[发明专利]用于对制造过程进行建模的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对由企业资源规划(ERP)所规划并由车间(shop floor)进行生产的制造过程进行建模的方法和系统，其中制造执行系统 (MES)实施所建模的制造过程并规划和/或控制在车间进行的相应制造。

背景技术

众所周知，用于管理和控制由企业资源规划(ERP)所规划并由车间 进行生产的制造过程的方法提供制造执行系统(MES)，以用于实施所规划 的制造过程并控制在工厂底层(plant floor)进行的相应生产步骤。

特别地，企业资源规划(ERP)是包括硬件装置和相应的软件应用的 系统，以用于规划企业的商业资源，企业的商业资源即物料供应、人力资 源管理、采购、订单、利润、财务、库存控制、客户管理等等，而术语“工 厂底层”已被用于指示支持对在制造过程中所涉及的单个机器进行控制的 系统，例如通过测量每个机器每小时所生产的部件的数量或者其运行参数 (functioning parameter)、所生产的部件的质量等等来进行控制。

如在图1中所示意性表示的那样，MES是在ERP上层与工厂底层下层 之间提供计算机器和软件工具1-n的中间层，所述软件工具包括用于生产 订单管理的软件工具1和用于生产建模的软件工具2，该用于生产订单管 理的软件工具1从ERP接收生产请求，该用于生产建模的软件工具2支持 选择和管理在制造过程中要涉及的资源(即员工、机器和物料)的阶段， 以便在所要求的时间约束内实现所规划的制造过程。

因此，制造执行系统需要对工厂设备进行建模以便控制活动和规划 活动。尽管关注的是同一组机器，但控制活动和规划活动具有不同的目 标并且可能需要不同的模型方法。然而，用于同一组机器的两个分离的 模型不能被用在MES应用中，因为这种分离将导致建模差距。

为了阐明这种状况，可以考虑下面的简单实例：

可编程喷涂设备由多个喷嘴机器构成；每个喷嘴机器都能够喷涂特 定颜色。例如，考虑一种四色喷涂设备(青色、品红色、黄色、黑色)。 假设该喷涂设备能够将基本色混合并利用大量衍生色来喷涂，这种状况 引起在比较规划策略和控制策略时完全不同的方法。

根据控制活动，MES将最大得益于针对每个喷嘴机器的分离的模型， 这意味着该实例中的喷涂器设备将包括四个机器。该模型可以容易地管 理被MES应用用来控制机器执行的一组机器变量和动作，例如每个喷嘴 机器需要对一组机器属性进行建模，该组机器属性描述例如油墨液面、 喷嘴的清洁度、周期性的喷嘴清洁程序的执行等。换句话说，控制活动 希望实现待控制的机器方面的高粒度(granularity)。

相反地，根据规划活动，MES模型将得益于针对整个喷涂设备的单 个模型。该模型可以容易地管理描述由喷涂器设备所执行的动作的一组 设备属性(与机器属性不同)，例如非四个喷嘴机器之一的基本色的合 成色和每个喷嘴机器所需的基本色的份额(portion)、用于喷涂的强度 等。

因此，两个模型只关注于MES应用的特定方面，对于主要方面提供 优势，但是对于次要方面却招致不利，反之亦然。例如，通过借助于四 个分离的机器来对喷涂器设备进行建模，控制每个喷嘴中的油墨的可用 性是简单的；然而，不清楚如何对喷涂合成色(即绿色)的设备的概念 进行建模。通过借助于单个机器来对喷涂器设备进行建模，表示先进可 编程喷涂器的高级概念是简单的；然而，为了对每个喷嘴机器的所有技 术要求进行建模，必须在高级模型中包括一大组机器属性，其中完全不 保证各种数据之间的连贯性(例如，建模差距可应用如下模型，该模型 主张将黑色设为100；将青色、品红色和黄色喷嘴设为0，而同时喷涂 器设备被配置为喷涂绿色)。

当一组机器可以以用于提供(如通常在灵活制造系统中所应用的) 不同功能的不同配置来组织时，这些方法的严重局限性就显现出来。例 如，可以一起使用四个喷嘴机器以用于执行利用合成色(例如绿色)来 进行的单个喷涂阶段，并且可以分离地和同时地使用这四个喷嘴机器以 用于执行利用基本色(例如黄色和黑色)来进行的两个或更多个喷涂阶 段。当必须在MES应用中对该制造情况进行建模时，统一的(单个)机 器模型和分离的机器模型都不能够有效地支持现代化生产环境中所需 要的规划和控制活动。