云制造下玻璃加工設(shè)備數(shù)據(jù)集成技術(shù)

       數(shù)據(jù)采集是現(xiàn)代數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是設(shè)備故障預(yù)測(cè)中重要的組成部分，它為數(shù)據(jù)挖掘提供可供分析的數(shù)據(jù)。
       常用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有兩種，一種是以基于控制器為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；第二種是基于PC機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。國(guó)外對(duì)數(shù)據(jù)集成技術(shù)的研究己經(jīng)相當(dāng)成熟，而且性能越來(lái)越好，功能越來(lái)越強(qiáng)大。隨著云制造技術(shù)的發(fā)展，提高設(shè)備數(shù)據(jù)的利用效率，如何對(duì)不同企業(yè)內(nèi)設(shè)備數(shù)據(jù)集成到一個(gè)統(tǒng)一的云平臺(tái)，相關(guān)的研究非常少，本文也正是順應(yīng)工業(yè)4.0的發(fā)展趨勢(shì)，提出一種基于TCP的數(shù)據(jù)集成方案，采用無(wú)線通訊技術(shù)，并給出具體的應(yīng)用案例，為后續(xù)的數(shù)據(jù)挖掘提供支持。
       一、業(yè)務(wù)分析
             玻璃加工生產(chǎn)線包含的設(shè)備眾多，如倉(cāng)儲(chǔ)、切割機(jī)、磨邊機(jī)、清洗機(jī)、識(shí)別機(jī)、打標(biāo)機(jī)、理片機(jī)、鋼化爐等，每一臺(tái)設(shè)備在玻璃車間調(diào)度中間工藝都起著重要的角色，對(duì)玻璃加工質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。設(shè)備在玻璃加工廠內(nèi)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度振動(dòng)、沖擊，會(huì)存在機(jī)械和電氣方面問(wèn)題，這就導(dǎo)致故障的發(fā)生。
       如何對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取，預(yù)防故障的發(fā)生，對(duì)可能發(fā)生故障的部件或因素加以提前控制，避免設(shè)備損壞造成損失是一件極為重要的工作。實(shí)現(xiàn)故障的預(yù)測(cè)，需要建立在大量的歷史數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上。云制造作為一個(gè)第三方服務(wù)平臺(tái)，通過(guò)把不同企業(yè)的同類設(shè)備數(shù)據(jù)集成到虛擬云池，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、云存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行處理，并通過(guò)一個(gè)友好的方式把處理的結(jié)果反饋給用戶，因此，在一個(gè)完整的云制造設(shè)備管理平臺(tái)中，設(shè)備數(shù)據(jù)集成效率，準(zhǔn)確度都嚴(yán)重影響處理結(jié)果。
       本文提出一種云制造下設(shè)備數(shù)據(jù)集成方案。首先對(duì)單個(gè)玻璃加工企業(yè)設(shè)備功能不同進(jìn)行監(jiān)測(cè)項(xiàng)分析處理。其次采用一種目前廣泛采用的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，利用自定義的Socket報(bào)文協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與正確解析。然后再把不同企業(yè)內(nèi)的數(shù)據(jù)采用Web Service 的方式集成到虛擬云池，最后通過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行處理，并把監(jiān)測(cè)結(jié)果友好地反饋給用戶。
       二、框架設(shè)計(jì)
       本文所研究的主要內(nèi)容是下圖框架的數(shù)據(jù)集成模塊，云制造平臺(tái)包含對(duì)云提供端的數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、對(duì)云請(qǐng)求端的云服務(wù)四大部分�？蚣軋D如圖1所示。
       
       數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，包括對(duì)不同企業(yè)的設(shè)備數(shù)據(jù)獲取，采用分布式的存儲(chǔ)方案，采用HDFS、Hbase 等技術(shù)，數(shù)據(jù)分析主要指的是采用適合云計(jì)算的一些數(shù)據(jù)挖掘算法，本文作者在其他論文中對(duì)基于Hadoop的改進(jìn)Apriori做出了相關(guān)研究，功能服務(wù)指的是對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、決策支持、智能推薦服務(wù)。針對(duì)本文主要研究的云制造下設(shè)備數(shù)據(jù)的集成方案做出以下解釋。
       設(shè)備信息的集成分兩種方式：一種是直接與具備無(wú)線通信的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；一種是通過(guò)監(jiān)控設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)集成�？紤]到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的便利性及服務(wù)端功能的統(tǒng)一性，本文采用第二種方式。
       第二種方式分為：設(shè)備層、通訊層、應(yīng)用層，其中通訊層包括監(jiān)測(cè)層和傳輸層。設(shè)備層主要是玻璃加工行業(yè)相關(guān)設(shè)備。監(jiān)測(cè)層主要是監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)讀取設(shè)備的狀態(tài)信息、加工信息。通信層采用有線＋無(wú)線的混合通信模式，兩類通信方式互聯(lián)互通互操作，消除“網(wǎng)絡(luò)盲點(diǎn)”，實(shí)現(xiàn)感知信息傳送的高可靠性、高安全性。應(yīng)用層主要完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息的存儲(chǔ)和監(jiān)控，平臺(tái)的設(shè)計(jì)采用Oracle作為平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)，在Eclipse平臺(tái)應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境下，采用Java語(yǔ)言，基于面向服務(wù)的架構(gòu)（Service－oriented Architecture，SOA），結(jié)合Web Service技術(shù)和虛擬技術(shù)完成平臺(tái)的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)玻璃加工行業(yè)設(shè)備信息狀態(tài)的集成，主要功能包括實(shí)現(xiàn)標(biāo)識(shí)設(shè)備的動(dòng)態(tài)信息和靜態(tài)信息查詢、顯示以及工藝路線的選擇及各設(shè)備之間任務(wù)的調(diào)度。
       三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
       1、盒子設(shè)備功能簡(jiǎn)介
       
       針對(duì)設(shè)備制造商、系統(tǒng)集成商和工業(yè)的運(yùn)行保障，為進(jìn)行信息化提供穩(wěn)定、安全、便捷的整套工業(yè)安全遠(yuǎn)程通信解決方案。具有實(shí)時(shí)運(yùn)行保障，網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備間互連互通，數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸實(shí)時(shí)監(jiān)控，遠(yuǎn)程預(yù)警等特點(diǎn)。具體實(shí)現(xiàn)流程如下：
       盒子設(shè)備在企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，由于采用了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式規(guī)范，設(shè)備的異常參數(shù)信息能實(shí)時(shí)的上傳至企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)，不同系統(tǒng)再把數(shù)據(jù)共享到企業(yè)采用的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle，不同企業(yè)再通過(guò)Web Service共享數(shù)據(jù)到云端，采用HDFS方式進(jìn)行存儲(chǔ)，盒子設(shè)備的使用，解決了不同系統(tǒng)收集的設(shè)備信息統(tǒng)一編碼問(wèn)題。
       2、設(shè)備與服務(wù)端通訊流程
       云制造的目標(biāo)是為用戶提供可隨時(shí)獲取的、按需使用的、安全可靠的、優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的制造全生命周期服務(wù)，而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的前提是構(gòu)建規(guī)模巨大的虛擬云池。本文采用一種基于Socket通訊協(xié)議，多線程技術(shù)，對(duì)上位機(jī)和下位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送，進(jìn)行統(tǒng)一的管理。上位機(jī)與下位機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)圖如圖3所示。
       
       通過(guò)Socket通訊方式對(duì)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，獲取大量設(shè)備數(shù)據(jù)，包括設(shè)備詳細(xì)信息、設(shè)備加工參數(shù)、設(shè)備功能信息等。如何對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理，也是實(shí)現(xiàn)資源共享的重要的部分。具體傳輸流程如下：
       步驟一：服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)啟動(dòng)，等待客戶端連接；步驟二：客戶端連接成功后，會(huì)向服務(wù)器發(fā)起一次特定功能號(hào)1的通信，目的是與服務(wù)器同步一次時(shí)間；步驟三：服務(wù)器按照相同功能號(hào)回復(fù)內(nèi)容；步驟四：客戶端每隔固定的時(shí)間向服務(wù)端發(fā)送心跳數(shù)據(jù)；步驟五：客戶端向服務(wù)端發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（特定設(shè)備特定功能號(hào)標(biāo)識(shí)），服務(wù)端向客戶端發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；步驟六：客戶端異常斷開，服務(wù)端進(jìn)入循環(huán)，重啟監(jiān)聽(tīng)，保證客戶端能再次連接。
       3、基于Socket 的通訊協(xié)議設(shè)計(jì)
       采用Socket 技術(shù)實(shí)現(xiàn)客戶端與遠(yuǎn)程服務(wù)器之間的遠(yuǎn)程通訊。其具有傳輸時(shí)間短、高可靠、加密特性、傳輸數(shù)據(jù)可自定義等特點(diǎn)。適合客戶端與遠(yuǎn)程服務(wù)器之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，而且安全性能好，滿足檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性與可靠性要求。
       通訊協(xié)議由開始標(biāo)志通訊頭部、通訊內(nèi)容、通訊尾部組成，其中通訊頭部包括開始標(biāo)志、設(shè)備編號(hào)、功能號(hào)等內(nèi)容，Socket 報(bào)文的數(shù)據(jù)格式如表1所示。  
         
       四、具體實(shí)現(xiàn)
       本文以某工廠的實(shí)際設(shè)備為例，采用的硬件為：阿里云服務(wù)器（雙核，內(nèi)存2048M，操作系統(tǒng)Windows Server 2008 R2）1臺(tái)，開發(fā)環(huán)境為JDK1.7.0_67，基于Springside的架構(gòu)，通過(guò)上文所述的方案，對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)，準(zhǔn)確度高，界面友好等特點(diǎn)。
       五、結(jié)束語(yǔ)
       數(shù)據(jù)集成是云制造下設(shè)備數(shù)據(jù)分析的重要組成部分，本文提出的集成方案適合于玻璃加工企業(yè)系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)項(xiàng)等已經(jīng)明確的實(shí)時(shí)環(huán)境中，但此方案也存在一定的缺點(diǎn)：由于本文對(duì)每一臺(tái)設(shè)備啟動(dòng)一個(gè)端口，在設(shè)備量增大的情況下，端口占用太多不利于維護(hù)；其次，本文所采用的方式在開發(fā)中對(duì)多線程的管理并不規(guī)范，影響其拓展性。根據(jù)此缺點(diǎn)，下一步將會(huì)研究利用一些并發(fā)框架類處理多線程，提高傳輸速度來(lái)對(duì)此方案的缺點(diǎn)來(lái)進(jìn)行改進(jìn)，以提高數(shù)據(jù)集成效率。
        作者：高帥 蔡紅霞 季娜  單位：上海市智能制造及機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

附件：20170717105344262.jpg

提示：如無(wú)法下載，請(qǐng)右鍵選擇“目標(biāo)另存為”。