CN116755404A - 一种基于边缘计算的离散制造车间管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于边缘计算的离散制造车间管理系统及方法，涉及离散制造业资源调度及协同领域，所述系统包括：工业云平台，含模型优化单元、数据库单元、视频存储单元；边缘服务器，含作业分类模块、边缘计算模块、数据存储模块；边缘网关，含UI显示模块、输出控制模块、协议采集模块；车间智能设备，含订单管理跟踪设备、生产加工监测设备、机器故障监测设备及现场视频监控设备。本发明通过工业云平台对生产预测模型进行优化，边缘服务器对采集数据进行计算分析，边缘网关对车间智能设备进行数据采集及故障预警，提高离散制造车间生产力，减少因不同车间之间的协同及设备异常导致的时间浪费。

Description

一种基于边缘计算的离散制造车间管理系统及方法

技术领域

本发明属于离散制造业资源调度及协同技术领域，涉及一种基于边缘计算的离散制造车间管理系统及方法。

背景技术

本文基于现有专利CN 114237178 A中老旧设备的联网数据采集方法，在此技术之上提出本专利的发明内容。

离散制造是指产品的生产过程通常被分解成很多加工任务来完成，每项任务仅调用企业的小部分资源，企业一般将功能类似的设备按照空间建成一些部门或车间，在每个车间，工件从一个工作中心到另外一个工作中心进行不同类型的工序加工，离散制造业资源调度及协同就是按照主要的工艺流程安排生产设备的运行及故障诊断，以使物料的传输距离最小，调度时间最快，生产方案最优。

边缘计算是指在靠近车间设备或数据源头的一侧，将计算、存储、网络、虚拟化和环境动力等产品有机集成到一个分布式开放平台中，部署在设备附近就近计算，缓解云平台的压力，加快故障诊断响应能力及生产效率。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。

目前，针对离散制造业资源调度及协同问题，最直接的就是终端设备种类繁多、运行环境复杂、生产任务多样化及个性化，导致难以协调各车间、设备之间的协同工作，且设备在使用过程中会出现各种故障和问题，如果不能及时解决，会降低设备的使用效率、增加时延和生产周期。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于边缘计算的离散制造车间管理系统及方法，采用多个边缘网关对一个边缘服务器的架构，通过边缘网关、边缘服务器及工业云平台的相互协作及优化，实现对离散型制造业任务的生产优化，降低在离散制造过程中涉及多车间协同时产生的时间差，及时对故障设备作出响应并立即协调不同车间之间的作业进度，从而提高设备使用效率、减少生产周期。

本发明所采用的技术方案一种基于边缘计算的离散制造车间管理系统及方法，包括工业云平台、边缘服务器、边缘网关、车间智能设备，工业云平台可通过有线或无线传输方式与边缘服务器连接，边缘服务器可通过有线或无线数据传输方式与所属车间的多个边缘网关连接，每个车间的边缘网关可通过现场网络和工业总线与车间智能设备连接：

工业云平台，与所述边缘服务器连接，用于存储边缘服务器上传的车间终端数据，并根据每一次上传的作业数据优化生产预测模型，将优化后的生产预测模型更新到边缘服务器。

边缘服务器，与所述多个边缘网关连接，用于接收边缘网关上传的车间终端数据，根据终端数据建立、更改、关闭离散作业，并判断是否标准型离散作业，若是，则输入边缘计算模块中的生产预测模型形成生产方案，下发至边缘网关；反之，则上传至工业云平台对生产预测模型进行优化，再形成生产方案，然后将优化后的模型更新到边缘服务器，将生产方案下发到边缘服务器。

边缘网关，部署在每个车间内部，负责接收、管理所属车间智能设备上传的终端数据，并对这些数据进行预处理，然后对车间设备进行实时故障诊断及预警，将实时生产数据显示在UI屏中，将处理后的数据发送至边缘服务器；同时接收边缘服务器下发的生产方案。

车间智能设备，由订单管理跟踪设备、生产加工监测设备、机器故障诊断设备、现场视频监控设备组成，负责采集、上传车间终端数据，包括生产订单数据、生产加工线运行数据、设备故障数据以及现场视频监控数据。

所述工业云平台会建立一个数据库，用于存储车间智能设备的所有历史数据，用于后续的生产预测模型优化，形成非标准型的离散作业方案，并对边缘服务器中的生产预测模型进行更新。

所述边缘服务器部署在所有边缘网关的中点处，内置边缘计算模型，用于对接收的数据进行生产预测，形成生产方案。

所述边缘网关部署在每个车间内，通过现场总线收集车间数据，能够迅速对相关设备故障做出反应，并及时修复故障。

所述生产预测模型为边缘服务器内置的计算模型，该模型可通过工业云平台的进行不断优化、更新，从而得出更优的生产方案。

一种基于边缘计算的离散制造车间管理系统及方法，所述方法步骤如下：

步骤1：车间智能设备采集生产订单数据、生产加工线运行数据、设备故障数据以及现场视频监控数据；

步骤2：边缘网关接收车间智能设备上传的生产订单数据、生产加工线运行数据、设备故障数据以及现场视频监控数据，每个边缘网关负责一个车间，将接收到的车间终端数据进行预处理，对所有设备进行故障诊断及预警，将实时生产数据及设备预警显示到UI屏上，将处理后的终端数据上传至边缘服务器；

步骤3：边缘服务器接收来自各个边缘网关上传的车间终端数据，建立离散作业，判断当前离散作业是否是标准型离散作业，若是，则立即形成生产方案，下发至各边缘网关；若不是，则将作业数据上传至工业云平台再次分析、优化，同时建立历史数据库存储所有数据；

步骤4：工业云平台接收边缘服务器发送的离散作业数据，通过与历史数据库对比分析，不断优化边缘服务器的生产预测模型，然后生成非标准型的离散作业生产方案，再将优化后的模型更新到边缘服务器中，将生产方案下发到边缘服务器中，同时将历史数据存入数据库中；

步骤5：各边缘网关接收到边缘服务器返回的生产方案后，立即通过输出控制模块发送指令给车间智能设备，开始运行工作，进行作业生产。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种基于边缘计算的离散制造车间管理系统及方法，能够在设备种类繁多、位置分散广、个性化定制的离散型作业条件下减少离散制造生产准备周期，提高各车间交流效率，提高各车间设备故障响应速度；提高生产计划协调性，解决作业调度困难的问题，不断优化离散作业生产预测模型，形成更优的生产方案，同时也能减少云平台的压力。对离散型制造业具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本发明一种基于边缘计算的离散制造车间管理系统及方法的架构图；

图2为本发明的车间智能终端、边缘网关、边缘服务器及工业云平台的模块示意图；

图3为本发明的基于边缘计算的离散制造车间管理系统及方法的流程示意图。

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的附图，对本发明实施例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。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：如图1所示，一种基于边缘计算的离散制造车间管理系统及方法，包括工业云平台、边缘服务器、多个边缘网关、车间智能设备。

如图2所示，所述车间智能设备包含订单管理跟踪设备、生产加工监测设备、机器故障监测设备及现场视频监控设备；所述边缘网关包含UI显示模块、输出控制模块、协议采集模块；边缘服务器包含作业分类模块、边缘计算模块、数据存储模块；工业云平台包含模型优化单元、数据库单元、视频存储单元。

如图3所示，所述工业云平台，与所述边缘服务器连接，用于存储车间终端数据，并根据每一次上传的非标准型离散作业数据优化生产预测模型，形成生产方案，将优化后的生产预测模型更新到边缘服务器。

如图3所示，所述边缘服务器，与所述多个边缘网关连接，用于接收边缘网关上传的终端数据，建立、更改、关闭离散作业，并判断是否标准型离散作业，若是，则输入生产预测模型形成生产方案，下发至边缘网关；反之，则上传至工业云平台对生产预测模型进行优化，再形成生产方案，然后将优化后的模型更新到边缘服务器，将生产方案下发到边缘服务器。

如图3所示，所述边缘网关，部署在车间内部，负责接收、管理所属车间智能设备上传的终端数据，对这些数据进行预处理，然后对车间设备进行故障诊断及预警，将实时生产数据显示在UI屏中，将处理后的数据发送至边缘服务器，同时接收边缘服务器下发的生产方案。

如图3所示，所述车间智能设备，由订单管理跟踪设备、生产加工监测设备、机器故障诊断设备、现场视频监控设备组成，负责采集、上传终端数据，包括生产订单数据、生产加工线运行数据、设备故障数据以及现场视频监控数据。

进一步地，述车间终端数据指由车间智能设备采集的生产订单数据、生产加工线运行数据、设备故障数据以及现场视频监控数据。

进一步地，所述标准型离散作业指常规的、边缘服务器内已有对应生产预测模型的作业类型；非标准型离散作业指个性化的、小批量的、边缘服务器内尚未建立对应生产预测模型的作业类型。

进一步地，所述生产方案是由边缘服务器将处理后的终端数据输入生产预测模型而形成的分配给每个车间的生产任务方案。

进一步地，所述边缘服务器部署在所有边缘网关的中点处。

具体地，所述方法步骤如下：

步骤1：车间智能设备采集生产订单数据、生产加工线运行数据、设备故障数据以及现场视频监控数据；

步骤2：边缘网关接收车间智能设备上传的生产订单数据、生产加工线运行数据、设备故障数据以及现场视频监控数据，每个边缘网关负责一个车间，将接收到的车间终端数据进行预处理，对所有设备进行故障诊断及预警，将实时生产数据及设备预警显示到UI屏上，将处理后的终端数据上传至边缘服务器；

步骤3：边缘服务器接收来自各个边缘网关上传的车间终端数据，建立离散作业，判断当前离散作业是否是标准型离散作业，若是，则立即形成生产方案，下发至各边缘网关；若不是，则将作业数据上传至工业云平台再次分析、优化，同时建立历史数据库存储所有数据；

步骤4：工业云平台接收边缘服务器发送的离散作业数据，通过与历史数据库对比分析，不断优化边缘服务器的生产预测模型，然后生成非标准型的离散作业生产方案，再将优化后的模型更新到边缘服务器中，将生产方案下发到边缘服务器中，同时将历史数据存入数据库中；

步骤5：各边缘网关接收到边缘服务器返回的生产方案后，立即通过输出控制模块发送指令给车间智能设备，开始运行工作，进行作业生产。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于边缘计算的离散制造车间管理系统，包括工业云平台、边缘计算服务器、边缘网关、车间智能设备四个部分，其特征在于：

工业云平台，包含模型优化单元、数据库单元、视频存储单元；

边缘服务器，包含作业分类模块、边缘计算模块、数据存储模块；

边缘网关，包含UI显示模块、输出控制模块、协议采集模块；

车间智能设备，包含订单管理跟踪设备、生产加工监测设备、机器故障监测设备及现场视频监控设备。

2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的离散制造车间管理系统，其特征在于，所述工业云平台与所述边缘服务器连接，用于存储边缘服务器上传的车间终端数据，并根据每一次上传的终端数据优化生产预测模型，将优化后的生产预测模型更新到边缘服务器。

3.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算的离散制造车间管理系统，其特征在于，所述车间终端数据指由车间智能设备采集的生产订单数据、生产加工线运行数据、设备故障数据以及现场视频监控数据。

4.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的离散制造车间管理系统，其特征在于，所述边缘服务器与所述多个边缘网关连接，用于接收边缘网关上传的车间终端数据，根据终端数据建立、更改、关闭离散作业，并判断是否标准型离散作业，若是，则输入生产预测模型形成生产方案，下发至边缘网关；反之，则上传至工业云平台对生产预测模型进行优化，再形成生产方案，然后将优化后的模型更新到边缘服务器，将生产方案下发到边缘服务器。

5.根据权利要求4所述的一种基于边缘计算的离散制造车间管理系统，其特征在于，所述标准型离散作业指常规的、边缘服务器内已有对应生产预测模型的作业类型；非标准型离散作业指个性化的、小批量的、边缘服务器内尚未建立对应生产预测模型的作业类型。

6.根据权利要求1所述的基于边缘计算的离散制造车间管理系统，其特征在于，所述边缘网关部署在每个车间内部，负责接收、管理所属车间智能设备上传的终端数据，并对这些数据进行预处理，然后对车间设备进行故障诊断及预警，将实时生产数据显示在UI屏中，将处理后的数据发送至边缘服务器，同时接收边缘服务器下发的生产方案。

7.根据权利要求6所述的基于边缘计算的离散制造车间管理系统，其特征在于，所述生产方案是由边缘服务器将处理后的终端数据输入生产预测模型而形成的分配给每个车间的生产任务方案。

8.一种基于边缘计算的离散制造车间管理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：车间智能设备采集生产订单数据、生产加工线运行数据、设备故障数据以及现场视频监控数据；

步骤2：边缘网关接收车间智能设备上传的生产订单数据、生产加工线运行数据、设备故障数据以及现场视频监控数据，每个边缘网关负责一个车间，将接收到的车间终端数据进行预处理，对所有设备进行故障诊断及预警，将实时生产数据及设备预警显示到UI屏上，将处理后的终端数据上传至边缘服务器；

步骤3：边缘服务器接收来自各个边缘网关上传的车间终端数据，建立离散作业，判断当前离散作业是否是标准型离散作业，若是，则立即形成生产方案，下发至各边缘网关；若不是，则将作业数据上传至工业云平台再次分析、优化，同时建立历史数据库存储所有数据；

步骤4：工业云平台接收边缘服务器发送的离散作业数据，通过与历史数据库对比分析，不断优化边缘服务器的生产预测模型，然后生成非标准型的离散作业生产方案，再将优化后的模型更新到边缘服务器中，将生产方案下发到边缘服务器中，同时将历史数据存入数据库中；

步骤5：各边缘网关接收到边缘服务器返回的生产方案后，立即通过输出控制模块发送指令给车间智能设备，开始运行工作，进行作业生产。