一种基于工业互联网的胎架远程监测系统及监测方法与流程

本发明涉及胎架远程监测，具体是涉及一种基于工业互联网的胎架远程监测系统及其监测方法。

背景技术：

在船舶分段建造现场，分段作为船体的基本元素，其质量控制的好坏直接影响到船台合拢的难度和效率，进一步影响船舶的航行性能指标，最终关系到船舶制造业的产品质量、生产效率、生产成本以及生产周期。对于分段而言，胎架是分段建造的基础，目前，胎架工作数据大多仍然通过人工采集、手工记录，最后输入到计算机中进行汇总，普遍存在数据采集滞后、实时监测和统计困难、数据可靠性低、利用率差等问题，严重制约了船舶分段建造的精度和效率。

现有的传统胎架远程监测系统对胎架工作数据采集不全面，采集后的数据也只进行了简单的统计，且胎架运行过程信息不流通、无法实时展示工作数据，导致管理人员不能及时掌握胎架工作情况。

技术实现要素：

发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种对胎架数据实时采集、多次处理统计并实时显示的基于工业互联网的胎架远程监测系统。

本发明还提供一种上述远程监测系统的监测方法。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种基于工业互联网的胎架远程监测系统，包括数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块、数据监测模块，所述数据采集模块包括若干传感器节点，所述传感器节点用于采集胎架的工作数据；

所述数据传输模块将数据采集模块采集的数据传输给数据处理模块；

所述数据处理模块包括边缘网关和云服务器，所述边缘网关采用边缘计算将接收到的数据进行处理分析，并将处理后的数据转发至云服务器，云服务器运算处理后的数据得到规则或模型并下发至边缘网关，所述边缘网关再根据规则或模型对接收的数据进行处理，得出决策指令下发至胎架；

所述数据监测模块远程获取和存储胎架数据，并通过web系统进行发布。

进一步的，所述传感器节点包括传感器模块、处理器模块、无线通信模块、gps模块和电源模块，所述传感器模块用于采集胎架工作数据；所述处理器模块用于控制整个传感器节点，包括存储和处理该传感器节点中传感器模块采集的数据以及其他传感器节点发送的数据；所述无线通信模块用于收发采集的数据，以及该传感器节点与其他传感器节点发送的数据；所述gps模块用于获取该传感器节点的位置信息；所述电源模块为该传感器节点供电。

进一步的，所述边缘网关包括多设备接入和管理模块、数据分析和清洗模块、规则计算和信息决策模块；所述多设备接入和管理模块用于接收各胎架传感器节点采集的数据，并对各胎架的数据进行初步处理，然后对各胎架进行注册和管理；所述数据分析和清洗模块用于对初步处理的数据进行进一步处理，并将进一步处理后的数据上传至云服务器，云服务器运算数据得到规则或模型并下发至规则计算和信息决策模块；所述规则计算和信息决策模块根据规则或模型对各胎架的数据进行处理，得出决策指令下发至各胎架。

进一步的，所述多设备接入和管理模块包括设备连接单元、数据转换单元和接入总线单元；所述设备连接单元通过有线或无线的方式连接各胎架并接收各胎架传感器节点采集的数据；所述数据转换单元用于对各胎架传感器节点采集的数据进行初步处理，将各胎架传感器节点采集的一种或多种类型的数据批量转换为同种规范的标准数据格式；所述接入总线单元通过消息总线根据初步处理的数据实现各胎架的注册和管理。

进一步的，所述数据分析和清洗模块采用缺失值处理和数据滤波操作对初步处理的数据进行进一步处理。

进一步的，所述规则计算和信息决策模块采用嵌入式规则引擎得出对胎架的决策指令。

进一步的，所述嵌入式规则引擎包括触发条件部分、过滤条件部分和执行动作部分，所述触发条件部分是规则的入口，当输入的数据满足设定的触发条件时产生触发动作，所述过滤条件部分根据过滤条件对数据进行再次筛选，所述执行动作部分根据筛选后的数据对胎架下发决策指令，所述执行动作为嵌入式规则引擎的规则输出。

进一步的，所述web系统为b/s架构，包括数据访问层、业务逻辑层和页面显示层；所述数据访问层用于完成基本的数据访问，所述业务逻辑层用于完成数据的插入、删除和查询，所述页面显示层用于显示胎架实时数据和历史数据。

本发明采用一种上述远程监测系统的监测方法，具体步骤如下：

(1)传感器节点实时采集胎架的工作数据；

(2)多设备接入和管理模块对采集的工作数据进行初步处理，并完成胎架的注册和管理；

(3)数据分析和清洗模块将初步处理的数据进行进一步处理，并上传至云服务器，云服务器根据数据对胎架状态实时监测；

(4)云服务器运算数据得到规则或模型并下发至边缘网关，同时云服务器判断是否存在异常；在产生异常时，对异常点定位并通知运维人员；

(5)边缘网关根据云服务器下发的规则或模型得出决策指令，并将决策指令下发至胎架；

(6)通过web系统访问云服务器查看胎架实时数据和历史数据。

有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是采用工业互联网技术，在船舶分段建造过程中实现胎架工作数据的实时采集、传输、处理及监测；采用多个传感器节点对胎架的各种工作数据进行采集，采用边缘计算处理数据，将计算推至靠近胎架数据源的位置，从而更好地支持计算服务和数据的迁移，降低云服务器的访问压力，将胎架监测智能化和远程化，实现胎架精准监测。

附图说明

图1是本发明胎架远程监测系统的整体结构图；

图2是本发明胎架远程监测系统监测方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中的一种基于工业互联网的胎架远程监测系统，包括数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块、数据监测模块，数据采集模块是胎架远程监测系统的基础，包括若干传感器节点，传感器节点布置在胎架各部位用于采集胎架的各种工作数据，包括拉压力、温度、位移等数据。

传感器节点包括传感器模块、处理器模块、无线通信模块、gps模块和电源模块，传感器模块用于采集胎架工作数据并进行数据转换；处理器模块用于控制整个传感器节点，并将该传感器节点采集的数据以及其他传感器节点发送的数据进行存储和处理；无线通信模块用于该传感器节点与其他传感器节点之间的通信，以及该传感器节点与其他传感器节点之间的信息交换和收发数据，且无线通信模块通过收发数据功能向数据传输模块发送采集的拉压力、温度等数据；无线通信模块与数据传输模块之间采用短距离无线通信技术；gps模块用于获取该传感器节点的位置信息；电源模块为该传感器节点供电。处理器模块和无线通信模块封装在无线单片机系列的芯片上。

数据传输模块将数据采集模块采集的数据传输给数据处理模块；数据传输模块可采用短距离无线通信技术如zigbee、wifi等进行数据通信，也可采用有线通信技术通过各种通讯介质如双绞线、电力线、光纤等进行数据通信。

数据处理模块包括边缘网关和云服务器，边缘网关采用边缘计算对胎架接入并进行有效管理，将接收到的数据进行处理分析；边缘网关的功能模块包括多设备接入和管理模块、数据分析和清洗模块、规则计算和信息决策模块；多设备接入和管理模块用于接收各胎架传感器节点采集的数据，根据边缘网关提供的不同类型接入方式完成各胎架连接，并对各胎架的数据进行初步处理。多设备接入和管理模块包括设备连接单元、数据转换单元和接入总线单元；设备连接单元感知待接入胎架并通过有线或无线的方式连接各胎架，接收各胎架传感器节点采集的数据。数据转换单元用于对各胎架传感器节点采集的数据进行初步处理，将各胎架传感器节点采集的一种或多种类型的数据批量转换为同种规范的标准数据格式，再对数据进行分析和打包。接入总线单元通过消息总线(mq)并根据初步处理的数据实现各胎架的注册和管理。

数据分析和清洗模块采用缺失值处理和数据滤波操作对初步处理的数据进行筛选、存储、聚合以及优化等操作从而提高数据的质量、压缩数据的大小，并将进一步处理后的数据通过无线网桥等网络设备，采用以太网通信等方式传输至云服务器。云服务器配置成自动接收模式，由传感器节点主动向云服务器发送胎架数据，同时云服务器转发数据至web系统，实现实时显示功能。

云服务器根据胎架运行要求，预置胎架的开闭策略，通过接收的进一步处理的数据，实现对胎架开、关状态的实时监测。然后云服务器运算数据得到规则或模型并下发至边缘网关的规则计算和信息决策模块；规则计算和信息决策模块采用嵌入式规则引擎根据规则或模型对各胎架的数据进行处理，得出决策指令下发至胎架。嵌入式规则引擎包括触发条件部分、过滤条件部分和执行动作部分，触发条件部分是嵌入式规则引擎的入口，当输入的数据满足设定的触发条件时产生触发动作，过滤条件部分根据过滤条件对数据进行再次筛选，执行动作部分根据筛选后的数据对胎架下发决策指令，所述执行动作为嵌入式规则引擎的规则输出，是嵌入式规则引擎的最终结果。

同时，云服务器将数据进行融合处理，并根据有效数据通过对应的专家知识分析，判断是否生成异常报警指令；如果产生异常报警，云服务器将针对胎架精准定位、取证，自动调度运维派单，优化人员监测流程，使巡检维保有效执行。

所述数据监测模块远程获取和存储胎架的各种数据，并通过web系统进行发布。web系统为b/s架构，包括数据访问层、业务逻辑层和页面显示层；数据访问层完成最基本的数据访问功能，业务逻辑层完成数据的插入、删除和查询等功能，页面显示层用于显示胎架实时数据和历史数据，设计了一个动态web页面，使授权用户在有网络连接的地方可以通过浏览器查看各胎架工作数据。

如图2所示，一种上述的远程监测系统的监测方法，具体步骤如下：

(1)部署在各胎架上的传感器节点根据系统设定实时采集胎架的拉压力、温度、位移等工作数据；

(2)数据采用短距离无线通信技术如zigbee、wifi等或者有线通信技术通过各种通讯介质如双绞线、电力线、光纤等向边缘网关进行传输；

(3)多设备接入和管理模块对采集的数据进行初步处理，将一种或者多种类型的数据批量转换为同种规范的标准数据格式，然后对数据进行分析和打包，并完成胎架的注册和管理；

(4)数据分析和清洗模块将初步处理后的数据进行筛选、存储、聚合和优化等操作做进一步处理，提高数据质量、压缩数据大小，并上传至云服务器；同时，云服务器根据胎架运行要求，预置胎架的开闭策略，对胎架开、关状态实时监测；

(5)云服务器运算数据得到规则或模型并下发至边缘网关，同时云服务器将数据进行融合处理，并根据有效数据通过对应的专家知识分析，判断系统是否存在异常；在产生异常时，对胎架精准定位、取证，自动调度运维派单，优化人员监测流程，使巡检维保有效执行；

(6)边缘网关根据云服务器下发的规则或模型对实时数据进行处理，得出决策指令并下发至胎架；

(7)管理员通过web系统向云服务器发送数据请求，然后通过动态web网页使授权用户通过浏览器查看各胎架实时数据和历史数据。