智能制造生产调度协同管控能力的评估系统和评估方法技术方案

本发明专利技术公开了一种智能制造生产调度协同管控能力的评估系统，包括：数据采集模块，采集智能制造生产过程中的生产调度数据；能力评估仿真器，对覆盖全域能力范围的多维度生产调度能力仿真场景进行仿真，建立标准能力数据库；标准能力数据库，包含各仿真场景的生产调度仿真数据，将数据采集模块采集的生产调度数据与仿真数据进行比对，得到对生产调度协同管控能力水平的评价结果。本发明专利技术还公开了生产调度协同管控能力的评估方法。通过本发明专利技术的评估系统和评估方法可得到生产调度能力等级的定量化评估结果，对实际现场生产调度能力的提升有指导意义。

【技术实现步骤摘要】
智能制造生产调度协同管控能力的评估系统和评估方法
本专利技术涉及智能制造能力评估领域，尤其涉及一种智能制造生产调度协同管控能力的评估系统和评估方法。
技术介绍
近年来，倡导以“智能制造”为主导的第四次工业革命正在改变人类学习、工作和生活的方式，也持续推动工业生产向工业化与信息化融合发展。推进智能制造，能够有效缩短产品研制周期，提高生产效率和产品质量，降低运营成本和资源能源消耗，加快发展智能制造，对于提高制造业供给结构的适应性和灵活性、培育经济增长新动能都具有十分重要的意义。企业在智能制造新背景下，希望了解企业自身的智能制造能力水平，也希望通过智能制造能力评估明确之后技术投资的重点与方向。因此，智能制造新背景对企业如何进行智能制造能力评估提出了需求。公开号为CN106910023A的中国专利公开了一种智能制造的能效评估方法及系统，该专利文献考虑智能制造过程中设备、工艺、环境以及产品对能效的影响，提供一种统一的能效评估方法；公开号为CN106227906A的中国专利公开了一种基于性能退化分析的智能制造装备可靠性的评估方法，其评估对象为智能制造装备的使用可靠性，该评估为贝叶斯方法评估。目前有提出的智能制造能力评估大多采用多级智能制造能力评价指标的方法。如文献《我国主要省市智能制造能力综合评价与研究——基于因子分析法的实证分析》(《现代制造工程》，2016(1)：151-158.)、《智能制造企业评价指标及评估方法的探讨》(《电子技术应用》，2015，41(11)：6-8.)中，通过设置一系列评价指标及对应指标权重，通过多级统计打分的形式确定最终能力得分，但该方法在企业应用时会存在不少问题。比如：1、评价指标的打分需要大量统计工作；2、评价指标权重正确性十分关键，但由于难以确定一般采用专家知识；3、评价指标设置缺乏灵活性，评价指标确定后无法满足企业全生命周期需求。因此，在评估系统进行智能制造能力评估时，如何不依赖大量评价指标，且需要在企业实际应用时可用，这是一个值得考虑的问题。中国电子技术标准研究院于2016年发布的《中国智能制造成熟度模型白皮书》中，提出了智能制造能力成熟度模型矩阵，从设计、生产、物流、销售、服务、资源要素、互联互通、系统集成、信息融合、新兴业态10大类核心能力以及细化的27个域建立能力评估模型，模型中对相关域进行从低到高5个等级的分级与要求，但是分级定义停留在定性阶段。而在企业实际评估中，为了评估工作的可用性及准确性，对评估等级需要进行定量化评估。
技术实现思路
本专利技术提供一种智能制造生产调度协同管控能力的评估系统，可对智能制造生产调度协同管控能力进行定量化评估。本专利技术提供了如下技术方案：一种智能制造生产调度协同管控能力的评估系统，包括：数据采集模块，采集智能制造生产过程中的生产调度数据；能力评估仿真器，对覆盖全域能力范围的多维度生产调度能力仿真场景进行仿真，建立标准能力数据库；标准能力数据库，包含各仿真场景的生产调度仿真数据，将数据采集模块采集的生产调度数据与仿真数据进行比对，得到对生产调度协同管控能力水平的评价结果。本专利技术的评估系统将多维度生产调度能力矩阵转化为生产调度能力指标的定量仿真计算，对照生产调度能力标准数据库可得到能力等级评估的定量化结果，以此来反映智能制造生产线生产调度工作流各岗位的单维能力及整体协同能力水平之间的关系。所述的数据采集模块为智能制造工厂的数据采集设备，如集散控制系统(DCS)、监测控制与数据采集系统(SCADA)、库存管理系统(IMS)等，采集智能制造生产过程中的生产调度数据。智能制造生产过程中的生产调度数据包括生产调度能力矩阵、评估输入数据集及评估指标测量值。生产调度能力包括调度排产能力、调度指挥能力、生产监控能力及调度统计能力。所述的能力评估仿真器包括多维度生产调度能力矩阵组态模块、仿真输入配置数据集、能力评估仿真模型和评估指标仿真输出数据集。多维度生产调度能力矩阵表示为CAPcon(M×N)，其中M表示待评估生产调度工作流中涉及的生产调度能力的种类，包括调度排产能力、调度指挥能力、生产监控能力及调度统计能力；N表示待评估多维度生产调度能力仿真场景的数量。不同仿真场景配置不同的生产调度能力。以生产成本为划分依据，每项生产调度能力设为三个等级，以基本生产成本(或利润)为最低能力等级下限指标，以各项能力为最优能力时产生的生产成本(或利润)为最高能力等级上限指标。多维度生产调度能力矩阵组态模块根据评估需要对生产调度能力矩阵进行组态，构建仿真场景。仿真输入配置数据集表示为CAPinput＝({SCHoutput}，RATsch-exe，{ERRdat}，ERRstat})，其中{SCHoutput}表示某一仿真场景下调度排产的指令集合，RATsch-exe表示该仿真场景下指令的调度执行率，{ERRdat}表示该仿真场景下生产监控数据采集的误差集合，ERRstat表示该仿真场景下生产统计误差。所述的某一仿真场景为多维度生产调度能力矩阵CAPcon(M×N)中的任意一个N对应的仿真场景。所述的能力评估仿真模型包括生产过程仿真模型和生产调度工作流模型。实际工业生产调度涉及计划排产优化、调度优化、工艺管理、操作指令、过程监控、绩效分析、统计平衡、能源管理等多个岗位，协作关系复杂。实际工厂生产调度通常采取调度人员参与的半自动优化调度系统，可分为调度排产、指令下达、生产监控和绩效评估四个环节。所述的生产调度工作流模型包括计划排产Agent模型、指挥调度Agent模型、生产监控Agent模型及绩效评估Agent模型。所述的计划排产Agent模型定义为最优级、专家级及经验级三个等级。最优级模型基于准确的调度优化模型及优化求解器，可得到理论最优解；专家级模型基于人工专家及专家规则，得到合理排产；经验级模型则根据算术法平局分摊产能进行排产。所述的指挥调度Agent模型定义为最优级、专业级及经验级三个等级。最优级模型根据排产方案结合准确的指挥调度模型，可得到最优的调度指令，让全部指令准确执行；专业级模型基于专业化指挥调度手段，得到合理调度指令；经验级模型根据历史调度经验择优下达调度指令。所述的生产监控Agent模型定义为最优级、优化级及基础级三个等级。最优级模型具备调度管控相关全面且准确的数据，基于准确的数据分析模型，为优化调度、优化排产提供最有效的实时生产信息；优化级模型具备大部分调度管控数据，根据专家规则分析数据，为调度排产提供实时生产信息；基础级模型则具备调度管控的必需数据项，确保日常生产工作的进行。所述的绩效评估Agent模型定义为最优级、系统级及经验级。最优级模型基于准确的KPI(关键绩效指标)指标体系，得到理论最准确绩效，准确反馈导致执行偏离相关指标；系统级模型基于评价规则得到绩效，并反馈执行偏离程度；经验级模型则根据单一综合标准进行绩效评估。所述的评估指标仿真输出数据集CAPoutput＝(COSTopt，COSTcurr，COSTdevi)，其中COSTopt为最优值，为各项生产调度能力为最优能力时产生的最高能力等级上限指标；COSTcurr表示当前仿真场景对应的定量值；COSTdevi定义为能力提升度，表示当前仿真场景对应的定量值偏离最优值的程度。所述的标准能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能制造生产调度协同管控能力的评估系统，其特征在于，包括：数据采集模块，采集智能制造生产过程中的生产调度数据；能力评估仿真器，对覆盖全域能力范围的多维度生产调度能力仿真场景进行仿真，以建立标准能力数据库；标准能力数据库，包含各仿真场景的生产调度仿真数据，将数据采集模块采集的生产调度数据与仿真数据进行比对，得到对生产调度协同管控能力水平的评价结果。

【技术特征摘要】
1.一种智能制造生产调度协同管控能力的评估系统，其特征在于，包括：数据采集模块，采集智能制造生产过程中的生产调度数据；能力评估仿真器，对覆盖全域能力范围的多维度生产调度能力仿真场景进行仿真，以建立标准能力数据库；标准能力数据库，包含各仿真场景的生产调度仿真数据，将数据采集模块采集的生产调度数据与仿真数据进行比对，得到对生产调度协同管控能力水平的评价结果。2.根据权利要求1所述的评估系统，其特征在于，所述的能力评估仿真器包括多维度生产调度能力矩阵组态模块、仿真输入配置数据集、能力评估仿真模型和评估指标仿真输出数据集。3.根据权利要求2所述的评估系统，其特征在于，多维度生产调度能力矩阵表示为CAPcon(M×N)，其中M表示待评估生产调度工作流中涉及的生产调度能力的种类，包括调度排产能力、调度指挥能力、生产监控能力及调度统计能力；N表示待评估多维度生产调度能力仿真场景的数量；多维度生产调度能力矩阵组态模块根据评估需要对生产调度能力矩阵进行组态，构建仿真场景。4.根据权利要求2所述的评估系统，其特征在于，仿真输入配置数据集表示为CAPinput＝({SCHoutput}，RATsch-exe，{ERRdat}，ERRstat})，其中{SCHoutput}表示某一仿真场景下调度排产的指令集合，RATsch-exe表示该仿真场景下指令的调度执行率，{ERRdat}表示该仿真场景下生产监控数据采集的误差集合，ERRstat表示该仿真场景下生产统计误差。5.根据权利要求2所述的评估系统，其特征在于，所述的能力评估仿真模型包括生产过程仿真模型和生产调度工...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣冈，姚敏，陈歆，王治泉，冯毅萍，张劲松，彭泽栋，王玉芹，张泉灵，陈振宇，苏宏业，武东升，谢磊，
申请(专利权)人：浙江大学，神华宁夏煤业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33