一种基于自适应控制的工业设备智能调度系统及方法

本发明涉及工业设备智能调度，具体为一种基于自适应控制的工业设备智能调度系统及方法。

背景技术：

1、随着工业生产的自动化程度不断提高，工厂内的设备数量和复杂性也在迅速增加。现代工厂往往包含大量的机械设备、生产线以及自动化系统，这些设备之间存在着复杂的关联和相互作用。传统的工业设备调度系统通常采用预先定义的静态规则或简单的计划来分配任务和资源，然而，这些方法难以适应快速变化的生产环境和任务需求。

2、虽然现有的一些工业设备调度系统虽然能够实现自动化控制，但在实际应用中仍存在不足之处。例如，现有的工业设备调度系统对于生产线某一工业设备出现故障，而当前并没有可替换出现故障的工业设备时，有时会根据生产线组成的设备型号，由相关人员判断是否可由其他生产线组合成临时生产线替代存在故障的生产线；但这种方式需要消耗大量的时间和精力，特别是在生产线复杂的情况下，可能会导致生产线停机时间过长，影响生产效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于自适应控制的工业设备智能调度系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、根据上述描述，基于自适应控制的工业设备智能调度系统包括以下模块及其功能单元：

4、一种基于自适应控制的工业设备智能调度方法，包括以下步骤：

5、步骤s100.获取生产车间所有生产线的工业设备信息和相应的历史生产数据，构成生产线工业设备集合；基于生产线工业设备集合，获取每条生产线的对应的工业设备信息，从而得到工业设备型号的关联指数；

6、步骤s200.根据生产车间的历史生产数据，对每条生产线的工业设备进行负载情况评估；将每条生产线的工业设备的负载情况评估结果与工业设备型号的关联指数进行对应，从而构成对照数据集；

7、步骤s300.获取生产车间实时生产数据，根据生产车间实时生产数据，计算每条生产线的工业设备的实时负载情况评估；对于每条生产线，根据工业设备的实时负载情况评估结果并结合对照数据集，判断当前工业设备是否需要进行维护；

8、步骤s400.对于需要进行维护的工业设备所在生产线，关闭当前需要进行维护的工业设备，将剩下的生产线工业设备与其他生产线工业设备进行比较，判断是否存在相同工业设备组成的生产线；获取实时待生产任务信息，若其他生产线已完成所有实时待生产任务，判断是否存在其他生产线组成临时生产线可替代需要进行维护的工业设备所在生产线，并根据判断结果进行智能调度决策。

9、进一步的，步骤s100包括：

10、s101.所述工业设备信息包括工业设备编号以及工业设备分布位置，且工业设备编号包括工业设备型号；所述历史生产数据是指生产车间过去一段时间内的生产数据，包括每台工业设备的生产任务执行数据、运行数据以及维护记录；

11、s102.对于生产车间的每条生产线，提取相应的工业设备编号，并根据对应的工业设备分布位置设置一个位置坐标，将位置坐标与工业设备编号进行对应，从而构成一个生产线工业设备集合ai，且ai={ai1,ai2,...,ain}，其中i表示生产线编号，ai1表示位置坐标为(i,1)的工业设备编号，且(i,1)表示第i行第1列的工业设备的位置坐标；ai2表示位置坐标为(i,2)的工业设备编号，以此类推，ain表示位置坐标为(i,n)的工业设备编号，n表示组成生产线的工业设备数量；

12、s103.根据每条生产线对应的生产线工业设备集合，绘制每条生产线对应的工业设备的关联图谱，其中每台工业设备对应一个关联图谱；将所有生产线的工业设备对应的关联图谱进行整合，从而得到每种工业设备型号的关联指数，且不同生产线对应的工业设备根据关联图谱的连接关系进行连接组合。

13、进一步的，s103中绘制每条生产线对应的工业设备的关联图谱，具体包括：

14、对于每条生产线，根据对应的生产线工业设备集合，将每台工业设备作为初始节点，且在初始节点上标记相应的工业设备的位置坐标和型号，提取与之相邻的工业设备型号，令上述相邻的工业设备作为关联节点，并在关联节点上标记相应的工业设备型号，将初始节点与关联节点进行连接，若初始节点对应的设备型号相同但位置坐标不同，则将初始节点进行合并，并标记相应的位置标志，以此类推，对所有工业设备都绘制上述对应的关联图谱；

15、将所有生产线的工业设备对应的关联图谱进行整合，从而得到每种工业设备型号的关联指数，具体分析过程如下：

16、基于每台工业设备对应的关联图谱，提取不同生产线对应的初始节点，按照每台工业设备对应的关联图谱中初始节点合并步骤进行合并，从而得到生产车间每台工业设备对应的关联图谱；基于生产车间每台工业设备对应的关联图谱，计算每台工业设备的关联指数g，且关联指数g的具体公式为：g=c/m，其中，c表示相应工业设备作为初始节点时，相连接的关联节点种类个数，m表示生产车间的工业设备种类数量。

17、进一步的，步骤s200包括：

18、s201.获取生产车间的历史生产数据，针对每条生产线，将历史生产数据根据所属工业设备进行划分，从而得到若干个数据段，每一个数据段均对应一个工业设备；针对每个数据段，根据维护记录中工业设备出现故障的时间点，在上述数据段对应的时间点位置进行标记，并根据维护记录中的维护时间段，将上述数据段对应的时间段进行筛除；从而得到若干个连续时间序列对应的子数据段；

19、s202.基于上述子数据段，对每台工业设备进行负载情况评估，从而得到每条生产线的每台工业设备的负载指标f，且负载指标f的具体计算公式为：

20、f=[σt∈[1,m](rt/r0)*lt]/m，

21、其中，rt表示相应工业设备第t个子数据段中实际完成生产任务执行量，t表示相应工业设备子数据段编号，m表示相应工业设备子数据段数量，r0表示相应工业设备理论最大完成生产任务执行量，lt表示相应工业设备第t个子数据段中工业设备的实际运行时间与第t个子数据段总时间的比值；

22、s203.获取每种工业设备型号的关联指数，将每条生产线的每台工业设备的负载指标与相应工业设备型号的关联指数进行对应，从而构成若干个对照数据集d，且对照数据集d的个数等于生产车间的工业设备种类数量m。

23、进一步的，步骤s300包括：

24、s301.获取生产车间实时生产数据，针对每条生产线，将实时生产数据根据所属工业设备进行划分，从而得到若干个数据段；根据上述数据段作为s202中的子数据段，根据s202中的计算公式，且m=1，计算每条生产线的每台工业设备的实时负载指标f1；

25、s302.对于每条生产线的每台工业设备，获取当前工业设备型号，根据当前工业设备型号在对照数据集d中进行查找，得到相应的负载指标f，比较实时负载指标f1与上述负载指标f之比与阈值区间q之间的关系，且阈值区间q=(q1,q2)，其中q1表示阈值区间q的左边界，q2表示阈值区间q的右边界；若(f-f1)属于阈值区间q，则当前工业设备不需要进行维护；若(f-f1)不属于阈值区间q，则当前工业设备需要进行维护。

26、对于阈值区间q的左右边界有：

27、由于负载指标f的计算公式为：f=[σt∈[1,m](rt/r0)*lt]/m，由公式可知是计算每个子数据段对应的(rt/r0)*lt的平均值，所以负载指标f属于(rt/r0)*lt的最大值和最小值之间，所以阈值区间q中的最小值q1＞f-[(rt/r0)*lt]max，阈值区间q中的最大值q2＜f-[(rt/r0)*lt]min。

28、进一步的，步骤s400包括：

29、s401.对于需要进行维护的工业设备所在生产线，关闭当前需要进行维护的工业设备，并发送当前工业设备的位置坐标给相关人员，由相关人员进行维护管理；获取当前生产线设备编号，对相应的生产线工业设备集合进行更新；

30、s402.获取更新后的生产线工业设备集合，基于上述生产线工业设备集合与其他生产线对应的生产线工业设备集合进行工业设备型号相似度计算，提取相似度计算等于1的其他生产线编号，将上述其他生产线编号输入给相关人员，并获取其他生产线的实时待生产任务信息，由相关人员将实时待生产任务信息分配给当前生产线；

31、s403.当其他生产线的实时待生产任务信息全部完成后，若需要进行维护的工业设备未能正常工作，则获取其他生产线的工业设备集合；基于其他生产线的工业设备集合，进行其他生产线的工业设备位置分布表示，从而得到工业设备位置分布图；根据工业设备位置分布图进行分析，若找到相邻生产线可组成临时生产线，从而临时生产线与需要进行维护的工业设备所在生产线相应的工业设备型号完全相同，则将临时生产线输出给相关人员，由相关人员进行实时待生产任务分配。

32、一种基于自适应控制的工业设备智能调度系统，系统包括：数据获取与处理模块、工业设备关联指数计算模块、负载情况评估与对照模块、维护与调度决策模块以及维护管理与执行模块；

33、数据获取与处理模块负责获取生产车间所有生产线的工业设备信息和历史生产数据，构成生产线工业设备集合，并进行负载情况评估；

34、工业设备关联指数计算模块负责构建工业设备的关联图谱，并整合所有生产线的工业设备对应的关联图谱，最终得到每种工业设备型号的关联指数；

35、负载情况评估与对照模块对每条生产线的工业设备进行负载情况评估，并将负载情况评估结果与工业设备型号的关联指数进行对应，构成对照数据集；以及实时负载指标与历史负载指标的比较，并判断工业设备是否需要进行维护；

36、所述维护与调度决策模块对需要进行维护的工业设备所在生产线进行分析，并进行相似度计算以确定可替代的生产线；在需要维护时，将实时待生产任务信息分配给其他生产线；以及获取其他生产线的工业设备集合，进行位置分布表示，并判断是否可代替需要进行维护的工业设备所在生产线；根据工业设备位置分布进行分析，若找到相邻生产线可组成临时生产线，从而临时生产线与需要进行维护的工业设备所在生产线相应的工业设备型号完全相同，则将临时生产线输出给相关人员，由相关人员进行实时待生产任务分配；

37、维护管理与执行模块负责发送当前工业设备的位置坐标给相关人员进行维护管理，并根据临时生产线是否可以代替需要进行维护的工业设备所在生产线的判断结果，执行相应的实时待生产任务。

38、进一步的，数据获取与处理模块包括数据获取单元和数据处理单元；

39、数据获取单元负责获取生产车间的工业设备信息、历史生产数据和实时生产数据；数据处理单元对获取到的数据进行处理，包括对历史数据的分析、提取和整理，以及对实时数据的解析和处理；

40、工业设备关联指数计算模块包括工业设备关联图谱构建单元和关联指数计算单元；

41、工业设备关联图谱构建单元根据生产线工业设备集合，构建每条生产线对应的工业设备关联图谱；关联指数计算单元根据工业设备关联图谱，计算每种工业设备型号的关联指数。

42、进一步的，负载情况评估与对照模块包括历史负载情况评估单元、实时负载情况评估单元以及对照数据集构建单元；

43、历史负载情况评估单元对历史生产数据进行负载情况评估，计算每台工业设备的负载指标；实时负载情况评估单元根据实时生产数据，计算每条生产线的工业设备的实时负载指标；对照数据集构建单元将历史负载情况评估结果与工业设备型号的关联指数对应，构建对照数据集。

44、进一步的，维护与调度决策模块包括维护判断单元和调度决策单元；

45、维护判断单元根据实时负载情况评估结果和对照数据集，判断当前工业设备是否需要进行维护；调度决策单元对需要进行维护的工业设备进行维护管理，关闭需要维护的设备，并更新当前生产线工业设备集合，判断当前生产线是否可执行其他生产线的待生产任务，以及其他生产线经过组合是否可以执行当前生产线的待生产任务，根据判断结果进行输出调度决策结果；以及获取其他生产线的工业设备集合，进行位置分布表示，并判断是否可代替需要进行维护的工业设备所在生产线；根据工业设备位置分布进行分析，若找到相邻生产线可组成临时生产线，从而临时生产线与需要进行维护的工业设备所在生产线相应的工业设备型号完全相同，则将临时生产线输出给相关人员，由相关人员进行实时待生产任务分配；

46、维护管理与执行模块包括维护管理单元和调度执行单元；

47、维护管理单元负责管理维护任务，包括通知相关人员进行维护和维护记录的管理；调度执行单元根据调度决策结果执行相应的调度操作。

48、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

49、通过构建每条生产线的工业设备集合，并根据工业设备的关联图谱来计算工业设备型号的关联指数，考虑了工业设备之间的关联关系，这有助于更好地理解工业设备之间的依赖性和影响；对每条生产线的工业设备进行负载情况评估，通过历史生产数据和实时生产数据，评估工业设备的负载指标，这有助于及时发现工业设备的负载情况，预测潜在的故障风险；根据实时生产数据和负载情况评估结果，可以判断当前工业设备是否需要进行维护，对需要维护的工业设备进行及时关闭和维护，同时进行智能调度决策，将剩余的生产线工业设备与其他生产线进行比较，判断是否存在可以替代的生产线，以保障生产任务的顺利执行；在生产线复杂的情况下，可以共享资源的临时生产线，使得生产线之间可以相互协同，共享设备和人力资源，大大减少了相关人员查找临时生产线的时间，进一步提高了整个工厂的生产效率和资源利用率；通过及时维护故障工业设备、智能调度替代生产线等措施，可以最大程度地减少生产线停机时间，提升生产效率，降低生产成本，从而增强工厂的竞争力和经济效益。