车间制造大数据统一建模与集成化管理研究

摘要

随着新一轮产业革命和技术革命的到来，制造业格局面临着重大调整，深度融合信息技术、计算能力和网络技术的智能制造将成为“中国制造2025”的主角。车间制造是未来智能化制造的基本单位和核心生产场景，如何利用车间制造大数据实现制造资源虚拟化服务和动态知识的集成化管理显得尤为重要。建立车间制造资源服务化的统一模型和实现车间制造大数据的智能采集、可靠集成与安全管控对制造业的智能化发展具有深远的意义。本文针对车间制造环境，研究了车间制造大数据的统一动态建模方法，构建了车间异构本体集成系统；提出了一种面向关系型数据库和非关系型数据库的混合存储方法；开发了应用于实际生产的车间制造大数据集成化管理系统。本文主要研究内容如下： （1）基于本体建立了车间制造大数据的动态统一模型。归纳和总结车间制造大数据的特征，研究车间制造数据的合理有效地分类方法，提出了车间制造大数据的四维分类结构。创建车间制造数据的元元模型，解决其统一数据描述问题，并给出了车间制造生产过程工业数据统一模型。利用OWL语言对车间制造大数据进行本体结构描述，分为基本信息本体、静态数据本体和动态数据本体。最后，为有效解决异构本体知识共享和重用问题，提出了车间制造数据异构本体集成框架。 （2）研究了车间制造大数据的集成化管理方法。主要从数据采集、预处理和分布式存储三个方面对车间制造大数据集成化管理进行研究。在车间制造大数据采集方面，设计了基于PLC和智能电表的车间装备运行状态信息采集方式、基于RFID技术的车间物流信息采集方式、基于温湿度传感器和颗粒物传感器的车间环境信息采集方式。在车间制造大数据预处理方面，提出了数据的填补、去噪和去冗余方法。在车间制造大数据分布式存储方面，设计了一种面向关系型数据库和非关系型数据库的混合存储方法。 （3）设计与实现了基于B/S架构的车间制造大数据集成化管理系统。通过设备的管理、信息的感知和大数据的预处理来进行有效地集成和管理车间制造数据。实现了有效地监测车间生产状态、管控数据资源。系统结合某公司车间实际生产过程完成了对制造数据的集成化管理。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景及意义

1.3 相关领域国内外研究现状分析

1.4 本文的主要研究内容及组织结构

第2章 车间制造大数据统一建模

2.1 车间制造大数据的特征与分类

2.2 基于本体的车间制造大数据统一建模

2.3 本章小结

第3章 车间制造大数据集成化管理

3.1 车间制造大数据集成化管理体系

3.2 车间制造大数据采集

3.3 车间制造大数据预处理

3.4 车间制造大数据分布式存储

3.5 本章小结

第4章 系统设计与实现

4.1 系统软件开发及运行环境

4.2 系统数据库设计

4.3 系统功能实现与测试

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 全文工作总结

5.2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间所发表的学术论文