您好,欢迎来到好土汽车网。
搜索
您的当前位置:首页工程训练车间综合管理监控系统的数据处理方案研究

工程训练车间综合管理监控系统的数据处理方案研究

来源:好土汽车网
8 2010年8月 中国制造业信息化第39卷第15期 工程训练车间综合管理 监控系统的数据处理方案研究 李坚甲,戴青云,王美林,刘庆,张懿恒 510006) (广东工业大学信息工程学院,广东广州摘要:传统的教务管理系统缺乏对工程训练中心的信息化管理手段,主要原因在于工程训练车间 教学环境的特殊性。针对车间复杂环境,基于G A系统核心结构,构建了数据处理构件,设计 了数据处理逻辑内核,提出了数据边缘化策略,阐述了基于C/S与B/S混合模式的系统结构。研 究结果表明,所提出的数据处理方案能够满足工程训练车间管理信息化的需求,实现了高校工程 训练车间的数字化。 关键词:工程训练车间;数据处理;边缘化策略;C/S与B/S混合模式 中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1672—1616(2010)15—0008一O6 高等工程教育致力于培养大学生的工程意识 和工程创新能力,以适应制造业对工程型人才的需 求。高校工程训练中心的车间模拟制造业车间环 方面进行处理,设计了业务事件链,使数据交互逻 辑具有统一格式,针对车间复杂的物理条件和通信 环境提出了数据边缘化策略,从车间现场经边缘化 境,不仅为大学生进行基础工程训练提供基地,而 且成为他们开展创新实践、课外科技制作和参与科 研活动的平台…1。随着制造型企业对工程实践型 处理后,最终将车间信息集中在数据中心,为工程 训练教学管理与车间监控提供数据基础,实现工程 训练车间信息化。经一系列处理,将车间复杂环境 的多元化数据统一化并集中存储于中心数据库,在 此基础上实现基于B/S与C/S混合模式的工程训 练车间综合管理与实时监控系统,同时实现与数字 化校园的无缝连接,最终实现工程训练教学资源管 人才需求的不断提高,众多高校加大工程训练力 度,扩大工程训练中心规模,建设开放型工程训练 车间,实现校内基础实验教学资源共享I2j。工程 训练中心的教学资源急速增长,教学人员与实习人 员流动频繁,给工程训练中心在教学、设备、物料、 理数字化、车间现场教学活动监控透明化、工程训 练教学管理网络化。 人员等方面的管理带来诸多问题;而且,由于工程 训练车间的资源种类多样、数目众多、布局分散,其 数据具有不一致性的特点,传统的教学管理系统广 泛采用的集中式结构和C/S结构,已不能满足系 统动态变化和扩张的要求 J。数字化校园模拟环 1系统核心结构 训练车间设备、物料等资源种类多样,数量庞 大,人员流动性强,教学活动灵活多变,要实现对车 境缺乏与工程训练车间进行有效信息交流的技术 手段,无法为工程训练车间的信息化管理提供数据 基础,造成教学信息化在工程训练管理环节上的脱 节现象。 传统教务管理系统在工程训练管理上的脱节, 主要问题在于缺乏一个能与车间进行数据交互的 机制。本系统在采用基于RFID技术的代理器代 间物品及教学活动的信息化管理,前提是实现对车 间设备、物料、人员等数据的采集。采用基于 RFID射频识别技术的代理器(Agent),执行车间 数据采集任务,且作为智能终端执行与车间用户之 间的交互,实现车间现场数据的采集以及底层的信 息交互。 客户端(Client)为工程训练管理提供网络服 务,将工程训练的管理整合于数字化校园建设,实 理车间现场数据的基础上,提出一套适用于车间管 理系统的数据处理方案。对数据分逻辑与物理两 收稿日期:2010—04—12 现工程训练管理系统与数字化校园模拟环境集成。 作者简介:李坚甲(1982一),男,广东揭阳人,广东工业大学硕士研究生,主要研究方向为信号与信息处理、计算机网络技术。 ・企业管理与信息化・ 李坚甲戴青云王美林等工程训练车间综合管理监控系统的……9 管理中心通过校园网络即可进行工程训练的综合 管理,如将工程训练教学计划向下传达至车间代理 器,呈现给车间教学人员和实习人员,而且,在教学 划、课程安排等动态数据,特别是面对开放型工程 训练车间,其人员流动性、课程随机性大大增强,系 统的动态监控数据变得不可预知。 活动进行期间,管理中心可以远程监控车问现场的 教学活动。 如何划分系统数据处理功能结构,合理构建系 统的数据处理构件,以形成上下有效的数据交互, 工程训练的教学活动涉及到的资源繁多,人员 频繁流动,教学管理流程复杂多变,数据量巨大,如 果客户端与代理器直接交互,系统一方面要与车间 进行实时数据交互,另一方面网络访问频繁,将给 是实现车间信息化管理的关键所在。本系统设计 的数据处理构件如图2所示,图中由下到上分6层 实现:数据代理层、数据边缘层、实时监控层、中心 数据层、数据持久层、业务应用层。 系统带来沉重的负担,造成系统响应速度低下、性 能差等用户不可接受的问题。对此,将系统里上层 与底层进行频繁数据交互的功能从客户端中分离 出来,在客户端与代理器中间增设监控端(Surveil. 1ant),负责大量的数据操作和复杂的事务处理,确 保系统的实时交互,使系统的性能得到极大的提 高。同时,监控端在车间工作站里具有较高的实时 性,满足车间工作站在车间活动实时管理上的要 求。 总的来说,客户端专注于上层管理业务,为管 理中心提供工程训练教学管理与远程监控平台,同 时实现与现有数字化校园环境无缝连接,实现工程 训练教学管理的数字化与网络化;监控端着重于大 量的数据操作和复杂的事务处理,使系统具有较高 的实时性,同时,在车间工作站里作为监控端实现 工作站对车间活动的同步监控;代理器负责获取车 间现场数据,并为车间实习人员提供友好的智能数 据终端交互界面。由此形成“客户端一监控端一代 理器”结构,即系统的核心结构,简称G A结构, 如图1所示。 图1 系统e A结构 系统核心结构着眼于以下3点:车间现场数据 的有效获取,实现工程训练中心数字化;车间级与 中心级协调管理车间教学活动,保证系统实时性; 使工程训练的管理成为整个校园信息化管理的有 机组成部分,实现工程训练中心管理网络化。 2数据处理构件 工程训练车间的数据,除了实习人员、教学人 员、设备、物料等基础静态数据之外,还有教学计 业务应用层 f f U 中心数据服务器 — — NI I Il器2I l  IM数据边缘层 图2数据处理构件 各构件在系统的数据处理上的主要功能如下。 数据代理层:位于数据处理构件的最底层,为 车间每一台设备配置代理器,代理设备及其使用人 员的活动。作为车间现场人员的互动接口,由标签 卡或者键盘触发,启动数据交互流程。 数据边缘层:边缘服务器定时轮询底层的数据 代理器,保持与多台代理器的通信,且消除了代理 器的重复操作,并执行数据过滤,确保上传下达的 数据及时且准确。 .实时监控层:实时捕捉教学现场数据,并实时 显示,为车间级管理提供实时数据,体现数据采集 的实时性及准确性L4J。进行复杂的事务处理和数 据逻辑处理,并生成动态数据,将车间动态信息统 一于中心数据库。 中心数据层:作为中心数据服务器,规划了车 间各类资源与活动,形成统一的数据结构,并且存 储来自底层与上层的数据,是数据存储的核心服务 器。 数据持久层:实现数据备份,将历史数据进行 持久化操作,减轻数据服务层的负担,提高数据服 务器的响应速度,间接提升系统的实时性。 10 2010年8月 中国制造业信息化第39卷第15期 业务应用层:为上层管理提供人机交互界面, 经上下两条链路,便形成了教学计划与训练车 间之间的数据交互闭环空间。 将管理中心的计划传达至中心数据服务器,实现管 理业务,是工程训练教学管理的核心。 3.2业务事件链 在数据交互过程中,无论是下达链路还是上传 链路,都将复杂的业务逻辑计算过程交给上层处 理,大大减轻了代理器的负担,提高了代理器的响 应速度,同时降低了代理器的成本。为实现此设 计,特设计了一套完整的协议栈,即将系统所有涉 及的功能进行全面合理地划分,并用标识进行区 分,作为上层与代理器之间的约定。譬如,将代理 器的功能划分为键盘响应、屏幕显示、外设采集等 模块,以ID标识,进而将各个模块内部功能进行 二次细分,分别以STEP标识,便形成上下一致的 业务配置协议库。 在ID与 1EP标识后面紧跟着业务事件链, 3数据逻辑处理内核 数据的逻辑处理,即上层管理与底层车间代理 器之间数据交互过程中所涉及的逻辑设计,将各环 节进行合理规划,设计成各个核心模块,构成系统 数据逻辑处理的内核。从数据应用到数据代理,上 层教学计划数据从用户友好界面到达底层车间里 的代理器,由代理器采集获得的数据要上传至上层 管理处,均须经过监控端。数据流程较为复杂,将 数据处理在逻辑上并清晰地划分核心模块,从而提 高系统的内聚性。大体上,以通信接口为界线,可 将系统划分为上层与下层两部分。在软件模块上, 可划分为业务应用层、业务配置驱动器、业务解析 驱动器、数据采集驱动器、代理表现层、外设响应驱 动器及通信接口等内核模块。 每一组事件数据前面用标识表明,即形成如下业务 事件链数据结构:ID+STEP十事件X标识字+事 件X数据+事件Y标识字+事件Y数据+…,其 中还设置了相应的NEXT—ID和NEXT—STEP。 3.1数据交互逻辑 如图3所示,数据交互有两个过程,分别是数 据下达链路和数据上交链路。 当相应事件触发时,上层根据NEXT—ID和 NEXT~STEP继续进行下一个流程。由此,复杂 业务处理交给功能强大的上位机,同时又提高了代 理器的响应速度,不仅降低了成本,而且还提高了 系统的整体性能。 4数据边缘化策略 在现场数据通信中,车间具有环境复杂、干扰 大等特点,常出现接收数据残缺不全或者丢失等情 况,给通信造成很大的障碍。数据边缘化策略是指 将这些残余数据去除掉,同时确保数据不丢失的一 图3数据交互逻辑 系列数据通信策略。 数据下达链路:在业务应用层中获取用户业务 4.1通信碰撞避免策略 车间环境对布线有着,为此,需采取无线 通信的方式来实现车间内众多代理器与上层管理 之间的数据交互。本系统基于RFID技术,将不同 频道分给不同的边缘器,一台边缘器带动多台代理 器进行无线通信。 在数据下达链路中,边缘器主动寻址代理器,交 需求后,业务配置驱动器启动,读取配置信息,生成 业务事件链,根据代理器的地址下发。经通信接口 接收并校验无误后,业务解析驱动器启动,将传下 来的数据包进行解析,根据协议分析出各个业务事 件,再通过代理器表现层将业务数据等呈现于车间 用户面前,等待用户进一步操作。 数据上传链路:代理器响应外设后,有选择性 地进行数据采集,重组数据形成事件链,经通信接 口上传到达上层,业务解析驱动器启动,将上传上 来的数据包进行解析,经处理后上传到达业务应用 层,从而将车间信息上传给上层管理人员。 互对象明确,不存在通信碰撞现象。在数据上传链 路中,同一边缘器下的不同代理器若同时向边缘器 发出请求,则必然会发生空中信号碰撞,丢失数据。 所以必须提出一套碰撞避免策略,来避免边缘器与 代理器之间的数据丢失。如图4所示,在边缘器与 ・企业管理与信息化・ 李坚甲戴青云王美林等工程训练车间综合管理监控系统的……1l 代理器之间进行数据交互之前,先进行广播注册操 作。边缘器发出广播,各个代理器收到广播信号之 立刻做出回应,而是先退避N个单位时序后,再发 出注册申请。成功注册后,边缘器为不同代理器分 配了不同的通信时隙,并启动时隙计时器,当退避时 后纷纷回应注册信息,其中包含自身的地址等身份 信息。但是,每个代理器不是在收到广播信号之后 广.卜———— 边缘器 注册 间到达时,才开始在该通信时隙下交互数据。 呵以骞纳.v个时序 了 _T__ 2 l I ; ; 一 代理器I 代理器2 阿 I交不参与信道注册l 代理器 图4通信碰撞避免策略 退避时间的长短,采用改进型二进制指数退避 算法进行确定。设定可供选择的时序个数,可以达 到控制退避时问长度的目的。本方案将退避时序 个数确定为2 ,即第i次退避的时候就在2 个 时序中随机选择一个,如,第1次退避是在8个时 隙中随机选择一个,第2次是在16个时隙中随机 在边缘器设置定时器,定时此次数据通信的时 间。代理器顺利接收到数据之后,向边缘器回复确 认信息。如果未能在限定时间内接收到来自代理 器的接收成功回复,则启动数据重传。 主动请求重传机制:代理器在发送数据请求 后,设置定时器,在限定时间内收到所请求数据,则 发出确认信息。如果定时已到,仍未接收到所请求 数据,则不发出确认信息,而返回上一次数据请求 选择一个,选择后进行注册,最终确定其为通信信 道。每~台边缘器分配一个注册窗口,每个注册窗 口划分为』\,个时序,设定每个时序为M毫秒,则 一状态,主动请求数据重传。 通过一系列边缘化处理,确保了系统数据交互 个注册窗口的注册时间持续M×N毫秒。如取 M=6(即每个时序设定为6ms),N=8(即每台 边缘器分配8台代理器),则一个注册窗口的总注 册时间为6×8=48ms,在48ms中8台代理器发生 的顺利进行。在某车间通信环境中,频率范围为 430.15~430.75MHz,划分6个频道给6台边缘 器,每个频道带宽为lOOkHz,每个频道内的代理器 冲突的几率是非常小的,从而避免空中碰撞现象的 发生。若车间的代理器数量过多,则只需通过增设 边缘器即可实现。 为8台,其实际运行达到如下效果:重发率<0.O1, 漏发率<0.000 1。 4.2超时重传机制 为确保数据可靠性,对通信进行差错控制,在 接收方进行循环冗余校验(CRC校验),检验接收 的数据在通信过程中是否遭到破坏。若检验正确, 则数据接收无误;若检验出错,则必须重新发送数 据。另一种情况是接收到的数据残缺不全,而后面 5基于混合模式的工程训练车间综 合管理监控系统 工程训练综合管理监控系统既要满足车问实 时监控的需要,又要满足教学计划管理层的综合管 理需要。为此,设计C/S与B/S两种体系结构相 结合的混合模式系统,其网络拓扑结构如图5所 示,其中C/S模式下的实时监控系统适用于车间 紧跟的数据却迟迟未到,如此情况持续,将造成系 统时间消耗,降低系统反应速度。在接收方设置超 时重传机制,以确保系统的时效性。由于大量的数 管理级,B/S模式下的综合管理监控系统适用于中 心管理级。 据处理是在上位机,经业务事件链设计后代理器上 传的数据量非常小,较大的数据量是在边缘器下传 采用C/S模式构建的简易车间实时监控系 给代理器的通信过程中,故主要针对这个通信过程 设计重传机制。 定时重传机制:边缘器向代理器发送数据时, 统,具有数据交互能力强,数据存储功能透明等优 点,满足车间实时管理以及数据交互频繁的要求。 车间管理层作为上层与下层进行数据交互,发挥 12 2010年8月 中国制造业信息化第39卷第15期 C/S模式的优势,进行复杂的业务逻辑处理和数据 数字化校园环境 处理,在数据处理逻辑上处于核心地位。 程训练中心环境 一@ i Web服务器 挚j管盛赞管管景管瞥 露控产建哩蛲淫爱 {《 辩簟试雕瓣 教务管理中 tL, / ,数据 服务器 一 构 图5混合模式系统的网络拓扑结构 由于大部分数据逻辑处理被车间级实时监控 系统所承担,B/S模式下的综合管理监控系统能更 好地专注于用户需求,专注于用户方面的业务处 理,实现管理中心对工程训练的教学管理,使得工 程训练教学车间与传统教学管理系统无缝连接,将 工程训练教学管理与数字化校园融合一体。两种 模式构建的管理系统通过中心数据库接口协调合 作,将数据最终整合于数据服务器,实现了工程训 练车间数据的统一管理,使得B/S模式的综合管 理监控系统不但能够满足上层管理处对工程训练 车间教学事务与教学资源的综合管理,又能够对车 间教学流程进行实时监控,实现对车间教学管理的 网络化与透明化。其中B/S模式的工程训练中心 监控系统的实现如图6所示,上层管理可以实时获 取在线教学的车间设备、实习学生和指导老师等信 息。 国工穗 撼中心 图6 B/S模式工程训练车间综合管理监控系统 ,.I一..■一’0■- 6 筌青束1=旨 工程训练车间综合管理监控系统基于C-S-A 核心结构,在合理构建系统数据处理构件基础上, 设计数据处理逻辑内核,采用业务事件链规范了数 据交互格式,同时提出了通信碰撞避免策略、超时 重传机制等一系列数据边缘化策略,确保了数据交 互的可靠性。系统对上下层数据进行统一管理,并 分车间级与中心管理级对车间进行管理。本文提 出的数据处理方案成功应用于某高校工程训练中 ・企业管理与信息化・ 李坚甲戴青云王美林等工程训练车问综合管理监控系统的……13 [J].高教论坛,2008,6(3):7—10. 心,实现了科学的车间教学综合管理与车间教学活 动监控,构建了实时可视监控信息反馈系统L5j,管 理部门可以随时掌握第一手信息资料_6 J,提高了 工程训练教学管理效率,确保了工程训练教学质 量,对促进应用型人才培养具有较高的价值和深远 的意义。 参考文献: [1] 丁政,张美茹,吴秀梅多模块开放型工程训练体系探讨 [2]徐小明,张湘伟,丁政,等.开放型实验室教学管理模式与 系统实现[J].实验室研究与探索,2007,26(8):80—82. [3]马常楼.一种实时监控系统的设计与实现[J].信息技术, 2009(8):22—23. [4]高飞.基于RFID实时监控系统的通信数据处理方案研究 [J].计算机技术与发展,2007,17(11):96—98. [5]唐晓萍.基于网络的教学质量实时监控服务系统的理论与实 践[J].广西教育学院学报,2008(6):89—91. [6]钟润阳,戴青云,周科,等.基于RFID的web实时系统构 建与实现[J].现代计算机,2008(9):7—9. ,nle Data Management of Monitor and Control in Engineering Training Shop—floors LI Jian—jia,DAI Qing—yun,WANG Mei—lin,LIU Qing,ZHANG Ci—heng (Guangdong University of Technology,Guangdong Guangzhou,510006,China) Abstract:Traditional teaching management system usually lacks information——based management methods of project training center,and the rex ̄son is the specialization in the shop floor training environment.Facing the complicated environment,it composes the data—controlled component based on an C—S—A core system structure,designs the data logic core,proposes the data edge strategy,and elaborates the system architecture based on C/S and B/S mixed system.The results show that the proposed data processing program can meet the requirement in the project training shop—flor management,and implement the high—school project training shop—flor digitally. Key words:Project Training Shop—flor;Data Process;Edge Strategy,C/S and B/S Mixed Model 码研究[J].机械制造,2009,47(544):5—8. (上接第7页) 动化管理水平,降低了刀具的管理成本,达到了刀 具快速查询和有效利用的目的。 感谢王艳、彭雪涛、孙来鑫和张驰在本研究过 程中给予的帮助与支持。 参考文献: [1]胡伟,谢小柱,黄平柯,等.面向全生命周期的刀具管理系 明,胡晓莉.刀具管理开源数据库的研究与实现 统研究[J].工具技术,2008,42(3):79—81. [2]何邦勇,陈[4]张丹,薛善良,左敦稳,等.基于Web的信息编码系统研究 与开发[J].中国制造业信息化,2006,35(13):27—29. [5]袁哲俊.金属切削实验技术[M].北京:机械工业出版社, 1987:127—128. [6]左敦稳.现代加工技术[M].北京:北京航空航天大学出版 社,2005:34. [7]阎长罡,于建斌,贾国高,等.铣削ZGMnl3高锰钢的刀具耐 用度试验研究[J]工具技术,2009,43(5):21—24. [8]许晓栋,邹泽明,李从心.基于B/S结构的集成信息刀具管理 系统[J].制造业自动化,2005,27(3):5—8. [9]Siberschatz A,Korth H F,Sudarshan S.Database System Con— [J].上海电机学院学报,2007,10(3):221—223. [3]叶冬芬,周建强,韩双霞.基于刀具全寿命周期管理的信息编 cept S[M].杨冬青,唐世渭,译.北京:机械工业出版社, 2000:383—385. Development of Management Web——based Information System for Tools Life Cycle PANG Cun—chen ,XU Feng ,WU Xiao—jun ,ZUO Dun—wen2,GAO Yuan2,JING Jian—feng (1.Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Jiangsu Nanjing,210016,China) (2.Nanjing University of Posts and Telecommunications,Jiangsu Nanjing,210003,China) Abstact:Itr estakllishes a management system for tools lire cycle based on B/S architecture.First,it classifis etols with applications and encodes ach eindividual into 13 numbers.According to Generalized Taylor Formula and tOOl damage accumulation theory it builds a prediction model of tollife.The database records the tollife equation and cutting history,designs the system function moduls eand user rols ewith different privileges.Fi— nally it introduces the work flow of system. Key words:B/S Architecture;Tool Management;Life Cycle 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- howto234.com 版权所有 湘ICP备2022005869号-3

违法及侵权请联系:TEL:199 1889 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务