CN106094777B - 一种工业互联网Hub装置 - Google Patents

Abstract

一种工业互联网Hub装置，旨在实现制造现场“人‑机‑物‑环境”的互联与融合，其根据从制造现场采集到并处理后的“人‑机‑物‑环境”的状态及各类参数数据，将不同类型的目标对象封装成统一形式的虚拟的服务，实现制造企业的各类资源统一、无差别的自动服务化封装与发布，并为不同类型的用户提供智能监测操作。其包括数据采集模块、数据处理模块、服务化封装模块与智能监测模块，具有良好的扩展性、底层透明性，能有效屏蔽“人‑机‑物‑环境”各类对象接入与服务化过程中的异构性，最大化企业资源的利用率，提高企业各类资源的智能性。本发明能够实现制造企业各类异构资源无差别的网络化接入，并支持各种物理资源的在线服务化封装，能有效提高服务化水平和生产过程的智能化水平。

Description

一种工业互联网Hub装置

技术领域

本发明属于异构多样资源感知接入、服务化封装与智能监测技术领域。具体涉及一种制造现场“人-机-物-环境”工业互联网化装置。

背景技术

为实现分布、异构制造资源和能力的动态共享、优化配置、按需使用、协同与智能制造，面向服务的架构(Service Oriented Architecture,SOA)的思想一经提出，就受到国内外相关研究机构和企业的高度关注，并被广泛应用到企业制造全生命周期各个环节。面向服务的制造***在实际应用过程中包括3个阶段(1)制造服务产生阶段；(2)制造服务高效管理阶段；(3)制造服务增效与按需使用阶段。其中，制造服务产生阶段是后两个阶段的基础，其解决的核心问题是实现各类异构资源和能力的状态和性能参数的智能感知与接入，继而封装成服务并发布。

但是，在服务产生阶段存在着以下现象：①制造企业中资源种类多种多样，物理接口(物理连接方式)和数据接口(数据的逻辑表达形式，即数据模式)不统一，数据采集方式因接口不同而差异较大；②数据因采集的方式不同而数据格式各式各样、标准不统一，缺少统一描述工具；③因数据格式的不统一，资源服务化封装自动水平较低。以上现象严重阻碍了企业积极参与市场竞争，以及资源的充分利用。

另外，虽然在数据采集、服务化封装以及智能监测等各自领域已经有不少人展开了研究，但是当前缺乏统一的互联互通设备，缺少实现自下到上的将各种物理资源统一的接入并自动封装成服务，以及自上而下对物理资源进行智能监测的相关装置。

为解决以上问题，实现制造现场“人-机-物-环境”各种对象的统一接入与自动服务化封装，并进行相关智能监测操作，本发明首先为制造现场“人-机-物-环境”各种对象定制接入模块，采集“人-机-物-环境”的状态及参数等信息，而后数据处理模块对采集到的数据进行各项处理以统一格式和通讯协议进行发送，在此基础上服务化封装模块将“人-机-物-环境”各种对象封装成虚拟的服务，智能监测模块基于状态信息和服务调用信息对制造现场“人-机-物-环境”进行智能监测操作。

发明内容

本发明的目的为：本发明涉及的工业互联网Hub装置，能有效屏蔽制造现场“人-机-物-环境”各种对象的异构性和复杂性，实现“人-机-物-环境”的统一感知与接入和自动地服务化封装，最大化企业的资源利用率，提高企业的智能化水平。

本发明采用的技术方案为：一种工业互联网Hub装置，所述的装置包括数据采集模块、数据处理模块、服务化封装模块、智能监测模块；

所述数据采集模块，负责为制造现场的“人-机-物-环境”各类对象定制接入模块，兼容不同的通讯接口和通讯协议,通过定制接入模块采集“人-机-物-环境”的状态和各类参数数据，获得实时信息并发送给数据处理模块；

所述数据处理模块，负责对采集到的数据进行预处理，实现多源数据格式与协议的统一，为服务化封装与智能监测屏蔽数据的多样性；经过数据处理模块处理后，加工能力、状态这些与服务化相关的数据被上传至服务化封装模块，为服务生成提供数据支持，与生产过程有关的数据被上传给智能监测模块，为各种智能监测操作提供数据支持；

所述服务化封装模块，负责根据采集并处理后的“人-机-物-环境”各种对象的状态数据及参数信息，实现制造现场的“人-机-物-环境”各种对象的在线服务化封装，并发布到本地服务池及云服务平台上被不同类型和不同层级的用户共享和使用；

所述智能监测模块，实现服务以及“人-机-物-环境”各种对象的状态在不同终端的可视化显示，并根据实时状态信息和服务调用信息为车间工人或企业管理者提供多种智能监测操作。

其中，所述数据采集模块由为每一个设备定制的接入模块组成，定制的接入模块安装在制造现场的目标对象端以不同的方式采集“人-机-物-环境”各种对象的数据，数据采集模块采集到的数据根据类型不同采用有线和无线相结合的方式进行传输。

其中，所述数据采集模块具体实现如下：对于加工制造过程中的车间环境、制造辅助设施、移动资源及工作人员，使用传感器、智能仪表、RFID以及内置智能芯片的员工卡采集它们的信息，定制的接入模块兼容以上装置的数据接口；对于带有宏功能接口的制造加工设备，定制的接入模块可通过RS232串口和宏指令、DNC接口、网络接口及OPC规范方式获取实时制造信息，这类设备的加工状态、报警状态位置信息和刀具信息均可被采集到；对于带有无宏功能的普通接口的制造加工设备，定制的接入模块一方面接入到数控***的接口上，另一方面通过与数控***逻辑控制器输入输出端子并线，通过协议解析获得制造设备的实时制造信息，这类设备仅有部分信息可读，包括报警信息；对于没有通讯接口和连接功能的通信设备，定制的接入模块通过与数控***逻辑控制器输入输出端子并线，解析协议获得制造设备的实时制造信息。

其中，所述数据处理模块、服务化封装模块及智能监测模块被封装在一起形成统一的装置，适应制造现场“人-机-物-环境”各种对象的异构多样化差异，当新的工人、物料、加工设备或供水供电供气设备加入时，只需增加采集模块，即可将采集到的数据接入到该统一的装置中进行自动服务化封装，实现即插即用。

其中，所述数据处理模块还包括指令数据的逆向处理，即将统一格式的指令转换成对应的“人-机-物-环境”中目标对象的指定格式，具体的有当智能监测模块智能预测到某个加工设备将要进入缺料状态时，自动通知物料运输设备进行物料配送；当预测到某个加工设备、供水供电供气设备可能会出现故障或报警某个加工设备、供水供电供气设备出现故障时，或者感知到环境失常时，通知工作人员下达停机指令，这些指令是以统一的数据格式通过统一的通讯接口和通讯协议进行传输的；数据处理模块根据接收指令对象的类型将这些统一格式的指令转换为具体对应“人-机-物-环境”中目标对象的通讯协议并通过特定接口传达给目标对象。

其中，所述数据处理模块设有一个数据缓冲池，数据采集模块送来的制造现场的“人-机-物-环境”各种对象的实时数据首先被存入的缓冲池，以便对这些数据的并行处理，并避免由于处理不及时而造成的数据丢失现象。

其中，所述数据处理模块在将实时数据存入数据缓冲池的同时，通过主动询问的方式从缓冲池中依次读取制造现场的“人-机-物-环境”各种对象的实时数据，并对每一个定制的接入模块采集到的数据进行预处理，包括降噪、校验、归一化、数据融合；预处理后的数据用相同的数据格式进行描述，并采用统一的通讯接口和通讯协议进行传输。

其中，所述服务化封装模块包括多维能力建模、服务语言描述与服务发布；多维能力模型包含两方面的信息：“人-机-物-环境”的动态描述信息和静态描述信息；“人-机-物-环境”的动态描述信息，具体有“人-机-物-环境”各种对象的状态、加工进度、加工时间，数据处理模块将处理后的这些数据进行打包并依据ID发送给服务化封装模块，在获得这些数据后，服务化封装模块会将之与动态模板库中的模板进行匹配形成动态描述信息；“人-机-物-环境”的静态描述信息，具体有名称、编号、类型、制造商，一方面可以在“人-机-物-环境”某对象首次接入装置时由操作人员手动配置并保存至静态信息库，再次接入时由静态信息库导入静态描述信息；另一方面可以在“人-机-物-环境”的对象每次接入时由驱动程序动态导入这些静态描述信息，减少人工干预；根据动态描述信息和静态描述信息，构建“人-机-物-环境”各种对象的多维能力模型；在多维能力模型之后，选择合适的服务描述语言对“人-机-物-环境”进行数字化描述，从而实现制造现场的“人-机-物-环境”各种对象的服务化封装；制造现场的“人-机-物-环境”的各类对象被转化成了服务并被发布到本地服务池或云平台上去参与竞争并实现价值；同时服务的调用信息被反馈给智能监测模块，为智能监测操作提供另一部分数据支持。

其中，所述智能监测模块在数据采集与处理和服务化封装的基础之上，对制造现场的“人-机-物-环境”各种对象进行智能监测操作；智能监测模块将处理后的“人-机-物-环境”各种对象的数据发送至车间工人和企业生产管理者所持有的智能终端，智能终端上运行的客户端软件可以对各种实时数据进行解析，并以图形界面进行可视化地显示，实现对制造现场的“人-机-物-环境”的可视化监控；另外，从制造现场的“人-机-物-环境”各种对象采集到的大量数据以及服务的调用数据中包含了大量的信息，通过对这些数据的处理分析可为车间工人和企业管理者提供多种智能监测操作，包括制造现场的“人-机-物-环境”的可视化监控和故障预测、能耗监测、缺料感知、产品的质量检测、负荷统计与预测这些智能监测管理，但是智能监测模块并不局限于上述这些智能监测操作。

本发明的优点在于：

(1)本发明是将企业制造现场的“人-机-物-环境”各种对象的状态及参数信息统一采集后，设计相应的服务化封装以及智能监测操作实现方法，实现制造企业的“人-机-物-环境”的统一无差别的感知与接入以及自动服务化封装与对外发布，并对“人-机-物-环境”进行智能监测，为不同类型的用户提供多样的可视化展现。该发明能有效实现数据流自下而上的封装及指令自上而下的传达，克服了制造现场的“人-机-物-环境”各种对象的统一接入与服务化的难题。

(2)本发明包括一种工业互联网Hub装置，具有良好的扩展性、底层透明性、即插即用性，能有效屏蔽资源服务化过程中的“人-机-物-环境”各种对象的异构性，最大化企业资源的利用率，提高企业的智能化水平。

附图说明

图1是工业互联网Hub装置模块图；

图2是“采集-处理-封装-监测”全过程的数据流分阶段示意图；

图3是数据采集与处理示意图；

图4是服务化封装与发布示意图；

图5是可视化与智能监测示意图。

具体实施方式

关于在说明书中描述的本发明的实施例，说明特定结构或功能描述仅是解释本发明的可能实施例的目的。本发明的实施例可以做成各种形式，并且不应该被解释为限制于在说明书描述的实施例。

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，本发明涉及的一种工业互联网Hub装置，即从企业制造现场的“人-机-物-环境”采集它们的状态及参数信息，将这些多源异构的数据进行归一化处理，形成统一的数据描述，并采用统一的通讯接口和协议进行传输，从而为“人-机-物-环境”各种对象的服务化封装和智能监测提供数据基础。根据采集并处理后的“人-机-物-环境”各种对象的状态数据及参数信息，实现“人-机-物-环境”各种对象的在线服务化封装以及发布。并根据实时状态信息和服务调用信息为车间工人或企业管理者提供多种智能监测操作。

企业制造现场的“人-机-物-环境”各种对象是企业创造价值的物质基础。“人-机-物-环境”为某个企业或车间所拥有，在其上面进行的操作，均由该企业或车间人员独立完成。企业制造现场的“人-机-物-环境”总体上可以分为车间环境、制造加工设备、制造辅助设施、移动资源、工作人员等。

(1)制造环境

制造现场的环境与生产息息相关。首先，某些产品的质量对环境参数相当敏感，加工现场的空气温度、湿度、清洁度等都会影响到最终产品的质量。其次，制造现场的环境会影响现场工作人员的舒适度甚至健康，如空气中的烟雾浓度、温湿度等会影响工作人员的舒适度从而影响工作效率，同时在化工产品的制造现场会产生有害气体危害到工作人员的健康。产品相关和人员相关的制造环境信息主要有温度、湿度、光照、PM2.5、二氧化碳、有毒气体等。

(2)制造设备

制造设备是具有具体制造能力的加工实体，主要在产品全生命周期中提供生产、加工、仿真、实验制造等服务。可以根据功能将制造设备资源进一步细化为加工机床、刀具、量具以及吊装设备、涂装设备、焊接设备等加工制造设备。以制造加工最常使用的机床设备为例，根据加工能力和智能化水平不同，可分为普通机床和数控机床。

(3)辅助资源

在生产企业，除了直接参生产的制造设备外，还有专门为企业的生产车间供水、供电、供热、供气的辅助设备。各类水、电、热、气设施、设备的正常运行是保证生产过程顺利进行的前提。

(4)移动资源

所述移动资源是指制造加工所涉及的物料及其输送设备。在生产过程中，与产品生产有关的物料主要包括：原材料，辅助用品，半成品，成品等。在生产加工过程中，物料必然会在各工位之间、工序之间、车间内部以及车间、仓库之间进行流转。为了物料流转通畅，减少甚至消除寻找、滞留时间，生产加工过程中必然涉及到物流输送设备。根据物流周转过程中功能的不同具体分为：装卸设备、搬运设备、运输设备等。

(5)工作人员

目前大部分的企业并没有完全实现工厂的无人化，即使高度自动化的企业依然需要工作人员的参与。合理调配人员，可以确保生产顺利达成。

为了实现智能制造，以上“人-机-物-环境”各种对象需要被智能的感知并接入网络，转化成服务，并被智能监测。作为联通了制造物理世界与信息世界的中间枢纽，本发明可自下而上的实现异构、多元“人-机-物-环境”各种对象的统一地网络化接入、服务化封装，完成制造物理世界到信息世界的转化，以及自上而下的实现信息世界对制造物理世界的智能管理并提供智能监测操作。

如图2所示，经过接口与协议转换，从制造现场“人-机-物-环境”各种对象采集到的数据经过归一化处理后，作为数据基础被传递给服务封装；将“人-机-物-环境”各种对象的动态信息和静态信息结合，构建“人-机-物-环境”的多维能力模型，经由服务描述语言的统一形式化描述，“人-机-物-环境”各种对象被封装成服务，并以服务的形式被发布到本地服务池或云平台上，进行供需匹配、优化组合等进一步操作；同时，“人-机-物-环境”各种对象的实时状态信息可在平板、手机、电脑等多终端进行可视化显现，操作人员可监控制造现场的实时情况，并可提供对制造加工设备的故障预测、对产品的质量分析以及下达指令等一系列智能监测操作。

工业互联网Hub装置模块结构如图1，由数据采集模块、数据处理模块、服务化封装模块与智能监测模块四部分组成。

制造现场“人-机-物-环境”各种对象的数据采集和数据处理，如图3，通过对“人-机-物-环境”各种对象定制接入模块采集“人-机-物-环境”的数据，经过统一接口和协议转换后作进一步的数据去噪、归一化与融合，为下一步提供数据基础。如图3所示，制造现场“人-机-物-环境”各种对象的数据采集和数据处理是由数据采集模块和数据处理模块来实现的，具体表述如下：

(1)数据采集模块

数据采集模块主要负责收集制造现场的“人-机-物-环境”的状态和参数等信息数据。只有将制造过程中各种信息进行准确采集和有效集成，才能够及时准确掌握制造过程中的动态信息，从而为提高生产效率和资源利用率提供支持；从制造现场的“人-机-物-环境”采集的实时数据是实现制造车间自动化、智能化以及最终实现智能制造的基础。

如图3所示，针对上述五类对象，其接入解决方案如下：

1)制造加工设备的数据采集解决方案

生产车间内制造加工设备种类多种多样，有各型号的机床、机械臂、吊装设备、涂装设备、焊接设备等，其通讯接口、通讯协议以及监控可扩展性不尽相同，其数据采集的解决方案也不尽相同。如表1所示，根据制造加工设备自身智能化程度的不同，制造加工设备主要可分为带有宏功能的接口的设备、无宏功能普通接口的设备和无连接功能的设备。带有宏功能的接口的设备本身带有通讯接口，支持通过RS232串口和宏指令、DNC接口、网络接口及OPC规范等方式获取实时制造信息，定制接入模块通过解析这一类制造设备的接口协议，获得实时制造信息。宏功能普通接口的设备带有通讯接口，但仅部分信息可读，定制接入模块一方面接入到数控***的接口上，另一方面通过与数控***逻辑控制器输入输出端子并线，通过协议解析获得制造设备的实时制造信息。无连接功能的设备没有通讯接口，定制接入模块通过与数控***逻辑控制器输入输出端子并线，解析协议获得制造设备的实时制造信息。

表1是不同制造加工设备的接入方案。

2)车间环境、制造辅助设施、移动资源及工作人员的数据采集解决方案

针对加工制造过程中的车间环境、制造辅助设施、移动资源及工作人员，根据具体的需求来选择不同数据采集方式。(A)对于制造现场的环境信息，如用温度、湿度、光照、粉尘等，在车间内合理位置布置相关网络化的传感器来采集制造现场的环境实时数据；(B)对于供水、供电、供气等辅助设备，在每一个制造辅助设施的必要位置加装智能仪表用于检测供水供气压力、流量、供电电压电流等信息；(C)移动资源数据的采集是在物料、在制品及成品上的合理的位置加装RFID标签或条形码，并在物料加工的关键位置上加装RFID或条形码阅读器、多路多角度的视频采集设备等，用于采集物料的加工状态等数据，在物流车、传送带等运输工具上的合理的位置安装摄像头及定位仪采集位置、负荷等数据；在一些特殊的环境下，可以采用一些特殊的数据采集方式，如在高温和高电磁干扰情况下可采用金属条码技术；(D)现场的工作人员是参与产品加工不可缺少的重要部分。通过工作人员的员工卡以及手持设备内置芯片，大部分与工作人员有关的数据，如出勤、位置、在执任务等的数据均可被采集到。企业可根据自身行业特点与实际生产环境和设备类型，选择适合自己的数据采集方式。

(2)数据处理模块

由于对“人-机-物-环境”各种对象的数据采集的实现方法各有不同，因此数据的协议、格式、含义等千差万别。如图3所示，数据归一化处理模块主要为数据采集模块采集的各种数据进行校验、降噪、归一化、统一分发等操作，具体过程如下：

数据采集模块送来的“人-机-物-环境”各种对象的数据首先被存入数据归一化处理模块的缓冲池，以便实现数据归一化处理模块对采集到的数据的并行处理，并避免由于处理不及时而造成的数据丢失现象。然后数据归一化处理模块通过主动询问的方式从缓冲池中依次读取每一个目标对象的数据，并对每一个接入的目标对象的数据进行预处理，包括降噪、校验、归一化等。

校验：为了保证数据的完整性和准确性，需对数据采集模块采集到的数据进行校验。针对不同来源的数据和不同类型的数据，数据处理模块采用不同的校验方式。对一些开关量数据，采用简单奇偶校验方式，对于对象的状态等复杂信息，采用常用的CRC校验等方式。

降噪声去冗余：为保证数据的真实有效性和高利用率，需要将数据中的噪声数据剔除。数据降噪常用的方法有高斯函数、小波变换等去噪方法。此外，对采集到的数据中不常用到或无用的数据进行裁剪以去除冗余。

归一化：此处归一化是指对数据的多种的格式进行统一。将一个目标对象的标准或协议转换成通用的协议，并为每一类数据分别定义不同的功能码，采用相同的数据格式进行描述，并采用统一的通讯接口和通讯协议进行传输。

经过数据归一化处理后，与对象属性相关的数据及性能参数信息被上传至服务化封装模块，为服务生成提供数据支持，对象实时状态数据及产品质量等数据被上传给智能服务模块，为各种智能监测提供数据基础。

(3)服务化封装模块

为了实现制造物理世界与信息世界的互联互通，“人-机-物-环境”各种对象需要被封装成信息世界里的服务。如图4所示，所述的服务化封装模块即是对“人-机-物-环境”各种对象的在线服务化封装并发布，包括多维能力建模、服务语言描述与服务发布。

多维能力模型包含两方面的信息：“人-机-物-环境”的动态描述信息和静态描述信息。动态描述信息，如状态、加工进度、加工时间等，是通过数据采集模块进行采集，经过数据归一化处理后，依据目标对象的类型及ID将状态、加工进度、加工时间等信息进行打包发送给服务化封装模块。在获得这些信息后，服务化封装模块将之与动态信息模板库中的模板进行匹配，得到动态描述信息。同时，读取目标对象的静态描述信息，如名称、编号、类型、制造商。一方面静态描述信息可以在“人-机-物-环境”某个对象首次接入时由操作人员手动配置并保存至静态信息库，再次接入时由静态信息库导入静态描述信息；另一方面可以在“人-机-物-环境”某个对象每次接入时由驱动程序动态导入这些静态描述信息，减少人工干预。得到“人-机-物-环境”中目标对象的动态描述信息和静态描述信息后，完成多维能力模型的构建。

在给出了多维能力模型之后，选择合适的服务描述语言对“人-机-物-环境”中目标对象进行数字化描述，目前常用的本体描述语言有SHOE、OWL以及OWL-S(Web服务本体描述语言)。基于“人-机-物-环境”目标对象的种类、属性、关联关系等，明确多维能力模型与服务描述语言的映射规则，从而实现“人-机-物-环境”各种对象的自动服务化封装。“人-机-物-环境”被转化成了服务后被发布到本地服务池或云平台上去参与竞争并实现价值。

(4)智能监测模块

在服务被发布到服务池或云平台后，服务需求者发布任务需求到云平台。在经过供需匹配、优化组合、评估优选后，可以完成任务的服务被调用，并发送给制造企业。

从制造现场采集的大量数据及服务的调用数据中都包含了丰富的信息，通过对这些信息进行分析，可提供给企业和车间操作人员大量的智能监测操作，如图5所示，具体包括以下几种功能：

(1)可视化监控，智能监测模块将处理后的数据发送至车间工人和企业生产管理者所持有的PC机、手机、Pad等智能终端，智能终端上运行的客户端软件可以对“人-机-物-环境”各种对象的实时数据进行解析，并以图形界面进行可视化地显示，实现对“人-机-物-环境”的可视化监控。

(2)智能在线质量检测，对当前正在加工的产品的制造质量进行在线监控与诊断，如根据产品加工实时数据与历史数据综合对比分析，发现是否产品质量受损严重并分析原因；采用数理统计和工序控制图的方法对现场采集的数据进行分析，判断当前工序是否稳定，发现异常立即采取措施等。

(3)智能故障预测与发现，通过对设备历史数据和当前状态的分析，比如机床电流变化、扭矩变化幅度等，与故障库中的信息进行匹配，预测设备可能出现的故障或智能地发现当前出现的故障并报警。

(4)智能生产协同，根据当前工序的执行情况，对连接的多个加工设备进行协同控制。如当一个工件第一步操作完成后，相应的制造设备发送完成信号，然后智能监测模块向下一步要加工的加工设备发送使能信号，使其无缝衔接。

(5)智能能耗监测，由自动计量装置实时采集的能耗数据，传输至数据中心接收并存储，并由智能监测模块对其进行处理、分析、展示和发布。通过能耗模型计算能源消耗的分布，分析节能潜力；通过能耗综合数据分析，诊断设备异常，发现潜在危险。

(6)智能生产负荷统计与预测，包括实时反映加工设备已分配的任务负荷，同时根据获取的实时加工状态数据分析制造任务的加工进度，对完工时间进行动态预测。

(7)智能缺料感知与主动配送，根据物料使用状况的感知信息，当设备端物料低于安全设定时或设备处于空转状态时，能及时跟加工任务向配送部门生成对所需物料种类和数量的配送需求，保证生产顺利进行。

智能监测模块发送给设备的指令须由数据归一化处理模块进行指令的下行处理。如当智能监测模块预测到某个设备将要进入缺料状态时，会下达指令通知物料运输设备进行物料配送。数据归一化处理模块接收到以统一的数据格式发送的指令后，会根据目标对象的类型将这些统一格式的指令转换为具体对应的对象的通讯协议并通过特定接口传达给目标对象。

本发明中数据归一化处理模块、服务化封装模块以及智能监测模块被封装在一起，统一在一个装置中。该装置与数据采集模块一起构成了制造现场“人-机-物-环境”互联与融合的工业互联网Hub装置。该装置屏蔽了制造现场“人-机-物-环境”各种对象的异构多样化差异，当新的对象加入时，只需在数据采集模块增加定制接入模块，即可将采集到的数据接入到对象中进行自动服务化封装，实现即插即用。

Claims (9)

1.一种工业互联网Hub装置，其特征在于：所述的装置包括数据采集模块、数据处理模块、服务化封装模块、智能监测模块；

所述数据采集模块，负责为制造现场的“人-机-物-环境”各类对象定制接入模块，兼容不同的通讯接口和通讯协议,通过定制接入模块采集“人-机-物-环境”的状态和各类参数数据，获得实时数据并发送给数据处理模块；

所述数据处理模块，负责对采集到的数据进行预处理，实现多源数据格式与协议的统一，为服务化封装与智能监测屏蔽数据的多样性；经过数据处理模块处理后，加工能力、状态这些与服务化相关的数据被上传至服务化封装模块，为服务生成提供数据支持，与生产过程有关的数据被上传给智能监测模块，为各种智能监测操作提供数据支持；所述服务是指对“人-机-物-环境”各种对象的服务；所述服务化封装模块，负责根据采集并处理后的“人-机-物-环境”各种对象的状态数据及参数信息，实现制造现场的“人-机-物-环境”各种对象的在线服务化封装，并发布到本地服务池及云服务平台上被不同类型和不同层级的用户共享和使用；

所述智能监测模块，实现服务以及“人-机-物-环境”各种对象的状态在不同终端的可视化显示，并根据实时状态数据和服务调用信息为车间工人或企业管理者提供多种智能监测操作。

2.根据权利要求1所述的一种工业互联网Hub装置，其特征在于：所述数据采集模块由为每一个设备定制的接入模块组成，定制的接入模块安装在制造现场的目标对象端以不同的方式采集“人-机-物-环境”各种对象的数据，数据采集模块采集到的数据根据类型不同采用有线和无线相结合的方式进行传输。

3.根据权利要求2所述的一种工业互联网Hub装置，其特征在于：所述数据采集模块具体实现如下：对于加工制造过程中的车间环境、制造辅助设施、移动资源及工作人员，使用传感器、智能仪表、RFID以及内置智能芯片的员工卡采集它们的信息，定制的接入模块兼容以上装置的数据接口；对于带有RS232串口的设备，定制的接入模块通过RS232串口采集设备的实时数据，对于带有DNC接口的设备，定制的接入模块通过DNC接口采集设备的实时数据，对于带有网络接口的设备，定制的接入模块通过网络接口采集设备的实时数据，对于带有OPC接口的设备，定制的接入模块通过OPC接口采集设备的实时数据，设备的实时数据包括加工状态、报警、位置和刀具状态数据；对于带有无宏功能的普通接口的制造加工设备，定制的接入模块一方面接入到数控***的接口上，另一方面通过与数控***逻辑控制器输入输出端子并线，通过协议解析获得制造设备的实时制造信息，这类设备仅有部分信息可读，包括报警信息；对于没有通讯接口和连接功能的通信设备，定制的接入模块通过与数控***逻辑控制器输入输出端子并线，解析协议获得制造设备的实时制造信息。

4.根据权利要求1所述的一种工业互联网Hub装置，其特征在于：所述数据处理模块、服务化封装模块及智能监测模块被封装在一起形成统一的装置，适应制造现场“人-机-物-环境”各种对象的异构多样化差异，当新的工人、物料、加工设备或供水供电供气设备加入时，只需增加采集模块，即可将采集到的数据接入到该统一的装置中进行自动服务化封装，实现即插即用。

5.根据权利要求1所述的一种工业互联网Hub装置，其特征在于：所述数据处理模块还包括指令数据的逆向处理，即将统一格式的指令转换成对应的“人-机-物-环境”中目标对象的指定格式，具体的有当智能监测模块智能预测到某个加工设备将要进入缺料状态时，自动通知物料运输设备进行物料配送；当预测到某个加工设备或供水供电供气设备可能会出现故障或报警某个加工设备或供水供电供气设备出现故障时，或者感知到环境失常时，通知工作人员下达停机指令，这些指令是以统一的数据格式通过统一的通讯接口和通讯协议进行传输的；数据处理模块根据接收指令对象的类型将这些统一格式的指令转换为具体对应“人-机-物-环境”中目标对象的通讯协议并通过特定接口传达给目标对象。

6.根据权利要求1或5所述的一种工业互联网Hub装置，其特征在于：所述数据处理模块设有一个数据缓冲池，数据采集模块送来的制造现场的“人-机-物-环境”各种对象的实时数据首先被存入缓冲池，以便对这些数据的并行处理，并避免由于处理不及时而造成的数据丢失现象。

7.根据权利要求1或5或6所述的一种工业互联网Hub装置，其特征在于：所述数据处理模块在将实时数据存入数据缓冲池的同时，通过主动询问的方式从缓冲池中依次读取制造现场的“人-机-物-环境”各种对象的实时数据，并对每一个定制的接入模块采集到的数据进行预处理，包括降噪、校验、归一化和数据融合；预处理后的数据用相同的数据格式进行描述，并采用统一的通讯接口和通讯协议进行传输。

8.根据权利要求1所述的一种工业互联网Hub装置，其特征在于：所述服务化封装模块包括多维能力建模、服务语言描述与服务发布；多维能力模型包含两方面的信息：“人-机-物-环境”的动态描述信息和静态描述信息；“人-机-物-环境”的动态描述信息，具体有“人-机-物-环境”各种对象的状态、加工进度和加工时间，数据处理模块将处理后的这些数据进行打包并依据ID发送给服务化封装模块，在获得这些数据后，服务化封装模块会将之与动态模板库中的模板进行匹配形成动态描述信息；“人-机-物-环境”的静态描述信息，具体有名称、编号、类型和制造商，静态描述信息的导入有两种模式，在使用时，用户可以任选其中一种模式，模式一是在“人-机-物-环境”某对象首次接入装置时由操作人员手动配置并保存至静态信息库，再次接入时由静态信息库导入静态描述信息；模式二是在“人-机-物-环境”的对象每次接入时由驱动程序动态导入这些静态描述信息，减少人工干预；根据动态描述信息和静态描述信息，构建“人-机-物-环境”各种对象的多维能力模型；在多维能力模型之后，选择合适的服务描述语言对“人-机-物-环境”进行数字化描述，从而实现制造现场的“人-机-物-环境”各种对象的服务化封装；制造现场的“人-机-物-环境”的各类对象被转化成了服务并被发布到本地服务池或云平台上去参与竞争并实现价值；同时服务的调用信息被反馈给智能监测模块，为智能监测操作提供另一部分数据支持。

9.根据权利要求1所述的一种工业互联网Hub装置，其特征在于：所述智能监测模块在数据采集与处理和服务化封装的基础之上，对制造现场的“人-机-物-环境”各种对象进行智能监测操作；智能监测模块将处理后的“人-机-物-环境”各种对象的数据发送至车间工人和企业生产管理者所持有的智能终端，智能终端上运行的客户端软件可以对各种实时数据进行解析，并以图形界面进行可视化地显示，实现对制造现场的“人-机-物-环境”的可视化监控；另外，从制造现场的“人-机-物-环境”各种对象采集到的大量数据以及服务的调用数据中包含了大量的信息，通过对这些数据的处理分析可为车间工人和企业管理者提供多种智能监测操作，包括制造现场的“人-机-物-环境”的可视化监控和故障预测、能耗监测、缺料感知、产品的质量检测和负荷统计与预测这些智能监测管理，但是智能监测模块并不局限于上述这些智能监测操作。