【摘 要】
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面向未来生产过程智能化与绿色化结合发展的新趋势,将包括生产过程在内的各种物理实体数字化,实现物理空间与信息空间信息的交互融合已是大势所趋。基础制造工艺是生产过程的主体,对基础制造工艺过程及其要素和属性进行数字化与建模,实现基础制造工艺过程的信息集成是工艺过程虚实空间信息交互的关键。然而受工艺种类繁多、工艺过程及其要素差异大、要素属性和资源环境负荷数据多样且各异,以及生产现场接口和协议异构等问题影响
【基金项目】
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国家重点研发计划“制造基础技术与关键部件”重点专项“基础制造工艺资源环境负荷数据采集及环境影响评价数据库的建设”;
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面向未来生产过程智能化与绿色化结合发展的新趋势,将包括生产过程在内的各种物理实体数字化,实现物理空间与信息空间信息的交互融合已是大势所趋。基础制造工艺是生产过程的主体,对基础制造工艺过程及其要素和属性进行数字化与建模,实现基础制造工艺过程的信息集成是工艺过程虚实空间信息交互的关键。然而受工艺种类繁多、工艺过程及其要素差异大、要素属性和资源环境负荷数据多样且各异,以及生产现场接口和协议异构等问题影响,使得工艺过程信息的集成和技术实现难度很大。论文以量大面广的铸造、热处理、焊接、机加工基础制造工艺为研究对象,深入分析工艺过程和工艺信息的特性和信息集成需求,明确工艺过程信息集成的难点,提出把工艺过程要素和要素的属性进行分割,分别建立可复用、可封装的工艺过程结构化模型和属性规范化模型,在工艺过程实例化时再进行融合,进而实现工艺过程信息集成的方法,设计并实现了信息集成系统。论文主要研究内容如下:首先,从基础制造工艺过程结构特性和工艺信息特性分析出发,明确工艺过程信息的集成需求,提出工艺过程信息集成的关键技术,设计信息集成系统的总体架构。然后,针对工艺种类繁多、工艺过程及其要素差异大的问题,提出基于MLDAG(Multi-Level Directed Acyclic Graph,多层级有向无环图)的工艺信息结构化建模方法,提出结点、坐标、管道、超链接等模型要素的概念,实现对工艺、工序、工步、负荷以及其之间的从属、关联、聚合、分流等生产时序关系和信息流向关系的抽象化表征,构建能精准反映复杂工艺过程内在组织结构的数字化信息模型;针对工艺要素属性和资源环境负荷数据多样且各异的问题,提出了最小粒度规则四元组模型、规则链以及属性模型等概念和数据约束机制,实现对工艺信息的全面性、扩展性和规范性数据控制与集成;融合结构化模型和规范化模型构建面向工艺过程的数据流图,进而有效完成工艺过程信息的分析融合和存储管理。最后,考虑生产现场接口和协议异构等问题对工艺过程信息集成的影响,从可用性和集成性等设计需求角度,融合了时序数据库、MQTT(Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输)、OPC UA(Unified Architecture,统一架构)等相关技术,设计并实现了面向多协议接口的工艺过程信息集成原型系统。通过功能性测试验证了文中提出的信息集成方法和集成系统的有效性。
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