一种面向服务的工业生产控制与监测方法及系统与流程

文档序号：12460394阅读：184来源：国知局

本发明涉及工业生产的远程控制与监测领域，具体涉及一种面向服务的工业生产控制与监测方法及系统。

背景技术：

在工业4.0概念的普及与推广下，越来越多的生产制造企业中生产制造活动由智能设备代替人实现。智能设备代替人的好处不仅仅节省了劳动力，使对生产过程的监控更加有效，同时也促进了定制化生产的发展。定制化生产对于每一个定制化的要求都需要灵活不同的生产工艺，可能需要大量数据的采集和计算等。

工业生产活动可能由一个生产活动或一系列生产流程完成，面向服务的定制化生产服务向用户提供生产服务的同时也提供一系列生产流程的服务，每类生产活动可能由一个或多个提供者提供，更优的服务的匹配显得尤为重要。

智能设备代替人的情况下，智能设备的设备故障的检修效率便成了对于工厂而言极为重要的一件事，由于设备长时间故障给厂家带来的损失是巨大的，远程监控较好的解决了这类问题，通过网络传输技术将生产现场智能设备的数据实时传给监控人员，在智能设备出现设备故障后能及时发出警报。但是智能设备故障的原因和现象是复杂的，专业人员可能根据经验或者计算机通过对大量历史数据的分析，提前对故障进行预警。每个车间配至少一名专业人员或者配备具有大数据分析和学习能力的计算机无疑是不经济的。

技术实现要素：

本发明的目的是为了针对上述问题，提供一种面向服务的工业生产控制与监测方法及系统，可以为用户在多个服务提供者中规划和生成合适的生产流程，把控生产流程及由不同服务提供者提供的服务之间的运输需求，对智能设备进行监控，对智能设备故障进行预警或警报，同时通过实时性需求、计算量需求、安全性需求等将工艺、计算等资源分别放在云平台和本地控制平台，提高了系统的可扩展性、灵活以及智能设备的学习能力。所述服务为对用户提供的生产服务或者生产流程服务，智能设备提供生产服务所需要的数据、计算、路径规划、运输等服务为内部服务，内部服务根据实时性、计算量、安全性、提供者等要求划分，由设备层、智能设备控制与数据采集层、本地控制层或者云层提供。以下表述中生产服务或者生产流程服务均简称为服务。

本发明的目的可通过下述技术方案实现。

一种面向服务的工业生产控制与监测方法，包括如下运行模式和步骤：

A、服务注册模式：

1）用户通过客户端填写详细的服务信息；

2）云平台服务端收到服务注册请求后将服务信息写入服务数据库中，并将服务状态设为不可用状态；

3）云平台服务端查询数据库中提供该服务的智能设备资源的可用状态，可用则将服务状态改为可用状态，否则不做改动，结束服务注册；

B、生产流程请求模式：

1）生产流程请求模式是用户通过云平台客户端提出服务请求，所述服务请求表示生产项目的请求或者指定生产流程的请求；

2）云平台服务端收到服务请求后，生成一个新的任务，并为该任务分配任务ID，判断请求为生产项目的请求则转步骤3），请求为生产流程转步骤4），请求为具体生产服务转步骤6）；

3）根据服务数据库中的服务信息，匹配符合所申请生产项目的服务，若有符合申请生产项目的服务，则将生产项目添加到任务中，转步骤5），否则匹配符合申请生产项目的生产流程，若有符合申请生产项目的生产流程，则转步骤4），无则删除任务，返回无法提供请求的信息；

4）根据服务数据库中的服务信息，匹配生产流程中的所有生产项目，若有符合的服务，则将生产项目添加到任务中，在任务信息表中更新服务信息，否则匹配符合生产项目的生产流程；若流程中所有生产项目均匹配到符合的服务，则转步骤5），存在生产项目无法匹配到符合的服务或者生产项目的生产流程则删除任务，返回无法提供请求的信息，若存在生产项目匹配无法匹配到符合的服务，但匹配到生产流程的则转步骤4）；

5）根据生产项目的执行顺序依次添加至一个空队列中，若出现可并行的项目则复制每条已有队列，复制的条数为可并行项目的数量，再将可并行的项目各添加到不同的队列中，最终将任务转化为一个或多个队列；所述每个队列中相邻生产项目之间的关系为顺序执行关系；根据队列中项目的权重确定队列优先级，按照先匹配关键项目即根据项目内容匹配相同内容的服务中的最优选择，其余项目的匹配与附近关键项目相似的匹配方法，对队列中的生产项目进行匹配；

6）判断任务中提供每一对相邻服务的车间是否同一个，若不是，则对相邻服务的前一个服务对后一个服务的输出增加运输信息，所述运输信息为提供后一个服务的智能设备的地址；

7）执行所有任务中没有前置服务或者前置服务已经完成的服务，所述服务的内容为向提供服务的智能设备的本地控制平台发送所申请的服务信息，服务完成后本地控制平台返回服务完成信息，接收到服务完成信息后更改该服务状态为已完成并记录完成时间并判断是否有后续服务，有则转步骤8），无则转步骤10）；

8）判断是否需要运输服务，需要转步骤9），不需要则转步骤7）；

9）收到运输服务完成消息后转步骤7）；

10）判断任务是否全部完成，是则修改任务完成状态，转步骤7）；

C、生产控制模式：

1）自动模式

① 本地控制平台对于生产车间中的每一个设备维护一个设备对象，本地控制平台每接收到一个服务指令时，生成一个新的服务对象，并根据设备状态和设备类型匹配服务及设备，根据服务优先级将服务对象加入该设备对象中的服务队列中；若加入前服务队列为空，转步骤②，否则转步骤③；

② 该设备对象的服务队列队头的服务对象出队并发送给该设备，并向云平台发送该服务开始执行消息，云平台接收到该消息后更改该服务状态为执行中，并记录开始执行时间；

③ 本地控制平台每接收到一个设备的服务完成的消息，便向云平台发送该服务完成的消息，判断是否有运输服务，若无则转步骤②，若有则请求运输服务后转步骤②；

2）人工模式

① 生产人员通过本地控制平台的客户端选择服务转步骤②，选择设备转步骤⑦；

② 生产人员选择调整优先级转步骤③，选择调整执行服务的设备转步骤⑤；

③ 生产人员输入优先级数值；

④ 服务端收到调整优先级指令后将调整对应服务对象中的优先级数值；

⑤ 生产人员选择设备；

⑥ 服务端收到调整执行服务的设备指令后将服务从原来的设备对象的服务队列中删除，并加入指定设备对象的服务队列中；

⑦ 生产人员选择设备，并选择启动或停机；

⑧ 服务端收到设备状态指令后，根据指令向设备发送停机或启动指令；

D 、生产过程监控模式

1）用户或管理员在客户端中选择想要查看完成进度的任务，其中用户的界面仅对其申请的任务有查看权限，管理员可查看所有任务；

2）云平台服务端接收到用户或管理员的查看任务进度申请后，判断用户或管理员与任务的权限匹配，不匹配则转步骤3），否则转步骤4）；

3）返回无权限错误信息；

4）云服务器在数据库中检索并返回要查询的任务及其的所有子服务的执行及完成信息；

E 、智能设备监测模式

所述智能设备监测模式为智能设备定时将其运行数据发送至本地控制平台，本地控制平台根据每个字段的阈值对异常数据进行标记，并根据智能设备的异常数据出现的频率以及异常表现等条件判断智能设备是否出现故障，若判断故障则更改设备状态并发送设备故障信息至云平台，否则以稍低一些的频率将其数据库中新增智能设备的数据发送至云平台；管理人员通过云平台的客户端，本地设备管理员通过本地控制平台的客户端根据智能设备数据和状态对智能设备进行监测；通过该智能设备监测模式，本地控制平台根据数据初步判断设备是否故障，并标记异常的数据，智能设备维护人员可以较为方便的通过对异常数据的分析对智能设备故障进行判断或预判，方便对现场人员的维修进行远程指导；本地控制平台根据维护人员对标记故障与非故障设备的状态的更改动态更新本地控制平台的故障判断条件，并将故障判断条件更新至云平台，云平台定期将故障判断条件同步至所有本地控制平台；管理人员能通过云平台客户端一目了然地了解各服务提供者智能设备状态；云平台可以根据智能设备状态数据动态更改服务状态。

进一步地，所述先匹配关键项目，其余项目的匹配与附近关键项目相似的匹配方法为：以价格作为关键项目的决定因素举例，根据任务中生产项目的执行顺序转化而成的生产项目队列的重要性由该队列中生产项目的平均价格之和与任务中全部生产项目的平均价格之和的比的大小决定；所述重要性决定队列的考虑顺序，匹配过程从重要性最高的队列开始，到重要性最低的队列结束；匹配一条队列的过程为：若该条队列已匹配的关键项目的数量小于该条队列的生产项目个数的设定比例值（如30%），则将非关键项目中平均价格最高的一个项目设为关键项目，并根据该生产项目的价格、时间、与邻近关键项目所匹配的服务的生产车间的距离等因素通过遍历的方式匹配，匹配完成后其它队列如果有该生产项目，则其它队列的该生产项目成为该队列的已知关键项目；重复上一过程直到该条队列关键项目数量大于等于该条队列的生产项目个数的3设定比例值（如30%）；两个关键项目之间的非关键项目的匹配结果，要求为两个关键项目的生产车间之一提供的，且其中只有两个相邻的生产项目是由不同的生产车间提供的，如有任一生产项目两个生产车间均无法提供，则该生产项目遍历寻找最优解；每个匹配完成的生产项目在还没有进行匹配的都列中都是已知的关键项目。

本发明还提供了实现所述的面向服务的工业生产控制与监测方法的系统，其包括机器人、机器人控制与数据采集模块、本地控制平台服务端、本地控制平台客户端、云平台服务端和云平台客户端；各构成部分之间通过设定的数据传输协议传输数据；智能设备控制模块对智能设备进行运动控制的同时对智能设备数据进行采集，并发送至本地控制平台；本地控制平台存储接收到的智能设备数据并定时向云平台发送新增的智能设备数据；本地控制平台动态更新故障判断条件并发送至云平台；云平台定时向所有本地控制平台同步故障判断条件；本地控制平台服务端传输智能设备数据到客户端，云平台服务端传输智能设备数据到客户端，实现对智能设备进行检测；用户在云平台的客户端输入服务申请信息并传输给云平台服务端，服务端新建任务并匹配服务后将执行到的服务信息发送至提供该服务的车间的本地控制平台；云平台与本地控制平台之间的通信采用非阻塞通信；所述服务分为生产服务和生产流程服务；所述生产流程服务为指定了服务内容但未指定具体服务的项目的组合，其在指定了具体生产服务后形成一个完整的生产流程；所述生产流程服务中的每一环都定义了输入信息、输出信息；所述服务的执行者为智能设备；所述服务的内部服务根据实时性、安全性和计算量大小要求由智能设备控制层、本地控制平台或云平台提供；所述内部服务以web服务的方式提供；所述云服务器提供的内部服务以web服务的方式提供。

进一步地，所述智能设备为工业机器人、自动化设备或智能终端设备。

进一步地，所述智能设备数据包括机器人完成次数、机器人动作失败次数、写入信息、读出信息、运行结果、过程数据、运行时间和停机时间中的一种以上。

进一步地，所述内部服务包括：智能设备控制层对设备层提供伺服控制和PLC控制；本地控制平台即本地控制层提供的包括路径规划服务、运动控制服务以及部分计算服务和部分生产工艺服务，云平台即云层提供地图服务、更大计算量的计算服务和更丰富的生产工艺服务以及运输服务；本地控制平台提供的生产工艺服务为较常用或者涉及核心技术不可共享的工艺服务，云层提供的生产工艺服务为本地使用较少的或者可共享的工艺服务。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：本发明通过对智能设备数据的采集、整理并分级发送至本地控制平台与云平台，实现对智能设备的分级监控，本地控制平台对故障判断条件进行动态更新，降低故障检测的成本和提高故障预警能力；根据用户的生产需求在各车间（或其他提供服务的地方）所能提供的服务中匹配生产流程，合理调配生产资源，用户可以远程监控生产活动的进行；车间管理员可以对智能设备和车间生产活动进行远程监控；内部服务按实时性、安全性、计算量等分类，满足系统的实时性、安全性、计算量要求的同时降低提供与更新服务的成本；所述内部服务中的工艺服务按常用与不常用、涉及核心技术不可公开的工艺与可以共享的工艺等区分，大量可以共享的工艺数据放在云平台中，本地控制平台存放常用的与涉及核心技术的工艺，提升了智能设备的学习能力、灵活性、在线升级的能力；系统通用性和灵活性较强，可以整合不同的设备作为不同服务加入系统，调整服务状态方便。本发明体现了智能生产、智能工厂与智能商业的结合，使生产管理更高效，推进定制化智能生产的发展。

附图说明

图1为本发明的一种实例结构关系图；

图2为实例中内部服务结构图。

具体实施方式

以下结合后附图和实例，对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此，需指出的是，以下若有未特别详细说明之处，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。

如图1所示，所构建的生产控制与监测系统主要由智能设备、智能设备控制与数据采集层、本地控制平台、云平台四层构成，本地控制平台对用户的接口为本地控制平台的客户端，云平台对用户的接口为云平台的客户端：

智能设备控制与数据采集层采集智能设备数据并发送至本地控制平台，本地控制平台每隔一段时间将数据同步至云平台，管理员通过客户端可以获取监控数据并更改智能设备状态，本地控制平台根据管理员对智能设备状态的更改动态更新故障判断条件并更新至云平台，云平台定期向所有本地控制平台同步故障判断条件；这是本发明所述的智能设备监测模式。

云平台使用先匹配关键项目，非关键项目的匹配与邻近关键项目类似的匹配方法匹配从客户端端获取的服务申请并生成任务；云平台与本地控制平台之间的通信采用非阻塞通信，遵守特定的数据传输协议；云平台维护一个线程池，每个线程依次将所有任务中没有前置条件未达成且未执行的服务发送至相应车间的本地控制平台；本地控制平台根据车间智能设备状态、服务类型以及优先级将服务加入一个智能设备的任务队列中，该服务完成后发送该服务完成消息至云平台；车间管理员可以通过客户端对服务与智能设备的调度进行调整；云平台接收到服务完成消息后修改该子服务状态，删除该服务完成作为前置条件的服务的该前置条件，若任务中全部子服务完成，修改任务状态；这是本发明所述的生产流程请求模式与生产控制模式。

所述的先匹配关键项目，非关键项目的匹配与邻近关键项目类似的匹配方法为：用价格作为关键项目的决定因素举例，根据任务中生产项目的执行顺序转化而成的生产项目队列的重要性由该队列中生产项目的平均价格之和与任务中全部生产项目的平均价格之和的比的大小决定；所述重要性决定队列的考虑顺序，匹配过程从重要性最高的队列开始，到重要性最低的队列结束；所述匹配一条队列的过程为：若该条队列已匹配的关键项目的数量小于该条队列的生产项目个数的30%，则将非关键项目中平均价格最高的一个项目设为关键项目，并根据该生产项目的价格、时间、与邻近关键项目所匹配的服务的生产车间的距离等因素通过遍历的方式匹配，匹配完成后其它队列如果有该生产项目，则其它队列的该生产项目成为该队列的已知关键项目；重复上一过程直到该条队列关键项目数量大于等于该条队列的生产项目个数的30%；两个关键项目之间的非关键项目的匹配结果，要求为两个关键项目的生产车间之一提供的，且其中只有两个相邻的生产项目是由不同的生产车间提供的，如有某个生产项目两个生产车间均无法提供，则该生产项目遍历寻找最优解；每个匹配完成的生产项目在还没有进行匹配的都列中都是已知的关键项目。

用户可以在云平台的客户端查看自己的任务的执行情况，包括所有子服务的执行情况；这是本发明所述的生产过程监控模式。

管理员在云平台的客户端填写详细的新增的服务信息或者选择服务修改其信息，提交后发送至云平台服务器，云平台服务器根据收到的数据修改或新增服务信息；这是本发明所述的服务注册模式。

本实例的一种面向服务的工业生产控制与监测方法，包括如下运行模式和步骤：