一种车间资源信息数字化表征及感知系统的制作方法

本发明涉及智能制造，特别是涉及一种面向数字孪生的车间资源信息数字化表征及感知系统。

背景技术：

1、随着智能制造的不断发展，众多火工品制造企业纷纷涌入智能化的浪潮，并以数字孪生为舟驶向孕育下一代工业革命的海洋。然而，传统火工品企业在实施数字孪生时，常规的生产数据感知系统难以胜任日益复杂的采集需求以及越来越丰富的应用服务数据接口对接，故需要针对数字孪生应用场景创建一种泛在性的、高灵活性与通用性的车间生产数据表征及感知方法，以应对不断完善的数字孪生应用落地实施。

2、在生产数据的采集方面，国内外许多学者进行了研究和实践。guo等人为了解决数控机床的数据采集和存储问题，提出了一种基于mtconnect协议和focas协议的数据采集方法并采用基于focas的设备信息模型，以体高企业生产效率、消除信息孤岛。han等人基于对智能车间制造架构、功能类别、信息交互的分析，构建了一种锂离子电池智能制造车间信息模型，并结合opc ua地址空间映射规则对车间信息模型进行了相应映射，解决了车间各级生产管理数据的互联互通问题。udo等人通过从scada系统中获取历史数据以进行风力涡轮机的预测性维护测试。luan等人针对现有多通道采集系统信号采集范围小、采集精度差的问题，提出了一种基于fpga的多传感器采集系统，利用fpga的逻辑控制、同步采集等功能提高关键传感器节点的采集速度和大容量数据传输效率。

3、在生产数据采集系统的架构方面，对于解决多源异构数据采集问题，库涛发明了一种异构边缘设备多种复杂模式下的智能传输控制方法，在数据采集系统中间层嵌入opcua协议作为通用传输协议进行应用层与设备层之间的协议解耦操作。郭语发明了一种基于在线配置的opcua协议转换方法，构建opcua协议转换器，所述opcua协议转换器包括可视化组件模块、原始数据采集模块、数据解析模块、opcua服务器模块，基于开源的unifiedautomat ion java sdk构建opcua服务器，构建基于c/s架构的可视化操作界面，实现opcua服务器的配置以及采集数据的可视化。

4、针对目前火工品装配车间急需进行数字化升级改造，传统的车间生产数据采集方法存在以下不足：

5、1、采集目标单一。大多围绕单一设备或单一系统的数据采集，很少涉及到具有泛在性的车间数据，且大多为手工记录。

6、2、信息模型灵活性差。对于生产数据信息模型的结构表述主要从生产要素种类上进行横向划分，缺乏对车间各层级间的纵向联系描述定义，使得整个车间生产数据的信息模型缺乏层次感，层级间交互困难，导致其灵活性差。

7、3、通用性低，传统的基于opc ua的数据采集方法在应用方面大多采用国外成熟的sdk进行开发，自主可控性差，且针对于特定的工业设备，不具备通用性，导致车间信息孤岛问题严重。

8、可见，当前某火工品装配车间大多设备数据存在来源分散、时效性强、信息冗余度高、数据结构各异、模态多样等复杂特性，缺乏统一规范的数据表征方法与发布接口，使得数据难以与虚拟模型实现连接，形成了大量的信息孤岛，无法实现与虚拟三维模型实时精准一一映射，严重制约着生产车间的综合分析和科学决策。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供用于克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种车间资源信息数字化表征及感知系统。该系统满足数字孪生车间数模双驱的数据实时映射需求，使用人员只需要依据所创建的车间信息表征模型，基于可视化的窗口进行灵活配置，即可快速实现与三维模型的实时映射驱动，从而支撑数字孪生的虚拟驱动服务，打通现实与虚拟车间的数据链条。

2、本发明提供了如下方案：

3、一种车间资源信息数字化表征及感知系统，包括：

4、数据采集模块，所述数据采集模块用于将装配车间内各个感知设备进行网络节点接入，使各个所述感知设备均采用各自私有协议通过工业以太网采集和传输生产数据，以便实现对所述生产数据进行感知与转换；所述生产数据包括结构化数据、半结构化数据和非结构化数据；

5、数据表征模块，所述数据表征模块用于通过构建数字化表征模型对所述装配车间全要素生产资源以及车间层级结构进行数字化表述，并提取关键要素数据结构信息构建opc ua信息模型，结合所述生产数据实现opc ua服务器的实例化以及变量节点数据的更新；

6、数据发布模块，所述数据发布模块用于利用关系型数据库与非关系型数据库，对所述生产数据进行分类联合存储；利用opc ua客户端通过opc ua协议访问服务器节点数据，进行数据存储，并以json、xml中间格式进行数据发布，给与数字孪生虚拟服务实时数据。

7、优选地：所述提取关键要素数据结构信息构建opc ua信息模型包括：

8、确定对象的索引包含该对象在整个模型结构的空间位置，所述空间位置包括所处的层级以及所属父对象；

9、采用基于多叉树遍历的索引生成，使其在表征模型中的位置具有唯一性标定。

10、优选地：采用面向对象的建模方法，在opc ua服务器中，利用元模型的对象类型节点预定义节点类，对现实实体信息进行所述数字化表征模型的构建。

11、优选地：初始化地址空间模型，采用预定义节点类根据实体模型完成相应对象模型的建立；

12、通过定义引用类型连接不同类型节点，以生成自定义节点类型，得到对象节点实例；

13、创建其地址空间元素及其组织架构，并支持以xml格式导出模型文件。

14、优选地：采用基于任务回调与键值集合的节点数据更新方法进行变量节点数据的更新。

15、优选地：结合所述opc ua信息模型与所述数字化表征模型，获取所述opc ua信息模型中的每个需要更新数据节点的节点标识，描述外部数据源的数据源标识对以及其数据值类型标识对；

16、确定用于存储外部数据源数据的中间文件的数据存储格式，将数据源标识对与数据类型标识对以节点标识对的映射关系按数据格式生成新的数据，并写入中间文件中；

17、客户端连接成功后通过根节点访问服务器所有节点，并订阅导入的对象节点及其所有属性节点，服务器中的文件监视器调用系统文件写入监视函数，在中间文件写入数据并保存后，执行回调任务，在回调任务中，提取中间文件数据并按数据格式解析提取数据，通过节点编号与数据类型将数据写入节点中，完成节点数据的更新。

18、优选地：所述数据发布模块还用于配置服务器参数，创建文件监视器线程及回调任务通过构建含有名称、编码、数值标签、数据类型以及数据值的单个对象节点来映射现实物理空间生产元素，并通过节点索引自动解析节点间的层级关系并可视化在树状图区域，对所述数字化表征模型进行层次化展示。

19、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

20、本技术实施例提供的一种车间资源信息数字化表征及感知系统，针对火工品装配车间在进行数字孪生技术应用时对于生产数据的采集存在着目标单一、信息模型灵活性差以及通用性低等问题，提出了面向数字孪生的车间生产数据数字化表征方法，通过对车间生产资源信息模型及表征模型构建，并设计出可视化的数字孪生车间适用的感知系统，通过该方法及系统可实现虚拟空间的孪生模型与现实设备的实时映射对接和灵活的自定义调整，为数字孪生在火工品车间的落地实施提供了一种有效可实施的解决思路。

21、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。