CN117930779A - 一种基于opc ua协议的生产信息对象化建模方法 - Google Patents
一种基于opc ua协议的生产信息对象化建模方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117930779A CN117930779A CN202410110323.XA CN202410110323A CN117930779A CN 117930779 A CN117930779 A CN 117930779A CN 202410110323 A CN202410110323 A CN 202410110323A CN 117930779 A CN117930779 A CN 117930779A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- information
- production
- model
- opc
- protocol
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 134
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 claims description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
- G05B19/41885—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by modeling, simulation of the manufacturing system
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/32—Operator till task planning
- G05B2219/32339—Object oriented modeling, design, analysis, implementation, simulation language
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Quality & Reliability (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- General Factory Administration (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于OPC UA协议的生产信息对象化建模方法。该方法基于OPC UA协议以应用场景的实际需求实现统一架构，连接产线设备与信息管理系统，标准化加工设备的抽象模型和描述语言，定义产线设备的的模型属性；基于对象化建模思想，对加工设备进行逐一对象化建模，并连接建立对象化的信息模型，实现实体设备的数字化模型，以助便于消除信息孤岛带来的影响，实现设备间的互联互通，能够更好地统计生产信息并进行管理。
Description
技术领域
本发明涉及制造业产线生产信息建模技术领域，具体涉及一种基于OPC UA协议的生产信息对象化建模方法。
背景技术
随着工业4.0的发展，制造业越来越重视发展物联网技术和智能工厂建造，信息建模是这些新技术的基础。然而，在实际的生产制造车间中，由于来自不同厂家的设备往往存在异构性和语义复杂性，导致模型之间难以进行交互。为了解决这个问题，在OPC UA协议的背景下，可以有效地控制这种影响。但是，仍然存在缺乏完善的基于OPC UA协议的建模方法和流程的问题。
另外，传统的生产信息建模仅集中在针对单个设备上，导致产线数据间的关系不清晰，容易产生信息孤岛。一旦在某些数据发生异常时，很难判断数据的上游和下游。此外，采集整条产线的生产信息通常依赖于监控管理系统中集成的设备模型，而不是完整的产线信息模型。这也会增加系统处理数据的压力，增加产线管理的人力成本，导致生产效率及效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于OPC UA协议的生产信息对象化建模方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于OPC UA协议的生产信息对象化建模方法，包括以下步骤:
步骤1：基于OPC UA协议，分析应用场景，理清网络基础与环境等因素，并结合实际生产需求，建立统一通信架构。
步骤2：根据实际生产产线及产线设备说明书统计生产信息，同时为无法采集数据的设备安装传感器，以便更全面地收集所需的建模数据内容；
步骤3：基于面向对象思想，将所收集的生产信息分类，并确定信息的关联或概括关系，然后根据采集的生产信息建立生产产线的对象模型、动态模型和功能模型
步骤4：基于OPC UA协议，将对象化模型转化为符合协议要求的信息模型，并将信息模型转化为数字空间可识别、存储、修改的数据文件，并开发生产管理系统，以便于统计生产过程中的数据并进行管理。
所述步骤1中的统一架构提供同步、异步或分布式的通信机制，允许横向或纵向地访问数据，可自由设置读写权限。
所述步骤2所需提取的生产信息包括产线设备的静态属性集和动态属性集。静态属性集是加工设备静态属性数据的集合，静态数据指设备上不会发生变化或变化对实际生产的最终结果不造成影响的信息，如编号、名称、类别等信息，反映了设备的固有属性。动态属性集是在产线全生产过程中采集的、随生产过程的进行可能发生变化的数据，比如机床主轴转速、主控柜运行程序等信息，以及能描述生产加工过程的设备生产运行状态、组件的开关状态。若需安装新的传感器，所安装的传感器应符合OPC UA功能架构。
所述步骤3中的具体实施步骤如下：
步骤3.1将所采集的生产信息在分析后分为对象、动态、功能三类，并确定信息间的关系；
步骤3.2构建对象模型，首先确定设备的基础信息，如编号、名称；然后确定设备之间的加工顺序及加工工艺；
步骤3.3构建动态模型，考虑是在控制动作下按时间顺序发生变化的参数，动态模型可以体现设备加工状态及产品的加工情况；
步骤3.4构建功能模型，体现控制下的数据变化量，表明了数值间的关系及功能；
步骤3.5对建立好的对象化模型进行系统化整理，所述系统化整理是指基于实际需求，对已经建模好的对象化模型(包括对象模型、动态模型、功能模型)进行一个整理/调整。具体如何调整是根据实际需求/工况进行的，本领域技术人员可以知悉。
分类标准为，对象信息包括产线系统的工作对象、对象间的关系，标识类中的对象的属性和操作表组织系统的静态结构；动态信息包括按时间和操作顺序所变化的信息；功能信息包括设备产生的数据类型、顺序执行操作及完成值的变化。针对信息间的关系，关联描述了具有公共结构和共同语义的链接的组合；概括是描述在一个类和提取该类的一个或更多版本之间的关系。
所述步骤4中将对象化模型转换为符合OPC UA协议的信息模型，信息模型应包括如下三个要素：
1)基础节点，节点类型包括：对象、对象类型、变量、变量类型、数据类型、引用类型、方法和视图；
2)类型定义，定义了节点实例的属性、结构和语义。节点中的子类型可以根据实际应用自由定义是否存在；
3)引用类型，是模型中两个节点的有向连接，可以使节点直接或间接地与根节点相连，
便于查询。
信息模型可利用XML模式转化为XML文件，并开发实现对产线生产信息的数据统计及管理的系统。在进行对产线生产信息的数据统计及管理工作时，如果加工设备的信息模型发生变化并且需求已更新，则仅需要修改XML文件的相应元素即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明采用基于OPC UA协议的生产信息对象化建模方法，相较于传统的生产信息建模方法，OPC UA提供了一个统一的信息模型，可以描述和表示制造业中的各种设备、资源和过程。这种统一的信息模型可以帮助企业更好地理解和描述其制造过程，并支持更灵活、高效的生产运营和管理。同时，考虑到产线日后的升级改造，OPC UA支持多种通信协议和网络技术，包括以太网、无线网络和云平台等。这使得企业能够根据需求选择适合自己的通信方式，并轻松地扩展和集成新的设备和系统。
此外，对象化建模技术，能够在集中整条产线的生产信息的前提下，依据生产商的不同需求，将信息模型分为对象、动态及功能三大模型，更高效的展现了数据间的关系，降低数据异常时的判断难度。并且可以提高生产数据的准确性和实时性。这样可以帮助生产管理人员更好地监控生产过程，及时发现异常情况并采取相应措施，从而提高产品质量和生产效益。
总的来说，本发明可以提高生产效率、改善信息共享和集成、提高数据准确性和实时性、降低系统处理数据的压力，减少人力成本，进而提高整个制造业的生产效益和竞争力。
附图说明
图1为本发明的基本实施框架示意图；
图2为OPC UA服务功能架构为；
图3为叶轮产线的对象化建模示意图
图4为叶轮产线信息建模方案图
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1至图4所示，本实例表述一种基于OPC UA协议的生产信息对象化建模方法，结合图1，包括以下步骤:
步骤1：基于OPC UA协议，分析应用场景，理清网络基础与环境等因素，并结合实际生产需求，建立统一通信架构。
步骤2：根据实际生产产线及产线设备说明书统计生产信息，同时为无法采集数据的设备安装传感器，以便更全面地收集所需的建模数据内容；
步骤3：基于面向对象思想，将所收集的生产信息分类，并确定信息的关联或概括关系，然后根据采集的生产信息建立生产产线的对象模型、动态模型和功能模型；
步骤4：基于OPC UA协议，将对象化模型转化为符合协议要求的信息模型，并将信息模型转化为数字空间可识别、存储、修改的数据文件，并开发生产管理系统，以便于统计生产过程中的数据并进行管理。
优选的实施例中，所述步骤1中基于OPC UA协议，分析应用场景，理清网络基础与环境等因素，并结合实际生产需求，建立统一通信架构，具体实施步骤如下：
1)系统分析应用场景，本实例搭建的系统需应用与现场级桥接不同生产组件、办公区监控与控制生产，以及跨网段的远程操作；
2)对不同操作设置读写权限，如本实例中的监控功能只需读权限，不需写权限，合理地设置读写权限可以降低生产过程的影响和网络安全的威胁；
3)搭建如图2所示的OPC UA统一通信架构。
优选的实施例中，所述步骤2中根据实际生产产线及产线设备说明书统计生产信息，同时为无法采集数据的设备安装传感器，以便更全面地收集所需的建模数据内容，具体的实施步骤如下：
1)结合实际生产需求，搜集行业相关的标准和规范，整理总结相关资料，获取建模需求，确定加工流程及工艺，并对产线进行实际考察，确定所需数据是否都能依据OPC UA协议的基础上采集到,
本实例的生产需求实现生产车间加工工件信息采集、产品次品率计算预估、车间生产信息管理、加工中心工作状态监测等功能。
其功能主要根据生产计划，结合生产过程中的加工工艺参数、机床操作规程，通过衡量能耗产出指标、设备稳定运行参数，建立生产过程的信息模型，提高生产效率与产品的品质质量，具体如下表1-1所示；
表1-1生产过程信息模型需求分析
2)对需要但无法采集数据的设备安装符合OPC UA功能架构的传感器；
优选的实例中，所述步骤3基于面向对象思想，将所收集的生产信息分类，并确定信息的关联或概括关系，然后根据采集的生产信息建立生产产线的对象模型、动态模型和功能模型，具体的实施步骤如下：
1)将所采集的生产信息在分析后分为对象、动态、功能三类，并确定信息间的关系；
2)构造对象模型，对象模型表示了客观系统的静态数据结构，它描述了生产设备的固定属性，或变化很小的属性。在构造对象模型时，首先确定设备的基础信息，如编号、名称；然后确定设备之间的加工顺序及加工工艺；
3)构造动态模型，考虑是在控制动作下按时间顺序发生变化的参数，动态模型可以体现设备加工状态及产品的加工情况；
4)构造功能模型，体现控制下的数据变化量，表明了数值间的关系及功能；
5)对构造好的对象化模型进行系统化整理，结合图3，本实例依照生产实际需求，将以建好叶轮产线对象化模型横向划分为人员情况、加工情况及情景交互大类。
优选的实例中，结合图4，所述步骤4基于OPC UA协议，将对象化模型转化为符合协议要求的信息模型，并将信息模型转化为数字空间可识别、存储、修改的数据文件，并开发生产管理系统，以便于统计生产过程中的数据并进行管理，其实施步骤如下：
1)基于步骤3所建立的对象化模型，在OPC UA协议的背景下，定义节点、类型与引用类型，基于建模工具Ua Modeler将对象化模型转化为OPC UA信息模型；
2)可利用类如建模工具Ua Modeler将信息模型在XML模式下转化为数字空间可识别、存储、修改的XML数据文件；
3)通过Open62541SDK和Python工具将XML描述文件解析出来向OPC UA服务器地址空间映射；
4)通过客户端工具Ua Expert读取服务器地址空间，显示信息模型内容，实现信息模型的加载与浏览，及实现对产线生产信息的数据统计及管理的系统；
优选的实例中，所述步骤4中基于XML描述文件的统一规范性、可扩展性和跨平台跨系统的特性，OPC UA信息模型一般通过XML描述文件进行加载。但XML描述文件需要通过纯代码进行编写，工作量较大，所以可以通过建模工具Ua Modeler内置的所有标准节点快速创建节点信息，并在之后的设备更换升级中更迭节点信息，建模完成后Ua Modeler能够自动生成相应的XML文件进行引用。在进行对产线生产信息的数据统计及管理工作时，如果加工设备的信息模型发生变化并且需求已更新，则仅需要修改XML文件的相应元素即可。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明新型精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种基于OPC UA协议的生产信息对象化建模方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤1：基于OPC UA协议，分析应用场景，理清网络基础与环境因素，并结合实际生产需求，建立统一通信架构；
步骤2：根据实际生产产线及产线设备说明书统计生产信息，同时为无法采集数据的设备安装传感器，以便更全面地收集所需的建模数据内容；
步骤3：基于面向对象思想，将所收集的生产信息分类，并确定信息的关联或概括关系，然后根据采集的生产信息建立对象化模型，包括生产产线的对象模型、动态模型和功能模型；
步骤4：基于OPC UA协议，将对象化模型转化为符合协议要求的信息模型，并将信息模型转化为数字空间可识别、存储、修改的数据文件，并开发生产管理系统，以便于统计生产过程中的数据并进行管理。
2.根据权利要求1所述的基于OPC UA协议的生产信息对象化建模方法，其特征在于：所述步骤1中的统一通信架构提供同步、异步或分布式的通信机制，允许横向或纵向地访问数据，可自由设置读写权限。
3.根据权利要求1所述的基于OPC UA协议的生产信息对象化建模方法，其特征在于：所述步骤2所需提取的生产信息包括产线设备的静态属性集和动态属性集：静态属性集是加工设备静态属性数据的集合，静态数据指设备上不会发生变化或变化对实际生产的最终结果不造成影响的信息，包括编号、名称、类别信息，反映了设备的固有属性；动态属性集是在产线全生产过程中采集的、随生产过程的进行可能发生变化的数据，包括机床主轴转速、主控柜运行程序信息，以及能描述生产加工过程的设备生产运行状态、组件的开关状态。
4.根据权利要求1所述的基于OPC UA协议的生产信息对象化建模方法其特征在于：所述步骤2中的所安装的传感器应符合OPC UA功能架构。
5.根据权利要求1所述的基于OPC UA协议的生产信息对象化建模方法，其特征在于：所述步骤3中的具体实施步骤如下：
1)将所采集的生产信息在分析后分为对象、动态、功能三类，并确定信息间的关系；
2)构建对象模型，首先确定设备的基础信息，如编号、名称；然后确定设备之间的加工顺序及加工工艺；
3)构建动态模型，考虑是在控制动作下按时间顺序发生变化的参数，动态模型能够体现设备加工状态及产品的加工情况；
4)构建功能模型，体现控制下的数据变化量，表明了数值间的关系及功能；
5)对建立好的对象化模型进行系统化整理。
6.根据权利要求1所述的基于OPC UA协议的生产信息对象化建模方法，其特征在于：所述步骤3中基于面向对象思想所进行的信息分类标准为，对象信息包括产线系统的工作对象、对象间的关系，标识类中的对象的属性和操作表组织系统的静态结构；动态信息包括按时间和操作顺序所变化的信息；功能信息包括设备产生的数据类型、顺序执行操作及完成值的变化。
7.根据权利要求1所述的基于OPC UA协议的生产信息对象化建模方法，其特征在于：所述步骤3中确定信息关系的标准为关联描述了具有公共结构和共同语义的链接的组合；概括是描述在一个类和提取该类的一个或更多版本之间的关系。
8.根据权利要求1所述的基于OPC UA协议的生产信息对象化建模方法，其特征在于：所述步骤4中将对象化模型转换为符合OPC UA协议的信息模型，信息模型应包括如下三个要素：
1)基础节点，节点类型包括：对象、对象类型、变量、变量类型、数据类型、引用类型、方法和视图；
2)类型定义，定义了节点实例的属性、结构和语义；节点中的子类型根据实际应用自由定义是否存在；
3)引用类型，是模型中两个节点的有向连接，使节点直接或间接地与根节点相连，便于查询。
9.根据权利要求1所述的基于OPC UA协议的生产信息对象化建模方法，其特征在于：所述步骤4中基于OPC UA协议将信息模型转化为XML文件，并开发实现对产线生产信息的数据统计及管理的系统。
10.根据权利要求1所述的基于OPC UA协议的生产信息对象化建模方法，其特征在于：在进行对产线生产信息的数据统计及管理工作时，如果加工设备的信息模型发生变化并且需求已更新，则仅需要修改XML文件的相应元素即可。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410110323.XA CN117930779A (zh) | 2024-01-26 | 2024-01-26 | 一种基于opc ua协议的生产信息对象化建模方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410110323.XA CN117930779A (zh) | 2024-01-26 | 2024-01-26 | 一种基于opc ua协议的生产信息对象化建模方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117930779A true CN117930779A (zh) | 2024-04-26 |
Family
ID=90768098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410110323.XA Pending CN117930779A (zh) | 2024-01-26 | 2024-01-26 | 一种基于opc ua协议的生产信息对象化建模方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117930779A (zh) |
-
2024
- 2024-01-26 CN CN202410110323.XA patent/CN117930779A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220263730A1 (en) | Network management device and method for discovering and managing network connected databases | |
| CN102117306B (zh) | Etl数据处理过程的监控方法及其系统 | |
| JP6805832B2 (ja) | 複数ワークシートのエクスポートの生成 | |
| US8078294B2 (en) | Conditional download of data from embedded historians | |
| KR20060049000A (ko) | 산업시스템을 자동 구성하는 시스템 및 방법 | |
| CN103455490A (zh) | 空调机型选型的建模处理方法和系统 | |
| CN202838434U (zh) | 空调机型选型的建模处理系统 | |
| US10466686B2 (en) | System and method for automatic configuration of a data collection system and schedule for control system monitoring | |
| CN114880405A (zh) | 一种基于数据湖的数据处理方法及系统 | |
| US7974937B2 (en) | Adaptive embedded historians with aggregator component | |
| CN112383630A (zh) | 一种基于生产线切面的分布式可插拔工序数据上报系统 | |
| CN112488502A (zh) | 一种标准的水资源管理一体化管控平台 | |
| CN112292644A (zh) | 使用基于块的工作流程的约束编程 | |
| CN115118578B (zh) | 一种基于web的scada系统 | |
| CN117930779A (zh) | 一种基于opc ua协议的生产信息对象化建模方法 | |
| CN114841678B (zh) | 岗位数据交换方法、数据交换系统，服务器及存储介质 | |
| CN109687984B (zh) | 一种风电scada系统的配置系统及配置方法 | |
| Wu et al. | Characteristics and development prospect of computer automatic patrol inspection technology | |
| CN111435466A (zh) | 一种一体化机房运维管理系统 | |
| CN114817385B (zh) | 选煤厂应用平台的数据管理系统 | |
| TWI230349B (en) | Method and apparatus for analyzing manufacturing data | |
| CN118260294B (zh) | 基于ai的制造业痛觉信号汇总方法、系统、介质及设备 | |
| CN107728567A (zh) | 数据处理方法及系统 | |
| CN115062470A (zh) | 一种智能电梯非标模块反馈式联动设计方法 | |
| Moreno-Lizaranzu et al. | A framework and architecture for rapid software development: a success story |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |