一种面向制造技术

本发明专利技术公开了一种面向

【技术实现步骤摘要】
一种面向CPS的生产管控系统及系统建模方法


[0001]本专利技术涉及信息物理系统领域，尤其涉及一种面向
CPS
的生产管控系统及系统建模方法
。

技术介绍

[0002]当前生产制造模式逐步朝着大规模定制化发展，对生产系统的适应性
、
灵活性和柔性化程度提出了更高的要求，但传统生产系统中存在设备异构程度高
、
智能化程度低
、
单元间交互困难
、
扩展性和协作性差等问题，难以实现系统资源的垂直集成，无法满足现代制造模式生产需求变化快
、
生产方式离散多样
、
个性定制化信息量大
、
现场管控难度高
、
数据集成交互过程复杂的控制需求
。
信息物理系统
(CyberPhysicalSystem
，
CPS)
通过将先进的控制技术
、
通信技术
、
计算技术进行深度融合与有机协作，以实现物理世界与虚拟世界的互联，体现通信
、
计算和控制的“3C
特征”，已成为实现生产系统智能化转型的实现途径之一
。
[0003]目前在生产系统中对于
CPS
系统的应用和理论研究已不断深入，例如中国专利文献
CN114690719
公开了一种面向平台的高效信息物理生产系统，包括基于中间件的平台层和
PoComp
组件，在保证生产任务时间约束的前提下实现了资源合理调节；中国专利文献
CN108769174
公开了一种基于云
‑
端的制造信息物理系统，集成实现了数据采集存储
、
数据分析建模
、
生产方式优化及动态事件响应
。
[0004]以上方法均是对
CPS
的生产系统应用架构进行了研究，但未解决关键的信息物理融合问题，即如何使信息部分管控系统对物理部分进行完整详细的了解，以准确及时的生成管控决策；并使物理部分生产设备理解管控系统下发的指令，精准稳定的执行相应决策
。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种面向
CPS
的生产管控系统及系统建模方法，首先对生产管控
CPS
的基本单元进行定义，并据此建立由现场控制层
、
网络连接层
、
数据处理层
、
系统模型层
、
监控计算层和企业应用层组成的生产管控系统六层架构，最后对生产系统进行多角度详细建模，为
CPS
理念在生产管控系统中的实际应用提供参考
。
其具体技术方案如下：
[0006]一种面向
CPS
的生产管控系统，包括现场控制层
、
网络连接层
、
数据处理层
、
系统模型层
、
监控计算层和企业应用层，所述现场控制层和网络连接层组成
CPS
物理空间，所述数据处理层和系统模型层构成
CPS
信息空间，所述监控计算层和企业应用层构成
CPS
管控系统
。
[0007]进一步的，所述现场控制层包括制造系统生产资源和由制造系统生产资源构成的基本制造单元，用于执行监控计算层生成的生产控制指令并获取生产活动数据上传至网络连接层
。
[0008]所述网络连接层包括现场控制层所需的现场总线或设备支持的通讯协议，将现场控制层产生的生产活动数据上传至数据处理层，并将经由数据处理层下发的指令传达至对
应制造单元
。
[0009]所述数据处理层包括协议适配服务
、
数据解析服务
、
数据筛选服务
、
数据转换服务和数据存储服务，用于接收经由网络连接层传递来的现场控制层数据，并对其进行解析
、
筛选
、
转换，最终形成统一格式数据并将其存储至数据库中：
[0010]所述协议适配服务用于封装适配网络连接层中的各种不同通讯协议；所述数据解析服务用于根据需求解析各类不同通讯协议的具体数据；所述数据筛选服务用于筛选数据解析结果中存在的冗余和错误数据；所述数据转换服务用于将筛选后的数据转换为统一格式数据，便于数据在异构系统间共享
、
传递；所述数据存储服务用于将转换后的统一格式数据存储至数据库
。
[0011]所述系统模型层以数据库中订阅的统一格式数据为支撑，构建生产系统多角度模型，包括资源语义模型
、
资源数据模型和行为规则模型：
[0012]所述资源语义模型用于对车间内人机料法环等生产资源进行抽象定义；所述资源数据模型与语义模型相对应，构建生产资源结构化数据模型，实现物理信息映射，便于与数据库或系统间传输；所述行为规则模型用于描述车间中生产单元运行逻辑，体现实际车间中复杂的生产活动
。
[0013]所述监控计算层根据上层企业应用需求，指导系统内制造单元进行生产作业任务，包括制造单元状态监控服务
、
生产系统任务接收服务和制造单元决策生成服务：
[0014]所述制造单元状态监控服务通过系统模型层数据本体模型和数据库实时数据实现现场控制层的状态监控；所述生产系统任务接收服务用于接收上层企业管理系统下发的订单任务；所述制造单元决策生成服务用于根据制造单元状态监控结果和系统模型层行为规则模型将订单任务分解为各制造单元的生产任务
。
[0015]进一步的，所述基本制造单元包括物理实体设备
、
信息管控软件及工业通信网络
。
[0016]进一步的，所述物理实体设备即生产系统中的众多异构设备，按设备功能可分为加工设备
、
装配设备
、
感知设备
、
物流设备
、
仓储设备和控制设备；
[0017]所述信息管控软件包括硬件适配层
、
分析决策层和对接交互层：所述硬件适配层包括数据采集模块和执行控制模块，所述物理实体设备通过硬件适配层与信息管控软件连接；所述对接交互层包括数据集成模块和数据传输模块，将硬件适配层
、
分析决策层连接至工业通信网络；所述分析决策层包括数据分析模块和决策生成模块；
[0018]所述数据采集模块用于信息管控软件采集物理实体设备状态数据；所述执行控制模块用于信息管控软件执行分析决策层生成的控制指令；所述数据集成模块用于集成数据采集模块上传的数据，便于分析解决层和工业通信网络上的其他制造单元和上层管控系统调用；所述数据传输模块用于经由工业通信网络上传本制造单元状态数据或接收其他制造单元与上层管控系统的指令与信息；所述数据分析模块用于分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种面向
CPS
的生产管控系统，其特征在于：包括现场控制层
、
网络连接层
、
数据处理层
、
系统模型层
、
监控计算层和企业应用层，所述现场控制层和网络连接层组成
CPS
物理空间，所述数据处理层和系统模型层构成
CPS
信息空间，所述监控计算层和企业应用层构成
CPS
管控系统
。2.
根据权利要求1所述的面向
CPS
的生产管控系统，其特征在于：所述现场控制层包括生产资源和由生产资源构成的基本制造单元，所述网络连接层包括现场控制层所需的现场总线或设备支持的通讯协议，所述数据处理层包括协议适配服务
、
数据解析服务
、
数据筛选服务
、
数据转换服务和数据存储服务，所述系统模型层包括资源语义模型
、
资源数据模型和行为规则模型，所述监控计算层包括制造单元状态监控服务
、
生产系统任务接收服务和制造单元决策生成服务
。3.
根据权利要求2所述的面向
CPS
的生产管控系统，其特征在于：所述基本制造单元包括物理实体设备
、
信息管控软件及工业通信网络
。4.
根据权利要求3所述的面向
CPS
的生产管控系统，其特征在于：所述物理实体设备包括加工设备
、
装配设备
、
感知设备
、
物流设备
、
仓储设备和控制设备；所述信息管控软件包括硬件适配层
、
分析决策层和对接交互层：所述硬件适配层包括数据采集模块和执行控制模块，所述物理实体设备通过硬件适配层与信息管控软件连接；所述对接交互层包括数据集成模块和数据传输模块，将硬件适配层
、
分析决策层连接至工业通信网络；所述分析决策层包括数据分析模块和决策生成模块；所述工业通信网络连接有其余制造单元
、
全局数据库和上层管控系统
。5.
根据权利要求1‑4任一所述的面向
CPS
的生产管控系统的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S1
：对生产资源进行分类和形式化描述，并对资源间的隶属和...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪惠芬，杨振霖，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：