一种蜡模铸造生产线数据链构建方法及系统

1.本发明属于数据链技术领域，尤其涉及一种蜡模铸造生产线数据链构建方法及系统。


背景技术：

2.数据链是一种可扩展、可配置的企业级分析框架。数据链可加速生产管理数据、信息和知识之间的相互作用，并允许在能力规划和分析、初步设计、详细设计、制造、测试及维护采集阶段动态实时评估产品在当前和未来提供决策的能力。可提供一个集成的复杂组织体视角，充分利用各类技术数据、信息的无缝交互与集成分析，实现对生产过程存在的固有安全风险进行实时分析与动态评估，加强对系统性能的边界和不确定性的定量分析和确认。
3.在传统数字化制造过程的基础上提出可以满足新一代信息交流的数据链技术，数据链是指可扩展、可配置和组件化的分析通信框架，可对全价值链数据、信息、知识的传递和访问进行规范，具备覆盖产品的跨层次、跨尺度、多视图的信息的功能，它可以建立模型、数据之间的关联关系，形成一套权威、完整的数据源。在数据链基础上利用各类技术集成分析可以实现对生产过程存在的固有安全风险进行实时分析与动态评估，系统不确定性的定量分析和确认，有效支持系统生命周期中关键决策点的决策，以及大幅降低复杂系统生命周期各阶段更新迭代的时间。
4.传统生产线，信息化程度不高，往往难以满足工艺参数信息化要求，如铸造柔性生产线异型装备数据自动感知存在多协议兼容难、精度不够、检测效率低、数据描述定义不统一的问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的在于提供一种蜡模铸造生产线数据链构建方法，旨在解决传统生产线，信息化程度不高，往往难以满足工艺参数信息化要求，如铸造柔性生产线异型装备数据自动感知存在多协议兼容难、精度不够、检测效率低、数据描述定义不统一的问题。
6.本发明实施例是这样实现的，一种蜡模铸造生产线数据链构建方法，所述方法包括：
7.获取蜡模铸造产线设备以及工件的cax模型，构建物理实体模型并存储，构建知识图谱；
8.对知识图谱中的实体、属性、关系集成以及连接多源异构数据表示为一个统一的数据描述格式，并构建数据链数据库；
9.将工艺参数、设备管理数据导入至知识图谱中，并构建关联关系；
10.为数据链数据库设置数据接口，所述数据接口用于实现对数据的导入、查询和存储。
11.优选的，所述获取蜡模铸造产线设备以及工件的cax模型，构建物理实体模型并存
储，构建知识图谱的步骤，具体包括：
12.获取蜡模铸造产线设备以及工件的cax模型，所述蜡模铸造产线设备包括注蜡设备、沾浆设备、淋沙设备、风干线设备、浇注设备、脱蜡设备和后处理设备；
13.利用mbd函数将cax模型转化为物理实体模型，并输出为step文件，对step文件进行细化分类，确定层次关系，所述step文件包含了零部件三维模型的设计特征；
14.根据层次关系构建知识图谱，根据知识图谱的属性定义对知识图谱中零件尺寸实例的属性值进行增加、删除或修改。
15.优选的，所述对知识图谱中的实体、属性、关系集成以及连接多源异构数据表示为一个统一的数据描述格式，并构建数据链数据库的步骤，具体包括：
16.对蜡模铸造产线中的工艺参数数据以及工件的公差、偏差特征数据进行集成；
17.根据层次关系将关键信息用xml进行统一描述，所述关键信息为蜡模铸造产线中的工艺参数数据以及工件的公差、偏差特征数据；
18.通过数据生成程序生成蜡模铸造产线数据的xml统一描述格式，构建数据链数据库。
19.优选的，所述将工艺参数、设备管理数据导入至知识图谱中，并构建关联关系的步骤之后，将知识图谱本体模型编辑至数据链数据库中。
20.优选的，所述数据链数据库为neo4j数据库。
21.优选的，进行修改和删除操作时，对访问者进行权限控制，验证权限是否达到要求。
22.优选的，零部件三维模型的设计特征包括尺寸特征、公差特征和基准特征。
23.本发明实施例的另一目的在于提供一种蜡模铸造生产线数据链构建系统，所述系统包括：
24.知识图谱构建模块，用于获取蜡模铸造产线设备以及工件的cax模型，构建物理实体模型并存储，构建知识图谱；
25.数据库构建模块，用于对知识图谱中的实体、属性、关系集成以及连接多源异构数据表示为一个统一的数据描述格式，并构建数据链数据库；
26.关联构建模块，用于将工艺参数、设备管理数据导入至知识图谱中，并构建关联关系；
27.数据库管理模块，用于为数据链数据库设置数据接口，所述数据接口用于实现对数据的导入、查询和存储。
28.优选的，所述知识图谱构建模块包括：
29.模型获取单元，用于获取蜡模铸造产线设备以及工件的cax模型，所述蜡模铸造产线设备包括注蜡设备、沾浆设备、淋沙设备、风干线设备、浇注设备、脱蜡设备和后处理设备；
30.文件输出单元，用于利用mbd函数将cax模型转化为物理实体模型，并输出为step文件，对step文件进行细化分类，确定层次关系，所述step文件包含了零部件三维模型的设计特征；
31.图谱构建单元，用于根据层次关系构建知识图谱，根据知识图谱的属性定义对知识图谱中零件尺寸实例的属性值进行增加、删除或修改。
32.优选的，所述数据库构建模块包括：
33.数据集成单元，用于对蜡模铸造产线中的工艺参数数据以及工件的公差、偏差特征数据进行集成；
34.信息统一描述单元，用于根据层次关系将关键信息用xml进行统一描述，所述关键信息为蜡模铸造产线中的工艺参数数据以及工件的公差、偏差特征数据；
35.统一格式生成单元，用于通过数据生成程序生成蜡模铸造产线数据的xml统一描述格式，构建数据链数据库。
36.本发明实施例提供的一种蜡模铸造生产线数据链构建方法，将蜡模铸造产线生命周期各异构数据进行统一描述为xml格式，进行了数据的集成为数据的网络传输和共享提供了支持，本发明构建的数据链对关键工艺参数信息和工件的尺寸偏差、设备三维模型信息等统一管理而不失真，能够为产品、工艺参数优化、设备的活动提供权威、可信的数据服务，能够提供高层的语义丰富的详细任务信息，对构建蜡模铸造产线的数字孪生提供了支持。
附图说明
37.图1为本发明实施例提供的一种蜡模铸造生产线数据链构建方法的流程图；
38.图2为本发明实施例提供的一种蜡模铸造生产线数据链构建系统的架构图；
39.图3为本发明实施例提供的数字化描述模型示意图。
具体实施方式
40.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。
41.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一xx脚本称为第二xx脚本，且类似地，可将第二xx脚本称为第一xx脚本。
42.现有的公开的技术首先虽然对过程中产生的数据进行了集成，但是缺少一个对异构数据的统一描述方法，在接口的变化中可能导致数据的交换失效的问题。针对该问题，本发明将蜡模铸造产线生命周期各异构数据进行统一描述为xml格式，进行了数据的集成为数据的网络传输和共享提供了支持。其次公开的技术针对的对象范围较窄，主要考虑产品的生命周期中的模型和数据的整合，针对该问题，本发明构建的数据链可以对关键工艺参数信息和工件的尺寸偏差、设备三维模型信息等统一管理而不失真，能够为产品、工艺参数优化、设备的活动提供权威、可信的数据服务，能够提供高层的语义丰富的详细任务信息，对构建蜡模铸造产线的数字孪生提供了支持。
43.针对现有技术的不足，结合蜡模铸造产线的具体数据情况，利用数据链技术实现蜡模铸造产线数据的关联与集成，解决生产现场多设备、多传感器类型、多数据结构的多源异构数据集成困难导致的数据资源利用不充分，无法覆盖整个产线等问题。
44.在本发明中，xml(extensible markup language)为可扩展标记语言，独立于软件
和硬件且以结构化的方式存储和传输数据，适合网络传输。
45.qif(quality information framework)为质量信息框架，允许在整个产品生命周期管理(plm)和产品数据管理(pdm)域捕获、使用和重用计量相关信息。
46.owl(web ontology language)为网络本体语言，语义上对本体进行描述。
47.rdf(resource description framework)为资源描述框架，用于表示web资源的特性以及资源与资源之间关系。
48.如图1所示，为本发明实施例提供的一种蜡模铸造生产线数据链构建方法的流程图，所述方法包括：
49.s100，获取蜡模铸造产线设备以及工件的cax模型，构建物理实体模型并存储，构建知识图谱。
50.本步骤中，具体包括：
51.a、获取蜡模铸造产线设备以及工件的cax模型，具体包括注蜡、沾浆、淋沙、风干线、浇注、脱蜡、后处理各过程设备以及铸造工件的cax模型，采用基于mbd模型构建进行存储。基于模型的定义(mbd)是一种定义三维空间(3d)数字模型，该模型不仅包含了零件设计的特征信息且支持标准协议表达，例如step文件的ap242、ap203标准，该标准不仅适合于交换文件，也适合于作为执行和分享产品数据库和存档的基础，在工业界的应用显著降低了产品生命周期内的信息交换成本，提高了产品研发效率。本发明中使用三维建模软件mdb函数将物理实体模型中包含零件特征信息的模型输出为step文件。此step文件包含了零部件三维模型的设计特征信息如尺寸、公差、基准等；物理实体模型即为具有产品和制造信息以及相关元数据的三维物理实体模型，零部件为物理实体模型的各个组成部分。
52.b、将得到的step数据进行细化分类，确定层次关系，丰富关键信息即对当前分类信息添加属性进行进一步的描述，确定为准确描述各类任务所需要的内容，满足对客观个体的抽象。基于本体模型构建知识图谱，在知识图谱中对知识本体的类、关系、属性、实例进行编辑，无需进行具体的本体语言编写而直接在概念层上进行本体模型的创建。例如铸造工件若为叶轮，则在impeller节点下其子节点包括其关键参数如叶轮出口直径用《impelleroutletdiameter/》表示、叶轮入口直径用《impellerinletdiameter/》表示，叶轮出口宽度《impelleroutletwidth/》表示，而其具体的数值设置为其标签内的内容。
53.c、根据层次关系，将全部实例进行排布构建知识图谱，根据知识图谱的属性定义对知识图谱零件尺寸实例的属性值进行增、删或修改。
54.s200，对知识图谱中的实体、属性、关系集成以及连接多源异构数据表示为一个统一的数据描述格式，并构建数据链数据库。
55.本步骤中，建立数据链数据库，数据链数据库是可以将数据按照实体、属性和关系集成和连接多源异构数据表示为一个统一的数据描述格式。
56.具体包括：
57.a、步骤s100中完成了对非结构数据即cax数据的概念抽取，在建立数据链数据库时则是针对蜡模铸造产线中的工艺参数数据以及工件的公差、偏差等其他特征数据进行集成。
58.b、根据层次关系，将关键信息用xml进行统一描述，编写环境中使用xml在qif标准的规则下编辑的结构化文件，后续从而转化为对编写的xml文件进行操作。
59.c、在qif标准下编写数据生成程序生成符合步骤(2b)所述的蜡模铸造产线数据的xml统一描述格式，本发明利用java编写的数据生成程序包括从excel、html、log格式文件转化为同一描述格式xml的数据转化模块、生成xml文件的生成模块，其xml文件的生成规律为：其根节点为《devicename》，其属性值设置为日期id、date等其它可索引信息；其内容设置为蜡模铸造产线上的具体设备：
60.《waxinjectionmachine/》
61.《pulpingequipment/》
62.《sandsprayingequipment/》
63.《airdryingline/》
64.《pouringequipment/》
65.《dewaxingtreatment/》
66.《post-treatment/》
67.在具体设备节点下根据不同的工艺参数文件设置不同的节点名称，例如注蜡机waxinjectionmachine节点下分别为：
68.《model/》
69.《injectiontemperature/》
70.《clampingpressure/》
71.《injectionpressure/》
72.《waxingtime/》
73.《compresstime/》
74.《flow/》
75.《coolingmethod/》
76.《storagetanktemperature/》
77.代表为注蜡机工艺参数：设备型号、射蜡温度、合模压力、射蜡压力、射蜡时间、保压时间、蜡模冷却方式、储蜡桶温度。
78.d、考虑到数据链存储的数据需要具备更多的灵活性、更丰富的语义描述、更优化的关系描述，选择使用nosql数据库neo4j作为数据链数据库存储的载体，neo4j数据库是一种高性能的图形数据库，它能够实现结构化数据在网络节点上的存储，它是一个嵌入式的、基于磁盘的、具备完全的事务特性的java持久化引擎，按照既定xml文件内容的结构，写入neo4j中完成数据数据链数据库的构建。
79.s300，将工艺参数、设备管理数据导入至知识图谱中，并构建关联关系。
80.在本步骤中，蜡模铸造产线的设备及工件本体模型构建与数据转化完成标志着各阶段的异构数据已经实现统一格式转换与统一语言描述，此时各设备及工件的本体模型和数据是基本属于相互隔离的状态，根据本体模型和数据添加关系限制完成数据链的关联构建。
81.具体包括：
82.a、基于知识图谱构建将已经完成数据转化的工艺参数、设备管理数据导入至知识图谱中，为数据与设备及工件的本体模型与数据关联做好基础。
83.b、根据s200中的层次关系，依次构建关联关系，如图3所示：其中，第一层为整个蜡
模铸造产线的根节点；第二层为整个蜡模铸造产线的三维模型step文件信息包括注蜡、沾浆、淋沙、风干线、浇注、脱蜡、后处理各过程设备；第三层为各设备下设定的工艺参数信息例如注蜡机的射蜡温度、合模压力和浇注设备的温度和容量；第四层为设备管理信息，例如管理信息、技术要求、工件信息、设计者、设计时间、设计提交时间、尺寸信息、材料信息等辅助数据；第五层为工件信息包括尺寸及尺寸公差主要例如蜡模收缩率、直径平均偏差和直径最大偏差。
84.c、将完成数据与模型、模型与模型关联的owl本体模型，导入至neo4j数据库中存储，进行数据的集成管理，本文中本体模型的语言描述方式涉及rdf和owl两种，而neo4j数据库对这两种语言描述进行转换有着良好的支持。
85.s400，为数据链数据库设置数据接口，所述数据接口用于实现对数据的导入、查询和存储。
86.在本步骤中，通过设置数据接口实现数据导入和数据的存储查询，数据链数据库的存储查询是数据链对外暴露接口直接使用的部分，除此之外进行数据链数据库的使用维护。
87.具体包括：
88.a、考虑数据链数据库的crud操作，所以在基于java实现的过程中预留接口满足这些操作，包括提取或上传相关的模型文件、设计信息、工艺参数数据等。
89.b、在通过接口对neo4j进行crud操作时，对进行一些敏感操作，例如修改和删除操作时需要对访问者进行权限控制，例如在对一些关键数据进行修改时，需要验证权限是否达到要求。
90.c、进行云部署后，编写自动化脚本定期检查数据库cpu使用情况、数据库空间使用情况且定期备份整个库数据至远端容灾中心。
91.如图2所示，为为本发明实施例提供的一种蜡模铸造生产线数据链构建系统的架构图，所述系统包括：
92.知识图谱构建模块100，用于获取蜡模铸造产线设备以及工件的cax模型，构建物理实体模型并存储，构建知识图谱。
93.在本系统中，所述知识图谱构建模块100包括：
94.模型获取单元，用于获取蜡模铸造产线设备以及工件的cax模型，所述蜡模铸造产线设备包括注蜡设备、沾浆设备、淋沙设备、风干线设备、浇注设备、脱蜡设备和后处理设备；
95.文件输出单元，用于利用mbd函数将cax模型转化为物理实体模型，并输出为step文件，对step文件进行细化分类，确定层次关系，所述step文件包含了零部件三维模型的设计特征；
96.图谱构建单元，用于根据层次关系构建知识图谱，根据知识图谱的属性定义对知识图谱中零件尺寸实例的属性值进行增加、删除或修改。
97.数据库构建模块200，用于对知识图谱中的实体、属性、关系集成以及连接多源异构数据表示为一个统一的数据描述格式，并构建数据链数据库。
98.在本系统中，所述数据库构建模块包括：
99.数据集成单元，用于对蜡模铸造产线中的工艺参数数据以及工件的公差、偏差特
征数据进行集成；
100.信息统一描述单元，用于根据层次关系将关键信息用xml进行统一描述，所述关键信息为蜡模铸造产线中的工艺参数数据以及工件的公差、偏差特征数据；
101.统一格式生成单元，用于通过数据生成程序生成蜡模铸造产线数据的xml统一描述格式，构建数据链数据库。
102.关联构建模块300，用于将工艺参数、设备管理数据导入至知识图谱中，并构建关联关系。
103.数据库管理模块400，用于为数据链数据库设置数据接口，所述数据接口用于实现对数据的导入、查询和存储。
104.在一个实施例中，提出了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
105.获取蜡模铸造产线设备以及工件的cax模型，构建物理实体模型并存储，构建知识图谱；
106.对知识图谱中的实体、属性、关系集成以及连接多源异构数据表示为一个统一的数据描述格式，并构建数据链数据库；
107.将工艺参数、设备管理数据导入至知识图谱中，并构建关联关系；
108.为数据链数据库设置数据接口，所述数据接口用于实现对数据的导入、查询和存储。
109.在一个实施例中，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：
110.获取蜡模铸造产线设备以及工件的cax模型，构建物理实体模型并存储，构建知识图谱；
111.对知识图谱中的实体、属性、关系集成以及连接多源异构数据表示为一个统一的数据描述格式，并构建数据链数据库；
112.将工艺参数、设备管理数据导入至知识图谱中，并构建关联关系；
113.为数据链数据库设置数据接口，所述数据接口用于实现对数据的导入、查询和存储。
114.2018年，全球蜡模铸造市场销售总额约为142亿美元，亚洲地区蜡模铸造市场不断扩大，2018年亚洲市场销售份额达30％。其中，伴随我国航空、汽车等产业崛起，中国蜡模铸造市场发展迅猛，在全球比重已达20％。从应用分布来看，蜡模铸造产品广泛应用于各类部件的终端市场，如航空、国防、医疗、汽车、农业机械、工程机械、液压设备及其他。其中，汽车、航空、医疗、机械是最主要市场，2018年合计比重高达81％。为满足铸件尺寸更精密、质量更大和强度更高的高标准要求，蜡模铸造行业技术将不断地发展和进步。坚持技术改革和采用先进的新技术，这是保证蜡模铸造持续发展的关键和支柱所在。为满足蜡模铸件“精、大、强”的品质要求，在制模、制壳、金属熔炼，以及计算机应用等方面都要求有新的发展和进步。
115.因此蜡模铸造智能工厂正好顺应这种需求，蜡模铸造生产线数据链的构建保证铸造产线装备的智能在线诊断、工艺参数智能优化、铸件质量的实时控制提供有力支撑，并为
铸造产线数字孪生的构建奠定基础，可以在蜡模铸造生产领域得到很好的推广应用。蜡模铸造产线的数据链构建可以在蜡模铸造生产领域得到很好的推广应用，进一步推动智能化蜡模铸造技术在铸件生产领域的推广应用，将产生巨大的社会经济效益。
116.应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
117.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
118.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
119.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
120.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。