一种基于人工免疫的智能制造系统的制作方法

本发明涉及生产管理技术领域，更具体的说是涉及一种基于人工免疫的智能制造系统。

背景技术：

目前，随着经济的快速发展，产品的更新换代不断加快，促使对制造系统的要求越来越高，而现有的制造系统在使用过程中快速调整的能力差，故障诊断的能力低，长期稳定性差，且存在数据波动，很难满足实时生产制造的要求。物联网技术的发展带动了生产制造行业的转型，运用信息技术对制造系统工作状态进行监管，降低了人为干预引起的误差，进而确保生产系统的稳定运行。

在复杂多变的生产环境下，生产扰动因素的存在是车间进行动态调度的根本原因，生产扰动因素种类和来源繁多，其中包括订单变化、物料资源变动、工艺变动、制造资源的变化等，只有系统分析各种扰动因素来源并对其进行处理，才能使车间的调度和排产与实际生产相吻合。

并且，现有的故障诊断方法存在着对样本需求多、响应速度慢且不能实时监测故障的缺点，不能满足现有生产制造技术的需求。

因此，如何提供一种实时状态监控并自适应调整的智能制造系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种基于人工免疫的智能制造系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于人工免疫的智能制造系统，包括，系统设备总控模块、分别与所述系统设备总控模块连接的生产管理模块、数据采集模块、数据处理模块、自适应调节模块、学习训练模块、状态监控模块、系统控制模块、控制执行模块；

所述系统设备总控模块运用软件容器技术构成分布式控制节点dcn，通过dcn进行监控和管理，接收系统的命令并输出任务指令；所述系统设备总控模块中的软件栈进行实时自动升级；

所述自适应调节模块生成自适应控制方案，所述自适应调节模块包括决策器、显示器、数据库、计算器，所述决策器用于选择最优调度方法，所述计算器用来数据计算，所述数据库存贮系统信息、调度算法、调度规则，所述显示器显示结果，所述通信接口完成信息传递并与所述系统设备总控制器进行通信；

所述生产管理模块提供产品信息，利用大数据将所述产品信息提取特征进行比对并划分等级进行管理；

所述数据采集模块实时采集设备当前生产状态信息；

所述数据处理模块整合并处理所述生产管理器和所述数据采集器的数据信息，并进行归一化处理，得到状态数据；

所述学习训练模块使用人工免疫算法，将所述异常状态数据作为原始抗原，对原始抗原进行学习训练，得到抗体；所述学习训练包括免疫学习与记忆，所述学习训练模块包括决策器、计算器、抗原抗体库、策略算法库和通信装置，所述决策器接收任务信息并决定单元行为，所述计算器主要执行相关指令，所述抗原抗体库保存抗原数据和抗体方案，所述策略算法库存有常用策略算法，所述通信接口完成信息传递并与所述系统设备总控制器进行通信；

所述状态监控模块使用人工免疫算法进行免疫状态评估和免疫应答判断；所述状态监控包括决策器、状态数据库、计算器、显示器和通信装置，所述决策器对所述状态数据进行监控，设定操作阈值和报警阈值，所述计算器进行数据计算，所述转台数据库存贮监控数据，所述显示器显示计算结果，所述通信接口完成信息传递并与所述系统设备总控制器进行通信；

所述系统控制模块将自适应调节模块生成的系统控制方案转换为控制信号，所述系统控制模块包括决策器、控制器、传感器、显示器、通信装置，所述决策器用于分析系统控制方案，所述控制器用于产生控制信号，所述显示器用于显示分析结果，所述传感器用于反馈控制信息，所述通信接口完成信息传递并与所述系统设备总控制器进行通信；

所述控制执行模块包括机床、agv、机械臂、加工中心等执行装置。

优选的，所述分布式控制节点dcn创建容器图像存贮库，并自动建立软工作环境。

优选的，所述状态监控模块使用人工免疫算法进行进行系统状态评估和是否进行生产调整的判断。

优选的，所述系统设备总控模块实时监控生产过程的突发事件，自动纠正生产过程中的错误或提供决策支持，实现生产调度要求。

优选的，所述系统设备总控模块结合生产管理模块，现场动态分配生产任务和设备，制定并优化生产的具体过程及各设备的详细操作顺序。

优选的，所述自适应调节模块通过系统信息、调度算法、调度规则、系统运行状态信息自适应生成调度作业方案，使系统始终自动地工作在最优或次最优的运行状态。

优选的，所述生产管理模块提供的产品信息包括产品数据和生产计划数据。

优选的，所述数据采集模块实时获取各工序、设备、物料、产品数据，并统计、分析成设备所需信息。

优选的，所述状态监控模块发出的报警信号分为高、中、低三个等级，并设置led灯分别对应红、橙、黄三个颜色。

优选的，所述系统设备总控模块包括wifi通信模块，采用wifi用于所述系统设备总控模块、所述自适应调节模块、所述生产管理模块、所述数据采集模块、所述数据处理模块、所述学习训练模块和所述状态监控模块、所述系统控制模块和所述控制执行模块之间的数据传输。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于人工免疫的智能制造系统，通过系统设备总控模块控制设备的正常运行，通过状态监控模块对系统故障进行实时监测并优化，并且通过自适应调节模块生成调节方案，通过系统控制模块实时调整设备结构和参数，优化系统性能，降低报警级别，自动化程度较高，可以进行自身调节，提升系统灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的结构示意图；

图2附图为本发明提供的各组成部分关系示意图；

图3附图为本发明提供的智能系统最小单元示意图；

图4附图为本发明提供的智能系统运行示意图；

图5附图为本发明提供的智能系统中免疫算法运行流程图；

图6附图为本发明提供的自适应调节模块运行示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种基于人工免疫的智能制造系统，包括，系统设备总控模块1、分别与系统设备总控模块1连接的自适应调节模块2、生产管理模块3、数据采集模块4、数据处理模块5、学习训练模块6、状态监控模块7、系统控制模块8和控制执行模块9；

系统设备总控模块1运用软件容器技术构成分布式控制节点dcn，通过dcn进行监控和管理，接收系统的命令并输出任务指令；系统设备总控制器1中的软件栈进行实时自动升级；

生产管理模块3提供产品信息，利用大数据将产品信息提取特征进行比对并划分等级进行管理；

数据采集模块4实时采集设备当前生产状态信息；

数据处理模块5整合并处理生产管理模块3和数据采集模块4的数据信息，并进行归一化处理，得到状态数据；

学习训练模块6使用人工免疫算法，将异常状态数据作为原始抗原，对原始抗原进行学习训练，得到抗体；学习训练包括免疫学习与记忆，学习训练模块包括决策器、计算器、抗原抗体库、策略算法库和通信装置，决策器接收任务信息并决定单元行为，计算器主要执行相关的指令，抗原抗体库保存抗原数据和抗体方案，策略算法库存有常用策略算法，通信接口完成信息传递并与所述系统设备总控制器1进行通信；

状态监控模块7使用人工免疫算法进行免疫状态评估和免疫应答判断；状态监控包括决策器、状态数据库、计算器、显示器和通信装置，决策器对状态数据进行监控，设定操作阈值和报警阈值，计算器进行数据计算，转台数据库存贮监控数据，显示器显示计算结果，通信接口完成信息传递并与所述系统设备总控制器1进行通信；

自适应调节模块2实时调整设备结构和参数，优化系统性能，调用智能制造系统中的动态调度算法，定量地进行系统重调度或者局部调整，从而生成新的自适应作业方案。

系统控制模块8将自适应作业方案转换为控制信号控制执行末端的设备。

控制执行模块9执行控制信号的指令，调整生产顺序和安排。

为了进一步优化上述技术方案，分布式控制节点dcn创建容器图像存贮库，并自动建立软工作环境。

为了进一步优化上述技术方案，状态监控模块7使用人工免疫算法进行进行系统状态评估和是否进行生产调整的判断。

为了进一步优化上述技术方案，系统设备总控模块1实时监控生产过程的突发事件，自动纠正生产过程中的错误或提供决策支持，实现生产调度要求。

为了进一步优化上述技术方案，系统设备总控模块1结合生产管理模块，现场动态分配生产任务和设备，制定并优化生产的具体过程及各设备的详细操作顺序。

为了进一步优化上述技术方案，自适应调节模块2根据抗原抗体的数据，自适应的生成调整方案，实时地调整控制器结构或参数。

为了进一步优化上述技术方案，生产管理模块3提供的产品信息包括产品数据和生产计划数据。

为了进一步优化上述技术方案，数据采集模块4实时获取各工序、设备、物料、产品数据，并统计、分析成设备所需信息。

为了进一步优化上述技术方案，状态监控模块7发出的报警信号分为高、中、低三个等级，并设置led灯分别对应红、橙、黄三个颜色。

为了进一步优化上述技术方案，系统设备总控制器1包括wifi通信模块，采用wifi用于系统设备总控制器1、自适应调节器2、生产管理器3、数据采集器4、数据处理器5、学习训练装置6、监测模块7、系统控制模块8和控制执行模块9之间的数据传输。

本发明公开提供了一种基于人工免疫的智能制造系统，通过系统设备总控模块控制设备的正常运行，通过状态监控模块对系统故障进行实时监测并优化，并且通过自适应调节模块优化系统性能，降低报警级别，自动化程度较高，可以进行自身调节，提升系统灵活性。

本发明根据智能制造系统中扰动的特点和免疫调节机制，以消除扰动影响和维持系统稳定运行为目标，通过定性的分析和推导，建立快速有效的扰动事件的自适应免疫监控应答，并在自适应规则的指导下，调用智能制造系统中的动态调度算法，定量地进行系统重调度或者局部调整，从而生成新的自适应作业方案，维持系统的高效、稳定地运行。在运行过程中，状态监控单元对各扰动因素进行实时检测，分别形成不同类型的扰动状态检测向量。将各种类型的扰动状态检测向量与对应的自体集中的向量进行匹配，从而识别出抗原和发生异常的扰动因素。

在智能制造系统自适应协调控制阶段，系统设备总控制模块在抗原(各类扰动事件集合)、抗体(自适应处理措施)的相互作用下，结合系统中的状态信息，在智能制造系统动态调度算法中生成新的调度作业方案，并通过执行新的作业方案，消除扰动所带来的影响，维持系统高效、稳定的运行。

本发明通过系统设备总控制模块接收任务指令并发送给各设备，生产管理模块提供产品信息，数据采集模块实时采集设备当前生产状态信息，数据处理模块处理采集的产品信息和生产状态信息，并进行归一化处理，使用改进的人工免疫算法对处理后的状态数据进行学习训练，将得到的数据进行产品故障样品检测，同时发出报警信号，设备正常是报警灯显示为绿色，对应高、中、低级报警信号分别显示红色、橙色、黄色，当报警信号为中级和低级时，系统通过自适应调节器进行初步自适应调节，调整设备结构和参数，优化系统性能，来降低报警级别，当不能消除报警信号时，通过语音提示报警，采取人工检修方式来维修和优化系统。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。