CN105897945A - 一种基于IPv6移动终端的车间多源信息智能感知方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于IPv6智能终端的车间多源信息智能感知方法，所属领域为制造业信息化技术领域。该方法首先布置车间无线传感器网络节点结构，基于IPv6协议采用具有独立IP的传感器采集车间设备信息、物料信息等车间多源信息，通过集成有CMOS微控制器模块的无线收发器发送原始信号，通过IPv6边界网关协议转换和处理后，车间工人手持IPv6智能终端智能感知信息，通过终端集成XML构造模块将信息转换为XML文档并进行可视化展示，车间工人对生产信息做出相应的判断和决策后无线传送至生产管理系统进行数据分析、处理与决策，实现车间底层多源信息与上层MES/ERP等管理系统的实时交互与高效流转。

Description

一种基于IPv6移动终端的车间多源信息智能感知方法

技术领域

本发明涉及一种基于IPv6移动终端的车间多源信息智能感知方法，该方法能结合IPv6技术、协议转换技术、智能感知技术、无线网关技术等技术，应用于广大工业现场制造车间，支持车间生产过程物料信息、质量信息、设备信息、进度信息采集、加工运行过程实时监控、生产质量预警等。该发明属制造业信息化技术领域。

技术背景

我国世界加工制造大国的地位，是在世界制造链的转移和我国制造业水平不断提升的过程中逐渐形成的。庞大的生产制造过程是我国制造企业运行的核心和主体。近年来，我国通过大力推进制造业信息化工程，企业普遍布置了企业资源计划(ERP)、生产过程制造执行系统(MES)、生产控制系统(PCS)等信息化系统，基本实现了整个企业的信息化改造。然而，当前我国量大面广的汽车工业、摩托车工业等典型离散制造业的普遍存在车间生产管理水平落后、可视化程度低、生产进度信息实时性差、产品质量难以管控等问题，而存在这些问题的主要原因在于无法及时准确的智能感知车间层多源信息，不能获取车间层的各类制造信息，无法实现对车间多源信息的实时管控。因此实现车间多源信息的智能感知是实现制造车间智能化管控的关键。

随着信息技术和网络技术的快速发展，催生了新一代网络通讯协议IPv6的出现及应用，为制造车间多源信息的智能感知提供了重要的技术支撑手段。IPv6是为了解决IPv4所存在的一些问题和不足而提出的，同时它还在许多方面提出了改进，例如路由方面、自动配置方面。对比IPv4，IPv6有诸多优点，如简化的报头和灵活的扩展、网络层的认证和加密、层次化的地址结构、即插即用的联网方式以及对移动通讯更好的支持等。目前，关于IPv6协议的应用已经有了初步的研究和应用，如基于IPv6的家庭网络智能控制终端的研究实现了空调、冰箱、电视机等传统家电的网络化升级，使家庭中的普通电器都能连上互联网，实现了家居智能化；基于IPv6的智能交通信息采集与处理技术的研究对未来智能交通网络与管理观念进行了探索性研究；IPv6在工业以太网中的研究应用为矿井安全提供了更好的保障。除了在智能家居、智能交通、矿井安全等领域的应用外，IPv6协议在工业控制领域也有部分研究，但大多都是车间层的控制网络和网络传输研究，针对车间底层设备智能感知的研究并不多。由于IPv6的一大特点在于它具有更大的地址空间，可为车间层各类控制系统、加工中心、传感器等具备联网能力的生产设备分配一个独立的IP地址，这为车间层各类具备联网能力的生产设备的联网提供了一个全新的解决思路。

鉴于此，本发明提供了一种基于IPv6移动终端的车间多源信息智能感知方法，通过布置车间无线传感器网络节点结构，采用基于IPv6协议具有独立IP的车间联网设备，通过IPv6手持终端实现车间多源信息的智能感知，推动车间制造过程物联技术的发展。

发明内容 本发明公开一种基于IPv6移动终端的车间多源信息智能感知方法，所属领域为制造业信息化技术领域。该方法首先布置车间无线传感网络节点结构，基于IPv6协议采用具有独立IP的传感器采集车间设备信息、物料信息等车间多源信息，通过集成有CMOS微控制器模块的无线收发器发送原始信号，信号经过IPv6边界网关协议转换和处理后，车间工人手持IPv6移动终端，智能感知信息后通过终端集成XML构造模块将信息转换为XML文档并可视化展示，车间工人对生产信息做出相应的判断和决策并无线传送至中心服务器，生产管理人员通过生产管理系统提取服务器中实时多元数据进行分析、处理与决策，从而降低企业制造成本，提高企业的市场快速响应能力、生产制造能力和综合竞争力。其技术方案为：

本发明是基于制造车间无线传感网统一通信协议IPv6环境下，采用集成XML构造模块、信息适配与交互等多个功能模块的移动终端，实现车间设备信息、物料信息、质量信息、进度信息等车间多源信息智能感知。

所述IPv6移动终端是一种基于IPv6通信协议的软硬件一体化设备，由中央处理器、存储器、LCD显示器、触摸屏输入接口、通用串行总线接口、以太网接口、通信转换接口等硬件模块构成的，并基于硬件结构利用Java开发工具开发了集生产过程业务管理、制造过程多源信息实时采集、生产工艺上传下达、生产过程监控车间设备管理、设备能耗管理等功能于一体的应用软件系统。所述终端在基于车间统一的IPv6通信协议下能实现车间设备信息、物料信息、质量信息、进度信息等制造信息的智能采集、管理，使得车间工人实时掌控车间设备、物料及生产状态，实现加工制造过程实时监测、生产过程工艺动态优化和设备维修维护等功能。所述终端与管理端可实现信息实时交互与共享，终端操作者可实时传输响应信息至车间管理系统进行进一步的数据存储、处理、分析与决策，所述管理端与MES\ERP等管理系统无缝集成，实现企业内信息的高速流转。

所述车间无线传感网络结构由车间底层大量传感器节点构成，形成基于IPv6的车间传感器网络体系，传感器节点是无线传感器网络的基本组成实体，一个传感器节点集成有传感器、处理器、无线通信收发器、电源模块、存储单元等主要功能模块，其中传感器负责信息的采集和数据转换处理器负责控制整个节点的运行，控制其它模块进行工作存储单元存储采集的数据以及其他节点发来的数据无线通信模块负责实现传感器节点之间以及传感器节点与汇聚节点之间的通信。所述传感网络融合了传统无线传感器网络与IPv6网络技术，实现了跨车间、跨局域网、跨防火墙的信息互通与交互，实现了无线传感器网络与其他广域网络的互联。为大型制造企业各厂房间远距离实时信息交互以及工业园区各制造企业的网络化协作提供了通信支撑。

所述IPv6无线网关为一种接入IPv6协议网的无线网关，包含无线通信机制、IPv6协议转换及上层服务接口三个方面，现场设备与无线网关之间通信采用以太网通信协议，保证数据传输的可靠性；IPv6无线网关的接入功能主要体现在协议转换，即将工业以太网协议转换为IPv6协议，通过IPv6协议接入控制网络；所述IPv6无线网关针对工业应用可提供上层服务及接口，使用户可以通过无线网关对现场设备进行组态、调校。

本方法优点及功效。车间多源信息感知采用IPv6通信协议相比传统车间工业以太网有以下优势：

1)便于寻址。IPv6协议下每个传感器、每台设备、每个物料都可以分配唯一的IP地址，该地址伴随其整个生命周期，在整个生产过程均适用，且IPv6地址数量级足以做到全球唯一；

2)智能终端的地址和服务自动配置能力强。IPv6协议下，在车间传感网络中增加智能终端配置十分简单；

3)基于IPv6协议的车间传感网络更加安全。

附图说明

图1是基于IPv6移动终端的车间多源信息智能感知方法图

图2基于Ipv6移动终端的车间多源信息智能感知整体框架图

图3是基于IPv6移动终端的车间多源信息流向图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，基于Ipv6移动终端的车间多源信息智能感知方法是：首先布置车间无线传感器网络节点结构、设置IPv6边界网关。以IPv6边界网关为桥梁，建立基于XML的车间设备描述方法、基于XMPP的XML即时传输协议。现场IP网络、总线、工业以太网通过边界网关处理统一转换为IPv6协议，车间现场智能设备、物料、传感器配备独立的IP，传感器网络智能采集车间物料、设备信息，并以结构型、半结构型、非结构型数据经CMOS控制器处理后经发送器无线传送到IPv6移动终端，通过IPv6协议接入控制网络，车间工人手持IPv6移动终端，智能感知信息后通过终端中XML构造模块将信息转换为XML文档并可视化展示，车间工人对生产信息做出相应的判断和决策并无线传送至中心服务器，生产管理人员通过生产管理系统提取服务器中实时多元数据进行分析、处理与决策。MES、ERP等系统利用IPv6技术能够直接寻址到现场设备，并且无需经过控制网络中间层次的处理，就能够获取底层车间传感网络节点的数据信息和管理信息，与现场智能设备之间在逻辑层面上实现了基于XML的直接信息感知与交互。IPv6移动终端的使用使得车间生产管理更加灵活、及时和高效。

如图2所示，基于Ipv6移动终端的车间多源信息智能感知整体框架分为五个层次：环境层、数据信息层、智能感知层、信息处理层、决策层。

环境层：车间底层由IPv6协议、基于XMPP的XML即时传输协议作为支撑，以IPv6边界网关为桥梁，搭建基于XML信息描述的车间通信体系。

数据信息层：包含设备信息、物料信息、进度信息、质量信息、能耗信息、人员信息等车间多源信息，构成车间多元信息结构体系。

智能感知层：车间工人手持IPv6移动终端，通过车间底层传感器网络节点，经IPv6边界网关转换处理，智能感知来自工业机器人、数控设备等设备信息、工序流转中生产进度信息、工件在制品生产质量信息，物料清单、物料库存物料质量等物料信息。提取原始信号后将结构型、半结构型、非结构性数据通过集成的XML构造模块处理成可输出XML文档可视化。

信息处理与决策层层：管理端与车间管理系统ERP/MES无缝集成，实现包括信息建模、模板实例化、建立信息共享标准、数据分析等数据处理，并与IPv6移动终端进行信息交互与决策，实现底层多源信息、生产管理系统、车间管理人员之间高效的信息互联互通。

如图3所示，车间多源信息流向图。其主要步骤如下：

步骤1)：多源信息传感：车间底层多源信息经传感器网络采集感知，包括物料信息、设备信息、进度信息、质量信息等；

步骤2)信息处理与发送：原始信息通过CMOS微控制器处理，经传感器网络节点中无线发射模块通过车间无线网传送至IPv6边界网关；

步骤3)IPv6边界网关对接受的车间信息进处理与协议转换；

步骤4)IPv6移动终端信息获取与XML信息构造。

步骤5)IPv6移动终端与生产管理系统信息交互，服务器信息存储。

Claims (4)

1.基于IPv6移动终端的车间多源信息智能感知方法，其特征在于：基于统一通信协议IPv6环境下，搭建车间无线传感器网络，采用集成XML构造模块、信息适配与交互等多个功能模块的IPv6移动终端，智能感知经IPv6边界网关处理转换的车间多源信息。

2.根据权利要求1所述基于IPv6的车间无线传感器网络结构特征在于：由底层大量传感器节点构成，一个传感器节点集成有传感器、处理器、无线通信收发器、电源模块、存储单元等主要功能模块，其中传感器负责信息的采集和数据转换，处理器负责控制整个节点的运行，控制其它模块进行工作存储单元存储采集的数据以及其他节点发来的数据，无线通信模块负责实现传感器节点之间以及传感器节点与汇聚节点之间的通信。所述基于IPv6移动终端的车间多源信息智能感知方法融合了传统无线传感器网络与IPv6网络技术，实现跨车间、跨局域网、跨防火墙的信息互通与交互，实现无线传感器网络与其他广域网络的互联。

3.根据权利要求1所述IPv6移动终端是一种基于IPv6通信协议的软硬件一体化设备，由中央处理器、存储器、LCD显示器、触摸屏输入接口、通用串行总线接口、以太网接口、通信转换接口等硬件模块构成，并基于所述硬件结构利用Java开发工具开发了集生产过程业务管理、制造过程多源信息实时采集、生产工艺上传下达、生产过程监控车间设备管理、设备能耗管理等功能于一体的应用软件系统。

4.根据权利要求1所述的一种接入IPv6协议网的无线网关，包含无线通信机制、IPv6协议转换及上层服务接口三个方面，现场设备与无线网关之间通信采用以太网通信协议，保证数据传输的可靠性，IPv6无线网关的接入功能主要体现在协议转换，即将工业以太网协议转换为IPv6协议，通过IPv6协议接入控制网络，所述IPv6无线网关针对工业应用可提供上层服务及接口，使用户可以通过无线网关对现场设备进行组态、调校。

基于IPv6移动终端的车间多源信息智能感知方法具体过程是：布置车间无线传感网络节点结构，基于IPv6协议采用具有独立IP的传感器采集车间设备信息、物料信息等车间多源信息，通过集成有CMOS微控制器模块的无线收发器发送原始信号，信号经过IPv6边界网关协议转换和处理后，车间工人手持IPv6智能终端，智能感知信息后通过终端集成XML构造模块将信息转换为XML文档并可视化展示，车间工人对生产信息做出相应的判断和决策后无线传送至生产管理系统进行数据分析、处理与决策，实现车间底层多源信息与上层MES/ERP等管理系统的实时交互与高效流转。