一种用于面向服务架构智能生产线的产品适配器

1.本发明涉及适配器技术领域，具体涉及一种用于面向服务架构智能生产线的产品适配器。


背景技术：

2.在个性化定制智能制造的生产环境下，设备资源、产品、工艺三者之间的实时连接已成不可阻挡的趋势。一般而言，产品在现场生产线上被加工，而工艺信息通常存放在云端，因此要实现产品与工艺的实时连接，产品智能化是关键。智能产品朝着以产品为中心的工艺加工方向发展，以满足智能生产线的个性化产品定制和复杂工艺流程的加工需求。
3.产品的智能程度可以三个维度去衡量，分别是产品的能力、产品的定位、产品的层级，其中，产品的能力指的是产品的信息处理、问题通知、决策的能力；产品的定位指的是产品的自我定位的能力；产品的层级指的是产品结构的复杂程度，单一物料组成还是多物料组成。
4.然而目前智能产品大多为产品上加上rfid与简单的处理单元，只能实现低级别的智能；产品只能简单地向云端传输产品状态，被动地执行决策；只能实行到位定位，不能全过程定位，只能执行单一物料的逻辑，目前大多数智能产品无法满足个性化产品的复杂的工艺加工要求。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种用于面向服务架构智能生产线的产品适配器，本发明部署在私有云服务器上的产品服务生成器与智能托盘共同作用，将产品标准化、智能化、服务化，不仅能获取私有云服务器上的调度信息、自身当前托盘上产品的状态，并将当前的状态反馈到云端，还能进行自我决策以确定加工工艺和任务指派顺序；不仅能感应自身在不同工位的相对位置，还能在任务执行过程中进行实时定位；不仅能处理单一物料的加工过程，还能处理多物料复杂产品的加工和装配过程。
6.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.本发明提供一种用于面向服务架构智能生产线的产品适配器，包括：产品服务生成器以及智能托盘；
8.所述产品服务生成器包括模型生成模块、模型转换模块、服务发现模块、服务发送模块；
9.所述模型生成模块用于从订单中解析订单需求，从模型仓库中下载aml模型模板生成产品的aml模型；
10.所述模型转换模块用于将产品的aml模型转换成opc ua信息模型，生成产品服务，所述opc ua信息模型的方法节点对应产品的智能服务；
11.所述服务发现模块用于向云服务器查询当前已注册的智能托盘，并识别其状态；
12.所述服务发送模块用于将生成的产品服务发送到智能托盘中运行。
13.作为优选的技术方案，所述产品服务生成器部署在私有云服务器上，从能力仓库中获取产品的能力，生成智能产品服务。
14.作为优选的技术方案，所述模型生成模块用于从订单中解析订单需求，基于json工具解析出产品的特征，包括产品的加工特征和装配特征，以及产品在制造中用到的智能方法。
15.作为优选的技术方案，所述opc ua信息模型的方法节点的实现方式为：从能力仓库docker中拉取对应的镜像并运行。
16.作为优选的技术方案，所述产品的aml模型包括产品的物料组成以及产品的特征。
17.作为优选的技术方案，所述智能托盘包括托盘本体、rfid标签以及设置于托盘本体上的电路板，所述托盘本体包括托盘基体和下盖，所述托盘基体用于承载电路板以及rfid标签，所述电路板固定在托盘基体内，所述rfid标签固定于托盘基体内侧，所述rfid标签存储智能托盘的全局唯一标识符以及产品基础信息，所述下盖位于托盘本体的底部，用于遮蔽及保护电路板。
18.作为优选的技术方案，所述电路板包括主芯片模块、不间断电源模块、串口通信模块、无线信号通信模块、定位模块、光电感应模块、重量感应模块、复位模块和显示模块；
19.所述主芯片模块分别与不间断电源模块、串口通信模块、无线信号通信模块、定位模块、光电感应模块、重量感应模块、复位模块和显示模块连接；
20.所述无线信号通信模块用于获取私有云服务器上的调度信息传输到主芯片模块，将自身产品的状态传输到云端服务器上；
21.所述定位模块用于与生产环境室内的定位基站通信，实时结算三维定位数据，将三维定位数据通过串口通信模块传输给主芯片模块；
22.所述串口通信模块将不间断电源模块、定位模块的数据传输到主芯片模块；
23.所述光电感应模块和重量感应模块用于识别产品是否在托盘的产品槽上，将产品到位信号通过gpio传输到主芯片模块；
24.所述复位模块用于将信号复位重置；
25.所述显示模块用于显示当前的状态以及行为编码，输出产品适配器的实时运行状态。
26.作为优选的技术方案，所述不间断电源模块包括充电接口模块、充电微处理器模块和电源变压模块，所述充电微处理器模块用于识别到电源电压的变化，将电池状态通过串口通信模块传输给主芯片模块，所述电源变压模块用于将电池输出的电压转化成各模块工作所需的电压，所述充电接口模块用于提供充电接口。
27.本发明还提供一种用于面向服务架构智能生产线的产品适配器的控制方法，包括下述步骤：
28.模型生成模块从订单中解析订单需求，从模型仓库中下载aml模型模板生成产品的aml模型；
29.模型转换模块将产品的aml模型转换成opc ua信息模型，生成产品服务，所述opc ua信息模型的方法节点对应产品的智能服务，从能力仓库里调用各智能服务，
30.服务发现模块向云服务器查询当前已注册的智能托盘，并识别其状态；
31.服务发送模块将生成的产品服务下载到所述服务发现模块实时监测到的空闲智
能托盘上运行；
32.服务发送完成后，更新智能托盘的状态。
33.本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
34.(1)本发明利用automationml对产品进行描述，并转换成opc ua信息模型，然后根据opc ua信息模型生成产品服务。
35.(2)本发明通过能力仓库的使用，使产品能力的调用自动化、模块化。
附图说明
36.图1为本实施例用于面向服务架构智能生产线的产品适配器的整体架构示意图；
37.图2为本实施例智能托盘内电路板的各模块组成示意图；
38.图3为本实施例产品服务生成器的架构示意图；
39.图4为本实施例产品服务生成器的模型生成模块示意图；
40.图5为本实施例产品服务生成器的模型转换模块示意图。
具体实施方式
41.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
42.实施例
43.如图1所示，本实施例提供一种用于面向服务架构智能生产线的产品适配器，包括：部署在私有云服务器上的产品服务生成器，以及与其配合使用的智能托盘，产品服务生成器根据用户的个性化订单需求，从模型仓库下载模板，生成产品的信息模型，从能力仓库中获取产品的能力，生成智能产品服务，将生成的智能产品服务放置到托盘运行，实现产品与工艺的实时连接，满足个性化定制生产环境下复杂的工艺加工要求。
44.在本实施例中，智能托盘包括托盘本体、rfid标签以及设置于托盘本体上的电路板，托盘本体包括托盘基体和下盖，托盘基体用于承载电路板以及rfid标签，其中电路板固定在托盘基体里面，rfid标签固定于托盘基体内侧；下盖位于托盘本体的底部，用于遮蔽及保护电路板。
45.本实施例的rfid标签为防金属干扰的高频rfid芯片，存储了托盘的全局唯一标识符(globally unique identifier，guid)，以及当前产品的订单号、产品guid、产品名等产品基础信息。
46.如图2所示，电路板包括主芯片模块及与其相连的不间断电源模块、串口通信模块、无线信号通信模块、定位模块、光电感应模块、重量感应模块、复位模块、显示模块；
47.主芯片模块为整个电路板的运算中心，包括中央处理器以及使中央处理器正常运行所需的内部存储器、外部存储器，其中中央处理器包含了通用输入输出口(general-purpose input/output，gpio)。
48.在本实施例中，采用树莓派zero w作为嵌入设备，树莓派zero w集成了主芯片模块、无线信号通信模块、串口通信模块。
49.不间断电源模块包括充电接口模块、充电微处理器模块、电源变压模块。不间断电
源模块能够将电流供给主芯片模块、串口通信模块、无线信号通信模块、定位模块、光电感应模块、重量感应模块、复位模块、显示模块。充电微处理器模块识别到电源电压的变化，将电池状态通过串口通信模块传输给主芯片模块，电源变压模块将电池输出的电压转化成各模块工作所需的电压。
50.串口通信模块将不间断电源模块、定位模块的数据传输到主芯片模块处理；
51.无线信号通信模块与私有云服务器进行无线网络连接，获取私有云服务器上的调度信息传输到主芯片模块处理，同时还将自身产品的状态传输到云端服务器上。
52.定位模块设有定位标签，采用uwb(ultra wide band，uwb)超宽带技术与生产环境室内的定位基站通信，实时结算三维定位数据，将三维定位数据通过串口通信模块传输给主芯片模块。
53.光电感应模块和重量感应模块识别产品是否在托盘的产品槽上，将产品到位的信号通过gpio传输到主芯片模块；
54.如：设置三种产品槽，第一种产品槽用于放置木块、u盘、蓝牙拍照遥控器的主体部分，第二种产品槽用于放置蓝牙拍照遥控器的电池部分，第三种产品槽用于放置盒子，前面两种产品槽选用光电传感器进行检测，若放置的位置有光信号遮挡，则输出高电平；第三种产品槽选用重量传感器，检测到重量发生突变，则发出一个脉冲信号；
55.复位模块控制着不间断电源模块以及主芯片模块，用于整个电路板的快速重置。
56.显示模块采用数码管显示屏，显示当前的状态以及行为编码，输出产品适配器的实时运行状态；
57.如图3所示，产品服务生成器包括模型生成模块、模型转换模块、服务发现模块、服务发送模块；
58.客户下订单后，产品服务生成器中的模型生成器模块先从客户订单中解析客户需求，从模型仓库中下载aml(automationml)模型模板生成产品的aml模型，模型转换模块再将产品的aml模型转换成opc ua信息模型，并生成产品服务，其中opc ua模型的方法节点对应着产品的各智能化服务，从能力仓库里调用各服务，服务发送模块将生成的opc ua服务下载到服务发现模块实时监测到的空闲健康的托盘上运行。
59.本实施例将产品服务发送到智能托盘上运行，能实现以下功能：
60.能获取私有云服务器上的调度信息、获取托盘上产品信息、向私有云发送通知、实时定位、自我生成路径决策、将产品状态显示出来，从而使产品能作为服务参与到整个个性化定制生产线的运行中，并参与到库存物料监控管理，甚至满足复杂供应链的运营要求。
61.在本实施例中，调度信息是产品的工序以及设备加工两者之间的时序对应关系，调度信息储存在云端上，由云端的调度系统生成，存在形式是云端数据库上的调度结果表。
62.如图4所示，客户在下单的时候，仅仅只对产品进行“模糊”描述，简单描述产品类型，颜色，个性化图案等参数，收到订单后，模型生成模块通过分析客户的需求，基于json工具解析出产品的特征，包括产品的加工特征和装配特征，以及产品在制造中用到的智能方法，从模型仓库minio里下载产品的aml模型模板，结合产品的aml模板生成产品的aml模型，并将生成的产品aml模型上传到模型仓库minio。
63.本实施例的模型仓库存放了产品的aml模型模板，以及反映用户个性化定制需求的所有产品的aml模型。产品的特征反映了产品的详细信息，包括产品多组成成分之间的逻
辑关系、产品的工艺流程、产品工艺流程间的逻辑关系等。产品的智能方法体现了产品智能的实现，比如获取产品位置方法、获取产品状态方法、通知方法、产品自决策方法、显示方法、产品退出方法。
64.如图5所示，模型转换模块将产品的aml模型转换成opc ua信息模型，并生成opc ua服务；按产品opc ua信息模型中方法节点的要求，从能力仓库中获取对应的能力，实现产品的智能化。在生成的opc ua信息模型中，opc ua的方法节点的实现方式为：从能力仓库docker中拉取对应的镜像并运行。
65.产品的aml模型包括产品的物料组成以及产品的特征，产品aml模型可以对应生成产品opc ua服务，做成产品服务之后，就能够体现出产品的组成，是单一物料还是多物料。
66.在本实施例中，automationml与opc ua的模型映射规则通过类比的方式将automationml中定义的所有数据元素映射为opc ua地址空间中的各类节点，方法节点的映射是映射到docker里面的镜像，方法节点里面的实现是从能力仓库里拉取镜像然后运行。根据这些映射规则，可以将产品组件automationml模型映射为符合opc ua标准的以xml格式表达的信息模型节点集。
67.本实施例的能力仓库部署在私有云服务器中，存放了产品的各子能力，比如获取产品位置能力、获取产品状态能力、通知能力、产品自决策能力、显示能力、产品退出能力。
68.在本实施例中，私有云服务器上部署的对象存储数据库minio作为模型仓库，存放了产品的aml模型；私有云服务器上部署的docker作为能力仓库，存放了各种产品的智能化程序镜像；私有云服务器上部署的consul作为服务注册与发现管理中心。
69.服务发现模块不断向私有云服务器部署的consul查询当前已注册的智能托盘，并识别其状态。
70.服务发送模块将生成的产品服务发送到智能托盘中，并开启运行，首先通过服务发现模块实时监测托盘的状态，当托盘的状态为忙碌或者故障时，将不向该托盘分配产品服务，只有当托盘状态为空并且为可用状态时，才会将产品服务分配到托盘的电路板上。opc ua服务里有方法节点，方法节点里面的实现是从能力仓库里拉取镜像然后运行。产品服务分配到托盘的电路板之后，然后调用方法节点，执行方法节点里面的内容，从能力仓库里拉取镜像然后运行。
71.服务发送完成后，将托盘的状态改成忙碌，并把产品的guid也注册到consul。
72.通过本实施例的方式，智能制造系统能根据客户个性化订单，自动生成智能产品服务，实现产品与工艺的实时连接。
73.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。