卫星总装设备物联管理系统及方法

摘要

本发明提供了一种卫星总装设备物联管理系统及方法，包括：设备数据采集与存储模块、数据库、数据处理模块、设备监控模块、任务监控模块和车间环境监测模块；所述设备数据采集与存储模块与卫星总装生产线上各类型设备及数据库相连，用于在线或离线采集设备数据，并将设备数据存储到数据库中；所述数据处理模块与数据库、设备监控模块、任务监控模块及车间环境监测模块相连，用于从数据库中加载数据并进行预处理，将经预处理的数据传输到设备监控模块、任务监控模块及车间环境监测模块中。本发明实现了设备之间的互联互通和数据的高效整合，提高了车间设备的利用率及管理效率，同时保证了型号产品的装配质量。

说明书

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，具体地，涉及一种卫星总装设备物联管理系统及方法。

背景技术

随着卫星型号研制任务日益繁重，任务量成倍增长，高强密度研制挑战日益严峻，对卫星装配质量与效率、装配精度、装配工艺水平及检测手段有了新的需求。传统模式下，卫星总装过程仍围绕独立单元进行，属于典型的离散型作业模式，总装车间各类设备\单元相互独立、部署分散、流动性大，制造资源信息流通不及时、信息散乱、关键数据在线采集与控制困难，导致数据收集效率低、整理工作量大、数据分析利用困难等问题，也存在数据丢失、混淆的风险，且对车间现场信息缺乏有效的监控手段，已无法满足型号任务研制需求。同时由于卫星行业限于保密要求，无线、蓝牙等方式已不适应于卫星总装生产线上数据的采集，且对数据的传输与存储具有很高的安全性、可靠性要求。

现有技术主要集中在自动化程度较高、工艺流程、目标对象固定及开放式的流水式制造装配生产线上数据的集成与应用。

专利文献CN108762210A(申请号：201810517456.3)公开了一种基于物联网的工业智能制造数据采集装置及方法，所述数据采集装置及方法主要实现了流水式生产线上自动化机床与机器人的数据采集、存储、管理及应用，所述机床与机器人已经具备高度的集成化与自动化，数据通讯接口完备、设备位置固定，具备较好的集成条件。而卫星总装生产线上各类设备自动化水平低、位置流动性大等集成条件参差不齐，现有技术难以适用于该类设备的物联集成。

因此，研发了一种卫星总装设备物联管理系统及方法，基于统一的工业物联网平台，通过对卫星总装生产线上精测设备、质量特性测试设备、自动化工装等设备的在线集成，实现了设备检测数据、运行参数的在线采集与分析处理，并实现设备的实时运行状态监控及故障报警，从而有效提高设备数据采集效率、利用率及数据管理水平，并大幅提升生产线物联水平。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种卫星总装设备物联管理系统及方法。

根据本发明提供的卫星总装设备物联管理系统，包括：设备数据采集与存储模块、数据库、数据处理模块、设备监控模块、任务监控模块和车间环境监测模块；

所述设备数据采集与存储模块与卫星总装生产线上各类型设备及数据库相连，用于在线或离线采集设备数据，并将设备数据存储到数据库中；

所述数据处理模块与数据库、设备监控模块、任务监控模块及车间环境监测模块相连，用于从数据库中加载数据并进行预处理，将经预处理的数据传输到设备监控模块、任务监控模块及车间环境监测模块中。

优选的，所述预处理包括异常数据值的筛选、多源异构数据的集成和数据类型的转换；

将预处理之后的数据传输到各功能模块中，实现数据查询、可视化展示及下载；

将预处理后的数据传输到设备监控模块，则可通过设备监控看板对设备进行实时数据监控，实时监控设备的运行状态、使用情况和故障模式；

将预处理后的数据传输到任务监控模块，则可显示任务的完成情况，通过该模块中展示的数据对任务进度进行监测；

将预处理后的数据传输到车间环境监测模块，则可实时监测卫星总装车间的温湿度环境，及时发现异常情况。

优选的，所述设备数据采集与存储模块通过实时数据采集与离线数据采集灵活组合的方式对卫星总装生产线上的设备数据进行采集，得到原始的设备数据；

对原始设备数据进行安全加密处理后存储到数据库中。

优选的，所述数据处理模块包含多种类型的数据处理服务：数据查询服务、数据过滤服务、数据加载服务、数据全局刷新服务、数据智能判读服务及数据报表导出服务；

所述数据处理服务与设备虚拟模型相关联，用于驱动设备虚拟模型，实现具体的应用场景。

优选的，所述设备监控模块与数据处理模块相连，将处理后的数据作为监控服务的输入，对设备开关状态、实时运动参数、关键检测数据及故障报警进行在线实时监控；

所述设备监控模块包括制造设备监控单元、测试设备监控单元、精测设备监控单元及物流设备监控单元；

所述监控服务包括全集数据刷新服务、设备连接状态智能判断服务、实时数据显示服务、历史数据显示服务及故障报警服务。

优选的，所述任务监控模块与数据处理模块相连，将处理后的数据作为可执行控件的输入，实现卫星装配生产线上各设备单元制造装配任务进度的监控；

所述任务监控模块关联具体的型号、产品、阶段、单元、任务名称、操作者、任务开始时间、任务预计完成时间和任务实际完成时间，以曲线图、柱状图及数据表格的可视化形式对任务的完成状态进行展示，所述任务状态展示包括任务总数量、已完成任务数量、未完成任务数量、当前任务等任一种或任多种组合；

所述可执行控件用于数据的局部或全局加载，包括图表类控件、按钮类控件、文本类控件中任一种或任多种组合。

优选的，所述车间环境监测模块与数据处理模块相连，将处理后的数据作为环境监测服务的输入，实现总装车间环境中温湿度、压强的监测；

所述环境监测服务包括温度监测服务、湿度监测服务及压强监测服务，各服务与相应的环境数据处理准则相匹配，若车间环境实时数据低于设定值，则发出警报信息并通知车间管理员对设备进行检查。

根据本发明提供的卫星总装设备物联管理方法，包括如下步骤：

步骤1：基于工业物联网对精度测量、质量特性测试、自动化工装的设备数据进行采集；

步骤2：将关系型数据库作为工业物联网平台的外部连接数据库，建立表空间、数据库表及相应的数据保护机制，对设备集成数据进行统一存储与管理；

步骤3：通过工业物联网平台内嵌的聚合页面构建引擎，利用菜单类控件、文本类控件和图标类控件，构建设备虚拟模型，包括设备的属性信息与可视化展示界面信息；

步骤4：通过工业物联网平台内嵌的数据驱动执行引擎，构建数据查询服务、数据过滤服务、数据加载服务、数据全局刷新服务、数据智能判读服务及数据报表导出服务；

步骤5：定义设备的控件服务触发逻辑关系，实现设备虚拟模型与数据服务之间的关联匹配；

步骤6：根据设备的在线可视化监控需求建立触发事件，实现卫星总装生产线上设备连接状态、运行状态及关键参数的在线实时监控，实现任务的在线监控，实现总装车间温湿度、压强的实时监测。

优选的，数据采集方式包括：可编程逻辑控制器数据、传感器数据的实时数据采集方式，以及Excel、Access的结构化数据文档的离线数据采集方式。

优选的，设备虚拟模型通过各种类型的控件进行创建，包括数据表控件、LED显示控件和文本框控件，数据服务是在后台基于JS语言编写的；

关联匹配是通过协调各个数据服务的逻辑顺序，在点击相应控件的时候，后台触发对应的数据服务，从而实现特定功能的展示。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明实现了卫星总装过程精度测量、质量特性测试、自动化工装等多种类型设备的物联集成，系统集成了设备数据的实时采集与离线采集功能，同时实现了数据安全可靠的存储与管理、数据智能化判读及设备在线实时监控等功能，可有效满足当前卫星离散型研制模式下数据精确、完整、高效采集和有效管理的需求，对实现型号产品制造资源精细化管理、产品数据包构建、质量和技术状态管控等都具有重要意义。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例提供的卫星总装设备数据集成与应用方法的步骤流程图；

图2为本发明实施例提供的卫星总装检测数据在线智能判读流程图；

图3为本发明实施例提供的卫星总装设备远程实时监控方法流程图；

图4为本发明实施例提供的卫星总装设备物联管理系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例：

如图1，为卫星总装设备数据集成与应用方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤1.1：基于物联网的卫星总装过程设备数据采集，包括实时数据采集、离线数据采集及数据源文件关联存储。

所述设备数据包括产品精测数据、质量特性测试数据、自动化工装数据。根据设备数据的存储方式不同，数据采集方式可分为实时数据采集、离线数据采集及数据源文件关联存储。

优选地，实时数据采集包括可编程逻辑控制器(PLC)、高精度倾角传感器数据的采集。通过统一的IP地址和UDP、TCP/IP数据通讯协议，设置数据采集周期为100ms，实现机械臂辅助装配设备数据、卫星姿态调整设备数据、卫星精密对接设备数据的采集；

优选地，离线数据采集包括Access数据库、Excel结构化文档数据的采集。基于TCP/IP的以太网数据通信模式，设置数据采集周期为12h，实现质量特性测试设备数据、高精度在线测量设备、电缆检测设备数据的采集；

优选地，数据源文件关联存储包括Word、PDF、TXT、UNV、CSV等数据文档的关联存储。基于TCP/IP的以太网数据通信模式，设置设备本地共享数据文件夹，数据同步周期为12h，实现设备数据文档的名称、修改时间、存储位置等文档属性信息的关联存储；

步骤1.2：基于关系型数据库，对卫星总装过程设备数据进行统一存储与管理。

根据所述设备物联集成数据组成要素进行分析，构建多维度数据组织模型。所述多维度数据组织模型包括组织结构维度、数据分类维度及数据格式维度。

优选地，组织结构维度包括型号、产品阶段、系统单元、设备类型、具体设备名称等树形结构层级；

优选地，数据分类维度包括静态数据、动态数据与统计数据。所述静态数据包括设备的默认系统参数、预置参数等；所述动态数据包括随时间不断变化的数据，如传感器实时参数、测量过程参数等；所述统计数据包括通过计算分析获得的数据，如误差、检测精度等测量结果数据；

优选地，数据格式维度包括结构化数据与非结构化数据。所述结构化数据包括关系型数据库表、固定格式的EXCEL文件、实时流数据等；非结构化数据主要包括PDF、WORD、TXT、多媒体数据等。

步骤1.3：根据具体应用场景，定义数据查询服务、数据过滤服务、数据加载服务、数据全局刷新服务、数据智能判读服务及数据报表导出服务等多种形式的数据服务；

步骤1.4：在工业物联网平台中，构建设备虚拟模型，并与数据服务之间进行关联匹配；

优选地，所述设备虚拟模型包括由工业物联网平台内嵌的功能模块进行构建，包含设备的属性信息与可视化展示界面信息。所述属性信息包括虚拟设备的类型、名称、所在地等一种信息或多种信息的组合；所述可视化展示界面通过Panel控件、Grid控件、Export控件、Text控件、Button控件、Chart控件等多种形式的控件进行组织与部署。

优选地，所述设备虚拟模型与数据服务之间为一一对应关系，利用数据服务驱动设备虚拟模型进行运动，实现设备在线监控、任务监控及车间环境监测等具体应用场景。

步骤1.5：基于工业互联网平台，开展设备在线实时监控、制造装配单元任务监控、总装车间环境监测等功能模块的部署与实施。

优选地，所述设备在线实时监控包括设备的连接状态、设备实时运动参数、设备关键检测数据及故障报警等功能的在线实时监控；所述制造装配单元任务监控包括具体的型号、产品、阶段、单元、任务名称、操作者、任务开始时间、任务预计完成时间、任务实际完成时间等属性信息，包括任务总数量、已完成任务数量、未完成任务数量、当前任务等；所述总装车间环境监测包括车间温度、湿度及压强环境的监测。

如图2，为卫星总装过程检测数据在线智能判读流程图。在本实施例中，结合卫星总装过程数据分析利用的应用场景，对检测数据在线智能判读方法进行介绍。该方法包括以下步骤：

步骤2.1：在卫星总装过程设备物联管理系统的智能判读模块中设置数据判读规则。

在本步骤中，根据具体的设备类型设定不同的判读规则，主要包括检测数据正确性阈值区间、数据完整性校验规则、设备检测周期与频率符合规则等。如电缆检测设备数据的判读规则设定，针对导通测试参数(电缆阻值与电缆测试量程)与绝缘耐压测试参数(绝缘电压、绝缘阻值、耐压电源)，制定参数的理论值参考标准规则、测试结果评价规则(通过、不通过)及数据完整性校验规则(检测项目数量、具体参数个数等)。因此电缆检测设备数据详细的判读规则为：电缆阻值理论值区间范围为[0.0Ω，2.0Ω]、电缆测试量程理论值为10.0kΩ、绝缘电压理论值为500VDC、绝缘阻值理论值为200MΩ、电缆接头数最大为10个、测量参数个数最少为22个，其中合格的参数以绿色进行标识、不合格的参数以红色进行标识。

步骤2.2：工业物联网平台通过服务端对各个设备端的数据进行提取，并发送到数据智能判读模块；

所述服务端指工业物联网平台的Service开发模块，可以实现实时流数据、离线数据的读取与加载；

步骤2.3：基于工业物联网平台对载入的检测数据进行自动化判读。

在本步骤中，基于工业物联网平台的参数属性设置模块，对每一台设备的检测数据进行规则匹配；检测数据输入时，利用配置好的判定规则对数据的正确性进行判读。当数据判读规则发生变化时，只需要对界面中具体数据字段对应的属性信息进行修改，即可适应变化后的数据判读环境。因此，该方法能够快速、方便、灵活的适应变化后的数据判读的需要。如电缆检测数据中的电缆阻值实测参数为0.6Ω，符合理论规定值小于2.0Ω，因此可判定此次检测数据为合格，输出检测结果为通过。针对不同规格型号的电缆检测数据判读，只需更改物联网系统界面中电缆阻值的关联属性即可。

步骤2.4：检测数据判读结果的确认与存储，并支持判读结果报告的输出。

在本步骤中，基于工业物联网平台的Service服务，对最终的检测数据判读结果进行保存，实现判读结果与检测数据进行关联存储；同时，平台支持检测报告的结构化输出，详细记录各设备检测数据的实测值、理论值、检测结果等详细参数。

如图3，为卫星总装过程设备在线实时监控方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤3.1：将设备测量数据、可编程逻辑控制器(PLC)数据、传感器数据等数据作为远程监控服务创建的原始数据；

在本步骤中，所述设备测量数据类型包括高精度测量设备数据、电子经纬仪设备数据、质量特性测试数据等，主要数据内容包括立方镜准直数据、质心及转动惯量数据等，数据采集方式为离线数据采集方式，数据采集周期为12h；所述PLC控制器数据类型包括卫星姿态调整设备的FX5U-64MT/ES型号的PLC控制器数据、精密对接设备的S7-1200型号的PLC控制器数据，主要数据内容包括方位转角、速度、加速度，以及俯仰转角、速度、加速度等，数据采集方式为实时数据采集方式，数据采集周期为100ms；所述传感器数据类型包括高精度倾角传感器数据、温度传感器数据等，主要数据内容包括水平倾角、垂直倾角、电机温度数据等，数据采集方式为实时数据采集方式，数据采集周期为100ms。

步骤3.2：通过工业物联网平台聚合页面构建引擎，构建设备的虚拟模型；

在本步骤中，所述聚合页面构建引擎为工业物联网平台内嵌的功能模块，能够设置虚拟设备的属性信息与可视化展示界面信息。所述属性信息包括虚拟设备的类型、名称、所在地等信息；所述可视化展示界面通过多种形式的控件进行组织与部署，所述控件包括Panel控件、Grid控件、Export控件、Text控件、Button控件、Chart控件等。根据上述方式形成具备图像展示区域、数据展示区域的可视化界面，所述图像展示区域包括设备图像、曲线、柱状图、饼图、温湿度仪表盘等，所述数据展示区域包括历史数据表格、实时数据显示表格等。

步骤3.3：基于工业物联网平台的数据驱动执行引擎，定义数据服务；

在本步骤中，所述数据驱动执行引擎为工业物联网平台内嵌的功能模块，能够对流数据、结构化数据进行处理；所述数据服务主要包括数据加载服务、数据预处理服务及数据报表导出服务等。所述数据加载服务通过中间数据库表的形式，抽取相应的设备数据全集；所述数据预处理服务指对设备数据全集按用户定义的规则进行过滤，筛选出关键参数数据；所述数据报表导出服务指根据用户具体需求，对部分或全部数据进行Excel文件的导出。

步骤3.4：定义设备的控件服务触发逻辑关系，实现设备虚拟模型与数据服务之间的关联匹配；

在本步骤中，所述控件包括Panel控件、Grid控件、Export控件、Text控件、Button控件、Chart控件等。Panel控件与全局数据刷新服务相关联，当设备界面打开时，进行初始化，默认载入该设备全局数据；Grid控件与中间数据库表数据加载服务相结合，默认每隔2min同步一次历史数据，同时Grid控件与Export控件相关联，以单击“Export控件”的方法触发表格数据输出功能，形成Excel文件；Text控件、Button控件与关键数据显示服务相关联，可实现对全局数据的过滤，仅显示必要的关键信息；Chart控件与实时数据显示服务或者统计数据显示服务相关联，以曲线图的可视化方式，实时地显示某一段时间内关键参数的实时变化曲线，或者以柱状图的可视化方式，对历史、当前及计划的任务数据进行直观的统计分析展示。

步骤3.5：根据设备的在线可视化监控需求建立触发事件，实现设备连接状态、运行状态及关键参数的在线实时监控。

在本步骤中，所述设备连接状态包括设备的开机与关机状态，系统中设备状态图标为绿色表示设备已开机、图标为红色表示设备已关机。通过在设备本地安装监听程序，当系统开机后自动打开，程序通过系统进程进行监听设备是否在运行状态，从而获取设备的开机与关机信息；所述设备运行状态包括正常与故障，系统中设备图标为默认颜色表示设备正常运行、设备图标为黄色表示设备故障；所述关键参数在线实时监控指利用曲线图、柱状图等可视化手段对数据进行显示。车间调度人员可通过物联监控界面对设备进行在线监控，及时对卫星装配生产线上设备进行调配与维修，提高设备的利用效率。

图4为卫星总装设备物联管理系统结构示意图，该系统主要包括设备数据采集与存储模块、数据处理模块、设备监控模块、任务监控模块及车间环境监测模块。下面对其逐一进行具体解释说明：

所述数据采集与存储模块通过实时数据采集方式与离线数据采集方式对卫星总装生产线上的设备数据进行采集，得到原始的设备数据；对原始设备数据进行安全加密处理后存储到数据库中。

优选地，所述数据采集包括实时数据采集方式与离线数据采集方式，实时数据采集方式主要用于可编程逻辑控制器(PLC)、传感器数据等数据的采集，通过工业物联网平台可实现数据采集周期的自主可控，通常设置为100ms；离线数据采集方式主要用于Excel、Access等结构化数据文档的数据采集，基于SDK可实现数据文档的解析，并生成数据配置文件，便于对数据采集周期、设备IP地址等参数的配置。所述数据存储用于将各类数据存储到外部连接数据库表中，实现原始数据的结构化存储，并可实现数据的增量添加。

所述数据处理模块与数据库、设备监控模块、任务监控模块及车间环境监测模块相连，用于从数据库中加载原始数据并进行处理与分析，然后将处理分析后的数据传输到各功能模块，实现设备在线实时监控、制造装配单元任务的监控及总装车间环境的监测。

优选地，所述数据处理模块包含了预先定义的多种类型的数据处理服务，如数据查询服务、数据过滤服务、数据加载服务、数据全局刷新服务、数据智能判读服务及数据报表导出服务等。所述数据处理服务与设备虚拟模型相关联，用于驱动设备虚拟模型，实现具体的应用场景。例如，所述数据智能判读服务用于电缆检测数据、质量特性测试数据等关键数据的智能判读。数据智能判读服务预先设置好数据判读规则，当数据加载到数据智能判读服务时，利用预先设定好的判读规则对数据的阈值范围、完整性等关联属性进行判读，若合格则显示为绿色，否则为红色。根据质检员的需求，能够将检测结果输出为Excel结构化文档或者不可修改的PDF文档。

所述设备监控模块用于总装车间中各类设备运行状态的在线实时监控。根据设备型号进行分类，可分为制造设备监控单元、测试设备监控单元、精测设备监控单元及物流设备监控单元；对每一单元中的具体设备构建可视化监控界面，采用图像颜色变化、控件显隐等方式，对设备的开关状态(开-设备头像为绿色/关-设备头像为红色)、实时运动参数(传感器参数/PLC控制器参数等)、关键检测数据、危险报警(限位报警、故障报警等)进行在线实时监控；

所述任务监控模块用于装配生产线上各设备单元制造装配任务进度的监控。任务监控模块关联了具体的型号、产品、阶段、单元、任务名称、操作者、任务开始时间、任务预计完成时间、任务实际完成时间等属性信息，以曲线图、柱状图及数据表格等多种可视化形式对任务的完成状态进行展示，所述任务状态展示包括任务总数量、已完成任务数量、未完成任务数量、当前任务等。同时，根据任务类型的不同，设置任务状态同步周期，分为2min、1h、12h三种类型；

所述车间环境监测模块用于总装车间环境中温湿度、压强的监测。卫星制造装配过程对车间环境具有极高的要求，温度常年保持在23～25℃之间，湿度常年保持在40％～60％，压强为常压。根据卫星总装车间环境对温度、湿度及压强的要求，构建车间环境检测模块，制定相应的环境数据监测准则，若车间环境实时数据低于设定值，则报警，通知车间管理员对设备进行检查。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。