一种基于拜占庭容错思想的工业流水线智能停机机制的制作方法

1.本发明涉及工业生产流水线的自动化改造领域，特别涉及一种基于拜占庭容错思想的工业流水线智能停机机制。


背景技术：

2.流水线生产是指通过一系列的生产方法(包括使用通用的设备)，使生产线上的每项任务都有稳定的周期时间，并按照加工工序的顺序，使产品能够迅速、平稳的由一个工位“流动”到下一个工位。经由生产控制系统、使产品的生产率与最终装配线上的使用率相符合。固定工位停止(暂停)生产是一种通过停止装配线运转来解决生产线上发现的产品和生产问题的方法。这类问题通常是指那些已经检测到，但无法再生产周期中解决的问题。传统企业中，当操作员发现零件、设备、材料供应、安全等方面的问题之后，会拉动一根灯绳或是按动一个信号灯，来提醒管理人员已经出现问题。管理人员在评估问题之后，由他决定是否在生产周期结束之前解决问题。如果问题可以在生产周期内解决，管理人员就会停止信号，以保证生产线继续运转，同时进行解决方案；如果不能解决，管理人员就会暂停流水线。在现有的流水线生产环节中，某工位停止生产往往需要更高一级的管理团队或专家对问题进行分析，导致解决问题的过程复杂且冗长，并且随着工业生产中各个环节不断升级，一条生产线上涉及到的技术越来越专业，很难由一个人来快速做出判断。传统固定工位停止生产中等待管理者或者中心化的管理机构来进行评估问题，愈加不利于工厂生产的效率提升。特别是随着智能制造的到来，生产线也将高度的智能化，需要全新的问题决策方案。
3.所以，针对现有技术存在的不足，有必要设计一种基于拜占庭容错思想的工业流水线智能停机机制，以解决上述问题。
[0004][0005][0006][0007]


技术实现要素：

[0008]
为克服上述现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种基于拜占庭容错思想的工业流水线智能停机机制。
[0009]
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种基于拜占庭容错思想的工业流水线智能停机机制，包括以下步骤：
[0010]
a.在流水生产线上的各个工序环节预置具有自身编号的代理节点；
[0011]
b.基于所述步骤a中的流水生产线，构建区块链网络，将所述步骤a中的各个代理节点加入至所述区块链网络中，形成联盟链；
[0012]
c.将所述步骤b中的联盟链中每个代理节点之间相互连接，实现实时点对点的信息通讯能力；
[0013]
d.通过所述步骤a、所述步骤b和所述步骤c中所有代理节点构成所述联盟链决策
系统，所述决策系统对每个影响流水线生产流程中的问题进行判定。
[0014]
优选的技术方案为：步骤d中，所述决策系统的判定流程包括以下步骤：
[0015]
(1)流水生产线在某个工位出现一个影响生产流程的问题，且对于该问题，该工位本身无法判定是否需要启动固定工位暂停生产机制；
[0016]
(2)步骤(1)中的问题工位通过对应的代理节点向整个流水线的联盟链网络发送判定请求；
[0017]
(3)步骤(2)中发送判定请求的工位所对应的代理节点成为主节点，其他工位相对应的代理节点成为副节点，所述主节点广播判定请求给所述副节点，所述副节点执行改进的pbft算法的三阶段共识流程。
[0018]
(4)所述副节点处理完三阶段流程后，将确认信息反馈给所述主节点。
[0019]
(5)所述主节点接收到2f 1个来自所述副节点相同的判定结果时，代表所述联盟链所对应的流水线对所述主节点对应的工位所提出的问题给出了共识的判定结果，而后所述主节点所对应的工位将执行该判定结果。
[0020]
优选的技术方案为：所述改进的pbft算法的三阶段共识流程包括预准备阶段、准备阶段和提交阶段；所述预准备阶段和所述准备阶段确保在同一视图内请求发送顺序正确，所述准备阶段和所述提交阶段则确保在不同视图之间的确认请求是保序的。
[0021]
优选的技术方案为：所述预准备阶段：主节点为从客户端收到的请求分配提案编号，然后发出预准备消息《《预准备，视图，序号，消息摘要》，请求消息》 给各副节点。
[0022]
所述准备阶段：副节点收到预准备消息后，检查消息合法，比如检查通过则向其他节点发送准备消息《准备，视图，序号，消息摘要，地址》带上自己的地址信息，同时接收来自其他节点的准备信息，收到准备消息的节点对消息同样进行消息合法性检查，验证通过后，则把这个准备消息写入消息日志中，集齐至少2f 1个验证过的消息才进入准备状态。
[0023]
所述提交阶段：广播确认消息，告诉其他节点某个请求在视图中已经处于准备状态，集齐至少2f 1个验证通过的确认消息，则说明请求通过。
[0024]
优选的技术方案为：所述步骤(4)中，所述确认信息为所述副节点对于是否启动固定工位停止生产的自我判断。
[0025]
由于上述技术方案运用，本发明具有的有益效果为：
[0026]
本发明提供的一种流水线停机机制，通过在生产线上采用改进的pbft算法作为共识机制并形成的联盟链代替了原有的独立于流水线之外的第三方专家，使得生产线判断生产环节中出现问题的能力得到加强，进一步提高了生产线的生产效率和智能化水平。
附图说明
[0027]
图1为典型的pbft算法通过三阶段建立共识的示意图。
[0028]
图2为本发明步骤示意图。
具体实施方式
[0029]
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0030]
实施例：
[0031]
本发明的目的在于提供一种基于改进的pbft算法的流水线固定工位暂停生产的决策方案。基于区块链技术中的pbft共识算法，形成代替第三方管理团队，由生产线参与者组成的决策系统来判断是否需要停止生产线。该系统由该条流水线上的每个工序组成，发现问题时将对整个生产流水线上的具体问题进行投票评估，从而判定是否启动固定工位停止生产机制，从而简化该机制的判定步骤以及减少判定时间，优化生产效率。
[0032]
区块链系统，首先是一个分布式系统，而工业生产中的流水线，便是由每个工位所组成的一整套分布式系统。当网络从单节点结构演变为分布式对等网络，最需要解决的问题便是一致性的问题。这里需要说明的是，上面所提到的一致性并不代表结果的正确与否，而是该网路系统对外呈现的状态是否一致，从而才可以进行执行。在本发明的实际应用中，要使整个系统满足不同程度的一致性，核心过程需要通过共识算法来达成，共识算法解决的是对某个提案(本例中则是“是否需要暂停流水线？”的问题)要求大家达成一致意见的过程。在理想状态下，分布式系统中各个节点若都具备理想的性能(极快的响应时间和极大的信息吞吐量)，实现共识的过程并不复杂，每个节点通过简单的广播进行瞬时的投票和应答即可。但实际上，这种“理想状态”并不存在。不同的节点之间存在通讯延迟，且任何一个节点都存在故障(或被黑客入侵或者操纵) 的可能性，使得简单投票进行判定的“理想状态”很难发生。在现实操作中，需要采用容错方案来保证网络的可用性，本例中考虑的工业生产的实际，将采用改进的pbft算法来达成共识。
[0033]
传统的拜占庭容错系统具有的两个特性：
[0034]
安全性：任何已经完成的请求都不会被更改，它可以在以后的请求中看到。
[0035]
活性：可以接受并执行非拜占庭客户端的请求，不会被任何因素影响而导致非拜占庭客户端的请求不能执行。
[0036]
传统的拜占庭容错系统普遍采用的条件如下：
[0037]
1.拜占庭节点的行为可以是任意的，拜占庭节点之间可以共谋；
[0038]
2.节点之间的错误是不相关的；
[0039]
3.节点之间通过异步网络连接，网络中的消息可能丢失、乱序并延时到达，但大部分协议假设消息在有限的时间里能传达到目的地；
[0040]
4.节点之间传递的信息，第三方可以嗅探到，但是不能篡改、伪造信息的内容和破坏信息的完整性。
[0041]
典型的pbft算法通过三阶段建立共识(图1)：
[0042]
图1中的c为客户端，0、1、2、3是分布式系统中的节点成员，0是主节点、1、2是副节点，3也是副节点但已发生故障，默认3发送信息为无效。
[0043]
1.首先通过轮换或随机算法选出某个节点为主节点，此后只要主节点不切换，则成为一个视图；
[0044]
2.在该视图中，客户端将请求消息《请求，活动，时间戳，客户节点》发送给主节点，主节点负责广播请求到所有其他节点；
[0045]
3.所有节点处理完成请求，将处理结果《回应，视图，时间戳，客户节点，节点地址，回复结果》返回给客户端。客户端检查是否收到了至少f 1个(f为可容忍的拜占庭节点数)来自不同节点的相同结果，作为最终结果。主节点广播过程包括三个阶段的处理：预准备阶段、准备和提交阶段。预准备和准备阶段确保在同一视图内请求发送顺序正确，准备和提交
阶段则确保在不同视图之间的确认请求是保序的。
[0046]
预准备阶段：主节点为从客户端收到的请求分配提案编号，然后发出预准备消息《《预准备，视图，序号，消息摘要》，请求消息》给各副节点(《》内部为消息内容模板)。
[0047]
准备阶段：副节点收到预准备消息后，检查消息合法，比如检查通过则向其他节点发送准备消息《准备，视图，序号，消息摘要，地址》带上自己的地址信息，同时接收来自其他节点的准备信息，收到准备消息的节点对消息同样进行消息合法性检查，验证通过后，则把这个准备消息写入消息日志中，集齐至少2f 1个验证过的消息才进入准备状态。
[0048]
提交阶段：广播确认消息，告诉其他节点某个请求在视图中已经处于准备状态。如果集齐至少2f 1个验证通过的确认消息，则说明请求通过。
[0049]
本发明的将会通过以下的技术方案进行实现：
[0050]
①
、在流水生产线上的各个工序环节预置代理节点，且每个节点都具有自身的编号；
[0051]
②
、构建当前流水生产线的区块链网络，将前一步形成的各个代理节点加入至此网络，形成该流水线的一种联盟链形式；
[0052]
③
、前一步所述联盟链中的每个节点之间均相互连接，以实现实时点对点的信息通讯能力；
[0053]
④
、以上所有节点组成该联盟链决策系统，该系统将对每个影响流水线生产流程中的问题进行判定。
[0054]
改进后的pbft算法实现判定流程分为以下步骤(图2)：
[0055]
1、流水线在某个工位出现一个影响生产流程的问题，且对于该问题，其工位本身无法判定是否需要启动固定工位暂停生产机制。
[0056]
2、前一步中的问题工位通过代理节点向整个流水线的联盟链网络发送判定请求。
[0057]
3、进一步的，在此情况下前一步发送判定请求的工位所对应的代理节点将成为主节点，其他工位相对应的代理节点成为副节点。之后主节点将广播判定请求给其他节点，节点执行改进的pbft算法的三阶段共识流程(参考上文)。考虑到流水线生产的高度配合等因素，该过程简化了pbft算法的节点结构，将客户端与主节点合并为同一个工序对应的代理节点，并对具体的执行信息进行相应的代换处理。
[0058]
4、每个节点处理完三阶段流程后，返回判定结果给主节点(此时的确认信息为每个节点对于是否启动固定工位停止生产的自我判断)。
[0059]
5、当主节点接收到2f 1(f为可容忍的拜占庭节点数)个来自其他节点相同的判定结果时，代表该联盟链所对应的流水线对主节点对应的工位所提出的问题给出了共识的判定结果，而后主节点所对应的工位将执行该判定结果(如暂停流水线)。
[0060]
本发明的有益效果为：通过在生产线上采用改进的pbft算法作为共识机制并形成的联盟链代替了原有的独立于流水线之外的第三方决策者，使得生产线判断生产环节中出现问题的能力得到加强，进一步提高了生产线的生产效率。
[0061]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神和技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。