本發(fā)明涉及工業(yè)數(shù)據(jù)分析評估領(lǐng)域，尤其是涉及一種實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)接入及分析方法。

背景技術(shù)：

1、目前，工業(yè)生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)的采集和分析越來越受到重視，在高度競爭的市場上，提高生產(chǎn)效率、降低成本并保持高質(zhì)量的產(chǎn)品是企業(yè)存活和發(fā)展的關(guān)鍵。生產(chǎn)數(shù)據(jù)的有效利用為企業(yè)決策提供了科學(xué)依據(jù)，并能夠幫助企業(yè)更靈活地響應(yīng)市場變化。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，盡管生產(chǎn)自動(dòng)化程度不斷提高，但仍存在以下挑戰(zhàn)：

2、1、數(shù)據(jù)孤島問題：工業(yè)企業(yè)中經(jīng)常出現(xiàn)許多分散獨(dú)立的系統(tǒng)和設(shè)備，它們生成獨(dú)立的數(shù)據(jù)集，而這些數(shù)據(jù)未能實(shí)時(shí)有效地整合，導(dǎo)致信息孤島現(xiàn)象，妨礙了數(shù)據(jù)在整個(gè)生產(chǎn)鏈中的流動(dòng)和利用。

3、2、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力不足：現(xiàn)有的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，尤其是老舊的系統(tǒng)，往往只能提供基本的數(shù)據(jù)記錄與顯示功能，缺乏足夠的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力，處理速度慢，難以支撐實(shí)時(shí)決策和快速反應(yīng)。

4、3、高級數(shù)據(jù)分析應(yīng)用不足：雖然一些系統(tǒng)集成了數(shù)據(jù)分析的功能，但這些分析往往局限于簡單的統(tǒng)計(jì)和報(bào)告，無法進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)挖掘或基于機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測分析，這限制了發(fā)現(xiàn)潛在改進(jìn)點(diǎn)和前瞻性問題的能力。

5、4、靈活性和可擴(kuò)展性的缺乏：傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)往往在設(shè)計(jì)時(shí)就固定了特定的應(yīng)用場景和參數(shù)設(shè)置，難以適應(yīng)生產(chǎn)過程的變化和升級。

6、5、用戶體驗(yàn)和界面設(shè)計(jì)不佳：操作員和管理人員經(jīng)常面臨著復(fù)雜、不直觀的用戶界面，這使得信息的獲取和決策的執(zhí)行變得困難和耗時(shí)。

7、因此，有必要提供一種實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)接入及分析方法，來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)接入及分析方法，能實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)狀態(tài)并做出調(diào)整，能夠接收來自多個(gè)傳感器和數(shù)據(jù)源的信息，進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)整合和分析，實(shí)時(shí)推動(dòng)生產(chǎn)過程的調(diào)整和優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗和生產(chǎn)成本。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)接入及分析方法，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)分析引擎、反饋控制模塊和交互模塊，具體包括以下步驟：

3、s1：數(shù)據(jù)采集模塊通過部署于生產(chǎn)線上的多種傳感器采集數(shù)據(jù)；

4、s2：數(shù)據(jù)傳輸，步驟s1采集的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源通過安全的通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心；

5、s3：數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對數(shù)據(jù)處理中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

6、s4：數(shù)據(jù)分析引擎包括至少一個(gè)先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法，用于從預(yù)處理后的數(shù)據(jù)中挖掘信息；

7、s5：優(yōu)化控制，反饋控制模塊根據(jù)步驟s4中數(shù)據(jù)分析引擎的分析結(jié)果自動(dòng)調(diào)整工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的操作參數(shù)；

8、s6：交互模塊，基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過用戶界面與用戶交互。

9、優(yōu)選的，在步驟s1中，數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)一步包括多類型傳感器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流處理組件和異常檢測機(jī)制；

10、為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接入，建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括傳感器選型、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議；

11、通過傳感器檢測法來監(jiān)測和記錄生產(chǎn)過程中的物理量，傳感器的工作原理基于物理效應(yīng)或化學(xué)效應(yīng)，將監(jiān)測到的物理量轉(zhuǎn)換為電信號，通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)采集模塊和智能儀表；傳感器包括敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量電路。

12、優(yōu)選的，敏感元件直接感受被測量的物理量，并將物理量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的非電學(xué)量；轉(zhuǎn)換元件將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量；測量電路將轉(zhuǎn)換元件輸出的電學(xué)量轉(zhuǎn)換為便于測量的電壓、電流或頻率信號。

13、優(yōu)選的，在步驟s3中，數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)預(yù)處理利用信號處理技術(shù)清洗數(shù)據(jù)，去除噪聲、填補(bǔ)缺失值、規(guī)范化數(shù)據(jù)格式；

14、數(shù)據(jù)清洗移除數(shù)據(jù)集中的重復(fù)行或記錄；處理數(shù)據(jù)集中的缺失值，通過刪除、填充或標(biāo)記為特殊值，識別超范圍的異常值，并進(jìn)行清洗或替換；修正數(shù)據(jù)中的拼寫錯(cuò)誤和格式錯(cuò)誤；處理缺失值，刪除含有缺失值的記錄或特征，使用均值、中位數(shù)、眾數(shù)和插值填充缺失值；處理噪聲和異常值使用平滑技術(shù)。

15、優(yōu)選的，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換包括標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的尺度，將數(shù)據(jù)映射到[0,1]或[-1,1]的范圍內(nèi)，調(diào)整特征的尺度，將分類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)簽編碼。

16、優(yōu)選的，在步驟s4中，數(shù)據(jù)分析引擎包括用于模式識別的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，基于歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)預(yù)測潛在的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)；運(yùn)用高級分析技術(shù)機(jī)器學(xué)習(xí)模型處理預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)模式、趨勢和異常；從預(yù)處理后的數(shù)據(jù)中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從中提取出與工業(yè)生產(chǎn)流程相關(guān)的特征，特征基于物理原理、工藝知識、經(jīng)驗(yàn)規(guī)則選擇或通過無監(jiān)督學(xué)習(xí)算法自動(dòng)提??；

17、將特征作為機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸入，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使用提取的特征對機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練過程通過調(diào)整機(jī)器學(xué)習(xí)模型的參數(shù)最小化預(yù)測誤差或最大化分類準(zhǔn)確率。

18、優(yōu)選的，在步驟s5中，反饋控制模塊支持半自動(dòng)操作模式，半自動(dòng)操作模式下從用戶界面中接收到的建議或預(yù)警信息進(jìn)行人工干預(yù)和參數(shù)調(diào)整，反饋控制模塊包括與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)場控制系統(tǒng)交互的接口，接口用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析引擎識別出的最優(yōu)操作參數(shù)的自動(dòng)執(zhí)行；數(shù)據(jù)分析引擎通過集成線性和非線性模型，適應(yīng)復(fù)雜的生產(chǎn)數(shù)據(jù)模式和動(dòng)態(tài)生產(chǎn)條件；

19、數(shù)據(jù)分析引擎還能基于分析結(jié)果實(shí)施自學(xué)習(xí)，改進(jìn)預(yù)測模型的準(zhǔn)確性和反饋控制模塊的響應(yīng)效果，數(shù)據(jù)分析引擎進(jìn)一步包括對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，識別生產(chǎn)流程中的模式和趨勢，并根據(jù)識別的模式和趨勢提出優(yōu)化建議；

20、聚類分析包括使用無監(jiān)督學(xué)習(xí)算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分組。

21、優(yōu)選的，在步驟s6中，用戶界面包括儀表盤，顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，同時(shí)提供警報(bào)和通知功能以及對生產(chǎn)過程的手動(dòng)調(diào)整選項(xiàng)。

22、優(yōu)選的，進(jìn)一步包括歷史數(shù)據(jù)存儲模塊用于長期存儲和檢索生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

23、因此，本發(fā)明采用上述一種實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)接入及分析方法，具備以下有益效果：

24、(1)本發(fā)明通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊，集中處理來自生產(chǎn)線上多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)流，利用數(shù)據(jù)預(yù)處理算法清潔并標(biāo)準(zhǔn)化這些數(shù)據(jù)，隨后數(shù)據(jù)進(jìn)入分析引擎，該引擎采用高級數(shù)據(jù)挖掘和預(yù)測模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)對比，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的異常狀況，實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)或預(yù)警維護(hù)需求，有效避免故障和生產(chǎn)停滯。

25、(2)本發(fā)明反饋控制機(jī)制，能根據(jù)分析結(jié)果自動(dòng)調(diào)節(jié)生產(chǎn)線上的設(shè)備設(shè)置或操作指令，以確保產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和生產(chǎn)流程的最優(yōu)化。

26、(3)本發(fā)明用戶界面允許操作人員監(jiān)控分析結(jié)果，手動(dòng)或自動(dòng)執(zhí)行調(diào)整，以及獲取定制化的報(bào)表和預(yù)警。

27、下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

技術(shù)特征：

1.一種實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)接入及分析方法，其特征在于：包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)分析引擎、反饋控制模塊和交互模塊，具體包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)接入及分析方法，其特征在于：在步驟s1中，數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)一步包括多類型傳感器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流處理組件和異常檢測機(jī)制；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)接入及分析方法，其特征在于：敏感元件直接感受被測量的物理量，并將物理量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的非電學(xué)量；轉(zhuǎn)換元件將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量；測量電路將轉(zhuǎn)換元件輸出的電學(xué)量轉(zhuǎn)換為便于測量的電壓、電流或頻率信號。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)接入及分析方法，其特征在于：在步驟s3中，數(shù)據(jù)預(yù)處理包括數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)預(yù)處理利用信號處理技術(shù)清洗數(shù)據(jù)，去除噪聲、填補(bǔ)缺失值、規(guī)范化數(shù)據(jù)格式；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)接入及分析方法，其特征在于：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換包括標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的尺度，將數(shù)據(jù)映射到[0,1]或[-1,1]的范圍內(nèi)，調(diào)整特征的尺度，將分類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)簽編碼。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)接入及分析方法，其特征在于：在步驟s4中，數(shù)據(jù)分析引擎包括用于模式識別的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，基于歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)輸入數(shù)據(jù)預(yù)測潛在的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)；運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)模型處理預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)模式、趨勢和異常；從預(yù)處理后的數(shù)據(jù)中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)從中提取出與工業(yè)生產(chǎn)流程相關(guān)的特征，特征基于物理原理、工藝知識、經(jīng)驗(yàn)規(guī)則選擇或通過無監(jiān)督學(xué)習(xí)算法自動(dòng)提?。?/p>

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)接入及分析方法，其特征在于：在步驟s5中，反饋控制模塊支持半自動(dòng)操作模式，半自動(dòng)操作模式下從用戶界面中接收到的建議或預(yù)警信息進(jìn)行人工干預(yù)和參數(shù)調(diào)整，反饋控制模塊包括與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)場控制系統(tǒng)交互的接口，接口用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析引擎識別出的最優(yōu)操作參數(shù)的自動(dòng)執(zhí)行；數(shù)據(jù)分析引擎通過集成線性和非線性模型，適應(yīng)復(fù)雜的生產(chǎn)數(shù)據(jù)模式和動(dòng)態(tài)生產(chǎn)條件；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)接入及分析方法，其特征在于：在步驟s6中，用戶界面包括儀表盤，顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，同時(shí)提供警報(bào)和通知功能以及對生產(chǎn)過程的手動(dòng)調(diào)整選項(xiàng)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)接入及分析方法，其特征在于：進(jìn)一步包括歷史數(shù)據(jù)存儲模塊用于長期存儲和檢索生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化的工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)接入及分析方法，涉及工業(yè)數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)分析引擎、反饋控制模塊和交互模塊，具體包括以下步驟：S1：數(shù)據(jù)采集模塊通過部署于生產(chǎn)線上的多種傳感器采集數(shù)據(jù)；S2：數(shù)據(jù)傳輸，采集的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源通過安全的通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心；S3：數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對數(shù)據(jù)處理中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；S4：數(shù)據(jù)分析引擎包括至少一個(gè)先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理算法，用于從預(yù)處理后的數(shù)據(jù)中挖掘信息；S5：優(yōu)化控制，反饋控制模塊中數(shù)據(jù)分析引擎的分析結(jié)果自動(dòng)調(diào)整工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的操作參數(shù)；S6：交互模塊，基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過用戶界面與用戶交互。本方法能實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)狀態(tài)并做出調(diào)整。

技術(shù)研發(fā)人員：褚治廣,黃楊定康,張巍,劉穎,張好
受保護(hù)的技術(shù)使用者：遼寧工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/11