【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及基于5g专网的工业自动化系统相关领域，具体为一种基于5g专网的工业自动化系统动态优化方法。
技术介绍
1、随着工业4.0和智能制造的快速发展，工业自动化系统在提高生产效率、降低成本、提升产品质量等方面发挥着至关重要的作用。传统工业自动化系统在面对日益复杂的生产环境和多样化的生产需求时，逐渐暴露出诸多局限性。
2、在通信方面，传统工业网络存在带宽有限、传输时延高、网络覆盖范围小等问题，难以满足工业自动化系统中大量设备实时、高速、稳定的数据传输需求。对于一些对实时性要求极高的控制应用，如工业机器人协同作业、高精度运动控制，传统网络的时延和抖动可能导致控制指令无法及时准确执行，影响生产效率和产品质量。
3、传统工业自动化系统大多基于预设规则和固定程序进行运行，缺乏对生产环境变化的自适应能力和智能决策能力。面对生产过程中的不确定性因素，系统无法及时自动调整控制策略，导致生产效率低下、资源浪费严重。
4、此外，传统工业自动化系统在数据处理和分析能力方面相对较弱，难以从海量生产数据中挖掘出有价值的信息，无法为企业的生产管理和决策提供有效的数据支持。同时，系统的安全性和可靠性也面临着严峻挑战，网络攻击、数据泄露等安全事件可能对企业生产造成重大损失。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于5g专网的工业自动化系统动态优化方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于5g专网的
3、步骤一，系统架构构建与优化：
4、模块化设计增强系统灵活性：将工业自动化系统划分为多个独立且功能明确的模块，包括数据采集模块、控制模块、执行模块和通信模块，各模块间通过标准化接口交互，使系统能便捷地进行模块增减或替换，以适应生产需求和技术更新，缩短迭代周期并降低维护成本；
5、数据驱动实现精准决策：在5g专网环境下，通过传感器与执行器实时采集生产数据，如设备运行状态、产品质量参数、环境数据，利用5g高速率、低时延特性将数据实时传输至数据处理中心，运用人工智能算法进行深度分析，依据分析结果动态调整控制策略，确保生产过程优化；
6、安全防护体系保障稳定运行：从硬件、软件和网络层面构建安全防护体系，硬件上采用加密芯片和安全存储设备保障数据安全；软件上进行漏洞扫描与修复，设置访问权限；网络上实施5g专网切片技术，隔离不同业务数据，同时建立故障预警与应急响应机制，检测到异常时迅速启动预案，保障系统安全稳定；
7、步骤二，智能数据采集与预处理：
8、多源数据融合提高信息完整性：借助5g专网的高带宽特性，融合来自不同传感器和设备的多源数据，包括设备运行数据、生产环境数据、产品质量检测数据，运用数据融合算法消除冗余和冲突信息，提高数据准确性和完整性，为后续控制决策提供更可靠依据；
9、实时数据处理确保及时性：利用5g专网的低时延优势，在数据采集端对数据进行实时预处理，包括数据清洗、特征提取、数据压缩，减轻数据传输和处理负担，提高系统响应速度，确保数据处理及时性，满足工业自动化系统对实时性要求；
10、智能数据清洗提升数据质量：运用机器学习和深度学习算法自动识别和处理数据中的噪声、异常值和缺失值，采用聚类算法检测异常值，用回归算法或神经网络填充缺失值，同时进行数据标准化和归一化处理，提高数据质量，为系统提供准确数据支持；
11、步骤三，基于人工智能的控制策略优化：
12、神经网络模型自适应调整：构建适用于工业自动化系统的神经网络模型，利用5g专网实时传输的大量生产数据对模型进行训练和优化，使模型能自适应调整控制策略，通过在线学习不断优化权重和阈值，根据生产过程变化实时调整控制参数，提高系统适应性和控制精度；
13、强化学习实现最优决策：将工业自动化系统中的控制问题建模为强化学习问题，定义状态空间、动作空间和奖励函数，智能体根据系统状态选择动作，通过与环境交互获得奖励反馈，利用5g专网实时反馈信息，强化学习算法不断优化策略，使系统在复杂环境下做出最优决策，提高生产效率和稳定性；
14、模型预测控制优化性能：结合系统数学模型和实时数据，利用5g专网快速传输数据能力，实现对工业自动化系统的模型预测控制，预测系统未来行为，根据预测结果优化控制输入，通过滚动优化和反馈校正提高控制性能，减少波动和误差，提高产品质量一致性；
15、步骤四，通信资源管理与优化：
16、5g专网切片资源动态分配：根据工业自动化系统中不同业务的需求，如实时控制业务、数据采集业务、视频监控业务，利用5g专网的网络切片技术为各业务分配独立的网络资源，通过动态调整切片资源，确保关键业务的低时延和高可靠性，提高系统整体性能；
17、无线资源智能调度：采用智能调度算法管理5g专网中的无线资源，根据设备实时需求和信道质量动态分配资源，通过预测设备数据传输需求，提前分配资源，利用信道状态信息优化资源分配，提高频谱效率和系统容量，满足工业自动化系统大规模设备接入和数据传输需求；
18、网络拥塞控制与优化：实时监测5g专网的网络拥塞状况，利用流量监测技术和拥塞检测算法及时发现拥塞，采取流量控制、路由调整、资源分配优化等措施缓解拥塞，保障数据传输的稳定性和可靠性，确保工业自动化系统关键业务的正常运行；
19、步骤五，系统性能评估与持续改进：
20、关键性能指标实时监测：通过5g专网实时采集工业自动化系统的关键性能指标，如生产效率、产品质量、设备故障率、能耗，利用数据分析技术对指标进行实时监测和可视化展示，使操作人员及时了解系统运行状态，为优化决策提供依据；
21、基于大数据分析的性能评估：收集和存储大量历史生产数据，运用大数据分析技术挖掘数据中的潜在模式和规律，建立性能评估模型，评估系统性能并预测未来趋势，根据评估结果发现系统瓶颈和优化空间，为持续改进提供方向；
22、优化策略迭代更新：根据系统性能评估结果，利用人工智能算法生成优化策略，通过5g专网将优化策略实时下发至工业自动化系统各设备，持续监测策略实施效果，根据反馈信息迭代更新优化策略，实现系统性能的持续提升。
23、进一步的，在所述模块化设计中，各模块的功能具体如下：
24、数据采集模块：负责采集工业生产过程中的各类数据，包括设备运行参数、环境参数、产品质量参数等；该模块集成多种类型的传感器，如温度传感器、压力传感器、位移传感器、图像传感器，通过5g专网将采集到的数据实时传输至数据处理中心，确保数据的准确性和及时性；
25、控制模块：接收数据处理中心的控制指令，并根据指令对执行模块进行控制；该模块采用先进的控制算法，如pid控制算法、模型预测控制算法、模糊控制算法，根据生产过程的需求和实时数据，生成精确的控制信号，实现对设备的精准控制；...
【技术保护点】
1.一种基于5G专网的工业自动化系统动态优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于5G专网的工业自动化系统动态优化方法，其特征在于，在所述模块化设计中，各模块的功能具体如下：
3.根据权利要求1所述的基于5G专网的工业自动化系统动态优化方法，其特征在于，所述数据驱动决策中，人工智能算法包括但不限于以下几种：
4.根据权利要求1所述的基于5G专网的工业自动化系统动态优化方法，其特征在于，在所述安全防护体系中，硬件层面的加密芯片采用高级加密标准算法，安全存储设备支持硬件加密和访问控制，软件层面的漏洞扫描与修复定期自动进行，访问权限设置根据用户角色和权限进行分级管理，网络层面的5G专网切片技术采用软件定义网络和网络功能虚拟化技术实现。
5.根据权利要求1所述的基于5G专网的工业自动化系统动态优化方法，其特征在于，所述多源数据融合中，数据融合算法采用加权平均法、卡尔曼滤波法、贝叶斯估计法，根据数据的可靠性和重要性进行加权处理，消除数据间的冗余和冲突，提高数据的准确性和完整性。
6.根据权利要求1所述的基于
7.根据权利要求1所述的基于5G专网的工业自动化系统动态优化方法，其特征在于，所述神经网络模型自适应调整中，神经网络模型采用前馈神经网络、反馈神经网络、卷积神经网络、循环神经网络，通过反向传播算法、随机梯度下降算法、自适应学习率调整算法进行训练和优化，提高模型的收敛速度和泛化能力。
8.根据权利要求1所述的基于5G专网的工业自动化系统动态优化方法，其特征在于，所述强化学习实现最优决策中，状态空间包括设备运行状态、生产环境状态、任务执行进度，动作空间包括设备控制操作、资源分配决策、生产计划调整，奖励函数根据生产目标和约束条件设计，如生产效率最大化、产品质量最优化、成本最小化，通过Q学习算法、深度Q网络算法、近端策略优化算法进行策略优化。
9.根据权利要求1所述的基于5G专网的工业自动化系统动态优化方法，其特征在于，所述5G专网切片资源动态分配中，根据业务的优先级、带宽需求、时延要求，采用动态带宽分配算法、优先级调度算法、资源预留算法进行资源分配，通过网络切片管理系统实现切片的创建、配置、监控和管理，确保关键业务的服务质量。
10.根据权利要求1所述的基于5G专网的工业自动化系统动态优化方法，其特征在于，所述系统性能评估与持续改进中，大数据分析技术采用数据挖掘算法、机器学习算法、统计分析方法，性能评估模型采用层次分析法、模糊综合评价法、神经网络评价法，优化策略迭代更新采用遗传算法、粒子群优化算法、模拟退火算法，根据系统性能的变化自动调整优化策略，实现系统的持续优化。
...【技术特征摘要】
1.一种基于5g专网的工业自动化系统动态优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于5g专网的工业自动化系统动态优化方法，其特征在于，在所述模块化设计中，各模块的功能具体如下：
3.根据权利要求1所述的基于5g专网的工业自动化系统动态优化方法，其特征在于，所述数据驱动决策中，人工智能算法包括但不限于以下几种：
4.根据权利要求1所述的基于5g专网的工业自动化系统动态优化方法，其特征在于，在所述安全防护体系中，硬件层面的加密芯片采用高级加密标准算法，安全存储设备支持硬件加密和访问控制，软件层面的漏洞扫描与修复定期自动进行，访问权限设置根据用户角色和权限进行分级管理，网络层面的5g专网切片技术采用软件定义网络和网络功能虚拟化技术实现。
5.根据权利要求1所述的基于5g专网的工业自动化系统动态优化方法，其特征在于，所述多源数据融合中，数据融合算法采用加权平均法、卡尔曼滤波法、贝叶斯估计法，根据数据的可靠性和重要性进行加权处理，消除数据间的冗余和冲突，提高数据的准确性和完整性。
6.根据权利要求1所述的基于5g专网的工业自动化系统动态优化方法，其特征在于，所述实时数据处理中，数据清洗采用基于统计学方法和机器学习算法的异常值检测和缺失值处理技术，特征提取采用主成分分析算法、线性判别分析算法、小波变换算法，数据压缩采用无损压缩算法和有损压缩算法，根据数据特点和传输需求选择合适的压缩方式。
7.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯志金，宋立信，李大才，孙鸿志，匡磊，凌朝年，刘志聪，蒋维，林菲，伦一洋，朱宏永，石军伟，
申请(专利权)人：广东大唐国际雷州发电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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