一种基于多模态数据分析的FPC生产资源调度方法与流程

本发明涉及智能制造，尤其涉及一种基于多模态数据分析的fpc生产资源调度方法。

背景技术：

1、随着柔性印制电路板生产向多品种、小批量和高频次切换方向发展，生产过程涉及订单执行、工序衔接、设备运行、物料供应、人员作业、质量检测和生产进度等多类数据，各类数据在采集周期、数据结构及关联方式方面存在差异。现有fpc生产资源调度通常依据订单计划和资源可用状态进行排产，对不同生产时段内的生产对象及承接关系多采用独立记录或简单关联方式处理，难以充分利用不同类型生产数据之间连续形成的结构关系，导致生产资源状态表征不完整，对工序执行状态及资源占用变化的感知准确性不足。

2、同时fpc生产过程中设备、物料、人员与工序之间具有连续且相互影响的资源承接关系，当设备占用状态、物料供应状态、人员作业状态或生产进度发生变化时，原有资源组合容易失去可执行性。现有调度方法通常根据局部资源状态重新安排生产任务，难以结合生产对象之间的结构关联对待执行工序与可用生产资源进行持续匹配，易出现同一资源重复占用、工序承接中断及等待时间增加的情况，且生产状态发生变化后难以及时修正受影响工序的资源组合，从而降低fpc生产资源调度的效率和连续性。

3、因此，如何提供一种基于多模态数据分析的fpc生产资源调度方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种基于多模态数据分析的fpc生产资源调度方法，本发明综合利用多模态生产数据处理、生产资源关联图构建及改进node2vec模型技术，完成从生产数据采集与预处理、资源关联构建、节点结构表征、工序资源匹配到动态调度更新的全过程；在模型结构上设置组合数正反递算模块、窗口因式展开模块和四节点全排列乘加模块，增强生产资源节点之间复杂关联的表征能力，并结合工序资源可执行关系形成资源组合及动态调度结果；与现有技术相比，本发明能够提高多模态生产数据关联利用程度和生产状态感知准确性，降低资源冲突及工序等待，提高fpc生产资源动态匹配能力和调度效率。

2、根据本发明实施例的一种基于多模态数据分析的fpc生产资源调度方法，包括：

3、采集fpc生产过程中的多模态生产数据，对多模态生产数据进行预处理，生成标准fpc生产数据；

4、根据标准fpc生产数据构建以生产时段为横轴、对象类别为纵轴的双层拼接矩阵，对双层拼接矩阵进行最小旋转匹配，得到生产资源关联图；

5、将生产资源关联图输入改进node2vec模型，对生产资源关联图中节点之间的结构关联进行深层表征学习，得到生产资源节点表示数据；

6、通过生产资源节点表示数据确定各待执行工序与可用生产资源之间的关联程度，计算各待执行工序的资源承接关系，生成工序资源可执行关系数据；

7、根据工序资源可执行关系数据形成各待执行工序对应的资源组合，计算不同资源组合对应的生产开始状态、生产完成状态和工序等待状态，生成初始fpc生产资源调度结果；

8、依据初始fpc生产资源调度结果持续获取生产执行过程中的生产状态变化，更新生产资源节点表示数据，生成动态fpc生产资源调度结果；

9、按照动态fpc生产资源调度结果执行生产，将生产执行结果写入生产资源关联图，更新生产资源调度。

10、可选的，所述得到生产资源关联图，包括：

11、按照标准fpc生产数据中的生产时段顺序建立横向时段序列，按照生产对象类别建立纵向对象序列，将同一生产时段内出现的生产对象填入对应矩阵位置，生成对象出现层矩阵；

12、将相邻生产时段中具有连续执行关系的生产对象填入对应对象出现层矩阵位置，生成对象承接层矩阵，将对象出现层矩阵与对象承接层矩阵按照相同生产时段和相同对象类别进行拼接，生成双层拼接矩阵；

13、对双层拼接矩阵进行最小旋转匹配，将双层拼接矩阵中的相邻时段矩阵列进行循环旋转，逐次比较旋转前后同类对象位置、跨类对象位置和承接对象位置的一致数量，将一致数量最大对应的旋转结果作为最小旋转匹配结果，根据最小旋转匹配结果建立生产对象节点及节点连接，得到生产资源关联图。

14、可选的，所述对双层拼接矩阵进行最小旋转匹配，包括：

15、选取双层拼接矩阵中前一生产时段矩阵列作为基准列，选取后一生产时段矩阵列作为待匹配列，将待匹配列中的对象出现层和对象承接层同步进行逐位循环旋转，生成多个旋转候选列；

16、分别读取每个旋转候选列与基准列在相同对象类别位置上的对象编号一致数量、在不同对象类别位置上的承接编号一致数量和在上下两层对应位置上的执行关系一致数量，得到每个旋转候选列的匹配记录；

17、按照对象编号一致数量、承接编号一致数量和执行关系一致数量依次比较全部匹配记录，将首个达到最大一致结果的旋转候选列确定为目标匹配列，依据基准列与目标匹配列之间的对应位置生成生产对象节点连接。

18、可选的，所述得到生产资源节点表示数据，包括：

19、构建改进node2vec模型，原node2vec模型包括随机游走处理、上下文训练次序生成和节点向量训练，在原node2vec模型的随机游走处理位置设置组合数正反递算模块，在上下文训练次序生成位置设置窗口因式展开模块，在节点向量训练位置设置四节点全排列乘加模块；

20、将生产资源关联图输入改进node2vec模型，以生产资源关联图中的节点作为游走起点，通过组合数正反递算模块处理当前节点与候选节点之间的多级连接关系，确定下一游走节点并按照节点到达次序生成生产资源游走序列；

21、将生产资源游走序列输入窗口因式展开模块，对中心节点和上下文节点进行因式展开处理，依据因式展开处理结果确定中心节点对应的上下文训练次序；

22、将中心节点及对应的上下文训练次序输入四节点全排列乘加模块，进行全排列乘加训练，得到生产资源节点表示数据。

23、可选的，所述生成生产资源游走序列，包括：

24、以当前节点为处理起点，读取候选节点集合中各候选节点与当前节点之间的直接连接关系及多级连接关系，形成候选节点连接记录；

25、对候选节点连接记录进行正向递算处理，再对正向递算处理结果进行反向恢复处理，得到各候选节点在多级连接关系下的恢复结果；

26、对各候选节点的直接连接关系进行抽除处理，并对抽除后的连接记录再次进行正向递算和反向恢复，依据抽除前后的恢复结果差异确定候选节点游走次序，生成生产资源游走序列。

27、可选的，所述进行全排列乘加训练，包括：

28、从上下文训练次序中依次选取一个中心节点和三个上下文节点组成四节点训练组，将四个节点的节点向量按照连续四个坐标划分为多个坐标组；

29、针对每个坐标组建立四行四列数值表，按照各行分别选取一个坐标且所选坐标列位置互不重复的方式形成全部排列，对每种排列中的四个坐标进行连续相乘并将全部排列结果累加，得到四节点乘加结果；

30、依据四节点乘加结果依次更新四节点训练组中的各节点向量，更新当前坐标时删除当前坐标所在行和所在列，对剩余三行三列数值形成的全部排列结果进行乘加处理并确定当前坐标更新结果，完成全部坐标组训练后得到生产资源节点表示数据。

31、可选的，所述生成工序资源可执行关系数据，包括：

32、根据生产资源关联图定位各待执行工序对应的工序节点，沿工序节点的节点连接筛选当前处于可用状态的生产资源节点，并读取工序节点与生产资源节点对应的生产资源节点表示数据；

33、将工序节点与各生产资源节点的节点表示数据按照相同向量位置逐位相乘并累加，将累加结果除以两个节点表示数据各自平方和开方结果的乘积，得到待执行工序与各生产资源之间的关联程度；

34、按照前序工序完成位置确定待执行工序的承接起点，将各生产资源的当前占用结束位置依次与承接起点衔接，依据关联程度确定能够连续承接待执行工序的生产资源关系；

35、将各待执行工序对应的生产资源关系按照承接起点及资源占用结束位置进行对应，保留不存在同位占用且满足工序连续执行的生产资源关系，生成工序资源可执行关系数据。

36、可选的，所述生成初始fpc生产资源调度结果，包括：

37、按照待执行工序从工序资源可执行关系数据中分别提取能够共同承接当前工序的生产资源，将对应生产资源按同一待执行工序进行组合，生成候选资源组合；

38、根据候选资源组合中各生产资源的占用结束位置与待执行工序的前序完成位置确定生产开始位置，将生产开始位置与工序执行长度连续叠加得到生产完成位置，以生产开始位置与前序完成位置之间的间隔得到工序等待长度；

39、将同一待执行工序对应的候选资源组合按照生产完成位置依次嵌入当前生产任务排列，逐次核对嵌入前后生产任务的资源占用位置，将出现重复占用的候选资源组合从对应位置移出，并继续嵌入后一可用位置，得到资源组合排布结果；

40、按照各待执行工序的先后承接关系连接资源组合排布结果，将生产开始位置、生产完成位置和工序等待长度写入对应生产任务，生成初始fpc生产资源调度结果。

41、可选的，所述得到资源组合排布结果，包括：

42、以待执行工序的生产开始位置作为插入位置，将候选资源组合分别插入当前生产任务排列，读取插入位置前后各生产任务对应的资源占用位置，形成每个候选资源组合的前部占用段、当前占用段和后部占用段；

43、将当前占用段分别与前部占用段和后部占用段逐位交叉核对，对同一生产资源发生重叠的位置记录连续重叠长度，将前后两侧连续重叠长度相加得到候选资源组合的占位冲突量；

44、按照占位冲突量由小到大依次移动候选资源组合的插入位置，每移动一个位置重新形成前部占用段、当前占用段和后部占用段，直至占位冲突量为零，将对应插入位置确定为候选资源组合的有效排布位置，得到资源组合排布结果。

45、可选的，所述生成动态fpc生产资源调度结果，包括：

46、将实时生产状态与初始fpc生产资源调度结果逐任务对应，定位状态变化对应的生产资源节点及待执行工序节点，形成变化节点集合；

47、沿生产资源关联图截取变化节点集合与对应待执行工序节点之间的连接路径，将连接路径输入改进node2vec模型重新进行结构关联表征，并替换对应节点的原生产资源节点表示数据，得到更新后的生产资源节点表示数据；

48、根据更新后的生产资源节点表示数据重新确定对应待执行工序的资源承接关系和资源组合，将重新形成的资源组合替换初始fpc生产资源调度结果中的对应部分，生成动态fpc生产资源调度结果。

49、本发明的有益效果是：

50、本发明通过对fpc生产过程中的多模态生产数据进行统一处理，并利用双层拼接矩阵及最小旋转匹配建立生产资源关联图，提高了不同生产时段和不同生产对象之间关联关系的利用程度；通过改进node2vec模型对生产资源关联图进行深层表征学习，利用组合数正反递算、窗口因式展开和四节点全排列乘加处理，增强了节点之间多级结构关系及组合关联的表征能力，提高生产状态感知的完整性和准确性，为待执行工序与生产资源之间的匹配提供可靠的数据基础。

51、本发明依据生产资源节点表示数据建立工序资源可执行关系，并结合生产开始状态、生产完成状态和工序等待状态形成资源组合及初始调度结果，在生产状态发生变化后更新受影响节点的表示数据并重新确定资源承接关系，实现fpc生产资源的动态调整；相比固定排产或局部资源调整方式，本发明能够降低设备、物料和人员之间的资源占用冲突，减少工序等待和无效资源占用，提高生产任务之间的连续承接能力、资源利用效率及fpc生产调度效率。