CN115766688B - 产线边缘侧设备远程纳管方法、系统和可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种产线边缘侧设备远程纳管方法、系统和可读存储介质。服务平台对产线边缘侧的微断开关实现远程控制，在服务平台的web界面端执行微断开关操作；将http post指令转成json文件；json文件中，指定该微断开关对应的在服务平台上注册的设备ID和微断开关希望达到的状态值参数；将json文件下发到微断开关，成为该微断开关的期望状态；微断开关每隔一段设定时间，将下发的期望状态和实际状态相比较，如果两者不一致，则用期望状态的状态值参数覆盖更新实际状态中的状态值参数；完成微断开关状态远程控制。通过远程控制产线边缘侧的微断开关，可以实现远程控制产线边缘侧工控机等设备供断电，节省了人力和时间。

Description

产线边缘侧设备远程纳管方法、系统和可读存储介质

技术领域

本发明涉及一种产线边缘侧设备远程纳管方法和装置，属于分布式数字原生应用技术领域。

背景技术

目前工厂生产线侧的设备，如工业摄像机，采集的数据通常是直接保存在本地工控机，通过工控机的管理界面进行操作。这种方式存在以下许多不足：

1）存在单点故障，PC机一旦停机，将造成生产线的中断，经济损失较大；

2）数据采集不方便，且仅能保存在本地；

3）模型更新不方便，训练模型库升级需要工程师现场拷贝操作；

4）云机协同不方便，PC机作为一个孤岛，没有加入云环境；

5）维护管理不方便，作为一个独立的机器，需要现场维护，没有办法实现远程的纳管、监控和执行命令下发等操作；

6）安全防护不方便，没有办法实现远程安全监控；

7）电源不能实现远程控制，遇到掉电、停机等情况，需要工程师去现场启动。

上述不足中主要的缺点是一个独立的PC形成一个孤岛，且处理能力不足；另外工控机设备不能远程管理，遇到停机后需要重新启动时，工程师必须到现场去操作，如，一个单位有300台工控机，IT管理人员就需要7天24小时值班，并且需要经常去厂区重新启动服务器，有些厂区面积大、路途远，非常耗费人力和时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种产线边缘侧设备远程纳管方法和系统，可以实现远程控制产线边缘侧设备供断电；进一步将产线边缘侧服务器的数据加入服务平台，解决产线边缘侧服务器的孤岛问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种产线边缘侧设备远程纳管方法，服务平台将产线边缘侧的微断开关从关闭/打开状态到打开/关闭状态的远程控制步骤为：

步骤1，通过http post标准操作，在服务平台的web界面端执行微断开关关闭/打开操作，将微断开关的状态值参数设为希望达到的状态值参数；

步骤2，将http post指令转成json文件；

json文件中，指定该微断开关对应的在服务平台上注册的设备ID；

json文件中，指定该微断开关希望达到的状态值参数；

步骤3，将json文件下发到微断开关，成为该微断开关的期望状态；

步骤4，微断开关每隔一段设定时间，将下发的期望状态和实际状态相比较，如果两者一致则继续等待；如果两者不一致，则用期望状态的状态值参数覆盖更新实际状态中的状态值参数；

完成微断开关状态远程控制。

进一步地，步骤4完成微断开关状态远程控制后，微断开关再将期望状态的状态值更新了原来实际状态状态值的成功执行的结果传送回到web界面端；

在web界面端上进行该微断开关状态的更新。

进一步地，步骤1执行前，还包括对微断开关注册的步骤，将各微断开关在服务平台上注册，使注册后的每一个微断开关均对应服务平台上一个唯一的设备ID。

进一步地，所述微断开关用于产线边缘侧的服务器和/或网络交换机的供电开关，服务平台通过对微断开关的远程控制实现对服务器和/或网络交换机的启停控制。

进一步地，服务器通过网络交换机连接构成局域网，服务器通过网络交换机、5GCPE与服务平台连接进行数据传输通讯。

进一步地，所述服务器中存储有由服务平台训练并下发的产品质量检测模型；采集的产品图片存入服务器中，利用产品质量检测模型进行计算处理识别出合格品或不合格品。

一种实现上述方法的产线边缘侧设备远程纳管系统，包括采集设备、集成机柜和服务平台；

采集设备用于采集生产线侧的产品信息，并将采集的产品信息传输至集成机柜中的服务器；

集成机柜设置在生产线边缘侧，包括：微断开关控制板、 至少一台服务器、网络交换机和5G CPE；外部接入电源接于微断开关控制板上，通过微断开关控制板给集成机柜内其他设备供电；各台服务器通过网络交换机连接构成一个局域网；5G CPE通过网线与网络交换机连通，服务器通过5G CPE、有线网络LAN和/或5G与服务平台连接进行数据传输通讯；

微断开关控制板包括微断开关和标准的三孔开关和/或二孔开关；微断开关与三孔开关、二孔开关均电连接，外部接入电源接于微断开关上，服务平台通过远程控制微断开关来实现三孔开关、二孔开关的远程开合闸。

进一步地，服务平台分成相互交互数据的两层，底层是分布式数字原生平台，上层是分布式物孪生平台；

分布式物孪生平台用于建立微断开关的物模型，通过物模型将微断开关接入分布式物孪生平台，实现对微断开关的接入、管理、数据的采集和/或指令的下发；分布式数字原生平台管理的是底层计算资源包括集成机柜中服务器的CPU、内存和磁盘的调用和资源使用统计。

进一步地，所述采集设备为工业相机或传感器。

一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的产线边缘侧设备远程纳管方法。

本发明所达到的有益效果：

本发明公开的产线边缘侧设备远程纳管方法和系统，通过远程控制产线边缘侧的微断开关，可以实现远程控制产线边缘侧工控机等设备供断电，不需要到现场去操作，节省了人力和时间，提高了维护管理工作效率。

将产线边缘侧服务器的监控数据加入服务平台，解决产线边缘侧服务器的孤岛问题，实现了远程对服务器等的纳管、监控和执行命令下发等操作；采集的数据不仅能保存在本地服务器，还能上传服务平台；产品质量检测模型由服务平台训练并下发，可以实现远程升级更新，方便快捷，不需要工程师去现场操作。

附图说明

图1是本发明一实施例的产线边缘侧设备远程纳管系统示意图；

图2是本发明一实施例的产线边缘侧设备远程纳管方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实施例中的产线边缘侧设备远程纳管系统包括工业相机1、集成机柜2和服务平台3。

工业相机1用于采集客户生产线侧的信息，并将采集的信息传输至集成机柜中的X86服务器。在其他实施例中，也可以采用高速相机，还可以采用传感器等其他采集设备。

集成机柜2设置在客户现场产线边缘侧，内部包括：微断开关控制板、 两台X86服务器、网络交换机和5G CPE。外部接入电源（市电或者UPS电源）接于微断开关控制板上，通过微断开关控制板给集成机柜内其他设备供电。两台X86服务器通过网络交换机连接在一起，构成一个局域网环境。双服务器的设置保证了服务器级别的高可靠性。一台服务器完全停机，另外一台服务器可以继续工作不会影响产线运行。平时两台服务器同时运行可以增加处理能力，连接更多的监控设备，如工业相机、高速相机等。在机柜内部，5G CPE通过网线与网络交换机连通，在机柜外部，通过有线网络LAN和/或5G与服务平台3连接进行数据传输通讯。网络交换机通过有线网络LAN或5 G跳转远程连接到服务平台3。

微断开关控制板包括微断开关和标准的三孔、二孔开关。微断开关与三孔开关、二孔开关均电连接，外部接入电源接于微断开关上，可以通过远程控制微断开关来实现三孔开关、二孔开关的远程开合闸。

集成机柜和分布式数字原生服务平台之间通过LAN和5G这两条通信链路实现通讯传输，提高了可靠性，对于没有办法通过LAN有线连接的远程端点，也可以采用5G的传输方式。提供有线网络连接LAN和通过5G CPE的蜂窝连接的两种方式，一方面是为了解决单通信网络失败的冗余问题，另一方面是针对于部分不具备有线网络连接的场景下，可以使用5GCPE的蜂窝连接方式实现连接通讯，这样就可以将集成机柜安放到客户需要的任何地方，实现远程设备的纳管和控制。

整个的服务平台分成两层，底层是分布式数字原生平台，上层是分布式物孪生平台。分布式物孪生服务平台管理的是微断开关的接入、管理、数据的采集、执行的下发等；分布式数字原生平台管理的是底层计算资源（服务器的CPU，内存，磁盘）的调用，资源使用统计、网络交换机端口的管控等。

分布式物孪生平台用于建立物理设备即微断开关的物模型，物模型是物理设备在数字世界中的数字孪生体，可以通过物模型将微断开关接入分布式物孪生平台，从而实现对微断开关的管控，如实现远程开合，电压、电流数据的采集等功能。采集的电压、电流数据为微断开关连接的设备的电流和电压数据，当采集的电流和电压超过预定义的阀值时，可以根据预定义的动作执行微断开关的断开，以保护微断开关连接的设备。即使没有超过预定义的阀值时，也可以通过分布式物孪生服务平台的操作利用上面描述的步骤实现远程的关闭或者是启动操作。

产线边缘侧设备远程纳管系统，安转部署时，只要将服务器加电后，启动5G CPE以保证网络连接通畅，服务器系统的安装和部署工作可以由分布式数字原生服务平台在远程完成，整个过程产线侧客户是无感的，不需要做任何的操作，一旦部署完成客户就可以启动自己的应用程序开始使用，极大的缩短了系统安装和部署的时间，也节省了工程师去产线现场安装调试的时间和费用，尤其是针对大规模多节点（多地）部署的场景。

产线边缘侧设备远程纳管系统，安装部署后，在日常维护时，可以在分布式物孪生平台上对于机柜中微断开关的远程开合可以实现物理层面的开合，实现服务器和网络交换机的启停操作。

将机柜中的服务器资源接入分布式数字原生平台，通过K8S容器化的管理方式，增加了资源使用的便易性和资源级别的高可靠性。

将机柜中的服务器资源接入分布式数字原生平台，可以将实时需要处理的数据和任务在本地服务器完成，而对于一些大计算量的任务，如训练和建模等工作，可以上交到分布式数字原生平台侧完成。 训练完成的模型下发也是一键式从分布式数字原生平台向产线边缘侧下发，工程师不需要去产线现场。

下面以机器视觉检测为例，说明训练和建模这一类大计算量的任务上交到分布式数字原生平台侧的具体完成过程。

机柜可以作为一个连通分布式数字原生平台的节点，放在客户的生产现场执行一些计算任务，如牙刷生产现场执行牙刷质量检测任务，即通过现场的工业相机拍摄的图片进行计算处理来识别出不合格产品。通过照片来识别不合格品的过程包括：确定模型、训练模型，最后得到可以使用的产品质量检测模型的过程。

模型可以理解为用来识别合格品和不合格品的质量检测函数（根据产品质量合格和不合格的区分指标编写的函数，用于识别哪些指标达标，哪些指标不达标，从而综合判断检测的产品是否达到质量要求）。

确定模型是图片上的数据的特征符合哪个预定的质量检测函数（因为质量指标表中的参数较多，针对不同的指标检测有不同的检测函数）。当采集到的数据与参考数据相比不同，且超出了误差范围以外（即需要被标识出来的数据和具体发生的位置），能够被发现就是多个预先设定好的函数（模型）执行的结果。

训练模型就是用已有的数据，通过优化方法确定预设函数中的参数，参数确定后的新的函数就是训练的结果，得到经过优化验证后的函数。这一过程是一个PDCA不断优化的过程。优化的函数越精准，检测的效果越精准。

使用模型就是把新的数据代入优化后的函数求值，并与预设值进行比对，从而判断是否可以满足质量达标条件。

确定模型、训练模型的过程这类计算量较大，对于处理器能力要求比较高的工作均可在分布式数字原生平台侧完成。训练完成后得到的产品质量检测模型，在使用时，下发保存到产线侧集成机柜的服务器中。当工业相机采集的产品的图片保存到服务器中以后，将图片提取的数据代入服务器中的产品质量检测模型中，进行计算处理，识别出合格的产品或者不合格产品。

训练模型更新方便，训练模型库升级在分布式数字原生平台完成，不需要工程师到客户生产现场的服务器中进行安装操作，服务器随时可以接收分布式数字原生平台下发的训练升级后的产品质量检测模型。

实施例2

本实施例中，在实施例1的基础上，对产线边缘侧设备远程纳管方法进行说明。

服务平台建立的微断开关的物模型是物理空间中的微断开关实体在云端的数字化表示，从属性、服务和事件三个维度来对物模型的属性进行定义说明。

(1)属性，主要用于描述物理设备状态的信息，有静态信息和动态信息，主要解决描述其是什么。对于微断开关而言，包括的静态信息是设备不变，如是2P、3P或4P开关。 动态信息是变动的信息，如电流和电压。

(2)服务，主要用于描述向物理设备发送的命令及其应答，主要解决其能做什么，如远程发送一个合闸指令，微断开关可以执行合闸的操作。

(3)事件，主要用于描述物理设备根据预定义的参数值主动执行相关的操作，如超过一定电流的阈值，自动切断连接，此为一事件。

根据物模型中定义的属性，微断开关的信息以json报文的格式上传数据到服务平台，服务平台可以将json报文中的数据提取出来通过web界面展示出来，或者转化为标准数据格式后转发给其他第三方应用程序处理。物模型的动态信息对应于json报文中的预设字段中。如电压和电流的数字都对应于json报文中预设的字段。json报文的格式是明文文件，并且可以编辑。如预设字段中第一行的“AIN03”是预设字段名（属性名），值“0”是本次报文采集的数据。

以当前微断开关的实际状态是0（表示关OFF）为例，结合图2，详细说明微断开关实现远程从关闭OFF到打开状态ON的具体执行步骤如下：

步骤1，通过http post标准操作，在服务平台的web界面端执行微断开关关闭操作（相当于http规范的update修改命令)。如将微断开关的状态值（本实施例中定义为参数status）从0（含义为关）改为1（含义为开）。

步骤2，将http post指令转成json文件。开关动作的执行是在web界面端输入执行的。

json文件中，“ID”：1-指定了具体对应的在服务平台上注册的设备ID对应的微断开关；

“action/states”:1 -微断开关指定的状态值为1（表示开ON）。指定的状态值是更新后希望达到的期望状态的状态值。

步骤3，将json文件下发到微断开关，成为该微断开关的期望状态，相对而言现在的状态是实际状态。

步骤4，微断开关每隔一段设定时间，将下发的期望状态和实际状态相比较，如果两者一致则继续等待；如果两者不一致，就用期望状态中的状态值参数覆盖更新实际状态中的状态值参数，相当于执行了相应的动作，如微断开关从实际状态的参数“0”变成了参数“1”，从而完成了微断开关的由关到开的工作。

步骤5，微断开关再将期望状态的状态值更新了原来实际状态状态值的成功执行的结果通过下行通路（从设备端到web端）方向传送回到web界面端。

步骤6，在web界面端上进行状态的更新（该微断开关的状态更新显示为ON）。

上述步骤执行前，微断开关需事先在服务平台上注册，每一个微断开关有唯一的识别码，注册到服务平台上后对应该服务平台上的唯一的微断开关ID。

同理，本领域普通技术人员可得出微断开关实现远程从打开状态ON到关闭OFF的具体执行步骤。

虽然现有技术中也可以实现微断开关远程的开合闸，但是使用的是传统的物联网设备连接方式，而本专利中采用的是物模型的连接和管理方式，两者区别如下：

传统的物联网设备连接是底层设备一直做到顶层的行业应用，不同的设备需要不同的管理平台，形成了烟囱状的应用，创建效率低，而且彼此之间由于设备类型不同、管理平台不同，因此不能进行数据交换。而采用本专利物模型的技术，同一类设备的物模型是相同的，可以快速复制同一类设备的物模型，不同设备的物模型是不同的，同属一个大类的设备物模型80%是相同的，并且可以使用一个设备管理平台管理多个设备，可以管理不同设备的不同的物模型，可以管理不同厂商的不同设备，也可以管理同一个厂商的不同设备，可以实现彼此之间的数据交换。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.产线边缘侧设备远程纳管方法，其特征是，服务平台将产线边缘侧的微断开关从关闭/打开状态到打开/关闭状态的远程控制步骤为：

步骤1，通过http post标准操作，在服务平台的web界面端执行微断开关关闭/打开操作，将微断开关的状态值参数设为希望达到的状态值参数；

步骤2，将http post指令转成json文件；

json文件中，指定该微断开关对应的在服务平台上注册的设备ID；

json文件中，指定该微断开关希望达到的状态值参数；

步骤3，将json文件下发到微断开关，成为该微断开关的期望状态；

步骤4，微断开关每隔一段设定时间，将下发的期望状态和实际状态相比较，如果两者一致则继续等待；如果两者不一致，则用期望状态的状态值参数覆盖更新实际状态中的状态值参数；

完成微断开关状态远程控制。

2.根据权利要求1所述的产线边缘侧设备远程纳管方法，其特征是，步骤4完成微断开关状态远程控制后，微断开关再将期望状态的状态值更新了原来实际状态状态值的成功执行的结果传送回到web界面端；

在web界面端上进行该微断开关状态的更新。

3.根据权利要求1所述的产线边缘侧设备远程纳管方法，其特征是，步骤1执行前，还包括对微断开关注册的步骤，将各微断开关在服务平台上注册，使注册后的每一个微断开关均对应服务平台上一个唯一的设备ID。

4.根据权利要求1所述的产线边缘侧设备远程纳管方法，其特征是，所述微断开关用于产线边缘侧的服务器和/或网络交换机的供电开关，服务平台通过对微断开关的远程控制实现对服务器和/或网络交换机的启停控制。

5.根据权利要求4所述的产线边缘侧设备远程纳管方法，其特征是，服务器通过网络交换机连接构成局域网，服务器通过网络交换机、5G CPE与服务平台连接进行数据传输通讯。

6.根据权利要求5所述的产线边缘侧设备远程纳管方法，其特征是，所述服务器中存储有由服务平台训练并下发的产品质量检测模型；采集的产品图片存入服务器中，利用产品质量检测模型进行计算处理识别出合格品或不合格品。

7.一种实现权利要求1所述方法的产线边缘侧设备远程纳管系统，其特征是，包括采集设备、集成机柜和服务平台；

采集设备用于采集生产线侧的产品信息，并将采集的产品信息传输至集成机柜中的服务器；

集成机柜设置在生产线边缘侧，包括：微断开关控制板、 至少一台服务器、网络交换机和5G CPE；外部接入电源接于微断开关控制板上，通过微断开关控制板给集成机柜内其他设备供电；各台服务器通过网络交换机连接构成一个局域网；5G CPE通过网线与网络交换机连通，服务器通过5G CPE、有线网络LAN和/或5G与服务平台连接进行数据传输通讯；

微断开关控制板包括微断开关和标准的三孔开关和/或二孔开关；微断开关与三孔开关、二孔开关均电连接，外部接入电源接于微断开关上，服务平台通过远程控制微断开关来实现三孔开关、二孔开关的远程开合闸。

8.根据权利要求7所述的产线边缘侧设备远程纳管系统，其特征是，服务平台分成相互交互数据的两层，底层是分布式数字原生平台，上层是分布式物孪生平台；

分布式物孪生平台用于建立微断开关的物模型，通过物模型将微断开关接入分布式物孪生平台，实现对微断开关的接入、管理、数据的采集和/或指令的下发；分布式数字原生平台用于底层计算资源包括集成机柜中服务器的CPU、内存和磁盘的调用和资源使用统计。

9.根据权利要求7所述的产线边缘侧设备远程纳管系统，其特征是，所述采集设备为工业相机或传感器。

10.一种计算机可读存储介质，其特征是，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的产线边缘侧设备远程纳管方法。