CN109976296A - 一种基于虚拟传感器的车间生产过程可视化系统及构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于虚拟传感器的车间生产过程可视化系统及构建方法，包括数据采集接口模块、可视化人机交互模块、虚拟传感器配置模块、多层次数据监控模块、数据分析与处理模块；本发明数据管控和可视化虚拟车间结合，提高了车间管控的可视化和生产过程的数据透明化程度；通过虚拟传感器定义统一的监控数据格式，并实现数据监控点、三维可视化模型、物理设备三者的关联与绑定；不仅适用于离散型生产企业，也适用于流程型企业，能对不同生产方式的车间实施管控，具备较好的通用性。
Description
技术领域
本发明涉及生产过程管控，具体涉及一种基于虚拟传感器的车间生产过程可视化系统及构建方法。
背景技术
根据生产工艺过程是否离散，可将生产系统分为离散型和流程型；离散型生产是指成品由离散零件构成，各零件的加工和装配相互独立的生产类型；其特点是产品的所有生产工艺都是离散的；因为这个特点处理要保证及时供料和零部件的加工质量外，还要控制零部件的生产进度，保证生产的成套性，否则会因缺少某种零件或工具导致生产延误；如果在生产进度上不能按时成套，那么由于少数零件的生产进度拖期，必然会延长整个生产产品的生产周期，造成产品交货期延误，大量在制品和生产资金积压。
流程型生产又称“连续性生产”，是指生产物料是均匀的、连续地按一定工艺顺序运动的生产类型；受物料形式影响，其工艺过程是连续的，加工顺序是固定不变的。因为这个特点，任何一个生产环节出现故障，都会引起整个生产线的瘫痪。因此在流程型生产过程中，对生产过程的实时监控和预警对产品质量、生产效率的作用不言而喻。
当今，在制造系统转型升级过程中，无论是流程型生产还是离散型生产，对车间数字化、信息化程度要求越来越高，各种生产数据、环境数据、重点设备状态数据等与生产质量关系密切，特别是由于流程型生产过程对故障的“零容忍”和离散型生产对各零件数量不成套的“零容忍”，生产过程的可视化智能管控显得尤为重要。在生产过程管控领域，一般都是在统一通信数据接口的基础上，通过设备监控点将监控数据实时传送到软件端，然后以二维图表形式展现，再由决策者凭借经验判断设备运行状况或者指定调整措施。现有生产过程管控系统很少以可视化虚拟车间为载体对设备状态和车间运行情况进行监视，且存在管控方式单一、不能从设备、产线、车间等不同角度，按需对车间运行情况进行监视和管控。
现有的如：“一种用于汽车制造的数字化柔性系统及管理方法”，（CN107168258A，公开日：2017.09.15），公开了一种基于可视化虚拟车间为基础的生产数据实时监控系统，将三维仿真模型、现场控制数据及现场数据采集三者联立互通，提高了生产者对总装车间生产制造情况的掌握度和总装车间工艺规划的效率和质量。但是其仅针对汽车制造领域，不具有通用性和适用性，较难对其他离散型生产车间进行管控，也不支持流程型生产车间的管控；另外，该专利系统和方法也不能根据用户需求进行模块功能重组和系统界面定制。“一种工厂数字化实时精细管理系统”，（CN106446177A，公开日：2017.02.22）公开了一种工厂化实时精细管理系统，其数据服务器采用集群及磁盘阵列技术的高性能、多任务、多用户型计算机，配有足够的通信接口，采用计算机直接与交换机相连的通信结构实现了共享、集中存储数据。但是其主要涉及数据实时通信的硬件配置和构架，并不涉及生产过程可视化管控系统及其实施方法，且其生产过程管控中存在对硬件设备要求高、成本高。
现有的生产过程可视化管控系统中存在对不同生产方式的车间实施实时管控的通用性低、不能对来自不同数据源（数控系统、传感器、MES等）的生产数据进行统一配置和传输、缺乏对关键设备数据的分析和挖掘等问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题本发明提供一种具有通用性的基于虚拟传感器的车间生产过程可视化系统及构建方法。
本发明采用的技术方案是：一种基于虚拟传感器的车间生产过程可视化系统，包括数据采集接口模块、可视化人机交互模块、虚拟传感器配置模块、多层次数据监控模块、数据分析与处理模块；
数据采集接口模块：通过数据采集与监控系统SCADA获取设备状态、运行数据和车间监控点监控数据，并在生产设备和数据采集与监控系统SCADA上建立统一的OPC数据接口；
可视化人机交互模块：建立车间设备模型，将模型导入基于开源场景图形的可视化管控系统形成模型库，完成车间布局；
虚拟传感器配置模块：根据数据采集接口模块采集到的监控数据抽象为虚拟传感器，并可对虚拟传感器进行配置和管理；
多层次数据监控模块：根据监控数据类型和生产层次将监控数据组织为不同模块；
数据分析与处理模块：根据监控数据进行故障预测和报警。
进一步的，所述虚拟传感器配置为将监控点获取的监控数据抽象为统一格式数据，将其导入虚拟车间的数据库，每个数据项与所监控的物理设备进行一一对应，并且在可视化人机交互模块中通过不同的方式呈现。
进一步的，所述虚拟传感器管理为对监控点的增删改查。
进一步的，所述虚拟传感器统一数据格式为：虚拟传感器=<全局唯一编码><车间编号><生产线编号><设备编号><监控部件名><监控物理量><数据类型><数据单位><状态属性><关键属性><采样频率>。
一种基于虚拟传感器的车间生产过程可视化系统的构建方法，包括以下步骤：
步骤1：获取生产车间的布局、设备尺寸和监控点的监控数据；
步骤2：对车间进行可视化建模形成模型库，导入可视化管控系统完成车间布局；
步骤3：获取监控数据，将其抽象为虚拟传感器，并基于OPC技术实现远程通信；
步骤4：根据步骤1获取的数据对生产车间建立分层监控；
步骤5：对监控数据进行分析，对故障进行预测和分析。
进一步的，所述步骤4中分层监控包括车间级监控、单元/产线级监控和设备/工序级监控。
本发明的有益效果是：
（1）本发明将数据管控和可视化虚拟车间结合，提高了车间管控的可视化和生产过程的数据透明化程度；
（2）本发明通过虚拟传感器定义统一的监控数据格式，并实现数据监控点、三维可视化模型、物理设备三者的关联与绑定；
（3）本发明不仅适用于离散型生产企业，也适用于流程型企业，能对不同生产方式的车间实施管控，具备较好的通用性。
附图说明
图1为本发明系统架构示意图。
图2为本发明运行方法流程示意图。
图3为本发明系统搭建之前需获取内容。
图4为本发明中可视化建模流程示意图。
图5为本发明虚拟传感器配置和远程通信流程示意图。
图6为本发明中分层监控体系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
一种基于虚拟传感器的车间生产过程可视化系统，包括数据采集接口模块、可视化人机交互模块、虚拟传感器配置模块、多层次数据监控模块、数据分析与处理模块，如图1所示。
数据采集接口模块：通过数据采集与监控系统SCADA获取设备状态、运行数据和车间监控点监控数据，并在生产设备和数据采集与监控系统SCADA上建立统一的OPC数据接口；后续监控数据均通过SCADA获取，采用OPC数据接口使SCADA不必因为与不同设备通信而编写专用的接口函数。
可视化人机交互模块：建立车间设备模型，将模型导入基于开源场景图形的可视化管控系统形成模型库，完成车间布局；可视化人机交互模块包括三维模型导入、二维车间布局和三维场景组织和渲染；通过三维建模软件CATIA将车间设备进行1:1建模；使用CATIA按照工厂内实际场景建立模型并保存为“.cgr”格式以实现模型轻量化；导入3DMAX中进行贴图、刻字和渲染等操作；通过3DMAX将模型转换为“.ive”格式；最后将“.ive”模型导入到基于开源场景图形（OpenSceneGraph，OSG）开发的可视化管控系统中，采用拖拽式的方式对车间进行可视化布局。在完成布局后，可对三维场景进行模型导入、模型修改和模型删除等场景组织管理，同时可对三维模型进行缩放、拾取、平移、旋转、背景颜色设置、灯光设置等场景渲染操作。
虚拟传感器配置模块：根据数据采集接口模块采集到的监控数据抽象为虚拟传感器，并可对虚拟传感器进行配置和管理。虚拟传感器是指将设备状态、运行数据、车间监控点映射为统一的数据格式，实现对不同数据来源、不同数据格式、不同数据类型的监控变量的统一表达。虚拟传感器是人为抽象出来的“传感器”，它不仅映射了物理车间中存在的真实传感器，也映射了各类可以从物理车间或系统获取到的设备状态、运行状态和生产信息等，泛指一切可以物理世界获得的监控数据。虚拟传感器统一数据格式定义如下：虚拟传感器=<全局唯一编码><车间编号><生产线编号><设备编号><监控部件名><监控物理量><数据类型><数据单位><状态属性><关键属性><采样频率>，保证了数据的正确性、完整性、一致性要求，也便于数据项的统一管理和批量化配置。虚拟传感器的配置是指将监控点抽象化为统一格式数据项后，支持以EXCEL表格形式批量化导入虚拟车间的数据库，并且每个数据项可以与其所监控的物理设备/系统进行一一对应。可用列表形式或三维场景抬头显示等方式在管控系统中呈现其名称及其监控值。虚拟传感器管理是指对大量监控点的增删改查管理，如基于监控数据类型和监控点属性可以从大量监控点选出所需要的监控点，并根据生产实际情况修改其属性值，以提高管控系统的可维护性和监控点的检索效率。
多层次数据监控模块：根据监控数据类型和生产层次将监控数据组织为不同模块；具体是指根据监控点数量及不同用户对不同类型数据关注程度不同的特点，按不同监控数据类型和生产层次将统一配置的监控数据重新组织为不同模块，使不同层次用户根据需要进行生产过程管控。按监控数据类型分类（以某流程型锂电池生产车间为例），监控数据可分为：工序监控、能源监控、环境监控、除湿监控和窑炉监控；按生产层次分类，监控数据包括：设备级监控、产线级监控和车间级监控。本发明构建的系统可根据用户需求建立分层监控体系和定制监控界面，通过系统的车间级监控中各监控模块展现生产设备在不同方面的表现，并根据数据特点采用不同数据表格来呈现不同监视视角。将上述监控模块和监控界面均可通过用户自行定制，包括：监控变量选择、实时数据图形表达形式选择（如折线图、柱状图、饼图等）、历史数据回放、其他定制化图形。
数据分析与处理模块：根据监控数据进行故障预测和报警。对车间生产中的关键设备参数、环境参数等（如锂电池生产中的窑炉温度、电流）进行探索性分析、预处理分析、关联性分析，从中挖掘获取出故障特征和生产运行规律以对故障进行预测和报警，同时将分析处理结果作为决策优化的依据。
一种基于虚拟传感器的车间生产过程可视化系统的运行方法，包括以下步骤：
步骤1：获取生产车间的布局、设备尺寸和监控点的监控数据；生产车间的布局、设备尺寸可派遣专业调研人员，携带专业测量仪器，对厂房、生产设备进行实地测量，并对监控设备的状态参数和运行参数进行调研；确定企业对系统的基本要求和特殊定制需求。
步骤2：对车间进行可视化建模形成模型库，导入可视化管控系统完成车间布局；使用三维建模软件CATIA按照工厂内实际场景建立模型并保存为“.cgr”格式，再导入到3DMAX中进行贴图、刻字和渲染等操作，再以“.ive”格式导出，最后将.ive模型导入系统中形成模型库。在系统中采用拖拽式的方法进行快速车间布局。完成车间布局后，可根据用户需要更改设备零部件颜色和透明度，车间背景颜色和光线颜色。
步骤3：获取监控数据，将其抽象为虚拟传感器，并基于OPC技术实现远程通信；将SCADA系统采集的监控点数据导入，建立虚拟传感器集并实现远程数据通信，具体指将监控点抽象化为统一格式数据后，以EXCEL表形式批量导入虚拟车间的数据库，使一个监控点对应一条数据项，之后每个数据项对应的设备可用列表形式或三维场景抬头来呈现配置于其上的监控点属性值。完成监控点配置后，根据自身需求，使用OPC基金会提供的自动化接口动态库OPCDAAuto.dll开发相应的OPC客户端，之后用户可下载并安装EasyConect，输入服务器VPN地址和登录账号密码，来建立远程数据通信连接，实现车间SCADA与本发明系统的实时通信。
步骤4：根据步骤1获取的数据对生产车间建立分层监控；根据步骤1获取的用户需求结果进行设置；可包括监控变量选择、实时数据图形表达形式选择（折线图、柱状图、饼图等）、历史数据回放、其他定制化图形等；再通过系统的车间级监控、产线级监控、设备级监控中各监控模块展现生产设备在不同方面的表现，并根据数据特点采用不同数据表格（如折线图、柱状图、饼状图等）来呈现不同监控数据。
步骤5：对监控数据进行分析，对故障进行预测和分析。对生产过程中通过SCADA系统采集到的关键设备参数、环境参数等（如锂电池生产中的窑炉温度、电流）进行探索性分析、预处理分析、关联性分析，从中挖掘获取出故障特征和生产运行规律，以对故障进行预测和报警，同时将分析处理结果作为决策优化的依据。
本发明完成系统硬件配置后，即可开始对生产车间的可视化管控，可派遣专业软件维护人员对用户反馈的软件现有问题进行实时维护和调试，保证系统可以长时间正常稳定运行。
实施例1
下面以某离散型生产车间可视化管控
该结构件生产车间以生产航空结构件为主，车间包括立体仓储区、五轴数控铣削加工区、柔性加工单元等若干功能区域，设备具体包括五轴联动数据机床、加工中心、立体仓库、AGV、六自由度机械手、缓冲站等；具有多品种小批量、加工难度大、加工质量要求高等特点。该车间迫切需要对加工设备状态、车间运行状态进行可视化管控，以保证加工质量和产品按时交付。
如图3所示，首先对该车间的具体需求进行调研，具体包括对该车间的布局、设施设备的外形尺寸进行测绘，对关键设备的监控数据进行统计汇总，确定该车间可视化管控、实时通信、状态预警、建立多层次监控体系的需求。
如图4所示，在需求调研和现场测绘的基础上对车间进行可视化建模并导入经本发明方法构建的可视化管控系统中：具体步骤如下：
S21：按照工厂实际场景，使用三维建模软件CATIA将加工设备、静态设备和物流设备等设备全部按照工厂内实际场景建立三维建模保存为“.cgr”格式以实现模型的轻量化。
S22：将“.cgr”格式的模型导入3DMAX，进行贴图并且调整其颜色至美观。
S23：将“.ive”模型导入到系统中最终形成模型数据库。
S24：将.ive模型导入到系统中最终形成模型数据库。
S25：将模型数据库在系统中采用拖拽式的方法进行车间二维平面精确布局，并可切换成三维场景。
S26：根据实际车间设备颜色更改或更改设备零部件颜色可在软件中选择模型进行更改。软件中不仅可以改变设备模型的颜色和颜色透明度，而且还可以选择更改模型的作用范围。
S27：在系统中对车间进行环境设置：更改车间背景颜色和光线颜色。
将监测数据抽象为虚拟传感器集，如图5所示。并基于OPC技术实现远程通信，其步骤可如下所示：
S31：在实际生产线的生产设备和SCADA设备上建立统一的OPC数据接口。
S32：将监控数据项定义为虚拟传感器，虚拟传感器=<全局唯一编码><车间编号><生产线编号><设备编号><监控部件名><监控物理量><数据类型><数据单位><状态属性><关键属性><采样频率>，而数据项中各属性值大部分已在S12中完成记录，以某五轴数控机床X轴坐标为例，其虚拟传感器=<16008BEC5C30><001><L001><RAMBAUDI22><X轴><X轴坐标><连续><mm><Null><是><1>，具体含义为，其全局唯一编号16008BEC5C30，车间编号为001，生产线编号为L001，设备编号为RAMBAUDI22，监控部件名为X轴，监控物理量为X轴坐标，数据类型为连续量，数据单位为毫米mm，状态属性为空，是关键属性，其采用频率为1秒。将监控数据项统一抽象为虚拟传感器集，以EXCEL形式批量将其导入到本发明建立的可视化管控系统中；并实现监控数据与物理量、三维模型实现绑定，之后每个设备对应的数据项及其具体监控值可用列表形式或三维场景抬头来呈现。
S33：使用OPC基金会提供的自动化接口动态库OPCDAAuto.dll开发相应的OPC客户端。
S34：下载并运行EasyConnect，输入服务器VPN，登录账号密码，建立数据连接，实现数据的实时、远程通信。
如图6所示，对该结构件生产车间建立分层监控体系，具体步骤如下：
S41：在本发明构建的系统中，根据用户需求定制个性化的界面设计，包括主界面设计（标题栏、监控树、主场景渲染区、操作提示区等）、主菜单设计（生产计划、物流追踪、设备监控等）、对话框设计（即各功能模块子对话框中图表形式、列表格式的设计）。
S42：车间级监控
基于车间三维场景，从车间整体生产状况视角对生产各环节进行实时监控，将车间所有监控点按类型进行划分并建立各自的监测和管控模块（如生产计划模块、物料跟踪模块、环境监控模块等），进入各监控模块，可浏览有监控数据实时图表的监控界面。
S43：产线级监控
从车间层次树点选特定生产线，可进入选定产线监控界面，其场景抬头显示了产线的运行状态数据、关键监控量（设备信息、工艺信息、人员信息等）等数据，可通过快捷键对产线进行漫游。具体操作步骤为在界面左侧的生产设备树中，单击欲监控的生产线，点选“状态监控”，之后将会出现单个生产线的监控场景，并在渲染场景的左侧附有生产线的关键数据属性。
S44：设备级监控
从车间层次树点选特定设备，可进入选定设备监控界面，其中包括设备实时状态数据、设备参数时序图、关键监控量分析、历史数据存储与回放四个模块，可根据用户需求进行选取和定制。
对该构件生产车间的监控数据进行分析和处理，具体如下：对生产过程中的关键设备参数（设备功率、生产节拍等）、环境参数等进行探索性分析，预处理分析、关联性分析，从中挖掘获取出故障特征和生产运行规律，以对故障进行预测和报警，同时将分析处理结果作为决策优化的依据。
具体为点击本发明系统主菜单中的“关键指标”，在关键指标中选择要进行数据分析处理的数据，单击“数据处理”，之后会在对话框中显示相应的处理结果。
最后，对该结构件生产车间的生产过程可视化管控系统进行调试与运行维护。完成系统软硬件配置后，系统对生产车间的可视化管控，其后派遣专业软件维护人员对用户反馈的软件现有问题进行实时维护和调试，保证系统可以长时间正常稳定运行。
实施例2
采用本发明系统对某流程型锂电池生产车间进行可视化管控。该锂电池生产车间主要负责批量的锂离子电池正极材料生产，拥有完整的设备装置，主要包括：配料装置、混料机、粉碎机、高温窑炉、除尘机等。同时，该生产车间有5条生产线，每条生产线按工序可分为配料、混料、装钵、焙烧、卸钵等若干道工序。该车间具有生产设备种类多、各设备间联系紧密、对生产设备故障的适应性差的特点。该车间对监控系统提出了可视化管控、实时通信、状态预警、建立多层次监控体系的要求。
本实施例车间生产过程可视化管控系统的实施方法，与实施例1中的车间现场调研、可视化建模和虚拟传感器配置和远程通信相同。
本实施例生产车间可视化管控系统建立分层监控体系的具体步骤如下：
S41：系统界面和功能模块定制
根据步骤1中用户需求调研结果和控制层、数据层部署后，根据客户需求完成个性化的界面设计，包括主界面设计（标题栏、监控树、主场景渲染区、操作提示区等）、主菜单设计（数据管理、温度监控、窑炉监控、除湿机监控等）、管控对话框设计（即各功能模块子对话框中图表形式、列表格式的设计）。
S42：车间级监控定制
根据该车间的特点，将车间监控模块划分为能源监控模块、电能监控模块、温度监控模块、窑炉监控模块、除湿机监控模块等，进入欲监控的模块，可得到绘有监控数据实时图表的监控界面。以能源监控为例，在主菜单上点击“能源监控”菜单项，弹出能源监控界面，在对话框左侧的监控树可选择要监控的电力设备，在对话框右上侧可选择该设备的待监控属性，在该对话框的右下方则显示了监控属性的实时数据折线图。
S43：产线级监控定制
从车间层次树点选特定生产线，可进入选定产线监控界面，其场景渲染抬头中显示了产线的运行状态数据、关键监控量（产线能耗、生产效率等）等数据，并可通过快捷键对产线进行漫游。具体系统操作步骤为在界面左侧的生产设备树中，单击欲监控的生产线，点选“状态监控”，之后将会出现单个生产线的监控场景，并在渲染场景的左侧附有生产线的关键数据属性。
S44：设备级监控定制
从车间层次树点选特定设备，可进入选定设备监控界面，其中包括设备实时状态数据、设备参数时序图、关键监控量分析、历史数据存储与回放四个模块，可根据用户需要定制。
该流程型锂电池制造厂生产过程可视化管控系统数据分析和处理具体步骤如下：对生产过程中的关键设备参数（电解质烧制窑炉的温度）、环境参数等进行探索性分析、预处理分析、关联性分析，从中挖掘获取出故障特征和生产运行规律，以对故障进行预测和报警，同时将分析处理结果作为决策优化的依据。具体系统操作步骤为点击主菜单中的“窑炉监控”，在左侧监控树中点选待监控窑炉，在选中正上方分页式菜单中的故障预测，系统会对历史数据进行分析处理后得到故障预测的结果。
该流程型锂电池制造厂生产过程可视化管控系统调试与运行具体步骤如下：在完成系统软硬件配置的基础上，开始系统对生产车间的可视化管控，其后派遣专业软件维护人员对用户反馈的软件现有问题进行实时维护和调试，保证系统可以长时间正常稳定运行。
本发明为SCADA的基础上，基于C++和OSG开发的三维可视化管控系统，其中SCADA系统为本发明系统提供现场数据；利用虚拟传感器实现生产过程可视化管控，实现了可视化建模、生产过程数据的多层次可视化管理、设备状态预警和数据分析等；虚拟传感器定义了统一的监控数据格式，并实现数据监控点、三维可视化模型、物理设备三者的关联与绑定；实现多层次生产数据管控，还能将数据管控和可视化虚拟车间相结合，提高了车间管控的可视化和生产过程的数据透明化程度；不仅适用于离散型生产企业，也适用于流程型企业，能对不同生产方式的车间实施管控，具备较好通用性；并且系统还可以根据用户需求进行功能模块和监控界面的定制。
Claims (6)
1.一种基于虚拟传感器的车间生产过程可视化系统，其特征在于，包括数据采集接口模块、可视化人机交互模块、虚拟传感器配置模块、多层次数据监控模块、数据分析与处理模块；
数据采集接口模块：通过数据采集与监控系统SCADA获取设备状态、运行数据和车间监控点监控数据，并在生产设备和数据采集与监控系统SCADA上建立统一的OPC数据接口；
可视化人机交互模块：建立车间设备模型，将模型导入基于开源场景图形的可视化管控系统形成模型库，完成车间布局；
虚拟传感器配置模块：根据数据采集接口模块采集到的监控数据抽象为虚拟传感器，并可对虚拟传感器进行配置和管理；
多层次数据监控模块：根据监控数据类型和生产层次将监控数据组织为不同模块；
数据分析与处理模块：根据监控数据进行故障预测和报警。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟传感器的车间生产过程可视化系统，其特征在于，所述虚拟传感器配置为将监控点获取的监控数据抽象为统一格式数据，将其导入虚拟车间的数据库，每个数据项与所监控的物理设备进行一一对应，并且在可视化人机交互模块中通过不同的方式呈现。
3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟传感器的车间生产过程可视化系统，其特征在于，所述虚拟传感器管理为对监控点的增删改查。
4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟传感器的车间生产过程可视化系统，其特征在于，所述虚拟传感器统一数据格式为：虚拟传感器＝<全局唯一编码><车间编号><生产线编号><设备编号><监控部件名><监控物理量><数据类型><数据单位><状态属性><关键属性><采样频率>。
5.如权利要求1～4任一项所述一种基于虚拟传感器的车间生产过程可视化系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取生产车间的布局、设备尺寸和监控点的监控数据；
步骤2：对车间进行可视化建模形成模型库，导入可视化管控系统完成车间布局；
步骤3：获取监控数据，将其抽象为虚拟传感器，并基于OPC技术实现远程通信；
步骤4：根据步骤1获取的数据对生产车间建立分层监控；
步骤5：对监控数据进行分析，对故障进行预测和分析。
6.根据权利要求5所述的一种基于虚拟传感器的车间生产过程可视化系统的构建方法，其特征在于，所述步骤4中分层监控包括车间级监控、单元/产线级监控和设备/工序级监控。
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Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110631631A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-12-31 | 南京中车浦镇城轨车辆有限责任公司 | 一种生产车间状态信息实时检测方法及系统 |
| CN110751431A (zh) * | 2019-09-18 | 2020-02-04 | 国机工业互联网研究院(河南)有限公司 | 一种基于轨道载具的物料追踪方法和系统 |
| CN111026781A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-17 | 北京达美盛软件股份有限公司 | 一种基于对象和空间位置的搜索查询工具 |
| CN111062150A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-24 | 北京达美盛软件股份有限公司 | 一种三维可视化工厂管理系统 |
| CN111105086A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-05-05 | 茂盟（上海）工程技术股份有限公司 | 一种冷热电负荷预测可视化布局系统及方法 |
| CN111125464A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-05-08 | 北京达美盛软件股份有限公司 | 一种工况管理系统及方法 |
| CN111638689A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-09-08 | 连云港杰瑞自动化有限公司 | 基于自动化总控系统的生产线数据集中采集与管控系统及方法 |
| CN112468542A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-03-09 | 广东维可特科技有限公司 | 电池生产能源云及监控方法 |
| CN112861384A (zh) * | 2021-02-10 | 2021-05-28 | 西南交通大学 | 一种基于catia的静电除尘器三维模型构建方法 |
| CN112987667A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-06-18 | 上海交通大学 | 一种基于opc ua的柔性制造产线的设备远程配置系统与方法 |
| CN113298202A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-08-24 | 绍兴电力设备有限公司 | 一种线缆行业管理系统 |
| CN114415575A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-04-29 | 电子科技大学 | 实时数据驱动的焊接车间三维虚拟监控与智能预警系统 |
| CN114859744A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-08-05 | 内蒙古云科数据服务股份有限公司 | 一种基于大数据的智能应用可视化控制方法及系统 |
| CN115034423A (zh) * | 2021-07-23 | 2022-09-09 | 云成达(杭州)科技有限公司 | 一种石化行业的能源管理方法及其应用 |
| CN115439031A (zh) * | 2022-11-09 | 2022-12-06 | 北京德汇伟业技术服务有限公司 | 一种电力设备的制造智能监测管理方法及系统 |
| CN115629589A (zh) * | 2022-12-20 | 2023-01-20 | 天津沄讯网络科技有限公司 | 基于数字孪生的车间在线监控系统及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101213580A (zh) * | 2002-03-01 | 2008-07-02 | 费舍-柔斯芒特系统股份有限公司 | 流程工厂中的集成警报生成 |
| CN105260547A (zh) * | 2015-10-20 | 2016-01-20 | 南京航空航天大学 | 面向实时虚拟监控的数字化车间三维建模方法 |
| CN107832497A (zh) * | 2017-10-17 | 2018-03-23 | 广东工业大学 | 一种智能车间快速定制设计方法及系统 |
| CN109164764A (zh) * | 2018-07-27 | 2019-01-08 | 中国兵器装备集团自动化研究所 | 车间全粒度三维可视化监控系统及构建方法 |
-
2019
- 2019-05-08 CN CN201910378728.0A patent/CN109976296A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101213580A (zh) * | 2002-03-01 | 2008-07-02 | 费舍-柔斯芒特系统股份有限公司 | 流程工厂中的集成警报生成 |
| CN105260547A (zh) * | 2015-10-20 | 2016-01-20 | 南京航空航天大学 | 面向实时虚拟监控的数字化车间三维建模方法 |
| CN107832497A (zh) * | 2017-10-17 | 2018-03-23 | 广东工业大学 | 一种智能车间快速定制设计方法及系统 |
| CN109164764A (zh) * | 2018-07-27 | 2019-01-08 | 中国兵器装备集团自动化研究所 | 车间全粒度三维可视化监控系统及构建方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 叶维生: "物联网环境下车间虚拟监控与故障预警方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
Cited By (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110631631A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-12-31 | 南京中车浦镇城轨车辆有限责任公司 | 一种生产车间状态信息实时检测方法及系统 |
| CN110751431A (zh) * | 2019-09-18 | 2020-02-04 | 国机工业互联网研究院(河南)有限公司 | 一种基于轨道载具的物料追踪方法和系统 |
| CN110751431B (zh) * | 2019-09-18 | 2024-02-06 | 国机工业互联网研究院(河南)有限公司 | 一种基于轨道载具的物料追踪方法和系统 |
| CN111105086A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-05-05 | 茂盟（上海）工程技术股份有限公司 | 一种冷热电负荷预测可视化布局系统及方法 |
| CN111026781A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-17 | 北京达美盛软件股份有限公司 | 一种基于对象和空间位置的搜索查询工具 |
| CN111062150A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-24 | 北京达美盛软件股份有限公司 | 一种三维可视化工厂管理系统 |
| CN111125464A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-05-08 | 北京达美盛软件股份有限公司 | 一种工况管理系统及方法 |
| CN111638689A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-09-08 | 连云港杰瑞自动化有限公司 | 基于自动化总控系统的生产线数据集中采集与管控系统及方法 |
| CN111638689B (zh) * | 2020-05-15 | 2022-03-22 | 连云港杰瑞自动化有限公司 | 基于自动化总控系统的生产线数据集中采集与管控系统及方法 |
| CN112468542A (zh) * | 2020-11-11 | 2021-03-09 | 广东维可特科技有限公司 | 电池生产能源云及监控方法 |
| CN112468542B (zh) * | 2020-11-11 | 2023-04-07 | 广东维可特科技有限公司 | 电池生产能源云及监控方法 |
| CN112987667A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-06-18 | 上海交通大学 | 一种基于opc ua的柔性制造产线的设备远程配置系统与方法 |
| CN112987667B (zh) * | 2021-02-08 | 2022-05-31 | 上海交通大学 | 一种基于opc ua的柔性制造产线的设备远程配置系统与方法 |
| CN112861384A (zh) * | 2021-02-10 | 2021-05-28 | 西南交通大学 | 一种基于catia的静电除尘器三维模型构建方法 |
| CN113298202A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-08-24 | 绍兴电力设备有限公司 | 一种线缆行业管理系统 |
| CN115034423A (zh) * | 2021-07-23 | 2022-09-09 | 云成达(杭州)科技有限公司 | 一种石化行业的能源管理方法及其应用 |
| CN114415575B (zh) * | 2022-01-27 | 2023-05-05 | 电子科技大学 | 实时数据驱动的焊接车间三维虚拟监控与智能预警系统 |
| CN114415575A (zh) * | 2022-01-27 | 2022-04-29 | 电子科技大学 | 实时数据驱动的焊接车间三维虚拟监控与智能预警系统 |
| CN114859744A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-08-05 | 内蒙古云科数据服务股份有限公司 | 一种基于大数据的智能应用可视化控制方法及系统 |
| CN115439031A (zh) * | 2022-11-09 | 2022-12-06 | 北京德汇伟业技术服务有限公司 | 一种电力设备的制造智能监测管理方法及系统 |
| CN115629589A (zh) * | 2022-12-20 | 2023-01-20 | 天津沄讯网络科技有限公司 | 基于数字孪生的车间在线监控系统及方法 |
| CN115629589B (zh) * | 2022-12-20 | 2023-04-07 | 天津沄讯网络科技有限公司 | 基于数字孪生的车间在线监控系统及方法 |
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