仓储管理的信息化和智能化。
智能制造文献分析系统的研究与实现
这是一篇关于智能制造,文献分析,MVC模式,GN算法,ECharts的论文, 主要内容为智能制造是在制造的过程中加入智能的元素,将机器制造与人工智能结合起来,通过智能机器的工作在最大程度上取代人类在制造过程中的劳动来提高制造的工作效率。是制造业的最新发展方向之一。近年来,随着以人工智能和工业智能化为核心的第四次工业革命的兴起,智能制造领域也越来越被关注,于是该领域的研究文献数量大大增加,这些研究文献包含了智能制造最前沿的技术。研究人员通过对智能制造领域的文献数据进行深度挖掘与分析,能够总结智能制造业的发展现状,发现智能制造的研究热点并对通过数据走势对其未来的发展方向做出预测,为智能制造领域的从事人员服务。但目前对于智能制造文献数据的分析多数都是基于基础的统计和简单的分析。因此,很有必要对智能制造领域从多个角度进行分析来充分挖掘有用的信息推动该领域的发展。本文利用软件工程的生命周期法数量从趋势、技术热点等多个方面对智能制造领域的文献数据进行了分析,形成了智能制造文献分析系统。(1)基础文献分析,对智能制造文献进行关键词年数量趋势、相关学者和相关机构的基础统计学分析并分别以折线图、力向导布局图的方式展示。(2)关键词分析,对智能制造的关键词进行关联词关系、词云、关键词地理分布、关联词相关研究趋势、技术热点的分析并分别采用力向导布局图、字符云图、地图、主题河流图、热力图展示。(3)合作网络分析,根据GN聚类算法对作者合作网络、机构合著网络及关键词同现网络进行构造和分析,展现文献间的关联。在智能制造文献分析系统的开发过程中,设计模式采用MVC模式,开发语言采用Java语言,数据库采用MySQL关系型数据库,采用Spring MVC+My Batis的开发框架,可视化展示采用了百度平台的ECharts组件。
基于云边协同的制造资源接入与任务调度平台
这是一篇关于智能制造,资源接入,边缘计算,区块链,OPC UA,Agent的论文, 主要内容为智能制造是现代制造业结构转型和升级的趋势,是企业在生产过程中提高执行效率和降低运营成本的动力。传统的运行在云端的工业互联网平台存在着流量成本高、时延高、隐私性安全性差等问题,在智能制造的背景下,如何将企业内部的设备、工人等制造资源合理、高效、安全地接入企业服务平台中是一个关键的问题。本文的目的即在于解决以上问题。本文采用边缘计算和区块链技术,设计并实现了基于云边协同的制造资源接入平台。在边缘层,使用OPC UA(OLE for Process Control Unified Architecture)和Agent将制造资源进行接入,研究了制造设备OPC UA信息模型的建立以及OPC UA Server的实现、制造设备Agent和执行人员Agent的设计并定义了Agent的生命周期。然后对边缘端和云端服务中心进行了需求分析,根据不同的场景需求给出边缘端和云端应该具备的功能,给出了边缘平台和云端服务中心的功能设计,云端服务中心主要承接生产订单,基于边缘接入的制造资源进行合理的工作任务调度。在制造资源接入的背景下,使用区块链技术,从设备接入、设备控制、订单的下达等层面进行隐私和数据安全的保护。边缘端和云端服务中心以及服务端与区块链网络进行交互的部分均使用Springboot+Spring MVC+Mybatis的模式进行开发,平台前端采用Beetl与Java Script对页面进行展示和现实交互,OPC UA Server部分采用Free Opc Ua进行实现,Client部分采用Milo平台进行实现,区块链部分采用Hyperledger Fabric平台进行开发,边缘端和云端通过Rest的方式进行通信。在平台测试方面,本文进行了相应的功能性以及非功能性测试并给出了测试用例及测试结果与分析。
基于云边协同的制造资源接入与任务调度平台
这是一篇关于智能制造,资源接入,边缘计算,区块链,OPC UA,Agent的论文, 主要内容为智能制造是现代制造业结构转型和升级的趋势,是企业在生产过程中提高执行效率和降低运营成本的动力。传统的运行在云端的工业互联网平台存在着流量成本高、时延高、隐私性安全性差等问题,在智能制造的背景下,如何将企业内部的设备、工人等制造资源合理、高效、安全地接入企业服务平台中是一个关键的问题。本文的目的即在于解决以上问题。本文采用边缘计算和区块链技术,设计并实现了基于云边协同的制造资源接入平台。在边缘层,使用OPC UA(OLE for Process Control Unified Architecture)和Agent将制造资源进行接入,研究了制造设备OPC UA信息模型的建立以及OPC UA Server的实现、制造设备Agent和执行人员Agent的设计并定义了Agent的生命周期。然后对边缘端和云端服务中心进行了需求分析,根据不同的场景需求给出边缘端和云端应该具备的功能,给出了边缘平台和云端服务中心的功能设计,云端服务中心主要承接生产订单,基于边缘接入的制造资源进行合理的工作任务调度。在制造资源接入的背景下,使用区块链技术,从设备接入、设备控制、订单的下达等层面进行隐私和数据安全的保护。边缘端和云端服务中心以及服务端与区块链网络进行交互的部分均使用Springboot+Spring MVC+Mybatis的模式进行开发,平台前端采用Beetl与Java Script对页面进行展示和现实交互,OPC UA Server部分采用Free Opc Ua进行实现,Client部分采用Milo平台进行实现,区块链部分采用Hyperledger Fabric平台进行开发,边缘端和云端通过Rest的方式进行通信。在平台测试方面,本文进行了相应的功能性以及非功能性测试并给出了测试用例及测试结果与分析。
基于SpringMVC+AngularJS的管理报表系统的设计与实现
这是一篇关于智能制造,管理报表系统,SpringMVC,AngularJS,有效决策的论文, 主要内容为随着京东方、华星光电等国内面板厂家的业务发展,中国显示面板业开始进入快速发展期,公司的管理要求也进一步加强。智能制造行业的管理报表系统主要为高级管理层级领导提供生产相应的指标汇总数据和图表,方便高层领导快速掌握集团各个工厂生产的指标,也可以方便横向对比,对企业发展和决策规划有重要的意义。目前公司内部已有部分系统,但是系统的定位和使用场景有不同的差异,无法满足实际需求。MES(Manufacturing Execution System,制造执行系统)报表模块可以查询单一工厂实时生产数据,但无法分析复杂数据指标;BO(Business Object,业务对象)报表系统是工厂主要的数据报表分析工具,可以分析较长时间、逻辑复杂的生产数据指标,但缺点是数据抽取要额外时间,存在滞后性;生产数据透明化系统是一个轻量级的生产监控系统,数据源与BO一致,缺点是界面固定,无法根据用户需求灵活修改;ERP(Enterprise Resource Planning,企业资源计划)系统主要定位于财务数据的分析及管理,缺点是生产相关数据缺失。综合各个系统的优点和缺点,以及架构的优越性,我们选定了Spring MVC(Spring Model-View-Controller,模型-视图-控制器)为服务器端框架,Angular JS(Angular Java Script)作为前端框架替代MVC三层架构中的视图层,开发了管理报表系统。本文围绕管理报表系统设计及实现展开讨论,主要包括四部分:系统需求分析、系统总体设计、详细设计及实现过程、上线测试与验证。1、联合三个中心组织,十个现地组织共同梳理系统设计的目的及需求,并输出标准化系统逻辑及原型图设计。2、通过融合Spring MVC架构和Angular JS架构的优势,搭建了系统的整体架构。系统与第三方的接口通过Webservice、数据抽取工具等方式实现。3、分别对系统的基础数据维护、系统数据连通、报表分析展示、权限管理和系统使用情况等功能进行详细设计,包括关系模型设计、数据库模型设计、展示模块的实现以及前台界面的实现。数据库使用Oracle来实现。为了减少对开发人员前端技能的要求,展示模块中使用开源图表插件Echarts和Prime NG前端组件库。4、系统上线前,进行了为期一个月的系统测试工作。测试期间,通过明确测试目标和测试规则,设计系统测试方案。通过测试结果分析,对系统漏洞修复,最终满足上线要求。本系统选用B/S(Browser/Server,浏览器/服务器)系统架构,有轻量、灵活等优点,系统部署在两个服务器节点上,实现了负载均衡;用户管理方面,实现单点登录,省去系统用户重新维护的工作;权限管理方面,实现了不同用户指标查询权限的精细划分。经过调试,系统兼容性好,灵活性高,推动公司业务实现指标标准化。
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