一種基于IPv6移動(dòng)終端的車間多源信息智能感知方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于IPv6智能終端的車間多源信息智能感知方法，所屬領(lǐng)域?yàn)橹圃鞓I(yè)信息化技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先布置車間無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，基于IPv6協(xié)議采用具有獨(dú)立IP的傳感器采集車間設(shè)備信息、物料信息等車間多源信息，通過集成有CMOS微控制器模塊的無線收發(fā)器發(fā)送原始信號(hào)，通過IPv6邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換和處理后，車間工人手持IPv6智能終端智能感知信息，通過終端集成XML構(gòu)造模塊將信息轉(zhuǎn)換為XML文檔并進(jìn)行可視化展示，車間工人對(duì)生產(chǎn)信息做出相應(yīng)的判斷和決策后無線傳送至生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理與決策，實(shí)現(xiàn)車間底層多源信息與上層MES/ERP等管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互與高效流轉(zhuǎn)。
【專利說明】
一種基于I Pv6移動(dòng)終端的車間多源信息智能感知方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于IPv6移動(dòng)終端的車間多源信息智能感知方法，該方法能結(jié)合IPv6技術(shù)、協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)、智能感知技術(shù)、無線網(wǎng)關(guān)技術(shù)等技術(shù)，應(yīng)用于廣大工業(yè)現(xiàn)場制造車間，支持車間生產(chǎn)過程物料信息、質(zhì)量信息、設(shè)備信息、進(jìn)度信息采集、加工運(yùn)行過程實(shí)時(shí)監(jiān)控、生產(chǎn)質(zhì)量預(yù)警等。該發(fā)明屬制造業(yè)信息化技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]我國世界加工制造大國的地位，是在世界制造鏈的轉(zhuǎn)移和我國制造業(yè)水平不斷提升的過程中逐漸形成的。龐大的生產(chǎn)制造過程是我國制造企業(yè)運(yùn)行的核心和主體。近年來，我國通過大力推進(jìn)制造業(yè)信息化工程，企業(yè)普遍布置了企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)、生產(chǎn)過程制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、生產(chǎn)控制系統(tǒng)(PCS)等信息化系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)了整個(gè)企業(yè)的信息化改造。然而，當(dāng)前我國量大面廣的汽車工業(yè)、摩托車工業(yè)等典型離散制造業(yè)的普遍存在車間生產(chǎn)管理水平落后、可視化程度低、生產(chǎn)進(jìn)度信息實(shí)時(shí)性差、產(chǎn)品質(zhì)量難以管控等問題，而存在這些問題的主要原因在于無法及時(shí)準(zhǔn)確的智能感知車間層多源信息，不能獲取車間層的各類制造信息，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)車間多源信息的實(shí)時(shí)管控。因此實(shí)現(xiàn)車間多源信息的智能感知是實(shí)現(xiàn)制造車間智能化管控的關(guān)鍵。
[0003]隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，催生了新一代網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議IPv6的出現(xiàn)及應(yīng)用，為制造車間多源信息的智能感知提供了重要的技術(shù)支撐手段。IPv6是為了解決IPv4所存在的一些問題和不足而提出的，同時(shí)它還在許多方面提出了改進(jìn)，例如路由方面、自動(dòng)配置方面。對(duì)比IPv4，IPv6有諸多優(yōu)點(diǎn)，如簡化的報(bào)頭和靈活的擴(kuò)展、網(wǎng)絡(luò)層的認(rèn)證和加密、層次化的地址結(jié)構(gòu)、即插即用的聯(lián)網(wǎng)方式以及對(duì)移動(dòng)通訊更好的支持等。目前，關(guān)于IPv6協(xié)議的應(yīng)用已經(jīng)有了初步的研究和應(yīng)用，如基于IPv6的家庭網(wǎng)絡(luò)智能控制終端的研究實(shí)現(xiàn)了空調(diào)、冰箱、電視機(jī)等傳統(tǒng)家電的網(wǎng)絡(luò)化升級(jí)，使家庭中的普通電器都能連上互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了家居智能化;基于IPv6的智能交通信息采集與處理技術(shù)的研究對(duì)未來智能交通網(wǎng)絡(luò)與管理觀念進(jìn)行了探索性研究；IPv6在工業(yè)以太網(wǎng)中的研究應(yīng)用為礦井安全提供了更好的保障。除了在智能家居、智能交通、礦井安全等領(lǐng)域的應(yīng)用外，IPv6協(xié)議在工業(yè)控制領(lǐng)域也有部分研究，但大多都是車間層的控制網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)傳輸研究，針對(duì)車間底層設(shè)備智能感知的研究并不多。由于IPv6的一大特點(diǎn)在于它具有更大的地址空間，可為車間層各類控制系統(tǒng)、加工中心、傳感器等具備聯(lián)網(wǎng)能力的生產(chǎn)設(shè)備分配一個(gè)獨(dú)立的IP地址，這為車間層各類具備聯(lián)網(wǎng)能力的生產(chǎn)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)提供了一個(gè)全新的解決思路。
[0004]鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于IPv6移動(dòng)終端的車間多源信息智能感知方法，通過布置車間無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，采用基于IPv6協(xié)議具有獨(dú)立IP的車間聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，通過IPv6手持終端實(shí)現(xiàn)車間多源信息的智能感知，推動(dòng)車間制造過程物聯(lián)技術(shù)的發(fā)展。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明公開一種基于IPv6移動(dòng)終端的車間多源信息智能感知方法，所屬領(lǐng)域?yàn)橹圃鞓I(yè)信息化技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先布置車間無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，基于IPv6協(xié)議采用具有獨(dú)立IP的傳感器采集車間設(shè)備信息、物料信息等車間多源信息，通過集成有CMOS微控制器模塊的無線收發(fā)器發(fā)送原始信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過IPv6邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換和處理后，車間工人手持IPv6移動(dòng)終端，智能感知信息后通過終端集成XML構(gòu)造模塊將信息轉(zhuǎn)換為XML文檔并可視化展示，車間工人對(duì)生產(chǎn)信息做出相應(yīng)的判斷和決策并無線傳送至中心服務(wù)器，生產(chǎn)管理人員通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)提取服務(wù)器中實(shí)時(shí)多元數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理與決策，從而降低企業(yè)制造成本，提高企業(yè)的市場快速響應(yīng)能力、生產(chǎn)制造能力和綜合競爭力。其技術(shù)方案為:
[0006]本發(fā)明是基于制造車間無線傳感網(wǎng)統(tǒng)一通信協(xié)議IPv6環(huán)境下，采用集成XML構(gòu)造模塊、信息適配與交互等多個(gè)功能模塊的移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)車間設(shè)備信息、物料信息、質(zhì)量信息、進(jìn)度信息等車間多源信息智能感知。
[0007]所述IPv6移動(dòng)終端是一種基于IPv6通信協(xié)議的軟硬件一體化設(shè)備，由中央處理器、存儲(chǔ)器、IXD顯示器、觸摸屏輸入接口、通用串行總線接口、以太網(wǎng)接口、通信轉(zhuǎn)換接口等硬件模塊構(gòu)成的，并基于硬件結(jié)構(gòu)利用Java開發(fā)工具開發(fā)了集生產(chǎn)過程業(yè)務(wù)管理、制造過程多源信息實(shí)時(shí)采集、生產(chǎn)工藝上傳下達(dá)、生產(chǎn)過程監(jiān)控車間設(shè)備管理、設(shè)備能耗管理等功能于一體的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。所述終端在基于車間統(tǒng)一的IPv6通信協(xié)議下能實(shí)現(xiàn)車間設(shè)備信息、物料信息、質(zhì)量信息、進(jìn)度信息等制造信息的智能采集、管理，使得車間工人實(shí)時(shí)掌控車間設(shè)備、物料及生產(chǎn)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)加工制造過程實(shí)時(shí)監(jiān)測、生產(chǎn)過程工藝動(dòng)態(tài)優(yōu)化和設(shè)備維修維護(hù)等功能。所述終端與管理端可實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)交互與共享，終端操作者可實(shí)時(shí)傳輸響應(yīng)信息至車間管理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理、分析與決策，所述管理端與MES\ERP等管理系統(tǒng)無縫集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)信息的高速流轉(zhuǎn)。
[0008]所述車間無線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由車間底層大量傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，形成基于IPv6的車間傳感器網(wǎng)絡(luò)體系，傳感器節(jié)點(diǎn)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本組成實(shí)體，一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)集成有傳感器、處理器、無線通信收發(fā)器、電源模塊、存儲(chǔ)單元等主要功能模塊，其中傳感器負(fù)責(zé)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理器負(fù)責(zé)控制整個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行，控制其它模塊進(jìn)行工作存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)無線通信模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)之間以及傳感器節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的通信。所述傳感網(wǎng)絡(luò)融合了傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與IPv6網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了跨車間、跨局域網(wǎng)、跨防火墻的信息互通與交互，實(shí)現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與其他廣域網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。為大型制造企業(yè)各廠房間遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)信息交互以及工業(yè)園區(qū)各制造企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)作提供了通信支撐。
[0009]所述IPv6無線網(wǎng)關(guān)為一種接入IPv6協(xié)議網(wǎng)的無線網(wǎng)關(guān)，包含無線通信機(jī)制、IPv6協(xié)議轉(zhuǎn)換及上層服務(wù)接口三個(gè)方面，現(xiàn)場設(shè)備與無線網(wǎng)關(guān)之間通信采用以太網(wǎng)通信協(xié)議，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?；IPv6無線網(wǎng)關(guān)的接入功能主要體現(xiàn)在協(xié)議轉(zhuǎn)換，即將工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換為IPv6協(xié)議，通過IPv6協(xié)議接入控制網(wǎng)絡(luò);所述IPv6無線網(wǎng)關(guān)針對(duì)工業(yè)應(yīng)用可提供上層服務(wù)及接口，使用戶可以通過無線網(wǎng)關(guān)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行組態(tài)、調(diào)校。
[0010]本方法優(yōu)點(diǎn)及功效。車間多源信息感知采用IPv6通信協(xié)議相比傳統(tǒng)車間工業(yè)以太網(wǎng)有以下優(yōu)勢:
[0011]I)便于尋址。IPv6協(xié)議下每個(gè)傳感器、每臺(tái)設(shè)備、每個(gè)物料都可以分配唯一的IP地址，該地址伴隨其整個(gè)生命周期，在整個(gè)生產(chǎn)過程均適用，且IPv6地址數(shù)量級(jí)足以做到全球唯一；
[0012]2)智能終端的地址和服務(wù)自動(dòng)配置能力強(qiáng)。IPv6協(xié)議下，在車間傳感網(wǎng)絡(luò)中增加智能終端配置十分簡單；
[0013]3)基于IPv6協(xié)議的車間傳感網(wǎng)絡(luò)更加安全。
【附圖說明】
[0014]圖1是基于IPv6移動(dòng)終端的車間多源信息智能感知方法圖
[0015]圖2基于Ipv6移動(dòng)終端的車間多源信息智能感知整體框架圖
[0016]圖3是基于IPv6移動(dòng)終端的車間多源信息流向圖
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0018]如圖1所示，基于Ipv6移動(dòng)終端的車間多源信息智能感知方法是:首先布置車間無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)、設(shè)置IPv6邊界網(wǎng)關(guān)。以IPv6邊界網(wǎng)關(guān)為橋梁，建立基于XML的車間設(shè)備描述方法、基于XMPP的XML即時(shí)傳輸協(xié)議?，F(xiàn)場IP網(wǎng)絡(luò)、總線、工業(yè)以太網(wǎng)通過邊界網(wǎng)關(guān)處理統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為IPv6協(xié)議，車間現(xiàn)場智能設(shè)備、物料、傳感器配備獨(dú)立的IP，傳感器網(wǎng)絡(luò)智能采集車間物料、設(shè)備信息，并以結(jié)構(gòu)型、半結(jié)構(gòu)型、非結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)經(jīng)CMOS控制器處理后經(jīng)發(fā)送器無線傳送到IPv6移動(dòng)終端，通過IPv6協(xié)議接入控制網(wǎng)絡(luò)，車間工人手持IPv6移動(dòng)終端，智能感知信息后通過終端中XML構(gòu)造模塊將信息轉(zhuǎn)換為XML文檔并可視化展示，車間工人對(duì)生產(chǎn)信息做出相應(yīng)的判斷和決策并無線傳送至中心服務(wù)器，生產(chǎn)管理人員通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)提取服務(wù)器中實(shí)時(shí)多元數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理與決策。MES、ERP等系統(tǒng)利用IPv6技術(shù)能夠直接尋址到現(xiàn)場設(shè)備，并且無需經(jīng)過控制網(wǎng)絡(luò)中間層次的處理，就能夠獲取底層車間傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息和管理信息，與現(xiàn)場智能設(shè)備之間在邏輯層面上實(shí)現(xiàn)了基于XML的直接信息感知與交互。IPv6移動(dòng)終端的使用使得車間生產(chǎn)管理更加靈活、及時(shí)和高效。
[0019]如圖2所示，基于Ipv6移動(dòng)終端的車間多源信息智能感知整體框架分為五個(gè)層次:環(huán)境層、數(shù)據(jù)信息層、智能感知層、信息處理層、決策層。
[0020]環(huán)境層:車間底層由IPv6協(xié)議、基于XMPP的XML即時(shí)傳輸協(xié)議作為支撐，以IPv6邊界網(wǎng)關(guān)為橋梁，搭建基于XML信息描述的車間通信體系。
[0021]數(shù)據(jù)信息層:包含設(shè)備信息、物料信息、進(jìn)度信息、質(zhì)量信息、能耗信息、人員信息等車間多源信息，構(gòu)成車間多元信息結(jié)構(gòu)體系。
[0022]智能感知層:車間工人手持IPv6移動(dòng)終端，通過車間底層傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，經(jīng)IPv6邊界網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換處理，智能感知來自工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控設(shè)備等設(shè)備信息、工序流轉(zhuǎn)中生產(chǎn)進(jìn)度信息、工件在制品生產(chǎn)質(zhì)量信息，物料清單、物料庫存物料質(zhì)量等物料信息。提取原始信號(hào)后將結(jié)構(gòu)型、半結(jié)構(gòu)型、非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)通過集成的XML構(gòu)造模塊處理成可輸出XML文檔可視化。
[0023]信息處理與決策層層:管理端與車間管理系統(tǒng)ERP/MES無縫集成，實(shí)現(xiàn)包括信息建模、模板實(shí)例化、建立信息共享標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)分析等數(shù)據(jù)處理，并與IPv6移動(dòng)終端進(jìn)行信息交互與決策，實(shí)現(xiàn)底層多源信息、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、車間管理人員之間高效的信息互聯(lián)互通。
[0024]如圖3所示，車間多源信息流向圖。其主要步驟如下:
[0025]步驟I):多源信息傳感:車間底層多源信息經(jīng)傳感器網(wǎng)絡(luò)采集感知，包括物料信息、設(shè)備信息、進(jìn)度信息、質(zhì)量信息等；
[0026]步驟2)信息處理與發(fā)送:原始信息通過CMOS微控制器處理，經(jīng)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中無線發(fā)射模塊通過車間無線網(wǎng)傳送至IPv6邊界網(wǎng)關(guān)；
[0027 ]步驟3) IPv6邊界網(wǎng)關(guān)對(duì)接受的車間信息進(jìn)處理與協(xié)議轉(zhuǎn)換；
[0028]步驟4) IPv6移動(dòng)終端信息獲取與XML信息構(gòu)造。
[0029]步驟5)IPv6移動(dòng)終端與生產(chǎn)管理系統(tǒng)信息交互，服務(wù)器信息存儲(chǔ)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于IPv6移動(dòng)終端的車間多源信息智能感知方法，其特征在于:基于統(tǒng)一通信協(xié)議IPv6環(huán)境下，搭建車間無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，采用集成XML構(gòu)造模塊、信息適配與交互等多個(gè)功能模塊的IPv6移動(dòng)終端，智能感知經(jīng)IPv6邊界網(wǎng)關(guān)處理轉(zhuǎn)換的車間多源信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于IPv6的車間無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征在于:由底層大量傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)集成有傳感器、處理器、無線通信收發(fā)器、電源模塊、存儲(chǔ)單元等主要功能模塊，其中傳感器負(fù)責(zé)信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，處理器負(fù)責(zé)控制整個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行，控制其它模塊進(jìn)行工作存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)采集的數(shù)據(jù)以及其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，無線通信模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)之間以及傳感器節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的通信。所述基于IPv6移動(dòng)終端的車間多源信息智能感知方法融合了傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與IPv6網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)跨車間、跨局域網(wǎng)、跨防火墻的信息互通與交互，實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與其他廣域網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述IPv6移動(dòng)終端是一種基于IPv6通信協(xié)議的軟硬件一體化設(shè)備，由中央處理器、存儲(chǔ)器、IXD顯示器、觸摸屏輸入接口、通用串行總線接口、以太網(wǎng)接口、通信轉(zhuǎn)換接口等硬件模塊構(gòu)成，并基于所述硬件結(jié)構(gòu)利用Java開發(fā)工具開發(fā)了集生產(chǎn)過程業(yè)務(wù)管理、制造過程多源信息實(shí)時(shí)采集、生產(chǎn)工藝上傳下達(dá)、生產(chǎn)過程監(jiān)控車間設(shè)備管理、設(shè)備能耗管理等功能于一體的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接入IPv6協(xié)議網(wǎng)的無線網(wǎng)關(guān)，包含無線通信機(jī)制、IPv6協(xié)議轉(zhuǎn)換及上層服務(wù)接口三個(gè)方面，現(xiàn)場設(shè)備與無線網(wǎng)關(guān)之間通信采用以太網(wǎng)通信協(xié)議，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕琁Pv6無線網(wǎng)關(guān)的接入功能主要體現(xiàn)在協(xié)議轉(zhuǎn)換，即將工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換為IPv6協(xié)議，通過IPv6協(xié)議接入控制網(wǎng)絡(luò)，所述IPv6無線網(wǎng)關(guān)針對(duì)工業(yè)應(yīng)用可提供上層服務(wù)及接口，使用戶可以通過無線網(wǎng)關(guān)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行組態(tài)、調(diào)校。 基于IPv6移動(dòng)終端的車間多源信息智能感知方法具體過程是:布置車間無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，基于IPv6協(xié)議采用具有獨(dú)立IP的傳感器采集車間設(shè)備信息、物料信息等車間多源信息，通過集成有CMOS微控制器模塊的無線收發(fā)器發(fā)送原始信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過IPv6邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換和處理后，車間工人手持IPv6智能終端，智能感知信息后通過終端集成XML構(gòu)造模塊將信息轉(zhuǎn)換為XML文檔并可視化展示，車間工人對(duì)生產(chǎn)信息做出相應(yīng)的判斷和決策后無線傳送至生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理與決策，實(shí)現(xiàn)車間底層多源信息與上層MES/ERP等管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互與高效流轉(zhuǎn)。
【文檔編號(hào)】H04L29/12GK105897945SQ201610186253
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月28日
【發(fā)明人】尹超, 潘正兵, 楊云, 嚴(yán)碧
【申請(qǐng)人】重慶海特克制造業(yè)信息化生產(chǎn)力促進(jìn)中心有限公司