[发明专利]一种面向个性化定制的工业CPS系统和实现方法

说明书

本发明涉及一种面向个性化定制的工业CPS系统和方法，系统包括设备层、监测控制层和计划层；设备层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；监测控制层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并显示；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。本发明中提到的功能块库、知识库和认知模块均可以复用，功能块库可以不断的添加新的设备功能块，逐渐完备，方便工程应用的直接使用。

技术领域

本发明涉及工业自动化技术领域，特别涉及一种面向个性化定制的工业生产线CPS系统框架。

背景技术

目前，为了满足个性化定制的需求，制造业正在不断地调整以提供最大的生产灵活性实现大规模定制生产，提升企业的竞争力。随着消费电子等产品的出现，制造业也面临着诸多挑战。例如，产品的更新换代速度加快；产品与研发相关联的制造技术愈加复杂；产品批次转换时间越来越短；消费者要求产品质量提升和价格下降等。因此，一种能够纵向集成、横向柔性的快速可重构系统对企业保持竞争力至关重要。

信息物理系统(Cyber physical system，简称CPS)集成计算、通信与控制于一体，被认为是下一代的智能系统。CPS通过计算过程和物理过程的相互影响、反馈循环以及实时交互，实现计算过程和物理过程的深度融合，促进实现物理系统的信息化以及计算系统的物理化。即，使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治的功能；计算系统与物理资源的紧密结合，以安全、可靠、高效和实时的方式检测或者控制一个物理实体。CPS在工业生产线控制系统中，将自动化设备与产线控制系统通过传感器，RFID等技术实现信息物理世界间的交互，并且可以通过互联网，云平台与大数据分析技术实现故障诊断分析，生产工艺流程改进等进一步优化工作。因此，CPS技术通过设备管理，灵活决定生产过程等途径辅助生产线系统实现系统的柔性和灵活性。

但是，在工业物理信息系统中，面向个性化定制的工业生产线CPS系统框架尚未有统一的架构，其实现方法也大多数是依赖于专业工程师。针对制造业对快速可重构系统的需求和降低工业生产线CPS系统实现的复杂度，本发明提出了一种面向个性化定制的工业CPS系统框架及其实现方法。

发明内容

本发明所要解决的问题在于，提出了一种面向个性化定制的工业生产线CPS系统框架及其实现方法。针对个性化定制生产，工业生产线对重构能力的需求以及快速实现生产线控制系统的要求，提供了一种由模块化的组件组成的CPS系统架构，该架构能够准确地根据不同的产品要求动态生成生产流程以适应不同产品的需求；以及一种对可编程逻辑控制器(PLC)进行拖拽式编程的实现方式。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种面向个性化定制的工业CPS系统，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。

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。

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；