制造系统的状态智能感知和物联的相关理论与方法研究

以实现广域网环境中制造系统的状态智能感知和物联为重点，围绕制造系统可靠运行与资源共享的科学问题，采用理论研究与科学实验相结合方法，研究制造系统状态的智能感知器件、制造系统信息获取与传输安全机制、感知制造网络层性能监控及硬软件适配接入的新原理和新方法。突破传统制造系统状态信息获取技术的局限，着重研究制造系统中基于光纤光栅传感的智能感知及与物联相关的新一代互连理论与技术，使物理制造资源、制造网络信息基础设施与制造企业系统无缝结合；同时将从制造系统状态感知的透彻性、物物互联和物人互联的广泛性、制造资源信息获取和传输的安全性这三个方面，研究制造系统状态的实时、在线、多场多点、动态检测和物联网新原理，以及感知制造网络层性能监控新理论和高精、高速的解调系统新方法，为制造系统状态的智能感知与系统物联、信息获取与安全传输和共享的研究和应用提供理论和技术支撑，提高我国制造技术研究和制造业信息化水平。

为了保证制造系统可靠运行，需要透彻感知制造系统的状态，进而实现在网络环境下制造资源的互联共享。制造系统状态的透彻感知和共享与互联，首要解决的是传感技术、传感模式和传感网络，能够实现恶劣工况环境和复杂制造系统中制造装备运行中各类物理量的智能感知和信息获取。此外，还应该支持跨地域、异构环境下的信息无缝连接，支持整个企业的信息集成、过程集成和系统资源共享，能够实现更大范围内的制造应用系统重组。本项目以实现制造系统的运行状态智能感知、可靠运行、制造相关信息的获取和制造资源安全互联共享为目标，通过制造系统装备运行状态智能感知的新型光纤传感原理与技术的研究，制备了面向制造系统装备运行状态智能感知的系列新型光纤光栅传感器件，提出了基于光纤光栅传感的制造系统装备运行状态多参数动态感知方法以及相应的测点部署规划策略，构建了基于光纤光栅传感的机械装备状态监测智能感知网络及组网定位方法。通过面向制造系统的高精、高速解调系统理论和稳定性原理的研究，开发了面向制造系统的高速高精度光纤光栅嵌入式解调系统及装置，提出了多种面向制造系统应用的光纤光栅传感解调新方法。通过基于光纤传感的制造系统物联网理论与技术的研究，构建了面向制造系统装备的物联网络体系结构，设计了面向异构网络环境的装备状态信息动态采集与适配接入方法和装置，提出了面向服务的认知无线网络动态频谱接入策略及制造物联高速传输协议。通过制造系统状态感知网络层性能监控及制造信息安全机制的研究，建立了面向云制造模式的制造网络体系结构及其服务质量保障机制,提出了基于蜜蜂算法的云制造服务管理优化方法，设计了面向制造系统运行的制造信息安全保障机制。最后，以立式辊磨机为对象，建立形成了集装备运行状态监测、故障诊断和装备健康管理能力于一体的工程应用示范平台系统。通过项目执行，共发表学术论文30篇，其中SCI检索论文11篇，EI检索论文16篇；申请发明专利4项，获授权发明专利2项；登记计算机软件著作权9项；培养博士后出站人员1名、博士研究生4名和硕士研究生15名。本项目研究获得的制造系统状态智能感知与物联的新原理和新方法，对增强我国现代制造系统的研制能力，提升我国现代制造系统的运行维护水平具有十分重要的意义。