一种基于人工智能的冲压成型生产车间安全监控系统的制作方法

本发明创造涉及安全监控领域，具体涉及一种基于人工智能的冲压成型生产车间安全监控系统。

背景技术：

冲压成型是指靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的加工成型方法。在冲压成型的过程中，容易产生高摩擦力和高温等，稍有不慎容易引起意外事故，因此，提供一种基于人工智能的冲压成型生产车间安全监控系统，对冲压成型的生产车间进行安全监控，保证了生产车间的安全，从而保证了冲压成型车间的安全进行。

针对上述问题，本发明旨在提供一种基于人工智能的冲压成型生产车间安全监控系统。

本发明创造的目的通过以下技术方案实现：

一种基于人工智能的冲压成型生产车间安全监控系统，包括安全监控模块、安全信息收集模块和安全管理中心，所述安全监控模块采用传感器组件采集车间环境参数数据，包括监控初始阶段和监控稳定阶段，在监控初始阶段，安全监控模块采用传感器组件采集车间环境参数数据，并将采集得到的车间环境参数数据传输至安全信息收集模块，在监控稳定阶段，安全监控模块采用传感器组件采集车间环境参数数据，并在传感器组件中选取簇首组件将其采集得到的车间环境参数数据传输至安全信息收集模块，所述安全信息收集模块将接收到的车间环境参数数据转发至安全管理中心，安全管理中心将接收到的车间环境参数数据和给定的安全阈值进行比较，当所述车间环境参数数据高于给定的安全阈值时进行预警。

本发明创造的有益效果：采用传感器组件对冲压成型的生产车间进行安全监控，分为监控初始阶段和监控稳定阶段，利用传感器组件在监控初始阶段采集的车间环境参数数据对车间的传感器组件进行分簇并选取能够代表整个簇的簇首组件，选取的簇首组件采集的车间环境参数数据跟簇中其他传感器组件采集的车间环境参数数据最为接近，从而只将簇首组件采集的车间环境参数数据传输至安全管理中心，在有效的减少传感器组件的数据传输量的同时，安全管理中心根据簇首组件采集的车间环境数据也能有效的对车间环境进行监控。

附图说明

利用附图对发明创造作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明创造的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例的一种基于人工智能的冲压成型生产车间安全监控系统，包括安全监控模块、安全信息收集模块和安全管理中心，所述安全监控模块采用传感器组件采集车间环境参数数据，包括监控初始阶段和监控稳定阶段，在监控初始阶段，安全监控模块采用传感器组件采集车间环境参数数据，并将采集得到的车间环境参数数据传输至安全信息收集模块，在监控稳定阶段，安全监控模块采用传感器组件采集车间环境参数数据，并在传感器组件中选取簇首组件将其采集得到的车间环境参数数据传输至安全信息收集模块，所述安全信息收集模块将接收到的车间环境参数数据转发至安全管理中心，安全管理中心将接收到的车间环境参数数据和给定的安全阈值进行比较，当所述车间环境参数数据高于给定的安全阈值时进行预警。

优选地，所述传感器组件包括温度传感器、湿度传感器、烟雾浓度传感器和粉尘浓度传感器。

优选地，所述安全监控模块中的传感器节点的初始能量值都相同。

优选地，所述安全监控模块采用传感器组件采集车间环境参数数据，分为监控初始阶段和监控稳定阶段，设t表示当前时刻，τ为给定的时间阈值，当t≤τ时，安全监控模块处于监控初始阶段，安全监控模块采用传感器组件采集车间环境参数数据，并将采集的车间环境参数数据传输至安全信息收集模块；当t>τ时，安全监控模块处于监控稳定阶段，安全监控模块采用传感器组件采集车间环境参数数据，并在传感器组件中选取簇首组件将其采集得到的车间环境参数数据传输至安全信息收集模块。

本优选实施例采用传感器组件对冲压成型生产车间进行安全监控，分为监控初始阶段和监控稳定阶段，利用传感器组件在监控初始阶段采集的车间环境参数数据对车间的传感器组件进行分簇并选取能够代表整个簇的簇首组件，选取的簇首组件采集的车间环境参数数据跟簇中的传感器组件采集的车间环境参数数据最为接近，从而只将簇首组件采集的车间环境参数数据传输至安全管理中心，在有效的减少传感器组件的数据传输量的同时，安全管理中心根据簇首组件采集的车间环境数据也能有效的对车间环境进行监控。

优选地，安全管理中心根据接收到的传感器组件在监控初始阶段采集得到的车间环境参数数据对安全监控模块中的传感器组件进行分簇，包括数据预处理单元和分簇单元，所述数据预处理单元用于去除接收到的传感器组件在监控初始阶段采集得到的车间环境参数数据中的噪声数据，所述分簇单元用于根据预处理后的车间环境参数数据对安全监控模块中的传感器组件进行分簇，并将分簇结果传输至安全信息收集模块，由安全信息收集模块将分簇结果转发给安全监控模块中的传感器组件。

优选地，所述数据预处理单元用于去除接收到的传感器组件在监控初始阶段采集得到的车间环境参数数据中的噪声数据，设ci表示安全监控模块中的第i个传感器组件，表示传感器组件ci中用于采集第r个车间环境参数的传感器节点，i＝1,2,…,n(c)，其中，n(c)表示安全监控模块中的传感器组件数，设表示传感器节点在监控初始阶段采集得到的第r个车间环境参数的数据序列(所述数据序列按传感器节点的采集顺序进行排序)，且其中，表示数据序列中的第1个数据，表示数据序列中的第2个数据，表示数据序列中的第个数据，表示数据序列中的数据量；

对数据序列中的数据进行依次处理，设表示数据序列中的第j个数据，对数据建立长度为l1的第一数据序列和第二数据序列且其中，l1为小于的正整数，且l1可以被3整除，和分别为数据序列中的第(j-l1+1)和(j-l1+2)个数据，和分别为数据序列中的第和个数据，和分别为数据序列中的第和第个数据；定义数据对应的异常检测因子为且的计算公式为：

式中，表示数据序列中的第p个数据，且为数据在第一数据序列中的检测因子，表示数据序列中的第l个数据，且表示数据序列中的第(j-1)个数据，表示数据序列中的第k个数据，且表示对数据建立的长度为l1的第一数据序列，且

当数据对应的异常检查因子时，则数据为异常数据，当数据对应的异常检测因子时，则数据为正常数据，其中，为给定的异常检测阈值，且其中，和分别表示数据序列中的第a和第b个数据，和分别表示取中值；

当为异常数据时，对异常数据进行二次检测，设表示传感器节点的相邻传感器组件中用来采集第r个车间环境参数的传感器节点集合，且其中，表示集合中的第d个传感器节点，表示集合中的传感器节点数，设传感器节点采集异常数据对应的时间为定义异常数据对应的二次检测因子为且的计算公式为：

式中，表示传感器节点在时刻采集得到的第r个车间环境参数的数据，表示判断函数，当数据为正常数据时，则当数据为异常数据时，

当异常数据对应的二次检测因子时，则判定异常数据为正常数据，当异常数据对应的二次检测因子时，则判定异常数据为噪声数据，并令

其中，表示时间序列中的第(j-o)个数据，为异常数据对应的二次检测阈值，设表示集合中的传感器节点在时刻采集得到的第r个车间环境参数的正常数据集合，且其中，和分别表示集合中的第1、第2和第f个正常数据，f表示集合中的数据量，则其中，为集合中的第g个正常数据，表示集合中的第s个正常数据；

按照上述方法去除传感器组件ci在监控初始阶段采集的其他车间环境参数的数据序列中的噪声数据。

本优选实施例用于去除安全监控模块中的传感器组件在监控初始阶段采集得到的车间环境参数数据中的噪声数据，定义异常检测因子和二次检测因子根据数据的时间相关性和空间相关性对数据进行综合检测，定义的异常检测因子从时间相关性方面对数据异常进行检测，相较于传统的根据时间相关性对数据异常进行检测的方法，本优选实施例根据时间相关性对数据的异常进行检测时，建立第一数据序列和第二数据序列，建立的第一数据序列是通过将待检测数据和其之前采集的数据进行对比发现待检测数据的异常，为了避免因车间环境突然变化造成的数据突变而被误判为异常数据的情况，建立的第二数据序列包括了待检测数据之前采集和之后采集的部分数据，将待检测数据和第二数据序列中的数据进行对比发现待检测数据的异常，从而提高了异常数据的检测准确度；为了进一步提高异常数据的检测精度，从空间相关性方面对检测所得的异常数据进行二次检测，相较于传统的根据空间相关性对数据异常进行检测的方法，本优选实施例在二次检测因子中除了将所述异常数据和其相邻传感器节点采集的正常数据进行对比检测该异常数据的异常情况，并额外引入了所述异常数据的相邻传感器节点在相同时刻采集的数据被判定为异常数据的个数，当所述异常数据的相邻传感器节点在相同时刻采集的数据被判定为异常数据的个数较多时，即表明所述异常数据较大概率为车间环境突然变化造成的数据突变，即从空间相关性方面进一步排除了因车间环境突然变化造成的数据突变使得该数据被误判为异常数据的现象，从而提高了噪声数据的检测精度。

优选地，所述分簇单元用于根据预处理后的车间环境参数数据对安全环境监控模块中的传感器组件进行分簇，具体包括：

(1)安全监控模块中的每个传感器组件生成一个0～1之间的随机数rand，当传感器组件的随机数时，则该传感器组件当选为临时簇首组件，当时，将该传感器组件标记为待入簇传感器组件；其中，q为待选取的临时簇首组件数，n(c)为安全监控模块中的传感器组件数；

(2)设ci表示选取的第i个临时簇首组件，且i＝1,2,…q，表示临时簇首组件ci中用于采集第r个车间环境参数的传感器节点，将临时簇首组件ci所在的簇记为簇ψi，临时簇首组件ci即为簇ψi中的成员组件，继续确定簇ψi中的其他成员组件，具体为：

设表示临时簇首组件ci的相邻待入簇传感器组件集合，且其中，cj(ci)表示集合lci中的第j个待入簇传感器组件，nlci表示集合lci中的待入簇传感器组件数；

对集合中的待入簇传感器组件进行入簇检测，设表示传感器节点在监控初始阶段采集的第r个车间环境参数的数据序列，且和分别表示数据序列中的第1、第2和第个数据，表示数据序列中的数据量，设表示数据序列经预处理单元预处理后的数据序列，且和分别表示数据序列中的第1、第2和第个数据，定义集合中的待入簇传感器组件cj(ci)加入簇ψi的成簇代价函数为β(cj(ci))，且β(cj(ci))的表达式为：

式中，表示数据序列中的第α个数据，表示数据序列中的第α个数据，表示传感器节点采集数据对应的时刻，表示待入簇传感器组件cj(ci)在时刻采集的第r个车间环境参数的数据，表示数据经预处理单元预处理后的值，h(β)为给定的成簇阈值，且

当待入簇传感器组件cj(ci)的成簇代价函数β(cj(ci))≤1时，则待入簇传感器组件cj(ci)加入到簇ψi中，将待入簇传感器组件cj(ci)标记为簇ψi的成员组件，当待入簇传感器组件cj(ci)的成簇代价函数β(cj(ci))>1时，则待入簇传感器组件cj(ci)仍标记为待入簇传感器组件；

(3)当新加入簇ψi的成员组件的相邻传感器组件中存在待入簇传感器组件时，继续按照上述方法对新加入簇ψi的成员组件的相邻待入簇传感器组件进行入簇检测，当所述待入簇传感器组件的成簇代价函数小于等于1时，则该待入簇传感器组件加入到簇ψi中，成为簇ψi的成员组件；当所述待入簇传感器组件的成簇代价函数大于1时，则该待入簇传感器组件仍标记为待入簇传感器组件；

(4)重复步骤(3)直到簇ψi中没有新的成员组件加入时，即停止继续确定簇ψi中的其他成员组件，此时ψi即为划分的第i个簇。

本优选实施例用于将安全监控模块中的传感器组件进行分簇，相较于传统的分簇方式，本优选实施例根据传感器组件采集的车间环境参数数据之间的相关性对安全监控模块中的传感器组件进行分簇，保证每个簇中的传感器组件采集的车间环境参数数据较为接近。

优选地，安全管理中心将传感器组件的分簇结果传输至安全信息收集模块，由安全信息收集模块将分簇结果传输给安全监控模块中的传感器组件，传感器组件接收到自己所在的簇后，位于同一个簇的传感器组件采用竞争的方式竞选其所在簇的簇首组件，具体为：

ψi表示安全监控模块中的第i个簇，设ψi＝{cj(ψi),j＝1,2,…,n(ψi)}，其中，cj(ψi)表示簇ψi中的第j个传感器组件，表示传感器组件cj(ψi)中用来采集第r个车间环境参数的传感器节点，n(ψi)表示簇ψi中的传感器组件数，设表示传感器节点在监控初始阶段采集得到的第r个车间环境参数的数据序列，且和分别表示数据序列中的第1、第2和第个数据，表示数据序列经预处理单元处理后的数据序列，且其中，和分别表示数据序列中的第1、第2和第个数据，表示数据序列中的数据量；

定义传感器组件cj(ψi)竞选簇ψi的簇首组件的权值为b(cj(ψi))，则b(cj(ψi))的计算公式为：

b(cj(ψi))＝b1(cj(ψi))*b2(cj(ψi))

式中，b1(cj(ψi))为传感器组件cj(ψi)的属性检测因子，b2(cj(ψi))为传感器组件cj(ψi)的空间检测因子，e(cj(ψi))表示传感器组件cj(ψi)中传感器节点的当前能量值的最小值，e0(cj(ψi))表示传感器组件cj(ψi)中传感器节点的初始能量值，表示数据预处理单元在数据序列中检测所得的噪声数据量，表示数据序列中的第β个数据，表示数据序列中的第β个数据，表示传感器节点采集数据对应的时刻，cl(ψi)表示簇ψi中的第l个传感器组件，且cl(ψi)≠cj(ψi)，表示传感器组件cl(ψi)中用来采集第r个车间环境参数的传感器节点，表示传感器节点在时刻采集的数据经预处理单元处理后的值；

选取簇ψi中权值最小的传感器组件为簇ψi的簇首组件，簇首组件将其采集得到的车间环境参数数据传输至安全信息收集模块；

当安全监控模块中选取的簇首组件中存在传感器节点的当前能量值小于时，则采用上述方式重新选取各簇的簇首组件，其中，表示安全监控模块中传感器节点在当前时刻的平均能量值。

本优选实施例用于在每个簇中选取簇首组件将其采集的车间环境参数数据传输至安全信息收集模块，簇首组件采集的车间环境参数跟簇中其他传感器组件采集的车间环境参数最为接近，从而只将簇首组件采集的车间环境参数数据传输至安全管理中心，在有效的减少传感器组件的数据传输量，延长传感器组件的生命周期的同时，安全管理中心根据簇首组件采集的车间环境数据也能有效的对车间环境进行监控；因此，为保证簇首组件采集的车间环境参数数据能够代表整个簇，定义的传感器组件竞争簇首组件的权值公式中，包括了传感器组件的属性检测因子和空间检测因子两部分，所述属性检测因子用于对传感器组件的自身属性进行检测，包括传感器组件的当前能量值和传感器组件采集数据的出错率，使得选取的簇首组件能够拥有较高的当前能量值和可信度，所述空间检测因子用于检测传感器组件采集的车间环境数据和簇中其他传感器组件采集的车间环境参数数据之间的关系，使得选取的簇首组件采集的车间环境参数数据最能代表该簇所覆盖的车间范围的环境，进而在只将簇首组件采集的车间环境参数数据传输至安全监控管理中心的情况下，安全管理中心也能够对车间环境进行有效的监控。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。