一种基于TSN的生产制造系统的自动报告生成引擎与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于TSN的生产制造系统的自动报告生成引擎与方法，涉及智能工厂网络协同制造领域。包括用户输入模块、调度生成模块、配置模块、性能分析模块和报告导出模块。补充了智能工厂网络协同制造领域，特别是基于TSN的生产制造系统中，自动报告生成方法的缺失，可以灵活调整报告的内容，以满足不同用户的需求。的需求。的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于TSN的生产制造系统的自动报告生成引擎与方法


[0001]本专利技术涉及智能工厂网络协同制造领域，尤其涉及一种基于TSN的生产制造系统的自动报告生成引擎与方法。

技术介绍

[0002]随着现代科学技术的不断进步，新一轮全球工业转型升级竞赛愈发激烈，生产制造系统的复杂度和应用规模不断提高，用户的差异化需求也随之增加，生产制造现场存在的数据流种类也变得越来越复杂，对于实时性以及确定性的需求不尽相同。为了增强IEEE 802.1标准以太网的确定性和实时性，时间敏感网络(Time Sensitive Networking，TSN)得以得出。TSN是一系列对标准以太网标准的扩展，其融合了信息技术(Information Technology，IT)网络和工业技术(Operation Technology，OT)网络，使周期性与非周期性、实时性和非实时性数据能够混合传输，消除了其网络物理隔离的需求，实现了数据链路层的互联互通。学术界和工业界针对不同场景的流量调度问题，根据IEEE 802.1Qbv和Qch这两个TSN子标准中最常用的流量调度协议，设计了相应的调度算法，实现了时间触发(Time Triggered，TT)流低延迟、低抖动的确定性传输。然而，虽然现有的调度算法已经有了许多，但是将算法部署运行后的结果分析报告内容没有规范化的展现形式；即使TSN工作组基于NETCONF(Network Configuration Protocol)网络配置管理协议标准化地定义了网络配置相关的YANG模型，但这只是规范化了网络配置这单一阶段中的配置参数及其分类，其对整个网络系统中其他阶段数据，例如初始化设备的相关参数数据、性能分析数据等，没有统一的格式标准进行管理，对个性化数据选取与分析缺乏良好的支撑。所以，为了更加直观便捷地显示网络的调度、性能分析结果以及其他必要的参数信息，如何设计一种针对基于TSN的生产制造系统中数据信息特点进行统一规范并自动生产系统状态、性能等报告的方法是一个亟待解决的关键问题。此外，通过对孪生或仿真系统和实际系统流量调度运行数据的对比分析学习，并结合历史调度的结果进行知识推理，对于改善网络的调度方案、预测调度成功性及故障情况等都有很大的帮助。因此，充分地利用相关信息进行知识推理可以完善补充自动生成报告的内容。
[0003]经对现有文献检索发现，最相近似的实现方案为中国专利申请号为201811142363.3，名称为：一种用于心电监测的自动报告生成方法和系统，其具体做法为：将个人的心电图数据通过人工智能(Artificial Intelligence，AI)算法进行自动分析，识别出心电图中的异常片段，并根据报告输出配置参数选择信息，最终生成相应的报告。但是其为医疗卫生领域的自动报告生成办法，具体参数设置、报告类型结构不适用于通信网络领域，构建模板的方法没有具体阐述，不具备工业生产制造领域通用性的需求；并且其智能AI模块不能适用于网络中的数据分析。专利申请号为202110612694.4，名称为：基于表单模型的自动生成特种设备检验报告的方法及系统，其具体做法为：建立适用于特种设备检验的报告子模板库，进行可视化自动配置后，自动关联配置文件生成报告。但是其为特种设备领域的自动报告生成，不适用于工业生产制造领域，其模板参数配置、子模板构建方法也未
明确，没有智能模块对数据进行进一步处理，只是单纯地整理出检验的结果。专利申请号为202010496813.X，名称为：一种基于OPC UA的产线边缘设备纵向集成网关及其实现方法，其具体做法为：建立与设备之间的数据通信,获取运行数据,进行边缘计算,并存储原始数据与预处理结果；基于开放平台通信统一架构(Open Platform Communication Unified Architecture,OPC UA)对产线边缘设备进行信息建模,将模型节点与底层数据、接口进行关联映射,构建OPC UA服务器,统一设备数据接口，再通过参数写入实现对边缘设备的反馈控制。但是其只是针对单一产线边缘设备进行OPC UA信息模型的构建，无法满足自动报告生成中各阶段不同数据的信息模型构建的需求。
[0004]现有的自动报告生成方法大多依赖于某个或某组特定的基于XML语言的模板库，其可读性较差、缺少直观的展现形式，用户难以进行快速地修改；并且报告的模板内容与基于TSN的生产制造系统不完全匹配，主要应用于医疗卫生、智能电网领域的数据分析，并没有智能工厂网络协同制造领域，特别是基于TSN的生产制造领域相关的具体应用。
[0005]即使TSN工作组基于NETCONF标准化地定义了网络配置相关的YANG模型，但这只是规范化了网络配置这单一阶段中的配置参数及其分类，其对整个网络系统中其他阶段数据，例如初始化设备的相关参数数据、性能分析数据等，没有统一的格式标准进行管理，无法做到语义互通，难以实现对报告模板进行规范化地灵活调整，这就无法满足用户对数据进行个性化选取与分析的需求。
[0006]现有的OPC UA信息模型主要针对单一工业设备进行信息模型的构建，没有对生成制造系统中不同设备的数据、生产制造系统不同阶段所需要的数据，例如性能分析所需要的相关数据参数，进行整体化的信息建模，缺乏统一的模型标准。
[0007]现有的自动报告生成方法中的AI模块或大数据分析模块，主要用于对数据进行自动分类、语义生成，不能应用于基于TSN的生产制造系统中的数据分析优化，例如调度方案优化、预测网络故障、网络一致性提高等等功能。
[0008]因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于TSN的生产制造系统的自动报告生成引擎与方法，更加规范化、便捷地构建整体的信息模型作为自动报告生成的模板；灵活调整报告模板中需要展示的内容；完善了OPC UA通常只构建单一工业生产设备信息模型的缺失；进而改善网络的调度方案，对系统的时延、抖动、丢包等网络性能进行优化，并实现网络一致性测试等功能。

技术实现思路

[0009]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何设计一套自动报告生成引擎，在保证传输安全性的前提下，能够灵活地根据不同用户需求，调整报告模板设置，并利用知识推理引擎优化调度方案，得到进一步生产制造中性能分析的结果，自动生成基于TSN的生产制造系统的报告。如何运用合适的模板构建手段，根据基于TSN的生产制造系统性能分析的特点以及用户需求，构建一个规范化、可灵活调整、具有系统初始化、网络配置、性能分析不同阶段数据信息的基于TSN的生产制造系统报告模板。如何利用知识推理的方法，通过对孪生或仿真系统和实际系统流量调度运行数据的对比分析学习，并结合历史调度的结果进行知识推理，迭代调整网络调度方案，优化生产制造系统整体性能。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于TSN的生产制造系统的自动报告生成引
擎，包括用户输入模块、调度生成模块、配置模块、性能分析模块和报告导出模块；
[0011]所述用户输入模块：提供用户输入特定的报告要求、网络调度相关参数的接口；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于TSN的生产制造系统的自动报告生成引擎，其特征在于，包括用户输入模块、调度生成模块、配置模块、性能分析模块和报告导出模块；所述用户输入模块：提供用户输入特定的报告要求、网络调度相关参数的接口；所述调度生成模块：在接收到用户输入的信息后，根据网络调度相关参数信息，运用相应调度算法，得到调度方案，从而生成具体的配置方案；所述配置模块：将生成的配置方案映射为标准的格式文件，部署到网络系统之中，进行具体的流量调度；所述性能分析模块：在完成流量调度方案部署之后，获取仿真或实际系统中的相关性能数据，利用知识推理的方法，进一步分析处理，完善整个调度方案；所述报告导出模块：将采集分析好的数据，根据用户的需求，自动生成相应的报告。2.如权利要求1所述的基于TSN的生产制造系统的自动报告生成引擎，其特征在于，所述调度生成模块包括数据接收单元、算法调度单元和方案生成单元；所述数据接收单元：接收到用户输入的数据，规范化地存储到建立好的OPC UA信息模型之中；所述算法调度单元：根据网络调度相关参数的约束，运用调度算法，得到生成调度方案所需的必要数据；所述方案生成单元：将得到的相应数据，转化为具体的配置方案，规范化地存储到OPC UA信息模型之中。3.如权利要求2所述的基于TSN的生产制造系统的自动报告生成引擎，其特征在于，所述数据接收单元，根据用户输入的报告内容需求，根据自动报告类的信息模型结构，选取需要的对象、变量，建立对应的子模型，再将获取的数据存入相应的变量之中；所述算法调度单元，应用相应的调度算法，根据输入的相关网络调度参数，建立相应的约束集，求解得到生成调度方案所需的必要数据；所述方案生成单元，将得到的相应数据，包括数据流到达每个节点的时间、时隙的设置转换为对应的GCL列表，以及设置每个数据流的路径和优先级，从而得到一套具体的调度方案。4.如权利要求1所述的基于TSN的生产制造系统的自动报告生成引擎，其特征在于，所述性能分析模块包括数据采集单元、指标分析单元和方案优化单元；所述数据采集单元：采集将调度方案配置到孪生或仿真系统和实际系统运行后得到的相关性能数据；所述指标分析单元：将采集到的数据根据需要的指标进一步进行分析处理；所述方案优化单元：结合历史信息，优化调度方案，提高生成制造系统性能。5.如权利要求4所述的基于TSN的生产制造系统的自动报告生成引擎，其特征在于，所述数据采集单元，将从孪生或仿真系统和实际系统采集到的数据分别存储到子模型中对应的仿真指标对象和实际指标对象下的变量之中；所述指标分析单元，将得到的数据进行进一步处理分析，包括但不限于网络整体负载分析、一致性分析、可靠性分析；所述方案优化单元，结合历史性能信息、调度信息，知识推理得到优化的调度方案，并具备包括预测链路故障的能力。
6.一种基于TSN的生产制造系统的自动报告生成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、用户输入相应的系统参数以及所需得到的报告内容、板式要求，通过用户输入模块，使用OPC UA客户端
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服务器端的传输机制，发送给调度生成模块；步骤2、调度生成模块中的数据接收单元根据获取到的用户所需的报告内容，依据自动报告类的信息模型，选取所需的对象、变量，建立特定的子模型；将获取到的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彩莲，李凌志，许齐敏，张景龙，关新平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：