【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于物联网车间，尤其涉及一种基于物联网多车间联动系统。
技术介绍
1、车间作为相对独立又完整的制造系统，一般可以涵盖制造系统中各种复杂的物质流、信息流和能量流的转化，因此通常是研究制造资源配置、生产优化调度和制造系统管控的最小物化单位；车间的制造资源主要包括在制品、人员、刀具、夹具和量具等，而相应的物质流包括与在制品相关、与人员相关、与刀具相关、与夹具相关和与量具相关等；毛坯从毛坯库出库，并根据规划好的工艺路线依靠物流系统依次将其运送到相应的加工设备，最后完成所有工序后将其送入成品仓库。其中，如果某道工序检验不合格，在制品将被运送到废品仓库。进一步在每道工序的加工环节细分时，在制品的物质流还可以分为：上料、装夹、加工、下料和检验等环节。其他物质流与加工环节息息相关，并且信息流和能量流是随着物质流得转变而转变的，车间中的所有物质流、信息流和能量流构成了一个信息-物理系统。因此，智能制造可以通过制造车间物质流、信息流和能量流的智能化管控来实现。
2、车间加工工艺路线通常是固定的，而在实际车间生产过程中一些具有特征复杂零件的加工存在改变特征加工顺序并不影响零件本身加工精度的情况，且一定程度上还能进一步提高生产效率；物联网环境下，制造系统具有高柔性和可扩展性，特别是在车间生产环节。物联网解决了管理应用层和感知执行层障碍问题，同时车间生产数据的爆炸性增长。生产过程中无法保证车间生产的最优性。车间调度是解决车间生产规划和保证生产最优关键途径。目前各种集成方法在实际的应用过程中都需要根据实际的应用场景进行适当的调整，因此
技术实现思路
1、针对现有技术不足，本专利技术的目的在于提供了一种基于物联网多车间联动系统，解决了
技术介绍
中提出的问题。
2、本专利技术提供如下技术方案：
3、一种基于物联网多车间联动系统，包括应用层、传输层、执行层，应用层包括车间制造执行系统、可视化监控系统、车间调度系统，应用层为系统用户提供接口使用，实现整个车间系统的智能化运作；
4、传输层采用无线通讯的方式，实现车间动态调度和执行的任务；
5、执行层包括rfid射频识别设备和多种传感器，rfid设备通过电子标签为系统中的每个作业建立一个唯一的标识；标识包含每个作业的生产和处理信息。
6、优选的，车间生产过程的监测和管控包括生产规划、异常事件发现和扰动时间快速响应；生产规划即为静态调度问题，指在满足柔性工艺路线和柔性加工路线的约束下，对有限的制造资源进行合理分配并组织生产，达到缩短制造周期。
7、优选的，异常事件发现为通过对车间生产要素的信息采集，感知出车间运行过程中的各种简单事件和复杂事件并挖掘出包含在其中的异常事件；扰动事件快速响应问题，即车间运行的闭环调度问题，当车间运行过程中出现异常事件扰动时，如何预评估扰动事件对车间系统的影响程度，并根据评估结果采取什么重调度措施，实现车间生产过程的闭环调度或管控。
8、优选的，车间生产中将事件分为原子事件、简单事件、复杂事件、状态事件；rfid设备在监测时会在很短时间内产生大量的原子事件，而这些事件很多对车间事件监测是无用的,因此需要对原子事件进行过滤和筛选，从而得到出现事件、消失事件和持续事件等简单事件，涵盖了所有与 rfid 相关的时间事件和空间事件；出现事件和消失事件是瞬时事件，而持续事件是非瞬时事件；复杂事件是由简单事件通过逻辑关系和时序关系符合而成。
9、优选的，车间异常事件包括：机床设备故障、订单任务变化、信息传输错误、资源短缺；异常事件会导致工序完成时间偏离生产计划或者工序不匹配。
10、优选的，车间异常事件监测过程中，把每个异常事件构造成相应的时间自动机模型中的状态，若最后达到异常状态，则输出异常事件；时间自动机模型工作过程为：每当一个参与合成的简单事件发生时，自动机模型就会从一个状态迁移到下一个状态，当自动机模型进入设定好的代表复杂事件发生的状态时，自动机模型退出，复杂事件形成，输出该复杂事件；自动机模型中，q为有限状态集合；q⊆q表为初始状态，∑是输入事件集合，x是时钟变量集合，为状态停留时间；i时一个映射，用于将q中的每个元素q指定一个时钟约束i(q)；e时一个映射，将q*∑映射到x；当自动机模型输入a时，某状态s0在满足时钟约束条件下，达到状态s1，且输出状态s0实际持续时间b同时将复位时钟x为0；通过监测输出b即能得到异常事件的量化标准；自动机模型将 rfid 设备、监测参数、异常事件监测模型和业务逻辑充分整合，对异常事件进行监测。
11、优选的，rfid视频识别设备能够实时传递网络节点上的各种资源交互信息，并可以向车间执行端实时传递调度应用层的各种车间管控指令；rfid 和传感器通过互联网连接到服务器，采集的数据通过网络在设备之间交换；应用层实时监控交互过程，一旦交互异常，应用层干预调整调度数据，更新制造设备和作业的 rfid 标签信息。
12、优选的，车间调度系统的调度方法采用分层多目标优化，以工艺成本最低为第一层次进行优化目标，以加工工时最短为第二层次优化目标；先对第一层次目标进行寻优求解，然后在第一层次有效解的基础上进行第二层次的目标寻优；具体的优化过程为：首先以工艺规划结果作为车间调度模型的输入，并为得到的工艺路径中的每道工序确定加工机床集；然后根据某些车间调度目标进行加工路径的寻优；在不满足终止条件的情况下，重新生成工艺路径并再次完成车间调度直到循环得到柔性工艺路线的最优解。
13、优选的，调度优化过程中，工件的每一个制造特征需要至少一道工序完成加工，从而形成制造特征的工序路线或加工链；一个加工工序需要多次装夹、多个工位、多个工步或者多次走刀分阶段完成。
14、优选的，工件进行加工时，加工路径为：步骤1，从加工元的起始定点v0开始搜索；步骤2，对当前的顶点进行标记，s={v0}，t=v-s{其余顶点}；步骤3，对当前顶点 s 的所有相邻顶点依次进行松弛操作，若存在<v0, vi>，d(v0, vi)为<v0, vi>弧上的权值，若不存在<v0, vi>，d(v0, vi)为∞；步骤4，更新列表 s 和 t，从 t 中选取一个与 s 中顶点有关联边且权值最小的顶点 w，加入到 s 中，作为新的当前顶点；步骤5，重复步骤2和步骤4，直到s中包含所有顶点。
15、另外，多车间联动的物联网系统中，为了增加数据共享管理的可靠型，增加可信度，通过将物联网数据上传至区块链账本并备份至每个区块链节点，并且设置分片区块链性能优化方法，提升多车间联动系统的吞吐量和计算负载均衡的问题；物联网车间数据的分片过程为：组成的区块链节点将被随机分配至多个分片网络中与一个分片服务委员会网络中，每个分片网络均具备完整的区块链功能，即，每个分片独立处理该分片所对应的交易池中的交易，并能够独立的生成新的数据区块且通过片内的共识验证该区块内交本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于物联网多车间联动系统，其特征在于，包括应用层、传输层、执行层，应用层包括车间制造执行系统、可视化监控系统、车间调度系统，应用层为系统用户提供接口使用，实现整个车间系统的智能化运作；
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网多车间联动系统，其特征在于，车间生产过程的监测和管控包括生产规划、异常事件发现和扰动时间快速响应；生产规划即为静态调度问题，指在满足柔性工艺路线和柔性加工路线的约束下，对有限的制造资源进行合理分配并组织生产，达到缩短制造周期。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网多车间联动系统，其特征在于，异常事件发现为通过对车间生产要素的信息采集，感知出车间运行过程中的各种简单事件和复杂事件并挖掘出包含在其中的异常事件；扰动事件快速响应问题，即车间运行的闭环调度问题，当车间运行过程中出现异常事件扰动时，如何预评估扰动事件对车间系统的影响程度，并根据评估结果采取什么重调度措施，实现车间生产过程的闭环调度或管控。
4.根据权利要求2所述的一种基于物联网多车间联动系统，其特征在于，车间生产中将事件分为原子事件、简单事件、复杂事件、状态
5.根据权利要求2所述的一种基于物联网多车间联动系统，其特征在于，车间异常事件包括：机床设备故障、订单任务变化、信息传输错误、资源短缺；异常事件会导致工序完成时间偏离生产计划或者工序不匹配。
6.根据权利要求5所述的一种基于物联网多车间联动系统，其特征在于，车间异常事件监测过程中，把每个异常事件构造成相应的时间自动机模型中的状态，若最后达到异常状态，则输出异常事件；时间自动机模型工作过程为：每当一个参与合成的简单事件发生时，自动机模型就会从一个状态迁移到下一个状态，当自动机模型进入设定好的代表复杂事件发生的状态时，自动机模型退出，复杂事件形成，输出该复杂事件；自动机模型中，Q为有限状态集合；q⊆Q表为初始状态，∑是输入事件集合，X是时钟变量集合，为状态停留时间；I时一个映射，用于将Q中的每个元素q指定一个时钟约束I(q)；E时一个映射，将Q*∑映射到X；当自动机模型输入a时，某状态s0在满足时钟约束条件下，达到状态s1，且输出状态s0实际持续时间b同时将复位时钟x为0；通过监测输出b即能得到异常事件的量化标准；自动机模型将 RFID 设备、监测参数、异常事件监测模型和业务逻辑充分整合，对异常事件进行监测。
7.根据权利要求1所述的一种基于物联网多车间联动系统，其特征在于，RFID视频识别设备能够实时传递网络节点上的各种资源交互信息，并可以向车间执行端实时传递调度应用层的各种车间管控指令；RFID 和传感器通过互联网连接到服务器，采集的数据通过网络在设备之间交换；应用层实时监控交互过程，一旦交互异常，应用层干预调整调度数据，更新制造设备和作业的 RFID 标签信息。
8.根据权利要求1所述的一种基于物联网多车间联动系统，其特征在于，车间调度系统的调度方法采用分层多目标优化，以工艺成本最低为第一层次进行优化目标，以加工工时最短为第二层次优化目标；先对第一层次目标进行寻优求解，然后在第一层次有效解的基础上进行第二层次的目标寻优；具体的优化过程为：首先以工艺规划结果作为车间调度模型的输入，并为得到的工艺路径中的每道工序确定加工机床集；然后根据某些车间调度目标进行加工路径的寻优；在不满足终止条件的情况下，重新生成工艺路径并再次完成车间调度直到循环得到柔性工艺路线的最优解。
9.根据权利要求8所述的一种基于物联网多车间联动系统，其特征在于，调度优化过程中，工件的每一个制造特征需要至少一道工序完成加工，从而形成制造特征的工序路线或加工链；一个加工工序需要多次装夹、多个工位、多个工步或者多次走刀分阶段完成。
10.根据权利要求9所述的一种基于物联网多车间联动系统，其特征在于，工件进行加工时，加工路径为：步骤1，从加工元的起始定点V0开始搜索；步骤2，对当前的顶点进行标记，S={V0}，T=V-S{其余顶点}；步骤3，对当前顶点 S 的所有相邻顶点依次进行松弛操作，若存在<V0, Vi>，d(V0, Vi)为< V0, Vi >弧上的权值，若不存在<V0, Vi>，d(V0, Vi)为∞；步骤4，更新列表 S 和 T，从 T...
【技术特征摘要】
1.一种基于物联网多车间联动系统，其特征在于，包括应用层、传输层、执行层，应用层包括车间制造执行系统、可视化监控系统、车间调度系统，应用层为系统用户提供接口使用，实现整个车间系统的智能化运作；
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网多车间联动系统，其特征在于，车间生产过程的监测和管控包括生产规划、异常事件发现和扰动时间快速响应；生产规划即为静态调度问题，指在满足柔性工艺路线和柔性加工路线的约束下，对有限的制造资源进行合理分配并组织生产，达到缩短制造周期。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网多车间联动系统，其特征在于，异常事件发现为通过对车间生产要素的信息采集，感知出车间运行过程中的各种简单事件和复杂事件并挖掘出包含在其中的异常事件；扰动事件快速响应问题，即车间运行的闭环调度问题，当车间运行过程中出现异常事件扰动时，如何预评估扰动事件对车间系统的影响程度，并根据评估结果采取什么重调度措施，实现车间生产过程的闭环调度或管控。
4.根据权利要求2所述的一种基于物联网多车间联动系统，其特征在于，车间生产中将事件分为原子事件、简单事件、复杂事件、状态事件；rfid 设备在监测时会在很短时间内产生大量的原子事件，而这些事件很多对车间事件监测是无用的,因此需要对原子事件进行过滤和筛选，从而得到出现事件、消失事件和持续事件等简单事件，涵盖了所有与 rfid 相关的时间事件和空间事件；出现事件和消失事件是瞬时事件，而持续事件是非瞬时事件；复杂事件是由简单事件通过逻辑关系和时序关系符合而成。
5.根据权利要求2所述的一种基于物联网多车间联动系统，其特征在于，车间异常事件包括：机床设备故障、订单任务变化、信息传输错误、资源短缺；异常事件会导致工序完成时间偏离生产计划或者工序不匹配。
6.根据权利要求5所述的一种基于物联网多车间联动系统，其特征在于，车间异常事件监测过程中，把每个异常事件构造成相应的时间自动机模型中的状态，若最后达到异常状态，则输出异常事件；时间自动机模型工作过程为：每当一个参与合成的简单事件发生时，自动机模型就会从一个状态迁移到下一个状态，当自动机模型进入设定好的代表复杂事件发生的状态时，自动机模型退出，复杂事件形成，输出该复杂事件；自动机模型中，q为有限状态集合；q⊆q表为初始状态，∑是输入事件集合，x是时钟变量集合，为状态停留时间；i时一个映射，用于将q中的每个元素q指...
【专利技术属性】
技术研发人员：轩素辉，张宇宽，刘文华，于绘娟，
申请(专利权)人：河南大华安防科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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