АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА 9
1.1 Анализ известных на рынке аналогичных решений 9
1.2 История концепции «Интернета вещей IoT» 10
1.3 Архитектура IoT систем 17
1.4 Способы взаимодействия в сети интернета вещей 20
1.4.1 Облачные технологии в интернете вещей 22
1.4.2 Протоколы интернета вещей 23
1.4.2.1 протокол MQTT 24
1.5 Обзор исходной роботизированной мехатронной системы 25
1.5.1 Общая информация о роботизированной мехатронной системе 25
1.6 Кибербезопасность 30
Выводы по первой главе 31
2 АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ К РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ СИСТЕМЕ 33
3 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ И АЛГОРИТМОВ КОМПЛЕКСА 35
3.1 Выбор шлюза 35
3.2 Выбор среды разработки 37
3.3 Работа по локальной сети и через шлюз 38
3.4 Разработка алгоритма и блок-схема 41
Выводы по третьей главе 43
4 РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ 45
4.1 Настройка и подключения виртуальной среды 45
4.2 Настройка виртуального робота в моделируемом пространстве 48
4.3 Реализация виртуальной автоматизации манипулятора с помощью Node
Red 49
4.2 Дополнительный контроль системы 68
4.2.1 Модель контролирующей системы 68
4.2.2 Учет и преобразование показаний с датчиков 71
Выводы по четвертой главе 73ЗАКЛЮЧЕНИЕ 74
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 75
В дипломной работе рассматривается одна из самых актуальных тенденций развития информационных технологий – Internet of Things (IoT).
Концепция "Интернет вещей" – одна из тех новых идей, которые способны не только радикально изменить облик телекоммуникационной и информационной систем, но и существенно повлиять на образ жизни людей.
Технологии «Интернета вещей» несут в себе огромный потенциал, который, к сожалению, используется не в полной мере. Если «Интернет вещей» станет незаметной, но неотъемлемой частью жизни общества, не будет усложнять жизненные процессы, то можно будет говорить о полном и успешном его внедрении.
Взрывной рост количества подключенных к интернету устройств и программных комплексов, расширение спектра их применения в промышленном производстве, а также межотраслевом взаимодействии можно рассматривать как ключевой вызов современности. Несмотря на то, что первые упоминания об «интернете вещей» появились более 20 лет назад, активное развитие технологий отмечается только в последние годы. Актуальность данного направления непрерывно растет.
Технология интернета вещей объединяет различные устройства в единую компьютерную сеть, позволяя им собирать и анализировать данные, а также передавать их другим устройствам с помощью приложений, программного обеспечения и технических устройств. Устройства могут работать и без участия человека, однако пользователи могут взаимодействовать с ними: давать инструкции, настраивать и предоставлять доступ к данным. Как правило, такие системы работают в режиме реального времени. Внедрение и повсеместное развитие интернета вещей стало возможным благодаря широкому распространению мобильных гаджетов. IoT-системы состоят из совокупности умных устройств, объединенных в сеть, а также облачной платформы, к которой осуществляется их подключение.
Чтобы промышленные производства смогли получить объективные и точные данные о ситуации на предприятии принцип работы данной технологии заключается в следующем: первоначально устанавливаются датчики, исполнительные механизмы, контроллеры и человеко-машинные интерфейсы на главные части оборудования, после чего производиться сбор информации. Обработанные данные поступают во все отделы предприятия, что способствует организации взаимодействия между сотрудниками разных подразделений и принятия обоснованных решений.
Применение интернета вещей в промышленности создает новые возможности для развития производства и решает ряд важнейших задач: повышение производительности оборудования, снижения материальных и энергетических затрат, повышение качества, оптимизация и улучшения условий труда сотрудников компании, рост рентабельности производства и конкурентоспособности на мировом рынке.
Целью работы является введение в производство роботизированной производственной ячейкой с использованием технологии IoT на примере робота- манипулятора.
Робот-манипулятор представляет собой устройство, состоящее из механической руки и перепрограммируемой системы управления, который применяется для перемещения объектов в пространстве и для выполнения разных производственных процессов. Робот-манипулятор является важным компонентом автоматизированных гибких производственных систем, который позволяет увеличить производительность труда.
Так же актуальность приобретает создание специализированных программных комплексов-эмуляторов работы реального оборудования. Зачастую взаимодействие со сложным и дорогостоящим системами осложнено рядом проблем, например, при разработке программного обеспечения для сложных роботизированных систем существует риск нанести серьезные повреждения аппаратному комплексу. Очевидной мерой, позволяющей избежать таких рисков, является отладка и тестирование кода, предназначенного для реального оборудования на его программном эмуляторе. Такие комплексы позволяют наглядно и достоверно эмулировать работу сложного оборудования, а также могут являться хорошим вспомогательным инструментом для телеметрического контроля работы системы в реальном времени.
Практическая ценность данной разработки заключается в реализации принципов удаленного терминального управления производственными объектами с помощью IoT технологии. Введение данной технологии в производственный процесс позволит значительно удлинить канал связи, улучшить показатели удаленного мониторинга и реализовать удаленную функцию управления и корректировки. Плюс этот продукт может быть использован в учебных целях в первую очередь для отработки какого-либо дизайна производственного предприятия.
Задачи, решаемые в работе:
1. Определение аппаратной части.
2. Подбор шлюза.
3. Выбор программного обеспечения.
4. Выбор схемы подключения.
5. Реализация и оценка эффективности анализа работы.
В результате выполнения работы реализована учебная система для проведения полунатурной отработки алгоритмов и управления на виртуальном и физическом роботе-манипуляторе Dobot Magician с применением технологии IoT.
В ходе работы выполнены все основные задачи. Проведен анализ продуктов автоматизации производственного процесса. Для выбранной системы разработана архитектура программного комплекса, позволяющая с наименьшими трудозатратами автоматизировать систему. Разработана структурная схема системы, выбран алгоритм метода автоматизации, а также написан программный код для реализации данного алгоритма.
Введена система контроля ориентации для увеличения надежности работы.
Стоимость разработки и реализации учебной системы составляет 241100 рублей. Ожидаемый экономический эффект по оценке подготовке специалистов исчисляется 1000000 рублей в год по данным о стоимости аналогичных установок на базе промышленных роботов с учетом автоматизации и обучения персонала. Выбранная учебная система, является гораздо дешевле, которая позволяет подготавливать специалистов для дальнейшей автоматизации реальных производственных процессов.
Выбранная система может быть использована на промышленных предприятиях для обучения персонала и отладки реальных процессов.
Полученные в ходе работы наработки и алгоритмы станут хорошей основой для дальнейшей модернизации комплекса и его применению для автоматизации реального производства.
