2.3.2 工业现场智能感知系统架构

1.工业现场智能感知系统总体架构

工业现场智能感知系统以物联网技术为基础，以制造过程为依据，设计系统的总体方案。该系统的总体架构包括三个层次：感知层对车间数据进行采集跟踪，信息处理层对感知层上传的数据信息进行分析处理，应用服务层则是具体的管理应用系统，具体内容如图2-35所示。

图2-35 感知系统体系架构图

感知层包括数据采集和数据传输两部分，利用RFID、传感器等对多源制造信息进行采集，并通过车间局域网将数据传输至信息处理层。信息处理层包括数据刻划、数据整合、信息集成及数据服务四部分。数据刻划对感知设备进行管理，使其能够在车间传感器网络下主动感知实时制造信息并传输至上层管理系统；数据整合则是将数据刻划阶段上传的多源、分散的数据进行整合处理形成有意义的制造信息；信息集成将感知到的事件分类存储，方便应用服务层的调用；数据服务则是对各种数据进行存储，方便调用。应用服务层根据制造过程中物料优化配送、生产任务动态调度及加工质量监控等不同需求，调用数据集成层的感知信息，对生产过程进行动态管理。

2.工业现场智能感知系统的物理结构

在库房进出口、每道工序加工设备的进出口物料缓存区等关键位置安装RFID读写器，当带有标签的物体进入读写器的工作范围时，对开工时间、完工时间、质检信息、设备信息等实时信息进行记录。读写器通过无线WiFi连接到车间局域网，车间局域网通过交换机连接到企业网络，这样车间底层就和企业上层的数据库服务器、ERP服务器、计算机辅助工艺规划（CAPP）服务器建立了通信链路。例如，使用声发射传感器对加工精度要求较高的工序的加工刀具磨损状态进行在线监测。声发射传感器采集的声发射信号经数据采集卡进行A/D转换后，交由上位机进行信号分析处理，得出刀具磨损状态参数并存入数据库。至此实现了生产信息的内部共享，为车间生产提供正确的决策支持。远程客户端可以通过Internet获取制造车间的实时信息，实现制造过程的实时监控。具体物理实现如图2-36所示。

图2-36 系统具体物理实现图

3.工业现场智能感知系统软件架构

工业现场智能感知系统的软件系统总体架构可以分为感知层、支撑层和应用层，其业务流程如图2-37所示。

图2-37 系统软件业务流程图

感知层由一系列RFID读写器和声发射传感器组成，其中RFID读写器中安装了基于Java开发的系统应用软件，负责RFID电子标签的设置及信息读写传输功能。在实际应用中，RFID读写器对生产现场的实时数据进行采集，并通过Socket通信接口上传至服务器。Socket通信有基于UDP和TCP/IP两种编程方式，由于TCP/IP是面向连接的协议，建立连接时需要进行3次握手，断开连接时需要进行4次回手，保证了数据传输的安全可靠性，因此采用基于TCP/IP的Sock-et编程。

支撑层主要由计算机、网络接口、以太网、无线WiFi、数据库系统等组成，主要作用是为系统提供运行环境，并为底层数据传输至上层服务器和上层服务器对感知层发送业务请求提供网络传输环境，是整个系统软件中不可或缺的一部分。

应用层由资源、设备、计划、调度、生产等管理模块组成。应用层通过Web页面来实现人机交互功能，采用基于浏览器/服务器（B/S）网络结构的开发模式来实现系统开发工作，其特点是服务器接收浏览器发送的请求后，控制器调用不同的处理模块进行逻辑运算，得到的数据结果封装为视图页面由服务器返回到浏览器，形成模型-视图-控制器（MVC）设计模式，如图2-38所示。模型主要包括数据库操作和利用JavaBean对数据进行封装，显示器指利用JSP页面对结果进行展示，控制器指利用Servlet处理前台输入和请求并做出响应。

图2-38 MVC设计模式