基于物流數(shù)據(jù)采集的物流狀態(tài)提取與診斷

基于物流數(shù)據(jù)采集的物流狀態(tài)提取與診斷

0多因子檢測車間物流數(shù)據(jù)傳統(tǒng)的分散車間物流管理主要方法是填寫紙張和使用條紋。例如，rocker將紙質(zhì)卡應(yīng)用于物流系統(tǒng)，以正確記錄供應(yīng)、材料數(shù)量和原產(chǎn)地?cái)?shù)量。mikko等人研究了如何使用條形碼來自動(dòng)收集大量物流數(shù)據(jù)，并快速收集生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的物流數(shù)據(jù)。但這些手段存在一些不足,例如紙質(zhì)卡片存在易損壞或丟失、錄入費(fèi)時(shí)、容易出錯(cuò)、準(zhǔn)確度低、數(shù)據(jù)非實(shí)時(shí)獲取等缺點(diǎn)［３－４］,而條形碼存在讀寫距離有限、需目視讀取、數(shù)據(jù)容量小、僅支持批量跟蹤等缺點(diǎn),不能滿足現(xiàn)代離散車間實(shí)時(shí)、在線、精確管控的需求［５］。無線射頻識(shí)別(RadioFrequencyIDentifica-tion,RFID)技術(shù)能夠克服紙質(zhì)卡片、條形碼記錄物流數(shù)據(jù)的不足,具有非接觸式和批量讀取、抗污損(如抗油污、粉塵等)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)(如耐高溫、高濕等)、支持單品跟蹤、可回收再利用、可寫入數(shù)據(jù)等優(yōu)勢,因此越來越多的企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)都嘗試將RFID技術(shù)應(yīng)用到車間物流管理上。例如在車間物流數(shù)據(jù)獲取方面,Bruseya等［６］采用RFID技術(shù)準(zhǔn)確地識(shí)別和跟蹤物料,并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了驗(yàn)證;Schuh［７］采用RFID標(biāo)簽和電子助理系統(tǒng)解決車間物流實(shí)時(shí)信息獲取問題;劉衛(wèi)寧等［８］提出通過工位和車間控制器協(xié)調(diào)配合完成現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取。但上述研究工作未對搜集或不搜集哪些物流數(shù)據(jù)做具體規(guī)范,導(dǎo)致在實(shí)際運(yùn)用過程中可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)從搜集端開始就過于臃腫,從而增加后續(xù)物流數(shù)據(jù)處理的難度。而在車間物流監(jiān)控方面,孫惠斌等［９］提出基于Agent的裝配執(zhí)行過程監(jiān)控方法,用RFID標(biāo)簽標(biāo)志物料,解決裝配執(zhí)行過程中物料流與信息流不同步的問題;Budak等［１０］研究了基于RFID的制造監(jiān)控和分析系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了車間物料流和信息流的同步;Huang等［１１］提出基于RFID的無線制造系統(tǒng)解決方案,用于實(shí)時(shí)管理生產(chǎn)車間中的在制品;Zhang等［１２］采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)車間制造過程的實(shí)時(shí)、在線管理和監(jiān)控,從而減少制造過程中的各類物流成本。車間物流監(jiān)控的前提是物流數(shù)據(jù)處理,但上述研究較少涉及實(shí)際生產(chǎn)過程中海量物流數(shù)據(jù)的處理問題?？偟膩碚f,目前這些研究主要是一些概念驗(yàn)證,較少考慮對RFID原始數(shù)據(jù)的分析和處理,而RFID系統(tǒng)在實(shí)際工業(yè)中的應(yīng)用必然會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù),如果不能有效地進(jìn)行分析處理,則將出現(xiàn)“數(shù)據(jù)有余、信息不足”的問題,不能為物流管理提供有效的決策支持。白翱等［１３］雖然提出了面向RFID數(shù)據(jù)的物流語義分析方法,但是該方法默認(rèn)每個(gè)工位布置三個(gè)RFID讀寫器,布置如此多的RFID讀寫器對廣大中小企業(yè)來說硬件成本過高;而且文獻(xiàn)沒有涉及物流信息的反饋,當(dāng)發(fā)生物流異常時(shí),無法通過該方法確定具體哪個(gè)物料或工位出了問題,給生產(chǎn)物流異常的恢復(fù)增加了困難。因此,本文在總結(jié)上述研究成果的基礎(chǔ)上,利用RFID技術(shù)手段,提出一種每個(gè)工位只需安裝一個(gè)RFID讀寫器便能實(shí)現(xiàn)車間在制品物流狀態(tài)信息獲取的方法。在制品物流狀態(tài)信息能夠?yàn)檐囬g管理人員合理決策提供參考依據(jù),從而有效地提高車間的物流精細(xì)化管控水平,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化精確制造和高效制造。1基于rfid的物流數(shù)據(jù)篩選和處理1.1硬件之間的鎖定為了獲取車間在制品物流數(shù)據(jù),需要使用的感知型硬件包括RFID讀寫器和RFID標(biāo)簽兩類,并需要對每個(gè)RFID讀寫器和RFID標(biāo)簽進(jìn)行編號。此外,還要對車間每個(gè)工位、物料以及每道工序進(jìn)行編號。因?yàn)槲锪弦耘蔚男问剿腿胫圃燔囬g,所以要對每個(gè)批次進(jìn)行編號,并將該批次編號稱為作業(yè)任務(wù)編號。在對RFID讀寫器、RFID標(biāo)簽、工位、工序、物料和作業(yè)任務(wù)進(jìn)行編號后,需要在批次物料送入制造系統(tǒng)之前對不同硬件之間的關(guān)系進(jìn)行綁定,綁定規(guī)則如下:(1)分析RFID讀寫器、工位和工序之間的綁定關(guān)系。每個(gè)工位安裝有各自的RFID讀寫器,因此RFID讀寫器和工位之間的綁定關(guān)系為一對一;而工位與工序之間的關(guān)系本文規(guī)定為一對一。則“工序—工位—RFID讀寫器”的綁定關(guān)系可表示為式中:Pｊ表示第j道工序的編號;Wｌ表示第l個(gè)工位的編號,并規(guī)定若工位數(shù)量有L個(gè),則第1個(gè)工位W１為領(lǐng)料出庫工位,第l個(gè)工位Wｌ為加工及裝配工位或中間檢驗(yàn)工位,第L-1道工位WＬ－１為最終檢驗(yàn)工位,第L個(gè)工位WＬ為完工入庫工位,且2≤l≤L-2;rｙ表示第y個(gè)RFID讀寫器的編號;表示實(shí)體之間的綁定關(guān)系為一對一。(2)分析作業(yè)任務(wù)、物料和RFID標(biāo)簽之間的綁定關(guān)系。一個(gè)作業(yè)任務(wù)可能包含多個(gè)物料,因此作業(yè)任務(wù)和物料之間的綁定關(guān)系為一對多;而每個(gè)物料均粘貼有各自的RFID標(biāo)簽,因此物料和RFID標(biāo)簽之間的綁定關(guān)系為一對一,“作業(yè)任務(wù)—物料—RFID標(biāo)簽”的綁定關(guān)系表示為式中:Taskｔ表示第t個(gè)作業(yè)任務(wù)的編號;Mｋ表示第k個(gè)物料的編號;Idｘ表示第x個(gè)RFID標(biāo)簽的編號;”表示實(shí)體之間的綁定關(guān)系為一對多。1.2物流事件的構(gòu)建布置在工位上的RFID讀寫器感應(yīng)并讀取到任意一個(gè)物料上的RFID標(biāo)簽時(shí),會(huì)產(chǎn)生一條tｎ時(shí)刻的RFID原始數(shù)據(jù){Idｘ,rｙ,tｎ},即RFID原始數(shù)據(jù)包括RFID標(biāo)簽編號Idｘ、RFID讀寫器編號rｙ和讀取時(shí)間tｎ。將{Idｘ,rｙ,tｎ}這一組由RFID讀寫器傳入PC端的數(shù)據(jù)記作一個(gè)集合Eｒ(tｎ),稱為簡單事件,即簡單事件={RFID標(biāo)簽編號,RFID讀寫器編號,讀取時(shí)間}。進(jìn)一步,根據(jù)讀寫器編號rｙ與工位編號Wｌ的一一對應(yīng)關(guān)系以及RFID標(biāo)簽編號Idx與物料編號Mk的一一對應(yīng)關(guān)系,可將簡單事件Er(tn)轉(zhuǎn)化為一個(gè)物流事件Em(tn),即物流事件={物料編號,工位編號,讀取時(shí)間}。根據(jù)物流事件Eｍ(tｎ)提供的物料編號Mｋ、工位編號Wｌ和讀取時(shí)間tｎ三個(gè)數(shù)據(jù),可知在tｎ時(shí)間點(diǎn)上,第k個(gè)物料上的RFID標(biāo)簽被第l個(gè)工位上的RFID讀寫器感應(yīng)到。1.3確定最佳生產(chǎn)行為矩陣物流矩陣模型是由三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的物流矩陣構(gòu)成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型,用來處理和存儲(chǔ)物流事件Eｍ(tｎ)提供的數(shù)據(jù),三個(gè)物流矩陣分別為物料—工位矩陣M１、物料—事件矩陣M２和工位—事件矩陣M３,構(gòu)建方法如下:設(shè)物料數(shù)量為K個(gè),工位數(shù)量為L個(gè),事件類型有六種,e為事件編號,e取1~6,六種事件分別為領(lǐng)料出庫事件、加工及裝配事件、返工事件、報(bào)廢事件、最終檢驗(yàn)事件和完工入庫事件,則:在作業(yè)任務(wù)下達(dá)后、未進(jìn)入制造系統(tǒng)前,需將M１,M２和M３的所有元素賦值為0,令賦值完成時(shí)刻為tｎ且n=0,從而完成矩陣的初始化。1.4數(shù)據(jù)輸入規(guī)則首先,規(guī)定對物料執(zhí)行如下操作:在物料到達(dá)工位時(shí),將該物料上的RFID標(biāo)簽在該工位上的RFID讀寫器處刷一次;在物料離開工位時(shí),無需再次刷標(biāo)簽,除非物料報(bào)廢才再次刷標(biāo)簽。在得到tｎ時(shí)刻的物流事件Eｍ(tｎ)后,需將物流事件Eｍ(tｎ)中的物料編號Mｋ、工位編號Wｌ和讀取時(shí)間tｎ三個(gè)數(shù)據(jù),按照一定的數(shù)據(jù)輸入規(guī)則載入tｎ－１時(shí)刻的三個(gè)物流矩陣,數(shù)據(jù)輸入規(guī)則和步驟如下:(1)若l=1,則發(fā)生領(lǐng)料出庫事件,即e=1。(7)若l=L,則發(fā)生完工入庫事件,即e=6。經(jīng)過以上步驟,物流事件Eｍ(tｎ)的數(shù)據(jù)按照一定規(guī)則載入三個(gè)物流矩陣中,且事件編號e在載入過程中得以識(shí)別,物流事件數(shù)據(jù)以三個(gè)互相關(guān)聯(lián)的物流矩陣的形式存儲(chǔ)起來,為后續(xù)在制品物流信息的提取與分析做好了準(zhǔn)備。2在產(chǎn)品物流狀態(tài)分析中通過分析三個(gè)物流矩陣中的元素值,可以獲取在制品物流狀態(tài)信息,包括領(lǐng)料出庫信息、加工進(jìn)度與返工、報(bào)廢信息、終檢及完工入庫信息等。2.1存儲(chǔ)信息的分析(1)單材料的隨機(jī)對照信息分析(2)單任務(wù)和任務(wù)的歸檔分析2.2在加工完成后，返回和報(bào)廢信息的分析中(3)單字段返回分析2.3完成庫的信息分析(1)單材料完成庫的信息分析(2)單項(xiàng)任務(wù)完成后的信息分析(3)全單元完成后的存儲(chǔ)信息分析3閾值設(shè)定預(yù)警本文通過對某個(gè)時(shí)刻物料與工位的物流狀態(tài)進(jìn)行診斷,判斷該時(shí)刻的物流狀態(tài)是否異常。另外,需要提前設(shè)定一個(gè)閾值(或參照值),當(dāng)實(shí)際運(yùn)行值高于(或者低于)該閾值時(shí),系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警。閾值的設(shè)定可以根據(jù)生產(chǎn)管理者自身的經(jīng)驗(yàn)完成,也可以通過對歷史物流數(shù)據(jù)的分析自動(dòng)完成。具體步驟如下:4物流矩陣的建立在分析方法和原理的基礎(chǔ)上,以某汽車電機(jī)制造企業(yè)為背景,給出車間在制品物流狀態(tài)分析的應(yīng)用實(shí)例,以指導(dǎo)企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過程中的實(shí)施和運(yùn)用。首先,在硬件配置方面,本文涉及的內(nèi)容包括RFID讀寫器、RFID標(biāo)簽、終端顯示設(shè)備(例如顯示器、電子看板、平板電腦)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、交換機(jī)和應(yīng)用程序服務(wù)器。方法的具體實(shí)施包括9個(gè)步驟,如圖1所示。步驟1下達(dá)作業(yè)任務(wù),綁定“作業(yè)任務(wù)—物料—RFID標(biāo)簽”和“工位—工序—RFID讀寫器”。步驟2分別構(gòu)建三個(gè)物流矩陣并初始化。分別構(gòu)建物料—工位矩陣M１、物料—事件矩陣M２、工位—事件矩陣M３三個(gè)物流矩陣,作為物流數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的載體。已知下達(dá)作業(yè)任務(wù)的物料數(shù)量為5個(gè),工位數(shù)量為6個(gè),事件類型有6種,e為事件編號,e取1~6,六種事件分別為領(lǐng)料出庫事件、加工及裝配事件、返工事件、報(bào)廢事件、最終檢驗(yàn)事件和完工入庫事件,則:M１為一個(gè)5行6列矩陣,矩陣的行表示物料編號Mｋ,列表示工位編號Wｌ;M２為一個(gè)5行6列矩陣,矩陣的行表示物料編號Mｋ,列表示事件編號e;M３為一個(gè)6行6列矩陣,矩陣的行表示工位編號Wｌ,列表示事件編號e。接下來,分別將M１,M２和M３的所有元素進(jìn)行賦值,賦值為0,并令賦值完成時(shí)刻為tｎ且時(shí)間序號n=0,至此完成了三個(gè)物流矩陣的初始化。步驟3獲取某個(gè)時(shí)刻tｎ的RFID原始數(shù)據(jù)。步驟7對tｎ時(shí)刻的物料與工位的物流狀態(tài)進(jìn)行診斷,判斷物流狀態(tài)是否異常,若異常則進(jìn)行步驟8,否則進(jìn)行步驟9。5對車間物流運(yùn)行過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控本文針對生產(chǎn)物流數(shù)據(jù)量龐大導(dǎo)致車間物流管理困難的問題,提出一套用于在制品物流數(shù)據(jù)采集、信息提取和實(shí)時(shí)分析的方法。采用RFID技術(shù)采集物流原始數(shù)據(jù),將物流原始數(shù)據(jù)按照一定規(guī)則進(jìn)行組織后形成物流事件;構(gòu)建三個(gè)物流矩陣,按照數(shù)據(jù)輸入規(guī)則將物流事件數(shù)據(jù)載入三個(gè)物流矩陣;通過分析和判斷三個(gè)物流矩陣中的元素值,獲取在制品物流狀態(tài)信息,診斷工位和物料的物流狀態(tài)是否異常。獲取的在制品物流信息能夠?yàn)檐囬g管理人員合理決策提供參考依據(jù),從而有效提高車間物流管控水平。最后以汽車電機(jī)制造廠為例,給出本文所提原理和方法的具體應(yīng)用步驟,對企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過程中實(shí)施和運(yùn)用本方法具有一定的指導(dǎo)意義。在本文研究的基礎(chǔ)上,后續(xù)有待開展的工作是基于已有的實(shí)時(shí)物流信息,對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的在制品物流狀態(tài)異?；蚱x進(jìn)行快速判斷和恢復(fù),從而保證車間物流運(yùn)行的健康與穩(wěn)定。M2為一個(gè)K行6列矩陣,矩陣的行表示物料編號Mk,列表示事件編號e,第k行第e列元素M(k,e)2的值表示第k個(gè)物料發(fā)生第e種事件的次數(shù),M3為一個(gè)L行6列矩陣,矩陣的行表示工位編號Wl,列表示事件編號e,第l行第e列元素M(l,e)3的值表示第l個(gè)工位發(fā)生第e種事件的次數(shù),式中M(k,l)1(tn)為tn時(shí)刻M1第k行第l列的元素值。設(shè)物料編號為Mk,若M1第k行第1列的元素M(k,l)1>0,則第k個(gè)物料已經(jīng)領(lǐng)料出庫。(1)第l個(gè)物料返還事件M1為一個(gè)K行L列矩陣,矩陣的行表示物料編號Mk,列表示工位編號Wl,第k行第l列元素M(k,l)1的值表示第k個(gè)物料在第l個(gè)工位上發(fā)生感應(yīng)的次數(shù),步驟1根據(jù)物流事件Em(tn)提供的物料編號Mk和工位編號Wl,對M1的第k行第l列元素M(k,l)1按式(8)進(jìn)行賦值:步驟2根據(jù)物流事件Em(tn)提供的工位編號Wl以及tn-1時(shí)刻M1第k行第l列元素值M(k,l)1(tn-1),按照以下規(guī)則進(jìn)行判斷,得到事件編號e:(2)若2≤l≤L-2,M(k,l)1(tn-1)=0,則發(fā)生加工及裝配事件,即e=2。(3)若2≤l≤L-2,M(k,l)1(tn-1)≥1,并且第k個(gè)物料的RFID標(biāo)簽在tn時(shí)刻前最近一次感應(yīng)所在的工位不是第l個(gè)工位,則發(fā)生返工事件,即e=3。(4)若2≤l≤L-2,M(k,l)1(tn-1)≥1,并且第k個(gè)物料的RFID標(biāo)簽在tn時(shí)刻前最近一次感應(yīng)所在的工位是第l個(gè)工位,則發(fā)生報(bào)廢事件,即e=4。(5)若l=L-1,且第k個(gè)物料的RFID標(biāo)簽在tn時(shí)刻前最近一次感應(yīng)所在的工位是第L-1個(gè)工位,則發(fā)生報(bào)廢事件,即e=4。(6)若l=L-1,且第k個(gè)物料的RFID標(biāo)簽在tn時(shí)刻前最近一次感應(yīng)所在的工位不是第L-1個(gè)工位,則發(fā)生最終檢驗(yàn)事件,即e=5。步驟3根據(jù)步驟2得到的事件編號e和物流事件Em(tn)提供的物料編號Mk,對M2第k行第e列元素M(k,e)2按式(9)進(jìn)行賦值:式中M(k,e)2(tn)為tn時(shí)刻物料—事件矩陣M2第k行第e列的元素值。步驟4根據(jù)步驟2得到的事件編號e和物流事件Em(tn)提供的工位編號Wl,對M3的第l行第e列元素M(l,e)3按式(10)進(jìn)行賦值:式中M(l,e)3(tn)為tn時(shí)刻M3第l行第e列的元素值。M(k,1)1的初始值為0,由式(8)的執(zhí)行過程可知,當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趉個(gè)物料被第1個(gè)工位上的RFID讀寫器感應(yīng)到,M(1第k行第1列的元素Mk,1)1才會(huì)執(zhí)行加1操作,導(dǎo)致M(k,1)1值大于0。因此,M1第k行第1列的元素M(k,1)1>0,則第k個(gè)物料被布置在第1個(gè)工位(領(lǐng)料出庫工位)上的RFID讀寫器感應(yīng)過,即第k個(gè)物料已經(jīng)領(lǐng)料出庫。設(shè)作業(yè)任務(wù)編號為Taskt,若Taskt所對應(yīng)的物料編號集為{Mk1,Mk2,Mk3,…,Mkn},則對M2中這些物料編號的第1列元素M(k1,1)2,M(k2,1)2,…,M(kn,1)2的值求和,可得作業(yè)任務(wù)Taskt的物料批次中已經(jīng)領(lǐng)料出庫的物料個(gè)數(shù)。M(k,1)2的初始值為0,由式(9)的執(zhí)行過程可知,當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趉個(gè)物料發(fā)生一次第1種事件(領(lǐng)料出庫事件),M2第k行第1列的元素M(k,1)2會(huì)執(zhí)行一次加1操作。因此,根據(jù)作業(yè)任務(wù)與物料的綁定關(guān)系,找出某個(gè)任務(wù)編號對應(yīng)的物料編號集后,對這些物料的M(k,1)2值求和,即可得到該作業(yè)任務(wù)的領(lǐng)料出庫事件次數(shù)。又因?yàn)槊總€(gè)物料只發(fā)生一次領(lǐng)料出庫事件,所以作業(yè)任務(wù)的領(lǐng)料出庫事件次數(shù)與已經(jīng)領(lǐng)料出庫的物料個(gè)數(shù)相等。(3)已經(jīng)領(lǐng)料出庫的物料個(gè)數(shù)整個(gè)車間已經(jīng)領(lǐng)料出庫的物料總數(shù)為M3第1行第1列的元素值M(1,1)3。由1.4節(jié)中步驟2提供的規(guī)則可知,有且僅有第1個(gè)工位會(huì)發(fā)生領(lǐng)料出庫事件。因此,每當(dāng)車間內(nèi)發(fā)生一次領(lǐng)料出庫事件,M3第1行第1列的元素M(1,1)3就會(huì)執(zhí)行一次加1操作;因?yàn)镸(1,1)3的初始值為0,所以整個(gè)車間的領(lǐng)料出庫事件次數(shù)為M(1,1)3。又因?yàn)槊總€(gè)物料只發(fā)生一次領(lǐng)料出庫事件,所以整個(gè)車間發(fā)生的領(lǐng)料出庫事件的次數(shù)與已經(jīng)領(lǐng)料出庫的物料個(gè)數(shù)相等。因此,整個(gè)車間已經(jīng)領(lǐng)料出庫的物料總數(shù)為工位—事件矩陣M3第1行第1列的值M(1,1)3。設(shè)物料編號為Mk,若M1第k行第l列的元素M(k,l)1>0且第k行第l+1列元素M(k,l+1)1=0,則第k個(gè)物料最遠(yuǎn)到達(dá)過第l個(gè)工位。M(k,l)1的初始值為0,由式(8)的執(zhí)行過程可知,當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趉個(gè)物料被第l個(gè)工位上的RFID讀寫器感應(yīng)到,M1第k行第l列的元素M(k,l)1才會(huì)執(zhí)行加1操作,導(dǎo)致M(k,l)1值大于0。因此,M1第k行第l列的元素M(k,l)1>0,第k個(gè)物料被布置在第l個(gè)工位(加工及裝配工位或中間檢驗(yàn)工位)上的RFID讀寫器感應(yīng)過,即第k個(gè)物料已經(jīng)到達(dá)過第l個(gè)工位;M1第k行第l+1列的元素M(k,l+1)1=0,第k個(gè)物料未被布置在第l+1個(gè)工位上的RFID讀寫器感應(yīng)過,即第k個(gè)物料從未到達(dá)過第l+1個(gè)工位。綜上可知,第k個(gè)物料最遠(yuǎn)到達(dá)過第l個(gè)工位。(2)第k行第3列元素的返工事件設(shè)物料編號為Mk,若M2第k行第3列元素M(k,3)2>0,則第k個(gè)物料發(fā)生過返工事件,且發(fā)生的次數(shù)為M(k,3)2。M(k,e)2的初始值為0,由式(9)的執(zhí)行過程可知,當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趉個(gè)物料發(fā)生過第e種事件,M2第k行第e列元素M(k,e)2才會(huì)大于0。因此,M2第k行第3列的元素M(k,3)2>0,第k個(gè)物料發(fā)生過返工事件。又由式(9)可知,每當(dāng)?shù)趉個(gè)物料發(fā)生一次返工事件,M2第k行第3列的元素M(k,3)2就會(huì)執(zhí)行一次加1操作,因此第k個(gè)物料發(fā)生返工事件的次數(shù)為M(k,3)2。設(shè)工位編號為Wl,若M3第l行第3列的元素M(l,3)3>0,第l個(gè)工位上有物料返工過,且該工位處理返工物料的次數(shù)為M(l,3)3。M(l,e)3的初始值為0,由式(10)執(zhí)行過程可知,當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趌個(gè)工位發(fā)生過第e種事件,M3第l行第e列的元素M(l,e)3才會(huì)大于0。因此,M3第l行第3列的元素M(l,3)3>0,則第l個(gè)工位發(fā)生過返工事件,即有物料在該工位返工過。又由式(10)可知,每當(dāng)?shù)趌個(gè)工位發(fā)生一次返工事件,M3第l行第3列的元素M(l,3)3就會(huì)執(zhí)行一次加1操作,因此第l個(gè)工位發(fā)生返工事件的次數(shù)為M(l,3)3,工位發(fā)生返工事件的次數(shù)即為工位處理返工物料的次數(shù)。(4)mk,e2的初始始值設(shè)物料編號為Mk,若M2的第k行第3列的元素M(k,3)2>0,則第k個(gè)物料發(fā)生過報(bào)廢事件,且發(fā)生的次數(shù)為M(k,4)2。M(k,e)2的初始值為0,由式(9)的執(zhí)行過程可知,當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趉個(gè)物料發(fā)生過第e種事件,M2第k行第e列的元素M(k,e)2才會(huì)大于0。因此,M2第k行第4列的元素M(k,4)2>0,第k個(gè)物料發(fā)生過報(bào)廢事件。又由式(9)可知,每當(dāng)?shù)趉個(gè)物料發(fā)生一次報(bào)廢事件,M2第k行第4列的元素M(k,4)2就會(huì)執(zhí)行一次加1操作,第k個(gè)物料發(fā)生報(bào)廢事件的次數(shù)為M(k,4)2。(5)第k個(gè)物料已經(jīng)1個(gè)給藥作業(yè)任務(wù)時(shí)物料的上傳設(shè)工位編號為Wl,若M3第l行第4列的元素M(l,4)3>0,則第l個(gè)工位上有物料報(bào)廢過,且該工位報(bào)廢物料的個(gè)數(shù)為M(l,4)3。M(l,e)3的初始值為0,由式(10)的執(zhí)行過程可知,當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趌個(gè)工位發(fā)生過第e種事件,M3第l行第e列的元素M(l,e)3才會(huì)大于0。因此,M3第l行第4列的元素M(l,4)3>0,第l個(gè)工位發(fā)生過報(bào)廢事件。又由式(10)可知,每當(dāng)?shù)趌個(gè)工位發(fā)生一次物料報(bào)廢事件,M3第l行第4列的元素M(l,4)3就會(huì)執(zhí)行一次加1操作,第l個(gè)工位發(fā)生物料報(bào)廢事件的次數(shù)為M(l,4)3。因?yàn)槊總€(gè)物料最多只發(fā)生一次物料報(bào)廢事件,所以工位發(fā)生物料報(bào)廢事件次數(shù)與工位報(bào)廢物料的個(gè)數(shù)相等,第l個(gè)工位報(bào)廢物料的個(gè)數(shù)為M(l,4)3。設(shè)物料編號為Mk,若M1第k行最后一列的元素M(k,l)1>0,則第k個(gè)物料已經(jīng)完工入庫。M(k,l)1的初始值為0,由式(8)執(zhí)行過程可知,當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趉個(gè)物料被第L個(gè)工位(完工入庫工位)上的RFID讀寫器感應(yīng)到,M1第k行第L列的元素M(k,l)1才會(huì)執(zhí)行加1操作,導(dǎo)致M(k,l)1值大于0。因此,M1第k行第L列的元素M(k,l)1>0,則第k個(gè)物料被布置在第L個(gè)工位(完工入庫工位)上的RFID讀寫器感應(yīng)過,即第k個(gè)物料已經(jīng)完工入庫。設(shè)作業(yè)任務(wù)編號為Taskt,若Taskt所對應(yīng)的物料編號集為{Mk1,Mk2,Mk3,…,Mkn},則對M2中這些物料編號的第6列元素M(k1,6)2,M(k2,6)2,…,M(kn,6)2的值求和,得到作業(yè)任務(wù)Taskt的物料批次中已經(jīng)完工入庫的物料個(gè)數(shù)。M(k,6)2的初始值為0,由式(9)的執(zhí)行過程可知,當(dāng)且僅當(dāng)?shù)趉個(gè)物料發(fā)生一次第6種事件(完工入庫事件),M2的第k行第6列元素M(k,6)2就會(huì)執(zhí)行一次加1操作。因此,根據(jù)作業(yè)任務(wù)與物料的綁定關(guān)系,找出某個(gè)任務(wù)編號對應(yīng)的物料編號集后,對這些物料的M(k,6)2值求和,即可得到該作業(yè)任務(wù)的完工入庫事件次數(shù)。又因?yàn)槊總€(gè)物料只會(huì)發(fā)生一次完工入庫事件,所以作業(yè)任務(wù)的完工入庫事件次數(shù)與已經(jīng)完工入庫的物料個(gè)數(shù)相等。整個(gè)車間已經(jīng)完工入庫的物料總數(shù)為M(L,6)3,M(L,6)3為M3第L行第6列元素的值。由1.4節(jié)中步驟2提供的規(guī)則可知,有且僅有第L個(gè)工位發(fā)生完工入庫事件。因此,每當(dāng)車間內(nèi)發(fā)生一次完工入庫事件,M3第L行第6列的元素M(L,6)3就會(huì)執(zhí)行一次加1操作。因?yàn)镸(L,6)3的初始值為0,所以整個(gè)車間的完工入庫事件次數(shù)為M(L,6)3。又因?yàn)槊總€(gè)物料只會(huì)發(fā)生一次完工入庫事件,所以整個(gè)車間發(fā)生的完工入庫事件次數(shù)與已經(jīng)完工入庫的物料個(gè)數(shù)相等,整個(gè)車間已經(jīng)完工入庫的物料總數(shù)為M(L,6)3。(1)將tn時(shí)刻各個(gè)物料的返工事件次數(shù)M(k,3)2和報(bào)廢事件次數(shù)M(k,4)2分別與同類物料的物料返工事件次數(shù)上限MFGk和物料報(bào)廢事件次數(shù)上限MBFk進(jìn)行比較,判斷物料的物流狀態(tài)是否異常:式中1≤k≤K。若滿足式(11),則各個(gè)物料的物流狀態(tài)正常,不生成預(yù)警信息;否則生成預(yù)警信息,提示物料返工事件次數(shù)或報(bào)廢事件次數(shù)超過閾值的異常物料,并將異常物料的物料編號M3)k、物料返工事件次數(shù)M(k,2和物料報(bào)廢事件次數(shù)M(k,4)2反饋到終端顯示設(shè)備。(2)將tn時(shí)刻各個(gè)工位的返工事件次數(shù)M(l,3)3和報(bào)廢事件次數(shù)M(l,4)3分別與處理同數(shù)量同類物料的工位返工事件次數(shù)上限WFGl和工位報(bào)廢事件次數(shù)上限WBFl進(jìn)行比較,判斷工位的物流狀態(tài)是否異常:式中:M(l,3)3中的l滿足1<l<L-1,M(l,4)3中的l滿足1<l<L。若滿足式(12),則各個(gè)工位的物流狀態(tài)正常,不生成預(yù)警信息;否則生成預(yù)警信息,提示工位返工事件次數(shù)或報(bào)廢事件次數(shù)超過閾值的異常工位,并將異常工位的工位編號W(l,3)l、工位返工事件次數(shù)M3和報(bào)廢事件次數(shù)M(l,4)3反饋到終端顯示設(shè)備。(3)根據(jù)預(yù)警提示以及顯示在終端設(shè)備上的異常工位Wl或異常物料Mk,對物流狀態(tài)異常工位的設(shè)備進(jìn)行檢查調(diào)整或更換異常物料,使物流狀態(tài)恢復(fù)正常。設(shè)備間的連接方面,RFID讀寫器帶有RS-232串口與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器(即計(jì)算機(jī))進(jìn)行連接,同時(shí)需要通過開發(fā)對RFID讀寫器數(shù)據(jù)的處理程序來控制RFID讀寫器,將讀取到的RFID原始數(shù)據(jù){Idx,ry,tn}傳入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理;應(yīng)用程序服務(wù)器運(yùn)行所需的應(yīng)用程序,并通過交換機(jī)以TCP/IP協(xié)議與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行通訊;數(shù)據(jù)庫服務(wù)器需要安裝數(shù)據(jù)庫軟件,如Oracle,SQLserver,mySQL,用來存儲(chǔ)物流矩陣表、工位表、工序表、物料表和事件表等,為應(yīng)用程序服務(wù)器運(yùn)行應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)支持;終端顯示設(shè)備,如電子看板可通過RS-232接口、顯示器和數(shù)字視頻接口(DigitalVisualInterface,DVI)接收并顯示應(yīng)用程序處理得到的在制品物流狀態(tài)信息。2013年2月15日早8∶15∶00,生產(chǎn)部門下達(dá)兩個(gè)生產(chǎn)作業(yè)任務(wù),作業(yè)任務(wù)編號分別為Task1和Task2,生產(chǎn)總數(shù)為5臺(tái)。其中:Task1包含的物料編號為M1,M2和M3,Task2包含的物料編號為M4和M5。車間工位數(shù)量為6,按照規(guī)定,第1個(gè)工位W1為領(lǐng)料出庫工位,第5個(gè)工位W5為最終檢驗(yàn)工位,最后一個(gè)工位W6為完工入庫工位,其他工位為加工及裝配工位或中間檢驗(yàn)工位。因此,需要使用5個(gè)RFID標(biāo)簽和6個(gè)RFID讀寫器,綁定“作業(yè)任務(wù)—物料—RFID標(biāo)簽”和“工位—工序—RFID讀寫器”,分別如表1和表2所示。在t16時(shí)刻,編號為r3的讀寫器感應(yīng)到編號為Id4的標(biāo)簽,得到的RFID原始數(shù)據(jù)為{Id4,r3,t16}。步驟4將tn時(shí)刻的RFID原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為物流事件。將得到的t16時(shí)刻的RFID原始數(shù)據(jù)通過RS-232接口傳輸至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器并做預(yù)處理。原始數(shù)據(jù){Id4,r3,t16}可轉(zhuǎn)化為簡單事件Er(t16)={Id4,r3,t16}。由表1和表2可知,讀寫器編號r3與工位編號W3綁定,標(biāo)簽編號Id4與物料編號M4綁定,則簡單事件Er(t16)可以轉(zhuǎn)換為物流事件Em(t16)={M4,W3,t16},由此可知在t16時(shí)刻,第3個(gè)工位上的讀寫器感應(yīng)到了物料M4上的標(biāo)簽。步驟5將物流事件數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)輸入規(guī)則載入tn-1時(shí)刻的三個(gè)物流矩陣,載入完成后的矩陣為tn時(shí)刻的三個(gè)物流矩陣。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器處理得到的物流事件為Em(t16)={M4,W3,t16},并且已知t15時(shí)刻的三個(gè)物流矩陣為:對t16時(shí)刻的三個(gè)物流矩陣賦值步驟如下:(1)對于物料—工位矩陣M1,根據(jù)物流事件Em(t16)提供的物料編號M4和工位編號W3,對M1第4行第3列的元素M(4,3)1作以下賦值:M(4,3)1(t16)=M(4,3)1(t15)+1=1+1=2。因此,t16時(shí)刻的M1變?yōu)?2)t)15時(shí)刻M1第4行第3列的元素值M(4,31(t15)=1≥1且2≤l(l=3)≤4,因此t16時(shí)刻發(fā)生的事件可能是返工事件也可能是報(bào)廢事件。通過搜索,第4個(gè)物料上的RFID標(biāo)簽在t16時(shí)刻前的最近一次感應(yīng)所在的工位是第3個(gè)工位,即同一標(biāo)簽在同一讀寫器上連續(xù)感應(yīng)兩次,則t16時(shí)刻發(fā)生的事件為物料報(bào)廢事件,即e=4。(3)根據(jù)物流事件Em(t16)提供的物料編號M4和(2)得到的事件編號4,對M2第4行第4列的元素M(4,4)2進(jìn)行以下賦值:M(4,4)2(t16)=M(4,4)2(t15)+1=0+1=1。因此,t16時(shí)刻的M2變?yōu)?4)根據(jù)物流事件Em(t16)提供的工位編號W3和(2)得到的事件編號4,對M3第3行第4列的元素M(3,4)3進(jìn)行以下賦值M(3,4)3(t16)=M(3,4)3(t15)+1=0+1=1。因此,t16時(shí)刻的M3變?yōu)橥ㄟ^以上過程,完成了三個(gè)互相關(guān)聯(lián)的矩陣對t16時(shí)刻生成的物流事件數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),為后續(xù)在制品物流狀態(tài)信息分析做好準(zhǔn)備。步驟6分析步驟5得到的t16時(shí)刻的三個(gè)物流矩陣中的元素值,獲取t16時(shí)刻在制品的物流狀態(tài)信息,包括領(lǐng)料出庫信息、加工進(jìn)度與返工和報(bào)廢信息、終檢及完工入庫信息。(1)對t16時(shí)刻的M1進(jìn)行分析可以得到:M1第k行第1列的元素M(k,1)1全部大于0(1≤k≤5),表明這5個(gè)物料都已經(jīng)領(lǐng)料出庫。M1第k行第3列的元素M(k,3)1>0且第k行第4列的元素M(k,4)1=0(1≤k≤4),表明這4個(gè)物料都最遠(yuǎn)到達(dá)過第3個(gè)工位。M(1第k行第6列的元素Mk,6)1(1≤k≤5)全部等于0,表明這5個(gè)物料均未完工入庫。其中,系統(tǒng)運(yùn)行過程中第1個(gè)物料和第2個(gè)工位的物流信息界面分別如圖2和圖3所示。(3)對t16時(shí)刻的M3進(jìn)行分析可以得到:M3第1行第1列的元素M(1,1)3=5,表明整個(gè)車間已經(jīng)領(lǐng)料出庫的物料總數(shù)為5;M(2,3)3=1表明第2個(gè)工位已經(jīng)發(fā)生1次物料返工事件;M(3,4)3=1表明第3個(gè)工位已經(jīng)發(fā)生1次物料報(bào)廢事件。M3第6行第6列的元素M(6,6)3=0,表明整個(gè)車間已經(jīng)完工入庫的物料總數(shù)為0。其中