基于工业互联网标识解析的大米供应链数字孪生教学用具制造技术

本发明专利技术提出一种基于工业互联网标识解析的大米供应链数字孪生教学用具。本发明专利技术的教学用具包括：设计模拟大米供应链的八个工作环节，设计标识编码规则为物理设备和虚拟资源分配标识编码，搭建实物产线平台及对应的孪生数字模型，实物产线内设备上传数据注册到标识解析节点，通过标识解析连接中间件与数字孪生平台中的孪生数据交互。本发明专利技术将庞大的大米全供应链设计为集中在一起的实物教学用具，通过虚拟产线与物理产线的交互，实现实时调控的同时，进行迭代优化与产品质量分析与追溯，为大米产业数字化升级提供解决方案，提供了具有重大意义的粮油食品全供应链质量安全科学研究、产业数字化升级以及标识解析人才培养提供基础的教学平台。础的教学平台。础的教学平台。

【技术实现步骤摘要】
基于工业互联网标识解析的大米供应链数字孪生教学用具


[0001]本专利技术涉及工业互联网标识解析、数字孪生、自动控制、粮油食品供应链等
，具体涉及一种基于标识解析技术与数字孪生技术的大米供应链数字孪生教学用具。

技术介绍

[0002]近年来，食品安全事件屡见不鲜，食品质量安全问题面临考验，消费者的安全健康遭受严重威胁，企业信誉也遭受公众的质疑。粮食品包括稻米、玉米、小麦、大豆以及它们的制成品等，油食品包括棕榈油、豆油、菜油、玉米油及其它油脂等，是我国居民生活中所需要的必备品，覆盖我国所有居民，保障粮油食品供应的安全，对国民生命健康具有非常重大的意义。
[0003]粮油食品种类较多，且不同产品通常来自不同的生产企业，即使相同的产品也可能来自不同的企业，不同企业内部对产品的编码方式存在很大差异，造成产品统一管理困难的问题。为了实现对每一个环节数据追溯，需要对产品进行统一且互通的命名。工业互联网标识解析技术通过建立统一的标识体系将工业中的设备、机器和物料等一切生产要素连接起来，通过解析体系连接割裂的数据和应用，实现对数据的来源、流动过程、用途等信息的掌握，将工业互联网标识解析技术与数字孪生技术融合应用于粮油食品供应链，可有效地解决当前存在的信息化与智能化不足、全供应链监控困难等问题，为真正实现粮油食品全供应链质量安全保障提供了可行的解决方案。但是，目前基于工业互联网标识解析体系和数字孪生技术的粮油食品供应链质量安全研究还是独立开展的，如何有机地将两项技术融合在一起是行业内目前需要着手解决的问题。
[0004]供应链由供应商、制造商、仓库、物流中心和渠道商等构成。同一企业可能构成这个网络的不同组成节点，但更多的情况下是由不同的企业构成这个网络中的不同节点。当前，供应链管理受信息化技术的应用影响已产生了不小的变化，只有不断优化完善供应链网络，全供应链环节具有高度的灵活性，才能在激烈的竞争环境中达到客户日益增加的多元化需求。随着物联网技术的深入发展，数字孪生技术可以提供物联网设备中所有设备的运行状态信息，并为供应链网络提供端到端的流程可视化工具。数字孪生是以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力。数字孪生技术可使仿真技术应用不再只局限于产品设计和降低物理测试成本，而是扩展到包括产品远程诊断、智能维护、共享服务、流程动态优化等各领域，并在逆向供应链管理和应急物流中发挥极大的作用。
[0005]目前，粮油食品行业信息化及智能化程度不足，全供应链长，供应商多，生产协同要求高，全供应链数据监控困难，利用预测预警保证粮油食品质量安全研究尚不完善，利用数字孪生技术，构建物理实体的虚拟模型，通过虚拟模型的虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段优化完善粮油食品供应链，是一个解决途径。同时，粮油食品行业全供应链内各企业间对于产品、原材料、加工工具以及各类需标识的信息数据的编码规则尚未
形成统一标准，导致存在系统异构、数据多源、一物多码、数据重复采集、数据流转不畅、信息不完整等问题，难以实现数据溯源。目前工业互联网已成为推动传统工业转型升级的重要着力点，工业互联网标识解析作为工业互联网的重要网络基础设施，是我国工业互联网建设的关键任务，是支撑工业互联网实现身份管理、数据互联互通的枢纽，相关标识应用在流程溯源、供应链管理、核心运维等领域中不断地深入应用，逐步形成了一批有较强影响力的应用模式。利用工业互联网平台能力搭建粮油食品行业二级节点，实现行业生态相关主体元素的标识统一管理，是产业未来发展的主要方向。

技术实现思路

[0006]针对目前粮油食品供应链具有信息化与智能化不足、全供应链监控困难等问题，本专利技术提供了一种基于工业互联网标识解析的大米供应链数字孪生教学用具。本专利技术模拟了大米全供应链过程，形成了大米供应链实物教学用具，将工业互联网标识技术与数字孪生技术相融合，搭建了基于工业互联网标识解析的大米供应链实物平台与数字孪生系统，实现大米供应链的全过程监测、管控与优化，为粮油食品全供应链质量安全科学研究、产业数字化升级以及标识解析人才培养提供基础教学平台。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供的一种基于工业互联网标识解析的大米供应链数字孪生教学用具，包括：
[0008](1)在教学用具中设计模拟大米供应链的原粮收购、原粮仓储、原粮运输、原粮加工、成米运输、成米仓储、成米包装、成米销售的工作环节；
[0009](2)在教学用具中设计独一无二的标识编码规则，将全环节的物料、机器、产品等物理资源和软件、模型、数据等虚拟资源分配标识编码，通过标识注册系统生成唯一标识码，标识码上传到工业互联网标识解析节点；
[0010]所述的标识编码规则是：标识包括标识前缀、分隔符和标识后缀，标识前缀包括国家代码、行业代码和企业代码；由“/”进行分隔标识前缀和标识后缀；标识后缀完全由企业进行自定义，规则多样，编码唯一，具备一定含义，不重复即可。
[0011](3)按照大米供应链的工作环节搭建实物产线平台，基于语义映射的大米供应链数字孪生模型描述方法搭建对应的大米供应链的孪生数字模型；
[0012](4)基于Unity标识解析连接中间件的数据虚实交互。
[0013]大米供应链实物产线内设备及各类传感器内部嵌有主动标识模组，并且设定主动标识触发时间，设备及传感器能够通过主动标识模组定时将设备实时运行状态以及传感器采集数据上传注册到标识解析节点。标识解析连接中间件一端面向标识解析节点，另一端面向大米供应链数字孪生平台。将大米供应链实物产线产生的多源异构数据经标识解析体系下统一的传输协议转换和统一的数据封装后，通过标识解析连接中间件与数字孪生平台中的孪生数据交互，实现虚实多源数据的传输与融合。
[0014]进一步地，本专利技术提供了一种标识后缀实现方式：由教具编码、环节编码和具体设备(数据)编码组成。教具编码中，为实物教具和虚拟教具设置不同编码范围。环节编码是为各工作环节赋予不同编码。具体设备或数据编码分为设备编码、状态数据编码和控制数据编码，分别为设备、状态数据、控制数据和包装赋码设置不同编码范围。其中，状态数据是指设备的实际状态数据，控制数据为数字孪生模型中虚实交互反馈优化的数据，是控制产线
运行的状态数据。其中，设备编码对应的数据模版包含产品名称、规格型号、供应商、生产日期、产地、设备状态和质保期，状态数据编码与控制数据编码对应的数据模版包含名称、具体数值、更新时间、所属环节和所属对象。
[0015]相对于现有技术，本专利技术的优点和积极效果在于：
[0016](1)本专利技术首次提出并设计搭建了模拟大米全供应链的实物平台，大米生产加工全供应链内企业跨地域，难以进行数字孪生模型的搭建，而本专利技术将庞大的大米全供应链设计为集中在一起的实物教学用具，提供了具有重大意义的粮油食品全供应链质量安全科学研究、产业数字化升级以及标识解析人才培养提供基础的教学平台。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于工业互联网标识解析的大米供应链数字孪生教学用具，其特征在于，包括：(1)在教学用具中设计模拟大米供应链的原粮收购、原粮仓储、原粮运输、原粮加工、成米运输、成米仓储、成米包装、成米销售的工作环节；(2)在教学用具中设计标识编码规则，将为大米供应链全环节的物理设备和虚拟资源，通过标识注册系统生成唯一标识码，标识码上传到工业互联网标识解析节点；(3)按照所设计的工作环节搭建大米供应链的实物产线，通过基于语义映射的大米供应链数字孪生模型描述方法构建相应的大米供应链的数字孪生平台；(4)建立标识解析连接中间件进行教学用具中的数据虚实交互；大米供应链实物产线内设备及各类传感器内部嵌有主动标识模组，并且设定主动标识触发时间，设备及传感器能够通过主动标识模组定时将设备实时运行状态以及传感器采集数据上传注册到标识解析节点；所述的标识解析连接中间件一端面向标识解析节点，另一端面向大米供应链数字孪生平台；将大米供应链实物产线产生的多源异构数据经标识解析体系下统一的传输协议转换和统一的数据封装后，通过标识解析连接中间件与数字孪生平台中的孪生数据交互，实现虚实多源数据的传输与融合。2.根据权利要求1所述的教学用具，其特征在于，所述的教学用具中，设计模拟的各工作环节包括：(1.1)原粮收购数据标识：扫码枪获取收购的稻谷原粮的数据并注册到标识解析节点，该过程的标识数据包括原粮收购数量；(1.2)原粮仓储数据标识：原粮进入原粮粮仓，原粮粮仓内激光测距传感器通过预设的高度阈值来控制稻谷数量，电磁阀开度控制稻谷出仓速率，温湿度传感器以及二氧化碳传感器实时监控原粮粮仓内环境，各设备内含有主动标识模组将测量数据实时注册到标识解析节点，该过程中的标识数据包括原粮粮仓温度、原粮粮仓湿度、原粮粮仓二氧化碳浓度、原粮粮仓电磁阀开度、以及原粮粮仓激光测距传感器数据；(1.3)原粮运输数据标识：原粮出仓后，进入由传送带模拟的原粮运输车进行运输，传送带将传送带的速度注册到标识解析节点，该过程中的标识数据包括传送带速度；(1.4)原粮加工数据标识：原粮经运输后进入碾米机加工，碾米机内有激光测距传感器控制稻谷数量，碾米机外有摄像头实时出米监控，并进行脱壳率检测，该过程中注册到标识解析节点的标识数据包括待加工稻谷高度、出米图片、碾米质量、以及碾米机启动状态；(1.5)成米运输数据标识：碾米机加工后的成米进入传送带模拟的成米运输车进行运输，传送带将传送带的速度注册到标识解析节点，该过程中的标识数据包括传送带速度；(1.6)成米仓储数据标识：成米进入成米粮仓，成米粮仓内激光测距传感器通过预设的高度阈值来控制成米数量，电磁阀是否打开的状态控制成米出仓，该过程中实时注册到标识解析节点的标识数据包括成米粮仓电磁阀状态，状态为打开或关闭，以及成米粮仓激光测距传感器数据；(1.7)成米包装数据标识：成米出仓后进入成米包装托盘，托盘含有称重传感器，达到设定值后停止成米进入托盘，通过成米包装袋包装并在包装袋上打标后由传送带进行运输，该过程注册到标识解析节点的标识数据包括成米包装传送带速度、称重传感器数据、初始位置限位开关状态、终末位置限位开关状态、以及打标次数；(1.8)成米销售数据标识：扫码枪进行成米产品的扫码入库并进行销售，该环节注册到
标识解析节点的标识数据包括销售数量。3.根据权利要求1或2所述的教学用具，其特征在于，所述的教学用具中，设计的标识编码规则是：标识包括标识前缀、分隔符和标识后缀；标识前缀包括国家代码、行业代码和企业代码，并用“.”分隔各部分；分隔符采用“/”表示；标识后缀由企业自定义，设备和数据的编码唯一。4.根据权利要求3所述的教学用具，其特征在于，所述的标识编码规则中，设置标识后缀的方式是：由教具编码、环节编码、具体设备或数据编码组成；教具编码中，为实物教具和虚拟教具设置不同编码范围；环节编码是为各工作环节赋予不同编码；具体设备或数据编码分为设备编码、状态数据编码和控制数据编码，分别为设备、状态数据、控制数据和包装赋码设置不同编码范围；其中，状态数据是指设备的实际状态数据，控制数据为数字孪生模型中虚实交互反馈优化的数据，是控制产线运行的状态数据；其中，设备编码对应的数据模版包...

【专利技术属性】
技术研发人员：许继平，徐博宇，王昭洋，姜露，白玉廷，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：发明
国别省市：