[发明专利]一种面向锂离子电芯制造的设备状态监测边缘计算架构

说明书

本发明涉及锂离子单体电芯制造的设备状态体系结构，具体地说是一种面向锂离子单体电芯制造的设备状态监测边缘计算体系架构。本发明包括边缘感知层，用于管理高性能锂离子单体电芯的实际生产的过程，覆盖电极加工、电芯装配、化成测试三个主要工艺步骤；边缘接入层，用于实现设备的多方式接入，设备状态数据的预处理与存储，并发送至边缘服务层；边缘服务层，用于根据来自边缘接入层的数据进行设备状态的监测和维护，并进行生产控制，发送控制指令实现锂离子单体电芯制造的各设备操作。本发明实现了数据的处理和过滤，减轻了网络的流量压力，减少从设备到边缘服务层的数据流量，大大提高了设备状态监测和维护的效率。

技术领域

本发明涉及锂离子单体电芯制造的设备状态体系结构，具体地说是一种面向锂离子单体电芯制造的设备状态监测边缘计算体系架构。

背景技术

我国作为锂电池的需求大国和生产大国，锂电池生产企业众多，但是达到一定规模的少，行业里鱼龙混杂的现象十分严重，技术水平相对落后。目前国际性的动力锂电池企业亏损已经成为一种常态，一方面是因为下游应用市场尚未启动，另一方面是由于生管理混乱，生产技术落后。

伴随着客户的多样化、小批量需求增加，要求产品快速迭代、生产灵活、效率提升、开发周期缩短、资源和能源降低、产品质量高而且一致。

当前面向锂离子单体电芯的制造设备主要偏重于生产制造，基本没有故障预警机制。一方面缺乏设备运行状态监测功能，另一方面也缺乏对故障判断依据的深入研究。设备故障基本靠人工监测，靠人员经验和定期检验来识别，缺乏数据统计和提前预警，导致生产设备故障发生不可预见，影响生产进度和产品质量。

边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。边缘计算处于物理实体和工业连接之间，或处于物理实体的顶端。而云端计算，仍然可以访问边缘计算的历史数据。

在锂离子单体电芯制造过程中，设备状态的监测的快速部署和实现要有广泛适用的、标准化的、开放的体系框架以及参考体系结构作为支撑。参考体系结构为系统、解决方案和架构应用的研发提供指导，提供通用和一致的定义、组成和设计模式，以及用于讨论的通用词汇。

发明内容

鉴于目前国内外高性能锂离子单体电芯生产企业中针对设备状态监测参考体系结构方面还没有相关的标准，本发明调研了目前国内外知名的的标准组织制定的体系架构方面的标准，包括德国的工业4.0参考模型(RAMI4.0)，美国工业互联网联盟(IIC)制定的工业互联网参考体系结构，及我国制定的边缘计算参考架构3.0，为本发明的制定提供指导和参考依据。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种面向锂离子电芯制造的设备状态监测边缘计算架构，包括：

边缘感知层，用于采集锂离子单体电芯制造过程中工艺生产设备的状态数据以及根据边缘接入层的控制命令对工艺生产设备进行控制；

边缘接入层，用于工业通信协议的转换以及同步边缘感知层与边缘服务层的数据；

边缘服务层，用于监测边缘感知层发送的工艺生产设备状态数据并根据该数据生成控制指令，实现对边缘感知层中的工艺生产设备的控制。

所述边缘感知层中的工艺生产设备用于包括电极加工、电芯装配、化成测试三个工艺步骤，边缘感知层用于建立工艺生产设备之间、工艺生产设备与边缘接入层之间的网络传输。

所述边缘接入层将边缘感知层中的工艺生产设备接入边缘服务层，实现工业通信协议的转换，具体为：

边缘接入层通过工业网络协议识别转换，将边缘感知层中的工艺生产设备接入；