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基于智能制造系统的物联网3D监控

智能制造系统(Intelligent Manufacturing System,IMS)是一种由智能装备、智能控制和智能信息共同组成的人机一体化制造系统,它集合了人工智能、柔性制造、虚拟制造、系统控制、网络集成、信息处理等学科和技术的发展,能够实现各种制造过程自动化、智能化、精益化、绿色化,是传统产业转型升级和战略性新兴产业发展需求。适用于中小制造企业的分布式网络化IMS基本构架,将是结合数控加工系统的可由系统管理、任务规划、设计和生产者等组成的系统,以实现制造单元的柔性智能化与基于网络的制造系统柔性智能化集成。从产品生命周期看,智能制造过程包括了用户产品订单、订单产品任务规划、产品设计并生成CAD/CAPP数据、加工单元获取并完成加工任务、系统信息处理、客户获取订单执行结果。因此,智能制造也对企业资源(人力、物流、资金等)管理提出了新的要求。

目前,苏州市职业大学“智能制造与控制工程训练中心”为适应我国智能制造技术发展,培养符合现代制造业所需的技术应用型人才,引进了一套柔性智能制造系统,实现了制造过程自动化、智能化和精益化,同时也能够为专业人才培养提供企业生产和管理环境体验及项目训练。但是,生产过程中通过协调机制对操作行为的规划、事件(如预报、评价、监控、诊断、决策、优化、制造资源变化、违规操作等)协调反应和实现行为可控的判断数据不完善;同时,通过感知环境状态学习动态系统的最优行为策略无支撑;其次,对系统的整体运行状态没有评估和预测。为解决这些问题,我们课题组参与了“基于苏州市职业大学智能制造系统的物联网控制”项目,利用先进物联网技术来感知、监控和管理每个工位,同时利用移动互联网来提供智能远程监控服务,实现对其设备的远程监测、升级和故障修复。企业管理人员可以通过基于Web的友好界面实现对企业人员、设备等的实时监控和管理。

1 系统模型

本设计基于智能终端的感知监测和分析架构,通过加载多传感器获取智能制造系统异常瞬间的数据和网络数据,截获异常信息并通过无线传感网业务信道与远程监测服务器建立点到点连接,实时上传异常数据至控制服务器分析呈现,通过3D监控软件系统自动分析异常原因。这样,既不会影响用户日常使用,还可以发现诸如“数据业务接入失败”等用户无法感知的异常事件。系统模型如图1所示。

基于智能制造系统的物联网3D监控

图1 基于智能制造系统的物联网3D系统模型

(1)接口层。本模型利用各类传感器已有的驱动层及操作系统层接口,通过在物联网网络层新增业务异常智能感知模块,并通过该模块的串口I/O控制获取操作系统接口和传感测量信息接口上报的原始数据。通过测量信息接口上报给操作系统层,操作系统层利用Trace输出接口读取底层上报的信息,通过操作系统接口上传至应用层的业务感知异常监测模块,监测模块通过对数据实时解码、自动判断异常发生原因,按照数据分析要求对测量数据、信令数据进行格式处理,进而利用终端内置存储空间(如Flash)进行暂存,并在业务空闲时发送数据给上传和控制模块。

(2)集成服务。中央控制服务器数据存储及解析提供基于Web方式的整体系统访问入口,提供所有业务的Web访问方式,并实现对现有系统的集成服务。集成和Web推送的模块有:基于Web的客户端Session管理模块,基于Web客户端的Session管理模块实现对Web连接的持久化管理及映射;基于Web的异步服务器实时数据推送模块,基于Web的异步服务器实时数据推送模块借助JDK7的HTTP异步传输能力,并借助Java Script的XML Http Request对象完成对旧版本浏览器的实时推送;基于WebSocket的实时数据推送模块,对于支持HTML 5标准的浏览器,借助WebSocket技术,实现高效的数据实时推送;基于WebGL的3D建模及解析模块,WebGL为OpenGL的Web集成版本,借助该技术,可以在Web上实现高效的3D建模渲染;基于Java com互联技术的系统集成模块,基于Java com组建技术完成对基于微软技术的现有系统的集成;数据解析模块完成与中央控制服务器数据存储及解析支持,提供某些IE的专用系统的集成,借助Silverlight技术完成对微软系统的集成 ;基于Adobe Air技术的Web集成调用模块,借助Adobe Air技术实现对Web应用的桌面化需求。

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