• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2021, Vol. 57 ›› Issue (20): 277-291.doi: 10.3901/JME.2021.20.277

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大数据驱动的离散制造车间生产过程智能管控方法研究

方伟光1,2, 郭宇1, 黄少华1,3, 刘道元1, 崔世婷1, 廖文和1, 洪东跑2   

  1. 1. 南京航空航天大学航空宇航制造工程系 南京 210016;
    2. 中国运载火箭技术研究院 北京 100076;
    3. 清华大学工业工程系 北京 100084
  • 收稿日期:2020-06-30 修回日期:2021-04-21 出版日期:2021-10-20 发布日期:2021-12-15
  • 通讯作者: 郭宇(通信作者),男,1971年出生,教授,博士研究生导师。主要研究方向为智能制造技术、制造物联网、制造大数据技术、制造系统仿真与优化。E-mail:guoyu@nuaa.edu.cn
  • 作者简介:方伟光,男,1990年出生,博士。主要研究方向为制造大数据、智能制造技术、车间生产管控。E-mail:fang_weiguang@hotmail.com;黄少华,男,1990年出生,博士后。主要研究方向为智能制造技术、制造物联技术、车间生产管控。E-mail:shaohuah@nuaa.edu.cn;刘道元,男,1995年出生,博士研究生。主要研究方向为制造大数据分析、车间调度。E-mail:l1562773948@163.com;崔世婷,女,1996年出生,硕士研究生。主要研究方向为制造大数据分析、车间生产异常检测。E-mail:1767493582@qq.com;廖文和,男,1965年出生,教授,博士研究生导师。主要研究方向为智能制造技术、微小卫星技术、CAD/CAM、高端机器人装备等。E-mail:cnwho@mail.njust.edu.cn;洪东跑,男,1983年出生,博士,研究员。主要研究方向为装备智能保障体系、装备健康管理和飞行器总体设计。Email:hloving@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(52105522)、江苏省自然科学基金(BK20202007)和国防基础科研重点(JCKY2016605B006)资助项目。

Big Data Driven Intelligent Production Control of Discrete Manufacturing Process

FANG Weiguang1,2, GUO Yu1, HUANG Shaohua1,3, LIU Daoyuan1, CUI Shiting1, LIAO Wenhe1, HONG Dongpao2   

  1. 1. Department of Manufacturing Engineering of Aeronautics & Astronautics, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016;
    2. China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing 100076;
    3. Department of Industrial Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084
  • Received:2020-06-30 Revised:2021-04-21 Online:2021-10-20 Published:2021-12-15

摘要: 在智能制造背景下,离散制造企业对利用大数据技术提高车间生产管控水平提出了迫切的需求。研究大数据驱动的离散制造车间生产过程智能管控方法,在明确离散制造车间特点与管控需求的基础上,分析了传统方法的局限性和大数据方法的优势,进而提出大数据驱动的离散制造车间生产过程管控总体框架,以制造大数据的"采集-处理-分析-服务"为主线开展研究。在"进度预测-瓶颈发现-异常溯源-智能决策"的生产过程闭环管控机制中,分别提出:基于堆叠稀疏自编码机的生产进度在线预测技术,基于平行门控循环单元的生产瓶颈漂移发现技术,基于密度峰值-模糊C均值的生产异常溯源分析技术和基于多智能体强化学习的生产过程智能决策技术。最后,以某航空企业典型离散制造车间作为对象,对所提出的大数据分析与智能决策方法进行了原型系统开发和应用验证。

关键词: 离散制造车间, 制造大数据, 生产过程管控, 数据分析, 智能决策

Abstract: Under intelligent manufacturing era, there is pressing demands from discrete manufacturing enterprise to utilize big data (BD) technologies for enhancing the level of production management and control (PM&C). The BD driven intelligent PM&C in discrete manufacturing process is studied. Based on the determination of characteristics and demands for PM&C, the architecture of BD driven PM&C is firstly constructed, which the main flow is "collection-processing-analysis-service" of manufacturing BD. Based on the closed-loop mechanism "progress prediction-bottleneck discovery-anomaly tracing-decision making" for PM&C, the key technologies are respectively proposed, which are:"A stacked sparse auto-encoder model for production progress prediction", "The parallel gated recurrent units model for shifting bottleneck discovery", "The density peak-weighted fuzzy C-means method for anomaly tracing" and "The multi-agents reinforcement learning for production decision-making". Finally, an aircraft discrete manufacturing workshop is selected as the application scenario to verify the developed prototype system.

Key words: discrete manufacturing workshop, manufacturing big data, production management and control, data analysis, intelligent decision-making

中图分类号: