CN113433909B - 一种面向航空产业集群的制造过程管控***架构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向航空产业集群的制造过程管控***架构，涉及智能制造技术领域，包括制造过程管控云平台、数字孪生平台、工业互联网服务网关和工业物联网网关,制造过程管控云平台可完成航空制造集群企业生产制造过程的协同；数字孪生平台可有效地将制造车间虚拟化；工业互联网服务网关可实现所述制造过程管控云平台、各类服务提供商、主机制造企业信息***及各零部件制造企业数字孪生平台的服务化封装与信息交互；工业物联网网关可获取车间制造现场各类状态数据，通过上述四个组成部分之间数据及信息的交互完成上游主机制造企业、下游零部件制造企业及中游各类服务供应商之间的业务协同，以满足航空制造产业集群跨时空协同制造的需要。
Description
技术领域
本发明涉及智能制造技术领域，具体涉及一种面向航空产业集群的制造过程管控***架构。
背景技术
以单件定制为主的飞机等航空产品制造过程，往往具有跨企业协同制造的特点，围绕航空产品逐步形成以主机制造企业为上游，设备、工艺、物流、装备等服务供应商为中游，零部件制造企业为下游的产业集群格局。产业集群上游主机制造企业为顾客提供各类定制化的航空产品，中游各类服务供应商为产业集群提供各类制造保障服务，包括：设备维修及保障服务、工艺设计服务、物流运输服务、航空特种装备的制造及应用服务等，下游零部件制造企业拥有制造资源提供零部件制造加工服务。如何通过***平台的构建实现各类企业的服务协同，保障航空产品的制造质量、效率和成本，是一个需要解决的问题。
现有的生产管控***(如：MES等)，主要应用于工厂或企业本地，***局限于工厂内部，数据对外不透明，难以支持飞机等大型复杂航空产品通过产业集群实现跨时空协同制造的需要。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种面向航空产业集群的制造过程管控***架构，以解决航空制造产业集群跨时空协同制造的需要。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种面向航空产业集群的制造过程管控***架构，包括制造过程管控云平台、数字孪生平台、工业互联网服务网关和工业物联网网关：其中，
所述制造过程管控云平台，用于接收上游主机制造企业的生产订单任务，并反馈订单执行和产品制造过程实时状态，根据订单信息及集群企业服务注册情况，协调组织生产制造过程，完成航空制造集群企业生产制造过程的协同；
所述数字孪生平台，用于接收所述工业物联网网关传递的实时数据，将实际车间从物理空间映射到虚拟空间形成虚拟车间，还用于通过所述工业互联网服务网关完成与所述制造过程管控云平台、各类服务提供商及主机制造企业之间数据的双向传递；
所述工业互联网服务网关，用于实现所述制造过程管控云平台、各类服务提供商、主机制造企业信息***及各零部件制造企业数字孪生平台的服务化封装与信息交互；
所述工业物联网网关，用于获取车间制造现场各类状态数据，并将获取的状态数据传递至所述数字孪生平台，还用于接收所述数字孪生平台的数据，并通过数据接口传递至对应的设备、装备、生产线或生产单元。
优选地，所述制造过程管控云平台包括：
计划调度服务模块，所述计划调度服务模块用于承接主机制造企业生产订单生产计划，同时获取各零部件制造商当前设备信息、生产作业执行情况，筛选符合工艺要求的设备，进行生产订单分解，评估各资源生产能力，生成制造车间生产计划。
优选地，所述制造过程管控云平台还包括：
工艺管理服务模块，所述工艺管理服务模块用于从主机制造企业接收零部件制造的工艺要求，根据工艺需求匹配工艺准备服务商，提供工艺准备服务，将零部件制造所需要的NC程序、工艺文件发送到孪生平台对应的制造资源上供生产加工使用，并完成工艺知识的管理与存储。
优选地，所述制造过程管控云平台还包括：
生产执行控制服务模块，所述生产执行控制服务模块用于进行生产数据采集跟踪，通过人工反馈或RFID条码扫描或DNC数据采集的方式获得完工反馈、工位信息数据，进行过程数据展示；
所述生产执行控制服务模块还用于提出物流转运申请、物流完工反馈、车间物流自动配送功能，并将任务执行的实时状态反馈至主机制造企业。
优选地，所述制造过程管控云平台还包括：
质量管理服务模块，所述质量管理服务模块用于进行制造过程质量数据采集，对生产过程中的质量问题进行录入、跟踪；
所述质量管理服务模块还用于对产品缺陷进行分析；
所述质量管理服务模块还用于与生产执行控制服务模块关联和控制问题制品，与计划调度服务模块关联进行补废下账操作；
所述质量管理服务模块还用于记录成品检测数据和相关质量信息，形成质量归档数据和各类报表，永久保存，可进行追溯，并将产品制造过程的实时质量状态反馈至主机制造企业。
优选地，所述制造过程管控云平台还包括：
资源管理服务模块，所述资源管理服务模块用于通过车间数字孪生平台实现对制造资源状态的实时监听，通过反馈的实时状态数据实现对资源状态的跟踪分析与状态预警，当设备、装备等状态出现异常时，能够向装备、设备服务提供商发送服务请求。
优选地，所述数字孪生平台包括：
接口层，所述接口层用于通过统一协议读取实际车间通过工业物联网网关传递来的服务数据，并统一接入虚拟车间中；
模型层，所述模型层用于通过建模技术将制造车间内的实体映射为三维模型；
呈现层，所述呈现层用于将所述接口层读取的服务数据与信息导入所述模型层的模型中并进行驱动，将实体车间通过三维模型展示并呈现出来；
服务封装层，所述服务封装层用于将实体车间请求封装为服务，通过工业互联网服务网关传递给制造过程管控云平台进行处理。
优选地，所述工业互联网服务网关包括服务接入层、服务检索层和服务路由层；其中，
所述服务接入层，用于接入来自各服务商的消息并将数据向上传递至所述服务检索层；
所述服务检索层，用于管理当前已经建立的连接，并处理从服务接入层传递的消息，将消息的目的地和请求内容发送至所述服务路由层；
所述服务路由层，用于将消息分发至具体的服务中。
优选地，工业互联网服务网关具有业务流程，业务流程包括以下步骤：
S1：服务接入层收到来自服务请求方的服务请求；
S2：服务接入层将请求传递至服务检索层；
S3：服务检索层识别请求类型，确定当前可满足服务请求的全部服务商，将其于服务请求传递至服务路由层；
S4：服务路由层按照要求，将服务请求发送至目的地，制造过程管控云平台收到服务路由层的请求后，确定需要选择的服务商，此时来自服务请求方的服务请求服务完成流程，制造过程管控云平台选择服务商成为新的服务请求，服务网关开始执行新的步骤S5-S8；
S5：服务接入层接收来自制造过程管控云平台的服务请求；
S6：服务接入层将请求传递至服务检索层；
S7：服务检索层识别请求类型，确定服务请求的目的地，并将其与服务请求传递至服务路由层；
S8：服务路由层按照要求，将服务请求发送至目的地。
优选地，工业物联网网关包括业务服务层、标准消息构成层、协议适配层和感知延伸层；其中，
业务服务层包括消息接收模块A和消息发送模块A，消息接收模块A用于接收来自数字孪生平台的标准消息，并将标准消息传递给标准消息构成层，消息发送模块A用于以标准的消息格式向数字孪生平台传送感知延伸网络所采集的数据信息。
标准消息构成层包括消息解析模块和消息转换模块，消息解析模块用于解析来自业务服务层的标准消息，消息转换模块用于将标准消息转换为底层感知延伸设备能够理解的依赖于具体设备通信协议的数据格式；
协议适配层包括协议解析模块，协议解析模块用于将不同的感知延伸层协议变成格式统一的数据和控制信令；
感知延伸层包括消息发送模块B和消息接收模块B，消息发送模块B用于将经过标准消息构成层转换后的可被特定感知延伸设备理解的消息发送给底层设备，消息接收模块B用于接收来自底层设备的消息，发送至标准消息构成层进行解析。
本发明的有益效果体现在：
1、本发明通过工业物联网网关实现车间制造现场与数字孪生平台间的双向数据传递；通过数字孪生平台完成生产车间的虚拟化映射，可以驱动生产车间的实际运行，同时可以完成与制造过程管控云平台、各类服务提供商及主机制造企业之间数据的双向传递；通过工业互联网服务网关实现制造过程管控云平台、各类服务提供商、主机制造企业信息***及各零部件制造企业数字孪生平台的服务化封装与信息交互；通过制造过程管控云平台为航空产品产业集群企业提供生产过程计划调度服务、制造资源管理服务、物流管理服务、质量管理服务等功能实现产业集群生产过程的协同管控，通过***平台的构建实现了各类企业的服务协同，有效保障制造过程管控云平台与各服务商之间的消息通信，保障航空产品的制造质量、效率和成本，以满足针对航空制造产业集群跨时空协同制造的需要。
2、每个制造服务商也不需要构建自己的车间级制造执行***，每个车间的制造执行***不再进行直接的集成，而是通过工业互联网服务网关进行通信，利用统一的制造过程管控云平台，对生产过程进行控制。有利于实现产业集群各制造企业间生产加工过程、服务过程的协同，提高集群企业整体的制造效率，保障集群制造环境下产品制造过程的有序可控。
3、工业互联网服务网关的设计架构从逻辑上分为三层，分别为：服务接入层、服务检索层和服务路由层，所有数据都由服务接入层接入，经服务检索层处理后，由服务路由层转发至目的地。在工业互联网服务网关中，消息传递方向固定为从服务接入层到服务检索层，最后到服务路由层，采用三层架构设计，保证连接的可靠性和分发高效性，三层之间分工明确、相互协作，可有效保障制造过程管控云平台与各服务商之间的消息通信。
4、数字孪生平台利用数字孪生技术映射的虚拟车间架构从逻辑上分为四层：接口层、模型层、呈现层和服务封装层，所有数据均由接口层获取，经模型层映射，在呈现层呈现，并通过服务封装层将所有服务封装，上传至工业互联网网关。设计四层架构的数字孪生平台，通过数字孪生技术将实际零部件制造厂车间映射为虚拟车间，实现服务接入、模型展示、服务封装功能，有效地将制造车间虚拟化，同时将车间需求封装为服务，提供给制造过程管控云平台进行处理。
5、工业物联网网关支持感知延伸设备之间的多种通信协议和数据类型，可实现多种感知延伸设备之间数据通信格式的转换，可对上传的数据格式进行统一，同时对下达到感知延伸网络的采集或控制命令进行映射，产生符合具体设备通信协议的消息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明提供的一种面向航空产业集群的制造过程管控***架构的整体示意图；
图2为本发明中制造过程管控云平台与主机制造企业、制造服务提供商及数字孪生平台之间的流程控制示意图；
图3为本发明中数字孪生平台的架构图；
图4为本发明中工业互联网服务网关的架构图；
图5为本发明中工业互联网服务网关的业务流程图；
图6为本发明中工业互联网服务网关的连接/断开业务流程图；
图7为本发明中工业物联网网关的架构图；
图8为本发明运用在计划执行应用场景时的流程示意图；
图9为本发明运用在工艺设计服务应用场景时的流程示意图；
图10为本发明在申请设备运维服务时的流程示意图；
图11为本发明在设备服务提供商响应时的流程示意图；
图12为本发明运用在质量控制应用场景时的流程示意图。
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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
如图1-7所示，本实施例提供一种面向航空产业集群的制造过程管控***架构，包括制造过程管控云平台、数字孪生平台、工业互联网服务网关和工业物联网网关：其中制造过程管控云平台，用于接收上游主机制造企业的生产订单任务，并反馈订单执行和产品制造过程实时状态，根据订单信息及集群企业服务注册情况，协调组织生产制造过程，完成航空制造集群企业生产制造过程的协同；数字孪生平台，用于接收工业物联网网关传递的实时数据，将实际车间从物理空间映射到虚拟空间形成虚拟车间，还用于通过工业互联网服务网关完成与制造过程管控云平台、各类服务提供商及主机制造企业之间数据的双向传递；工业互联网服务网关，用于实现制造过程管控云平台、各类服务提供商、主机制造企业信息***及各零部件制造企业数字孪生平台的服务化封装与信息交互；工业物联网网关，用于获取车间制造现场各类状态数据(包括但不限于：设备运行状态数据、车间物流过程数据、生产计划执行状态数据、检验检测质量数据等)，并将获取的状态数据传递至所述数字孪生平台，还用于接收数字孪生平台的数据(包括但不限于：生产任务信息、NC程序等工艺信息、质量控制信息、远程控制指令等)，并通过数据接口传递至对应的设备、装备、生产线或生产单元。数字孪生平台可通过数字孪生技术利用工业物联网网关传递的实时数据，将实际车间从物理空间映射到虚拟空间形成虚拟车间，实现对车间内部工艺布局、物流配送、零件加工等过程及状态，通过工业物联网网关完成对现实工厂的双向数据传递，驱动现实工厂的实际运行。
本实施例中，制造过程管控云平台可完成订单的制造任务分解，并将任务分配给各制造车间；同时制造过程管控云平台通能够对车间的设备数据、计划进度数据、质量管理数据的实时数据进行监控管理，为设备、装备、工艺技术、物流等服务商提供数据支持，各服务提供商能够通过制造过程管控云平台获得服务请求为制造车间提供相应的服务；同时能够通过与各车间数字孪生平台的信息交互，为车间生产过程提供管理服务，完成对车间生产执行过程的管控。通过***平台的构建实现了各类企业的服务协同，有效保障制造过程管控云平台与各服务商之间的消息通信，保障航空产品的制造质量、效率和成本，以满足针对航空制造产业集群跨时空协同制造的需要。
具体地，如图2所示，制造过程管控云平台包括计划调度服务模块、工艺管理服务模块、生产执行控制服务模块、质量管理服务模块和资源管理服务模块。
其中计划调度服务模块用于承接主机制造企业生产订单生产计划，同时获取各零部件制造商当前设备信息、生产作业执行情况，筛选符合工艺要求的设备，进行生产订单分解，评估各资源生产能力，生成制造车间生产计划。
其中工艺管理服务模块用于从主机制造企业接收零部件制造的工艺要求，根据工艺需求匹配工艺准备服务商，提供工艺准备服务，将零部件制造所需要的NC程序、工艺文件发送到孪生平台对应的制造资源上供生产加工使用，并完成工艺知识的管理与存储。
其中生产执行控制服务模块用于进行生产数据采集跟踪，通过人工反馈或RFID条码扫描或DNC数据采集的方式获得完工反馈、工位信息数据，进行过程数据展示；生产执行控制服务模块还用于提出物流转运申请、物流完工反馈、车间物流自动配送功能，并将任务执行的实时状态反馈至主机制造企业。
其中质量管理服务模块用于进行制造过程质量数据采集，对生产过程中的质量问题进行录入、跟踪；质量管理服务模块还用于对产品缺陷进行分析；质量管理服务模块还用于与生产执行控制服务模块关联和控制问题制品，与计划调度服务模块关联进行补废下账操作；质量管理服务模块还用于记录成品检测数据和相关质量信息，形成质量归档数据和各类报表，永久保存，可进行追溯，并将产品制造过程的实时质量状态反馈至主机制造企业。
其中资源管理服务模块用于通过车间数字孪生平台实现对制造资源状态的实时监听，通过反馈的实时状态数据实现对资源状态的跟踪分析与状态预警，当设备、装备等状态出现异常时，能够向装备、设备服务提供商发送服务请求。
各零部件制造商可通过数字孪生平台进行仿真，辅助决策是否接收分配的生产计划；然后数字孪生平台将根据设备资源生产能力、班次安排等信息生成车间级作业计划；制造过程管控云平台将根据工艺准备情况，通过工艺管理服务模块向工艺服务提供商发送工艺准备请求。制造过程管控云平台通过上述几个模块功能的实现，为航空产品产业集群企业提供生产过程计划调度服务、制造资源管理服务、物流管理服务、质量管理服务等功能，实现协同供应链企业的生产制造过程。
具体地，如图3所示，数字孪生平台包括：
接口层，接口层用于通过统一协议读取实际车间通过工业物联网网关传递来的服务数据，并统一接入虚拟车间中；
模型层，模型层用于通过建模技术将制造车间内的实体映射为三维模型；
呈现层，呈现层用于将所述接口层读取的服务数据与信息导入所述模型层的模型中并进行驱动，将实体车间通过三维模型展示并呈现出来；
服务封装层，服务封装层用于将实体车间请求封装为服务，通过工业互联网服务网关传递给制造过程管控云平台进行处理。
这里数字孪生平台利用数字孪生技术映射的虚拟车间架构从逻辑上分为四层：接口层、模型层、呈现层和服务封装层，所有数据均由接口层获取，经模型层映射，在呈现层呈现，并通过服务封装层将所有服务封装，上传至工业互联网服务网关。数字孪生平台设计四层架构，通过数字孪生技术将实际零部件制造厂车间映射为虚拟车间，实现服务接入、模型展示、服务封装功能，有效地将制造车间虚拟化，同时将车间需求封装为服务，提供给制造过程管控云平台进行处理。
具体地，如图4所示，工业互联网服务网关包括服务接入层、服务检索层和服务路由层；其中，
服务接入层，用于接入来自各服务商的消息并将数据向上传递至所述服务检索层；
服务检索层，用于管理当前已经建立的连接，并处理从服务接入层传递的消息，将消息的目的地和请求内容发送至所述服务路由层；
服务路由层，用于将消息分发至具体的服务中。
所有数据都由服务接入层接入，经服务检索层处理后，由服务路由层转发至目的地，在工业互联网服务网关中，消息传递方向固定为从服务接入层到服务检索层，最后到服务路由层，三层之间分工明确、相互协作，可有效保障制造过程管控云平台与各服务商之间的消息通信。工业互联网服务网关采用三层架构设计，保证连接的可靠性和分发高效性，主要功能包括连接管理、服务检索、服务分发。
具体地，如图5所示，工业互联网服务网关具有业务流程，业务流程包括以下步骤：
S1：服务接入层收到来自服务请求方的服务请求；
S2：服务接入层将请求传递至服务检索层；
S3：服务检索层识别请求类型，确定当前可满足服务请求的全部服务商，将其于服务请求传递至服务路由层；
S4：服务路由层按照要求，将服务请求发送至目的地，制造过程管控云平台收到服务路由层的请求后，确定需要选择的服务商，此时来自服务请求方的服务请求服务完成流程，制造过程管控云平台选择服务商成为新的服务请求，服务网关开始执行新的步骤S5-S8；
S5：服务接入层接收来自制造过程管控云平台的服务请求；
S6：服务接入层将请求传递至服务检索层；
S7：服务检索层识别请求类型，确定服务请求的目的地，并将其与服务请求传递至服务路由层；
S8：服务路由层按照要求，将服务请求发送至目的地。
具体地，如图6所示，当所述业务流程为连接/断开流程时，具体包括以下步骤：
(1)服务接入层收到来自服务请求方的服务连接/断开请求；
(2)服务接入层将连接/断开请求传递至服务检索层；
(3)服务检索层识别请求类型，若是连接请求，则将请求连接的服务的信息进行记录，并将其连接请求传递至服务路由层，若为断开请求，发送请求的服务信息进行记录，并将断开请求发送至服务路由层；
(4)服务路由层按照要求，将连接请求发送至制造过程管控云平台，制造过程管控云平台收到服务路由层的连接请求后，确定是否接受该连接请求，并返回确认信息；若为断开请求，制造过程管控云平台断开当前连接的服务，并返回断开信息，将信息反馈到提出连接/断开请求的服务成为新的服务请求，服务网关开始执新的步骤(5)-(8)；
(5)服务接入层接收来自制造过程管控云平台的反馈请求；
(6)接入层将请求传递至服务检索层；
(7)服务检索层识别请求类型，若为服务断开确认，则将连接的信息删除，服务检索层确定服务请求目的地，并将其与连接/断开确认信息传递至服务路由层；
(8)服务路由层按照要求，将反馈信息发送至目的地。
具体地，工业物联网网关包括业务服务层、标准消息构成层、协议适配层和感知延伸层；其中，
业务服务层包括消息接收模块A和消息发送模块A，消息接收模块A用于接收来自数字孪生平台的标准消息，并将标准消息传递给标准消息构成层，消息发送模块A用于以标准的消息格式向数字孪生平台传送感知延伸网络所采集的数据信息；
标准消息构成层包括消息解析模块和消息转换模块，消息解析模块用于解析来自业务服务层的标准消息，消息转换模块用于将标准消息转换为底层感知延伸设备能够理解的依赖于具体设备通信协议的数据格式；
当感知延伸层上传数据时，标准消息构成层的消息解析模块则解析依赖于具体设备通信协议的消息，消息转换模块将其转换为业务服务层能够接收的标准格式的消息。标准消息构成层是工业物联网网关的核心，完成对标准消息以及依赖于特定感知延伸网络的消息的解析，并实现两者之间的相互转换，达到统一控制和管理底层感知延伸网络，向上屏蔽底层网络通信协议异构性的目的。
协议适配层包括协议解析模块，协议解析模块用于将不同的感知延伸层协议变成格式统一的数据和控制信令；
感知延伸层包括消息发送模块B和消息接收模块B，消息发送模块B用于将经过标准消息构成层转换后的可被特定感知延伸设备理解的消息发送给底层设备，消息接收模块B用于接收来自底层设备的消息，发送至标准消息构成层进行解析。
需要说明的是，感知延伸网络由感知设备组成，包括射RFID、GPS、视频监控***、各类型传感器等，感知延伸设备之间支持多种通信协议。
工业物联网网关可支持感知延伸设备之间的多种通信协议和数据类型，实现多种感知延伸设备之间数据通信格式的转换，对上传的数据格式进行统一，同时对下达到感知延伸网络的采集或控制命令进行映射，产生符合具体设备通信协议的消息。
下面结合具体运用场景来说明：
场景一：订单-计划-执行反馈
如图8所示，主机制造企业将自己的制造订单通过各种的生产管控***发布到制造过程管控云平台上，制造过程管控云平台将根据订单零件的质量要求，订单交付时间，零件材料和尺寸等属性对订单进行分类；
制造过程管控云平台对接入的数字孪生车间进行期量数据整理和采集，制造过程管控云平台将采集数字孪生车间的加工能力、生产能力、零件质量数据以及零件准时完工率等相关内容，同时制造过程管控云平台根据自己的历史记录的过程信息，对已经制造过的归档数据进行提取，获取零件在生产过程中准确的加工周期等相关信息；
制造过程管控云平台采集各数字孪生车间的任务负荷，计算给出各车间可以完成的制造订单，然后根据订单的相似性对订单进行最大组批(这里的相似性包括零件大小、材质、订单在一个车间是否可以完成、订单数量以及车间和主机厂的地理位置等)；
组批完成后，根据各主机厂的零件交付时间制定该批次零件的交付计划，资源准备计划(包括刀具准备计划、工装准备计划、工艺准备计划、原材料准备计划等)，将该批次订单和资源准备计划发送给数字孪生车间；
数字孪生车间根据资源准备计划内容实时反馈资源准备情况，根据资源准备情况与计划之间的时间差，调整计划资源准备计划的优先级，对于快要达到计划准备节点的资源进行提醒，对于超过资源准备计划时间未准备的订单进行报警；
在零件加工过程中，制造过程管控云平台通过边缘侧技术对机床DNC数据实时监控，实时对零件完成状况进行监控，对零件状态进行反馈，制造过程管控云平台接收到数字孪生车间的反馈后，对数字孪生车间反馈的零件制造执行状态进行整合，将每个来自ERP的订单状态进行分组反馈给主机厂的ERP。
基本流程如下：
步骤0：制造过程管控云平台采集各数字孪生车间的加工能力；
步骤1：制造过程管控云平台接收ERP订单信息；
步骤2：各数字孪生车间反馈车间的生产能力和交付能力；
步骤3：制造过程管控云平台将组批后的订单发给各车间；
步骤4：各车间反馈订单执行情况给制造过程管控云平台；
步骤5：MES云将订单执行反馈给各主机厂。
场景二：工艺设计服务
如图9所示，主机制造企业将需要外协的零件设计文件发送到制造过程管控云平台；
数字孪生车间根据自己接到的零件图号和工艺质量文件，判断自身是否需要工艺服务，如果需要通过数字孪生车间，将工艺需求和车间机床基本信息发送至制造过程管控云平台；
制造过程管控云平台通过读取接入的工艺服务商的信息，将工艺需求，机床基本信息和工艺设计文件发送给工艺服务商；
工艺服务商将编好的工艺程序和工艺文件发送至制造过程管控云平台，制造过程管控云平台再将工艺程序，工艺文件通过网关发送给数字孪生车间进行加工。
基本流程如下：
步骤1：主机制造企业将工艺设计文件发送到制造过程管控云平台；
步骤2：数字孪生车间根据自己的生产任务判断是否需要工艺服务，如果需要，发送工艺服务请求，并将自己的机床基本信息上传；
步骤3：制造过程管控云平台将工艺需求，机床基本信息和工艺设计文件发送给工艺服务商；
步骤4：工艺程序和工艺文件发送至制造过程管控云平台；
步骤5：制造过程管控云平台再将工艺程序，工艺文件通过网关发送给数字孪生车间。
场景三：设备运维(包括申请运维服务处理和设备服务提供商响应两个方面)
1、如图10所示，申请运维服务处理
由工业互联网服务网关将请求传递至制造过程管控云平台，制造过程管控云平台分析处理服务请求，选择提供运维服务的设备服务商，并确定需要通知的其它服务供应商，通过服务网关将服务转发至服务供应商。
申请运维处理流程如下：
(1)运维请求；
(2)工业互联网服务网关转发；
(3)分析请求，确定处理运维的供应商和需要通知的服务供应商；
(4)工业互联网服务网关转发；
(5)发送请求到制定服务提供商和需要通知的供应商。
2、如图11所示，设备服务提供商响应
设备服务商收到服务请求后，分析处理当前请求，确定提供的服务，通过工业互联网服务网关将服务传递到制造过程管控云平台，制造过程管控云平台服务的目的地和需要通知的服务供应商，有工业互联网服务网关转发到指定的制造服务商和需要通知的服务供应商。
设备服务提供商响应流程如下：
(1)提供服务请求；
(2)工业互联网服务网关转发；
(3)分析请求，确定请求目的地和需要通知的服务供应商；
(4)工业互联网服务网关转发；
(5)发送请求到指定制造服务商和需要通知的设备供应商。
场景四：质量控制
如图12所示，包括以下步骤：
步骤1：主机制造企业通过工业互联网服务网关；
步骤2：将生产订单的质量控制要求下发给制造过程管控云平台；
步骤3：制造过程管控云平台将质量控制要求分解后下发给制造车间；
步骤4：制造过程管控云平台通过数字孪生平台获取制造车间具体质量数据(包括但不限于产品检测数据、产品故障数据等)，制造过程管控云平台按照按主机制造企业的质量要求形成具体质量报告或者实时动态监控质量图表(包括但不限于交检合格率、产品故障率、交付率等)，制造过程管控云平台通过工业互联网服务网关将制造车间的质量数据反馈给主机制造企业。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (5)
1.一种面向航空产业集群的制造过程管控***架构，其特征在于，包括制造过程管控云平台、数字孪生平台、工业互联网服务网关和工业物联网网关：其中，
所述制造过程管控云平台，用于接收上游主机制造企业的生产订单任务，并反馈订单执行和产品制造过程实时状态，根据订单信息及集群企业服务注册情况，协调组织生产制造过程，完成航空制造集群企业生产制造过程的协同；
所述数字孪生平台，用于接收所述工业物联网网关传递的实时数据，将实际车间从物理空间映射到虚拟空间形成虚拟车间，还用于通过所述工业互联网服务网关完成与所述制造过程管控云平台、各类服务提供商及主机制造企业之间数据的双向传递；
所述工业互联网服务网关，用于实现所述制造过程管控云平台、各类服务提供商、主机制造企业信息***及各零部件制造企业数字孪生平台的服务化封装与信息交互；
所述工业物联网网关，用于获取车间制造现场各类状态数据，并将获取的状态数据传递至所述数字孪生平台，还用于接收所述数字孪生平台的数据，并通过数据接口传递至对应的设备、装备、生产线或生产单元；
所述制造过程管控云平台包括：
计划调度服务模块，所述计划调度服务模块用于承接主机制造企业生产订单生产计划，同时获取各零部件制造商当前设备信息、生产作业执行情况，筛选符合工艺要求的设备，进行生产订单分解，评估各资源生产能力，生成制造车间生产计划；
工艺管理服务模块，所述工艺管理服务模块用于从主机制造企业接收零部件制造的工艺要求，根据工艺需求匹配工艺准备服务商，提供工艺准备服务，将零部件制造所需要的NC程序、工艺文件发送到孪生平台对应的制造资源上供生产加工使用，并完成工艺知识的管理与存储；
生产执行控制服务模块，所述生产执行控制服务模块用于进行生产数据采集跟踪，通过人工反馈或RFID条码扫描或DNC数据采集的方式获得完工反馈、工位信息数据，进行过程数据展示；
所述生产执行控制服务模块还用于提出物流转运申请、物流完工反馈、车间物流自动配送功能，并将任务执行的实时状态反馈至主机制造企业；
质量管理服务模块，所述质量管理服务模块用于进行制造过程质量数据采集，对生产过程中的质量问题进行录入、跟踪；
所述质量管理服务模块还用于对产品缺陷进行分析；
所述质量管理服务模块还用于与生产执行控制服务模块关联和控制问题制品，与计划调度服务模块关联进行补废下账操作；
所述质量管理服务模块还用于记录成品检测数据和相关质量信息，形成质量归档数据和各类报表，永久保存，可进行追溯，并将产品制造过程的实时质量状态反馈至主机制造企业；
资源管理服务模块，所述资源管理服务模块用于通过车间数字孪生平台实现对制造资源状态的实时监听，通过反馈的实时状态数据实现对资源状态的跟踪分析与状态预警，当设备、装备状态出现异常时，能够向装备、设备服务提供商发送服务请求。
2.根据权利要求1所述的一种面向航空产业集群的制造过程管控***架构，其特征在于，所述数字孪生平台包括：
接口层，所述接口层用于通过统一协议读取实际车间通过工业物联网网关传递来的服务数据，并统一接入虚拟车间中；
模型层，所述模型层用于通过建模技术将制造车间内的实体映射为三维模型；
呈现层，所述呈现层用于将所述接口层读取的服务数据与信息导入所述模型层的模型中并进行驱动，将实体车间通过三维模型展示并呈现出来；
服务封装层，所述服务封装层用于将实体车间请求封装为服务，通过工业互联网服务网关传递给制造过程管控云平台进行处理。
3.根据权利要求1所述的一种面向航空产业集群的制造过程管控***架构，其特征在于，所述工业互联网服务网关包括服务接入层、服务检索层和服务路由层；其中，
所述服务接入层，用于接入来自各服务商的消息并将数据向上传递至所述服务检索层；
所述服务检索层，用于管理当前已经建立的连接，并处理从服务接入层传递的消息，将消息的目的地和请求内容发送至所述服务路由层；
所述服务路由层，用于将消息分发至具体的服务中。
4.根据权利要求3所述的一种面向航空产业集群的制造过程管控***架构，其特征在于，所述工业互联网服务网关具有业务流程，所述业务流程包括以下步骤：
S1：所述服务接入层收到来自服务请求方的服务请求；
S2：所述服务接入层将请求传递至服务检索层；
S3：所述服务检索层识别请求类型，确定当前可满足服务请求的全部服务商，将其于服务请求传递至服务路由层；
S4：所述服务路由层按照要求，将服务请求发送至目的地，制造过程管控云平台收到服务路由层的请求后，确定需要选择的服务商，此时来自服务请求方的服务请求服务完成流程，制造过程管控云平台选择服务商成为新的服务请求，服务网关开始执行新的步骤S5-S8；
S5：所述服务接入层接收来自制造过程管控云平台的服务请求；
S6：所述服务接入层将请求传递至服务检索层；
S7：所述服务检索层识别请求类型，确定服务请求的目的地，并将其与服务请求传递至服务路由层；
S8：服务路由层按照要求，将服务请求发送至目的地。
5.根据权利要求1所述的一种面向航空产业集群的制造过程管控***架构，其特征在于，所述工业物联网网关包括业务服务层、标准消息构成层、协议适配层和感知延伸层；其中，
所述业务服务层包括消息接收模块A和消息发送模块A，所述消息接收模块A用于接收来自数字孪生平台的标准消息，并将标准消息传递给标准消息构成层，所述消息发送模块A用于以标准的消息格式向数字孪生平台传送感知延伸网络所采集的数据信息；
所述标准消息构成层包括消息解析模块和消息转换模块，所述消息解析模块用于解析来自业务服务层的标准消息，所述消息转换模块用于将标准消息转换为底层感知延伸设备能够理解的依赖于具体设备通信协议的数据格式；
所述协议适配层包括协议解析模块，所述协议解析模块用于将不同的感知延伸层协议变成格式统一的数据和控制信令；
所述感知延伸层包括消息发送模块B和消息接收模块B，所述消息发送模块B用于将经过标准消息构成层转换后的可被特定感知延伸设备理解的消息发送给底层设备，所述消息接收模块B用于接收来自底层设备的消息，发送至标准消息构成层进行解析。
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