一种基于maxplus模型的手机流水线管理方法

技术领域

本发明涉及数字孪生和智能化监控技术领技术领域，特别是一种基于maxplus模型的手机流水线管理方法。

背景技术

现有技术对手机流水线的监控聚焦在使用监视器以及传感器等在实际产线上的监控，这种技术通常缺乏对手机流水线整体上的模型建立，通常只是利用统计数据、经验等对产线进行片面的控制。

现有技术最大的缺点在：(1)现有的技术的控制大多是在缺乏产线模型上的控制，因此控制策略往往缺乏整体上的考虑；(2)现有技术面的决策大多缺乏能够模拟实验的平台，由于缺乏数学模型的建立与仿真平台，因此难以对调控决策进行预先的模拟。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种基于maxplus模型的手机流水线管理方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于maxplus模型的手机流水线管理方法包括以下步骤：

搭建手机生产的手机流水线；

根据手机流水线在数字孪生平台中构建对应虚拟流水线；

调用手机流水线的检测设备，检测设备获取实际生产数据，其中实际生产数据包括流水线设备的布局、缓存区容量以及机器作业时间，通过握手机制将实际生产数据同步至虚拟流水线，获取数学模型；

在所述数字孪生平台中输入优化方案，通过数字孪生平台将优化方案传输至数学模型，通过数学模型反馈优化方案的预测结果。

优选的，获取数学模型步骤中包括获取第一台机器的任意作业的开始时间所对应的模型，其步骤如下：

获取第一缓冲区的容量、手机流线水线任意个作业的系统输入时刻、第一台机器处理上一个作业的开始时间以及第一台机器和第二台机器作业的时长，通过maxplus判断得出第一台机器在处理任意作业的开始时间所对应的模型一，其模型一如下：

其中U(r)表示第r个作业在手机流水线的输入时刻；t

优选的，获取数学模型步骤中包括获取任意台机器在处理任意作业的开始时间所对应的模型，其步骤如下：

根据模型一得到除第一台机器外其他机器任意作业的开始时间使用maxplus的表达模型二，其模型二如下：

其中:X

优选的，根据模型一和模型二获取统一表达矩阵，统一表达矩阵如下：

通过统一表达矩阵获取所有机器在处理任意作业的开始时间的矩阵，其中：A、B、B

通过统一表达矩阵与所有机器的作业时长矩阵可以得出最终的数学模型，通过数学模型可以得出任意作业在输出虚拟手机流水线的时间：

其中C表示所有机器的作业时长的矩阵。

优选的，搭建手机生产的手机流水线步骤如下：设计好的手机生产流水线；

并在流水线上安装好对应的生产机器，其中生产机器包括流水线的各种加工装配设备和PLC控制设备的一种或者多种的组合；在生产机器上安装对应的数字孪生硬件设备，其中数字孪生硬件设备包括传感器、数据采集和监视设备一种或多种的组合。

优选的，所述数字孪生平台包括决策中心层，控制网络层和设备仿真层，所述决策中心层通过优化调度方案对控制网络层下行生产指令，所述控制网络层将生产指令转化为机器指令，并对所述设备仿真层下行对应的优化调度方案机器指令；

其中所述虚拟流水线位于所述设备仿真层，所述数学模型位于决策中心层。

在一个实施例中，获取实际生产数据包括：在手机流水线的各种加工装配机器加装PLC控制设备、传感器、数据采集或监视设备，通过SCADA进行采集实际流水线设备的实际生产数据；

SCADA通过握手机制把实际生产数据传输至设备仿真层。

在一个实施例中，所述握手机制为OPCUA或者Modbus通信协议，通过所述握手机制将实际生产数据联动至所述虚拟流水线，将虚拟流水线根据实际生产数据确定对应的数学模型。

本发明的有益效果：1.在手机流水线上更新设备或者进行方案优化时，数字孪生平台可以在虚拟流水线上将优化的方案体现出来，工作人员可以虚拟流水线的显示结果来判断优化方案是否可行，避免真实更行手机流水线后出现不良的结果。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的流程示意图。

图2是本发明的一个实施例中数学模型的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～2所示，一种基于maxplus模型的手机流水线管理方法包括以下步骤：

搭建手机生产的手机流水线；

根据手机流水线在数字孪生平台中构建对应虚拟流水线；

调用手机流水线的检测设备，检测设备获取实际生产数据，其中实际生产数据包括流水线设备的布局、缓存区容量以及机器作业时间，通过握手机制将实际生产数据同步至虚拟流水线，获取数学模型；

在所述数字孪生平台中输入优化方案，通过数字孪生平台将优化方案传输至数学模型，通过数学模型反馈优化方案的预测结果。

优选的，获取数学模型步骤中包括获取第一台机器的任意作业的开始时间所对应的模型，其步骤如下：

获取第一缓冲区的容量、手机流线水线任意个作业的系统输入时刻、第一台机器处理上一个作业的开始时间以及第一台机器和第二台机器作业的时长，通过maxplus判断得出第一台机器在处理任意作业的开始时间所对应的模型一，其模型一如下：

其中U(r)表示第r个作业在手机流水线的输入时刻；t

优选的，获取数学模型步骤中包括获取任意台机器在处理任意作业的开始时间所对应的模型，其步骤如下：

根据模型一得到除第一台机器外其他机器任意作业的开始时间使用maxplus的表达模型二，其模型二如下：

其中:X

优选的，根据模型一和模型二获取统一表达矩阵，统一表达矩阵如下：

通过统一表达矩阵获取所有机器在处理任意作业的开始时间的矩阵，其中：A、B、B

通过统一表达矩阵与所有机器的作业时长矩阵可以得出最终的数学模型，通过数学模型可以得出任意作业在输出虚拟手机流水线的时间：

其中C表示所有机器的作业时长的矩阵。

在maxplus中，包含两个主要的代数运算，分别是极大加法和极大乘法，符号表示分别为：

统一表达矩阵是计算所有机器在任意作业的开始时间，在加上所有机器在作业时长就能得出任意作业在虚拟流水线的输出时刻，其中C为所有机器的作业时长。当手机流水线需要进优化方案的改造时，可以先在数字孪生平台中预先构建一条虚拟流水线，通过本数学模型输出任意作业在新的虚拟流水线的输出时刻与现有手机流水线在任意作业的输出时刻做出对比，通过对比可以直观看出优化方案是否可行，以及优化的时间，其中在数学模型中的所有数据均为采用检测设备获取手机流水线的真实数据，保证了在使用数学模型计算输出时间Y(r)更加真实，也保证了判断结果准确性。

优选的，搭建手机生产的手机流水线步骤如下：设计好的手机生产流水线；

并在流水线上安装好对应的生产机器，其中生产机器包括流水线的各种加工装配设备和PLC控制设备的一种或者多种的组合；在生产机器上安装对应的数字孪生硬件设备，其中数字孪生硬件设备包括传感器、数据采集和监视设备一种或多种的组合。

优选的，所述数字孪生平台包括决策中心层，控制网络层和设备仿真层，所述决策中心层通过优化调度方案对控制网络层下行生产指令，所述控制网络层将生产指令转化为机器指令，并对所述设备仿真层下行对应的优化调度方案机器指令；

其中所述虚拟流水线位于所述设备仿真层，所述数学模型位于决策中心层。

所述决策中心层可以看做是数字孪生平台对于优化方案的输入层，通过所述决策中心层可以向数字孪生平台输入优化方案或者改进方案，决策中心层通过控制网络层将输入的优化方案转化为电脑所知的生产指令，并且将生产指令发生至设备仿真层，所述设备仿真层可以看做为一个用户直观了解的输出层，所述设备仿真层可以在显示器上显示虚拟流水线。当输入优化方案后，该设备仿真层会对应执行生产指令，通过数据模型更新，并对应修改对应的虚拟流水线，最终在显示器中将优化后的虚拟流水线展示出来。

在一个实施例中，获取实际生产数据包括：在手机流水线的各种加工装配机器加装PLC控制设备、传感器、数据采集或监视设备，通过SCADA进行采集实际流水线设备的实际生产数据；

SCADA通过握手机制把实际生产数据传输至设备仿真层。

在数字孪生平台中，手机流水线的监控数据是实时更新的。平台可分为三层，分别是决策中心层，控制网络层和设备仿真层。决策中心层通过调度优化方案对控制网络层下行生产指令，反过来，控制网络层又把调度状态信息上行到决策中心层；此外，控制网络层对设备仿真层下行机器指令，反过来，设备仿真层又把现场信息上行到控制网络层中，进行实时的数据交互。在数字孪生平台的设备仿真层的三维建模模块中建立虚拟的手机流水线，则搭建好的虚拟流水线可用于监控、仿真等功能。

在一个实施例中，所述握手机制为OPCUA或者Modbus通信协议，通过所述握手机制将实际生产数据联动至所述虚拟流水线，将虚拟流水线根据实际生产数据确定对应的数学模型。

本发明的一个实施例的实施方法如下：

设计好的流水线以及一系列的数字孪生硬件设备在实际生产环境中搭建，并在数字孪生平台中构建一条与手机流水线想对应的虚拟流水线。

设置好握手机制，所述握手机制可以为OPCUA或者Modbus通信协议，所述握手机制用于同步控制手机流水线和虚拟流水线，通过握手机制将手机流水线与虚拟流水线实现数据同步，手机流水线设备的数据通过SCADA进行采集、处理和分发；同时，SCADA的数据通过握手机制与数字孪生平台的虚拟流水线进行联动，使其达到数据的实时传输与产线的虚实同步。

采用maxplus构建数学模型，这是通过在手机流水线对应的数字孪生平台上建立的，在流水线进行虚实同步之后，数字孪生平台通过握手机制接收了来自实际流水线的信息，包括流水线设备的布局、缓存区容量、机器作业时间等，因此数学模型的参数便得以确定，从而在平台的决策中心层的控制模块中自动建立起数学模型，并且这是在手机流水线开始作业之前就已经自动建立起了的。

针对手机流水线有可能发生或已经发生的调度、维修、重配置等问题，可以在数字孪生平台的决策中心层对应的优化方案，通过数学模型在数字孪生平台中进行预先的模拟调控，例如，当手机流水线因为换产的原因，需要在流水线中多插入一台设备，则通过修改数学模型可预先知道产线在重配置之后，每个工件在每个机器上的开始作业时间，针对数学模型的结果提出各种优化方案，比如修改缓存区容量、修改机器加工时间等。把各种优化方案通过平台的设备仿真层对虚拟流水线进行仿真模拟实验，从而对比找出最优优化方案。类似的基于数学模型的模拟调控应用还有很多，在此不再赘述。数字孪生平台提供的虚拟模拟实验区别于传统仿真软件在于有数学模型的建立，是基于数学模型进行的各种调控。通过虚拟流水线和数学模型在平台上的模拟实验，找到调控决策的最优解，应用于手机流水线中，并在调控过程中通过数字孪生平台的握手机制不断进行监控与数据交互，达到优化方案在虚实间同步的目的。得到调控的手机流水线通过数据采集以及握手机制把手机流水线的产线数据传输到数字孪生平台中，数字孪生平台通过更新数据，对虚拟产线以及数学模型进行更新优化，从而使手机流水线在实际环境与虚拟环境中不断优化迭代，数学模型也由此不断得到的完善。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。