一种有线定制场景与5G互补支撑智能制造的方法与流程

一种有线定制场景与5g互补支撑智能制造的方法
技术领域
1.本发明涉及智能制造领域，尤其是涉及一种有线定制场景与5g互补支撑智能制造的方法。


背景技术：

2.工业４.0、工业互联网、以及中国制造2025战略等概念的核心可视为信息物理系统的应用。五层架构cps由智能连接层、数据－信息转换层、网络层、认知层和配置层组成。从智能连接层收集的传感器数据通过数据－信息转换层，转换为底层设备相关的信息；然后传递到网络层，在网络层执行云计算服务将数据融合；融合信息传递到认知层，用于工人操控机器；配置层处做出智能决策，根据具体情况自适应地调整参数配置。
3.智能制造的生产目标是具有自我感知、自我预测、智能匹配和自主决策等功能。实现这些目标面临通信的严峻挑战，包括设备高连接密度、低功耗、通信质量的高可靠性、超低延迟、高传输速率等。5g作为一种先进通信技术，具有更低的延迟、更高的传输速率，以及无处不在的连接特点，可应对上述挑战。


技术实现要素：

4.针对现有技术的缺陷，本发明提供一种有线定制场景与5g互补支撑智能制造的方法。
5.本发明采用的技术方案是：一种有线定制场景与5g互补支撑智能制造的方法，包括以下步骤：a、根据现场场景结构，规划并布置安装各个固定设备和移动设备，在各个固定设备和移动设备处配置感知装置；b、根据现场场景结构，设置控制总台，组建基础有线网络，控制总台通过基础有线网络与固定设备的感知装置连接，进行监测和控制；c、组建5g网络，控制总台通过该5g网络与各个移动设备的感知装置连接；d、融合基础有线网络和5g网络，并与控制总台完成耦合。
6.为更好地实现本发明，所述的步骤a中，初始化现场场景结构中携带各类传感功能的感知装置的静态节点数量、位置、通信半径以及缓存大小。
7.为更好地实现本发明，以现场场景结构中心为起点，通过阿基米德螺线布置静态节点，并确定静态节点的数量和通信范围。
8.为更好地实现本发明，调整、优化静态节点的坐标，保持相邻两个静态节点之间的间距为该相邻两个静态节点单独通信范围之和的三分之二。
9.为更好地实现本发明，所述的步骤b中，所述的控制总台采用边缘计算机，根据现场场景结构的通信需求、计算需求、存储资源需求设置交通信息服务、感知融合服务两种网络切片类型。
10.为更好地实现本发明，在所述的步骤b中，根据分配给每类网络切片的资源大小和
不同联网业务所需的任务量和数据传输量，计算每个固定设备的传输时延、传输能耗，获得以网络全局业务时延和能耗综合最低为目标的优化策略。
11.为更好地实现本发明，根据优化策略，利用马尔可夫决策过程模型，采用深度强化学习方法得到最优的网络切片的资源分配方案。
12.为更好地实现本发明，在所述的步骤c中，控制总台连接云计算系统，并基于云计算系统开展实时报警和故障位置定位，实现预测性维护。
13.为更好地实现本发明，在所述的步骤c中，通过微服务技术围绕特定边缘业务构建小型独立可部署服务，使得5g边缘应用可在各自进程中运行，并用轻量级机制通信，服务计算迁移将计算密集型应用任务迁移至资源较充足的设备中执行，实现资源的合理规划利用，提升计算效率。
14.为更好地实现本发明，在所述的步骤c中，所述的移动设备为agv，控制总台与agv不断交互，从agv获取位置信息，计算交通模型，协调搬运流程和路线。
15.本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的一种有线定制场景与5g互补支撑智能制造的方法，首先规划并布置安装各个固定设备和移动设备，在各个固定设备和移动设备处配置感知装置；然后，设置控制总台组建基础有线网络，并通过基础有线网络与固定设备的感知装置连接；再组建5g网络，控制总台通过该5g网络与各个移动设备的感知装置连接；最后，融合基础有线网络和5g网络，并与控制总台完成耦合。这样设计以后，现场场景中高密度分布的设施将人、机器和系统连接起来，再配合5g的应用可提高流程自动化效率，减少时延，减少内部调度和材料交付等工业领域的劳动力、材料和能源消耗等，配备5g的移动设备，以满足物料搬运需求，实现灵活生产。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明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，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明的一种有线定制场景与5g互补支撑智能制造的方法的一种结构框图。
具体实施方式
18.以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。
19.本实施例的一种有线定制场景与5g互补支撑智能制造的方法，包括以下步骤：a、根据现场场景结构，规划并布置安装各个固定设备和移动设备，在各个固定设备和移动设备处配置感知装置；b、根据现场场景结构，设置控制总台，组建基础有线网络，控制总台通过基础有线网络与固定设备的感知装置连接，进行监测和控制；
c、组建5g网络，控制总台通过该5g网络与各个移动设备的感知装置连接；d、融合基础有线网络和5g网络，并与控制总台完成耦合。
20.本发明的一种有线定制场景与5g互补支撑智能制造的方法，首先规划并布置安装各个固定设备和移动设备，在各个固定设备和移动设备处配置感知装置；然后，设置控制总台组建基础有线网络，并通过基础有线网络与固定设备的感知装置连接；再组建5g网络，控制总台通过该5g网络与各个移动设备的感知装置连接；最后，融合基础有线网络和5g网络，并与控制总台完成耦合。这样设计以后，现场场景中高密度分布的设施将人、机器和系统连接起来，再配合5g的应用可提高流程自动化效率，减少时延，减少内部调度和材料交付等工业领域的劳动力、材料和能源消耗等，配备5g的移动设备，以满足物料搬运需求，实现灵活生产。
21.作为优选的，所述的步骤a中，初始化现场场景结构中携带各类传感功能的感知装置的静态节点数量、位置、通信半径以及缓存大小。以现场场景结构中心为起点，通过阿基米德螺线布置静态节点，并确定静态节点的数量和通信范围。这样设计以后，可以将各个感知装置高效地连接起来，控制总台可以及时方便地掌控所有信息，提高流程自动化效率。所述的感知装置包括压力传感器、距离传感器、位置传感器以及摄像头等。
22.作为优选的，调整、优化静态节点的坐标，保持相邻两个静态节点之间的间距为该相邻两个静态节点单独通信范围之和的三分之二。这样设计以后，相邻两个静态节点之间可以保持稳定的通信连接的同时，能够尽量减少节点布置，提高通信效率、减少通信能耗、减少设备成本。
23.作为优选的，所述的步骤b中，所述的控制总台采用边缘计算机，根据现场场景结构的通信需求、计算需求、存储资源需求设置交通信息服务、感知融合服务两种网络切片类型。多接入边缘计算技术可满足5g、wifi、固定网络等的多接入需求，同时降低传输时延、缓解网络拥塞，以便在分布式条件下部署服务，就近提供边缘智能业务。边缘计算机技术提供接近用户的云计算能力，其基于nfv提供的虚拟化软件环境管理第三方应用资源，该第三方应用以虚拟机的形式部署于边缘云，通过统一的服务开放框架获取无线网络能力。
24.作为优选的，在所述的步骤b中，根据分配给每类网络切片的资源大小和不同联网业务所需的任务量和数据传输量，计算每个固定设备的传输时延、传输能耗，获得以网络全局业务时延和能耗综合最低为目标的优化策略。作为优选的，根据优化策略，利用马尔可夫决策过程模型，采用深度强化学习方法得到最优的网络切片的资源分配方案。
25.作为优选的，在所述的步骤c中，控制总台连接云计算系统，并基于云计算系统开展实时报警和故障位置定位，实现预测性维护，可以方便机进行实时报警和故障位置定位，提高自动化效率，提高生产效率。
26.作为优选的，在所述的步骤c中，通过微服务技术围绕特定边缘业务（比如库房吊装设备的网络控制单元、产品温湿度检测单元等）构建小型独立可部署服务，使得5g边缘应用可在各自进程中运行，并用轻量级机制通信，服务计算迁移将计算密集型应用任务迁移至资源较充足的设备中执行，实现资源的合理规划利用，提升计算效率。
27.作为优选的，在所述的步骤c中，所述的移动设备为agv，控制总台与agv不断交互，从agv获取位置信息，计算交通模型，协调搬运流程和路线。在agv上设置合适的摄像机，可以方便地识别路线，保障搬运流程的顺畅。
28.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。