CN111830920B - 一种基于物联网的工厂智慧监测共享云平台 - Google Patents

一种基于物联网的工厂智慧监测共享云平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的工厂智慧监测共享云平台，包括云服务端和客户端，客户端包括本地服务器、生产数据采集模块和远程交互模块；生产数据采集模块包括用于记录设备运行时间的计时组件和用于记录设备在运行时间内生产数量的计件组件；计时组件和计件组件均与本地服务器连接，远程交互模块包括与本地服务器连接的交互显示屏；云服务端包括具有大数据计算和处理能力的中心服务器，中心服务器上连接有数据采集模块和数据存储模块，数据采集模块用于接收本地服务器传送的生产数据，并存储至数据存储模块。本发明具有能够降低企业投入，能够满足多种企业物联网需求，有利于改善企业的运营状态，降低运营成本等优点。

Description

一种基于物联网的工厂智慧监测共享云平台
技术领域
本发明涉及物联网检测和云计算技术领域，特别的涉及一种基于物联网的工厂智慧监测共享云平台。
背景技术
物联网(TheInternetofThings，简称IOT)是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，通过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。物联网是一个基于互联网、传统电信网等的信息承载体，它让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络。
随着技术的发展，基于物联网的云平台在各行业内逐渐得到推广和应用。但是，在实践中，很多传统生产制造型中小企业由于资金和人力的缺乏，无法独立建设物联网云平台，进一步的，由于缺乏物联网云平台的监控，使得决策层无法根据实时生产过程作出快速决策响应；由于缺乏生产环节涉及的生产设备实时运转情况而增加设备维护费用；或生产过程中产生的污染物缺乏有效控制，从而增加企业环境控制成本等。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够降低企业投入，能够满足多种企业物联网需求，有利于改善企业的运营状态，降低运营成本的基于物联网的工厂智慧监测共享云平台。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种基于物联网的工厂智慧监测共享云平台，包括云服务端和通过物联网与所述云服务端连接设置的客户端，其特征在于，所述客户端包括本地服务器、生产数据采集模块和远程交互模块；所述生产数据采集模块包括与每个设备对应设置的计时组件和计件组件；所述计时组件用于记录设备的运行时间，所述计件组件用于记录设备在运行时间内的生产数量；所述计时组件和计件组件均与所述本地服务器连接，所述本地服务器与所述云服务端相连并进行数据传输；所述远程交互模块包括与所述本地服务器连接的交互显示屏；
所述云服务端包括具有大数据计算和处理能力的中心服务器，所述中心服务器上连接有数据采集模块和数据存储模块，所述数据采集模块用于接收所述本地服务器传送的生产数据，并存储至所述数据存储模块；所述中心服务器用于读取所述数据存储模块内存储的生产数据分析各设备的生产效率，并根据对应设备的历史生产效率，找出产线中效率最低的设备，通过本地服务器显示在交互显示屏上。
对于中小企业，只需要配置客户端，就可以共享使用云服务端。能够满足多种企业物联网需求，能够降低企业投入。同时，通过对产线上每台设备的运行时间和生产数量进行记录，并利用云服务端的中心服务器进行计算，能够实时获取产线中效率最低的设备，从而可以帮助决策层做出合理的产线调整决策，有利于提高产线的整体效率，有利于改善企业的运营状态，降低运营成本。
进一步的，所述计件组件与设备的自动控制程序或操作按钮相连，用于获取设备的自动控制程序或操作按钮的执行次数，并根据单件产品在该设备所在工位上所需的执行次数计算得到该设备在运行时间内的生产数量。
产线上的设备主要有两种，一种是全自动设备，通过自动控制程序进行自动作业，另一种是通过操作按钮控制的人工操作设备。在同一工位上，根据不同产品的特征，需要设备的执行次数也各不相同，有的产品在一个工位上只需要执行一次操作即可，有些需要多次，比如电焊工位，需要逐点焊接，满足焊点数量的设计要求。采用该种方式，只需要获取设备自身的按钮或程序信号，无需额外设置新的检测传感器；既可以减少产线上设备投入，又无需工人单独进行计数，保障产线的生产效率。
进一步的，所述客户端还包括用于监控厂内作业区域的监控模块，所述监控模块与所述本地服务器相连，将视频数据实时传输至所述本地服务器，所述本地服务器用于将获取的视频数据直接传送至所述远程交互显示屏或通过所述中心服务器传送至所述远程交互显示屏。
这样，通过监控模块对厂内作业区域的监控，并利用共享的云服务端，就可以实现随时随地对厂内的作业进行查看。
进一步的，所述客户端还包括用于对场内环境进行监测的环境数据监测模块，所述环境数据监测模块与所述本地服务器相连；所述环境数据监测模块包括分布设置在厂内的温度传感器、湿度传感器和粉尘颗粒传感器；所述本地服务器与厂内的PLC控制系统控制相连，所述PLC控制系统包括空调控制和换气风机控制。
这样，通过本地服务器与厂内的PLC控制系统控制相连，就可以随时根据厂内的温度、湿度和粉尘浓度对空调和换气风机进行控制，将厂内作业环境调整到最事宜的工作环境，有利于提高工作效率。
进一步的，所述客户端还包括环保数据采集模块，所述环保数据采集模块包括设置在厂内气体排放出口的气体浓度检测组件和设置在排污管道上的污水流量监测组件；所述环保数据采集模块与所述本地服务器相连，所述本地服务器用于将所述环保数据采集模块采集的环保数据传送至所述数据采集模块；所述中心服务器通过网络与环保监管系统连接，并将接收的环保数据报送至环保监管系统。
进一步的，所述云服务端还包括用于存储模型数据和仿真数据的存储服务器、高性能计算工作站集群和图形工作站，并部署有工程仿真计算软件和设计软件；所述客户端包括web服务客户端或瘦客户端，并通过互联网连接至所述云服务端；所述客户端用于登录所述云服务端，并操作部署在所述云服务端上的工程仿真计算软件或设计软件进行进行CAD设计或CAE仿真。
综上所述，本发明具有能够降低企业投入，能够满足多种企业物联网需求，有利于改善企业的运营状态，降低运营成本等优点。
附图说明
图1为基于物联网的工厂智慧监测共享云平台的整体拓扑示意图。
图2为CAE仿真部分的拓扑示意图。
图3为基于物联网的工厂智慧监测共享云平台的结构框图。
图4为CAE仿真部分的结构框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施时：如图1～图4所示，一种基于物联网的工厂智慧监测共享云平台，包括云服务端1和通过物联网与所述云服务端1连接设置的客户端2，所述客户端2包括本地服务器21、生产数据采集模块22和远程交互模块23；所述生产数据采集模块22包括与每个设备对应设置的计时组件和计件组件；所述计时组件用于记录设备的运行时间，所述计件组件用于记录设备在运行时间内的生产数量；所述计时组件和计件组件均与所述本地服务器21连接，所述本地服务器21与所述云服务端1相连并进行数据传输；所述远程交互模块22包括与所述本地服务器21连接的交互显示屏；
所述云服务端1包括具有大数据计算和处理能力的中心服务器11，所述中心服务器11上连接有数据采集模块12和数据存储模块13，所述数据采集模块12用于接收所述本地服务器21传送的生产数据，并存储至所述数据存储模块13；所述中心服务器11用于读取所述数据存储模块13内存储的生产数据分析各设备的生产效率，并根据对应设备的历史生产效率，找出产线中效率最低的设备，通过本地服务器显示在交互显示屏上。
对于中小企业，只需要配置客户端，就可以共享使用云服务端。能够满足多种企业物联网需求，能够降低企业投入。同时，通过对产线上每台设备的运行时间和生产数量进行记录，并利用云服务端的中心服务器进行计算，能够实时获取产线中效率最低的设备，从而可以帮助决策层做出合理的产线调整决策，有利于提高产线的整体效率，有利于改善企业的运营状态，降低运营成本。
实施时，所述计件组件与设备的自动控制程序或操作按钮相连，用于获取设备的自动控制程序或操作按钮的执行次数，并根据单件产品在该设备所在工位上所需的执行次数计算得到该设备在运行时间内的生产数量。
产线上的设备主要有两种，一种是全自动设备，通过自动控制程序进行自动作业，另一种是通过操作按钮控制的人工操作设备。在同一工位上，根据不同产品的特征，需要设备的执行次数也各不相同，有的产品在一个工位上只需要执行一次操作即可，有些需要多次，比如电焊工位，需要逐点焊接，满足焊点数量的设计要求。采用该种方式，只需要获取设备自身的按钮或程序信号，无需额外设置新的检测传感器；既可以减少产线上设备投入，又无需工人单独进行计数，保障产线的生产效率。
实施时，所述客户端2还包括用于监控厂内作业区域的监控模块24，所述监控模块24与所述本地服务器21相连，将视频数据实时传输至所述本地服务器21，所述本地服务器21用于将获取的视频数据直接传送至所述远程交互显示屏或通过所述中心服务器11传送至所述远程交互显示屏。
这样，通过监控模块对厂内作业区域的监控，并利用共享的云服务端，就可以实现随时随地对厂内的作业进行查看。
实施时，所述客户端2还包括用于对场内环境进行监测的环境数据监测模块25，所述环境数据监测模块25与所述本地服务器21相连；所述环境数据监测模块25包括分布设置在厂内的温度传感器、湿度传感器和粉尘颗粒传感器；所述本地服务器21与厂内的PLC控制系统控制相连，所述PLC控制系统包括空调控制和换气风机控制。
这样，通过本地服务器与厂内的PLC控制系统控制相连，就可以随时根据厂内的温度、湿度和粉尘浓度对空调和换气风机进行控制，将厂内作业环境调整到最事宜的工作环境，有利于提高工作效率。
实施时，所述客户端2还包括环保数据采集模块26，所述环保数据采集模块26包括设置在厂内气体排放出口的气体浓度检测组件和设置在排污管道上的污水流量监测组件；所述环保数据采集模块26与所述本地服务器21相连，所述本地服务器21用于将所述环保数据采集模块26采集的环保数据传送至所述数据采集模块12；所述中心服务器11通过网络与环保监管系统连接，并将接收的环保数据报送至环保监管系统。
实施时，所述云服务端1还包括用于存储模型数据和仿真数据的存储服务器、高性能计算工作站集群和图形工作站，并部署有工程仿真计算软件和设计软件；所述客户端2包括web服务客户端或瘦客户端，并通过互联网连接至所述云服务端1；所述客户端2用于登录所述云服务端1，并操作部署在所述云服务端1上的工程仿真计算软件或设计软件进行进行CAD设计或CAE仿真。
仿真分析人员通过客户端登录云服务端，客户端将鼠标和键盘的操作指令发送至云服务端，其中，鼠标的操作指令包括移动光标指令和按键点击指令，具体的，客户端将光标的实时坐标作为移动光标指令发送至云服务端，将记录的鼠标左键或右键的点击状态数据作为按键点击指令发送至云服务端。
所述云服务端包括：
数据接收单元14，用于接收客户端发送的鼠标和键盘的操作指令，即光标的实时坐标和鼠标的左键点击或右键点击。
光标弹窗检测单元15，用于实时跟踪光标并检测光标附近的弹出窗口；具体的，将与光标的距离小于50像素的范围确定为光标附近。由于部分软件界面上的元素会在光标经过时或光标停留时，采用弹出窗口的形式进行操作提示或介绍，由于这种弹出窗口对CAE仿真的具体操作并无影响，且窗口弹出时对整个交互界面的其他部分并不产生实质性影响，因此，只需要将弹出窗口这部分的图像传输至客户端相对应位置处显示即可。
为此，云服务端还包括窗口边缘检测单元16和图像获取单元17，其中，窗口边缘检测单元16用于检测光标附近弹出窗口的边缘，并获取弹出窗口的坐标；图像获取单元17用于根据所述窗口边缘检测单元4检测到的弹出窗口的边缘获取弹出窗口的完整图像；
另外，云服务端还包括界面传输单元18，用于将所述图像获取单元17获取的图像及对应的坐标数据发送至客户端界面进行覆盖显示。
通过上述操作，就可以将鼠标经过时或停留时的弹出窗口通过边缘识别并获取图像后，单独发送至客户端，相比于获取整个交互界面的图像再发送至客户端，能够大大缩小图像的体积，从而能够获得更快的响应速度，改善操作体验。由于云服务端具有强大的图形处理能力和数据计算能力，从而能够快速地完成弹出窗口的边缘识别和图像获取。
虽然获取整个交互界面的图像会大大增加图像的体积，但能够刷新客户端的整个界面，显示效果更好，若网络传输速度能够满足图像传输要求的情况下，则无需对弹出窗口单独进行图像获取，从而能够节省云服务端的硬件资源。
因此，本实施例中，云服务端还包括用于实时监测客户端和云服务端之间网络传输速度的网速监测单元110。这样，就可以通过获取到的整个交互界面图像的体积与网络传输速度之间的比值，计算图像传输的时间，若传输时间大于设定的最大延迟时间，则需要对弹出窗口的边缘进行识别后获取图像，单独发送至客户端。否则，就将整个交互界面的图像直接发送至客户端。
具体的，还可以采用如下方式进行控制：在客户端远程操作过程中，云服务端对传输过程中的完整交互界面图像的体积进行统计，并根据允许的最大延迟时间，就可以计算出对应的最小网络传输速度。这样，一旦网速监测单元110检测到实时网速小于最小网络传输速度，就可以对弹出窗口的边缘进行识别后获取图像，单独发送至客户端。否则，就将整个交互界面的图像直接发送至客户端。
使用时，由于仿真分析人员可以通过不同的终端作为客户端进行登录，而不同终端的分辨率均不一致，为保证操作的统一性，云服务端还包括坐标转换单元19，所述坐标转换单元19用于将客户端界面内的坐标和云服务端界面内的坐标进行相互转换。
通常，工程仿真计算软件和设计软件的交互界面均包括用于显示模型的工作分区和工作分区顶部的菜单分区，而部分软件的交互界面还具有设置在工作分区左侧和/或右侧的辅助分区，操作时，为了实时查看模型的状态，工作分区需要具有较高的实时性，而菜单分区和辅助分区的交互内容相对比较固定，具有相对交底的实时性。
为此，云服务端还包括用于对云服务端界面进行分割成区的分区单元120，所述分区单元120包括用于存储各分区坐标数据的分区存储模块121和用于获取各分区坐标数据的分区设置模块122，所述分区设置模块122包括用于获取光标点击坐标数据的自定义设置组件和用于调用所述窗口边缘检测单元16获取窗口坐标数据的自动设置组件。所述图像获取单元17还可以根据各分区坐标获取对应分区的完整图像。由于分区均为矩形，所述分区坐标数据包括分区的两个对角的坐标。
这样，对于交互实时性要求较高的分区，可以以分区作为整体进行图像传输，对于交互实时性要求相对较低的分区，可以对该分区内的弹出窗口进行边缘识别后获取图像再传输至客户端。
具体使用时，客户端与云服务端之间采用如下步骤进行交互：
为便于说明，将先获取整个交互界面的图像再进行传输称为整体传输，将先对弹出窗口的边缘进行识别后获取图像再进行传输称为交互弹窗传输；将先获取分区的图像再进行传输称为分区传输。
仿真分析人员通过客户端登录云服务端后，打开工程仿真计算软件或设计软件后，云服务端调用分区设置模块122对交互界面进行分割，分割时，可以调用窗口边缘检测单元16对各分区的边界/边缘进行自动识别，并将识别分区的坐标数据存储到分区存储模块121内；也可以通过光标框选，记录两次点击的坐标数据作为分区的坐标数据存储到分区存储模块121内。
将交互界面分割成至少两个分区，其中一个分区为用于显示模型的工作分区；
云服务端在进行交互界面传输时，通过网速监测单元110实时监测云服务端与客户端之间的网络传输速度；若网络传输速度大于第一设定网速，则在云服务端和客户端之间采用与客户端的刷屏频率进行整体传输；若网络传输速度小于第一设定网速，且大于第二设定网速，则降低云服务端与客户端之间整体传输的频率，并在整体传输间隙增加分区传输和交互弹窗传输，具体为：对工作分区的交互图像采用分区传输，对其他分区的交互图像采用交互弹窗传输；如采用1/3的客户端刷新频率进行整体传输，采用2/3的客户端刷新频率进行分区传输，并在分区传输的同时实时检测其他分区的弹出窗口，进行交互弹窗传输；若网络传输速度小于第二设定网速，则将分区传输全部替换成交互弹窗传输，如采用1/3的客户端刷新频率进行整体传输，采用2/3的客户端刷新频率进行交互弹窗传输。
具体的，所述交互弹窗传输包括如下步骤：
S1、实时跟踪光标并检测光标附近的弹出窗口；
S2、一旦检测到弹出窗口，则对弹出窗口的边缘进行识别，并获取弹出窗口的位置坐标；
S3、根据识别的边缘获取弹出窗口的图像；
S4、将获取的图像传送至客户端进行区域覆盖显示。
所述分区传输包括如下步骤：
F1、先将交互界面分割成至少两个呈矩形的分区，并获取各分区的坐标数据；
F2、根据各分区的坐标数据划定该分区的边缘，并根据划定的边缘获取分区的图像；
F3、将获取的分区图像传送至客户端进行区域覆盖显示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于物联网的工厂智慧监测共享云平台，包括云服务端（1）和通过物联网与所述云服务端（1）连接设置的客户端（2），其特征在于，所述客户端（2）包括本地服务器（21）、生产数据采集模块（22）和远程交互模块（23）；所述生产数据采集模块（22）包括与每个设备对应设置的计时组件和计件组件；所述计时组件用于记录设备的运行时间，所述计件组件用于记录设备在运行时间内的生产数量；所述计时组件和计件组件均与所述本地服务器（21）连接，所述本地服务器（21）与所述云服务端（1）相连并进行数据传输；所述远程交互模块（22）包括与所述本地服务器（21）连接的交互显示屏；
所述云服务端（1）包括具有大数据计算和处理能力的中心服务器（11），所述中心服务器（11）上连接有数据采集模块（12）和数据存储模块（13），所述数据采集模块（12）用于接收所述本地服务器（21）传送的生产数据，并存储至所述数据存储模块（13）；所述中心服务器（11）用于读取所述数据存储模块（13）内存储的生产数据分析各设备的生产效率，并根据对应设备的历史生产效率，找出产线中效率最低的设备，通过本地服务器显示在交互显示屏上；
所述云服务端（1）还包括用于存储模型数据和仿真数据的存储服务器、高性能计算工作站集群和图形工作站，并部署有工程仿真计算软件和设计软件；所述客户端（2）包括web服务客户端或瘦客户端，并通过互联网连接至所述云服务端（1）；所述客户端（2）用于登录所述云服务端（1），并操作部署在所述云服务端（1）上的工程仿真计算软件或设计软件进行CAD设计或CAE仿真；
所述云服务端（1）还包括：
数据接收单元（14），用于接收客户端发送的鼠标和键盘的操作指令，包括光标的实时坐标和鼠标的左键点击或右键点击；
光标弹窗检测单元（15），用于实时跟踪光标并检测光标附近的弹出窗口；
窗口边缘检测单元（16），用于检测光标附近弹出窗口的边缘，并获取弹出窗口的坐标；
图像获取单元（17），用于根据所述窗口边缘检测单元检测到的弹出窗口的边缘获取弹出窗口的完整图像；
界面传输单元（18），用于将所述图像获取单元（17）获取的图像及对应的坐标数据发送至客户端界面进行覆盖显示；
坐标转换单元（19），用于将客户端界面内的坐标和云服务端界面内的坐标进行相互转换；
网速监测单元（110），用于实时监测客户端和云服务端之间网络传输速度；
分区单元（120），用于对云服务端界面进行分割成区，所述分区单元（120）包括用于存储各分区坐标数据的分区存储模块（121）；所述图像获取单元（17）还根据各分区坐标获取对应分区的完整图像；
所述客户端与云服务端之间采用如下步骤进行交互：
云服务端在进行交互界面传输时，通过网速监测单元（110）实时监测云服务端与客户端之间的网络传输速度；若网络传输速度大于第一设定网速，则在云服务端和客户端之间采用与客户端的刷屏频率进行整体传输；若网络传输速度小于第一设定网速，且大于第二设定网速，则降低云服务端与客户端之间整体传输的频率，并在整体传输间隙增加分区传输和交互弹窗传输；所述整体传输为先获取整个交互界面的图像再进行传输，所述交互弹窗传输为先对弹出窗口的边缘进行识别后获取图像再进行传输，所述分区传输为先获取分区的图像再进行传输。
2.如权利要求1所述的基于物联网的工厂智慧监测共享云平台，其特征在于，所述计件组件与设备的自动控制程序或操作按钮相连，用于获取设备的自动控制程序或操作按钮的执行次数，并根据单件产品在该设备所在工位上所需的执行次数计算得到该设备在运行时间内的生产数量。
3.如权利要求1所述的基于物联网的工厂智慧监测共享云平台，其特征在于，所述客户端（2）还包括用于监控厂内作业区域的监控模块（24），所述监控模块（24）与所述本地服务器（21）相连，将视频数据实时传输至所述本地服务器（21），所述本地服务器（21）用于将获取的视频数据直接传送至所述远程交互显示屏或通过所述中心服务器（11）传送至所述远程交互显示屏。
4.如权利要求1所述的基于物联网的工厂智慧监测共享云平台，其特征在于，所述客户端（2）还包括用于对场内环境进行监测的环境数据监测模块（25），所述环境数据监测模块（25）与所述本地服务器（21）相连；所述环境数据监测模块（25）包括分布设置在厂内的温度传感器、湿度传感器和粉尘颗粒传感器；所述本地服务器（21）与厂内的PLC控制系统控制相连，所述PLC控制系统包括空调控制和换气风机控制。
5.如权利要求1所述的基于物联网的工厂智慧监测共享云平台，其特征在于，所述客户端（2）还包括环保数据采集模块（26），所述环保数据采集模块（26）包括设置在厂内气体排放出口的气体浓度检测组件和设置在排污管道上的污水流量监测组件；所述环保数据采集模块（26）与所述本地服务器（21）相连，所述本地服务器（21）用于将所述环保数据采集模块（26）采集的环保数据传送至所述数据采集模块（12）；所述中心服务器（11）通过网络与环保监管系统连接，并将接收的环保数据报送至环保监管系统。
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