本發(fā)明涉及智能制造，特別是涉及一種面向數(shù)字孿生的車間資源信息數(shù)字化表征及感知系統(tǒng)。

背景技術：

1、隨著智能制造的不斷發(fā)展，眾多火工品制造企業(yè)紛紛涌入智能化的浪潮，并以數(shù)字孿生為舟駛向孕育下一代工業(yè)革命的海洋。然而，傳統(tǒng)火工品企業(yè)在實施數(shù)字孿生時，常規(guī)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)感知系統(tǒng)難以勝任日益復雜的采集需求以及越來越豐富的應用服務數(shù)據(jù)接口對接，故需要針對數(shù)字孿生應用場景創(chuàng)建一種泛在性的、高靈活性與通用性的車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)表征及感知方法，以應對不斷完善的數(shù)字孿生應用落地實施。

2、在生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集方面，國內(nèi)外許多學者進行了研究和實踐。guo等人為了解決數(shù)控機床的數(shù)據(jù)采集和存儲問題，提出了一種基于mtconnect協(xié)議和focas協(xié)議的數(shù)據(jù)采集方法并采用基于focas的設備信息模型，以體高企業(yè)生產(chǎn)效率、消除信息孤島。han等人基于對智能車間制造架構、功能類別、信息交互的分析，構建了一種鋰離子電池智能制造車間信息模型，并結合opc?ua地址空間映射規(guī)則對車間信息模型進行了相應映射，解決了車間各級生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通問題。udo等人通過從scada系統(tǒng)中獲取歷史數(shù)據(jù)以進行風力渦輪機的預測性維護測試。luan等人針對現(xiàn)有多通道采集系統(tǒng)信號采集范圍小、采集精度差的問題，提出了一種基于fpga的多傳感器采集系統(tǒng)，利用fpga的邏輯控制、同步采集等功能提高關鍵傳感器節(jié)點的采集速度和大容量數(shù)據(jù)傳輸效率。

3、在生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的架構方面，對于解決多源異構數(shù)據(jù)采集問題，庫濤發(fā)明了一種異構邊緣設備多種復雜模式下的智能傳輸控制方法，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中間層嵌入opcua協(xié)議作為通用傳輸協(xié)議進行應用層與設備層之間的協(xié)議解耦操作。郭語發(fā)明了一種基于在線配置的opcua協(xié)議轉換方法，構建opcua協(xié)議轉換器，所述opcua協(xié)議轉換器包括可視化組件模塊、原始數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)解析模塊、opcua服務器模塊，基于開源的unifiedautomat?ion?java?sdk構建opcua服務器，構建基于c/s架構的可視化操作界面，實現(xiàn)opcua服務器的配置以及采集數(shù)據(jù)的可視化。

4、針對目前火工品裝配車間急需進行數(shù)字化升級改造，傳統(tǒng)的車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集方法存在以下不足：

5、1、采集目標單一。大多圍繞單一設備或單一系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，很少涉及到具有泛在性的車間數(shù)據(jù)，且大多為手工記錄。

6、2、信息模型靈活性差。對于生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息模型的結構表述主要從生產(chǎn)要素種類上進行橫向劃分，缺乏對車間各層級間的縱向聯(lián)系描述定義，使得整個車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)的信息模型缺乏層次感，層級間交互困難，導致其靈活性差。

7、3、通用性低，傳統(tǒng)的基于opc?ua的數(shù)據(jù)采集方法在應用方面大多采用國外成熟的sdk進行開發(fā)，自主可控性差，且針對于特定的工業(yè)設備，不具備通用性，導致車間信息孤島問題嚴重。

8、可見，當前某火工品裝配車間大多設備數(shù)據(jù)存在來源分散、時效性強、信息冗余度高、數(shù)據(jù)結構各異、模態(tài)多樣等復雜特性，缺乏統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)據(jù)表征方法與發(fā)布接口，使得數(shù)據(jù)難以與虛擬模型實現(xiàn)連接，形成了大量的信息孤島，無法實現(xiàn)與虛擬三維模型實時精準一一映射，嚴重制約著生產(chǎn)車間的綜合分析和科學決策。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于上述問題，本發(fā)明提供用于克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種車間資源信息數(shù)字化表征及感知系統(tǒng)。該系統(tǒng)滿足數(shù)字孿生車間數(shù)模雙驅的數(shù)據(jù)實時映射需求，使用人員只需要依據(jù)所創(chuàng)建的車間信息表征模型，基于可視化的窗口進行靈活配置，即可快速實現(xiàn)與三維模型的實時映射驅動，從而支撐數(shù)字孿生的虛擬驅動服務，打通現(xiàn)實與虛擬車間的數(shù)據(jù)鏈條。

2、本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種車間資源信息數(shù)字化表征及感知系統(tǒng)，包括：

4、數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊用于將裝配車間內(nèi)各個感知設備進行網(wǎng)絡節(jié)點接入，使各個所述感知設備均采用各自私有協(xié)議通過工業(yè)以太網(wǎng)采集和傳輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以便實現(xiàn)對所述生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行感知與轉換；所述生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括結構化數(shù)據(jù)、半結構化數(shù)據(jù)和非結構化數(shù)據(jù)；

5、數(shù)據(jù)表征模塊，所述數(shù)據(jù)表征模塊用于通過構建數(shù)字化表征模型對所述裝配車間全要素生產(chǎn)資源以及車間層級結構進行數(shù)字化表述，并提取關鍵要素數(shù)據(jù)結構信息構建opc?ua信息模型，結合所述生產(chǎn)數(shù)據(jù)實現(xiàn)opc?ua服務器的實例化以及變量節(jié)點數(shù)據(jù)的更新；

6、數(shù)據(jù)發(fā)布模塊，所述數(shù)據(jù)發(fā)布模塊用于利用關系型數(shù)據(jù)庫與非關系型數(shù)據(jù)庫，對所述生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分類聯(lián)合存儲；利用opc?ua客戶端通過opc?ua協(xié)議訪問服務器節(jié)點數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)存儲，并以json、xml中間格式進行數(shù)據(jù)發(fā)布，給與數(shù)字孿生虛擬服務實時數(shù)據(jù)。

7、優(yōu)選地：所述提取關鍵要素數(shù)據(jù)結構信息構建opc?ua信息模型包括：

8、確定對象的索引包含該對象在整個模型結構的空間位置，所述空間位置包括所處的層級以及所屬父對象；

9、采用基于多叉樹遍歷的索引生成，使其在表征模型中的位置具有唯一性標定。

10、優(yōu)選地：采用面向對象的建模方法，在opc?ua服務器中，利用元模型的對象類型節(jié)點預定義節(jié)點類，對現(xiàn)實實體信息進行所述數(shù)字化表征模型的構建。

11、優(yōu)選地：初始化地址空間模型，采用預定義節(jié)點類根據(jù)實體模型完成相應對象模型的建立；

12、通過定義引用類型連接不同類型節(jié)點，以生成自定義節(jié)點類型，得到對象節(jié)點實例；

13、創(chuàng)建其地址空間元素及其組織架構，并支持以xml格式導出模型文件。

14、優(yōu)選地：采用基于任務回調(diào)與鍵值集合的節(jié)點數(shù)據(jù)更新方法進行變量節(jié)點數(shù)據(jù)的更新。

15、優(yōu)選地：結合所述opc?ua信息模型與所述數(shù)字化表征模型，獲取所述opc?ua信息模型中的每個需要更新數(shù)據(jù)節(jié)點的節(jié)點標識，描述外部數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)源標識對以及其數(shù)據(jù)值類型標識對；

16、確定用于存儲外部數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的中間文件的數(shù)據(jù)存儲格式，將數(shù)據(jù)源標識對與數(shù)據(jù)類型標識對以節(jié)點標識對的映射關系按數(shù)據(jù)格式生成新的數(shù)據(jù)，并寫入中間文件中；

17、客戶端連接成功后通過根節(jié)點訪問服務器所有節(jié)點，并訂閱導入的對象節(jié)點及其所有屬性節(jié)點，服務器中的文件監(jiān)視器調(diào)用系統(tǒng)文件寫入監(jiān)視函數(shù)，在中間文件寫入數(shù)據(jù)并保存后，執(zhí)行回調(diào)任務，在回調(diào)任務中，提取中間文件數(shù)據(jù)并按數(shù)據(jù)格式解析提取數(shù)據(jù)，通過節(jié)點編號與數(shù)據(jù)類型將數(shù)據(jù)寫入節(jié)點中，完成節(jié)點數(shù)據(jù)的更新。

18、優(yōu)選地：所述數(shù)據(jù)發(fā)布模塊還用于配置服務器參數(shù)，創(chuàng)建文件監(jiān)視器線程及回調(diào)任務通過構建含有名稱、編碼、數(shù)值標簽、數(shù)據(jù)類型以及數(shù)據(jù)值的單個對象節(jié)點來映射現(xiàn)實物理空間生產(chǎn)元素，并通過節(jié)點索引自動解析節(jié)點間的層級關系并可視化在樹狀圖區(qū)域，對所述數(shù)字化表征模型進行層次化展示。

19、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術效果：

20、本技術實施例提供的一種車間資源信息數(shù)字化表征及感知系統(tǒng)，針對火工品裝配車間在進行數(shù)字孿生技術應用時對于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集存在著目標單一、信息模型靈活性差以及通用性低等問題，提出了面向數(shù)字孿生的車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)數(shù)字化表征方法，通過對車間生產(chǎn)資源信息模型及表征模型構建，并設計出可視化的數(shù)字孿生車間適用的感知系統(tǒng)，通過該方法及系統(tǒng)可實現(xiàn)虛擬空間的孿生模型與現(xiàn)實設備的實時映射對接和靈活的自定義調(diào)整，為數(shù)字孿生在火工品車間的落地實施提供了一種有效可實施的解決思路。

21、當然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達到以上所述的所有優(yōu)點。