本發(fā)明涉及一種CPS(信息物理融合系統(tǒng))架構(gòu)，尤其涉及一種面向流程復(fù)雜的智能棉紡生產(chǎn)過程的CPS架構(gòu)。

背景技術(shù)：

紡織業(yè)是傳統(tǒng)制造業(yè)，棉紡行業(yè)是整個(gè)紡織工業(yè)中最重要的基礎(chǔ)行業(yè)，也是最大的行業(yè)，更要積極推進(jìn)智能制造，加速產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。如何推進(jìn)傳統(tǒng)棉紡生產(chǎn)與智能科技的融合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型是當(dāng)前棉紡生產(chǎn)所面臨的重大問題。

首先，面向全球紡織產(chǎn)業(yè)格局及國(guó)內(nèi)消費(fèi)市場(chǎng)，推動(dòng)智能棉紡生產(chǎn)。目前，紡織行業(yè)面臨著美國(guó)“再工業(yè)化”和國(guó)內(nèi)推進(jìn)工業(yè)化進(jìn)程的雙重考驗(yàn)，以美國(guó)和日本為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家，在其棉紡領(lǐng)域中的高端設(shè)備、高性能纖維和先進(jìn)工藝等方面的科技研發(fā)和創(chuàng)造能力上都有明顯優(yōu)勢(shì)，相比之下，國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力優(yōu)勢(shì)已不明顯，全球紡織產(chǎn)業(yè)的格局將進(jìn)一步調(diào)整。從國(guó)內(nèi)消費(fèi)市場(chǎng)情況來看，因人口的增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，城鄉(xiāng)居民收入增長(zhǎng)等因素促進(jìn)內(nèi)需擴(kuò)大和消費(fèi)升級(jí)，以此帶動(dòng)紡織工業(yè)發(fā)展。棉紡生產(chǎn)則面臨國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)、結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)升級(jí)、需求增長(zhǎng)等外在因素推動(dòng)紡織行業(yè)尤其是棉紡行業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，加快智能棉紡步伐。

其次，著眼棉紡生產(chǎn)自身特點(diǎn)及工藝流程，加快智能棉紡生產(chǎn)。棉紡行業(yè)是重要的民生產(chǎn)業(yè)，具有勞動(dòng)密集型，多工序、連續(xù)化、流程化等特點(diǎn)，在特定的環(huán)境下，還要求較高的專業(yè)化分工協(xié)作。雖然棉紡行業(yè)在其生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化、智能化程度上，各工序之間的銜接、呼應(yīng)能力上一直不斷在改善和提高，但在工序連續(xù)性技術(shù)上差別較大。如清梳聯(lián)技術(shù)相對(duì)成熟，粗細(xì)絡(luò)聯(lián)技術(shù)才剛剛起步。在利用智能化技術(shù)在生產(chǎn)流程上實(shí)現(xiàn)資源自動(dòng)配給、環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)、質(zhì)量監(jiān)控、設(shè)備故障預(yù)測(cè)與診斷、生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)整等圍繞控制生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量，提升生產(chǎn)效率上還有很大提升空間。

此外，不少棉紡企業(yè)在信息技術(shù)應(yīng)用上初見成效，如組建企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)用ERP系統(tǒng)等，從總體發(fā)展距工業(yè)化和信息化融合要求上還有一定距離，因此加快信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化建設(shè)勢(shì)在必行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何進(jìn)一步提高各類資源配置的有效性，優(yōu)化生產(chǎn)流程，提高生產(chǎn)效率。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種面向智能棉紡生產(chǎn)的CPS架構(gòu)，其特征在于，包括四層CPS框架結(jié)構(gòu)，分別為：

1、物理世界——感知實(shí)體層

感知實(shí)體層是構(gòu)成CPS的基礎(chǔ)，通過感知實(shí)體層感知物理世界的每個(gè)實(shí)體；

2、互聯(lián)互通——連接通信層

連接通信層是物理世界到達(dá)信息世界的通道；將各類傳感設(shè)備部署到原材料或者是生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵部位，通過傳感設(shè)備獲得被檢測(cè)對(duì)象的各類數(shù)據(jù)；同時(shí)傳感設(shè)備將物理世界中的所有實(shí)體連接到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，行成一個(gè)基于生產(chǎn)車間的物聯(lián)網(wǎng)或者是無線局域網(wǎng)；通過所述網(wǎng)絡(luò)將物理世界所有實(shí)體的各種數(shù)據(jù)按一定的通信協(xié)議傳輸?shù)叫畔⑹澜纾?/p>

3、信息世界——知識(shí)融合層

知識(shí)融合層是一個(gè)中心層，其融合所有棉紡生產(chǎn)周期所需資源及環(huán)境的大數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息化，并通過數(shù)據(jù)相關(guān)性分析，建立數(shù)字孿生模型；

4、控制服務(wù)——決策控制層

決策控制層是一個(gè)核心層，通過對(duì)可靠數(shù)據(jù)的深入挖掘，形成了基于棉紡生產(chǎn)的知識(shí)；根據(jù)認(rèn)知的結(jié)果，確定各種控制決策，發(fā)送控制指令，指揮物理世界的各個(gè)實(shí)體協(xié)同工作。

優(yōu)選地，所述物理世界指生產(chǎn)車間里各類物理實(shí)體，包括機(jī)器、設(shè)備、每個(gè)工序的原材料、能源、環(huán)境、操作人員。

更優(yōu)選地，所述機(jī)器包括開棉機(jī)、并條機(jī)、細(xì)紗機(jī)；

所述設(shè)備包括自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車；

所述每個(gè)工序的原材料中，除開棉的原料是棉花外，其余各工序所需的原料都是前道工序的半成品或成品；

所述能源包括車間里的電能；

所述環(huán)境包括空氣的溫度濕度、機(jī)器所產(chǎn)生的噪音。

優(yōu)選地，每次生產(chǎn)周期內(nèi)，所述物理世界的每個(gè)物理實(shí)體都會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)；棉紡生產(chǎn)過程是一個(gè)連續(xù)的制造過程，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生不是孤立的，是相關(guān)的；在生產(chǎn)周期內(nèi)，采集各資源要素的全部數(shù)據(jù)以及資源要素之間相關(guān)的數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，在一次生產(chǎn)周期內(nèi)的數(shù)據(jù)有：

實(shí)體屬性數(shù)據(jù)，指能識(shí)別實(shí)體的屬性數(shù)據(jù)；

實(shí)體的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，指能反映生產(chǎn)周期內(nèi)實(shí)體的工作狀態(tài)、健康狀況和運(yùn)行性能的數(shù)據(jù)；

實(shí)體環(huán)境數(shù)據(jù)，指在生產(chǎn)周內(nèi)可能影響到實(shí)體性能和運(yùn)行狀態(tài)的環(huán)境數(shù)據(jù)；

實(shí)體的歷史數(shù)據(jù)，指生產(chǎn)周期內(nèi)對(duì)實(shí)體，尤其是設(shè)備或機(jī)器的維護(hù)、保養(yǎng)、維修歷史數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述傳感設(shè)備包括傳感器、FRID、GPS。

優(yōu)選地，通過M2M技術(shù)實(shí)現(xiàn)基于智能棉紡生產(chǎn)過程的機(jī)器之間的通信；即棉紡生產(chǎn)流程中的任意兩臺(tái)接入到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的機(jī)器設(shè)備，通過部署在設(shè)備上的傳感設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信。

優(yōu)選地，所述知識(shí)融合層包括大數(shù)據(jù)平臺(tái)和智能計(jì)算兩個(gè)部分；

大數(shù)據(jù)平臺(tái)接收從連接通信層傳輸過來的海量數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)融合和信息化；

智能計(jì)算利用大數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析流程和數(shù)據(jù)相關(guān)性解析，生成知識(shí)，通過建立數(shù)字孿生模型，在信息世界中呈現(xiàn)物理實(shí)體。

更優(yōu)選地，所述海量數(shù)據(jù)包括有效的數(shù)據(jù)和無效數(shù)據(jù)，首先去除無效數(shù)據(jù)；有效數(shù)據(jù)包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，將不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)融合到一起，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的融合和信息化。

優(yōu)選地，在棉紡生產(chǎn)過程中，控制決策包括：物流路線規(guī)劃、生產(chǎn)過程優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量控制、設(shè)備故障診斷、生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)整、個(gè)人能力提升。

更優(yōu)選地，所述物流路線規(guī)劃，針對(duì)自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車，將一個(gè)設(shè)備的半成品運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢玫脑O(shè)備，中間的行走路線如何規(guī)劃問題，一般情況考慮是路程最短，但是考慮到棉紡生產(chǎn)的實(shí)際情況，如果在最短路程之間有障礙的情況下怎么規(guī)劃，或者在考慮能源損耗最少的情況下又如何規(guī)劃；

更優(yōu)選地，所述生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)整，一般生產(chǎn)都是有計(jì)劃的，且此計(jì)劃是基于所有設(shè)備和物料及人員所需資源一切都是正常的情況下計(jì)劃出來的，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，設(shè)備會(huì)出現(xiàn)故障，或人員的疏忽會(huì)造成不能如期完成生產(chǎn)，此時(shí)，重新調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃。

本發(fā)明以工業(yè)大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了面向智能棉紡生產(chǎn)的“感知實(shí)體-連接通信-知識(shí)融合-決策控制”四層CPS框架結(jié)構(gòu)，以貫穿棉紡生產(chǎn)周期全過程的數(shù)據(jù)為主線，以智能感知為核心，以網(wǎng)絡(luò)和海量計(jì)算為依托，使計(jì)算、通信、控制深度融合，實(shí)現(xiàn)棉紡生產(chǎn)過程的智能化，在此基礎(chǔ)上探討了CPS架構(gòu)下基于生產(chǎn)周期柔性化采集技術(shù)、M2M技術(shù)、異構(gòu)數(shù)據(jù)集成、融合和信息化技術(shù)和數(shù)字孿生技術(shù)等若干關(guān)鍵技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)高效配備各類資源，優(yōu)化生產(chǎn)流程和提高生產(chǎn)效率等方面提供了理論支撐。

附圖說明

圖1為本實(shí)施例提供的面向智能棉紡生產(chǎn)的CPS架構(gòu)整體示意圖；

圖2為數(shù)據(jù)從物理世界到大數(shù)據(jù)平臺(tái)的流程的示意圖；

圖3為基于生產(chǎn)過程的M2M通信的示意圖；

圖4為大數(shù)據(jù)融合和信息化過程的示意圖；

圖5為部分棉紡生產(chǎn)的信息鏡像模型的示意圖；

圖6為CPS單元的數(shù)字孿生模型的示意圖。

(注：請(qǐng)將所有附圖修改為黑白線條圖，英文改為中文)

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

圖1為本實(shí)施例提供的面向智能棉紡生產(chǎn)的CPS架構(gòu)整體示意圖，所述的面向智能棉紡生產(chǎn)的CPS架構(gòu)，包括四層CPS框架結(jié)構(gòu)，分別為：感知實(shí)體層、連接通信層、知識(shí)融合層、決策控制層。

1物理世界——感知實(shí)體層

1.1物理感知

物理世界主要是生產(chǎn)車間里各類物理實(shí)體，包括機(jī)器，如開棉機(jī)、并條機(jī)、細(xì)紗機(jī)等；設(shè)備，如自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車AVG(Automated Guided Vehicle)；每個(gè)工序的原材料，除開棉的原料是棉花外，其余各工序所需的原料都是前道工序的半成品或成品；能源，主要是車間里的電能；環(huán)境上，主要是空氣的溫度濕度，以及機(jī)器所產(chǎn)生的噪音等；最關(guān)鍵的是個(gè)人操作人員。構(gòu)成CPS的基礎(chǔ)就是物理世界層，要感知物理世界的每個(gè)實(shí)體，如它的狀態(tài)，它的性能，它的預(yù)期壽命等等。

1.2面向生產(chǎn)周期的柔性化數(shù)據(jù)采集

物理世界是由各個(gè)實(shí)體構(gòu)成，每次生產(chǎn)周期內(nèi)，每個(gè)實(shí)體都會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，以往只關(guān)注實(shí)體的獨(dú)立數(shù)據(jù)采集，而在CPS架構(gòu)下的智能棉紡生產(chǎn)過程是一個(gè)連續(xù)的制造過程，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生不是孤立的，是相關(guān)的。在生產(chǎn)周期內(nèi)，要采集包括設(shè)備、原料、人員等在內(nèi)的資源要素的全部數(shù)據(jù)以及要素之間相關(guān)的數(shù)據(jù)。在一次生產(chǎn)周期內(nèi)的主要數(shù)據(jù)有：實(shí)體屬性數(shù)據(jù)，指能識(shí)別實(shí)體的屬性數(shù)據(jù)，也叫基本參數(shù)；實(shí)體的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，指能反映生產(chǎn)周期內(nèi)實(shí)體的工作狀態(tài)、健康狀況和運(yùn)行性能等的數(shù)據(jù)；實(shí)體環(huán)境數(shù)據(jù)，指在生產(chǎn)周內(nèi)可能影響到實(shí)體性能和運(yùn)行狀態(tài)的環(huán)境數(shù)據(jù)；實(shí)體的歷史數(shù)據(jù)，指生產(chǎn)周期內(nèi)對(duì)實(shí)體，尤其是設(shè)備或機(jī)器的維護(hù)、保養(yǎng)、維修等歷史數(shù)據(jù)。例如在智能棉紡生產(chǎn)過程中的并條機(jī)，屬性數(shù)據(jù)主要有設(shè)備編號(hào)、設(shè)備型號(hào)、適紡纖維長(zhǎng)度，喂入直徑等；工作狀態(tài)數(shù)據(jù)主要有各道并條機(jī)的牽伸分配、部分牽伸分配、羅拉握持距、羅拉加壓等；環(huán)境數(shù)據(jù)主要有通風(fēng)情況、溫度、濕度、地面清潔度等；歷史數(shù)據(jù)主要是保養(yǎng)記錄、維修記錄等。

海量數(shù)據(jù)采集以往是被動(dòng)式的傳感和通信；而在CPS架構(gòu)下，生產(chǎn)周期內(nèi)的數(shù)據(jù)可采用柔性化的采集方法，即在相同的傳感和通信情況下，能根據(jù)數(shù)據(jù)的特征自我調(diào)節(jié)采集的先后次序，數(shù)量和頻率，做到按需采集，盡量避免數(shù)據(jù)的過采集造成的數(shù)據(jù)冗余。在采集的次序上，也是根據(jù)實(shí)際需要而定的。如某并條機(jī)是初次使用，那應(yīng)先采集他的屬性數(shù)據(jù)；對(duì)于已經(jīng)使用過的并條機(jī)，那應(yīng)先采集其工作狀態(tài)數(shù)據(jù)。

2互聯(lián)互通——連接通信層

2.1物理世界到信息世界的通道

通信層是物理世界到達(dá)信息世界的通道，在很大程度上決定了CPS的性能?！拔锫?lián)天下，傳感先行?！?/p>

常用的連接設(shè)備主要有各類高性能的傳感器，F(xiàn)RID、GPS等。它們被部署到原材或者是生產(chǎn)設(shè)備的關(guān)鍵部位，通過RFID的標(biāo)簽或者智能傳感器可以獲得被檢測(cè)對(duì)象的各類數(shù)據(jù)。同時(shí)傳感設(shè)備可將物理世界中的所有實(shí)體連接到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，行成一個(gè)基于生產(chǎn)車間的物聯(lián)網(wǎng)或者是無線局域網(wǎng)。通過網(wǎng)絡(luò)可以將物理世界所有實(shí)體的各種數(shù)據(jù)，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(如精梳后纖維的長(zhǎng)度，產(chǎn)出的粗紗重量)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(如機(jī)器的型號(hào)，設(shè)備的編號(hào)等)按一定的通信協(xié)議傳輸?shù)叫畔⑹澜鐚印?/p>

2.2先進(jìn)傳感網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)互通的基礎(chǔ)

先進(jìn)傳感器是當(dāng)前信息技術(shù)領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問題之一，它可以用于特殊環(huán)境實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集和發(fā)送。當(dāng)無線技術(shù)和先進(jìn)傳感技術(shù)相互滲透和結(jié)合，可以保證棉紡生產(chǎn)過程中，各種機(jī)器、設(shè)備、資源、產(chǎn)品產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)采集。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是將物聯(lián)網(wǎng)不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，為改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本和能源消耗，提高生產(chǎn)效率，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的智能化。棉紡實(shí)際生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)可以安全地在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中順利傳輸。借助先進(jìn)傳感網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，從物理世界產(chǎn)生的數(shù)據(jù)到大數(shù)據(jù)平臺(tái)的流程如圖2所示。

2.3 M2M技術(shù)是互聯(lián)互通的保障

M2M技術(shù)實(shí)現(xiàn)的是一種通信機(jī)制，可以是機(jī)器之間(Machine to Machine)、人機(jī)交換(Man to Machine or Machine to Man)、人與人之間(Man to Man)，甚至是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)器(Mobile to Machine)，其根本目標(biāo)是使所有機(jī)器設(shè)備具有連網(wǎng)和通信能力，旨在通過通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)人、機(jī)器和系統(tǒng)三者之間的智能化、交互式的無縫連接。本發(fā)明中M2M專指基于智能棉紡生產(chǎn)過程的機(jī)器之間的通信。M1和M2是棉紡生產(chǎn)流程中的任意兩臺(tái)接入到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的機(jī)器設(shè)備，通過部署在設(shè)備上的智能傳感器連接到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)行通信，信息有上傳和下行兩類，如圖3所示。上傳的是采集的本地機(jī)器的數(shù)據(jù)，下行的是通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)的指令和設(shè)置的參數(shù)。

3信息世界——知識(shí)融合層

3.1信息世界

信息世界層是一個(gè)中心層，它融合所有棉紡生產(chǎn)周期所需資源及環(huán)境的大數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息化，并通過數(shù)據(jù)相關(guān)性分析，建立數(shù)字孿生模型。信息世界層大體上包括大數(shù)據(jù)平臺(tái)和智能計(jì)算兩個(gè)部分。

大數(shù)據(jù)平臺(tái)主要功能是接收從通信層傳輸過來的大量實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)融合和信息化。在生產(chǎn)過程中，棉紡生產(chǎn)線設(shè)備、機(jī)器、產(chǎn)品等產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，因其中有很多無效的噪音數(shù)據(jù)一般是不可以直接被使用的，要通過過濾、清洗等方法去除無效數(shù)據(jù)；即便在有效的數(shù)據(jù)中，又有結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)之分。相對(duì)于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)越來越多，可以是圖片、音頻數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、地理位置信息、網(wǎng)絡(luò)日志等，這些多類型的數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力提出了更高要求，尤其在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理上。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量相對(duì)較少，其處理要求相對(duì)簡(jiǎn)單。而非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)其數(shù)據(jù)量大加上實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)等特點(diǎn)，處理起來所需要的資源相對(duì)較多，帶來了技術(shù)的要求也較高，成本也會(huì)高，將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)通過特征值提取和映射的方法將其轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這樣不但緩解了非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)對(duì)處理要求高的問題，又將不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)融合到一起。經(jīng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的處理，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的融合和信息化。

智能計(jì)算則利用大數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析流程和數(shù)據(jù)相關(guān)性解析，生成知識(shí)，通過建立數(shù)字孿生模型，在信息世界中呈現(xiàn)物理實(shí)體，更好認(rèn)識(shí)物理世界，更好地實(shí)現(xiàn)決策支持。

3.2大數(shù)據(jù)的融合和信息化

大量數(shù)據(jù)來源于棉紡生產(chǎn)過程的每個(gè)環(huán)節(jié)，由于物理世界實(shí)體的異構(gòu)性，這些海量數(shù)據(jù)被描述成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。當(dāng)然，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可以方便地存放到二維表中，而非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，通過特征值提取和映射也可以放到一個(gè)二維表中，但對(duì)于同一個(gè)實(shí)體，如經(jīng)過梳棉后的梳條，它的重量、條長(zhǎng)、梳條機(jī)的編號(hào)等通過測(cè)量可以得到，直接存放到基本表中既可以，而它的質(zhì)量報(bào)表是一個(gè)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，不能直接放二維表，需要對(duì)某些關(guān)鍵特征值進(jìn)行提取，映射到一個(gè)相關(guān)信息表中，這與基本表中的有些屬性是相同的，因此，為了更好地融合數(shù)據(jù)，將基本表和相關(guān)信息表兩表經(jīng)過濾一起映射到有效特征表中。類似地，將物理世界的實(shí)體集群分類融合中實(shí)體表中，最后再將所有實(shí)體的有效信息融合到一起，提供不同的決策方案。大數(shù)據(jù)融合和信息化過程如圖4所示。

3.3數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)物理世界和信息世界的統(tǒng)一

數(shù)字孿生是以數(shù)字化方式在信息世界呈現(xiàn)物理實(shí)體，用數(shù)字化方法為物理實(shí)體創(chuàng)建虛擬模型來模擬實(shí)體在物理世界中的行為特征，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)周期內(nèi)物理世界和信息世界之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。對(duì)棉紡生產(chǎn)來說，可以實(shí)現(xiàn)從棉花、棉紗設(shè)計(jì)、棉紗工藝、棉紗生產(chǎn)計(jì)劃及生產(chǎn)流程的全程數(shù)字化，使生產(chǎn)全程可視化、規(guī)避問題，優(yōu)化生產(chǎn)、提高效率。圖5是棉紡生產(chǎn)的部分信息鏡像模型。圖6為某個(gè)CPS單元的數(shù)字孿生模型。在棉紡生產(chǎn)過程中使用數(shù)字孿生模型，可以實(shí)現(xiàn)：第一，預(yù)見設(shè)計(jì)質(zhì)量和制造過程。以往，都是根據(jù)客戶需求設(shè)計(jì)產(chǎn)品，并將棉紗生產(chǎn)出來后才能對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，這樣不僅會(huì)增加成本，而且還加長(zhǎng)了生產(chǎn)周期。但通過數(shù)字孿生模型后，可以在設(shè)計(jì)階段預(yù)見產(chǎn)品的性能，完全可以根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果從選棉、生產(chǎn)環(huán)境設(shè)置開始，到每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格控制。第二，協(xié)同產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過程。一般來說，設(shè)計(jì)人員和制造人員在兩個(gè)不同的環(huán)境下獨(dú)立工作，這樣容易造成信息不對(duì)稱，使得設(shè)計(jì)人員和制造人員都沒法得到理想的產(chǎn)品。而CPS架構(gòu)下，整個(gè)智能紡織生產(chǎn)是一個(gè)整體系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一旦發(fā)生改變，借助數(shù)字孿生模型，可以方便地更新制造過程所需的全部資源，大大提高了制造效率。

4控制服務(wù)——決策控制層

決策控制層是一個(gè)核心層。通過對(duì)可靠數(shù)據(jù)的深入挖掘，形成了基于棉紡生產(chǎn)的知識(shí)。根據(jù)認(rèn)知的結(jié)果，確定各種控制決策，發(fā)送控制指令，指揮物理世界的各個(gè)實(shí)體協(xié)同工作。在棉紡生產(chǎn)過程中，常用的決策有：物流路線規(guī)劃、生產(chǎn)過程優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量控制、設(shè)備故障診斷、生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)整、個(gè)人能力提升等。如物流路線規(guī)劃，主要針對(duì)AGV，將一個(gè)設(shè)備的半成品運(yùn)輸?shù)街贫ㄎ恢玫脑O(shè)備，中間的行走路線如何規(guī)劃問題，一般情況考慮是路程最短，但是考慮到棉紡生產(chǎn)的實(shí)際情況，如果在最短路程之間有障礙的情況下怎么規(guī)劃，或者在考慮能源損耗最少的情況下又如何規(guī)劃。再如生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)整，一般來說生產(chǎn)都是有計(jì)劃的，且此計(jì)劃是基于所有設(shè)備和物料及人員等所需資源一切都是正常的情況下計(jì)劃出來的，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，設(shè)備會(huì)出現(xiàn)一些故障，或人員的某種疏忽會(huì)造成不能如期完成生產(chǎn)，此時(shí)，要重新調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，這也是通過智能決策來控制的。