CN112434917B - 一种面向服务的孪生制造车间系统重构方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向服务的孪生制造车间系统重构方法。第一，本发明通过构建面向服务的体系架构对孪生制造车间系统进行重构，重构过程包括用户身份判断、服务匹配、服务实例化、执行能力判断、服务组合、异常处理等步骤。第二，针对于制造车间，根据车间业务需求，按照职责和粒度等级对系统进行划分，有助于在系统重构过程中提高效率。第三，将组件库的组成分为五个部分，分别为设计部分、制造部分、检验部分、物流部分、软件部分。本发明基于面向服务的体系提出了孪生制造车间系统重构的方法，在保证了零件加工质量的同时，也能够满足车间系统的通用性，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及智能制造领域，具体涉及一种面向服务的孪生制造车间系统重构方法。
背景技术
车间系统是连接车间管理层与车间控制层之间的桥梁，属于企业信息系统的重要组成部分。而传统的制造系统基本都是针对于具体车间的特定需求定制开发的，对于同类型制造车间没有通用性，每次的系统开发都需要经过系统分析、设计、开发、实施等过程，开发难度较大，开发周期长，成本高，而且不同车间零件产品的加工质量无法保证。因此，有必要结合面向服务理论，建立一种面向服务的孪生制造车间系统重构方法，给出一套能够在保障零件质量的同时可快速重构和部署的制造车间系统解决方案。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种面向服务的孪生制造车间系统重构方法
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种面向服务的孪生制造车间系统重构方法，包括如下步骤：
步骤1：用户向系统提出孪生制造车间系统服务重构请求，系统对用户的身份进行判断，如果请求合法，则执行步骤2，否则执行步骤8；
步骤2：根据用户所提出的服务重构请求，在组件库中进行匹配查找，如果组件库中有服务资源匹配，则执行步骤3，否则执行步骤4；
步骤3：在服务注册器中进行检索，定位需要执行的服务，如果服务注册器中存在所需要的服务，则提出服务申请，否则从组件库中对调出服务，对服务进行实例化，添加到服务注册器中，然后提出服务申请；
步骤4：组件库中没有用户所提出请求的服务，无法进行重构操作，系统向用户反馈该信息，由用户决定是否进行替代、中止重构或向组件库中添加新的服务；
步骤5：系统根据当前的服务执行能力、系统负荷以及服务状态，判断是否能够立即执行服务，如果能够立即执行，则执行步骤6，否则执行步骤7；
步骤6：根据从组件库、服务注册器中实例化的服务，按照组件组装为构件，构件组成最终服务的顺序，多次重构，实现孪生制造车间系统的重构；
步骤7：将用户提出的服务请求放入到服务申请任务队列中，等待系统的调度执行；当特定事件或者是消息到达时，触发系统的调度服务，根据提前制定好的调度策略，从服务申请任务队列中筛选出等级较高的服务申请，执行步骤6，然后将服务申请从任务队列中删除；如果任务队列不为空，则重新执行步骤7；如果为空，则完成系统的重构；
步骤8：解决在系统重构过程中所遇到的所有异常情况，向用户进行反馈。
本发明进一步的改进在于：
所述步骤1中的用户身份包括三种，分别为管理人员、工程师以及工作人员，只有管理人员提出的系统服务重构请求是合法的。
所述组件库的包括：
3.1设计部分
所述设计部分包括三维模型、二维图纸、工艺路线卡和零件试制；在接收到零件加工的订单后，建立零件的三维模型；以三维模型为基础，绘制二维工程图纸；按照零件的工艺要求、设备要求制作零件加工的工艺路线卡；零件试制采用增材制造的方式，在加工完成后，根据零件的使用条件对试制件进行检验；最后建立零件的资源库，将三维模型、图纸、工艺路线卡上传到服务器中，组成组件库的第一部分；
3.2制造部分
根据零件的工艺路线卡，确定每一步所需要的设备种类，制定每一道加工工序的加工要求、所需要的刀具夹具种类，对数控程序进行编写；将以上内容上传到服务中，组成组件库的第二部分；
3.3检验部分
按照零件订单的要求，制定检验部分所需要进行检验的项目、需要的设备种类，确定零件的检验标准；将以上内容上传到服务中，组成组件库的第三部分；
3.4物流部分
物流部分主要包括车间内设备的位置、物流小车的通讯要求；
3.5软件部分
孪生制造车间系统按模块分为用户管理部分、数据库部分、数据预处理部分、数据可视化部分、基础算法部分、OPC_UA服务器部分；用户管理负责管理用户信息，负责注册、登录；数据库部分包括数据库访问、数据文件及访问、数据备份及恢复、数据查询、数据增删；数据预处理部分有奇异值删除、时间对齐、数据变换；数据可视化部分包括图像图表绘制、操作、存储，车间实时状态显示；基础算法部分包括基础数学算法、数理统计算法、数据拟合算法；OPC_UA服务器部分包括通讯模块、数据模块、控制指令模块。
面向服务实现方式主要有六种主要的实体和操作，分别是服务Ser、服务提供者SerPro、契约Con、请求者SerReq、服务注册器SerReg、操作Oper，SO＝<Ser,SerPro,Con,SerReq,SerReg,Oper>；服务注册器是服务的存储库，提供相关的查询服务；服务请求者向服务注册中心发起查询请求，根据其反馈的信息寻找服务提供者；服务提供者接收来自服务请求者的请求，并根据契约执行请求；契约描述该服务的功能，包括服务的策略、服务协议和服务的接口；服务即孪生制造车间系统中的功能，具有独立性。
所述步骤8中，反馈内容主要为异常发生的位置和产生异常的原因。
一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明为孪生制造车间系统提供了一种低成本、高效率、通用性强的车间系统设计和开发方法。因此，可以在系统设计时将常用的功能考虑进去，形成功能性的组件、构件，在后期使用时只需要从组件库中调用即可。本发明对提出请求用户的权限进行审核之后，对需求进行分析，在组件库中实例化服务，之后进行服务的组合，最终形成系统的重构。通过以上的步骤，首先可以避免无权限用户的误操作导致系统无法正常运行；其次，使用组件库的方式，利用多层面向服务的体系，逐层的组合，能够实现车间系统的快速重构，效率高。本发明所建立的组件库包括了设计部分、制造部分、检验部分、物流部分、软件部分，涵盖了整个孪生制造车间系统的各个部分，在保证各工序加工质量的同时，实现系统的重构，提高了系统的通用性。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的流程图；
图2为本发明所述面向服务体系组成结构图；
图3为本发明所述组件库的划分依据；
图4为本发明所述组件库的组成；
图5为本发明所述面向服务的体系结构模型图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明公开了一种面向服务的孪生制造车间系统重构方法，包括以下步骤：
步骤1：用户向系统提出孪生制造车间系统服务重构请求，系统对用户的身份进行判断，如果请求合法，则执行步骤2，否则执行步骤8；
步骤2：根据用户所提出的服务重构请求，在组件库中进行匹配查找，如果组件库中有服务资源匹配，则执行步骤3，否则执行步骤4；
步骤3：在服务注册器中进行检索，定位需要执行的服务，如果服务注册器中存在所需要的服务，则提出服务申请，否则从组件库中对调出服务，对服务进行实例化，添加到服务注册器中，然后提出服务申请；
步骤4：组件库中没有用户所提出请求的服务，无法进行重构操作，系统向用户反馈该信息，由用户决定是否进行替代、中止重构或向组件库中添加新的服务；
步骤5：系统根据当前的服务执行能力和系统负荷、服务状态等因素，判断能够立即执行服务，如果能够执行，则执行步骤6，否则执行步骤7；
步骤6：根据从组件库、服务注册器中实例化的服务，按照组件组装为构件，构件组成最终服务的顺序，多次重构，实现孪生制造车间系统的重构；
步骤7：将用户提出的服务请求放入到服务申请任务队列中，等待系统的调度执行。当特定事件或者是消息到达时，触发系统的调度服务，根据提前制定好的调度策略，从服务申请任务队列中筛选出等级较高的服务申请，执行步骤6，然后将服务申请从任务队列中删除。如果任务队列不为空，则继续进行步骤7。如果为空，则完成系统的重构；
步骤8：该步骤为系统的异常处理，负责解决在系统重构过程中所遇到的一切异常情况，向用户进行反馈，反馈内容主要为异常发生的位置和产生异常的原因。
本发明一实施例的终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。
所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。
所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
所述处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端设备的各种功能。
所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
如图2所示，面向服务体系(SO)，实现方式主要有六种主要的实体和操作，分别是服务(Ser)、服务提供者(SerPro)、契约(Con)、请求者(SerReq)、服务注册器(SerReg)、操作(Oper)，SO＝<Ser,SerPro,Con,SerReq,SerReg,Oper>。服务注册器是服务的存储库，提供相关的查询服务；服务请求者向服务注册中心发起查询请求，根据其反馈的信息寻找服务提供者；服务提供者接收来自服务请求者的请求，并根据契约执行请求；契约描述该服务的功能，包括服务的策略、服务协议和服务的接口；服务即孪生制造车间系统中的功能，具有独立性。
如图3所示，对于制造车间系统进行关注点分离，根据车间的业务需求，按照职责和粒度等级对系统进行划分，可以将系统分解为数据层、资源层、展现层，系统、子系统、模块。这种划分模式有助于在系统重构过程中提高效率。
如图4所示，车间系统划分后的组件库，包括但不仅限于数据访问服务部分、数据预处理服务部分、数据可视化服务部分、基础算法服务部分、设计资源部分、制造资源部分。
如图5所示，面向服务的体系结构模型包括系统服务、服务、构件、组件四个层次。在系统重构时，由最底层的组件组合成为构件，构件组合为服务，最终又多个服务共同组合成系统服务，完成系统的重构。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种面向服务的孪生制造车间系统重构方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：用户向系统提出孪生制造车间系统服务重构请求，系统对用户的身份进行判断，如果请求合法，则执行步骤2，否则执行步骤8；
步骤2：根据用户所提出的服务重构请求，在组件库中进行匹配查找，如果组件库中有服务资源匹配，则执行步骤3，否则执行步骤4；
所述组件库包括：
3.1 设计部分
所述设计部分包括三维模型、二维图纸、工艺路线卡和零件试制；在接收到零件加工的订单后，建立零件的三维模型；以三维模型为基础，绘制二维工程图纸；按照零件的工艺要求、设备要求制作零件加工的工艺路线卡；零件试制采用增材制造的方式，在加工完成后，根据零件的使用条件对试制件进行检验；最后建立零件的资源库，将三维模型、图纸、工艺路线卡上传到服务器中，组成组件库的第一部分；
3.2 制造部分
根据零件的工艺路线卡，确定每一步所需要的设备种类，制定每一道加工工序的加工要求、所需要的刀具夹具种类，对数控程序进行编写；将以上内容上传到服务中，组成组件库的第二部分；
3.3 检验部分
按照零件订单的要求，制定检验部分所需要进行检验的项目、需要的设备种类，确定零件的检验标准；将以上内容上传到服务中，组成组件库的第三部分；
3.4 物流部分
物流部分主要包括车间内设备的位置、物流小车的通讯要求；
3.5 软件部分
孪生制造车间系统按模块分为用户管理部分、数据库部分、数据预处理部分、数据可视化部分、基础算法部分、OPC_UA服务器部分；用户管理负责管理用户信息，负责注册、登录；数据库部分包括数据库访问、数据文件及访问、数据备份及恢复、数据查询、数据增删；数据预处理部分有奇异值删除、时间对齐、数据变换；数据可视化部分包括图像图表绘制、操作、存储，车间实时状态显示；基础算法部分包括基础数学算法、数理统计算法、数据拟合算法；OPC_UA服务器部分包括通讯模块、数据模块、控制指令模块；
步骤3：在服务注册器中进行检索，定位需要执行的服务，如果服务注册器中存在所需要的服务，则提出服务申请，否则从组件库中对调出服务，对服务进行实例化，添加到服务注册器中，然后提出服务申请；
步骤4：组件库中没有用户所提出请求的服务，无法进行重构操作，系统向用户反馈该信息，由用户决定是否进行替代、中止重构或向组件库中添加新的服务；
步骤5：系统根据当前的服务执行能力、系统负荷以及服务状态，判断是否能够立即执行服务，如果能够立即执行，则执行步骤6，否则执行步骤7；
步骤6：根据从组件库、服务注册器中实例化的服务，按照组件组装为构件，构件组成最终服务的顺序，多次重构，实现孪生制造车间系统的重构；
步骤7：将用户提出的服务请求放入到服务申请任务队列中，等待系统的调度执行；当特定事件或者是消息到达时，触发系统的调度服务，根据提前制定好的调度策略，从服务申请任务队列中筛选出等级较高的服务申请，执行步骤6，然后将服务申请从任务队列中删除；如果任务队列不为空，则重新执行步骤7；如果为空，则完成系统的重构；
步骤8：解决在系统重构过程中所遇到的所有异常情况，向用户进行反馈。
2.根据权利要求1所述的面向服务的孪生制造车间系统重构方法，其特征在于，所述步骤1中的用户身份包括三种，分别为管理人员、工程师以及工作人员，只有管理人员提出的系统服务重构请求是合法的。
3.根据权利要求1所述的面向服务的孪生制造车间系统重构方法，其特征在于，面向服务实现方式主要有六种主要的实体和操作，分别是服务Ser、服务提供者SerPro、契约Con、请求者SerReq、服务注册器SerReg、操作Oper，SO=<Ser,SerPro,Con,SerReq,SerReg,Oper>；服务注册器是服务的存储库，提供相关的查询服务；服务请求者向服务注册中心发起查询请求，根据其反馈的信息寻找服务提供者；服务提供者接收来自服务请求者的请求，并根据契约执行请求；契约描述该服务的功能，包括服务的策略、服务协议和服务的接口；服务即孪生制造车间系统中的功能，具有独立性。
4.根据权利要求1所述的面向服务的孪生制造车间系统重构方法，其特征在于，所述步骤8中，反馈内容主要为异常发生的位置和产生异常的原因。
5.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4任一项所述方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述方法的步骤。
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| CN112434917A (zh) | 2021-03-02 |
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