CN111461477A - 一种面向边缘计算的协同管理系统 - Google Patents

一种面向边缘计算的协同管理系统 Download PDF

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石刚
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Abstract

本发明涉及智能制造的边缘计算领域，具体地说是一种面向边缘计算的协同管理系统。本发明包括机构信息管理模块，用于管理机构信息，编排层级的隶属关系；项目方案制定模块，用于项目规划，配置数据源信息；数据源配置模块，用于根据边缘层的节点情况进行配置；设备管理模块，用于创建设备信息，并进行管理，并且浏览、查询以及统计设备运转的实时数据以及历史情况，设置并管理不同设备下的采集点信息以及不同采集点的警情信息。

Description

一种面向边缘计算的协同管理系统
技术领域
本发明涉及智能制造的边缘计算领域，具体地说是一种面向边缘计算的协同管理系统。
背景技术
边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。边缘计算处于物理实体和工业连接之间，或处于物理实体的顶端。而云端计算，仍然可以访问边缘计算的历史数据。
由于设备的物理形式众多，设备获取的数据格式、信息内容也是各种各样，既包含各种数字信号、模拟信号，也包含多媒体信号，对不同的资源数据，此资源获取层主要提供网络、计算、存储等ICT资源，可以统一整合物理世界的各种设备，映射成为边缘计算节点。
为了多套边缘层测试环境系统之间的互联与信息共享，边缘层测试环境采用“云-边缘”协同架构。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种面向边缘计算的协同管理系统，从机构信息入手，构建项目信息，为不同项目配置专属的数据源，其数据源对应于边缘层的不同节点，在实际场景中，不同节点连接各种各样的设备，因此，在此系统中创建与之对应的设备信息，并设置采集点信息以及警情信息，最终，实际场景中的设备运转过程中，此协同管理系统可以浏览不同设备采集点的实时数据，并且查询其历史数据。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种面向边缘计算的协同管理系统，包括：
机构信息管理模块，用于管理机构信息，编排层级的隶属关系，并将机构信息以及层级的隶属关系提供给项目方案制定模块；
项目方案制定模块，用于项目规划，并将规划后的项目属性特征提供给数据源配置模块；
数据源配置模块，用于根据边缘网关中设备的节点情况进行配置，并将配置后的节点情况信息提供给设备管理模块；
设备管理模块，用于创建边缘网关中的设备信息，并进行管理，并且浏览、查询以及统计边缘网关中的设备运转的实时数据以及历史情况，设置并管理不同边缘网关中的设备下的采集点信息以及不同采集点的警情信息。
所述机构管理模块，包括机构信息单元，用于按照顺序依次编排机构的上下级隶属关系，该单元包括机构编号、机构名称、上级机构编号、排列顺序的信息。
所述项目方案制定模块，包括：
项目特征匹配子模块，用于管理项目属性特征，并且将项目属性特征提供给项目规划子模块；
项目规划子模块，用于项目属性特征规划，并将规划后的项目属性特征提供给数据源配置模块。
所述数据源配置模块，包括：
数据源建立子模块，用于配置边缘网关中设备的节点所对应的数据源，并将配置后的数据源信息传递给上下线管理子模块以及设备管理模块；
上下线管理子模块，用于开启配置后的数据源、加载数据源配置以及统计记录上下线通信情况。
所述设备管理模块，包括：
属性匹配子模块，用于管理边缘网关中设备所对应的设备属性特征，并将边缘网关中设备所对应的设备属性特征提供给设备管理子模块；
警情监视器，用于设置并管理警情监视器信息，并将警情监视器信息提供给采集点管理子模块；
采集点管理子模块，用于设置并管理采集点信息，并将采集点信息提供给设备管理子模块；
设备管理子模块，用于创建包括边缘网关中设备所对应的设备属性、采集点信息在内的设备信息；
实时数据管理子模块，用于记录、统计边缘网关中的设备运转的实时数据以及历史情况。
一种面向边缘计算的协同管理方法，包括以下步骤：
a)构建不同层级机构信息：管理机构信息，编排层级的隶属关系；
b)制定项目方案：根据将机构信息以及层级的隶属关系进行项目规划；
c)数据源配置：根据将规划后的项目属性特征对边缘网关中设备的节点情况进行配置；
d)设备管理：创建边缘网关中的设备信息，并进行管理，并且浏览、查询以及统计边缘网关中的设备运转的实时数据以及历史情况，设置并管理不同边缘网关中的设备下的采集点信息以及不同采集点的警情信息。
步骤a)的流程如下：
1)录入包括机构编号、机构名称、备注信息在内的机构信息；
2)当目前系统存在此机构的上级部门时，进行步骤3)；
3)确定此机构在同级别部门中的顺序；
4)将机构信息以及组成关系存入数据库。
步骤b)的流程如下：
1)录入包括项目名称、唯一编号、项目时间、内容描述、位置坐标在内的项目信息；
2)绑定项目所属机构，判断其机构信息是否存在，如果存在，则进行步骤3)，否则创建机构信息，返回步骤1)；
3)根据步骤1)录入的项目信息判断此项目是否有与之属性相同的项目属性特征可以配置，如果有，则进行步骤5)，否则进行步骤4)；
4)根据项目信息，创建新的项目属性特征；
5)将项目属性特征与项目进行绑定并保存项目属性特征的信息。
步骤c)的流程如下：
1)判断边缘网关相应数据源是否存在，如果存在，进入步骤2)，如果不存在，进入步骤5)；
2)开启配置后的边缘网关中设备的节点所对应的数据源；
3)在数据源开启的状态下，加载网关配置，与边缘网关进行映射；
4)数据源开启状态以及加载网关配置成功后，系统记录数据源上下线日志信息；
5)创建边缘网关所需数据源信息；
6)判断边缘网关是否真实存在，如果存在，则进入步骤7)，如果不存在，则结束此流程；
7)获取边缘网关的编号；
8)获取厂商编号以及报文协议；
9)将步骤5)中的数据源信息与项目信息进行隶属绑定。
步骤d)的流程如下：
1)判断系统中，边缘网关中的设备信息是否存在，如果存在，进入步骤7)，如果不存在，进入步骤2)；
2)根据边缘网关中的设备信息，创建的设备信息并绑定对应设备的数据源信息；
3)录入设备名称、唯一编号、描述；
4)判定系统是否含有设备属性特征用来匹配此设备信息，如果含有，进入步骤6)，如果不含有，进入步骤5)；
5)创建新的设备属性特征；
6)将设备属性特征与此设备进行绑定；
7)为设备信息绑定相应的采集点；
8)为采集点匹配警情监视器；
9)进行设备实时数据采集。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明具有直观、易懂，关联查询方便的特点，此系统将产品制造工艺的产品组件、材料、执行要求等各方面内容数字化、信息化。
2.本发明提供结构化的内容更改管理功能，减少了临时更改、贯彻难等问题，省去了很多需要调度干预的情况，提高了现场管理水平。
3.本发明作为工业环境中边缘层与云端平台层的纽带，对设备情况、工艺过程、以及异常情况等定义清晰，过程描述数字化、信息化、细节化，大大提高了制造过程的执行效率，从管理体系上缩短产品研制周期。
附图说明
图1是本发明的系统架构结构图；
图2是本发明机构信息管理功能的流程图；
图3是本发明项目方案制定功能的流程图；
图4是本发明数据源配置功能的流程图；
图5是本发明设备管理功能的流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示为本发明的系统架构结构图。
本发明作为工业环境中边缘层与云端平台层的纽带，首先，工作人员从机构信息入手，编制各个层级的机构信息，然后为不同的机构部门信息，制定规划项目信息，根据现场实际情况，结合项目背景，为不同项目配置专属的数据源，其数据源对应于边缘层的不同节点，在实际场景中，不同节点连接各种各样的设备，因此，在此系统中创建与之对应的设备信息，并设置采集点信息以及警情监视器信息，最终，实际场景中的设备运转过程中，此协同管理系统可以浏览不同设备采集点的实时数据，并且存储其历史数据。
机构信息管理模块，用于管理不同的机构信息，编排不同层级的隶属关系，主要时区分不同的车间、厂区，部门等场景；同时，将机构信息以及层级关系提供给项目方案制定模块；
项目方案制定模块，用于基于不同机构信息进行项目规划，在项目规划中，会设置项目的启动时间，地理位置，以及项目相关属性标签，用于日后管理；同时，将项目情况提供给数据源配置模块；
数据源配置模块，用于根据边缘层的实际节点情况，进行配置，包括报文协议版本，边缘网关编号，隶属项目等信息，具有浏览、查询以及统计边缘节点通信情况；并且，将各种数据源信息提供给设备管理模块，所述边缘网关等同于数据源，节点等同于采集点；
设备管理模块，用于根据实际情况中设备与边缘节点的连接情况，创建设备信息，设置并管理不同设备下的采集点信息，设置并管理不同采集点的警情监视器信息，并进行管理，并且浏览、查询以及统计设备运转的实时数据以及历史情况；
如图2所示是本发明机构信息管理功能的流程图。
机构信息管理模块，包括机构信息单元，用于按照顺序依次编排各种机构的上下级隶属关系，主要包括机构编号、机构名称、上级机构编号、排列顺序等信息；
机构信息管理模块，用于管理不同的机构信息，编排不同层级的隶属关系，主要时区分不同的车间、厂区，部门等场景；同时，将机构信息以及层级关系提供给项目方案制定模块；参见附图2，描述了构建不同层级机构信息的过程，从图2可知，进行详细说明：
步骤1：从“明确机构整体情况”开始；
步骤2：确定所需建立的机构各方面情况；
步骤3：录入机构编号、机构名称、备注信息等；
步骤4：判断目前系统是否存在此机构的上级部门，如果存在，则进行步骤5，否则返回步骤1；
步骤5：确定此机构在同级别部门中的顺序；
步骤6：将机构信息以及组成关系存入数据库，结束此次流程。
如图3所示是本发明项目方案制定功能的流程图。
项目方案制定模块，包括：
项目信息单元，用于规划安排来源于不同机构的项目信息，主要包括项目编号、项目名称、隶属机构编号、项目开始时间、项目所在位置、项目优先级排序、项目描述、项目图片；
项目属性单元，是项目选择配置属性特征，主要包括项目属性编号、项目属性名称、项目属性值、关联项目编号；并且，将项目属性特征提供给项目规划；
项目方案制定模块，主要包括项目规划和项目特征匹配两个子模块，其中项目特征匹配子模块主要根据项目情况，管理项目属性，并且将项目属性特征提供给项目规划子模块；项目规划子模块用于基于不同机构信息进行项目规划，在项目规划中，会设置项目的启动时间，地理位置，以及项目相关属性标签，用于日后管理；项目方案制定模块同时将项目情况提供给数据源配置模块；参见附图3，描述了制定项目方案的过程：
步骤1：确定需规划的项目情况；
步骤2：上传并且保存项目图片；
步骤3：录入项目名称、唯一编号、项目时间、内容描述、位置坐标等信息；
步骤4：绑定项目所属机构，判断其机构信息是否存在，如果存在，则进行步骤5，否则创建合适的机构信息，返回步骤3；
步骤5：根据录入的项目内容，明确项目各方面细节；
步骤6：判断此项目是否有合适的项目属性可以配置，如果有，则进行步骤8，否则进行步骤7；
步骤7：根据项目细节信息，创建新的项目属性；
步骤8：将项目属性与项目进行绑定；
步骤9：保存项目规划信息，以及项目属性信息，完成此流程；
如图4所示是本发明数据源配置功能的流程图。
数据源配置模块，包括：
数据源信息单元，根据边缘层的实际节点情况，数据源信息与实际边缘网关对应，管理各种数据源信息。主要包括数据源名称、所属项目编号、报文协议版本、网关编号、厂商编号、网关状态、数据源是否开启状态；
数据源上下线信息单元，统计不同数据源的上下线、通信情况，主要包括上下线信息编号、关联的数据源编号、数据源状态，上下线时间；
数据源配置模块主要包括数据源建立以及上下线管理两个子模块，其中数据源建立子模块在制定项目方案后，明确实际场景中的设备情况，根据边缘层的实际节点情况，进行数据源配置，包括报文协议版本，边缘网关编号，隶属项目等信息，同时，将数据源信息传递给上下线管理子模块；上下线管理子模块具有开启数据源、加载配置以及统计记录上下线通信情况；数据源配置模块将各种数据源信息提供给设备管理模块；参见附图4，描述数据源配置的整体流程：
步骤1：根据实际场景中的边缘网关部署情况，判断实际情况的边缘网关所对应的此协同管理系统中的数据源信息是否存在，如果存在，进入步骤2，如果不存在，进入步骤5；
步骤2：系统中，开启数据源，进入步骤3；
步骤3：在数据源开启的状态下，加载网关配置，与实际场景中的边缘网关进行映射，进入步骤4；
步骤4：数据源开启状态以及加载网关配置成功后，系统记录数据源上下线日志信息；
步骤5：根据实际的边缘网关情况，创建步骤1中，如果协同管理系统不存在实际情况的边缘网关，则创建此边缘网关对应的协同管理系统中的数据源信息，进入步骤6。
步骤6：了解边缘网关是否真实存在，如果存在，则进入步骤7，如果不存在，则结束此流程；
步骤7：获取边缘网关的编号，进入步骤8；
步骤8：获取厂商编号以及报文协议，进入步骤9；
步骤9：将需创建的数据源信息与项目信息进行隶属绑定，结束流程；
如图5所示是本发明设备管理功能的流程图。
设备管理模块，包括：
设备信息单元，用于根据实际设备与边缘节点的连接情况，创建设备信息，并进行管理；主要包括设备编号、设备名称、隶属数据源编号、设备图片、设备说明等信息
设备属性单元，为设备选择配置属性特征，主要包括设备属性编号、设备属性名称、设备属性描述、隶属设备编号，设备属性值；
采集点信息单元，用于管理实际设备中涉及的采集点信息，主要包括采集点编号、采集点名称、隶属设备编号、采集点系统编号、采集点类型、采集点数据类型、采集点小数保留位数、储存类型等；
警情监视器单元，为采集点信息配置不同的警情监视功能，主要包括警情监视类型、警情监视名称、警情监视等级、警情状态、警情允许最大值、警情报警持续时间、持续时间单位，隶属采集点编号；
设备实时数据单元，记录设备采集点的实时数据，主要包括设备实时数据编号、关联的采集点编号、数据类型、实时的数据值、单位、采集时间、通信情况；
设备管理模块主要包括设备管理、属性匹配、采集点管理、警情监视器以及实时数据管理5个子模块，其中属性匹配子模块主要根据设备情况，管理设备属性，并且将属性特征提供给设备管理子模块；警情监视器设置并管理不同警情监视器信息，并将其信息提供给采集点管理子模块；采集点管理子模块设置并管理不同的采集点信息，并且将其提供给设备管理子模块；其中设备管理子模块根据实际情况中设备与边缘节点的连接情况，创建设备信息；实时数据管理子模块具有记录、统计设备运转的实时数据以及历史情况。参见附图5，描述设备管理的整体流程：
步骤1：确定实际生产设备情况；
步骤2：判断系统中，此设备信息是否存在，如果存在，进入步骤10，如果不存在，进入步骤3；
步骤3：根据实际设备情况，为需要创建的设备信息绑定合适的数据源信息，进入步骤4；
步骤4：上传并且保存设备图片，进入步骤5；
步骤5：录入设备名称、唯一编号、描述等信息，进入步骤6；
步骤6：判定系统是否含有设备属性用来匹配此设备信息，如果含有，进入步骤8，如果不含有，进入步骤7；
步骤7：创建新的设备属性，进入步骤8；
步骤8：将合适的设备属性与此设备进行绑定，进入步骤9；
步骤9：完成设备录入，进入步骤10；
步骤10：为设备信息，绑定相应的采集点，进入步骤11；
步骤11：明确采集点类型、储存类型、编号等情况，进入步骤12；
步骤12：为采集点匹配警情报警单元，进入步骤13；
步骤13：进行设备实时数据采集，结束流程；
以上内容阐述了一种面向边缘计算的协同管理系统的设计及实现方法。本发明作为工业环境中边缘层与云端平台层的纽带，对设备情况、工艺过程、以及异常情况等定义清晰，过程描述数字化、信息化、细节化，关联查询方便，减少了制造现场的误解等各类情况的发生，大大提高了制造过程的执行效率，从管理体系上缩短产品研制周期。

Claims (10)

1.一种面向边缘计算的协同管理系统，其特征在于，包括：
机构信息管理模块，用于管理机构信息，编排层级的隶属关系，并将机构信息以及层级的隶属关系提供给项目方案制定模块；
项目方案制定模块，用于项目规划，并将规划后的项目属性特征提供给数据源配置模块；
数据源配置模块，用于根据边缘网关中设备的节点情况进行配置，并将配置后的节点情况信息提供给设备管理模块；
设备管理模块，用于创建边缘网关中的设备信息，并进行管理，并且浏览、查询以及统计边缘网关中的设备运转的实时数据以及历史情况，设置并管理不同边缘网关中的设备下的采集点信息以及不同采集点的警情信息。
2.根据权利要求1所述的一种面向边缘计算的协同管理系统，其特征在于，所述机构管理模块，包括机构信息单元，用于按照顺序依次编排机构的上下级隶属关系，该单元包括机构编号、机构名称、上级机构编号、排列顺序的信息。
3.根据权利要求1所述的一种面向边缘计算的协同管理系统，其特征在于，所述项目方案制定模块，包括：
项目特征匹配子模块，用于管理项目属性特征，并且将项目属性特征提供给项目规划子模块；
项目规划子模块，用于项目属性特征规划，并将规划后的项目属性特征提供给数据源配置模块。
4.根据权利要求1所述的一种面向边缘计算的协同管理系统，其特征在于，所述数据源配置模块，包括：
数据源建立子模块，用于配置边缘网关中设备的节点所对应的数据源，并将配置后的数据源信息传递给上下线管理子模块以及设备管理模块；
上下线管理子模块，用于开启配置后的数据源、加载数据源配置以及统计记录上下线通信情况。
5.根据权利要求1所述的一种面向边缘计算的协同管理系统，其特征在于，所述设备管理模块，包括：
属性匹配子模块，用于管理边缘网关中设备所对应的设备属性特征，并将边缘网关中设备所对应的设备属性特征提供给设备管理子模块；
警情监视器，用于设置并管理警情监视器信息，并将警情监视器信息提供给采集点管理子模块；
采集点管理子模块，用于设置并管理采集点信息，并将采集点信息提供给设备管理子模块；
设备管理子模块，用于创建包括边缘网关中设备所对应的设备属性、采集点信息在内的设备信息；
实时数据管理子模块，用于记录、统计边缘网关中的设备运转的实时数据以及历史情况。
6.一种面向边缘计算的协同管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)构建不同层级机构信息：管理机构信息，编排层级的隶属关系；
b)制定项目方案：根据将机构信息以及层级的隶属关系进行项目规划；
c)数据源配置：根据将规划后的项目属性特征对边缘网关中设备的节点情况进行配置；
d)设备管理：创建边缘网关中的设备信息，并进行管理，并且浏览、查询以及统计边缘网关中的设备运转的实时数据以及历史情况，设置并管理不同边缘网关中的设备下的采集点信息以及不同采集点的警情信息。
7.根据权利要求6所述的一种面向边缘计算的协同管理方法，其特征在于，步骤a)的流程如下：
1)录入包括机构编号、机构名称、备注信息在内的机构信息；
2)当目前系统存在此机构的上级部门时，进行步骤3)；
3)确定此机构在同级别部门中的顺序；
4)将机构信息以及组成关系存入数据库。
8.根据权利要求6所述的一种面向边缘计算的协同管理方法，其特征在于，步骤b)的流程如下：
1)录入包括项目名称、唯一编号、项目时间、内容描述、位置坐标在内的项目信息；
2)绑定项目所属机构，判断其机构信息是否存在，如果存在，则进行步骤3)，否则创建机构信息，返回步骤1)；
3)根据步骤1)录入的项目信息判断此项目是否有与之属性相同的项目属性特征可以配置，如果有，则进行步骤5)，否则进行步骤4)；
4)根据项目信息，创建新的项目属性特征；
5)将项目属性特征与项目进行绑定并保存项目属性特征的信息。
9.根据权利要求6所述的一种面向边缘计算的协同管理方法，其特征在于，步骤c)的流程如下：
1)判断边缘网关相应数据源是否存在，如果存在，进入步骤2)，如果不存在，进入步骤5)；
2)开启配置后的边缘网关中设备的节点所对应的数据源；
3)在数据源开启的状态下，加载网关配置，与边缘网关进行映射；
4)数据源开启状态以及加载网关配置成功后，系统记录数据源上下线日志信息；
5)创建边缘网关所需数据源信息；
6)判断边缘网关是否真实存在，如果存在，则进入步骤7)，如果不存在，则结束此流程；
7)获取边缘网关的编号；
8)获取厂商编号以及报文协议；
9)将步骤5)中的数据源信息与项目信息进行隶属绑定。
10.根据权利要求6所述的一种面向边缘计算的协同管理方法，其特征在于，步骤d)的流程如下：
1)判断系统中，边缘网关中的设备信息是否存在，如果存在，进入步骤7)，如果不存在，进入步骤2)；
2)根据边缘网关中的设备信息，创建的设备信息并绑定对应设备的数据源信息；
3)录入设备名称、唯一编号、描述；
4)判定系统是否含有设备属性特征用来匹配此设备信息，如果含有，进入步骤6)，如果不含有，进入步骤5)；
5)创建新的设备属性特征；
6)将设备属性特征与此设备进行绑定；
7)为设备信息绑定相应的采集点；
8)为采集点匹配警情监视器；
9)进行设备实时数据采集。
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