識(shí)別、捕捉、分類和運(yùn)用半自動(dòng)制造裝備中的各個(gè)操作人員特有的部落知識(shí),以執(zhí)行自動(dòng) ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種管理來自在工業(yè)過程、制造系統(tǒng)和構(gòu)成其一部分的制造設(shè)備內(nèi)工作的操作人員的輸入，和收集并分析從所述輸入獲得的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明還涉及分析所述輸入數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生用于執(zhí)行與工業(yè)過程或制造系統(tǒng)相關(guān)的工序的新參數(shù)和指令的系統(tǒng)和方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)、存儲(chǔ)、向熟練和半熟練操作人員講授和訓(xùn)練制造過程技術(shù)決竅的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明還涉及向在任何地點(diǎn)，需要制造過程技術(shù)決竅的任何人，提供制造過程技術(shù)決竅的系統(tǒng)和方法。
[0002]本發(fā)明致力于工業(yè)過程和制造系統(tǒng)的領(lǐng)域，其中結(jié)合制造系統(tǒng)進(jìn)行的活動(dòng)，和從制造系統(tǒng)、制造設(shè)備和正在制造的人工制品接收的狀態(tài)輸入，捕捉、記錄和分析由熟練和半熟練制造設(shè)備操作人員進(jìn)行的工業(yè)活動(dòng)。所述系統(tǒng)包括與制造系統(tǒng)和設(shè)備相關(guān)的操作數(shù)據(jù)，操作人員輸入，制造性能參數(shù)，人工制品數(shù)據(jù)，在給定情況下，導(dǎo)致制造性能改善的可能的輸入，對(duì)任何這樣的數(shù)據(jù)及其關(guān)系進(jìn)行的分析操作的知識(shí)庫(kù)的創(chuàng)建，和為了改善制造系統(tǒng)的性能而相對(duì)于操作人員或者對(duì)任何人的所述知識(shí)的運(yùn)用。
[0003]制造系統(tǒng)由多個(gè)單獨(dú)的異種制造設(shè)備組成，所述制造設(shè)備包括(但不限于)機(jī)床和制造設(shè)備，測(cè)量設(shè)備，傳感器，致動(dòng)器，輔助設(shè)備等。制造企業(yè)可包括一個(gè)或多個(gè)制造系統(tǒng)。利用各種屬性，包括(但不限于):生產(chǎn)率、安全性、質(zhì)量、效率和維修，確定制造系統(tǒng)性會(huì)K。
【背景技術(shù)】
[0004]制造部門中的逐進(jìn)的復(fù)雜化和自動(dòng)化要求熟練操作人員操作制造設(shè)備，執(zhí)行手動(dòng)和半自動(dòng)化任務(wù)，他們?cè)诖_定制造企業(yè)的效率方面起著至關(guān)重要的作用。操作人員執(zhí)行與機(jī)器相關(guān)的任務(wù)(包括(但不限于)向機(jī)器發(fā)送命令，監(jiān)測(cè)機(jī)器性能，在最佳地利用資源的情況下，獲得期望的輸出質(zhì)量，確保機(jī)器、其周圍環(huán)境和操作人員的安全，采取主動(dòng)行動(dòng)，以使機(jī)器維持最佳狀態(tài)等)的“技能”是從訓(xùn)練和工作經(jīng)驗(yàn)獲得的知識(shí)與直覺洞察的組合。給定工業(yè)處理或制造裝備中的一組操作人員的這種技能的集合被稱為部落知識(shí)。在許多制造系統(tǒng)中，操作人員被賦予更改粗略的執(zhí)行計(jì)劃中的一個(gè)或多個(gè)工序的自行處理權(quán)。就富有經(jīng)驗(yàn)的操作人員來說，可以行使這樣的自行處理權(quán)，以有利于一個(gè)或多個(gè)制造性能參數(shù)。
[0005]這種情形的一個(gè)突出例子(所述例子決不應(yīng)被理解成對(duì)本發(fā)明的范圍的限制)是高速銑削的情形。高速銑削，尤其是當(dāng)應(yīng)用于航空或醫(yī)療設(shè)備制造時(shí)，涉及包含用于制造難以加工的材料，比如鈦、鉻鎳鐵合金和鋁的高精密零件的設(shè)備(“機(jī)床”)和工具的制造系統(tǒng)。設(shè)計(jì)加工工藝(“工藝設(shè)計(jì)”)是一種高度專業(yè)的任務(wù)，通常由制造設(shè)施中的有經(jīng)驗(yàn)的操作人員進(jìn)行。執(zhí)行高速銑削的工藝設(shè)計(jì)需要小心的設(shè)計(jì)和充分了解銑削工藝。盡管存在關(guān)于如何為高速銑削操作選擇工藝參數(shù)的一些標(biāo)準(zhǔn)方法，不過，操作人員通常規(guī)劃工藝參數(shù)，并根據(jù)他們對(duì)制造系統(tǒng)的觀察，以及他們自己的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，作出選擇。操作人員應(yīng)用通過觀察獲得的知識(shí)和在規(guī)劃工藝計(jì)劃時(shí)的經(jīng)驗(yàn)，以制造零件。規(guī)劃有效的工藝設(shè)計(jì)涉及選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ?，和?yīng)用所述工具以規(guī)定的工藝參數(shù)，產(chǎn)生各種零件特征。在高速銑削中，這些參數(shù)包括主軸轉(zhuǎn)速、軌跡進(jìn)給速度、軸進(jìn)給速度、表面速度、切削深度、切削寬度、徑向咬合、軸向咬合等。還根據(jù)正在加工零件的機(jī)床的種類及其能力，選擇工藝參數(shù)。從而利用不同的工具和工藝參數(shù)，可按照各種方式制造相同的零件，類似地，可按不同的參數(shù)操作相同的工具，以制造零件。
[0006]不過，操作人員在進(jìn)行這樣的操作時(shí)應(yīng)用的知識(shí)是高度取決于情況的，不能被捕捉和分析以供未來運(yùn)用。另外，在現(xiàn)有技術(shù)中，一直沒有可用于捕捉、存儲(chǔ)和檢索工業(yè)/制造部落知識(shí)，尤其是與制造系統(tǒng)相關(guān)的部落知識(shí)的科學(xué)并且可靠的方法。結(jié)果，當(dāng)操作人員退休或者離開企業(yè)時(shí)，企業(yè)為增強(qiáng)操作人員的技能水平而給予該操作人員的數(shù)百小時(shí)的培訓(xùn)喪失掉。
[0007]通過諸如錄像片攝制、采訪/調(diào)查和其它文檔編制之類的傳統(tǒng)方法的嘗試未在捕捉部落知識(shí)方面獲得成功。其失敗的一個(gè)重要原因是缺少首先識(shí)別特定的部落知識(shí)的有充分根據(jù)的系統(tǒng)和方法。即使存在捕捉部落知識(shí)的(假想)方法，保存所述部落知識(shí)，并在需要時(shí)使之可用的方法更是少之又少。同樣，就在高速銑削領(lǐng)域周圍的特定制造系統(tǒng)來說，現(xiàn)有技術(shù)涉及利用以下技術(shù)之一或它們的組合:
[0008].操作人員經(jīng)驗(yàn)
[0009].由制造設(shè)備生產(chǎn)商擬定的指南/推薦
[0010].由切削工具生產(chǎn)商擬定的指南/推薦
[0011].作為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和/或計(jì)算機(jī)輔助制造軟件工具/系統(tǒng)的一部分的專家系統(tǒng)
[0012].利用標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)選擇工藝參數(shù)一切削工具手冊(cè)，機(jī)械加工手冊(cè)等。
[0013]以上技術(shù)的吸引力非常有限，因?yàn)?
[0014].它們是慣例性的，沒有考慮來自實(shí)際過程執(zhí)行的反饋
[0015].它們基于極其有限的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)
[0016].它們未覆蓋在現(xiàn)代制造設(shè)備上可行的全部工藝范圍
[0017].它們未考慮不同種類的制造設(shè)備和切削工具的能力的差異。
[0018]于是，對(duì)(i)捕捉并保存工業(yè)過程和操作機(jī)器數(shù)據(jù)，包括操作人員輸入和環(huán)境因素，(?)分析這樣的數(shù)據(jù)，以便識(shí)別其中的部落知識(shí)的要素，和(iii)運(yùn)用這樣的部落知識(shí)(尤其是在制造系統(tǒng)中)的科學(xué)、可靠的系統(tǒng)和方法的需求一直未得到滿足。
[0019]發(fā)明人發(fā)明一種(i)捕捉并保存工業(yè)過程和操作機(jī)器數(shù)據(jù)，包括操作人員輸入和環(huán)境因素，(?)分析這樣的數(shù)據(jù)，以便識(shí)別其中的部落知識(shí)的要素，和(iii)運(yùn)用這樣的部落知識(shí)(尤其是在制造系統(tǒng)中)的系統(tǒng)和方法。這種系統(tǒng)可用于以下用途(i)使之在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，以培訓(xùn)的形式可用，并用于分析和知識(shí)共享，和(ii)建立這樣的捕捉數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，以便進(jìn)一步分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明的主要目的是(i)捕捉并保存工業(yè)過程和操作機(jī)器數(shù)據(jù)，包括操作人員輸入和環(huán)境因素，(?)分析這樣的數(shù)據(jù)，以便識(shí)別其中的部落知識(shí)的要素，和(iii)運(yùn)用這樣的部落知識(shí)(尤其是在工業(yè)過程中)。
[0021]本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種執(zhí)行提高工業(yè)過程的效率的技術(shù)操作和超越控制(override)的系統(tǒng)。
[0022]本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供從安裝日期起，工業(yè)過程和/或制造系統(tǒng)，以及與之有關(guān)的人工制品所經(jīng)歷的每種變換的編年知識(shí)庫(kù)，包括每種變換的前因因素的順序日志。
[0023]本發(fā)明的另一個(gè)目的是分析上述知識(shí)庫(kù)，并在工業(yè)過程和/或制造系統(tǒng)中運(yùn)用所述知識(shí)庫(kù)和從其得到的分析。
[0024]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種根據(jù)變換模式的前因，識(shí)別和限定特定的變換模式，并按照其(相對(duì)和絕對(duì))資源密集度(比如電力的消耗、原材料、時(shí)間、輸出質(zhì)量等)，及確定其性能的期望參數(shù)，對(duì)所述變換模式分類的系統(tǒng)。
[0025]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種計(jì)算已知的輸入與工業(yè)過程的產(chǎn)生逼真并且科學(xué)的預(yù)測(cè)的其它可認(rèn)知因素的復(fù)雜因果線性和非線性關(guān)系的系統(tǒng)。
[0026]本發(fā)明的另一個(gè)目的是把捕捉的部落知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)商或最終用戶未設(shè)想的工業(yè)過程和設(shè)備的關(guān)鍵性能屬性的識(shí)別。
[0027]本發(fā)明的另一個(gè)目的是實(shí)時(shí)評(píng)估和分析操作人員的動(dòng)作/輸入與給定計(jì)劃的一致/偏離。
[0028]本發(fā)明的另一個(gè)目的是永久地形成和維護(hù)從本發(fā)明的安裝時(shí)期起的索引數(shù)據(jù)的倉(cāng)庫(kù)，包含每種變換，所述每種變換包括(但不限于):材料去除；材料去除速率；表面性質(zhì)；機(jī)械磨損；單位時(shí)間傳導(dǎo)、吸收、散逸、輻射的熱量；電力，包括感應(yīng)/放電的靜電荷；質(zhì)量；體積；尺寸；人工制品質(zhì)量；組件的振動(dòng)；過程執(zhí)行能力；過程執(zhí)行期間，設(shè)備組件和子組件的位置、速度和加速度；耗材和資源的消耗速率；工序之間過去的時(shí)間；工序的執(zhí)行順序；工藝設(shè)備執(zhí)行的命令。
[0029]本發(fā)明的另一個(gè)目的是評(píng)估制造工藝中，操作人員對(duì)于給定的作業(yè)操作的能力和適合性，和對(duì)照參數(shù)，非侵入式地或者以其它方式，持續(xù)不斷地對(duì)它們排序和重排序，所述參數(shù)包括(但不限于)作業(yè)協(xié)議；流程合規(guī)的規(guī)定；資源和耗材消耗的效率；交貨期限的遵守；輸出質(zhì)量和數(shù)量；材料處理效率；制造系統(tǒng)的維護(hù)和功能壽命。
[0030]本發(fā)明的另一個(gè)目的是根據(jù)對(duì)操作人員的即時(shí)需求的評(píng)估，分析捕捉的部落知識(shí)庫(kù)，以識(shí)別待傳送給操作人員的知識(shí)的種類。本發(fā)明的另一個(gè)目的是實(shí)時(shí)地利用適當(dāng)?shù)耐ㄐ沤涌?，把所述識(shí)別的部落知識(shí)傳送給操作人員。
[0031]本發(fā)明的另一個(gè)目的是形成累積的部落知識(shí)的知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，供操作人員或其他人未來參考和分析。
[0032]本發(fā)明的另一個(gè)目的是分析給定的制造系統(tǒng)，制造系統(tǒng)內(nèi)的組件或制造系統(tǒng)的組合的性能屬性的數(shù)據(jù)庫(kù)，以便向?qū)τ兄谒鲋圃煜到y(tǒng)或其各個(gè)步驟或組件的制造性能參數(shù)的改善的維護(hù)、操作或優(yōu)化感興趣的任何人提供使用的分析。
[0033]按照本發(fā)明，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)過程中的數(shù)據(jù)捕捉，所述捕捉的數(shù)據(jù)的分析，以便識(shí)別部落知識(shí)和運(yùn)用所述部落知識(shí)的系統(tǒng)和方法。
[0034]所述系統(tǒng)由以下元件組成:
[0035]1.數(shù)據(jù)捕捉裝置，所述數(shù)據(jù)捕捉裝置包括制造系統(tǒng)傳感器輸入端，所述制造系統(tǒng)傳感器輸入端從工序執(zhí)行期間的制造設(shè)備，和構(gòu)成其一部分的測(cè)量設(shè)備，以及從操作人員的動(dòng)作和相關(guān)的環(huán)境因素，讀取和捕捉操作數(shù)據(jù)?？蛇x地，在所述系統(tǒng)中，可包含具有在制造系統(tǒng)和所述系統(tǒng)之間傳送信息的接口的獨(dú)立測(cè)量設(shè)備，在這種情況下，制造系統(tǒng)不擁有與所述系統(tǒng)面接的測(cè)量設(shè)備。
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