一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统技术方案

一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，系统体系架构包括物理层、信息层和社交层。物理层由用户CPSS节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点组成。信息层包括互联网络、云数据库、云服务器和网络路由，实现三类节点在物理、信息、社交空间的互联，并对产生的实时数据进行云端存储与处理。社交层根据社交关系和属性相似度，采用改进的G-N复杂网络聚类算法将企业CPSS节点自组织聚类形成不同的在线社区。通过用户需求与企业CPSS节点能力属性的匹配，选择最优的在线社区和企业CPSS节点来完成产品全生命周期活动。用户通过移动智能终端、虚拟社交传感网络模块与企业CPSS节点协同交互，实时监控生产过程，完成个性化需求到现实产品的转化。

A CPSS system for social and personalized manufacturing environment

A CPSS system for social and personalized manufacturing environment, which includes physical layer, information layer and social layer. The physical layer is composed of CPSS node, CPSS node and CPSS node. Information layer, including the Internet, cloud database, cloud server and network routing, the realization of the three types of nodes in the physical, information, social networking space, and the resulting cloud storage and processing of real-time data. According to the similarity of social relations and attributes, the social network uses the improved G-N complex network clustering algorithm to organize the CPSS nodes self organizing clustering to form different online communities. Based on the matching of user requirements and enterprise CPSS node capabilities, we select the best online community and enterprise CPSS node to complete the product life cycle. The user interacts with the enterprise CPSS node through the mobile intelligent terminal, the virtual social sensing network module, and monitors the production process in real time.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于制造系统与CPSS领域，特别涉及一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统。
技术介绍
社群化制造环境下，用户需求越来越多样化、动态化和个性化，且用户逐渐参与到产品的设计、生产制造等过程中，并与制造企业组成社区，通过协作交互与实时交流，将个性化需求转化为现实产品。例如，用户通过众包设计社区将需求转化为产品设计方案，再借助于社会化的制造企业与服务资源生产零部件及产品。用户与设计资源、制造企业与服务资源组成了一个围绕个性化产品生产的社群。在此过程中，需要通过信息化手段实现用户与制造企业、服务资源在物理空间(Physicalspace)、信息空间(Cyberspace)和社交空间(Socialspace)的互联，并通过一系列系统功能实现社交与工业数据的采集与处理、信息的交互与共享、业务的协作与管控等。信息物理融合系统(cyber-physicalsystems，CPS)为上述用户与企业之间、以及企业与企业之间的互联共享提供了解决方案。CPS将信息空间与物理空间紧密地互联在一起，通过自我感知、分布式处理和实时交互等来实现系统的协同工作。CPS系统广泛地应用于自主导航汽车、智能楼宇与智能家居、智能电网、生物医疗、智能制造等领域，国内外学术界和工业界已开展了诸多CPS系统的研究和应用。然而当前的CPS系统未考虑系统中人的社交与行为因素，人在CPS系统中承担着社交、监控与辅助处理等角色，尤其是在当前用户参与产品生产过程日益增加的背景下，企业需与不同的用户、供应商等参与主体进行交流来确定最终的产品生产方案。因此，需要将社交空间中的社交因素引入CPS系统，构建CPSS系统(cyber-physical-socialsystems)，将面向生产制造过程的物理空间、信息空间和社交空间互联，用以支持多种参与主体之间的自主、自治与协同交互。在社群化、个性化制造环境下，CPSS系统将为制造企业与服务资源的自组织集聚、用户参与生产制造过程、生产自治与协同、客户关系管理等提供支持。
技术实现思路
为了克服CPS系统的缺陷，并结合当前社群化、个性化制造趋势，本专利技术的目的在于提供一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，以实现用户通过CPSS系统与制造企业进行协同交互，来完成个性化产品的生产，解决动态、复杂制造环境下的用户需求实时多变、协同效率低的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，所述CPSS系统的体系架构分为物理层、信息层和社交层，在安全管理、并发控制机制以及人机接口、数据接口的约束下实现CPSS系统的各项功能应用；所述的CPSS系统的物理层包括三类CPSS节点：用户CPSS节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点，该层的主要功能应用包括：生产设备自组织配置与管理、生产数据采集与预处理、生产扰动感知与监控调度、基于社交数据处理的生产指令执行；所述的用户CPSS节点包括：集成有GPS定位、音频/视频、虚拟社交传感模块、移动网络接入模块的移动智能终端以及用户本身；其中，所述GPS定位模块用于记录用户CPSS节点的位置信息，所述音频/视频模块用于记录用户需求的非结构化数据，所述虚拟社交传感模块用于识别和存储用户CPSS节点的实时社交数据，并与企业CPSS节点、生产设备CPSS节点中的虚拟社交传感模块进行数据交互，所述移动网络接入模块为GPRS、WIFI或MobileInternet模块，用于与CPSS系统互联，通过Web浏览器来发送和接收信息；所述的企业CPSS节点是由生产设备CPSS节点通过Internet、Intranet、ZigBee、WIFI网络以及对应的数据接口互联而形成的上层节点，企业CPSS节点集成有虚拟社交传感模块，用于获取用户CPSS节点或其他企业CPSS节点的社交数据，并对社交数据进行处理，形成指导生产设备进行生产制造的指令集，围绕产品生产的多个企业CPSS节点相互协作、共享信息，完成用户个性化需求向现实产品的转化；所述的企业生产设备CPSS节点由生产企业内的各类制造设备、运输设备以及集成在设备上的射频识别RFID、振动/温度传感器、嵌入式系统/PLC控制器、虚拟社交传感模块、操作人员组成；其中，所述RFID传感器用于识别产品或零部件是否在该设备上加工，即确定位置信息；所述振动/温度传感器用于监测加工环境、加工设备状态、运输环境数据；所述虚拟社交传感模块用于与企业CPSS节点、用户CPSS节点进行社交与数据交互；所述嵌入式系统/PLC控制器接入网络，用于对生产设备CPSS节点执行下达的指令，存储实时生产数据并将预处理的数据通过数据接口发送至企业CPSS节点。所述用户CPSS节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点通过虚拟社交传感模块进行社交与数据交互；用户CPSS节点通过虚拟社交传感模块，在权限管理机制下访问企业CPSS节点，透明化地了解订单的实时生产状态，并与企业CPSS节点进行协同交互，参与到企业CPSS节点的生产制造过程中；企业CPSS节点将用户需求转化为可执行的生产指令，并通过虚拟社交传感模块与生产设备CPSS节点进行社交与数据交互，一方面下达可执行的生产指令，用于指导生产，另一方面感知实时的生产数据，用于生产管控。所述的信息层包括Internet、Intranet、MobileInternet、ZigBee、WIFI网络、云数据库、云服务器和网络路由，用于实现用户CPSS节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点的物理互联和信息互联，并对实时数据/信息/知识进行存储和处理；该层的主要功能应用是：节点接入控制与节点定位、存储预设的知识与规则库、实时数据的云存储与权限控制、实时数据的云计算与社会化计算；所述的物理互联和信息互联的具体方法为：CPSS系统构建一个异治网络，企业生产设备CPSS节点、物料和产品组成物联网；用户CPSS节点与企业CPSS节点组成信息共享网和社交网；通过Internet、Intranet、MobileInternet、ZigBee、WIFI、网络路由实现互联；所述的实时数据/信息/知识存储和处理的具体方法为：用户CPSS节点和企业CPSS节点采集的社交数据，企业内生产设备CPSS节点采集的工业数据均存储于云数据库，通过基于MapReduce本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，其特征在于，所述CPSS系统的体系架构分为物理层、信息层和社交层，在安全管理、并发控制机制以及人机接口、数据接口的约束下实现CPSS系统的各项功能应用；所述的CPSS系统的物理层包括三类CPSS节点：用户CPSS节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点，该层的主要功能应用包括：生产设备自组织配置与管理、生产数据采集与预处理、生产扰动感知与监控调度、基于社交数据处理的生产指令执行；所述的信息层包括Internet、Intranet、Mobile Internet、ZigBee、WIFI网络、云数据库、云服务器和网络路由，用于实现用户CPSS节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点的物理互联和信息互联，并对实时数据/信息/知识进行存储和处理；该层的主要功能应用是：节点接入控制与节点定位、存储预设的知识与规则库、实时数据的云存储与权限控制、实时数据的云计算与社会化计算；所述的社交层提供用户CPSS节点和企业CPSS节点之间进行商务社交与协同共享的功能、需求分析与任务分解的功能、“需求‑能力”本体匹配的功能、用户关系管理功能；所述的社交层从两个层次将企业CPSS节点自组织集聚形成不同类型的在线社区，社区内的企业CPSS节点通过社交工具和社交网络实现互联与自治管理；在社区构建的基础上，社交层用户选择不同社区内的企业CPSS节点，与其协同、交互、共享来完成个性化产品的生产任务。...

【技术特征摘要】
1.一种面向社群化、个性化制造环境的CPSS系统，其特征在
于，所述CPSS系统的体系架构分为物理层、信息层和社交层，在安
全管理、并发控制机制以及人机接口、数据接口的约束下实现CPSS
系统的各项功能应用；
所述的CPSS系统的物理层包括三类CPSS节点：用户CPSS节
点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点，该层的主要功能应
用包括：生产设备自组织配置与管理、生产数据采集与预处理、生产
扰动感知与监控调度、基于社交数据处理的生产指令执行；
所述的信息层包括Internet、Intranet、MobileInternet、ZigBee、
WIFI网络、云数据库、云服务器和网络路由，用于实现用户CPSS
节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节点的物理互联和信息
互联，并对实时数据/信息/知识进行存储和处理；该层的主要功能应
用是：节点接入控制与节点定位、存储预设的知识与规则库、实时数
据的云存储与权限控制、实时数据的云计算与社会化计算；
所述的社交层提供用户CPSS节点和企业CPSS节点之间进行
商务社交与协同共享的功能、需求分析与任务分解的功能、“需求-能
力”本体匹配的功能、用户关系管理功能；所述的社交层从两个层次
将企业CPSS节点自组织集聚形成不同类型的在线社区，社区内的企
业CPSS节点通过社交工具和社交网络实现互联与自治管理；在社区
构建的基础上，社交层用户选择不同社区内的企业CPSS节点，与其
协同、交互、共享来完成个性化产品的生产任务。
2.根据权利要求1所述的一种面向社群化、个性化制造环境的
CPSS系统，其特征在于，
所述的用户CPSS节点包括：集成有GPS定位、音频/视频、虚
拟社交传感模块、移动网络接入模块的移动智能终端以及用户本身；
其中，所述GPS定位模块用于记录用户CPSS节点的位置信息，所
述音频/视频模块用于记录用户需求的非结构化数据，所述虚拟社交
传感模块用于识别和存储用户CPSS节点的实时社交数据，并与企业
CPSS节点、生产设备CPSS节点中的虚拟社交传感模块进行数据交
互，所述移动网络接入模块为GPRS、WIFI或MobileInternet模块，
用于与CPSS系统互联，通过Web浏览器来发送和接收信息。
3.根据权利要求1所述的一种面向社群化、个性化制造环境的
CPSS系统，其特征在于，
所述的企业CPSS节点是由生产设备CPSS节点通过Internet、
Intranet、ZigBee、WIFI网络以及对应的数据接口互联而形成的上层
节点，企业CPSS节点集成有虚拟社交传感模块，用于获取用户CPSS
节点或其他企业CPSS节点的社交数据，并对社交数据进行处理，形
成指导生产设备进行生产制造的指令集，围绕产品生产的多个企业
CPSS节点相互协作、共享信息，完成用户个性化需求向现实产品的
转化。
4.根据权利要求1所述的一种面向社群化、个性化制造环境的
CPSS系统，其特征在于，
所述的企业生产设备CPSS节点由生产企业内的各类制造设备、

\t运输设备以及集成在设备上的射频识别RFID、振动/温度传感器、嵌
入式系统/PLC控制器、虚拟社交传感模块、操作人员组成；其中，
所述RFID传感器用于识别产品或零部件是否在该设备上加工，即确
定位置信息；所述振动/温度传感器用于监测加工环境、加工设备状
态、运输环境数据；所述虚拟社交传感模块用于与企业CPSS节点、
用户CPSS节点进行社交与数据交互；所述嵌入式系统/PLC控制器
接入网络，用于对生产设备CPSS节点执行下达的指令，存储实时生
产数据并将预处理的数据通过数据接口发送至企业CPSS节点。
5.根据权利要求1所述的一种面向社群化、个性化制造环境的
CPSS系统，其特征在于，
所述用户CPSS节点、企业CPSS节点和企业生产设备CPSS节
点通过虚拟社交传感模块进行社交与数据交互；用户CPSS节点通过
虚拟社交传感模块，在权限管理机制下访问企业CPSS节点，透明化
地了解订单的实时生产状态，并与企业CPSS节点进行协同交互，参
与到企业CPSS节点的生产制造过程中；企业CPSS节点将用户需求
转化为可执行的生产指令，并通过虚拟社交传感模块与生产设备
CPSS节点进行社交与数据交互，一方面下达可执行的生产指令，用
于指导生产，另一方面感知实时的生产数据，用于生产管控。
6.根据权利要求1所述的一种面向社群化、个性化制造环境的
CPSS系统，其特征在于，

【专利技术属性】
技术研发人员：江平宇，丁凯，刘超，苏仕龙，童江勇，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61