[发明专利]一种面向个性化定制的工业CPS系统和实现方法

权利要求书

1.一种面向个性化定制的工业CPS系统，其特征在于包括设备层、监测控制层和计划层；

所述设备层，用于表示具有可调用的接口的自动化物理设备，实现设备间、以及设备层与监测控制层之间的信息传递；

所述监测控制层，用于接收计划层发生的事件并进行处理，接收设备层反馈的信号以及监测显示设备状态；

所述计划层，用于动态自主规划任务执行的顺序生成工作流，通过事件的方式触发监测控制层。

2.根据权利要求1所述的一种面向个性化定制的工业CPS系统，其特征在于所述监测控制层包括PLC和功能块库；将设备功能调用方法封装成功能块构成功能块库；每个现场设备有对应的功能块对其操作，PLC通过驱动功能块的运行实现对设备层的调用。

3.根据权利要求1所述的一种面向个性化定制的工业CPS系统，其特征在于所述计划层包括：

知识库模块，用于存储生产线支持生产的各种产品工艺知识和生产线中设备的能力以及设备布局关系信息，为智能认知模块提供知识库；

人机交互，用于根据每道工序以及底层设备，在界面中进行展示并通过用户拖拽的方式，配置生产线的工序流程以及设备连接关系；将配置好的流程建立树形结构的关系形成配置文件，发送至智能认知模块；

所述智能认知模块，用于根据配置文件和数据库中的目标产品类型动态自主规划任务执行的顺序；首先，根据产品的信息类型和知识库自动生成加工序列；其次，当设备占用引起的产品生产受阻时，对生产任务进行重新规划；

所述数据库模块，用于存储产品订单数据和系统历史数据。

4.根据权利要求1所述的一种面向个性化定制的工业CPS系统，其特征在于所述智能认知模块包括：

计划调度功能模块，用于根据订单数据和当前系统状态信息进行装配任务分配：首先，从数据库获取需要加工的产品信息；其次，利用该产品信息到知识库模块检索相应的生产序列以及生产约束信息；最后，根据返回的生产序列和生产约束条件确定调度策略；

系统状态分析模块，首先，根据人机交互接口拖拽式配置的生产线的工序流程以及设备连接关系，确定系统中的设备组成与分布信息；其次，通过获取设备层设备状态、以及当前正在生产的产品类型、数量以及加工进度，统计系统总体的吞吐量以及完成单个产品需要的设备占用情况；最后，根据统计结果对计划调度功能模块的调度策略中任务计划进行动态调整；

系统感知执行模块，对设备层传感器信息进行采集与处理，反馈至系统状态分析模块；并实时地根据调度策略触发相应的功能块对底层设备调用。

5.一种面向个性化定制的工业CPS实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

计划层动态自主规划任务执行的顺序生成工作流，通过事件的方式触发监测控制层；

监测控制层根据接收计划层发生的事件驱动设备层设备，接收设备层反馈的信号以及监测显示设备状态；

设备层根据监测控制层的控制指令控制相应设备。

6.根据权利要求5所述的一种面向个性化定制的工业CPS实现方法，其特征在于，所述计划层动态自主规划任务执行的顺序生成工作流包括以下步骤：

通过人机交互根据每道工序以及底层设备，在界面中进行展示并通过用户拖拽的方式，配置生产线的工序流程以及设备连接关系；将配置好的流程建立树形结构的关系形成配置文件，发送至智能认知模块；

智能认知模块根据配置文件和数据库中的目标产品类型动态自主规划任务执行的顺序；首先，根据产品的信息类型和知识库自动生成加工序列；其次，当设备占用引起的产品生产受阻时，对生产任务进行重新规划。