2.3.2 工業現場智能感知系統架構

1.工業現場智能感知系統總體架構

工業現場智能感知系統以物聯網技術為基礎，以制造過程為依據，設計系統的總體方案。該系統的總體架構包括三個層次：感知層對車間數據進行采集跟蹤，信息處理層對感知層上傳的數據信息進行分析處理，應用服務層則是具體的管理應用系統，具體內容如圖2-35所示。

感知層包括數據采集和數據傳輸兩部分，利用RFID、傳感器等對多源制造信息進行采集，并通過車間局域網將數據傳輸至信息處理層。信息處理層包括數據刻劃、數據整合、信息集成及數據服務四部分。數據刻劃對感知設備進行管理，使其能夠在車間傳感器網絡下主動感知實時制造信息并傳輸至上層管理系統；數據整合則是將數據刻劃階段上傳的多源、分散的數據進行整合處理形成有意義的制造信息；信息集成將感知到的事件分類存儲，方便應用服務層的調用；數據服務則是對各種數據進行存儲，方便調用。應用服務層根據制造過程中物料優化配送、生產任務動態調度及加工質量監控等不同需求，調用數據集成層的感知信息，對生產過程進行動態管理。

2.工業現場智能感知系統的物理結構

在庫房進出口、每道工序加工設備的進出口物料緩存區等關鍵位置安裝RFID讀寫器，當帶有標簽的物體進入讀寫器的工作范圍時，對開工時間、完工時間、質檢信息、設備信息等實時信息進行記錄。讀寫器通過無線WiFi連接到車間局域網，車間局域網通過交換機連接到企業網絡，這樣車間底層就和企業上層的數據庫服務器、ERP服務器、計算機輔助工藝規劃（CAPP）服務器建立了通信鏈路。例如，使用聲發射傳感器對加工精度要求較高的工序的加工刀具磨損狀態進行在線監測。聲發射傳感器采集的聲發射信號經數據采集卡進行A/D轉換后，交由上位機進行信號分析處理，得出刀具磨損狀態參數并存入數據庫。至此實現了生產信息的內部共享，為車間生產提供正確的決策支持。遠程客戶端可以通過Internet獲取制造車間的實時信息，實現制造過程的實時監控。具體物理實現如圖2-36所示。

3.工業現場智能感知系統軟件架構

工業現場智能感知系統的軟件系統總體架構可以分為感知層、支撐層和應用層，其業務流程如圖2-37所示。

感知層由一系列RFID讀寫器和聲發射傳感器組成，其中RFID讀寫器中安裝了基于Java開發的系統應用軟件，負責RFID電子標簽的設置及信息讀寫傳輸功能。在實際應用中，RFID讀寫器對生產現場的實時數據進行采集，并通過Socket通信接口上傳至服務器。Socket通信有基于UDP和TCP/IP兩種編程方式，由于TCP/IP是面向連接的協議，建立連接時需要進行3次握手，斷開連接時需要進行4次回手，保證了數據傳輸的安全可靠性，因此采用基于TCP/IP的Sock-et編程。

支撐層主要由計算機、網絡接口、以太網、無線WiFi、數據庫系統等組成，主要作用是為系統提供運行環境，并為底層數據傳輸至上層服務器和上層服務器對感知層發送業務請求提供網絡傳輸環境，是整個系統軟件中不可或缺的一部分。

應用層由資源、設備、計劃、調度、生產等管理模塊組成。應用層通過Web頁面來實現人機交互功能，采用基于瀏覽器/服務器（B/S）網絡結構的開發模式來實現系統開發工作，其特點是服務器接收瀏覽器發送的請求后，控制器調用不同的處理模塊進行邏輯運算，得到的數據結果封裝為視圖頁面由服務器返回到瀏覽器，形成模型-視圖-控制器（MVC）設計模式，如圖2-38所示。模型主要包括數據庫操作和利用JavaBean對數據進行封裝，顯示器指利用JSP頁面對結果進行展示，控制器指利用Servlet處理前臺輸入和請求并做出響應。