智能制造系统(ims)是由智能设备、智能控制和智能信息组成的人机集成制造系统。它融合了人工智能、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。,能够实现各种制造工艺的自动化、智能化、精益化和绿色化,是传统产业转型升级和战略性新兴产业发展的需求。适用于中小型制造企业的分布式网络化制造信息系统的基本框架将是一个由系统管理、任务规划、设计和生产者组成的系统,并与数控加工系统相结合,实现制造单元和网络化制造系统的柔性和智能化集成。从产品生命周期的角度来看,智能制造过程包括用户产品订单、订单产品任务规划、产品设计和cad/capp数据生成、加工单元获取和加工任务完成、系统信息处理以及订单执行结果的客户获取。因此,智能制造也对企业资源(人力、物流、资金等)的管理提出了新的要求。)。

[科学技术]基于智能制造系统的物联网3D监控

目前,苏州职业大学“智能制造与控制工程培训中心”引进了一套适应我国智能制造技术发展的柔性智能制造系统,培养符合现代制造业需求的技术应用型人才,实现了制造过程的自动化、智能化和精益化,还可以为专业人才培养提供企业生产管理环境经验和项目培训。但是,在生产过程中,通过协调机制,计划和事件的操作行为(如预测、评估、监控、诊断、决策、优化、制造资源的变化、非法操作等。)协调,实现可控行为的判断数据不完善;同时,通过感知环境状态来学习动态系统的最优行为策略是不被支持的;其次,没有对系统整体运行状态的评价和预测。为了解决这些问题,我们课题组参与了“基于苏州职业大学智能制造系统的物联网控制”项目,利用先进的物联网技术感知、监控和管理各个站点,利用移动互联网提供智能远程监控服务,实现对其设备的远程监控、升级和故障修复。企业管理者可以通过基于web的友好界面,实现对企业人员和设备的实时监控和管理。

[科学技术]基于智能制造系统的物联网3D监控

1个系统模型

本设计基于智能终端感知监控分析架构,通过加载多传感器获取智能制造系统的异常即时数据和网络数据,截取异常信息,通过无线传感器网络服务通道与远程监控服务器建立点对点连接,将异常数据上传到控制服务器进行实时分析和呈现,并通过三维监控软件系统自动分析异常原因。这样就不会影响用户的日常使用,也能发现用户无法感知的“数据服务访问失败”等异常事件。系统模型如图1所示。

[科学技术]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三维系统模型

(1)界面层。该模型利用各种传感器现有的驱动层和操作系统层接口,在物联网网络层增加业务异常智能感知模块,通过模块的串行i/o控制,获得操作系统接口和感知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。操作系统层使用跟踪输出接口读取底层上报的信息,并通过操作系统接口上传到应用层的服务感知异常监控模块。监控模块对数据进行实时解码,自动判断异常原因,根据数据分析要求对测量数据和信令数据进行格式化,然后暂存在内置存储室(如flash)。

[科学技术]基于智能制造系统的物联网3D监控

(2)综合服务。中控服务器的数据存储和分析提供了基于web模式的全系统访问门户,提供了所有服务的web访问模式,实现了对现有系统的集成服务。集成和web推送的模块有:基于web客户端的会话管理模块,实现web连接的持久化管理和映射;基于web的异步服务器实时数据推送模块,借助jdk7的http异步传输能力和java脚本的xml http请求对象,完成旧浏览器的实时推送。基于websocket的实时数据推送模块通过websocket技术为支持html 5标准的浏览器实现高效的实时数据推送。基于webgl的三维建模与分析模块是opengl的web集成版本,利用该技术可以在web上实现高效的三维建模与渲染。一个基于java com互连技术的系统集成模块,基于java com构建技术完成基于微软技术的现有系统集成;数据分析模块完成与中控服务器的数据存储和分析支持,提供部分ie专用系统的集成,完成微软系统与silverlight技术的集成;基于adobe air技术的web集成调用模块利用adobe air技术实现了web应用的桌面需求。

[科学技术]基于智能制造系统的物联网3D监控

(3)云计算和虚拟化处理。该平台为各种多媒体业务提供数据控制中心、运营和存储平台的功能,并进行视频监控、IOT数据分发、模式识别等业务。云计算依赖于虚拟化技术,虚拟化技术托管一台主机,在给定的硬件平台上创建一个模拟的计算机环境(虚拟机),并将其提供给客户端。控制平面虚拟化和数据平面虚拟化结合集成服务,接入两层网络结构,提供硬件资源管理模块、虚拟机资源动态管理模块、虚拟机管理模块、系统负载监控模块、数据集成调用模块、物联网数据存储模块等。硬件资源管理模块基于服务器操作系统完成集群管理功能。其主要功能包括:服务请求分发功能;套接字的进程并发管理功能;添加和删除集群服务器的功能。
虚拟机资源动态管理模块根据虚拟机的负载情况动态分配不同的计算资源给虚拟机,并向下与硬件资源管理模块通信。其主要功能包括虚拟机负载监控、计算资源分配、硬件资源管理和通信接口。虚拟机管理模块维护虚拟机的基本信息,并手动指定虚拟机资源管理策略。其功能包括虚拟机添加、虚拟机删除、虚拟机共享设置、虚拟机类型管理和虚拟机基本资源分配策略管理。

[科学技术]基于智能制造系统的物联网3D监控

系统负载监控模块提供系统负载监控,并为动态资源分配提供参考。其功能包括系统cpu占用率分析、系统内存使用分析、文件系统使用信息分析和任务优先级管理。

数据集成调用模块主要完成业务逻辑的数据库操作,完成用户业务逻辑到数据库操作的映射。物联网的数据存储模块位于实际存储数据的关系数据库的上层,为不同的数据库提供统一的封装接口,为上层模块提供访问接口。

2系统设计与实现

2.1硬件设计

硬件平台分为传感器节点、病患节点和后台服务器。传感器节点主要是telosb节点,配有各种传感器和cc2420通信模块。Cc2420工作在2.4ghz通道上,这是一个完全符合ieee 802.15.4协议规范的芯片。另外,cc2420是一种基于包的通信芯片,即它可以自动判断数据包的开始和结束,所以它的发送和接收是基于一个数据包的。这可以大大简化上层链路层协议的开发,提高处理效率。

[科学技术]基于智能制造系统的物联网3D监控

传感器节点用于感知数据和收集信息,自组织多跳网络将数据传输给患病节点,患病节点用于收集区域数据、打包压缩、接入局域网和向服务器传输数据。后台服务器用于数据计算、处理、存储和管理。移动智能设备通过用户界面查看、显示和推送信息。

传感器网络硬件由12个传感器节点和2个患病网关组成。网络中硬件设备的连接如图2所示。12个传感器节点上有基于zigbee的无线通信模块。传感器节点通过无线方式将传感数据和状态数据收集到病网关,病网关将数据封装后以tcp/ip方式发送到远程服务器。同时,来自服务器的命令数据包沿着相反的路由发送到指定的节点,完成控制功能。

[科学技术]基于智能制造系统的物联网3D监控

图2传感器网络的硬件连接

2.2软件设计

系统平台的软件设计包括三个部分:传感器软件、移动终端软件和服务器软件设计。传感器软件是烧录到芯片中的软件,移动终端软件包括基于ios的ipad和android,供用户监控移动。服务器软件用于大规模的数据计算、处理、存储、诊断和推送。

(1)传感器软件设计。传感器网络涉及的硬件模块包括数据采集无线传感器网络节点(温度、湿度、照度、位置、速度、烟尘、红外传感器)、生病等。这部分软件设计包括各硬件模块的驱动程序设计、主程序设计和中断处理功能设计。使用的模块驱动都是基于tinyos操作系统的。

(2)服务器软件设计。该服务器基于linu×系统平台和mysql5.5数据库,采用c/s通信方式管理传感器网络系统。服务器接收来自传感器网络的状态数据流,并在cs站点上显示相应的功能数据。移动终端系统接收来自服务器的命令数据流,完成智能制造系统的传感器网络的相应控制功能。详细的软件架构如图3所示。

图3基于分布式服务器软件架构

智能制造系统三维监控服务器的业务包括三个部分:智能制造系统的实时信息显示、运行行为和事件的协同评估和策略、网络状态监控。智能制造系统的实时信息显示部分会在单一界面上绘制当前智能制造系统的整体渲染图,涉及的数据包括环境参数、产品运行状态参数、产品库存状态参数、三维可视化显示等。操作行为和事件的协调、评估和策略是服务器简单配置、管理和评估传感器网络的接口,包括查询和修改传感器节点的工作模式、收集数据周期、配置和推送移动终端的地址和数据等。评估和策略包括两个部分:当环境恶化或违反规则时,向管理员的手机和智能制造控制服务器发送警报,并监控系统故障以向系统管理员报警。网络状态监测涉及的数据包括节点之间的物理相对位置、节点当前的通信半径/传输功率、节点的工作状态(睡眠模式/高功率模式/低功率模式)、节点的数据采集周期(动态可调)、节点的剩余功率等。图4是智能制造系统物联网的3d仿真界面,图5是智能制造系统的同步场景。

[科学技术]基于智能制造系统的物联网3D监控

图4智能制造系统物联网三维仿真界面

图5智能制造系统同步场

(3)移动终端软件设计。移动终端网络服务包括监控数据查询和显示,以及遥感服务。监控数据查询显示部分负责智能制造系统现场参数的实时视频监控。所涉及的参数包括环境参数(温度和湿度、照度、二氧化碳浓度等)。),产品运行状态参数(位置、速度等。),产品库存状态参数(毛坯和成品数量等。),以及现场监控等。遥感服务包括智能制造物联网子系统的远程启动、仿真工作的远程启动、实际工作的远程启动、工况视角的远程控制和工况视角的自动重置。图6和图7分别是截取的ipad智能制造系统、物联网3d系统和安卓终端的显示和控制界面。

[科学技术]基于智能制造系统的物联网3D监控

图6基于ipad物联网3d系统的智能制造系统

图7基于安卓终端的显示和控制界面

操作系统驱动管理软件使用windows系列和linux/unix系列操作系统。软件的运行环境需要安装jre1.6及以上,以及tinyos编译环境。开发工具的上层软件开发平台有unit 3d、microsoft visual studio 2010、expression crosoft visual studio 2010、expression blend 4,采用wpf技术。底层开发用C和C++编写,通过各种编译器测试,保证源代码的可移植性。

3结束语

本设计主要突出两个部分:底部感知和上部gis显示。底层感知部分详细描述了驱动层和操作系统层的接口。通过在物联网网络层增加业务异常智能感知模块,通过模块的串行i/o控制上报原始数据,获得操作系统接口和传感测量信息接口。分层模块通过标准协议进行通信,耦合度低,复用性好,可扩展性强。Gis展示利用云计算的虚拟化技术,将大量的传感器节点、机械设备和系统资源汇集在一起,利用统一的计算系统、统一的存储系统和统一的网络系统,分别构建计算池、存储池和共享数据池。通过集成、虚拟化和移动推送,实现了智能制造系统物联网的三维监控和管理,并基于移动终端、浏览器等浏览方式,提供了三维场景中硬件传感层数据的实时模拟和显示,提高了设备的实时性。

[科学技术]基于智能制造系统的物联网3D监控

标题:[科学技术]基于智能制造系统的物联网3D监控

地址:http://www.heliu2.cn/wlw/12590.html