基于数字化模型的智能工厂架构方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及智能工厂领域，公开了一种基于数字化模型的智能工厂架构方法及系统。基于化纤产线的特征，将不同的环节划分为比例环节和概率环节，简化了产线控制函数，提高了计算效率，降低了计算误差；本发明专利技术还确定了产线控制函数，将所有环节作为产线控制函数的计算项，当任一个或多个环节出现故障时，将反映在产线控制函数的具体表达式上，控制层（控制计算机）基于更新的控制函数，完成控制调节，简化了各环节的模型构建，具有更高的通用性。具有更高的通用性。具有更高的通用性。

【技术实现步骤摘要】
基于数字化模型的智能工厂架构方法及系统


[0001]本专利技术属于智能工厂领域，具体为一种基于数字化模型的智能工厂架构方法及系统。

技术介绍

[0002]智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。智能制造和传统的制造相比，智能制造系统具有以下特征：（1）自律能力；即搜集与理解环境信息和自身的信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力；（2）人机一体化：IMS（Intelligent Manufacturing System，智能制造系统）不单纯是“人工智能”系统，而是人机一体化智能系统，是一种混合智能；（3）虚拟现实技术：借助各种音像和传感装置，虚拟展示现实生活中的各种过程、物件等，因而也能拟实制造过程和未来的产品，从感官和视觉上使人获得完全如同真实的感受；（4）自组织超柔性：智能制造系统中的各组成单元能够依据工作任务的需要，自行组成一种最佳结构；（5）自学习与维护；智能制造系统能够在实践中不断地充实知识库，具有自学习功能；同时具有在运行过程中自行故障诊断，并具备对故障自行排除、自行维护的能力。
[0003]现有技术中，存在针对数字化智能工厂的改进：（1）CN110109425A公开了一种基于专家知识库以工艺数字模型驱动的智能管控平台，具体公开了一种能覆盖更广泛行业领域的通用的智能制造执行过程的基于工艺数字模型驱动的智能数字化管控平台，在业务层提供基于专家知识库和工艺数字模型驱动的动态知识配置功能，为各项业务层提供基于行业、标准、专家知识、实践经验等各项知识的服务。
[0004]（2）CN109298685A公开了一种数字化工厂实现方法、数字化工厂实现系统和数字化工厂，具体公开了通过模型将实体生产工厂中涉及物理的生产资料的特性、物理的生产资料的运维状态、涉及实际生产过程的制造工艺流流程和生产线物流仿真和数字化，从而可以进行相应的虚拟仿真以反映实体生产工厂中的实际生产过程和状态。
[0005]（3）CN109003038A公开了一种纺织印染行业数字化工厂系统架构，具体公开了包括设备层、感知层、网络层以及应用层，加强了数字化车间和工业物联网方面建设，实现生产制造各类要素信息的同步采集、互联、共享和调用。
[0006]（4）CN111401629A公开了一种针织智能工厂经编车间生产管理算法和生产管理方法，具体公开了建立相应向量、构建经编机运行状态模型、设置经编机的设定转速，以及根据经编机的转速和约束条件生成工作策略，实现了经编车间生产订单的生产流程效率最
高。
[0007]上述技术方案提出了针对数字化智能工厂的改进，但是，现有技术仍然存在以下问题：1、通用性高，但特异性不足；以现有技术（1）为例，其实质改进在于为数字化平台增设专家知识库单元，并提出了概念性的架构，包括设置接口单元、工艺资源配置模块等；以现有技术（2）为例，其改进在于将数字工厂架构按类型分为了六个层级，进行分层管控；上述现有技术对于具体的产业架构，例如化纤工厂的数字化架构，仅具有理论性的指导作用，而无法结合行业特点，给出实质性的架构方案，即本领域技术人员基于上述现有技术，仍然需要基于特定行业进行详细性设计，而无法直接完成特定行业，例如化纤行业数字化工厂的架构。
[0008]2、对于化纤工厂的构建，现有技术仅完成了概念架构，以现有技术（3）为例，其设置了设备层、感知层、网络层以及应用层，完成了层与层之间的组织关系架构，但是，关于同层设备如何进行协调，未能给出量化的控制方案，无法从技术角度，基于数值计算完成设备控制，即，该技术方案仍然属于总体设计的范畴；现有技术（4）虽然给出了利用运行状态模型对经编机进行协调控制的技术手段，但未能考虑工厂整体，即对于络丝、倍捻、定型等工序设备缺乏协同控制。
[0009]综上所述，目前的数字化工厂的架构方案，往往是概念类架构，或者是针对单一工序或设备的控制，而缺乏基于数值模型的工厂级的架构方案。

技术实现思路

[0010]一种基于数字化模型的智能工厂架构方法，所述架构包括控制层、参数层、设备层；所述设备层包括络丝环节；倍捻环节；定形环节；倒筒环节；整经环节；浆丝环节；织造环节；所述参数层包括产线传递函数和环节控制函数；所述产线传递函数满足有理分式：；其中，a、b为项系数，m为项阶数；其中，X(s)为输入量的拉普拉斯变换，Y(s)为输出量的拉普拉斯变换。G(s)为传递函数；设定络丝环节、定形环节、倒筒环节、整经环节、浆丝环节为比例环节，倍捻环节和织造环节为概率环节；所述环节控制函数为：（A）对于比例环节，单台设备的出丝直径满足二次分布：Li~N(u,σ
i2
)，则所有络丝机的单位时间出丝直径满足二次分布： ；其中，Li为设备编号，为调定出丝直径，为分布方差，为出丝速度，其中，对于连续出丝的络丝环节、倒筒环节、整经环节、浆丝环节，出丝速度为纱筒线速度，对于间断出丝的定形环节，出丝速度为单次工序总丝长除以时间；
（B）对于概率环节，单台设备的断丝概率满足伯努利分布：P(X=1)=p，P(X=0)=1
‑
p；其中，X=1表示发生断丝，X=0表示未发生断丝；基于采样数据Di，采用对数似然函数概率环节的单台设备的p值：；得到传递函数，其中，τ为基于断丝概率p计算得到的维修延时，所述维修延时满足：τ=NpT；N为本环节设备数量，T为单台设备的平均维护时间，i表示第i台设备，j表示该第i台设备的第j个样本；将比例环节与概率环节的环节控制函数代入有理分式，得到产线传递函数。
[0011]进一步的，对于所述比例环节，基于正态分布检验，确定其是否符合正态分布，并确定期望μ和方差，当某台设备满足以下任一条件时，设备下线维护，重新确定产线传递函数：a.该设备的出丝直径不满足正态分布；b.该设备满足正态分布，但期望μ与调定出丝直径的差值大于预定值；c. 该设备满足正态分布，但期方差大于预定值。
[0012]进一步的，所述正态分布检验为t检验、方差分析、person检验、SW检验中的一种。
[0013]一种基于数字化模型的智能工厂架构系统，所述架构系统基于所述的方法构建，所述架构包括控制层、参数层、设备层；所述控制层、参数层、设备层之间通过总线连接。
[0014]进一步的，所述定形环节为蒸汽定形。
[0015]进一步的，所述织造环节采用喷水织机进一步的，所述产线传递函数基于闭环控制构建。
[0016]有益效果与现有技术相比，本专利技术提供了一种基于数字化模型的智能工厂架构方法及系统，具备以下有益效果：1、本专利技术基于化纤产线的特征，将不同的环节划分为比例环节和概率环节，具体来说，络丝环节、定形环节、倒筒环节、整经环节、浆丝环节，由于断丝概率较低，产本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字化模型的智能工厂架构方法，其特征在于，所述架构包括控制层、参数层、设备层；所述设备层包括络丝环节；倍捻环节；定形环节；倒筒环节；整经环节；浆丝环节；织造环节；所述参数层包括产线传递函数和环节控制函数；所述产线传递函数满足有理分式：；其中，X(s)为输入量的拉普拉斯变换，Y(s)为输出量的拉普拉斯变换，G(s)为传递函数；设定络丝环节、定形环节、倒筒环节、整经环节、浆丝环节为比例环节，倍捻环节和织造环节为概率环节；所述环节控制函数为：（A）对于比例环节，单台设备的出丝直径满足二次分布：Li~N(u,σ
i2
)，则所有络丝机的单位时间出丝直径满足二次分布： ，其中，Li为设备编号， 为调定出丝直径， 为分布方差， 为出丝速度，其中，对于连续出丝的络丝环节、倒筒环节、整经环节、浆丝环节，出丝速度为纱筒线速度，对于间断出丝的定形环节，出丝速度为单次工序总丝长除以时间；（B）对于概率环节，单台设备的断丝概率满足伯努利分布：P(X=1)=p，P(X=0)=1
‑
p；其中，X=1表示发生断丝，X=0表示未发生断丝；基于采样数据Di，采用对数似然函数估计概率环节中单台设备的p值：；得到传递函数 ，其中，τ为基于断丝概率p计算得到的维修延时，所述维修延时满足：τ=NpT；N为本环节设备数量，T为单台设备的平均维护时...

【专利技术属性】
技术研发人员：钮春荣，刘小南，郭建洋，李红泉，冯玲，李春林，孙欢欢，甘玉梅，马国飞，
申请(专利权)人：江苏佩捷纺织智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：