CN106779316B - 一种雷达电子装备制造物联*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷达电子装备制造物联***，其包括感知层、传输层、数据层、应用层、标准层。所述感知层是基础，接收雷达电子装备制造所需的制造资源状态信息。所述传输层实现所述感知层的采集数据与所述数据层的数据中心之间、或所述感知层的采集数据与所述应用层的应用***之间的信息联通和互操作。所述数据层对制造物联获取的海量数据进行有效处理，检出关键事件信息，基于数据处理结果实现资源调度、物料配送和车间精益化管理。所述应用层实现制造资源精益化管理与智能调度，以及物料智能匹配与均衡化物流配送。所述标准层实现雷达电子装备制造物联信息安全，和雷达电子装备制造物联标准化。

Description

一种雷达电子装备制造物联***

技术领域

本发明涉及一种物联***，尤其涉及一种雷达电子装备制造物联***。

背景技术

随着现代化大生产的发展和科学技术的进步，雷达电子装备的功能日臻完善，自动化程度也越来越高，正朝着高度集成化、两极化和智能化方向发展。如新一代机载预警雷达、一体化电子信息***、国家导弹预警防御***、下一代指挥信息***、电子战***、天地一体化军事信息网以及空间综合电子信息***等都是典型的新一代雷达电子装备，不仅***结构高度复杂、功能异常丰富，而且服役环境日趋极端、运行控制能力十分强大。雷达电子装备涉及雷达、通信、导航、测控、电子战、数据链及信息***等领域，需要电子信息功能材料、电子元器件和能源予以保障，装备研制过程涉及机、电、光、磁、热等学科及其综合集成，需要先进设计和数字化技术予以支撑，需要先进制造物联技术予以保证，以及需要全寿命周期试验、测试、运维技术予以保障。由此可见，雷达电子装备具有涉及的装备领域多，面向的技术学科多、配套的武器平台多和技术更新换代快的特点。

目前主要以下几项不足：(1)雷达电子装备呈现出集成化、两极化发展趋势，数字化技术已经成为雷达电子装备主要研发手段，但针对制造等下游环节缺乏数字化管控手段，亟需制造物联技术形成车间数字化信息流，为数字化与智能化技术进一步应用奠定基础。(2)雷达电子装备具有变平台、多品种、小批量的产品特点，以及物料种类多、工艺门类广、电子制造与机械制造并存、手工制造与自动化生产线并存的制造特点。目前缺乏对制造资源和制造过程进行实时、精准管理的能力，通过制造物联技术，实现对全生产过程中“人、机、料、法、环”各项指标的智能化识别、定位、跟踪、分析、监控和管理。(3)雷达电子装备的价值链正在向下游转移，亟需提升产品制造和服务过程可追溯管理能力，支持装备的设计、制造、使用和回收等全生命周期的制造物联应用已成为未来的发展方向和趋势。

发明内容

为避免上述已有技术中存在的不足之处，本发明提供一种雷达电子装备制造物联***。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种雷达电子装备制造物联***：其包括感知层、传输层、数据层、应用层、标准层；所述感知层是基础，接收雷达电子装备制造所需的制造资源状态信息；所述传输层实现所述感知层的采集数据与所述数据层的数据中心之间、或所述感知层的采集数据与所述应用层的应用***之间的信息联通和互操作；所述数据层对制造物联获取的海量数据进行有效处理，检出关键事件信息，基于数据处理结果实现资源调度、物料配送和车间精益化管理；所述应用层实现制造资源精益化管理与智能调度，以及物料智能匹配与均衡化物流配送；所述标准层实现雷达电子装备制造物联信息安全，和雷达电子装备制造物联标准化。

作为上述方案的进一步改进，所述感知层通过RFID、传感器、激光扫描中的至少一者来获取雷达电子装备制造的设备、物料、人员、在制件、刀辅具这些制造资源状态信息。

作为上述方案的进一步改进，所述传输层通过感知节点、中间件、异构网络中的至少一者来实现所述感知层的采集数据与所述数据层的数据中心之间、或所述感知层的采集数据与所述应用层的应用***之间的信息联通和互操作。

进一步地，所述感知节点包括现场读头。

进一步地，所述感知节点包括移动读头。

进一步地，所述感知节点包括分布式智能读头。

进一步地，所述中间件的构架包含边缘代理模块、网络管理模块与事件管理模块，所述中间件向下连接车间现场的标签读写器、传感器、控制器、视觉单元这些硬件模块，向上通过应用接口与车间/企业层级的应用程序对接，形成了数据上传下达的通道。

进一步地，所述异构网络的构架包括接入模块、通信模块和管理模块；接入模块是为各种异构网络提供接入接口；通信模块实现异构网络的互联互通，把数据包中的有效数据段进行提取，并快速转换到另一种网络协议，封装为需要的数据包；管理模块是***的服务模块，用于对异构网络中各个终端节点的入网注册和退网注销，多网关负载均衡的动态调度和可视化管理。

作为上述方案的进一步改进，所述应用层通过及时获取物料的状态、物料位置、物料库存和物流人员位置这些物流信息，在这些物料信息的基础上，构建物流管理平台，帮助管理人员及时便捷地了解物料情况、物流设备情况和物流人员情况，实现对物料、物料运输设备和物流人员等物流资源进行实时监控和精益化管理。

作为上述方案的进一步改进，雷达电子装备制造物联数据流处理与关键事件检出方法，主要包括以下步骤：

读原子事件：从制造物联环境下产生海量多源数据流中进行读取原子事件操作；NFA匹配：使用非确定有限自动机对读取到海量原子事件进行匹配，获取到相关的原子事件；

哈希表存储：使用哈希表结构表映射，***等技术存储上述检测到的海量相关原子事件，即中间结果；

哈希表查找与输出：利用哈希表査找技术查找相关事件序列并输出，即复杂事件。

本发明的有益效果如下：

1)提出一种新型异构感知设备的集成技术。针对制造过程中各生产状态的信息感知，采用不同设备进行采集，比如基于现场终端的制造数据实时采集、基于传感器的生产过程信息采集、基于RFID和条码等多数据载体的在制品状态采集等。对包括现场终端、传感器、RFID、条码在内的感知设备开发数据接口实现设备的集成。

2)提出一种雷达电子装备制造车间“人-机-料-法-环”互联技术。以雷达电子装备典型功能组件生产作业计划为主线，利用基于RFID的端到端信息交互与中间件技术，对现场设备状态、物料状态、技术状态等信息进行电子统一标识、采集和跟踪，实现计划管理、物流管理以及工艺信息的互联，支持生产过程的一体化运行。

3)提出一种基于实时信息的生产任务动态调度策略和方法。通过数据流处理和关键事件检出技术，建立动态关联生产计划执行过程与不同制造资源实时事件间的多层次事件体系，通过基于语义的描述方法对多层次事件间的时序关系和逻辑关系进行建模，实现对生产计划执行状态的主动感知，提出分时多级动态优化策略和方法，实现对调度问题复杂度的降维处理，提供基于实时信息的具有鲁棒性的全局和局部优化修补方案，提升物联制造执行过程的柔性和健壮性。

4)提出一种基于物料状态实时感知的智能配送技术。运用物联传感网络实现工位现有库存监控，根据***实时的生产计划安排，开发配送算法推算出各个工位的精确缺货量，以及缺货的工位分组情况，物料配送***根据缺货信息及配送设备信息，运用物料设备调度算法选取最优配送装置及调度路径，结合物联网技术的实时跟踪调度功能，自动调取配送装置到仓储管理部门领取物料，按照***给定的最优化配送路线和精确的配送数量，实现准确实时配送。

附图说明

图1为本发明雷达电子装备制造物联***的框架图。

图2为雷达典型功能组件制造状态感知架构图。

图3为本发明雷达电子装备制造物联***的RFID***基本结构示意图。

图4为本发明雷达电子装备制造物联***的中间件***功能架构图

图5为本发明雷达电子装备制造物联***的雷达电子装备制造物联异构网关通信模型图。

图6为本发明雷达电子装备制造物联***的接入模块结构图。

图7为本发明雷达电子装备制造物联***的基于异构网络的制造物联网关通信模块结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明围绕雷达电子装备小批量、多品种的产品特点和物料种类多、工艺门类广、手动加工和自动化加工并存、机械零件离散制造和微波组件组装生产线并存的制造特点，将RFID、传感器等电子信息技术、大数据级数与制造技术相融合，开展雷达电子装备制造物联关键技术研究，并开发原型验证***，在雷达典型功能组件研制中开展应用验证。通过本发明，突破雷达电子装备制造物联关键技术，对制造过程中物流执行装备、检测装备、刀辅具等关键资源的运行状态在线采集、计划执行状态主动感知、缺件感知与物料匹配、物料定位与传输、质量缺陷检测等功能提供技术支撑，提升雷达电子装备制造执行过程的透明性、敏捷性、容错性和自修复性，达到对制造过程进行全方位的跟踪、分析、优化和控制目的，通过开发制造物联环境下的精益化管理软硬件平台，形成面向雷达电子装备制造的软件产品和行业解决方案。

本发明首先研究雷达电子装备制造物联***架构，分析其技术体系，形成总计技术方案，如图1所示，然后分五个技术层次逐步开展技术研究，包括感知层、传输层、数据层、标准层和应用层。本发明研究将在及时了解掌握国内外研究工作进展动态，充分利用课题组现有研究工作基础上，采用理论研究与应用开发、实验验证相结合的方法展开研究。

1.1感知层技术研究方案

感知层是基础，本层级技术研究内容包含：雷达电子装备制造单元实体感知特性分析和制造物联多源信息高可靠采集方法研究。感知层目的是，通过RFID技术、传感器技术、激光扫描等技术获取雷达电子装备制造设备、物料、人员、在制件、刀辅具等制造资源状态信息。

雷达电子装备物料有数以万种之多，涵盖了电子元器件、组件、控制元件、电气设备、零部件等。这些物料的形状、大小和使用环境等情况各不相同，单独的条形码或二维码技术难以完全胜任，需要结合RFID对物料进行标识。与之相应地，采用RFID读写器对物料编码进行感知。同时需要定制物料智能存储装置，实现来料自动采集、识别、存储和取料的自动记录。

对雷达定性微波组件或关重件，针对企业内部制造过程，采集跟踪车间设备的运行状态，使用托盘标签、工位RFID读写设备和电子看板实时呈现在制品的加工状态信息，实现过程的可视化与产品质量的追溯记录。具体实施时，如图2所示，对每一个在制品需要按件贴上电子标签，或提供托盘标签；生产车间设备各需安装一台传感器，配置设备信息电子看板、在制品信息电子看板和智能节点；在每个工位上配置电子标签读写器，对应一条产品装配生产线。

对车间生产计划执行状态的感知，需要感知物料编码、物料的消耗情况、在制品的加工状态以及产量等多类信息，且具体感知环境各不相同。因此，需要采用RFID、条形码或二维码实现对这些信息的感知。利用感知技术对物料、在制品和人员等进行标识，并及时感知其状态变化，从而获取物料编码、物料消耗情况和在制品流转情况等车间生产信息。同时，也可以利用无线传感网络感知产品下线、设备运转时间等信息。所有的感知信息都可以通过无线传感网络进行传输，使车间生产信息的感知更为方便快捷。

对刀辅具的状态感知，需在刀柄定位槽里打孔，安装一枚RFID抗金属标签，作为刀柄的身份证。在机加车间的对刀仪旁部署一台触摸屏和手持式RFID读写器。一体电脑连接对刀仪和局域网，并通过车间局域网与OTMS***连接。测量到刀具参数之后，输出到一体机电脑中，一体机电脑通过手持式RFID读写器接触到刀柄上的RFID芯片后，将***中配对的刀具信息和对刀仪测量结果写入刀具RFID芯片。***通过网络连接数控机床***，同时刀柄上的RFID标签在初始、配送和使用的流动过程中分别采集相应的刀具相关参数便于***跟踪与定位。***通过局域网和刀柄上的RFID标签获取机床ATC中对应之刀库中每把刀具的切削时间。在刀库内安装一只RFID定向伸缩式读头，通过识别刀柄上的芯片将信息导入机床，同时机床亦将ATC工作信息写入芯片。从而实现***对刀具的使用时间，机床工作时间，刀具消耗等信息进行计算和统计。

1.2传输层技术研究方案

传输层技术研究内容包含：支持端到端的制造物联智能节点技术研究，支持制造物联的RFID中间件技术研究，和支持制造物联的异构网络融合技术研究。传输层目的是，通过感知节点、中间件、各种网络等实现采集数据与数据中心或应用***的信息联通和互操作。

在当前制造生产业中，在检测点较集中的工业现场大多釆用有线连接的数据采集方式即多数采用总线方式反馈至控制器，具有快速、稳定和安全性。但是在许多特殊工作场合釆用有线的连接方式已经不能满足现代制造业要求。比如分散测控***，由于与测量点比较分散，远程线路铺设及维护均需较高的代价，又如运动构件上的传感器信号的釆集，由于传感器空间位置不固定，使得通过电缆引出信号变得不可靠，甚至不可能。因此，在无线数据传输技术是对有线数据传输的补充甚至是优越者，在现代工业中具有扮演重要角色。随着近些年RFID技术、无线传感器网络技术的快速发展，数据釆集的途径更加广泛和灵活。加之现场总线种类繁多，如DeviceNet、ControlNet、Interbus等，在现代乃至未来的工业现场中，异构网络共存是普遍存在的。

本发明拟针对制造物联中常见的异构网络，提出基于网关接入的异构网络融合传输技术，并对嵌入式制造物联网关进行设计。基于面向服务的构架(Service-orientedArchitecture)，建立面向异构感知设备群的集成管理平台；其次，针对异构感知设备的不同数据采集方式(如通过串口、并口、USB、蓝牙等)和采集信息的不同格式，建立相应的服务接口对异构感知设备的感知功能和获取的信息格式进行封装，实现本***中能采用标准的模式对异构传感设备的感知功能的调用和对感知事件按标准信息模板输出；最后，拟采用具有时间约束的Petri网建立不同感知设备与执行***间的具有逻辑和时序关系的关联模型，进而基于无线通讯协议，实现面向生产执行过程的感知设备、无线网络和执行***间的集成控制。

1.3数据层技术研究方案

数据层技术研究内容包含：面向全局监控的信息融合与处理技术研究，与基于大数据驱动的关键事件检出技术研究。数据层的目的是对制造物联获取的海量数据进行有效处理，检出关键事件信息。基于数据处理结果实现资源调度、物料配送和车间精益化管理。

本发明在分析雷达电子装备制造物联海量数据流存在的数据特征，在现有研究成果基础上，对制造物联环境下海量数据流处理关键技术进行深入研究，提出并设计出面向雷达电子装备制造物联环境下数据流处理和关键事件高效检测方法。从融合的过程出发建立多源信息融合的功能模型，从信息融合的组成出发建立多源信息的结构模型，采用信息融合算法和综合逻辑技术建立多源信息的数学模型。按照信息抽象的层次研发检测级融合与处理技术、位置级融合与处理技术、目标识别级融合与处理技术三级技术。实现物联车间生产全局控制的信息融合，从而获得更为全面、准确和可信的结论。

1.4应用层技术研究方案

应用层技术研究内容包含：制造资源精益化管理与智能调度技术研究，以及物料智能匹配与均衡化物流配送技术研究。

通过及时获取物料的状态、物料位置、物料库存和物流人员位置等物流信息。在这些物料信息的基础上，构建物流管理平台，帮助管理人员及时便捷地了解物料情况、物流设备情况和物流人员情况，实现对物料、物料运输设备和物流人员等物流资源进行实时监控和精益化管理。与此同时，物流管理平台可以借助于智能调度算法，对物料、设备和人员等各类物流资源进行智能调度，从而实现对物流的智能调度，减少资源浪费。

针对离散制造车间物流配送中经常遇到的运输调度问题，运用GPS/GIS技术辅助车辆调度和跟踪，运用RFID/WSN技术进行货物跟踪，建立了基于GPS/GIS/RFID/WSN物流配送跟踪模型，实现车辆配送全过程跟踪和数据收集，为物流配送决策调度中心编制、调整配送计划提供决策支持。在车间物流设备跟踪模型基础上，根据生产计划、车间设备布局、工位分布、仓储***、配送设备的工作状态等车间实时状况，建立基于时间窗的动态车间物流设备调度模型研究相应的优化算法，实现车间物流设备应对不同配送需求物料的最短路径选取，解决基于车间实时动态情况下的车辆低成本调度及调度设备运能最大化问题，从而实现快速、准时、高效、低成本的物料配送；建立基于开放动态环境的车间物流调度信息管理平台，实现车间物流配送业务所需的配送设备跟踪、配送设备管理、配送人员的组织、配送路线的显示等基础数据的管理。

1.5标准层技术研究方案

标准层技术研究内容包含：雷达电子装备制造物联信息安全技术研究，和雷达电子装备制造物联标准化技术研究。信息安全和标准化是实现雷达电子装备制造物联的基本要求和前提条件。本发明拟针对制造物联体系架构，从感知层、传输层和应用层三个层次来研究物联网的安全机制，并针对雷达电子装备不同车间的涉密程度，制定信息安全计划。针对标准化，本发明拟从基础、安全和管理三个方面研究制造物联标准化技术，构建雷达电子装备制造物联标准化技术体系。

2.关键技术解决途径

2.1异构感知设备集成与高可靠数据采集技术解决途径

本发明研究一种面向异构感知设备群的集成管理技术、基于标准服务接口对异构感知设备的感知功能的封装技术、感知设备群与执行***间基于时序和逻辑的关联模型，基于无线通讯协议，实现感知设备、无线网络和执行***间的集成控制。并针对电子标签在电磁干扰、金属介质、多障碍物、震动等环境下存在的可靠性、读写距离、使用寿命问题，研究基于电子标签的高可靠数据采集技术。

一个典型的RFID***如图3所示，其包括电子标签、阅读器、以及中间件及应用软件三大部分。视其应用场景的不同，在各部分均需做出匹配现场需求的调整。通过对电小天线极限理论的研究，构建标签性能评估模型与测试验证环境，指导标签设计过程参数选择，并对标签设计结果进行评估和试验验证，以确认最优设计方案。在介质谐振天线标签的设计过程中，选择不同类型的谐振介质，优化天线设计的尺寸和结构形式，利用评估模型评估设计结果并调整设计方案。通过研究标签以及读写器之间在不同参数情况下的能量和数据传输规律，构建标签性能评估模型。研究结果将直接支持标签以及天线结构设计和封装工艺的优化，得到满足雷达电子装备混合制造环境下对于超高频标签以及读写器要求的设计、制造方案。

此外，通过对电磁感应、射频聚集等技术的改进优化，除了满足ISO射频协议之外，开发满足现场环境的分离式高性能读头(阅读器)，能够在复杂工况：金属、非金属、粉尘、高温、液体环境下工作，其中读头的探头部分需要精确和聚集，并且和工件标签配套。读头负责对现场标签信息的采集，采用绕线式天线和圆柱形电路实现探头部分的精确，采用灌封树脂实现抗粉尘、液体和撞击。制造领域应用的传感设计与制造是基于有限元模拟与工艺实验研究，通过改变标签材料、封装工艺、后处理工艺等手段，开发出成本低、寿命长、体积小、耐弯折、易于负载在各种物流装备上，满足智能感知识别应用的远距离和近距离标签。拟采用的具体研究实验方法如下：

通过优化倒装键合工艺参数，调整标签的结构设计，改善导电胶的抗弯强度，开发需要反复弯折的超高柔性标签；

通过改进工艺来抑制胶水的吸湿、防止芯片的冲击、弱化导电胶热胀冷缩的膨胀效应，开发超长使用寿命的电子标签；

通过优化与调整标签封装工艺，提高小型芯片封装的精度，开发轻薄小巧型的电子标签。

通过对原有键合式电子标签封装工艺的研究，原有的刻蚀式天线基板和传统的单纯依靠吸波材料的抗金属原理并不适用于工件电子标签的应用场景，因此开发该电子标签采用绕线式天线方式来实现体积小和抗干扰、通过采用添加磁芯来进一步实现抗金属。通过高密度树脂热熔胶来实现耐粉尘和耐液体的特质，另外采用富士通芯片来实现存储容量和实现大数据量读写。

现场读头：制造环节需要现场读头对工件电子标签、在制品电子标签进行读写；通过对电磁感应、射频聚集等技术的改进优化，开发满足现场环境的分离式高性能读头，能够在复杂工况：粉尘、高温、液体环境下工作，其中读头的探头部分需要精确和聚集，并且和工件标签配套，采用绕线式天线和圆柱形电路实现探头部分的精确，采用灌封树脂实现抗粉尘、液体和撞击。

移动读头：在现场读头的基础上工业环境应用中大量需要半自动操作的过程，如测量过程、盘点过程、在此应用需求上，需要开发便携式读头，读头部分方便手握，并且提供按钮触发，功能性要求和现场读头类似。

分布式智能读头：制造环节中，需要在在读头和中间件之间进行处理和控制，特别是读写指令和信号功率的调整，可实现多个读头的集成、实现串口组网和TCP/IP组网，实现I/O输入输出，另外在IP防护防护等级、防尘、防水、防静电有要求。

2.2基于RFID的端到端信息交互与中间件技术解决途径

端到端信息交互是制造物联的基础之一，泛指人、机器之间建立连接的所有技术和手段，旨在通过通信技术将机器之间通信、机器控制通信、人机交互通信、移动互联通信等不同类型的通信技术有机结合在一起。传统的传感器，如机器视觉、RFID等只能单独用在自动化装备中，但是都需要配备其它的辅助设备，如数据传输终端、PLC逻辑单元、工控机、数据分析和算法单元等。在制造物联环境下，多种传感数据的协调联动是核心功能之一，也是技术难点和重点。针对单一传感器部署大量后端协同设备的模式已经无法适应新型智能制造的传感数据要求。基于此核心需求，需研究能够实现制造物联对象之间信息交互与关联操作的端到端智能节点技术，实现传感融合处理分析和交互接口。

RFID中间件能够实现底层数据读写与上层应用程序之间的信息交流问题，作为制造物联实现的关键技术，已经成为当前研究的热点。RFID中间件的本质作用是连接，价值在于语义的传递。因此，本发明拟分析RFID中间件框架的实现功能、层次结构以及语义构成，提出用于实现雷达电子装备制造物联的中间件技术及解决方案。

中间件产品软件架构如图4所示。其包含边缘代理、网络管理与事件管理三个模块，向下连接车间现场的标签读写器、传感器、控制器、视觉单元等硬件模块，向上通过应用接口与车间/企业层级的应用程序对接，形成了数据上传下达的通道。

边缘代理起着桥梁和纽带的作用，包括如下功能：允许不同种类的读写器/传感器写入适配器；以标准格式从读写器采集电子标签编码数据；实现内部消息队列，在数据过滤与汇集与适配器之间进行事件缓冲，使它们在不相互妨碍的情况下运行，实现高效通信；剔除大量的冗余数据，迅速减少信息量，只保留符合规则的数据，汇总到事件服务器中。

网络管理包括如下功能：提供对读写器/传感器的监控、配置及管理；支持同时访问多个、多种阅读器，对不同的阅读器进行基本的配置及管理；提供对中间件自身参数等的配置管理；提供异常告警、错误恢复；提供安全管理；提供可扩展机制，支持软件升级、新型读写器/传感器的使用。

事件管理提供规范中定义的对上层应用的统一接口，包括规则定义，事件预订等。提供一套功能全面的应用编程接口(API)实现对应用层的开放API接口，包括信息查询接口(读写器/传感器设备信息、边缘控制节点设备信息、标签打印任务信息等)、控制接口(读写器读写命令、边缘传感节点、设备IO命令、标签打印命令等)。

2.3雷达电子装备制造物联异构网络融合技术解决途径

实时数据传输是雷达电子装备制造物联平台的关键，但是雷达装备制造物联网存在着各种不同的网络，如RFID、WSN和各种总线网络，而对于感知网络的互联互通，是保证数据的实时性传输的关键。

当前的感知网络融合接入技术有多种，从协议找的角度出发，大致可以分为网关接入技术、覆盖接入技术和无线Mesh网接入技术这三种主要类型。网关接入技术优点是感知网络可以使用各自的通信协议，灵活采用软硬件接入机制，协调不同网络资源，在复杂的应用场景中灵活布置。覆盖接入技术通过两种策略来实现：第一种是用TCP/IP协议覆盖感知网协议，这种策略使得传统互联网能直接访问感知节点，如6LoWPAN的应用。第二种是感知网协议覆盖TCP/IP协议，这种策略就是在IP网的设备上部署不同的感知网络协议，但是由于异构网络的多样性，这种实现方式是不现实的。无线Mesh网络技术是网络结构上的创新引用，它的接入点间的连接采用网状结构，无中心点，节点间地位完全平等，这样的结构大幅度增强了网络的可扩展性。对于对等通信概念的利用可以提高网络接入的通用性，但是由于在异构复杂的感知环境中，各网络层协议不透明，因此实现起来难度较大。综合考虑各方案的优缺点，本课题采用网关融合技术作为雷达电子装备制造物联异构网络融合方案。

在分析DeviceNet协议、ControlNet协议、Interbus协议、Zigbee/GLoWPAN协议等异构网络协议的基础上，建立了雷达电子装备制造物联异构网关通信模型，如图5所示，分为接入模块、通信模块和管理模块。

(1)接入模块

接入模块是为各种异构网络提供接入接口，即DeviceNet、ControlNet、Interbus网络、WSN网络和Ethernet。如图6所示，制造物联网关的处理器是ARM Cortex A8，接口模块有5个，分别为Zigbee/6LoWPAN的RF无线射频接口模块、ControlNet接口模块、DeviceNet接口模块、Interbus接口模块和Ethernet接口模块。

(2)通信模块

制造物联的感知网由于存在多种的异构网络，异构网络之间不仅要交互通信以提供实时数据交互，而且要能够接入到Ethernet或者Internet中。上一小节对多种异构网络中协议进行分析，要实现异构网络的互联互通，必须要把数据包中的有效数据段进行提取，并快速转换到另一种网络协议，封装为需要的数据包。因此，本文在制造物联网关结合网络协议转换技术(NAT)的基础上提出了基于异构网络的制造物联网关通信模块，如图7所示。本框架能够使DeviceNet、ControlNet、Interbus和Zigbee/6LoWPAN网络协议间的数据包进行快速切换，而且能够转换为TCP/IP协议，把数据发送给上层应用进行分析处理。

(3)管理模块

管理模块是***的服务模块，用于对异构网络中各个终端节点的入网注册和退网注销，多网关负载均衡的动态调度和可视化管理。其中包含3个部分，分别为终端管理、多网关负载管理和可视化管理。

2.4制造物联数据流处理与关键事件检出技术解决途径

在制造物联环境中，由于制造过程复杂，大量的感知设备被部署到制造现场去监测生产情况，产生海量制造数据流。然而由于这些产生海量制造数据流存在如下特征：巨大的数据容量，多源的数据内容、复杂的数据结构、大的数据乱序排列、强的不确定数据值、多样化的数据表现形式、小价值数据信息值、高的响应需求等，使得现有的海量数据流处理方法难于直接支撑上述海量制造数据流的完全处理，导致现有的企业难于直接从上述产生海量信息流中去获取自己所需信息，从而严重影响企业的生产管理与控制水平。为此本课题对制造物联数据流处理与关键事件检出技术进行研究。

在制造物联环境中，由于制造过程的大型化，生产分布地域性和过程的复杂性，大量的RFID标签，传感器节点等感知设备被广泛部署到制造现场产生了大量关于制造过程中人，物料，设备，生产过程，产品，服务，环境变化等数据。由于这些制造数据具有大容量，多源性，快速响应需求性等数据特征，使得现有的海量数据处理方法难于支撑上述海量数据的快速处理需要，使得企业无法直接从上述产生各种海量信息流中直接获取自己所需信息，从而阻碍了企业对生产中各个制造过程状态的实时掌握，影响企业的生产管理与控制水平。所以如何从上述制造物联环境下产生的海量多源数据流快速检测出企业所需要的信息，为企业生产决策提供依据，保证企业制造生产的安全有序进行，成为当前企业关注一个重要问题。

作为当前在海量数据流使用最为广泛的复杂事件检测方法--SASE方法，其主要使用基于有限自动机(NFA Nondeterministic Finite Automaton)和主态实例堆栈(AISActive Instance Stack)相结合方式，实现海量多源数据流上的预定事件序列的快速检测功能，是目前存在较优一种海量数据流的检测方法，也称为NFA+AIS方法。然而由于SASE方法在检测过程中使用了AIS结构去存储检测到的海量中间结果，存在大量的回溯和重复査找操作，导致难于及时处理问题。为此，本课题提出了一种面向制造物联海量多源数据流哈希表存储结构的复杂事件检测方法。通过在海量多源数据流的检测过程中使用哈希表结构代替SASE方法中AIS结构存储去存储检测到海量中间结果，利用哈希表映射作用，查找和***等技术，可以解决当前基于AIS结构复杂事件检测方法在检测海量多源数据时因存在大量的回溯和重复查找操作而导致难于及时处理问题，为解决制造物联海量多源数据流高效检测问题提供了新方法。可以较大提高海量多源数据流上复杂事件检测能力。

提出的雷达电子装备制造物联数据流处理与关键事件检出技术方法，主要包括：读原子事件、NFA匹配、哈希表存储和哈希表查找四部分功能。

读原子事件：从制造物联环境下产生海量多源数据流中进行读取原子事件操作；NFA匹配：使用非确定有限自动机(NFA Nondeterministic Finite Automaton)对读取到海量原子事件进行匹配，获取到相关的原子事件；

哈希表存储：使用哈希表结构表映射，***等技术存储上述检测到的海量相关原子事件，即中间结果；

哈希表查找与输出：利用哈希表査找技术查找相关事件序列并输出，即复杂事件。面向制造物联海量多源数据流哈希结构的复杂事件检测方法的检测原理为：使用NFA从海量多源原子事件流中匹配到相关原子事件后，使用HTS(Hash Table Structure)存储检测到的相关海量原子事件，当检测完成时，采用哈希表查找技术查找并输出相关事件序列，即复杂事件。该方法也简称为NFA-HTS方法，其检测方法具体实现步骤可分为如下几步：

A.计算给定的模式匹配表达式长度，并按照给定的模式匹配表达生成相应的NFA，创建新Hash表并进行初始化操作；

B.从原子事件流中进行读取一个原子事件操作；

C.判断该原子事件是否被NFA接收；若接收则转向步骤D，不接收则转向步骤B；

D.利用哈希表函数将被该原子事件映射到对应数组上，并判断该数组是否存在该项，若不存在，则在该数组相应位置增加一个该原子类型的主链节点(包括该原子事件类型，该类型原子最小时间戳和计数器)再在主链节点上***一个该原子类型的子链节点(包括该原子事件类型和该原子发生时间戳)，同时更新主链节点中最小时间戮为该原子事件发生的最小时间戳，并使主链节点中计数器数值加1；若存在，则在子链上节点上***一个该原子类型的子链节点，同时主链节点中计数器数值进行加1；

E.判断计数器数值是否等于给定的模式匹配表达式长度，若否，则转向步骤B进行；若是，转向步骤F进行；

F.判断该子键上原子事件发生的最小时间戳+TW(滑动窗口时间)>此时原子事件发生时间戳，若是，则利用哈希表查找技术输出相关原子事件，得到检测结果，若否，则相转向步骤B进行。

综上所述，本发明解决了以下技术问题：

1.复杂制造环境下多源异构数据的采集技术与管控手段。主要解决在雷达电子装备制造车间中，制造过程中的关联设备、作业对象、周边环境中存在着油渍、金属、腐蚀、噪音等复杂环境，对数据采集的可靠性和实时性影响极大，完整而精确地感知这些制造过程信息，是实现车间制造物联的基石。因此，需要突破车间关键资源要素的数据采集技术与方法，包括在制品生产过程数据采集与可视化管控、刀辅具全生命周期数据采集与管控、物流执行过程跟踪与管控、质量数据采集与管控、关键设备定位与状态识别等。

2.雷达电子装备制造车间“人-机-料-法-环”互联。主要解决以生产作业计划为主线，基于工艺过程的电子标签技术，对现场设备状态、物料状态、技术状态等信息进行电子统一标识、采集和跟踪，实现计划管理、物流管理以及工艺信息的互联，支持生产过程的一体化运行。

3.雷达电子装备制造资源精益化管理与智能调度。主要解决通过雷达电子装备制造物联***，及时了解关键资源的运行状态、物料需求、物料库存、运输设备位置等各种信息，对物料运输设备、人员和物料进行精益化管理和智能调度，实现物料配送均衡化。

以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单替换和变更，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的发明保护范围。

Claims (8)

1.一种雷达电子装备制造物联***，其特征在于：其包括感知层、传输层、数据层、应用层、标准层；所述感知层是基础，接收雷达电子装备制造所需的制造资源状态信息；所述传输层实现所述感知层的采集数据与所述数据层的数据中心之间、或所述感知层的采集数据与所述应用层的应用***之间的信息联通和互操作；所述数据层对制造物联获取的海量数据进行有效处理，检出关键事件信息，基于数据处理结果实现资源调度、物料配送和车间精益化管理；所述应用层实现制造资源精益化管理与智能调度，以及物料智能匹配与均衡化物流配送；所述标准层实现雷达电子装备制造物联信息安全，和雷达电子装备制造物联标准化；

所述传输层通过异构网络或者感知节点与异构网络两者组合或者中间件与异构网络两者组合或者感知节点、中间件、异构网络三者组合来实现所述感知层的采集数据与所述数据层的数据中心之间、或所述感知层的采集数据与所述应用层的应用***之间的信息联通和互操作；

所述异构网络的构架包括接入模块、通信模块和管理模块；接入模块是为各种异构网络提供接入接口，即DeviceNet、ControlNet、Interbus网络、WSN网络和Ethernet；通信模块实现异构网络的互联互通，把数据包中的有效数据段进行提取，并快速转换到另一种网络协议，封装为需要的数据包；管理模块是***的服务模块，用于对异构网络中各个终端节点的入网注册和退网注销，多网关负载均衡的动态调度和可视化管理，包含3个部分，分别为终端管理、多网关负载管理和可视化管理。

2.根据权利要求1所述的雷达电子装备制造物联***，其特征在于：所述感知层通过RFID、传感器、激光扫描中的至少一者来获取雷达电子装备制造的设备、物料、人员、在制件、刀辅具这些制造资源状态信息。

3.根据权利要求1所述的雷达电子装备制造物联***，其特征在于：所述感知节点包括现场读头。

4.根据权利要求1所述的雷达电子装备制造物联***，其特征在于：所述感知节点包括移动读头。

5.根据权利要求1所述的雷达电子装备制造物联***，其特征在于：所述感知节点包括分布式智能读头。

6.根据权利要求1所述的雷达电子装备制造物联***，其特征在于：所述中间件的构架包含边缘代理模块、网络管理模块与事件管理模块，所述中间件向下连接车间现场的标签读写器、传感器、控制器、视觉单元这些硬件模块，向上通过应用接口与车间/企业层级的应用程序对接，形成了数据上传下达的通道。

7.根据权利要求1所述的雷达电子装备制造物联***，其特征在于：所述应用层通过及时获取物料的状态、物料位置、物料库存和物流人员位置这些物流信息，在这些物料信息的基础上，构建物流管理平台，帮助管理人员及时便捷地了解物料情况、物流设备情况和物流人员情况，实现对物料、物料运输设备和物流人员物流资源进行实时监控和精益化管理。

8.根据权利要求1所述的雷达电子装备制造物联***，其特征在于：雷达电子装备制造物联数据流处理与关键事件检出方法，主要包括以下步骤：

读原子事件：从制造物联环境下产生海量多源数据流中进行读取原子事件操作；

NFA匹配：使用非确定有限自动机对读取到海量原子事件进行匹配，获取到相关的原子事件；

哈希表存储：使用哈希表结构表映射，***技术存储上述获取到海量相关的原子事件，即中间结果；

哈希表查找与输出：利用哈希表査找技术查找相关事件序列并输出，即复杂事件。

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