制造物聯(lián)海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理方法研究.pdf

1、制造技術(shù)與迅猛發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)相融合，不斷形成制造業(yè)信息化新的核心技術(shù)，推動(dòng)著制造業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展，也為我國制造業(yè)的跨越式發(fā)展提供了難得的歷史機(jī)遇。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升傳統(tǒng)制造業(yè)，形成推動(dòng)制造業(yè)信息化發(fā)展的制造物聯(lián)技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成和深度融合，體現(xiàn)了制造技術(shù)從機(jī)械化、自動(dòng)化、數(shù)字化走向智能化的發(fā)展趨勢(shì)。大力推進(jìn)制造物聯(lián)技術(shù)與生產(chǎn)過程的融合，促進(jìn)制造過程的智能化提升和改造，催生高端制造先

2、進(jìn)的生產(chǎn)模式，形成我國制造業(yè)的“智慧制造”，是當(dāng)前制造行業(yè)研究的一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。在制造物聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)中，研究制造過程產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)感知、實(shí)時(shí)傳輸與分發(fā)、實(shí)時(shí)處理與融合等，對(duì)制造過程的實(shí)時(shí)決策及實(shí)時(shí)控制，確保企業(yè)生產(chǎn)安全有序進(jìn)行、及時(shí)決策、提高效率、減少損失非常重要，也為我國制造業(yè)改變當(dāng)前過于依賴國外實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。
　　本文對(duì)現(xiàn)有信息技術(shù)、制造業(yè)信息化及物聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)領(lǐng)域研究進(jìn)展進(jìn)行分析，研究制造物聯(lián)海量實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)的建

3、模及處理方法，針對(duì)制造系統(tǒng)的特性、制造物聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)及制造環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)監(jiān)控需求等方面的特點(diǎn)，深入分析所涉及到的若干關(guān)鍵問題，研究新的或改進(jìn)的方法，并將這些方法應(yīng)用到具體的制造環(huán)境中。論文主要研究工作及成果如下：
　?、偬岢隽酥圃煳锫?lián)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的定義，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行基礎(chǔ)理論建模。對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集過程進(jìn)行了研究，分析探討了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取和存儲(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù)，提出了制造物聯(lián)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲取模型。分析了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和分發(fā)中的挑戰(zhàn)，提出了海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)連續(xù)查

4、詢模型，并通過優(yōu)化訪問方法，給出了自適應(yīng)分布式制造物聯(lián)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的訪問模型，以解決突發(fā)數(shù)據(jù)和非勻速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸訪問問題。
　　②基于內(nèi)存的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)機(jī)制研究。分析了內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)、相關(guān)概念及技術(shù)，針對(duì)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)組織、查詢技術(shù)與優(yōu)化、并發(fā)控制和恢復(fù)機(jī)制等方面進(jìn)行研究，采用基于CSB+樹的索引方法，以快速定位索引實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；提出了一種新型的基于虛擬單元可智能增長的內(nèi)存池技術(shù)，滿足內(nèi)存數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對(duì)空間利用率和系統(tǒng)健壯性要求；

5、基于智能算法，提出了海量連續(xù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查詢技術(shù)與優(yōu)化算法；為解決實(shí)時(shí)事務(wù)在并發(fā)執(zhí)行過程中所發(fā)生的各種沖突，采用了并行實(shí)時(shí)事務(wù)標(biāo)記排序法，并利用定義優(yōu)先級(jí)算法對(duì)排序算法進(jìn)行優(yōu)化，解決排序算法中的優(yōu)先級(jí)顛倒的問題。論文提出了一種基于元數(shù)據(jù)層次化結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型，以便更快捷地訪問實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)象。該模型對(duì)制造物聯(lián)實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行層次劃分，通過元數(shù)據(jù)映射，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的有效組織，有效實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢索，提高效率?；谠獢?shù)據(jù)的層次結(jié)構(gòu)，制定了實(shí)時(shí)

6、感知數(shù)據(jù)與超過時(shí)限的歷史數(shù)據(jù)之間互相遷移的策略，并對(duì)該策略進(jìn)行性能評(píng)估。各種仿真及測(cè)試運(yùn)行結(jié)果表明，基于內(nèi)存的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫分層存儲(chǔ)機(jī)制能有效進(jìn)行數(shù)據(jù)組織，滿足制造物聯(lián)中海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求。
　　③設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問協(xié)議，以提高制造物聯(lián)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的相關(guān)性能。設(shè)計(jì)了基于雙緩沖區(qū)和推進(jìn)發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和發(fā)送模型。雙緩沖區(qū)模型中的兩個(gè)緩沖區(qū)交替接收感知數(shù)據(jù)，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并發(fā)進(jìn)行處理，有效利用內(nèi)存接收處理海量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的連續(xù)

7、推進(jìn)發(fā)送模式，同雙緩沖區(qū)結(jié)合，可以在不同網(wǎng)絡(luò)阻塞環(huán)境下保證數(shù)據(jù)的完整性。建立性能模型驗(yàn)證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分發(fā)模型的性能，并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測(cè)與處理系統(tǒng)的原型系統(tǒng)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明模型在保證數(shù)據(jù)完整性方面有著非常出色的表現(xiàn)?；陔p緩沖區(qū)和推進(jìn)發(fā)送數(shù)據(jù)的模型解決了數(shù)據(jù)在采集和發(fā)送過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)丟失問題，有效地保證了數(shù)據(jù)傳輸處理的完整性。為了優(yōu)化制造物聯(lián)海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分發(fā)效率，研究并提出了一種基于智能多代理模型和優(yōu)先級(jí)排序算法的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分發(fā)策略，性能

8、分析證明該方法能進(jìn)一步提高海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分發(fā)效率。
　?、芊治隽酥圃煳锫?lián)海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)融合的功能模型和通用處理結(jié)構(gòu)，提出了在資源受限網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下對(duì)實(shí)時(shí)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行融合的方法，研究了基于u檢驗(yàn)法的剔除冗余無效數(shù)據(jù)的融合系統(tǒng)，并將融合算法應(yīng)用在分布式檢測(cè)環(huán)境下，對(duì)融合模型進(jìn)行優(yōu)化。基于形態(tài)-小波濾波融合方法，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)過程中產(chǎn)生的脈沖噪聲和白噪聲進(jìn)行去噪研究，實(shí)驗(yàn)證明該方法有很好的去噪效果，在實(shí)際振動(dòng)信號(hào)處理中取得了滿意的效果

9、。
　?、萏岢隽酥圃煳锫?lián)海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理方法在石化行業(yè)運(yùn)營管理及安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用方案。對(duì)實(shí)時(shí)感知的海量數(shù)據(jù)，以分層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行組織和管理，并以雙緩沖區(qū)數(shù)據(jù)持續(xù)推送模型對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸分發(fā)，對(duì)本地感知數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)融合處理，形成石化企業(yè)加氣站生產(chǎn)運(yùn)營實(shí)時(shí)監(jiān)管物聯(lián)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)管平臺(tái)的性能優(yōu)化和改進(jìn)。
　　綜上，本文分析并研究了當(dāng)前制造物聯(lián)海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理中面臨的若干關(guān)鍵問題，設(shè)計(jì)并改進(jìn)了一系列模型和算法。理論分析、實(shí)驗(yàn)及應(yīng)