基于物联网的工业远程协作系统及方法与流程

本发明涉及工业协作，具体为基于物联网的工业远程协作系统及方法。

背景技术：

1、随着信息技术的迅猛发展，物联网（iot）技术已经在多个领域展现出其巨大的潜力和价值。特别是在工业领域，物联网技术的应用不仅提高了生产效率，还极大地提升了工作安全性和质量。近年来，随着远程协作技术的兴起，基于物联网的工业远程协作系统逐渐成为研究的热点。

2、在工业现场，电气设备的检修和维护工作常常面临着诸多挑战。传统的检修方式往往需要现场操作人员具备丰富的经验和技能，同时工作环境也可能存在诸多安全隐患。此外，由于工业现场环境的复杂性和不确定性，现场操作人员往往难以独自应对所有问题，需要得到远程专家的指导和支持。

3、例如，现有的公开号为cn112558974a的专利公开了一种用于协作开发工业应用的系统、方法和计算机介质，包括工业集成开发环境(ide)支持协作工具，所述协作工具使得多个设计者和程序员能够并行地将设计输入远程提交至同一自动化系统项目，同时保持项目的一致性。这些协作特征可以包括例如：在针对系统项目的相同部分的不同设计输入集之间进行协调；在系统项目的一部分被修改时生成至远程设计者的通知；共享开发接口或环境。但这种设计随着项目的增长和团队的变化，协作工具可能需要具备高度的可扩展性和灵活性，以适应不同的需求和场景，为此，本发明提供基于物联网的工业远程协作系统及方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于物联网的工业远程协作系统及方法，以解决上述背景技术中提出的现有的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于物联网的工业远程协作系统，该系统通过物联网设备层实现对现场操作人员生命体征的实时监测和视频传输，通过数据传输层将现场数据实时传输到远程指导人员端，再由数据处理层对接收到的数据进行处理和分析，为远程指导人员提供决策支持。这种系统不仅能够实现对现场操作人员的远程监控和指导，还能够根据操作人员的实际情况智能调整任务分配，从而有效提高工作效率和安全性，包括：

3、物联网设备层，用于为操作人员佩戴生命体征监测手环和视频传输设备；数据传输层，用于通过所述视频传输设备将电气设备检修现场视频传输到指导人员监控端中，连接电气设备检修现场和指导人员，通过所述生命体征监测手环将操作人员生命体征传输至中央服务器中；数据处理层，用于接收和处理所述物联网设备层的输出数据；数据存储层，用于将所有指令录入指令数据库中，并存储所述数据处理层中的输出数据；

4、所述数据处理层包括指令决策模块、操作人员能力监测模块和任务分配模块；所述指令决策模块用于根据指导人员发出的指令和电气设备状态判断是否根据该指令进行操作，若结果为否，则由系统通过计算所有指令的期望值提出指令建议；所述操作人员能力监测模块用于当操作人员执行指令时，通过所述生命体征监测手环监测该指令下操作人员反应和适应能力，输出至所述任务分配模块中；所述任务分配模块用于创建智能任务调度遗传算法，根据该指令下操作人员反应和适应能力、工作负载和当前任务进度，调整任务分配。

5、本发明进一步改进在于，所述指令决策模块包括指令潜在结果数据库建立单元、指令期望计算单元、电气设备状态监测单元、指令期望更新单元和指令判断单元；所述指令潜在结果数据库建立单元用于对电气设备维修过程中所有指令导致的潜在结果分配潜在概率，所述潜在结果包括设备修复成功、部分修复、修复失败和进一步损坏；所述指令期望计算单元用于为潜在结果价值进行量化后计算指导人员发出的指令的初始指令期望；所述电气设备状态监测单元用于根据电气设备当前状态计算电气设备危险值；所述指令期望更新单元用于将所述电气设备危险值作为一个权重因子，调整初始指令期望；

6、本发明进一步改进在于，所述操作人员能力监测模块包括生命体征监测单元和评估模型建立单元，所述生命体征监测单元用于获取操作人员当前适应数据，所述适应数据包括心率平稳度、血压变化率、反应时间和任务完成质量；所述评估模型建立单元用于通过该操作人员适应数据，计算操作人员对于该指令的反应和适应能力。

7、另一方面，本发明提供基于物联网的工业远程协作方法，包括以下步骤：

8、s1、指导人员通过电气设备检修现场的视频数据发出指令，根据指导人员发出的指令和电气设备状态计算该指令的指令期望值；

9、s2、设置指令期望阈值，当所述指令期望值大于等于所述指令期望阈值时，操作人员根据指导人员发出的指令进行操作，当所述指令期望值小于所述指令期望阈值时，则计算所述指令数据库中所有指令的初始指令期望值，并提取最大值作为新的指令传输给操作人员；

10、s3、当操作人员操作指令时，通过所述生命体征监测手环监测该指令下操作人员的适应数据，得到该操作人员的个人能力值；

11、s4、创建智能任务调度遗传算法，根据所有操作人员的个人能力值、工作负载和当前任务进度，调整任务分配。

12、本发明进一步改进在于，所述s1具体步骤包括：

13、s11、建立指令潜在结果数据库，包括潜在结果概率序列和潜在结果价值量化序列，得到初始指令期望；

14、s12、通过电气设备的温度和振动幅频计算电气设备危险值；

15、s13、设置电气设备危险阈值，以更新所述初始指令期望，得到该指令的期望值。

16、本发明进一步改进在于，所述潜在结果概率序列包括系统为所有指令导致的潜在结果分配的概率，第个指令的潜在结果概率序列表示为，表示修复成功的潜在概率，表示部分修复的潜在概率，表示修复失败的潜在概率，表示进一步损坏的潜在概率；所述潜在结果价值量化序列表示为，表示第个设备修复成功的量化价值，表示第个设备部分修复的量化价值，表示第个设备修复失败的量化价值，表示第个设备进一步损坏的量化价值；设指导人员发出的指令为第个指令，操作人员操作的设备为第个设备，则此时的指导人员在第个设备的初始指令期望计算公式为：。

17、本发明进一步改进在于，所述电气设备危险值通过在第个设备均匀安装个温度传感器，并采集时间内以为时间间隔的电气设备振动幅度数据集、振动速度数据集得到，则第个设备的电气设备危险值计算公式为，表示第个设备的温度均值，表示第个设备时间内设备的振动幅度均值，表示第个设备时间内设备的振动速度均值，表示温度均值权重，表示振动幅度均值权重，表示振动速度均值权重。

18、本发明进一步改进在于，所述该指令的期望值计算公式为：

19、。

20、本发明进一步改进在于，所述个人能力值具体计算步骤包括：

21、s31、通过所述生命体征监测手环记录该操作人员开始操作时至操作结束时每隔时间内采集的心率数据集和血压数据集，其中表示第个心率数据，表示第个血压数据，得到心率平稳度和血压变化率，其中，表示所述心率数据集中数据平均值；

22、s32、记录指令下达时间，得到操作人员反应时间；

23、s33、当操作结束时，再次计算第个设备的电气设备危险值得到第二电气设备危险值，则任务完成质量计算公式为；

24、s34、通过步骤s31-s32得到数据计算该操作人员个人能力值：

25、；

26、其中，表示心率平稳度权重，表示血压变化率权重，表示反应时间权重，表示任务完成质量权重。

27、本发明进一步改进在于，所述智能任务调度遗传算法具体步骤包括：

28、s41、为个待分配任务和个操作人员进行编码，使用维数组表示任务分配，其中每个的值都在之间；

29、s42、随机生成一个包含多个任务分配方案的种群，每个方案都是一个编码后的任务表示；

30、s43、构建适应度函数，其中，表示个人能力值权重，表示任务负载权重，表示任务进度权重，表示该操作人员任务负载，获取方式为该操作人员剩余的待完成任务数量记为该操作人员任务负载，表示该操作人员任务进度，计算方式为获取该任务标准完成时长，并实时获取当前时间，得到该操作人员任务进度；

31、s44、选取中适应度前6名的任务分配方案作为第一种群；

32、s45、随机选取中的两个任务分配方案作为父代任务分配方案，在所述父代任务分配方案中选择一个位置进行交叉操作，形成新的子代任务分配方案；

33、s46、设置变异概率，根据变异概率改变新的子代任务分配方案中的元素值形成第二子代任务分配方案；

34、s47、重复步骤s44-s46，并计算新的任务分配方案的适应度函数；

35、s48、将所有适应度函数的结果列入适应度序列，当适应度序列中数据的标准差小于设定的适应度波动阈值时，停止迭代，输出此时的任务分配方案。

36、本发明进一步改进在于，所述变异概率通过初始变异概率、个人能力变异值和适应度改善阈值得到；当个体的个人能力值大于个人能力变异值时，更新变异概率，计算公式为，其中表示一个衰减因子，，k表示此时的迭代次数；当个体的个人能力值小于或等于个人能力变异值时，判断该个体在遗传过程中的适应度是否连续三次的相邻两个适应度差值小于适应度改善阈值，若判断为是，则将变异概率扩大50倍，若判断为否，则返回初始变异概率。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

38、1、本发明首先通过监测操作人员的生命体征和任务执行情况，评估其个人能力值，并据此使用智能任务调度遗传算法对任务进行动态分配，确保工作负载的均衡和任务的高效完成；

39、2、其次，本发明还建立了指令潜在结果数据库，通过指导人员和操作人员的远程协作，计算电气设备危险值和更新初始指令期望，进一步提升了远程协作的效率和安全性；

40、3、通过任务分配模块中的智能任务调度遗传算法，可以根据操作人员的反应和适应能力、工作负载和当前任务进度灵活调整任务分配，从而提高整体作业效率；

41、4、通过设置指令期望阈值，当所述指令期望值大于等于所述指令期望阈值时，操作人员根据指导人员发出的指令进行操作，当所述指令期望值小于所述指令期望阈值时，则计算所述指令数据库中所有指令的初始指令期望值，并提取最大值作为新的指令传输给操作人员，实现了对工业现场的实时远程监控的同时，避免了系统错误指令造成的损失，而且通过智能评估和调度，显著提高了工业协作的效率和安全性，为现代工业生产提供了一种高效、智能的远程协作解决方案。