CN109542057B - 基于虚拟机结构的远程运维系统及其构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于虚拟机结构的远程运维系统，包括自下而上依次设置的边缘层、基础层、平台服务层和应用层。本发明还提供了上述远程运维系统的构建方法。本发明能够将实体工厂的设备、运行、网络等进行信息物联网融合，除车间级厂务的现场运维，还以远程数据采集、监控方式，提供企业级、集团公司级别的远程运维操作，通过本发明的远程运维系统架构，还可以在云平台上，基于大数据分析某一领域制造行业的整体数据。本发明适用于企业远程化、智能化管理。
Description
技术领域
本发明属于自动控制、信息通信技术领域，用于将工厂的设备、运行、网络等进行物联网融合，具体地说是一种基于虚拟机结构的远程运维系统及其构建方法。
背景技术
现在很多工厂依然采用传统的半自动化控制方式监控生产关节，这种监控方式让监管者不能随时综合分析各项监控指标，而且还浪费人力物力。
随着科技和经济的发展，自动化控制和物联网技术与人们的生产和生活的关系越来越紧密。工业互联网能够使用开放、全球化的网络，将人、数据和机器连接起来，让工业和互联网实现深度的融合。将工业物联网运用于工厂的生产监控环节是未来智能工厂的发展趋势。
因此，将实体工厂的设备、运行、网络等进行信息物联网融合是现阶段人们迫切希望解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于虚拟机结构的远程运维系统，将实体工厂的设备、运行、网络等进行信息物联网融合，本发明的另一个目的是提供一种基于虚拟机结构的远程运维系统的构建方法。
本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：
一种基于虚拟机结构的远程运维系统，它包括自下而上依次设置的边缘层、基础层、平台服务层和应用层。
作为限定，所述平台服务层和应用层之间还设置有集成工具模块和其他软件接口模块。
作为第二种限定：所述远程运维系统还包括安全管理模块；
安全管理模块包括边缘层的生产安全单元、设备安全管理单元，基础层的信息通信系统安全管理单元，平台服务层的数据安全单元、软件安全管理单元，应用层的系统和用户安全管理单元。
作为第三种限定：所述边缘层包括边缘网关、可编程逻辑控制器/分散控制系统、无线网络、传感器、工业协议、边缘时序数据库和现场制造企业生产过程执行系统。
作为第四种限定：所述基础层包括计算单元、存储单元、网络单元、数据库单元和云平台单元。
作为第五种限定：所述平台服务层包括公共资源单元、工业大数据单元和远程运维单元。
一种基于虚拟机结构的远程运维系统的构建方法，该方法包括以下过程：
一、建立实体模型和仿真模型
将工厂实体设备和自动化过程虚拟化，通过映射关系将其中的工艺设备、公用设备、信息基础设施，及三者的过程控制隐射到实体模型中；
将实体工厂的设备组成工业物联网，通过数字孪生的形式，映射到仿真模型；
上述两个过程采用同步机制；
在实体模型建立过程中，设置实体工厂的传感器物联网，构成边缘层基础；
二、在车间级和厂级建立生产执行系统，建立生产计划模型、调度模型，在企业级建立资源计划系统；
三、通过数字孪生技术，建立工厂通信网络架构，并形成仿真平台，并搭建基础层的硬件设施；
四、在平台服务层建立知识库和专家库，作为远程运维和工业大数据的支撑。
作为限定，该方法还包括以下步骤：建立单独的安全管理模块，所述安全管理模块包括边缘层的生产安全单元、设备安全管理单元，基础层的信息通信系统安全管理单元，平台服务层的数据安全单元、软件安全管理单元，应用层的系统和用户安全管理单元。
本发明由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
（1）本发明除车间级厂务的现场运维，还以远程数据采集，监控方式，提供企业级、集团公司级别的远程运维操作，通过本发明的远程运维系统架构，还可以在云平台上，基于大数据分析某一领域制造行业的整体数据；
（2）本发明通过虚拟机制，为远程运维提供了智能化分析和处理的模型和方法，使得企业管理可以实现智能化、远程化。
本发明适用于企业远程化、智能化管理。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明实施例1的结构框图；
图2为本发明实施例2的远程运维系统的构建方法和系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1 一种基于虚拟机结构的远程运维系统
如图1所示本实施例包括自下而上依次设置的边缘层、基础层、平台服务层、集成工具模块、其他软件接口模块和应用层。本实施例还包括安全管理模块。其中，
① 边缘层
边缘层包括边缘网关、可编程逻辑控制器PLC/分散控制系统DCS、无线网络、传感器、工业协议、边缘时序数据库和现场制造企业生产过程执行系统MES；
边缘层又是通信和感知层，位于整个远程运维系统的最底部，具备数据采集、通信和远程控制等功能，利用支持IPv4、IPv6等技术的工业互联网，利用传感器采集设备状态、作业操作、环境情况等数据，并通过物联网上传至基础层，同时通过通信模块接收远程指令并根据远程指令，利用现场MES灵活调整设备运行参数；
②基础层
基础层包括计算单元、存储单元、网络单元、数据库单元和云平台单元；
计算单元又包括弹性云ECS功能块、高性能计算HPC块、弹性伸缩块和负载均衡SLB块；存储单元又包括表格存储块、对象存储块、文件存储块和块存储块；网络单元又包括高速通道块、虚拟私有云VPC块、弹性IP块和跨国专线块；数据库单元又包括关系数据库RDS、键值搜索数据库（例如Redis）、高性能时间序列数据库HiTSDB和分布事务处理库DTS，云平台单元包括公有云块、私有云块、混合云块和双活块；
③平台服务层
平台服务层包括公共资源单元、工业大数据单元和远程运维单元；
在平台服务层建立智能装备/产品远程运维服务平台，能够进行质量分析、设备检测、工艺优化、能耗监控和供应链优化，其实施步骤是通过数据挖掘、分析，向用户提供日常运行维护、在线检测、预测性维护、故障预警、诊断与修复、运行优化、远程升级等服务；其中公共资源单元是本层的公共资源，能够对装备/产品上传数据进行有效筛选、梳理、存储与管理，并提供下列基本功能调用：设备管理、备品耗材管理、维修维护管理、故障管理、安全管理、资源管理等；工业大数据单元是本层的工业大数据部分，包括数据分析块和计算存储块，计算存储块能够对收到的数据进行流计算、内存计算和分布式并行计算，并利用其包含的关系数据库、图数据库、文档数据库、列存储数据库和组态模型对数据进行存储；远程运维单元是本层的智能装备/产品远程运维服务平台，包括资源模型库块、规则功能库块、系统平台层块和关键技术块；关键技术块能够提供关键技术及其调用引擎，系统平台层远程运维模块的系统平台的物联网适配部分能够提供与物联网数据和业务系统的接口，在资源模型库块和规则库的基础上，在平台层的远程运维模块中搭建专家库和专家咨询系统，能够为智能装备/产品的远程诊断提供智能决策支持，并向用户提出运行维护解决方案；
④集成工具调用模块、其他软件接口模块
为了便于系统升级和扩展，本实施例设置了集成工具调用模块、其他软件接口模块，例如与设备制造商的产品全生命周期管理系统PLM、客户关系管理系统CRM、产品研发管理系统实现信息共享，企业资产平台ERP、厂务管理信息系统FMCS、建筑信息系统BIM、供应链管理SCM、增强现实/虚拟现实AR/VR；
⑤应用层
应用层包括生产运行块和业务创新块，用于实施生产运行、业务创新方面的支撑功能，通过持续改进，建立高效、安全的智能服务系统，提供的服务能够与产品形成实时、有效互动，大幅度提升嵌入式系统、移动互联网、大数据分析、智能决策支持系统的集成应用水平；
⑥安全管理模块
安全管理模块包括生产安全单元和信息安全单元，安全管理模块是整个远程运维系统包含的独立子系统；具体地，安全管理模块包括边缘层的生产安全单元、设备安全管理单元，基础层的信息通信系统安全管理单元，平台服务层的数据安全单元、软件安全管理单元，应用层的系统和用户安全管理单元；在安全管理模块建立具备信息安全防护能力的新型安全管理制度。
实施例2 一种基于虚拟机结构的远程运维系统的构建方法
如图2所示，本实施例包括以下过程：
一、建立实体模型和仿真模型
将工厂实体设备和自动化过程虚拟化，通过映射关系将其中的工艺设备、公用设备、信息基础设施，及三者的过程控制隐射到实体模型中；
将实体工厂的设备组成工业物联网，通过数字孪生的形式，映射到仿真模型；
上述两个过程采用同步机制；
在实体模型建立过程中，设置实体工厂的传感器物联网，构成边缘层基础；
二、在车间级和厂级建立生产执行系统，建立生产计划模型、调度模型，在企业级建立资源计划系统；
三、通过数字孪生技术，建立工厂通信网络架构，并形成仿真平台，并搭建基础层的硬件设施；
四、在平台服务层建立包含知识库和专家库的标准体系，作为远程运维和工业大数据的支撑；其中标准体系是一个由企业研发、生产涉及的标准构成的数据库，供企业人员查询，建立过程是独立的，无具体时间、步骤限制。
作为优化，本实施例还包括以下步骤：建立单独的安全管理模块，该安全管理模块包括边缘层的生产安全单元、设备安全管理单元，基础层的信息通信系统安全管理单元，平台服务层的数据安全单元、软件安全管理单元，应用层的系统和用户安全管理单元。
Claims (5)
1.一种基于虚拟机结构的远程运维系统，其特征在于：它包括自下而上依次设置的边缘层、基础层、平台服务层和应用层；
所述平台服务层和应用层之间还设置有集成工具模块和其他软件接口模块；
所述边缘层包括边缘网关、可编程逻辑控制器/分散控制系统、无线网络、传感器、工业协议、边缘时序数据库和现场制造企业生产过程执行系统；边缘层通过通信模块接收远程指令并根据远程指令，利用现场制造企业生产过程执行系统灵活调整设备运行参数；
所述平台服务层包括公共资源单元、工业大数据单元和远程运维单元；远程运维单元是本层的智能装备/产品远程运维服务平台，包括资源模型库块、规则功能库块、系统平台层块和关键技术块；关键技术块能够提供关键技术及其调用引擎，系统平台层远程运维模块的系统平台的物联网适配部分能够提供与物联网数据和业务系统的接口，在资源模型库块和规则库的基础上，在平台层的远程运维模块中搭建专家库和专家咨询系统，能够为智能装备/产品的远程诊断提供智能决策支持，并向用户提出运行维护解决方案。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟机结构的远程运维系统，其特征在于：所述远程运维系统还包括安全管理模块；
安全管理模块包括边缘层的生产安全单元、设备安全管理单元；基础层的信息通信系统安全管理单元；平台服务层的数据安全单元、软件安全管理单元，应用层的系统和用户安全管理单元。
3.根据权利要求1所述的基于虚拟机结构的远程运维系统，其特征在于：所述基础层包括计算单元、存储单元、网络单元、数据库单元和云平台单元。
4.根据权利要求1所述的基于虚拟机结构的远程运维系统的构建方法，其特征在于，该方法包括以下过程：
一、建立实体模型和仿真模型
将工厂实体设备和自动化过程虚拟化，通过映射关系将其中的工艺设备、公用设备、信息基础设施，及三者的过程控制隐射到实体模型中；
将实体工厂的设备组成工业物联网，通过数字孪生的形式，映射到仿真模型；
上述两个过程采用同步机制；
在实体模型建立过程中，设置实体工厂的传感器物联网，构成边缘层基础；
二、在车间级和厂级建立生产执行系统，建立生产计划模型、调度模型，在企业级建立资源计划系统；
三、通过数字孪生技术，建立工厂通信网络架构，并形成仿真平台，并搭建基础层的硬件设施；
四、在平台服务层建立知识库和专家库，作为远程运维和工业大数据的支撑。
5.根据权利要求4所述的基于虚拟机结构的远程运维系统的构建方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：建立单独的安全管理模块，所述安全管理模块包括边缘层的生产安全单元、设备安全管理单元，基础层的信息通信系统安全管理单元，平台服务层的数据安全单元、软件安全管理单元，应用层的系统和用户安全管理单元。
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