一种基于事件编排的离散制造系统集成和调度方法与流程

1.本发明涉及制造信息技术领域，特别涉及了一种基于事件编排的离散制造系统集成和调度方法。


背景技术：

2.目前在智能生产过程中，企业erp(企业资源计划)和aps(高级排产)系统均以所有设备均可用、所有加工计划规程能实现的前提下进行，为制造加工过程提供静态工艺规划、排产和订单架构执行。然而实际的生产过程中，制造系统中会时常出现各种不确定因素，如作业的加工超时、设备的损坏等问题，即动态扰动。在这种情况下，erp和aps在前期提供的各种数据及文件已经不再适合当前的系统状况。因此，制造系统迫切的需要一个方法和技术来提供一种全新的、可动态调度的引擎以解决实际生产任务流的调度。针对以上情况，很多企业试图探索如何有效的实现it与ot的融合来解决失效情况下的系统间的动态调度问题，如：
3.物联网技术在离散制造业中的使用，该方式往往通过对设备状态和运行参数的监控，为mes(制造执行系统)提供订单执行过程中的效能和决策依据，但是该方式在设备机能衰减或异常时，并不能有效的驱动影响分析，以及无法实现从何种维度进行决策，因为单从mes的角度并无法评估是替换工艺加工方法，还是重新针对新的失效情况对订单进行排产，以及重新排产后对其他订单的影响，还是面向设备维修和设备更换的多维度决策。很多mes系统为了达到这一目的，导致mes系统很多功能与其他制造系统重叠，从而造成上下游系统数据不一致，大量的数据交换导致工艺、订单延时。
4.制造系统点对点的集成是大部分企业采用的信息交换的有效方式，此种方法确实能实现信息的实时有效的传递，但依然不能实现制造系统之间有效的驱动；随着制造系统越来越复杂，以及产品多样化小批量的业务日益剧增，其敏捷性变得越来差，制造系统扩展和运营成本越来越高。
5.综合上述，我们需要一种全新的制造系统集成和调度方法，解决当前制造系统面临的挑战，解耦式的集成和分布式编排是未来技术发展的方向，也是企业敏捷制造转型重要的技术实现手段。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于事件编排的离散制造系统集成和调度方法，用以达成如下目的：
7.解决制造信息技术系统(产品工艺系统、订单高级排程、仓库物流系统)和控制系统(scada、plc、设备连接和控制系统)解耦式的异步集成问题；
8.基于流程式的组织方式将所有的系统按照实际的作业顺序组织在一起，流程上的节点或任务带有状态，实时反映生产作业过程中系统的状态与反馈和输出，从而实现生产作业的驱动和流转。
9.预制实际产品和设备动态事件，以及在流程中加入动态事件的决策活动，驱动多系统的试算，从而为解决提供最优质的服务。
10.本发明所采用的技术方案为：
11.一种基于事件编排的离散制造系统集成和调度方法，应用于生产制造系统，包括：
12.系统集成，由物理生产线的生产数据生成数字孪生产线，数字孪生产线控制物理生产线并持续采集物理生产线的生产数据；
13.构建调度引擎，调度引擎实时获取数字孪生产线数据并下达指令至数字孪生产线实现生产调度，调度引擎以制造任务链为主线，对制造任务链中的作业任务进行事件定义和事件状态定义，对定义的事件和事件状态进行事件编排以确保制造任务链正确有序进行；
14.通过事件编排生成任务流，当事件状态发生变化时，调度引擎根据任务流自动决策，驱动数字孪生产线进行异常事件处理。
15.加工制造过程中订单接收、工单下达、生产准备、物料配送、工艺路线加工、入库等作业任务的事件化，即静态事件定义；订单周期的变化、工序延时、设备衰减和故障为动态事件定义；本发明通过静态事件和动态事件的组合编排确保生产任务正确有序的协调执行和异常调度；通过对事件状态的定义，使得事件附有状态机，状态被触发时，调度引擎根据事件编排好的规则自动决策任务流，驱动异常事件处理。本方法事件编排作为一种分布式业务驱动和系统集成技术，充分利用它对离散事件的编排和决策调度能力构建订单接收到执行制造任务链的闭环，实现动态调度和监控。
16.在一些实施方式中，所述制造任务链为基于生产订单的离散制造作业流，包括基于生产订单的计划调度、物流调度和生产调度。
17.在一些实施方式中，对作业任务进行事件定义包括静态事件定义和动态事件定义，所述静态事件定义包括对订单接收、工单下达、生产准备、物料配送、工艺路线加工、入库的事件化，所述动态事件定义包括对订单周期变化、工序延时、设备衰减和故障的事件化。
18.在一些实施方式中，所述制造任务链包括多层作业任务，一级事件对应计划调度、物流调度和生产调度的工序流程事件，二级事件对应一级事件内某个工序的具体加工事件，所述二级事件与数字孪生产线衔接。
19.在一些实施方式中，所述数字孪生产线与制造it系统和控制ot系统数据互通，所述二级事件所对应编排的作业任务与数字工厂或物理工厂的ot系统衔接。
20.在一些实施方式中，所述二级事件包括前置任务、设备参数调整、物料备料、后置活动。
21.在一些实施方式中，所述调度引擎通过分布式系统之间的接口、事件、数据对接，以制造任务链为主线进行事件编排。
22.本发明的有益效果在于：
23.通过本发明在不同场景的实践，可以覆盖工艺仿真与验证；订单执行异常重排，以及重排后对其他订单的影响分析；柔性切换产品加工工艺。具体技术效果与业务效果如下：
24.1、制造系统事件化，基于事件编排技术的动态编制，极大的解决了制造系统之间柔性集成的同时，确保系统事件一次编写多次调用，它是一种典型的面向服务/产品化的架
构设计思想，是it在制造系统扩展和运营上加速创新业务的实现，同时降低了成本开销，通过编排的方式切换产品加工工艺提升了it部分90％的效率，可以做到分钟级内的工艺切换；
25.2、事件编排实现工艺编制与仿真、优化的调度，工艺研发阶段，实时调度工艺仿真软件完成在实际资源的模拟，及时反馈结果；试制和量产工艺验证阶段，调度工艺仿真实时优化工艺参数，从而提高工艺在设计、试产爬坡的速度；
26.3、车间现场作业通过事件编排对多个制造系统的调度管理。如制造过程中，接收订单后，需要编制制造工艺，按制造工艺开始进行排产，再进行生产准备、物流配送，最后按工艺进行加工生产。在生产过程中，从质量控制和过程控制对生产进行监控。整个制造过程中的作业任务形成了一个制造任务链，对制造任务链进行调度，高效执行生产作业任务；
27.4、自动故障处理，通过事件编排技术对异常动态事件的编制，设定异常处理机制以及通知预警，快速的响应异常的决策和试算，以及影响分析，加速决策进度。
附图说明
28.图1为实现本发明方法的技术框架结构示意图；
29.图2为基于生产订单的离散制造作业流的示意图；
30.图3为本发明事件编排生成任务流的架构示意图；
31.图4为本发明组织制造任务链的多层作业任务架构示意图；
32.图5为本发明实施例针对pcba的事件编排调度流程示意图；
33.图6为本发明实施例工艺仿真及结果反馈的程序实例展示图；
34.图7为本发明实施例调度引擎实时接收ot系统的展示图；
35.图8为本发明实施例中发生异常事件时的实例展示图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.在离散制造过程因为生产任务的可变性(如多品种小批生产、换线、生产变更、插单)，任务链上的任务发生变化，这时候需要通过调度，重新有效的适配生产需要；生产过程中的变化(如生产过程中生产进度大于或小于原生产计划，质量发生变化，生产成本发生变化)，任务链上任务的数据发生变化，这时同样需要动态进行任务调整，往往存在以下问题：一、作业车间动态调度问题是作业车间调度问题的扩展，它不仅需要确定工序加工的顺序，还要给每道工序分配机器，以各系统间的组合计算，它是一个复杂的调度问题；二、实际生产中经常考虑多维度的性能指标要求，且各项要求可能彼此冲突，常用的调度性能指标包括：最大完工时间、交货期、机器总负荷、生产成本、延迟或拖期、库存等；三、实际制造中存在广泛的不确定性因素，如机器故障、操作人员的熟练程度、原材料的差异、刀具磨损等因素，确定的加工信息很少能获得；四、实际生产制造过程是一个动态的过程，加工工件通常是依次进入待加工状态的，各种工件不断进入制造系统接受加工，已加工完的工件又不断
地离开制造系统。
38.因此本发明为解决这些问题，提供了一种技术方案：
39.请参阅图1，一种基于事件编排的离散制造系统集成和调度方法，应用于生产制造系统，包括：
40.系统集成，由物理生产线的生产数据生成数字孪生产线，数字孪生产线控制物理生产线并持续采集物理生产线的生产数据；
41.构建调度引擎，调度引擎实时获取数字孪生产线数据并下达指令至数字孪生产线实现生产调度，调度引擎以制造任务链为主线，对制造任务链中的作业任务进行事件定义和事件状态定义，对定义的事件和事件状态进行事件编排以确保制造任务链正确有序进行；
42.通过事件编排生成任务流，当事件状态发生变化时，调度引擎根据任务流自动决策，驱动数字孪生产线进行异常事件处理。
43.分布式事件编排的制造调度引擎是以制造任务链为主线的制造调度实现方法，它完全独立于其他制造it系统和控制ot系统之外。它通过事件定义(动态、静态)、事件状态定义、事件流程化的编排和事件驱动构建去中心化调度引擎，实现对各制造系统的连接集成和生产活动执行过程中的动态调度。在实际生产过程中，企业以制造任务链为主线，将当前离散的工艺数据和制造资源数据、物流资源数据串联起来，以达到工艺、计划、物管、仓储配送、生产制造等各部门的应用和数据的共享和调度，确保数据实时有效专递和交换同时，又解决了系统间的协作问题，从而实现产品工艺规划到制造执行的数字制造链。且它以状态机的形式进行任务/事件管控，当状态发生变化时，调度中心将调度下一个任务执行或触发下一个事件。
44.通过以上技术框架实现基于订单的离散制造系统集成和作业任务的驱动，实现订单排产作业任务到设备的下发，以及对应工位工艺信息的自动推送，通过对设备动态事件的编排实现设备状态的收集，动态驱动仓库和物料的变化。当动态事件出现异常的情况下，快速驱动工艺系统、排产系统快速试算，以便快速决策失效带来的影响分析和更优的决策。
45.如图2所示，制造任务链为基于生产订单的离散制造作业流，包括基于生产订单的计划调度、物流调度和生产调度，由生产订单下达后，通过计划调度生成有序的物料计划及生产计划，物料计划通过物料调度控制只能仓库和运输设备实现，生产计划由生产调度控制生产设备实现。
46.从制造系统驱动生产任务流的角度来看，通常是实现分布式系统之间的接口/事件/数据对接，同时需对原子服务加以协调、拆分、合并或路由，然后按照一定的顺序再进行编排和协调，同时对失效事件的动态调度和出发，如图3所示，实现产品工艺、订单加工和仓库物料接口、数据、事件的动态编排，定义事件可通过不同系统获取数据，以形成特定事件。
47.事件编排调度系统如何组织实际生产加工活动中的制造任务链至关重要，大部分情况下需要通过多层级的协调与编排实现高层次和更细粒度的协调调度，如图4所示，“一级事件编排与调度”实现基于工艺加工活动层面的调度，每个加工活动往往还有对应的“前置任务”、“设备参数调整”、“物流备料”、“后置活动”，这就需要通过“二级事件编排与调度”进行控制，同时二级事件所编排的活动任务与数字工厂或物理工厂的ot系统衔接，实现it和ot的整合，真正意义上实现产品制造过程任务链的实时调度。
48.接下来，本实施例针对具体需求案例进行更进一步说明，
49.pcba(电路板)加工制造企业要想在瞬息万变的市场竞争中站稳脚跟，得以生存发展，必须采用先进的生产模式，快速响应客户订单需求。为此，一方面需要通过增加制造过程的可视化、柔性化，降低产品的废品率；另一方面要保证优化预测和计划调度，减少生产的待机时间。只有通过确保生产设备高效利用和信息快速反馈才能最大化地实现生产的高效。当前，许多企业通过采用企业级管理信息系统(erp)与mes制造执行系统使生产管理水平和市场竞争力有所提高，但还不足以及时、准确地反映当前生产现场的设备状态和生产数据，导致企业资源计划层缺乏有效的设备实时信息支持，控制环节不能得到有效优化的调度与协调。
50.本实施例通过事件编排技术在生产过程中的使用实现实时制造系统间的集成与交互，从而达到实际生产任务的实时监控和异常的实时调度。
51.以pcba新产品通过作业调度实现“工艺仿真
”‑“
订单接收
”‑“
计划排程
”‑“
生产活动安排
”‑“
生产指令下发
”‑“
设备执行
”‑“
设备执行状态监控与反馈”，以及异常事件“异常报警”、“异常影响分析”、“异常决策下发”有效组织pcba制造作业任务链的和异常处理，如图5通过编排引擎实现制造系统与调度的映射。
52.在制造系统层面，对应工艺系统、工艺仿真系统、erp系统、aps系统、仓储物料分别设置接口并定义事件，对产线&设备定义事件及事件状态。在时间编排调度流程上，通过对应不同系统的接口数据及事件，形成整体制造任务链的编排，形成多系统的离散数据交互及调度。
53.其中，针对工艺仿真事件，事件编排调度流程获取pcba加工工艺信息后，向工艺仿真系统发送“仿真事件”与产品工艺信息，如图6驱动工艺仿真系统完成加工节拍模拟仿真，此时调度引擎等待仿真结果，若加工节拍不合理则驱动工艺优化，若合理，则接收订单，驱动排产流程。
54.事件编排调度流程得到aps排产结果，下发任务到产线和设备，并通知仓库物料完成备料，在加工任务执行过程中，如图7所示，实时动态监控ot系统的状态信息，以及异常反馈，此时通过引擎看板可以实施得到设备、产线状态及生产数据。
55.事件编排调度流程处于等待加工任务的完成，完成后驱动仓库物料入库，若过程中存在异常，则调度引擎监控看板出现如图8的告警或异常画面，同时根据任务流自动决策驱动工艺调整和工单重排，由此实现了自动故障处理。
56.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于事件编排的离散制造系统集成和调度方法，应用于生产制造系统，其特征在于，包括：系统集成，由物理生产线的生产数据生成数字孪生产线，数字孪生产线控制物理生产线并持续采集物理生产线的生产数据；构建调度引擎，调度引擎实时获取数字孪生产线数据并下达指令至数字孪生产线实现生产调度，调度引擎以制造任务链为主线，对制造任务链中的作业任务进行事件定义和事件状态定义，对定义的事件和事件状态进行事件编排以确保制造任务链正确有序进行；通过事件编排生成任务流，当事件状态发生变化时，调度引擎根据任务流自动决策，驱动数字孪生产线进行异常事件处理。2.根据权利要求1所述的基于事件编排的离散制造系统集成和调度方法，其特征在于，所述制造任务链为基于生产订单的离散制造作业流，包括基于生产订单的计划调度、物流调度和生产调度。3.根据权利要求1所述的基于事件编排的离散制造系统集成和调度方法，其特征在于，对作业任务进行事件定义包括静态事件定义和动态事件定义，所述静态事件定义包括对订单接收、工单下达、生产准备、物料配送、工艺路线加工、入库的事件化，所述动态事件定义包括对订单周期变化、工序延时、设备衰减和故障的事件化。4.根据权利要求2所述的基于事件编排的离散制造系统集成和调度方法，其特征在于，所述制造任务链包括多层作业任务，一级事件对应计划调度、物流调度和生产调度的工序流程事件，二级事件对应一级事件内某个工序的具体加工事件，所述二级事件与数字孪生产线衔接。5.根据权利要求4所述的基于事件编排的离散制造系统集成和调度方法，其特征在于，所述数字孪生产线与制造it系统和控制ot系统数据互通，所述二级事件所对应编排的作业任务与数字工厂或物理工厂的ot系统衔接。6.根据权利要求5所述的基于事件编排的离散制造系统集成和调度方法，其特征在于，所述二级事件包括前置任务、设备参数调整、物料备料、后置活动。7.根据权利要求1所述的基于事件编排的离散制造系统集成和调度方法，其特征在于，所述调度引擎通过分布式系统之间的接口、事件、数据对接，以制造任务链为主线进行事件编排。

技术总结
本发明涉及领域，具体公开了一种基于事件编排的离散制造系统集成和调度方法。该方法包括构建调度引擎，调度引擎实时获取数字孪生产线数据并下达指令至数字孪生产线实现生产调度，调度引擎以制造任务链为主线，对制造任务链中的作业任务进行事件定义和事件状态定义，对定义的事件和事件状态进行事件编排以确保制造任务链正确有序进行；通过事件编排生成任务流，当事件状态发生变化时，调度引擎根据任务流自动决策，驱动数字孪生产线进行异常事件处理。本发明利用它对离散事件的编排和决策调度能力，构建订单接收到制造执行任务链的闭环，实现动态调度和监控。实现动态调度和监控。实现动态调度和监控。


技术研发人员：徐建新 戴小成 谢喜玲 胡琦 唐建益
受保护的技术使用者：杰为软件系统（深圳）有限公司
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/7/12