基于物联网的智能数控机床控制方法及系统与流程

本发明是关于智能机械制造技术领域，特别是关于一种基于物联网的智能数控机床控制方法及系统。

背景技术：

机床装备是装备制造业的工作母机，是国民经济发展特别是工业经济发展的重要基础。一方面，随着制造业迅速发展，各种加工机床装备也开始不断的进步升级，从普通车床，数控机床到加工中心等。相应的，加工工艺也在发生巨大的变化：比如机床的选择、加工方式的选择、加工工艺的选择、刀夹具参数的确定以及机床在加工运行过程中的参数的确定等，都需要企业花费大量的资源来进行设计和管理；另一方面，随着市场竞争的日趋激烈以及新兴信息技术与制造技术的融合应用，全球机床装备行业正逐步向数字化、物联化、网络化、服务化和智能化等方向发展。而人力成本的日益增加，资源红利的逐步消失，以及全球制造产业链不断的向南亚转移，使得我国机床装备行业在新趋势下面临着较大的下行压力。如何在广域范围内实现各类异构机床装备资源的集约化、网络化、服务化管控和协同共享，提升其跨区域的业务协作能力和整体竞争能力，助推整个机床装备产业链的转型升级，已成为当前我国机床装备行业的发展难题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于物联网的智能数控机床控制方法及系统，其能够克服现有技术的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于物联网的智能数控机床控制方法，包括如下步骤：在多个远程控制终端处生成多个控制信息；由控制中心收集系统负载信息a；由控制中心基于系统负载信息，计算单位时间内能够用于传输所生成的控制信息的资源数b；由控制中心接收多个远程控制终端所发送的控制信息大小消息，其中，控制信息大小消息指示控制信息大小c；由控制中心基于用于传输所生成的控制信息的资源数以及控制信息大小，生成单位时间内不冲突竞争传输机会d；由控制中心预测单位时间内所接收的竞争传输的个数e；由控制中心基于单位时间内不冲突竞争传输机会d以及单位时间内所接收的竞争传输的个数e，推断冲突概率f；如果冲突概率大于门限值，则由控制中心调整单位时间内所接收的竞争传输的个数以使得冲突概率小于门限值，并定义使得冲突概率小于门限值的经过调整的单位时间内所接收的竞争传输的个数为理想竞争传输的个数e2；由控制中心基于理想竞争传输的个数e2，推算当前能够进行传输的远程控制终端的个数g；由控制中心向g个随机选择的远程控制终端发送允许发送信息；由接收到允许发送信息的远程控制终端向控制中心发送控制信息；以及由控制中心将控制信息转发至数控机床。

在一优选的实施方式中，其中，系统负载信息是系统带宽被占用的比例；通过下式由控制中心基于用于传输所生成的控制信息的资源数以及控制信息大小，生成单位时间内不冲突竞争传输机会d：

d＝1000×(b/c)

其中，单位时间内能够用于传输所生成的控制信息的资源数b的单位为比特，控制信息大小c的单位为比特。

在一优选的实施方式中，通过下式由控制中心基于单位时间内不冲突竞争传输机会d以及单位时间内所接收的竞争传输的个数e，推断冲突概率f：

在一优选的实施方式中，由控制中心预测单位时间内所接收的竞争传输的个数e具体为：由控制中心确定当前时刻之前的预定时间段内的单位时间内所接收的传输的个数；将当前时刻之前的预定时间段内的单位时间内所接收的传输的个数与预定倍数相乘，以得到单位时间内所接收的竞争传输的个数e；其中，预定倍数的范围为1.3-1.5。

在一优选的实施方式中，由控制中心调整单位时间内所接收的竞争传输的个数以使得冲突概率小于门限值包括如下步骤：基于门限值以及单位时间内不冲突竞争传输机会d，反推单位时间内所接收的竞争传输的个数的最大值；确定每个远程控制终端的传输时间间隔；基于反推得到的单位时间内所接收的竞争传输的个数的最大值以及所确定的每个远程控制终端的传输时间间隔，得出经过调整的单位时间内所接收的竞争传输的个数为理想竞争传输的个数e2。

本发明还提供了一种基于物联网的智能数控机床控制系统，其特征在于：基于物联网的智能数控机床控制系统包括：多个远程终端，其中多个远程终端中的每一个远程终端被配置为生成多个控制信息；和控制中心，控制中心与多个远程终端通信连接，并且控制中心与数控机床通信连接；其中，控制中心被配置为：收集系统负载信息a；基于系统负载信息，计算单位时间内能够用于传输所生成的控制信息的资源数b；接收多个远程控制终端所发送的控制信息大小消息，其中，控制信息大小消息指示控制信息大小c；基于用于传输所生成的控制信息的资源数以及控制信息大小，生成单位时间内不冲突竞争传输机会d；预测单位时间内所接收的竞争传输的个数e；基于单位时间内不冲突竞争传输机会d以及单位时间内所接收的竞争传输的个数e，推断冲突概率f；如果冲突概率大于门限值，则调整单位时间内所接收的竞争传输的个数以使得冲突概率小于门限值，并定义使得冲突概率小于门限值的经过调整的单位时间内所接收的竞争传输的个数为理想竞争传输的个数e2；基于理想竞争传输的个数e2，推算当前能够进行传输的远程控制终端的个数g；向g个随机选择的远程控制终端发送允许发送信息；由接收到允许发送信息的远程控制终端向控制中心发送控制信息；以及将控制信息转发至数控机床。

在一优选的实施方式中，其中，系统负载信息是系统带宽被占用的比例；通过下式由控制中心基于用于传输所生成的控制信息的资源数以及控制信息大小，生成单位时间内不冲突竞争传输机会d：

d＝1000×(b/c)

其中，单位时间内能够用于传输所生成的控制信息的资源数b的单位为比特，控制信息大小c的单位为比特。

在一优选的实施方式中，通过下式由控制中心基于单位时间内不冲突竞争传输机会d以及单位时间内所接收的竞争传输的个数e，推断冲突概率f：

在一优选的实施方式中，由控制中心预测单位时间内所接收的竞争传输的个数e具体为：由控制中心确定当前时刻之前的预定时间段内的单位时间内所接收的传输的个数；将当前时刻之前的预定时间段内的单位时间内所接收的传输的个数与预定倍数相乘，以得到单位时间内所接收的竞争传输的个数e；其中，预定倍数的范围为1.3-1.5。

在一优选的实施方式中，由控制中心调整单位时间内所接收的竞争传输的个数以使得冲突概率小于门限值包括如下步骤：基于门限值以及单位时间内不冲突竞争传输机会d，反推单位时间内所接收的竞争传输的个数的最大值；确定每个远程控制终端的传输时间间隔；基于反推得到的单位时间内所接收的竞争传输的个数的最大值以及所确定的每个远程控制终端的传输时间间隔，得出经过调整的单位时间内所接收的竞争传输的个数为理想竞争传输的个数e2。

与现有技术相比，本发明的基于物联网的智能数控机床控制方法及系统具有如下优点：我国目前正在推进工业4.0以及中国制造2025计划。在该进程中，如何实现工厂自动化生产以及智能生产仍然是重大的技术难题。目前家用物联网技术已经渐渐开始普及，用户可以通过无线网络控制家庭中的多种电器，能够实时监测家中电器的状态等等。但是工业级物联网传输和家用级物联网传输具有不同的技术要求，直接将家用物联网技术“移植”到工厂中往往是不能实现工业智能化目标的。工业级物联网传输的一个重要指标是如何保证传输成功率，为了能够保证传输成功率，本发明提供了一种预测传输成功概率，并基于所预测的传输成功率，来限定传输终端个数，从而防止多个终端同时传输导致信道堵塞的方法。由于工业控制的特殊性，需要保证传输的低延时和成功率，而本发明的方法由于能够事先预测传输成功率，所以本发明的方法能够通过减少传输终端个数的方法，从根本上避免冲突传输的发生，从根本上降低了传输延时并提高了传输的成功率，实现了工业级的物联网通信。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的基于物联网的智能数控机床控制方法流程图。

图2是根据本发明一实施方式的基于物联网的智能数控机床控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1是根据本发明一实施方式的基于物联网的智能数控机床控制方法流程图。基于物联网的智能机床控制方法包括如下步骤：

步骤101：在多个远程控制终端处生成多个控制信息；

步骤102：由控制中心收集系统负载信息a；

步骤103：由控制中心基于系统负载信息，计算单位时间内能够用于传输所生成的控制信息的资源数b；

步骤104：由控制中心接收多个远程控制终端所发送的控制信息大小消息，其中，控制信息大小消息指示控制信息大小c；

步骤105：由控制中心基于用于传输所生成的控制信息的资源数以及控制信息大小，生成单位时间内不冲突竞争传输机会d；

步骤106：由控制中心预测单位时间内所接收的竞争传输的个数e；

步骤107：由控制中心基于单位时间内不冲突竞争传输机会d以及单位时间内所接收的竞争传输的个数e，推断冲突概率f；

步骤108：如果冲突概率大于门限值，则由控制中心调整单位时间内所接收的竞争传输的个数以使得冲突概率小于门限值，并定义使得冲突概率小于门限值的经过调整的单位时间内所接收的竞争传输的个数为理想竞争传输的个数e2；

步骤109：由控制中心基于理想竞争传输的个数e2，推算当前能够进行传输的远程控制终端的个数g；

步骤110：由控制中心向g个随机选择的远程控制终端发送允许发送信息；

步骤111：由接收到允许发送信息的远程控制终端向控制中心发送控制信息；以及

步骤112：由控制中心将控制信息转发至数控机床。

在一优选的实施方式中，其中，系统负载信息是系统带宽被占用的比例；通过下式由控制中心基于用于传输所生成的控制信息的资源数以及控制信息大小，生成单位时间内不冲突竞争传输机会d：

d＝1000×(b/c)

其中，单位时间内能够用于传输所生成的控制信息的资源数b的单位为比特，控制信息大小c的单位为比特。

在一优选的实施方式中，通过下式由控制中心基于单位时间内不冲突竞争传输机会d以及单位时间内所接收的竞争传输的个数e，推断冲突概率f：

在一优选的实施方式中，由控制中心预测单位时间内所接收的竞争传输的个数e具体为：由控制中心确定当前时刻之前的预定时间段内的单位时间内所接收的传输的个数；将当前时刻之前的预定时间段内的单位时间内所接收的传输的个数与预定倍数相乘，以得到单位时间内所接收的竞争传输的个数e；其中，预定倍数的范围为1.3-1.5。

在一优选的实施方式中，由控制中心调整单位时间内所接收的竞争传输的个数以使得冲突概率小于门限值包括如下步骤：基于门限值以及单位时间内不冲突竞争传输机会d，反推单位时间内所接收的竞争传输的个数的最大值；确定每个远程控制终端的传输时间间隔；基于反推得到的单位时间内所接收的竞争传输的个数的最大值以及所确定的每个远程控制终端的传输时间间隔，得出经过调整的单位时间内所接收的竞争传输的个数为理想竞争传输的个数e2。

本发明还提供了一种基于物联网的智能数控机床控制系统，包括：多个远程终端(在图2中标识为201a-201x)和控制中心203，其中多个远程终端中的每一个远程终端被配置为生成多个控制信息；控制中心与多个远程终端通信连接，并且控制中心与数控机床(在图2中标识为202a-202x)通信连接；其中，控制中心被配置为：收集系统负载信息a；基于系统负载信息，计算单位时间内能够用于传输所生成的控制信息的资源数b；接收多个远程控制终端所发送的控制信息大小消息，其中，控制信息大小消息指示控制信息大小c；基于用于传输所生成的控制信息的资源数以及控制信息大小，生成单位时间内不冲突竞争传输机会d；预测单位时间内所接收的竞争传输的个数e；基于单位时间内不冲突竞争传输机会d以及单位时间内所接收的竞争传输的个数e，推断冲突概率f；如果冲突概率大于门限值，则调整单位时间内所接收的竞争传输的个数以使得冲突概率小于门限值，并定义使得冲突概率小于门限值的经过调整的单位时间内所接收的竞争传输的个数为理想竞争传输的个数e2；基于理想竞争传输的个数e2，推算当前能够进行传输的远程控制终端的个数g；向g个随机选择的远程控制终端发送允许发送信息；由接收到允许发送信息的远程控制终端向控制中心发送控制信息；以及将控制信息转发至数控机床。

在一优选的实施方式中，其中，系统负载信息是系统带宽被占用的比例；通过下式由控制中心基于用于传输所生成的控制信息的资源数以及控制信息大小，生成单位时间内不冲突竞争传输机会d：

d＝1000×(b/c)

其中，单位时间内能够用于传输所生成的控制信息的资源数b的单位为比特，控制信息大小c的单位为比特。

在一优选的实施方式中，通过下式由控制中心基于单位时间内不冲突竞争传输机会d以及单位时间内所接收的竞争传输的个数e，推断冲突概率f：

在一优选的实施方式中，由控制中心预测单位时间内所接收的竞争传输的个数e具体为：由控制中心确定当前时刻之前的预定时间段内的单位时间内所接收的传输的个数；将当前时刻之前的预定时间段内的单位时间内所接收的传输的个数与预定倍数相乘，以得到单位时间内所接收的竞争传输的个数e；其中，预定倍数的范围为1.3-1.5。

在一优选的实施方式中，由控制中心调整单位时间内所接收的竞争传输的个数以使得冲突概率小于门限值包括如下步骤：基于门限值以及单位时间内不冲突竞争传输机会d，反推单位时间内所接收的竞争传输的个数的最大值；确定每个远程控制终端的传输时间间隔；基于反推得到的单位时间内所接收的竞争传输的个数的最大值以及所确定的每个远程控制终端的传输时间间隔，得出经过调整的单位时间内所接收的竞争传输的个数为理想竞争传输的个数e2。

需要说明的是，本发明实施例中的方法可以由带有处理器的装置实现，该装置中还包括存储有根据本发明的方法编程的指令(软件)，当由处理器执行该软件时，该装置能够实现本发明的方法。编程方法是本领域公知的方法，并且如何编程不是本发明的重点内容，为了使得说明书简洁，本发明不介绍编程细节。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。这些指令可以通过其中的处理器以配合实现及控制，用于执行本发明实施例揭示的方法。上述处理器还可以是通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessing，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit)、现成可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

其中，上述通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器，解码器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法中的全部或部分步骤可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者诸如媒体网关等网络通信设备)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例和设备实施例而言，由于其基本相似于系统实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。以上所描述的设备及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。