智能工廠設計仿真 課件 劉懷蘭 第4-6章 智能工廠任務的調度與優(yōu)化技術-智能工廠的同步運行技術

智能工廠設計仿真第4章智能工廠任務的調度與優(yōu)化技術4.1智能工廠任務的調度與優(yōu)化技術概述4.2智能工廠數(shù)字車間的結構與分布式執(zhí)行控制4.2.1數(shù)字車間的結構4.2智能工廠數(shù)字車間的結構與分布式執(zhí)行控制4.2智能工廠數(shù)字車間的結構與分布式執(zhí)行控制4.2.2數(shù)字車間的分布式執(zhí)行控制4.2智能工廠數(shù)字車間的結構與分布式執(zhí)行控制1）總控層：主要由數(shù)字車間業(yè)務功能模塊組成的上層控制系統(tǒng)，負責生產計劃制訂、規(guī)劃排產、資源管理與調度等。2）網絡通信協(xié)議層：即工業(yè)網關，用于負責各層級之間的數(shù)據通信。3）設備控制器層：負責解析總控層下發(fā)的執(zhí)行指令（即指令加工代碼），并將其轉化成硬件的調度指令，進而控制設備去執(zhí)行具體動作。4）設備層：指與生產有關的全部生產設備，包括刀庫、物料庫、機械手與數(shù)控機床等。4.3智能工廠數(shù)字車間控制系統(tǒng)的執(zhí)行流程4.3智能工廠數(shù)字車間控制系統(tǒng)的執(zhí)行流程4.3.1產前準備階段4.3智能工廠數(shù)字車間控制系統(tǒng)的執(zhí)行流程4.3.2排產仿真階段4.3.3加工生產階段（1）數(shù)據流在數(shù)字模擬仿真成功之后，生產線系統(tǒng)根據排產的結果以及產品的工藝信息，向倉庫管理系統(tǒng)（WarehouseManagementSystem,WMS）發(fā)布一個發(fā)料流程，然后WMS根據發(fā)料流程向MES反饋一份配料單的信息（包括材料的位置、品質、出人庫時間等），系統(tǒng)得到配料單的信息后，用AGV將物料運送至加工中心，再向系統(tǒng)反饋一個交接信息，系統(tǒng)收到交接信息后，向加工中心發(fā)布加工指令，加工中心根據在排產階段收到的指令單開始進行相應的加工。（2）物流調度通過數(shù)據流的介紹可以發(fā)現(xiàn)，生產過程中物料的及時轉運是十分重要的。4.3智能工廠數(shù)字車間控制系統(tǒng)的執(zhí)行流程4.3智能工廠數(shù)字車間控制系統(tǒng)的執(zhí)行流程4.3.4分析評價階段4.3智能工廠數(shù)字車間控制系統(tǒng)的執(zhí)行流程4.4數(shù)字車間的調度系統(tǒng)4.4.1數(shù)字車間的設備通信技術1.數(shù)字車間總控平臺的結構（1）整體結構如圖4-10所示，基于微服務架構的數(shù)字車間總控平臺的整體結構分力三大部分，分別是軟件服務層、平臺及服務層與基礎設施層。（2）平臺服務集成方案在微服務系統(tǒng)中，由于微服務單獨部署在Docker中運行，在運行期間可能隨時發(fā)生改變（如服務銷毀或者克隆），因此如何快速發(fā)現(xiàn)服務并集成是十分重要的。4.4數(shù)字車間的調度系統(tǒng)1）基于RESTful接口調用方式進行集成。2）基于消息隊列的消息驅動方式進行集成。4.4數(shù)字車間的調度系統(tǒng)2.分布式事務一致性方案（1）分布式事務一致性概述數(shù)據庫事務是指由一組數(shù)據庫操作序列組成的集合，這組操作要么全部執(zhí)行成功，要么全部執(zhí)行失敗、回滾（Rollback）。4.4數(shù)字車間的調度系統(tǒng)4.4數(shù)字車間的調度系統(tǒng)（2）基于消息隊列的分布式事務一致性方案針對上述兩種方式的優(yōu)缺點進行分析，本文提出一種基于消息隊列異步操作的分布式事務提交設計方案，用于實時性要求不高的分布式事務提交場合。4.4數(shù)字車間的調度系統(tǒng)1）主服務向事務消息管理發(fā)送事務消息，表不需要提交分布式事務。2）事務消息管理接收到主服務發(fā)送的消息后，反饋一條確認消息，表明事務消息已經成功到達。3）主服務收到反饋的確認消息后，開始提交本地事務。4）此時分為兩種情況：一是主服務提交本地事務后，需要向事務消息管理發(fā)送提交結果，事務消息管理收到結果后，首先會反饋一條確認消息表明已收到，然后根據結果進行處理。5）從服務從隊列中獲取事務消息后進行處理（即提交本地事務），每個從服務執(zhí)行成功后，反饋執(zhí)行成功的消息，事務消息管理收到后，則反饋給主服務表示分布式事務提交成功。4.4.2基于ECode流程的建模技術（1）ECode模型的提出控制器之間的接口契約不僅需要保證能夠完成數(shù)據傳輸，還需要對傳輸數(shù)據的語義規(guī)范進行設計，即語義數(shù)據模型定義。（2）ECode的語義模型1）ECode模型的信息。4.4數(shù)字車間的調度系統(tǒng)2）ECode的數(shù)據格式。4.4數(shù)字車間的調度系統(tǒng)3）ECode的數(shù)據模型。4.4數(shù)字車間的調度系統(tǒng)（3）ECode的執(zhí)行管理ECode是具有生命周期的，每一層級ECode都有其生命周期，父指令的生命周期包含子指令的生命周期，全部子指令的生命周期共同構成了父指令的整個生命周期。4.4.3數(shù)字車間的排產調度過程與刀具約束（1）排產調度過程生產線的排產調度過程如下：系統(tǒng)接收到上層或管理人員下發(fā)的工單任務后會進行合法性檢測，通過檢測后會進行規(guī)劃計算，在規(guī)定的規(guī)劃時間后根據當前最優(yōu)的調度結果進行指令的下發(fā)和執(zhí)行。（2）刀具約束刀具是機床加工過程中的重要資源，其調度結果在很大程度上會影響加工的效率。4.4數(shù)字車間的調度系統(tǒng)4.4.4多智體數(shù)字車間調度系統(tǒng)的結構4.4數(shù)字車間的調度系統(tǒng)1）系統(tǒng)計算能力強，對資源規(guī)劃的粒度更細。2）在異常干擾下?lián)碛锌焖俚捻憫吞幚砟芰Α?）系統(tǒng)運行效率高，穩(wěn)定性強，便于擴展。4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術4.5.1數(shù)字車間調度問題的模型（1）同一工件的加工順序要求同一個工件后續(xù)工序的開始加工時間要在前道工序完成之后。（2）加工時間約束工件在機床上的加工時間不能力負。（3）機床約束每個工序只能在一臺機床上加工。（4）機床加工約束工序，的開始加工時間與其在機床上的緊前工序開始加工時間之差大于或等于機床的緊前工序加工時間。4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術4.5.2車間調度模型的粒子群算法求解（1）粒子群算法概述粒子群算法是指一種依賴群體信息共享的智能隨機尋優(yōu)算法，其來源是鳥類覓食行為的啟發(fā)。（2）算法設計中關鍵問題在粒子群算法中，粒子運動在實數(shù)域內，粒子的位置、速度、學習因子、慣性權重等都在實數(shù)域內給定，粒子經過位置和速度更新方程更新后，其依舊運行在實數(shù)域內，所以粒子群算法是針對連續(xù)空間域設計的優(yōu)化算法。（3）編碼設計截至目前，解決經典車間調度問題的算法編碼有直接編碼和間接編碼兩種形式。4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術（4）算法流程粒子群算法求解車間調度問題的流程如圖4-18所示，從圖中可以看出，這是在原生連續(xù)域內的粒子群算法的基礎上引入了基于排序映射的調度序列生成方法。4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術4.5.3車間調度模型的改進型遺傳算法1.遺傳算法求解FJSP概述2.改進遺傳算法的流程4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術3.遺傳算法的改進（1）多段式編碼與解碼編碼是構建遺傳算法模型的重要步驟。4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術（2）負荷最小的種群初始化方法初始解的質量將會很大程度上影響遺傳算法的求解速度和質量。4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術4.5.4基于改進型遺傳算法的多智體靜態(tài)調度策略4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術1）當生產線管理智體通過通信接口接收到上層下發(fā)的生產任務時，會進行工單合法性判定，根據本生產線的加工能力和資源狀態(tài)判斷能否滿足需求，若能滿足需求則下發(fā)工單任務，反之會向同層級其他智體請求協(xié)助或反饋無法完成的信息。2）當生產訂單到達時，工單管理智體會向資源管理智體發(fā)送資源查詢請求，查詢系統(tǒng)的當前制造資源狀態(tài)與信息是否滿足下發(fā)工單的需求，若滿足需求則進行后續(xù)的工單分解操作，反之則返回錯誤信息，提示重新下發(fā)正確工單。3）工單任務通過資源檢查之后，會由工單管理智體下發(fā)給規(guī)劃智體，規(guī)劃智體會將該工單任務加入到待規(guī)劃的列表中，同時會根據工單任務的交貨期與優(yōu)先級將任務進行排序，將優(yōu)先級高、交貨期近的工單進行優(yōu)先排產，以避免延誤工期。4）規(guī)劃智體通過調度算法得到機床的工序加工序列解后，需先優(yōu)化當前序列的準確完工時間（由機床智體、刀庫管理智體共同協(xié)調得到），再將工藝加工序列下發(fā)給機床智體，由機床智體與刀庫管理智體協(xié)作確認工序完工時間并返回給規(guī)劃智體，規(guī)劃智體根據反饋的完工時間進行序列尋優(yōu)，在4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術規(guī)定時間內輸出最優(yōu)工序加工序列。5）機床智體接收到工序加工序列后，根據機床的當前加工工序情況和刀具匹配情況來規(guī)劃該工序的完工時間，若機床的當前刀具匹配程度滿足工序加工需要，則不需要刀具準備時間，反之則需要向刀庫管理智體發(fā)送協(xié)助信息，對所需刀具的到達時間與加工時間段鎖定進行請水，根據刀庫管理智體反饋的信息完成工序完工時間的計算。6）刀庫管理智體接收到機床智體的刀具鎖定請水后，根據當前刀具使用情況計算出最優(yōu)的刀具調用時間，若能滿足機床智體到達時間的要求，則相應刀具進入時間與狀態(tài)鎖定，在鎖定時間段內不再參與刀具的規(guī)劃計算并反饋信息，若無法滿足時間要求，則反饋占用刀具的機床信息與當前最優(yōu)刀具調用時間。7）機床智體根據刀庫管理智體反饋的刀具占用信息進行完工時間計算，若刀具滿足時間要求，則依次完成完工時間計算，若不滿足時間要求，則根據返回的機床占用信息，與對應機床智體進行刀具資源協(xié)商。4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術8）規(guī)劃智體接收到其他智體協(xié)商后得到的包含刀具調度的完工時間，通過改進型遺傳調度算法進行解尋優(yōu)，在規(guī)定時間內得到最優(yōu)調度方案并將結果返回給工單管理智體（該調度方案包含每個工序的起始加工時間、加工機床和對應刀具的調配計劃），并生成一系列的調度指令。4.5.5基于滾動窗口技術的多智體動態(tài)調度策略1.滾動窗口技術介紹4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術2.動態(tài)調度策略的分類4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術3.周期型多智體調度策略4.事件驅動型多智體調度策略4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術（1）設備故障時的調度策略當設備發(fā)生故障時，機床智體根據機床反饋的故障信息，依據歷史數(shù)據推測機床故障的持續(xù)時間，并向生產線管理智體反饋故障信息，同時通知工單管理智體解除安排在該機床上的處于當前工作窗口的工序的綁定關系，工單管理智體記錄當前工序的時間。4.5數(shù)字車間的調度策略及其優(yōu)化技術（2）有緊急訂單時的調度策略當新插入緊急訂單時，工單管理智體會先進行制造資源的檢查，若資源滿足需求，則對該緊急訂單的優(yōu)先級進行判定。1）若該緊急訂單的優(yōu)先級I級，表示該緊急訂單的工單任務在目前未規(guī)劃的任務隊列中處于最高級，該訂單的任務下發(fā)給規(guī)劃智體，規(guī)劃智體將該任務加入到未規(guī)劃任務列表的第一個位置，并按照靜態(tài)調度策略進行調度。2）若該緊急訂單的優(yōu)先級為I級，表示該緊急任務在所有任務隊列中處于最高級，包括正在加工的任務序列。（3）訂單撤銷時的調度策略當工單管理智體接收到工單取消的請求后，會查詢相關任務的執(zhí)行狀態(tài)。第5章智能工廠的網絡化技術5.1智能工廠網絡化概述5.2智能工廠的物聯(lián)網體系5.2.1智能工廠設備資源的特點（1）分布多樣性這里的分布是指加工資源在地理位置上的分布。（2）異構性企業(yè)聯(lián)盟中每一個成員企業(yè)的數(shù)控裝備包括數(shù)控機床、工業(yè)機器人、AGV等多種設備，其數(shù)據表現(xiàn)形式不同，導致設備資源存在異構性。（3）動態(tài)性對于某個加工任務而言，用來完成它的設備資源是特定的，但是隨著任務的轉變，所組成的資源組合也會隨之改變。5.2.2智能工廠網絡化加工系統(tǒng)的特點（1）一致性在網絡化制造過程中，數(shù)據加工資源本身具備各自的特點，為確保加工過程的順利進行，需要加工系統(tǒng)具備統(tǒng)一的資源表達方式和交換協(xié)議。（2）集成性加工系統(tǒng)對于一項加工任務的實施過程可在分布于不同的地理區(qū)域上執(zhí)行，但加工資源的信息和加工過程中所產生的信息必須實現(xiàn)集成化，只有實現(xiàn)了信息的集成才能為具體的加工5.2智能工廠的物聯(lián)網體系過程提供充足的信息保障，使信息的查詢與訪問簡便快捷。（3）安全性企業(yè)聯(lián)盟的各個成員企業(yè)經常發(fā)生變動，因此合作關系也會隨之變化，競爭對手因為盟員的變動有可能成為合作伙伴，這就要求參與加工系統(tǒng)的各個成員的信息必須共享，但共享的過程并非是信息的全部公開，彼此之間的商業(yè)秘密仍要保留。（4）標準化確保系統(tǒng)具有高效能的適應性，應盡量參照規(guī)范性強的相關國際、國家或行業(yè)標準。5.2.3智能工廠網絡化加工系統(tǒng)的結構5.2智能工廠的物聯(lián)網體系5.2.4智能工廠網絡化應用的架構5.2智能工廠的物聯(lián)網體系1.功能模型5.2智能工廠的物聯(lián)網體系（1）功能集成性根據企業(yè)聯(lián)盟的任務，將各成員企業(yè)單元加工系統(tǒng)的資源信息、加工過程情況、加工任務完成情況等信息進行集成，支持跨企業(yè)協(xié)同制造。（2）功能重構性企業(yè)聯(lián)盟接到一個加工任務后，根據成員企業(yè)的資源信息將任務進行分解，并對單元加工系統(tǒng)進行優(yōu)化選擇，實現(xiàn)功能重構，加工任務完成后重構即結束。（3）監(jiān)督管理、調度各成員企業(yè)在加工過程中可以進行信息交互，為跨企業(yè)的車間調度提供信息支持，以實現(xiàn)監(jiān)督管理、調度等功能。2.資源模型5.2智能工廠的物聯(lián)網體系（1）基本信息成員企業(yè)的名稱、網址、電話、法人等。此類信息是動態(tài)的，會根據不同的任務需求組成不同的企業(yè)組合。（2）企業(yè)規(guī)模成員企業(yè)的規(guī)模直接決定了企業(yè)的生產力。（3）產品類型現(xiàn)在的加工型企業(yè)越來越專業(yè)化，各成員企業(yè)都有自己的“拳頭”產品，而這些產品恰恰反映了它們各自的資源優(yōu)勢。（4）信譽信譽是企業(yè)獲得成功的一個重要方面，是一個企業(yè)的寶貴財富。（5）地理位置地理位置對一個企業(yè)的限制隨著網絡化制造技術的發(fā)展而逐漸得到解決，但是目前在現(xiàn)實中企業(yè)的合作伙伴往往在全國甚至全世界的范圍內尋找，仍然會受到一定的地理位置影響（不能做到及時溝通與協(xié)調）。1）基本信息：主要包括設備的生產企業(yè)名稱、編號等。2）設備類型：這里主要指有關金屬加工類的數(shù)控設備，如圖5-6所示。5.2智能工廠的物聯(lián)網體系5.2智能工廠的物聯(lián)網體系3）設備加工能力：主要指設備對可加工特征、可加工尺寸、可加工材料等加工要素的實現(xiàn)能力。4）加工結果：指設備加工可達到的精度、加工所用的時間和費用等。5）設備狀態(tài)：一般指設備的使用情況、老化程度和更新淘汰情況等。3.信息模型（1）聯(lián)盟企業(yè)共享信息主要包括聯(lián)盟成員企業(yè)的基本信息、聯(lián)盟企業(yè)的經營策略和規(guī)范措施，以及要完成項目的規(guī)劃、目標、約束等信息。（2）任務管理協(xié)調信息主要是針對某項任務，成員之間關于任務分配的協(xié)商信息和解決任務進行過程中所產生沖突的協(xié)調與調度信息，是聯(lián)盟企業(yè)在任務管理過程中必不可少的信息。（3）工程技術信息由制造計劃系統(tǒng)定義的被加工產品的工藝要求、技術文檔、圖紙信息，以及聯(lián)盟企業(yè)對某項子任務的技術要求。（4）制造能力信息人員的能力、技能；材料的位置、使用和質量情況；設備和工具的特性、使用成本與利用率；廠房、能源的使用狀況。5.2智能工廠的物聯(lián)網體系（5）運行監(jiān)控信息使用的材料和資源成本，空閑和調整時間；在制品、成品的數(shù)量、狀態(tài)等跟蹤數(shù)據和過程控制參數(shù)；產品的合格率、廢品率等質量信息；任務的完成進度，項目的進展情況。4.組織模型5.過程模型5.3智能工廠的大數(shù)據技術5.3.1智能工廠大數(shù)據的類型與特征5.3.2基于NC-Link的智能工廠大數(shù)據采集技術（1）NC-Link概述NC-Link是由數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標準聯(lián)盟（以下簡稱聯(lián)盟）研發(fā)的具有自主知識產權的數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標準。聯(lián)盟由中國機床工具工業(yè)協(xié)會牽頭，截至2021年8月，成員有武漢華中數(shù)控股份有限公司（以下簡稱華中數(shù)控）、華中科技大學等33家企事業(yè)單位、研究機構與高校，旨在打造中國自主知識產權的數(shù)控機床互聯(lián)通訊協(xié)議標準，提供更加適合數(shù)控機床的互聯(lián)互通協(xié)議，解決物理設備的互聯(lián)網賦能問題，讓物理設備具備計算、通信、精確控制、遠程協(xié)調、自治、數(shù)據采集等功能，從而實現(xiàn)與推動中國智能制造。5.3智能工廠的大數(shù)據技術5.3智能工廠的大數(shù)據技術（2）基于訂閱/發(fā)布模式的數(shù)據主動傳輸數(shù)控機床動態(tài)數(shù)據的采樣周期是影響機床數(shù)字化映射精確度的一個關鍵因素，因數(shù)據密度越高，越能精確地描述物理機床。1）在數(shù)控系統(tǒng)端，采用環(huán)形緩存提供數(shù)據緩存能力，并控制數(shù)據容量，以避免因采樣數(shù)據過多占用數(shù)控系統(tǒng)的資源，而影響數(shù)控系統(tǒng)原有的加工性能。2）采用緩存映射技術，將數(shù)控系統(tǒng)的環(huán)形緩存區(qū)映射到數(shù)據采集模塊的環(huán)形緩存區(qū)。3）在數(shù)據采集模塊中實現(xiàn)數(shù)據組合算法，將各個緩存區(qū)的數(shù)據按照既定規(guī)律組合?！耙淮蝹鬏敗彪A段：1）將組合后的多行采樣數(shù)據一次性向數(shù)據網關上傳，實現(xiàn)以太網性能約束條件下的采樣大數(shù)據傳輸。2）數(shù)據服務器將數(shù)據順序存儲在數(shù)據庫中。從采樣數(shù)據的形成與傳輸過程來看：采樣數(shù)據的組合方式具備既定規(guī)則，規(guī)則變動頻率較低，但采樣數(shù)據傳輸頻率較高，如果采用傳統(tǒng)的請求/響應模式進行交互，無疑會增加生產環(huán)境的網絡帶寬壓力，數(shù)據的丟包率也會隨之增大。5.3智能工廠的大數(shù)據技術1）應用層向數(shù)據網關訂閱一次采樣數(shù)據。2）數(shù)據網關將訂閱消息向數(shù)控機床轉發(fā)。3）數(shù)控機床周期性地將采樣數(shù)據主動向數(shù)據網關發(fā)布。4）數(shù)據網關將采樣數(shù)據定期即時向應用層轉發(fā)。5）基于訂閱/發(fā)布模式的數(shù)據被動傳輸采樣通道是非常寶貴的資源，因此無法將數(shù)控機床的所有數(shù)據都放入采樣通道中。對其他時序完整性要求不高的數(shù)據，如任務數(shù)據G代碼、邏輯數(shù)據PLC（可編程控制器）點位、數(shù)控系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據等，需要設計同步方法。1）數(shù)據網關向數(shù)控機床訂閱一次。2）應用層向數(shù)據網關請求發(fā)布一次。3）數(shù)據網關向應用層訂閱一次。4）數(shù)控機床被動地向數(shù)據網關響應發(fā)布一次，數(shù)據網關將數(shù)據轉發(fā)至應用層。5.3智能工廠的大數(shù)據技術5.3智能工廠的大數(shù)據技術5.3.3智能工廠的大數(shù)據存儲技術（1）大數(shù)據中心的體系架構工業(yè)數(shù)據的實時性使得邊緣計算在工業(yè)大數(shù)據分析領域變得至關重要，其核心是如何保障設備邊緣端應用的低延時問題。1）所有設備都需要向系統(tǒng)廠進行注冊，形成機床廠分組或用戶廠分組，機床廠與用戶廠數(shù)據中心互聯(lián)，設備數(shù)據被采集后備份至用戶廠云數(shù)據中心。2）一個用戶廠分組包含若干個工業(yè)設備，一個機床廠分組又可包含一個或多個用戶廠分組。3）設備數(shù)據通過用戶廠云數(shù)據中心上傳至機床廠云數(shù)據中心，繼而傳輸?shù)较到y(tǒng)廠云數(shù)據中心。4）用戶廠具備最高的數(shù)據訪問和管理權限，可設置向機床廠或系統(tǒng)廠開放的數(shù)據類型，如報警信息、狀態(tài)信息、調機信息、設備位置等，從而保護機密生產信息，如加工件數(shù)、G代碼文件等。5）機床廠具備二級數(shù)據訪問和管理權限，也可設置向系統(tǒng)廠開放的數(shù)據類型，如出廠檢測信息、工藝知識庫，從而同樣達到保護機密數(shù)據的目的。5.3智能工廠的大數(shù)據技術5.3智能工廠的大數(shù)據技術（2）工業(yè)大數(shù)據存儲技術加工設備的生產過程是嚴格按照時間維度進行的，因此工業(yè)大數(shù)據具備很強的時序性，時序數(shù)據庫對于工業(yè)數(shù)據存儲是一個不錯的選擇。1）海量處理能力。2）經濟性好。3）具有數(shù)據生命周期控制功能。5.3智能工廠的大數(shù)據技術MetaData存儲以下“元數(shù)據”：1）Id：工業(yè)設備的DEVICEID，標識該行的數(shù)據記錄來自哪一臺設備。2）Version：模型文件的版本號。3）Model：模型文件的具體內容。4）SampleChannel：采樣通道設置。5）SampleData：針對采樣通道的各個數(shù)據項，根據模型文件生成對應的線性路徑。6）DataPoint：針對非采樣數(shù)據項，根據模型文件生成對應的線性路徑。5.3智能工廠的大數(shù)據技術5.3智能工廠的大數(shù)據技術5.3智能工廠的大數(shù)據技術5.4指令域大數(shù)據技術及其智能化應用5.4.1指令域大數(shù)據的特征5.4指令域大數(shù)據技術及其智能化應用5.4.2指令域大數(shù)據的智能感知技術5.4指令域大數(shù)據技術及其智能化應用5.4.3基于指令域大數(shù)據實現(xiàn)的智能化應用（1）基于指令域分析方法的工藝參數(shù)優(yōu)化技術框架工藝參數(shù)優(yōu)化的本質是根據質量提高、效率提升、成本降低和節(jié)能環(huán)保等目標，通過調整進給速度、主軸轉速、切削深度等工藝參數(shù)，達到單目標或多目標優(yōu)化的過程。5.4指令域大數(shù)據技術及其智能化應用5.4指令域大數(shù)據技術及其智能化應用（2）基于指令域分析方法的刀具狀態(tài)監(jiān)測技術框架刀具狀態(tài)監(jiān)測包括了對刀具斷裂、刃口崩損和磨損三種狀態(tài)的判斷。1）需要更多的人工參與。2）傳統(tǒng)的模式識別算法未充分考慮樣本生成的特點，忽略了樣本的增量學習和不均衡學習。5.4指令域大數(shù)據技術及其智能化應用1）獲取原始數(shù)據。2）利用指令域分析方法對原始數(shù)據進行處理。3）生成少數(shù)類樣本。4）特征提取。5）機器學習模型的訓練和泛化。第6章智能工廠的同步運行技術6.1數(shù)字孿生概述6.2基于物理空間的同步運行對象描述6.2.1智能生產線的基本對象6.2基于物理空間的同步運行對象描述6.2基于物理空間的同步運行對象描述6.2.2功能模型的構建6.2基于物理空間的同步運行對象描述6.2基于物理空間的同步運行對象描述6.2基于物理空間的同步運行對象描述1.產品和托盤建模2.工業(yè)機器人建模6.2基于物理空間的同步運行對象描述6.2基于物理空間的同步運行對象描述6.2.3設備模型運動副1）運動關系鏈設置。2）坐標軸方向調整。3）模型坐標系軸位置校準。6.3驅動數(shù)據的邏輯配置6.3.1構建數(shù)據通信網絡6.3驅動數(shù)據的邏輯配置（1）生產現(xiàn)場工況數(shù)據主要包括人員數(shù)據、質量數(shù)據、生產執(zhí)行數(shù)據（任務數(shù)據和進度數(shù)據）、物料數(shù)據、產品數(shù)據、設備數(shù)據等。（2）設備運行數(shù)據主要是指在生產制造過程中生產設備的運行狀態(tài)數(shù)據、運行參數(shù)數(shù)據。（3）其他數(shù)據主要是指生產現(xiàn)場的環(huán)境數(shù)據、生產過程中出現(xiàn)的生產故障、維護信息等影響正常生產的數(shù)據。6.3驅動數(shù)據的邏輯配置6.3.2構建設備數(shù)據模型1.工業(yè)機器人數(shù)據類型6.3驅動數(shù)據的邏輯配置2．加工設備數(shù)據模型6.3驅動數(shù)據的邏輯配置6.3.3數(shù)字空間的數(shù)據通信1.西門子PLC數(shù)據的采集2.工業(yè)機器人數(shù)據的采集6.3驅動數(shù)據的邏輯配置3.數(shù)控機床數(shù)據的采集6.3.4控制信號配置（1）工業(yè)機器人設備信息表工業(yè)機器人設備信息表主要包括id（編號）、J1~J6（軸數(shù)據）、EXIT（外部軸數(shù)據）、DateTime（寫入時間）等字段，見表6-3。6.3驅動數(shù)據的邏輯配置（2）數(shù)控機床設備信息表數(shù)控機床設備信息表主要包括id（編號）、model（機床型號）、state（機床狀態(tài)）、speed（主軸轉速）、feed（進給速度）、toolnumber（刀具號）和time（加工時間）等字段，見表64。6.3驅動數(shù)據的邏輯配置（3）PIC數(shù)據信息表PLC數(shù)據信息表主要包括id（編號）、nameple（PIC點位名稱）、typeplc（PIC類型）、address（PIC監(jiān)聽地址）、state（PLC狀態(tài)）、description（PLC點位描述）等字段。6.4孿生模型的實時映射