一种智慧工厂安防智能监测的管理系统及方法与流程

本发明涉及智能安防的，具体为一种智慧工厂安防智能监测的管理系统及方法。

背景技术：

1、智慧工厂是一种通过把最新的信息技术应用到传统工厂生产中以提高工厂管理效率和生产水平的新型组织形式，智慧工厂通过使用以下技术来建立智慧工厂模式：电脑集成制造技术、集成工厂能源管理技术、产品设计与制造工程技术、可视化设计、模型加工技术等；智慧工厂可以完成从订单到交付产品末端流程的数字化跟踪管理，把握各种工艺制度及状态，在生产管理的过程中有效地挖据、整合和利用历史数据，实时反馈数据，从而进一步完善生产控制，提升生产管理水平；智慧工厂还可以实施高级技术，如计算机辅助设计技术技术、虚拟现实技术以及通用仿真设计系统技术技术来提高设计效率、生产周期等，也可以实现订单到交付的全过程控制，提高投资回报率；通过智慧工厂的建设，使企业不仅可以实现节约资金，节省人力成本，提升工作效率，改善工厂的组织流程，提高管理水平，实现智慧工厂同步需要实现工厂的智慧安防管理，智慧安防不仅需要操作人员安全合规生产作业，同时也需要生产设备始终处于安全运行状态，现有的智慧工厂对于生产设备安防监测主要采用视频监控生产设备以及配合人为定时维护检查，采用视频监控只能在工厂内部空间上对发生事故的生产设备进行安防监测，人为检查只能对生产设备进行常规检查，视频监测以及人为定时检查不能实时精确对生产设备进行安防预测管理，也不能对生产设备进行在线故障隐患预测和故障设备对象、位置、信息进行预警显示反馈。

2、中国专利公开号cn113077816a，公开了一种用于工厂的监控安防系统，采用无线图像传感器用于获取监视区域的图像，并以无线方式与所述服务器进行通信，以上传其所获取的监视图像数据；所述服务器用于存储所述监视图像数据；所述无线声音传感器设置在所述液体管道的安装空间内，用于获取所述安装空间内的声音信号并将其以无线方式发送给所述报警单元；所述报警单元被设置成基于所述声音信息判断是否存在液体泄漏，并发出警报，以上技术方案减低了整个网络的功耗，提高了其使用寿命；即基于无线声音传感网络，通过分析泄漏声音的频谱及时间特性，提供了一种高效的频谱分析方法以判断泄漏事件的发生，然而对于设备安防监测只限于水循环管道，无法对于工厂所有设备进行实时精确对生产设备进行安防预测管理，也不能对生产设备进行在线故障隐患预测和故障设备对象、位置、信息进行预警显示反馈。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、为解决上述现有的智慧工厂对于生产设备安防监测主要采用视频监控生产设备以及配合人为定时维护检查，采用视频监控只能在工厂内部空间上对发生事故的生产设备进行安防监测，人为检查只能对生产设备进行常规检查，视频监测以及人为定时检查不能实时精确对生产设备进行安防预测管理，也不能对生产设备进行在线故障隐患预测和故障设备对象、位置、信息进行预警显示反馈的问题，实现以上生产设备实时安防监测、安防故障隐患预测、故障设备对象、位置、信息预警反馈显示的目的。

3、(二)技术方案

4、本发明通过以下技术方案予以实现：一种智慧工厂安防智能监测的管理方法，该方法包括如下步骤：

5、s1、采集工厂生产设备安防状态数据，对生产设备安防状态数据预处理加工生成标准化生产设备安防状态数据并输出；

6、s2、获取标准化生产设备安防状态数据通过搜索算法遍历设备安防故障存储数据进行数据匹配分析，若标准化生产设备安防状态数据与设备安防故障存储数据匹配成功，则表示生产设备发生故障或具有发生故障的安全隐患；若标准化生产设备安防状态数据与设备安防故障存储数据未匹配成功，则表示生产设备正常运行；

7、s3、调用表示生产设备发生故障或具有发生故障安全隐患的设备安防故障隐患结果数据；

8、s4、依据设备安防故障隐患结果数据传输到监控中心进行预警显示提示管理人员生产设备具有安防故障隐患；

9、s5、采集具有安防故障隐患的生产设备对象数据、生产设备空间位置数据以及生产设备安防故障数据；

10、s6、处理生产设备对象数据、生产设备空间位置数据、生产设备安防故障数据整合形成标准设备安防隐患数据并反馈输出到管理人员移动控制端。

11、优选的，所述采集工厂生产设备安防状态数据，对生产设备安防状态数据预处理加工生成标准化生产设备安防状态数据并输出的操作步骤如下：

12、s11、按照工厂设备编号使用设备测量传感器采集工厂生产设备安防状态数据并建立矩阵；am＝(a1m,…,anm,…,arm)，m＝1,2,3,…,p；n＝1,2,3,…,r；其中am表示第m个工厂生产设备对应的生产设备安防状态数据矩阵，anm表示第m个工厂生产设备的第n种生产设备安防状态数据；生产设备安防状态数据包括速度、加速度、位移、转速、相位值、应力腐蚀裂纹、疲劳裂纹、温度、压力、流量其中一种或多种；

13、s12、采用指数滑动平均法对生产设备安防状态数据矩阵am进行降噪光滑处理，指数滑动平均法公式如下：

14、ut＝ω×zt+(1-ω)×ut-1；

15、其中ut表示t时刻的预测值，ω表示衰减权重，常设为固定值0.9,zt表示t时刻的观测值，ut-1表示t-1时刻的预测值；

16、经过降噪光滑处理形成标准化生产设备安防状态数据矩阵a"m＝(a"1m,…,a"nm,…,a"rm)；

17、s13、将标准化生产设备安防状态数据矩阵a"m输出。

18、优选的，所述获取标准化生产设备安防状态数据通过搜索算法遍历设备安防故障存储数据进行数据匹配分析，若标准化生产设备安防状态数据与设备安防故障存储数据匹配成功，则表示生产设备发生故障或具有发生故障的安全隐患；若标准化生产设备安防状态数据与设备安防故障存储数据未匹配成功，则表示生产设备正常运行的操作步骤如下：

19、s21、调用标准化生产设备安防状态数据矩阵a"m；

20、s22、构建设备安防故障存储数据矩阵b＝(b1,…,bn,…,br)，n＝1,2,3,…,r；其中bn＝[w1n,w2n]表示第n种设备安防故障存储数据数据，w1n表示第n种设备安防故障存储数据数据区间的左侧端值，w2n表示第n种设备安防故障存储数据数据区间的右侧端值；

21、s23、采用pso算法将标准化生产设备安防状态数据矩阵a"m中标准化生产设备安防状态数据anm遍历设备安防故障存储数据矩阵b与设备安防故障存储数据数据bn进行数据搜索匹配的步骤如下：

22、第一步：初始化

23、在设备安防故障存储数据矩阵b的空间里，初始化有r个标准化生产设备安防状态数据anm粒子，这些粒子分别初始化有以下属性

24、第n个粒子的位置：xn,n＝1,2,3,…,r；

25、第n个粒子的速度：vn,n＝1,2,3,…,r；

26、第n个粒子所经过的最好的位置：pbest；n＝1,2,3,…,r；

27、pbest中的p指得是pso中的p→particle，即粒子；

28、整个粒子群所经过的最好的位置：gbest；

29、gbest中的g指得是group；

30、给所有粒子的位置加上限：x lim itn∈[xmin,xmax],n＝1,2,3,…,r；

31、给所有粒子的速度加上限制：

32、v lim itn∈[vmin,vmax],n＝1,2,3,…,r；

33、设置迭代次数iter；

34、设在每次迭代过程中，粒子群的自我学习因子c1，它用来调节粒子每次移动的步长受“自我”的影响因素大小；

35、设在每次迭代过程中，粒子群的群体学习因c2，它用来调节粒子每次移动的步长受“群体”的影响因素大小；

36、设在每次迭代过程中，粒子群的惯性权重为为非负数，用来体现继承上一刻自己速度的“能力”；

37、第二步：计算粒子的适应度

38、获取第n个标准化生产设备安防状态数据anm粒子在设备安防故障存储数据矩阵b的空间里与设备安防故障存储数据数据bn匹配适应度；

39、第三步：更新个体极值与全局最优解

40、更新第n个粒子的个体最佳适应度fpbest(xn)和群体整体的最佳适应度fgbest；

41、再根据fpbest(xn)更新粒子的最佳位置pbest,n＝1,2,3,…,r；再从这些最佳位置pbest中找到一个群体的最佳位置gbest,作为本次迭代的全局最佳位置；

42、第四步：更新个体的速度和位置

43、更新公式如下：

44、

45、xn＝xn+vn；

46、其中rand()是[0,1]之间的随机数函数；

47、若在迭代过程中，第n个粒子的位置xn超过了边界[xmin,xmax],则该粒子的xn被调节为xmin或xmax；第n个粒子的速度vn超过了边界[vmin,vmax],则该粒子的vn被调节为vmin或vmax；

48、第五步：设置终止条件

49、当达到设定迭代次数iter后输出标准化生产设备安防状态数据anm与设备安防故障存储数据数据bn匹配成功的标准化生产设备安故障隐患数据矩阵dm＝(d1m,…,dnm,…,dkm)，m＝1,2,3,…,o；o≤p，n＝1,2,3,…,k；k≤r，其中dm表示第m个工厂生产设备对应的标化生产设备安防故障隐患数据矩阵，dnm表示第m个工厂生产设备的第n种标准化生产设备安防故障隐患数据，dnm表示第m个工厂生产设备共有k种生产设备安防状态具有安防隐患，表明该工厂生产设备发生故障或具有发生故障的安全隐患；未被匹配成功的生产设备，表示生产设备正常运行。

50、优选的，所述调用表示生产设备发生故障或具有发生故障安全隐患的设备安防故障隐患结果数据；的操作步骤如下：

51、s31、调用匹配成功生产设备的标准化生产设备安防故障隐患数据矩阵dm。

52、优选的，所述依据设备安防故障隐患结果数据传输到监控中心进行预警显示提示管理人员生产设备具有安防故障隐患的操作步骤如下：

53、s41、将匹配成功生产设备的标准化生产设备安防故障隐患数据矩阵dm使用物联网lora通信网络传输到监控中心；

54、s42、提取标准化生产设备安防故障隐患数据矩阵dm中生产设备编号m信息映射显示在监控平台并发出预警声音提示管理人员该生产设备具有安防故障隐患。

55、优选的，所述采集具有安防故障隐患的生产设备对象数据的操作步骤如下：

56、s51、依据标准化生产设备安防故障隐患数据矩阵dm的生产设备编号m信息从工厂数据库中获取生产设备对象数据并建立集合em＝(e1m,…,ejm,…,esm)，m＝1,2,3,…,o；j＝1,2,3,…,s，其中em表示第m个工厂生产设备对应的生产设备对象数据集合，ejm表示第m个工厂生产设备的第j个生产设备对象数据，生产设备对象数据包括设备名称、型号、生产厂家、序列号、购入日期其中一种或多种。

57、优选的，所述采集具有安防故障隐患的生产设备空间位置数据以及生产设备安防故障数据的操作步骤如下：

58、s61、依据标准化生产设备安防故障隐患数据矩阵dm的生产设备编号m信息从工厂数据库中获取生产设备在工厂内部的生产设备空间位置数据gm；

59、s62、采集发出预警提示生产设备对应的标准化生产设备安防故障隐患数据矩阵dm。

60、优选的，所述处理生产设备对象数据、生产设备空间位置数据、生产设备安防故障数据整合形成标准设备安防隐患数据并反馈输出到管理人员移动控制端操作步骤如下：

61、s71、获取安防故障隐患生产设备的生产设备对象数据集合em、生产设备空间位置数据gm、标准化生产设备安防故障隐患数据矩阵dm；

62、s72、将生产设备对象数据集合em、生产设备空间位置数据gm、标准化生产设备安防故障隐患数据矩阵dm整理组合成标准设备安防隐患数据hm＝(em,gm,dm)，其中hm表示m个工厂生产设备的标准设备安防隐患数据；

63、s73、整理组合的标准设备安防隐患数据hm通过物联网lora通信网络传输到管理人员的移动控制端进行具有安防隐患的生产设备相关信息查看并指导后续设备维护。

64、一种实现如所述智慧工厂安防智能监测的管理方法的系统，该系统包括设备安防监测信息获取模块、设备安防监测故障隐患预测模块、设备安防监测故障隐患预警显示模块、安防隐患设备信息加工模块；

65、所述设备安防监测信息获取模块包括设备安防监测信息采集单元、设备安防监测信息处理单元、设备安防监测信息输出单元；所述设备安防监测信息采集单元，使用设备测量传感器采集工厂生产设备安防状态数据，所述设备安防监测信息处理单元，对生产设备安防状态数据预处理加工生成标准化生产设备安防状态数据；所述设备安防监测信息输出单元，用于输出预处理的标准化生产设备安防状态数据；

66、所述设备安防监测故障隐患预测模块包括设备安防监测信息获取单元、设备安防故障信息存储单元、设备安防故障隐患分析单元；所述设备安防监测信息获取单元，用于获取标准化生产设备安防状态数据；所述设备安防故障信息存储单元，用于存储设备安防故障存储数据；所述设备安防故障隐患分析单元，利用搜索算法将标准化生产设备安防状态数据与设备安防故障存储数据进行数据匹配分析，识别出发生故障或具有安防故障隐患的生产设备；

67、所述设备安防监测故障隐患预警显示模块包括设备安防故障隐患信息调用单元、设备安防故障隐患预警显示单元；所述设备安防故障隐患信息调用单元，用于调用表示生产设备发生故障或具有发生故障安全隐患的设备安防故障隐患结果数据；所述设备安防故障隐患预警显示单元，将设备安防故障隐患结果数据通过物联网通信网络传输到监控中心进行预警显示提示管理人员生产设备具有安防故障隐患；

68、所述安防隐患设备信息加工模块包括安防隐患设备对象、位置、故障信息采集单元，安防隐患设备故障信息处理输出单元；所述安防隐患设备对象、位置、故障信息采集单元，用于采集具有安防故障隐患的生产设备对象数据、生产设备空间位置数据以及生产设备安防故障数据；所述安防隐患设备故障信息处理输出单元，用于整合生产设备对象数据、生产设备空间位置数据、生产设备安防故障数据输出到标准设备安防隐患数据并反馈输出到管理人员移动控制端进行指导生产设备维护作业。

69、(三)有益效果

70、本发明提供了一种智慧工厂安防智能监测的管理系统及方法。具备以下有益效果：

71、一、通过设备安防监测信息采集单元使用设备测量传感器实时在线采集工厂生产设备运行过程中安防状态数据，保证生产设备运行安防状态处于时刻安全监测，设备安防监测信息处理单元使用指数滑动平均法对数据进行降噪预处理生成标准化生产设备安防状态数据，确保生产设备生产设备安防状态数据采集的科学性；设备安防故障隐患分析单元利用pso算法进行标准化生产设备安防状态数据与设备安防故障存储数据进行数据匹配分析，识别出发生故障和预测出具有安防故障隐患的生产设备，有效提升智慧工厂生产设备安防监测的智能化和质量，增加智慧工厂的安全性和经济性。

72、二、通过设备安防故障隐患信息调用单元和设备安防故障隐患预警显示单元配合方便调用发生故障或具有发生故障安全隐患生产设备的标准化生产设备安防故障隐患数据，获取标准化生产设备安防故障隐患数据中生产设备编号信息映射显示在监控平台，且发出预警声音提示管理人员对具有安防故障隐患的生产设备进行安全隐患提示，在线及时预警反馈安防故障隐患的生产设备，实现高效精确解决智慧工厂安防故障隐患。

73、三、通过安防隐患设备对象、位置、故障信息采集单元自动采集具有安防故障隐患的生产设备对象数据集合、生产设备空间位置数据、标准化生产设备安防故障隐患数据矩阵，实现安防故障生产设备的相关信息完整收集；安防隐患设备故障信息处理输出单元将生产设备对象数据集合、生产设备空间位置数据、标准化生产设备安防故障隐患数据矩阵整理组合成标准设备安防隐患数据通过物联网lora通信网络传输到管理人员的移动控制端便于生产设备信息查看并指导后续设备维护，提升智慧工厂安防监测管理的质量和响应速度。