CN116306662A - 一种基于物联网标识的生产要素管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于物联网标识的生产要素管理系统及方法，属于制造生产要素标识管理领域。本发明将生产要素发现、生产要素内在关联关系描述和管理服务等功能集一体，利用标识扫描技术发现生产要素；利用物联网标识解析平台，将工厂内生产要素管理系统与生产要素关联机构的信息系统进行无缝连接，实时、方便获取生产要素基本信息，进一步利用语义技术将信息融合为语义数据，形成生产要素语义网络图形数据库；基于语义网络图像数据库，构建生产要素管理服务平台，支持生产要素信息智能查询、推理等AI功能，从而降低以往管理方式对产品信息进行查询、智能分析、辅助决策等功能的复杂度，同时还能显著降低标识应用的门槛。

Description

一种基于物联网标识的生产要素管理系统及方法
技术领域
本发明涉及制造生产要素标识管理领域，具体是一种基于物联网标识的生产要素管理系统及方法。
背景技术
标识是用来描述被感知的物理或逻辑对象的标志。生产要素是指进行社会生产活动时所需要的各种社会资源，在制造过程中，生产要素包括人、生产工具和生产物资。
目前行业内一般使用ERP和MES软件对工厂内的生产资源进行管理，多基于传统二维表关系模型对生产要素信息进行存储、查询，只能提供“对象——属性”简单的映射关系描述。而随着智能制造的进一步发展，工厂管理者对生产过程数据进行进一步数据挖掘提出了新的需求，传统的生产要素数据管理系统已经无法支撑工业数据管理智能化需求。同时工厂在制造过程中涉及的生产要素对象种类、数量十分巨大，生产要素传统管理系统仅仅将生产要素标识编码、数量在本地进行存储，无法将生产资源上游客户(例如物料生产商)对资源的描述关联起来，即现有生产要素管理系统只管理了“生产要素标识——制造商”、“生产要素标识——数量”等简单二维关系数据，无法支撑对生产要素进一步优化管理的需求。
因此，针对现有制造信息管理系统的不足，亟需一种将生产要素发现、生产要素内在关联关系描述、管理服务等功能集一体的制造信息管理系统。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于物联网标识的生产要素管理系统及方法，用于对生产要素进行统一管理，解决异构生产要素的标识信息描述不直观及其查询方式单一的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于物联网标识的生产要素管理系统，其特征在于，包括生产要素发现模块、生产要素内在关系描述模块和生产要素管理服务模块；
所述生产要素发现模块，用于利用OID标识解析体系对生产要素中入库的物资、工厂的工作人员和生产中所需的生产工具信息进行标识编码，并写入生产要素内在关系描述模块中；
所述生产要素内在关系描述模块，用于采用标识和语义技术，即利用物联网标识解析体系的语义映射标识编码构建生产要素的语义数据，并存入语义数据库，对生产要素进行统一管理和语义描述，其中，语义描述采用RDF三元组形式；
所述生产要素管理服务模块，用于统一管理生产三要素，处理生产要素内在关系描述模块上传的生产要素相关数据信息，以及使用三元组形式的RDF存储生产要素标识相关信息，从而完成OID查询、智能分析或需求决策。
进一步的，所述生产要素发现模块中，OID标识解析体系是通过安装条形码、二维码或RFID电子标签来获取生产要素唯一且永久的身份标识。
进一步的，所述生产要素内在关系描述模块中，所述物联网标识解析体系包括标识编码、标识解析和标识数据服务三个部分；其中，标识编码包括：记录生产人员、生产工具和生产物资唯一的身份标识，实现生产要素区分和管理；标识解析包括：支持DNS、Handle、OID和DID中的一种或多种，通过标识查询生产要素相关信息。
进一步的，所述生产要素内在关系描述模块中，物联网标识解析体系的整体架构采用分层、分级模式构建，包括：根节点、国家顶级节点、二级节点、企业节点和公共递归节点五个层级。
进一步的，所述生产要素内在关系描述模块中，语义描述依赖于XML和RDF技术，其中XML通过标签的形式组织数据和处理数据的关系，用于传输和存储数据；RDF建立一种描述网络资源的通用框架并且RDF中的URI给生产要素赋予一个唯一的标识，采用统一的标准来描述生产要素标识的相关信息；每一行表示一个三元组，用多个三元组来表示RDF数据集并且用来描述生产要素之间的关系。
进一步的，RDF由节点和边组成，节点表示生产要素，边表示生产要素之间的关系。
进一步的，所述生产要素管理服务模块中，当数据被加载进三元组存储库之后，使用SPARQL协议来发送SPARQL查询去查询，SPARQL查询基于图匹配的思想，能够检索和操作以RDF格式存储的数据；同时生产要素管理服务模块负责处理用户对产品信息进行查询后所做出的分析和决策。
进一步的，还包括客户管理终端，用于用户通过语义检索以及关联查询能够检索和操作以RDF格式存储的数据，然后将检索结果按需返回给用户。
一种基于物联网标识的生产要素管理方法，上述系统进行，所述方法包括以下步骤：
步骤1：基于OID标识解析体系将生产要素的标识编码写入系统的生产要素发现模块；工厂在接到订单后制定生产计划，生成计划编号，根据计划编号统一将订单提供的OID标识写入系统的生产要素发现模块；该OID标识包含所有生产要素；生产要素发现模块利用外部身份标识符，发现已经写入过系统的OID，并等待解析OID提供的生产要素；
步骤2：在工厂需要获取订单生产要素信息时，生产要素内在关系描述模块通过物联网标识解析体系解析OID的生产要素信息，并映射为RDF三元组存入语义数据库，用于管理及获取订单的生产要素；
步骤3：在工厂使用订单生产要素信息时，通过生产要素管理服务模块进行OID查询、智能分析或需求决策，生产要素管理服务模块通过构建SPARQL语言查询语义数据库获取OID标识的语义数据，或利用语义推理机基于已有的生产要素语义数据库进行推理，并返回查询或推理结果。
进一步的，还包括：生产要素管理服务模块根据OID获取生产物资实时产生的数据信息并进行存储，实现生产物资的状态跟踪。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明有别于传统的标识体系，借助物联网标识解析体系，使用企业前缀与企业内部的编码规则构建生产要素标识编码规则，对标识进行注册、分配、解析和管理,可以对生产中的原材料、半成品、成品等生产物资实现一物一码，再用此标识关联生产活动中的各种人员、工具等，基于物联网标识解析体系进行规范化的编码管理、解析管理等，能够显著降低标识应用的门槛。
(2)本发明基于物联网标识管理实现，语义描述使用RDF三元组将生产中的生产要素相关信息通过语义描述映射到一个通用的语义知识模型上，达到生产要素统一描述和管理的目的。由于数据直观标准的特点，机器也可以理解这些数据，降低了以往管理方式对产品信息进行查询、智能分析、辅助决策等功能的复杂度。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
图1为本发明一种基于物联网标识的生产要素管理系统其中一个实施例的结构图；
图2为本发明的物联网标识解析体系设计图；
图3为本发明的生产要素关系描述语义数据示意图；
图4为本发明一种基于物联网标识的生产要素管理方法其中一个实施例的流程图。
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
请参阅图1～图4，其中图1所示的生产要素管理系统，包括生产要素发现模块、生产要素内在关系描述模块、生产要素管理服务模块和客户管理终端。
所述生产要素发现模块，用于利用OID标识解析体系对生产要素中入库的物资、工厂的工作人员和生产中所需的生产工具信息进行标识编码，并写入生产要素内在关系描述模块中。
所述生产要素内在关系描述模块，用于通过基于物联网标识解析体系的语义映射标识编码构建生产要素的语义数据，并存入语义数据库，对生产要素进行统一管理和直观描述。
所述生产要素管理服务模块，用于处理生产要素内在关系描述模块上传的生产要素相关数据信息，以及使用三元组形式的RDF存储语义数据。可通过客户管理终端进行OID查询，系统根据OID标识通过SPARQL语言查询语义数据库，获取OID标识对应生产要素的语义信息并返回客户管理终端。进一步，客户管理终端可向生产要素管理服务模块提出智能分析与决策需求，生产要素管理服务模块利用语义推理机基于已构建的生产要素语义数据库进行推理，并返回结果。
客户管理终端，基于Web服务的人机交互界面，提供用户统一的生产要素管理系统平台入口，用于统一管理生产要素，实现产品全生命周期管理。客户管理终端主要用于用户通过语义检索以及关联查询能够检索和操作以RDF格式存储的数据，然后将检索结果按需返回给用户。客户管理终端统一管理生产三要素，可以是PC或者任意移动设备。
图2所示为物联网标识解析体系设计，物联网标识解析体系主要由根节点、国家顶级节点、二级节点、企业节点和公共递归节点5个层级构成。该体系提供标识注册﹑标识解析﹑数据管理和标识查询等功能。将生产活动中的各种人员、生产工具、生产物资、工艺进行全方位关联，以便用户可以通过标识对显示屏、电池、元器件等对象的相关信息进行查询，实现产品的全生命周期管理。
如图3所示的生产要素关系描述语义数据图形，这里以生产电子产品的工厂生产要素为例。节点是语义数据图中的一个基本元素，用以表示一个实体记录，类似关系数据库中的一条记录，如：“电子产品”、“生产工具”。关系同样是语义的基本元素，关系用来连接两个节点，如关联“电子产品”和“生产工具”的关系——“kg:tool”。使用RDFS/OWL描述RDF形式的电子产品数据，每一行表示一个三元组，RDF数据集用多个三元组来表示，方便机器解析和处理以电子产品为核心的生产要素之间的关系。这里的“kg:”是RDF文件中所定义的前缀，以便在图形的序列化中更容易地引用IRI，例如若定义@prefix kg:<http://www.kg.com/ontology/>，则kg:tool对应“http://www.kg.com/ontology/tool”。
图4所示为本发明具体实现方法流程图。结合图2、图3和图4，采用上述基于物联网标识的生产要素管理系统进行管理的方法如下步骤，本实施例中以生产电子产品工厂为例，本实施例采用物联网标识解析技术和语义描述对原材料、生产人员和生产工具等进行统一管理和描述。
步骤1：基于OID标识解析体系对生产电子产品所需的生产要素进行标识编码。工厂在接到生产订单后制定生产计划，生成计划编号，根据计划编号统一将订单提供的OID标识写入系统的生产要素发现模块。在生产要素管理服务模块的语义数据库中存储RDF格式的生产要素标识信息。
其中，生产要素可以是任意数量的，工厂内电子产品所需的生产要素采用OID标识解析体系进行唯一地标识命名，一旦被赋予标识命名，则该标识名称一直有效。OID标识包含所有生产要素；生产要素发现模块利用外部身份标识符，发现已经写入过系统的OID，并等待解析OID提供的生产要素。
步骤2：在工厂需要获取订单生产要素信息时，生产要素内在关系描述模块通过物联网标识解析体系解析OID的生产要素信息，并映射为RDF三元组存入语义数据库，用于管理及获取订单的生产要素。例如在组装环节，将上游供货商的模组器件OID标识向公共递归解析节点发送解析申请，解析平台通过国家顶级节点、二级节点、企业节点多级标识解析系统分层解析，最终返回上游供货商的模组器件的属性。在生产线上的关键位置，生产要素相关信息通过语义描述映射到一个通用的语义知识模型之上，通过RDF三元组对生产要素相关信息建立关联关系和进行统一描述，完成不同生产要素之间的关联进而以三元组形式的RDF存储。
步骤3：在工厂使用订单生产要素信息时，通过生产要素管理服务模块进行OID查询、智能分析或需求决策，生产要素管理服务模块通过构建SPARQL语言查询语义数据库获取OID标识的语义数据，或利用语义推理机基于已有的生产要素语义数据库进行推理，并返回查询或推理结果。
基于构建的电子产品生产要素关系描述语义数据，可对电子产品制造过程信息进行查询追溯、智能分析与辅助决策。例如，使用生产要素的标识码对生产物资、生产人员、生产环境、生产工具、产品检验等信息进行分析，查找出现质量问题产品的原因。通过该工厂OID标识解析体系对生产要素进行标识注册，此标识码关联后续生产中所涉及的生产物资、操作人员、生产工具和质量检验信息。通过跟踪产品从生产到质检等环节，掌握每个环节中生产进展情况并根据情况及时做出反应，完整地记录产品的全部历史信息。如果在质检环节发现质量问题，以生产要素标识为线索就能对产品生产全过程的信息进行查询从而进行追踪与回溯，查询分析电子产品相关的生产材料、工艺、生产人员、生产工具等条件与产品质量关系，进而进行智能分析获得改善产品质量的生产决策。用户可通过SPARQL语言对语义数据库进行查询，实现对生产要素标识信息的查询；利用JENA、JESS等推理机对构建的语义网络和数据进行推理，提供辅助决策功能，提升制造过程的智能化水平
另外，生产要素管理服务模块可根据OID获取生产物资实时产生的数据信息并进行存储，实现生产物资的状态跟踪。
本发明另一方面提供了一种基于物联网标识的生产要素管理系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行第一方面所述的基于物联网标识的生产要素管理方法。
本发明另一方面提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的基于物联网标识的生产要素管理方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于物联网标识的生产要素管理系统，其特征在于，包括生产要素发现模块、生产要素内在关系描述模块和生产要素管理服务模块；
所述生产要素发现模块，用于利用OID标识解析体系对生产要素中入库的物资、工厂的工作人员和生产中所需的生产工具信息进行标识编码，并写入生产要素内在关系描述模块中；
所述生产要素内在关系描述模块，用于采用标识和语义技术，即利用物联网标识解析体系的语义映射标识编码构建生产要素的语义数据，并存入语义数据库，对生产要素进行统一管理和语义描述，其中，语义描述采用RDF三元组形式；
所述生产要素管理服务模块，用于统一管理生产三要素，处理生产要素内在关系描述模块上传的生产要素相关数据信息，以及使用三元组形式的RDF存储生产要素标识相关信息，从而完成OID查询、智能分析或需求决策。
2.根据权利要求1所述的基于物联网标识的生产要素管理系统，其特征在于，所述生产要素发现模块中，OID标识解析体系是通过安装条形码、二维码或RFID电子标签来获取生产要素唯一且永久的身份标识。
3.根据权利要求1所述的基于物联网标识的生产要素管理系统，其特征在于，所述生产要素内在关系描述模块中，所述物联网标识解析体系包括标识编码、标识解析和标识数据服务三个部分；其中，标识编码包括：记录生产人员、生产工具和生产物资唯一的身份标识，实现生产要素区分和管理；标识解析包括：支持DNS、Handle、OID和DID中的一种或多种，通过标识查询生产要素相关信息。
4.根据权利要求1或3所述的基于物联网标识的生产要素管理系统，其特征在于，所述生产要素内在关系描述模块中，物联网标识解析体系的整体架构采用分层、分级模式构建，包括：根节点、国家顶级节点、二级节点、企业节点和公共递归节点五个层级。
5.根据权利要求1所述的基于物联网标识的生产要素管理系统，其特征在于，所述生产要素内在关系描述模块中，语义描述依赖于XML和RDF技术，其中XML通过标签的形式组织数据和处理数据的关系，用于传输和存储数据；RDF建立一种描述网络资源的通用框架并且RDF中的URI给生产要素赋予一个唯一的标识，采用统一的标准来描述生产要素标识的相关信息；每一行表示一个三元组，用多个三元组来表示RDF数据集并且用来描述生产要素之间的关系。
6.根据权利要求1或5所述的基于物联网标识的生产要素管理系统，其特征在于，RDF由节点和边组成，节点表示生产要素，边表示生产要素之间的关系。
7.根据权利要求1所述的基于物联网标识的生产要素管理系统，其特征在于，所述生产要素管理服务模块中，当数据被加载进三元组存储库之后，使用SPARQL协议来发送SPARQL查询去查询，SPARQL查询基于图匹配的思想，能够检索和操作以RDF格式存储的数据；同时生产要素管理服务模块负责处理用户对产品信息进行查询后所做出的分析和决策。
8.根据权利要求1-3、5或7所述的基于物联网标识的生产要素管理系统，其特征在于，还包括客户管理终端，用于用户通过语义检索以及关联查询能够检索和操作以RDF格式存储的数据，然后将检索结果按需返回给用户。
9.一种基于物联网标识的生产要素管理方法，采用权利要求1所述系统进行，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：基于OID标识解析体系将生产要素的标识编码写入系统的生产要素发现模块；工厂在接到订单后制定生产计划，生成计划编号，根据计划编号统一将订单提供的OID标识写入系统的生产要素发现模块；该OID标识包含所有生产要素；生产要素发现模块利用外部身份标识符，发现已经写入过系统的OID，并等待解析OID提供的生产要素；
步骤2：在工厂需要获取订单生产要素信息时，生产要素内在关系描述模块通过物联网标识解析体系解析OID的生产要素信息，并映射为RDF三元组存入语义数据库，用于管理及获取订单的生产要素；
步骤3：在工厂使用订单生产要素信息时，通过生产要素管理服务模块进行OID查询、智能分析或需求决策，生产要素管理服务模块通过构建SPARQL语言查询语义数据库获取OID标识的语义数据，或利用语义推理机基于已有的生产要素语义数据库进行推理，并返回查询或推理结果。
10.根据权利要求9所述的基于物联网标识的生产要素管理方法，其特征在于，还包括：生产要素管理服务模块根据OID获取生产物资实时产生的数据信息并进行存储，实现生产物资的状态跟踪。
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