CN109144007B - 一种面向数字化车间制造装备集成与互联互通的自动构造系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向数字化车间制造装备集成与互联互通的自动构造系统，主要包括信息模型建模方法模块、信息模型结构组织方法模块、信息模型编辑器以及信息模型加载器。信息模型建模方法模块包括设备、组件、组件集、属性、属性集、引用、方法、方法集的定义；信息模型结构组织方法模块中定义了模型元素的结构和标准描述；信息模型编辑器对信息模型建模方法和组织方法模块进行软件实现，通过信息模型编辑器可以生成制造装备信息模型XML描述文件；信息模型加载器对XML描述文件进行解析，自动构造制造装备信息模型OPC UA地址空间和服务器。利用该发明可以快速实现数字化车间内制造装备与云平台等系统的集成与互联互通。

Description

一种面向数字化车间制造装备集成与互联互通的自动构造 系统

技术领域

本发明涉及工业自动化领域，应用于工业自动化领域的数字化车间制造装备集成与互联互通，具体涉及数字化车间制造装备的信息模型建模方法模块、制造装备信息模型结构组织方法模块、信息模型编辑器以及信息模型加载器。

背景技术

数字化车间是以物理车间为基础，以信息技术等为方法，用数据连接生产运营过程不同单元，对生产进行规划、管理、诊断和优化，实现产品制造的高效率、低成本、高质量。集成和互联互通是智能制造的关键支撑，数字化车间是智能制造实施的物理载体，因此数字化车间内的制造装备(如数控机床、工业机器人、PLC)的集成与互联互通是整个智能制造集成的基础和核心，没有数字化车间内的制造装备集成与互联互通，无法采集到现场装备的数据，工业大数据和云平台就会成为无源之水，难以发挥实际的作用。

然而由于各种原因，不同的制造装备往往具有各自的数据接口，造成数字化车间大量“信息孤岛”的存在；再者，由于没有使用制造装备信息模型和自动化的构造方式，在数字化车间技术改造时，不同种类的制造装备集成往往占用了工程项目的大量时间和费用成本，且重复开发问题严重，因此急需一种基于通用的信息模型采用自动化的构造方法以解决目前存在的问题。

一种面向数字化车间制造装备集成与互联互通的自动构造系统包括：依据建模方法和制造装备信息模型结构，采用信息模型编辑器对制造装备进行信息建模并生成制造装备信息模型XML描述文件，信息模型加载器以制造装备信息模型XML描述文件为输入，与OPCUA技术结合自动地将制造装备信息模型映射到OPC UA地址空间，自动构造出制造装备信息模型OPC UA服务器，MES系统、SCADA系统、云平台等监控软件通过OPC UA客户端接口就可以与数字化车间的制造装备进行互联互通。

本发明不仅可以解决数字化车间制造装备的集成与互联互通存在的问题，当面向复杂系统时，通过系统分解，把系统内的不同制造装备分别进行信息建模，采用同样的方法可以扩展为针对数字化车间的制造装备以及系统进行高效的自动构造与集成，因此这种方法是解决一类问题的通用范式，具有普遍的意义。

发明内容

一种面向数字化车间制造装备集成与互联互通的自动构造系统，其特征在于包括：信息模型建模方法模块、制造装备信息模型结构组织方法模块、信息模型编辑器以及信息模型加载器；所述的信息模型编辑器，对所述的信息模型建模方法模块和制造装备信息模型结构组织方法模块进行定义，生成制造装备信息模型XML描述文件；所述的信息模型加载器，以制造装备信息模型XML文件为输入，通过解析自动构造出制造装备信息模型OPC UA地址空间和服务器。

其中，所述的信息模型建模方法模块，定义了设备模型、组件模型、组件集模型、属性集模型、属性模型、引用模型、方法集以及方法的内容和结构。

其中，所述的信息模型结构组织方法模块中设备类型包括静态属性集、配置属性集、过程属性集、组件集和方法集，所述的组件集通过引用包含了多个组件，所述的方法集通过引用包含了多个方法，每一个所述的属性集还包含属性集，所述的组件包含静态属性集、配置属性集、过程属性集、组件集和方法集，通过引用和包含形成一个树形结构。

其中，所述的信息模型加载器包括三类数据构造，分别为结构数据构造、纯数据构造；特殊对象构造。

所述的结构数据构造，包括设备节点构造、静态属性集节点构造、配置属性集节点构造、过程属性集节点构造、组件集节点构造、方法集节点构造、组件节点构造；所述的结构数据构造自动构造为OPC UA中的文件夹对象类型。

所述的纯数据构造与属性相关，每一个属性根据数据类型的不同可以自动构造为OPC UA中的数据项变量类型、离散量数据类型、多态数据类型、模拟量数据类型；所述的特殊对象构造自动构造为OPC UA中的方法类型、引用类型。

本发明的面向数字化车间制造装备集成与互联互通的自动构造系统具有通用性，只要符合信息模型的规则就可以使用信息模型编辑器方法生成制造装备/系统的信息模型XML描述文件，信息模型加载器就可以自动生成其制造装备信息模型OPC UA服务器，有效降低数字化车间各类制造装备/系统的集成与互联互通的复杂度和成本。

附图说明

图1为本发明的整体构造原理图

图2为本发明的制造装备信息模型建模方法模块

图3为本发明的制造装备信息模型结构组织方法模块

图4为本发明的信息模型加载器自动构造示意图

具体实施方式

参照图1，本发明的整体构造原理为依据规定的建模规则、框架、定义、结构生成信息模型编辑器，通过信息模型编辑器生成制造装备的信息模型XML描述文件，信息模型加载器将制造装备信息模型XML描述文件进行解析自动转换为OPC UA地址空间，结合制造装备的数据采集驱动就可以实现制造装备信息模型OPC UA服务器，可以与MES、SCADA、云平台进行无缝集成与互联互通。

参照图2，物理的制造装备如数控机床、机器人、PLC系统等是由若干部件、物理属性以及各类操作组成的，每个部件又可以包含其它子部件和物理属性，因此需要定义相关的信息模型元素对制造装备进行抽象和描述，制造装备信息模型建模方法包括属性元素模型元素、属性模型元素、属性集模型元素、组件模型元素、组件集模型元素、设备模型元素、方法模型元素、方法集模型元素、引用模型元素。其中设备信息模型元素是对制造装备进行的抽象和描述，对于一个制造装备的描述，有且只能存在一个设备模型的实例。组件信息模型元素是对制造装备部件的抽象和描述，组件模型元素由静态属性集、过程属性集、配置属性集、方法集和子组件组成。方法集模型元素是多个方法的集合，只有组件和设备才能包含方法集；方法是用来表示对制造装备或者部件进行操作的抽象和描述，包括输入、输出和返回值；属性集是为了对制造装备物理属性进行组织和分类，现实中的制造装备并不存在属性集；属性是对制造装备物理属性的抽象和描述，由一系列属性元素组成；属性模型是信息模型元素的基本单元，属性元素如属性标识、属性名称等。

进一步，信息模型建模方法模块定义了属性类型结构、引用类型结构、基本集合类型结构、属性集类型结构、参数类型结构、方法类型结构、方法集类型结构、组件类型结构、设备类型结构，属性类型结构包括属性标识、属性名称、属性类型、属性描述、访问权限、工程单位、工程上限、工程下限、采样频率。引用类型结构包括引用名称、引用标识。基本集合类型结构包括集合名称、集合标识、集合描述。属性集类型结构包括属性集的描述、包集合类型结构包括集合名称、集合标识、集合描述。属性集类型结构包括属性集的描述、包含的属性、包含的子属性集引用列表；参数类型结构包括参数名称、参数数据类型、方法描述，在此基础上的方法类型结构包括方法名称、方法标识号、方法描述、输入参数、输出参数；方法集类型结构包括描述和方法列表。组件类型结构包括静态属性集、过程属性集、配置属性集、方法集以及子组件集。组件集类型结构包括组件集的描述、引用信息；设备类型结构包括静态属性集、过程属性集、配置属性集、方法集、组件集。

参照图3，信息模型结构组织模块对于实现数字化车间制造装备集成与互联互通具有重要的作用，具体结构如下：设备类型包括静态属性集、配置属性集、过程属性集、组件集和方法集，组件集通过引用包含了多个组件，方法集通过引用包含了多个方法，每一个属性集下面仍然可以包含属性集；组件又包含静态属性集、配置属性集、过程属性集、组件集和方法集，通过引用和包含的使用形成一个树形结构。

参照图4，信息模型加载器以制造装备信息模型XML描述文件为输入，通过解析XML文件可以自动构造出制造装备信息模型OPC UA服务器，为了完成自动构造需要进行三类数据构造包括结构数据构造、纯数据构造、特殊对象构造。

进一步，所述的结构数据的构造，是针对用来组织结构的节点包括设备节点、静态属性集节点、配置属性集节点、过程属性集节点、组件集节点、方法集节点、组件节点的构造；这些结构数据自动构造为OPC UA里面定义的文件件对象类型(FolderType)。

进一步，所述的纯数据的构造是针对属性而言的，每一个属性根据数据类型的不同可以自动构造为OPC UA里面定义的数据项变量类型(DataItemType)、离散量数据类型(DiscreteItemType)、多态数据类型(MultiStateType)、模拟量数据类型(AnalogItemType)。

进一步，所述的特殊对象的构造是指方法和引用而言的，可以自动构造为OPC UA里面定义的方法类型(MethodType)、引用类型(RefenceType)。

本发明的一种面向数字化车间制造装备集成与互联互通的自动构造系统具有通用性，可以针对各类制造装备进行标准化的建模和集成，实施简单方便，可以为制造装备制造商和集成商的制造装备集成节省大量时间和成本。

Claims (1)

1.一种面向数字化车间制造装备集成与互联互通的自动构造系统，其特征在于包括：信息模型建模方法模块、信息模型结构组织方法模块、信息模型编辑器以及信息模型加载器；所述的信息模型编辑器，对所述的信息模型建模方法模块和信息模型结构组织方法模块进行定义，生成制造装备信息模型XML描述文件；所述的信息模型加载器，以制造装备信息模型XML文件为输入，通过解析自动构造出制造装备信息模型OPCUA地址空间和服务器；

所述的信息模型结构组织方法模块中的设备类型包括静态属性集、配置属性集、过程属性集、组件集和方法集，所述的组件集通过引用包含多个组件，所述的方法集通过引用包含多个方法，每一个所述的属性集还包括属性集，所述的组件又包括静态属性集、配置属性集、过程属性集、组件集和方法集，通过引用和包含形成一个树形结构；

所述的信息模型加载器包括三类数据构造，分别为结构数据构造、纯数据构造；特殊对象构造；所述的结构数据构造包括设备节点构造、静态属性集节点构造、配置属性集节点构造、过程属性集节点构造、组件集节点构造、方法集节点构造、组件节点构造；所述的结构数据构造自动构造为OPCUA中的文件夹对象类型；所述的纯数据构造与属性相关，每一个所述的属性根据数据类型的不同可以自动构造为OPCUA中的数据项变量类型、离散量数据类型、多态数据类型、模拟量数据类型；所述的特殊对象构造自动构造为OPCUA中的方法类型、引用类型；

其中，所述的信息模型建模方法模块，定义了设备模型、组件模型、组件集模型、属性集模型、属性模型、引用模型、方法集以及方法的内容和结构。

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