一种中药智能服务系统及其模型构建方法

技术领域

本发明属于计算机技术领域，更具体地说，是涉及一种中药智能服务系统及其模型构建方法。

背景技术

中药产业是一门综合性产业。中药产业链主要包含三个层面，第一中药农业，中药材种植业是整个中医药产业链的基础；第二，中药制造业，中药材加工和中成药制药是产业链中最关键的组成部分；第三中药商业是医药流通和居民健康行业。随着新一代信息技术的迅猛发展，中药产业逐渐呈现市场需求为导向，规模化和智能化管理模式的现代化发展方向。但目前中药产业转型升级的现代化发展仍然缓慢，其面临着诸多障碍因素。具体而言，体现在中药材种植、储藏、加工及整个产业链层面。首先，中药材种植方面。我国中药材以分散种植为主，仅凭传统经验管理，和处于“靠天吃饭”的初级阶段。其次，中药材储藏方面。药材储藏条件简陋，人们产品质量意识淡薄，质量达不到相关要求。再者，中药材加工方面。中药制药工艺、制药设备落后，还处于半机械化、机械化生产阶段。同时，中药产业链各环节缺乏联动性，信息传递与反馈受阻，与市场需求脱节。另外，从整个中药产业链角度来看，中药产业链较长，各环节发展不协调，组织化程度低。究其原因，中药产业信息化和智能化程度低，以及管理模式落后是制约中药产业现代化发展的重要因素。因此，在不久的将来，中药产业迫切需要整合信息，并借助新一代科学技术开发先进和实用的信息相关技术和服务，实现信息服务平台化，并将其应用于从种植到生产，再到流通全方位信息技术服务，推动产业信息互动、智能调控和规模化管理的现代化发展。为了推动中药产业现代化发展，以下两项工作必不可少：1)中药产业各环节的信息采集和实时呈现，为用户和管理者提供依据；2)中药产业各环节信息的集成和设备的智能调度。中药产业分散性强和发展水平落后等现状，导致这些工作给人们带来了巨大压力和挑战。因此，建立一个易于操作、扩展性强、通用型的中药智能服务平台，实现产业链各环节实时监测、信息沟通和设备智能调度，满足这一庞大产业的迫切需求。提高中药产业链信息化、智能化和产业化水平，推动中药产业现代化发展迫在眉睫。

工业4.0时代到来，其特点是异构数据和知识集成的网络物理系统(CPS)生产。工业4.0包括许多技术，例如物联网技术、传感器技术、射频识别(RFID)、云计算等都得到了迅速发展，并在应用范围上显著扩大。例如传感器承担着“信息源头”的重要作用，提供真实有效的信息来源，是工业化和信息化“两化深度融合”的关键；物联网实现了对“万物”的高效、节能、安全、环保的“管、控、营”一体化，给我们的生活方式以及智能设备互动方式带来了重大变化。所有的这些技术都有助于在中药产业部署物联网设备，推动中药产业信息化、智能化的现代化发展。人们所构建的中药材种植过程溯源系统是根据中药材种理规范(GoodAgricultural Practice，GAP)和标准管理作业程度(Standard Operating Procedure，SOP)实现了相关规范的计算机信息化和种植过程信息的可溯源。但该系统仅做到信息记录这一步，需要靠工作人员凭经验观察药材种植情况，手工输入大量基础数据，人为因素较多，数据差异较大，效率低下。针对中药生产过程中提取、浓缩、醇回收三个工段，构建了自动化智能控制系统。但其应用范围有限，只是针对生产过程中的部分环节，进行广泛推广具有一定的约束性。还有一些团队有针对性的构建了一些中医药信息资源平台，为某个地区、某个企业提供信息查询和咨询服务，或者是为科研工作者提供学术交流和成果转化的服务。

从某种角度来说，上述研究成果在一定程度上为人们提供了便捷，也为中药产业现代化发展注入了一份力量。但是，上述研究要么是针对某个方面，要么是针对某个问题，更多是为人们提供查询和交流服务，具有一定的局限性。一个理想的平台应该能够从各个方面服务用户，包括现场监测、信息互动、设备调度指挥以及领导桌面等应用大集成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中药智能服务系统及其模型构建方法，旨在解决现有中药服务平台应用范围有限的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种中药智能服务系统，包括：

中控单元，用于生成控制算法；

数据采集单元，与所述中控单元连接，用于根据所述控制算法采集环境监测数据；

设备单元，分别与所述中控单元和所述数据采集单元连接，用于根据所述控制算法和所述环境监测数据处理中药。

优选的，所述中控单元，包括：

用户管理系统，用于根据用户的注册信息生成管理者；所述管理者用于配置系统设置；

数据处理系统，用于根据所述系统设置生成控制算法；

数据和设备状态显示系统，用于显示所述环境监测数据和所述设备单元的工作状态。

优选的，还包括：

微处理器，分别与所述数据采集单元和所述设备单元连接，用于接收所述环境监测数据和所述工作状态，并将所述环境监测数据和所述工作状态上传到所述中控单元；

所述微处理器还与所述中控单元连接，用于接收所述控制算法并根据所述控制算法控制所述数据采集单元和所述设备单元。

优选的，所述设备单元，包括：

中药制造设备，用于根据所述控制算法和所述环境监测数据加工相应的中药材；

药田环境调控设备，用于根据所述控制算法和环境监测数据调控相应中药材的环境参数到预设值。

本发明还提供了一种中药智能制造理论模型构建方法，包括以下步骤：

步骤1：获取加工对象的属性指标和中药制造设备的工艺参数；

步骤2：根据所述加工对象的属性指标和所述中药制造设备的工艺参数构建生产过程中构成实体所有字符的集合；

步骤3：获取加工对象属性指标的基本结构、中药制造设备工艺参数的函数关系以及加工对象和中药制造设备之间的关系；

步骤4：根据所述加工对象属性指标的基本结构、所述中药制造设备工艺参数的函数关系和所述加工对象、所述中药制造设备之间的关系和所述生产过程中构成实体所有字符的集合建立生产过程中实体基本结构的操作子和实体之间关系的操作子；

步骤5：根据所述生产过程中实体基本结构的操作子和实体之间关系的操作子得到中药制造的推理规则；

步骤6：根据所述中药生产过程中构成实体所有字符的集合、生产过程中实体基本结构的操作子和实体之间关系的操作子、中药制造的推理规则以及产品生产过程最初始条件得到中药智能制造理论模型，其中所述中药智能制造理论模型为Q＝(V,F,P,S)，其中V表示中药生产过程中构成实体所有字符的集合，F表示生产过程中实体基本结构的操作子和实体之间关系的操作子，P表示中药制造的推理规则，S表示产品生产过程最初始条件。

优选的，所述实体所有字符的集合为：

V＝V1∪V2，其中，V1表示加工对象的属性指标，V2表示中药制造设备的工艺参数。

优选的，所述生产过程中实体基本结构的操作子和实体之间关系的操作子为：

F＝{k(f(x)，g(y))，f(x)，g(y)}，其中，k表示加工对象和中药制造设备之间的关系，f表示加工对象属性指标的基本结构，g表示中药制造设备工艺参数的函数关系，x∈V1，V1表示加工对象的属性指标，y∈V2，V2表示中药制造设备的工艺参数。

本发明还提供了一种中药智能服务系统数据流模型构建方法，包括以下步骤：

步骤1：获取系统中数据的集合、传感器设备的集合、数据呈现形式的集合、控制算法的集合和应用设备的集合；

步骤2：根据所述系统中数据的集合、所述传感器设备的集合、所述数据呈现形式的集合、所述控制算法的集合和所述应用设备的集合得到数据信息和工作单元的集合；

步骤3：根据所述数据信息和工作单元的集合、智能服务系统工作单元基本组合模式和数据信息在工作单元柔性组合的传递模式得到中药智能服务系统工作流程的基本结构；

步骤4：根据所述中药智能服务系统工作流程的基本结构得到数据信息的传递规则；

步骤5：根据所述数据信息在工作单元柔性组合的传递模式得到数据信息在工作单元的初始条件；

步骤6：根据所述数据信息和工作单元的集合、所述中药智能服务系统工作流程的基本结构、所述数据信息的传递规则和所述数据信息在工作单元的初始条件得到中药智能服务系统数据流模型，其中所述中药智能服务系统数据流模型为：Q’＝(V’,F’,P’,S’)，其中，V’表示数据信息和工作单元的集合,F’表示中药智能服务系统工作流程的基本结构,P’表示数据信息的传递规则,S’表示数据信息在工作单元的初始条件。

优选的，所述数据信息和工作单元的集合为：

V’＝V

优选的，所述中药智能服务系统工作流程的基本结构为:

F’＝{f

本发明提供的一种中药智能服务系统及其模型构建方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明的一种中药智能服务系统，包括：中控单元、数据采集单元和设备单元，中控单元分别与数据采集单元和设备单元连接，用于产生控制算法，并利用控制算法和环境监测数据控制设备单元处理中药。本发明利用中控单元控制数据采集单元和设备单元处理中药，可以使用户实时监测和管理中药，并且可以减少现场工作人员的数量，帮助中药运营公司降低人力成本。本发明还提供了一种中药智能制造理论模型构建方法，通过中药生产过程中构成实体所有字符的集合、生产过程中实体基本结构的操作子和实体之间关系的操作子、中药制造的推理规则以及产品生产过程最初始条件得到中药智能制造理论模型，将柔性化生产与智能化中药加工设备相结合，利用生产过程中传感器感知周围环境和生产需要，进行中药制造设备的自我调控，实现了中药制造设备之间柔性化组合的智能化调控的中药制造。

本发明还提供了一种中药智能服务系统数据流模型构建方法，通过数据信息和工作单元的集合、中药智能服务系统工作流程的基本结构、数据信息的传递规则和数据信息在工作单元的初始条件得到中药智能服务系统数据流模型，将生产与中药加工过程中传感器和中药制造设备的参数相结合，进行传感器和中药制造设备的自我调控，实现了中药制造设备和数据采集单元之间数据流的协调传递。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种中药智能服务系统结构图；

图2为本发明实施例提供的中药智能服务系统功能框架图；

图3为本发明实施例提供监测点硬件结构图；

图4为本发明实施例提供的基站平台技术路线图；

图5为本发明实施例提供的用户管理界面示意图；

图6为本发明实施例提供的设备管理界面示意图；

图7为本发明实施例提供的环境的温度和湿度实时数据值；

图8为本发明实施例提供的后台服务器读取的环境温度和湿度；

图9为本发明实施例提供的环境温度的历史数据折线图；

图10为本发明实施例提供的环境湿度的历史数据折线图；

图11为本发明实施例提供的数据处理界面示意图；

图12为本发明实施例提供的触发设置界面示意图；

图13为本发明实施例提供的设备状态示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供了一种中药智能服务系统，包括：中控单元1、数据采集单元2和设备单元3；其中，中控单元1，用于生成控制算法；数据采集单元2，与中控单元1连接，用于根据控制算法采集环境监测数据；设备单元3，分别与中控单元1和数据采集单元2连接，用于根据控制算法和环境监测数据处理中药。

在一个实施例中，系统共由三个单元组成，包括数据采集单元2、设备单元3、中控单元1(数据处理和数据显示单元)。数据采集单元2是感官设备的集合，负责数据采集；设备单元3是设备接收命令自我调控的反馈；中控单元1是数据显示和数据处理的服务平台，负责提供数据显示、数据存储、远程控制、用户管理、数据交互等服务功能。在平台的整体架构中，各个功能组件和应用相对独立，这样降低了平台的耦合性，使平台具有良好的可扩展性和跨平台性。

在一个实施例中，中控单元1，包括：

用户管理系统，用于根据用户的注册信息生成管理者；管理者用于配置系统设置；

在一个实施例中，用户管理系统提供用户的注册、登录、找回密码、重发激活邮件、修改密码等功能。平台将用户分为普通用户和管理者两类。普通用户注册登录平台后，可以浏览平台提供的各项服务和用户使用情况。管理者可通过系统设置实用程序、授权用户、平台的全局和监测节点设置，包括测量周期、要测量哪个监测点以及要测量哪个传感器。用户在平台注册，登录平台后点击用户中心进入平台界面。平台在用户管理模块展示了所有的注册用户，包含普通用户和管理者两类。管理者可以查看、编辑、添加、删除和设置用户权限等功能。

数据处理系统，用于根据系统设置生成控制算法；该系统主要为用户提供数据处理服务，包括利用控制算法设置数学关系式和阈值(≤，≥，＝)。不同监测值的阈值设置，从而触发应用设备，实现远程控制。此模块只限于管理员，普通用户无此模块权限。在本发明中管理员可设置不同监测值的阈值，进而触发应用设备，实现远程控制。用户也可根据自身需要将所收集的监测数据，添加合适的公式进行计算例如：通过压力传感器得药物总量计算煎药加水量，可依据中国中医研究院关于煎药加水量研究的计算公式，第一煎加水量＝方中各药物总量(g)+150ml+服用量(成人服用量一般为150-300ml),第二煎加水量＝服用量+200ml。

数据和设备状态显示系统，用于显示环境监测数据和设备单元3的工作状态。平台呈现传感器实时监测数据，历史数据和数据变化图以及应用设备工作状态，为用户提供数据参考依据，及时作出反应。以温度为例，平台提供折线图、数据表等呈现方式，可视化菜单有权限控制功能，如管理员可以看到所有环境监测的数据，个别用户则只能看一部分数据。

在一个实施例中，还包括：微处理器，分别与数据采集单元2和设备单元3连接，用于接收环境监测数据和工作状态，并将环境监测数据和工作状态上传到中控单元1；微处理器还与中控单元1连接，用于接收控制算法并根据控制算法控制数据采集单元2和设备单元3。

在一个实施例中，数据采集单元2包括多种传感器，采集部署环境中的实时数据。每个监测点都有一个相应的用户应用程序，进行数据的采集、处理，并与平台通信。中药产业链会用到各种各样的传感器，其中环境监测数据包括：光照、空气温湿度、土壤温湿度、流量计、pH、压力和液位。管理者登录平台后根据需求，可在监测点上灵活配置，自行添加、编辑、删除传感器。

在一个实施例中，设备单元3，包括：

中药制造设备，用于根据控制算法和环境监测数据加工相应的中药材；

药田环境调控设备，用于根据控制算法和环境监测数据调控相应中药材的环境参数到预设值。在一个实施例中，系统为管理者提供设备管控和触发功能。管控是用户意图让平台自动执行的操作，触发是用户设定触发条件。设定触发条件，当符合条件时设备会立即执行用户定义的动作。管控和触发相结合，实现设备状态的实时提醒和设备之间的自我调控。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的描述：

在本发明中，中药智能服务平台旨在为用户提供便捷易于操作的服务窗口，侧重于数据信息在各单元间的沟通。依据中药智能服务系统整体结构，该服务系统可以分为两部分包括一个基站平台和多个监测点组成。监测点可以表述为由感官单元、设备单元3和嵌入式设备组成进行数据采集、数据转换、数据传输、命令接收和设备反馈；基站平台由数据显示、数据存储和数据处理单元组成，进行数据的读取、存储、处理、显示、命令发布和人机交互服务界面。

下面将介绍依据平台数据流逻辑框架和系统结构设计服务系统的监测点硬件结构图(图3)和基站平台软件技术图(图4)。

监测点硬件结构图

中药智能服务系统中，每个监测点都有一个用户应用程序，以某种明确方式处理来自传感器的采样数据，并与平台服务页面通信。根据数据流逻辑框架可知监测点是数据采集单元2和控制单元的集合，负责数据采集和设备柔性调度等工作。本发明中使用树莓派和Arduino开发网络化监测点，如图3所示。在本发明中，我们利用树莓派和Arduino开发了网络化监控节点。)

充分考虑到监测点中传感器的扩展性和灵活性，本发明采取树莓派、传感器模块分开的模块化设计思路，且提出利用CH340 USB-TTL和TTL-RS485设计板间统一接口，支持热拔插的模式。在这种模式下，当根据不同需求采集新的数据时，开发者只需要根据统一的拔插接口开发新的传感器板即可，不需要全面重新设计并制作监测点整体。应用到的硬件设备包括Raspberry Pi Zero w、各种传感器、Arduino Nano、CH340 USB-TTL和TTL-RS485等。

树莓派作为微控制器，是Arduino Nano与各种传感器组成模块的载体，对下层数据进行读取与管控，与上层服务界面进行信息交互。树莓派是个人电脑的低成本代替品。Raspberry Pi Zero w是树莓派家族中最为小型的一个系列，它可以运行Linux等多种系统，且内置WiFi/BT无线芯片，大大增强了沟通能力。树莓派有各种接口外设，包含USB接口、SD卡和可扩展的GPIO引脚。因此，树莓派可以处理、存储和上传多个传感器收集的数据。

利用Arduino与传感器相连设计传感器模块。Arduino是一款便捷灵活的开源电子原型平台，具有跨平台、简单清晰、开放性等特点。Arduino Nano尺寸很小可直接插在面包板上，主要包含硬件和软件两部分。硬件部分是各种Arduino电路板链接电路；软件是Arduino IDE提供计算机中的程序开发环境。因此，Arduino Nano可以连接各种各样传感器感知环境，也可通过控制相应设备来反馈，影响环境。

关于信号转换方面，本发明采用了TTL-RS485和CH340G转接。TTL-RS485是可以实现TTL信号和RS485总线之间的相互转换，信号数据完全同步直接接入网络的转换器。通过TTL-RS485总线连接，建立通信协议，与树莓派的通信。CH340G是一个USB总线转接芯片，提供MODEM联络信号，可以进行USB转串口或者USB转打印机口等，用于计算机扩展异步串口，或者普通串口直接升级USB总线。

基站平台软件技术路线图

智能服务系统中，基站平台是提供服务的人机交互界面。通过分析用户需求和数据流逻辑框架设计的平台为用户提供数据的读取、存储、显示、查询、处理以及命令发布等功能的服务窗口，平台技术实现路线图(图4)。

本平台采用典型的Browser/Server结构，以数据传递为核心，监测点是数据采集点和设备控制点，数据库负责数据的存储，web前端界面提供数据显示、远程控制、用户管理和数据交互等功能。基站平台包括数据库、服务器端和服务界面三部分组成。Web应用程序开发选择PHP脚本语言作为主要动态应用程序的开发语言。服务界面选择HTML、CSS、JavaScript构建。HTML用来标记和设置网页样式。JavaScript用于客户端脚本，以支持动态显示和交互式用户界面。网页后台利用timer定时向数据中心请求数据。MySQL是一款开放源代码的关系型数据库管理系统，搭配PHP和Apache可组成良好的开发环境，作为储存工具设备。服务端利用Python语言开发。本发明采用图形化界面，为用户提供友好型Web界面，主要包括用户登录界面、数据实时显示界面、历史数据界面。数据图表界面，控制算法选择界面以及设备管理界面等。用户可以与局域网内的web程序交互，也可以从Internet上的任何终端访问传感器数据或对部署的检测点执行配置和管理。

根据用户需求分析和平台构建方案，完成平台构建。平台提供了用户管理、监测点管理、设备和传感器管理四项功能。

1)用户管理

用户在平台注册，登录平台后点击用户中心进入平台界面，如图5所示。平台在用户管理模块展示了所有的注册用户，包含普通用户和管理者两类。管理者可以查看、编辑、添加、删除和设置用户权限等功能。

2)设备和传感器管理

设备管理初始界面如图6所示。设备管理模块提供添加、编辑、删除传感器和设备。用户登录该界面可以看到监测点所设置的所有设备。平台为管理者提供了灵活和可扩展的传感器接入点。当监测点增加了新设备，用户点击增加传感器填写设备信息后即可在设备管理页面中看到监测点的新增设备。

3)监测数据采集验证

关于平台中数据和设备状态的采集与显示方面。本发明以接入了温湿度传感器模块和继电器模块为例，验证数据从采集、传输、显示、处理、触发动作设置到设备反馈，完成服务系统数据的无缝连接，检验系统的运行。数据采集由各种传感器、设备、Raspberry PiZero w、Arduino Nano硬件设备组合而成。平台数据上传路径为传感器感知周围环境，Arduino Nano获取传感器数据，串口发送数据代码至树莓派，Raspberry Pi Zero w通过TCP协议与服务端通信，将数据存入MySQL数据库。数据显示流程为用户在Web界面发送请求，通过PHP访问数据库，然后反馈到界面进行数据的显示。平台利用Timer(定时器)实现数据的实时显示。传感器历史数据利用统计曲线显示，可以设置时间范围定时查看历史数据变化图。本发明以接入温湿度传感器为例，图7展示了环境的温度和湿度实时数据值，图8展示了后台服务器读取的环境温度和湿度，图9和10分别展示了环境温度和湿度的历史数据折线图。关于数据的计算处理方面，本平台提供了数据灵活处理窗口，用户可以根据自身需要进行运算如图11所示。

应用设备的控制，可以通过点击开关按钮向服务器发送打开或关闭命令，服务器接收命令后对该设备上的开关发送命令，操作成功后页面上开关图表发送变化，实现远程控制，应用设备运行状态如图11所示。同时，人们也可以在触发界面通过设置触发条件，实现设备的自我调控，图12为触发条件设置界面。

本发明构建了一种基于中药智能制造理论模型的服务平台，中药智能服务系统是以中药智能制造理论模型为指导，数据在工作单元间的交互为核心，和新一代信息技术为支撑所构建。该系统由一个平台基站点和多个分布式监测点组成。每个监测点由传感器、应用设备、模数转换设备、微控制器和无线传输模块组成。每个监测点都有一个用户程序，可以处理传感器数据，并与平台基站点通信。平台基站点包括网关节点、数据库和web服务器。用户可以远程，不定期、多方式的自由浏览和统计被检测区域内的信息资料，实现远程实时监测和管理。中药智能服务平台是一种可应用于中药产业链包括种子种苗培育、中药材种植、中药材存储、中药材加工、物流运输等环节的通用型平台。该平台可实现信息的集成、交互、智能控制，为人们提供个性化查询、信息化沟通、智能化控制等服务，从而推动中药产业信息化、智能化和现代化建设。

本发明还提供了一种中药智能制造理论模型构建方法，包括以下步骤：

步骤1：获取加工对象的属性指标和中药制造设备的工艺参数；

步骤2：根据加工对象的属性指标和中药制造设备的工艺参数构建生产过程中构成实体所有字符的集合；实体所有字符的集合为：

V＝V1∪V2，其中，V1表示加工对象的属性指标，V2表示中药制造设备的工艺参数。

步骤3：获取加工对象属性指标的基本结构、中药制造设备工艺参数的函数关系以及加工对象和中药制造设备之间的关系；

步骤4：根据加工对象属性指标的基本结构、中药制造设备工艺参数的函数关系和加工对象、中药制造设备之间的关系和生产过程中构成实体所有字符的集合建立生产过程中实体基本结构的操作子和实体之间关系的操作子；生产过程中实体基本结构的操作子和实体之间关系的操作子为：

F＝{k(f(x)，g(y))，f(x)，g(y)}，其中，k表示加工对象和中药制造设备之间的关系，f表示加工对象属性指标的基本结构，g表示中药制造设备工艺参数的函数关系，x∈V1，V1表示加工对象的属性指标，y∈V2，V2表示中药制造设备的工艺参数。

步骤5：根据生产过程中实体基本结构的操作子和实体之间关系的操作子得到中药制造的推理规则；

步骤6：根据中药生产过程中构成实体所有字符的集合、生产过程中实体基本结构的操作子和实体之间关系的操作子、中药制造的推理规则以及产品生产过程最初始条件得到中药智能制造理论模型，其中中药智能制造理论模型为Q＝(V,F,P,S)，其中V表示中药生产过程中构成实体所有字符的集合，F表示生产过程中实体基本结构的操作子和实体之间关系的操作子，P表示中药制造的推理规则，S表示产品生产过程最初始条件。

下面结合具体的实施方式对本发明的中药智能制造理论模型作进一步说明：

中药智能制造理论模型是以实体语法系统为理论框架，柔性化生产与智能化设备相结合，旨在实现个性化生产响应市场需求，生产过程中设备感知周围环境和生产需要，进行设备的自我调控及设备之间柔性化组合的智能化调控的智能制造。中药智能制造理论模型可通过一个四元组Q＝(V,F,P,S)表示：

V：生产过程中构成实体所有字符的集合

V＝V1∪V2。

其中，V1：加工对象的属性指标

V2：设备的工艺参数

F:生产过程中实体基本结构的操作子和实体之间关系的操作子。

F＝{k(f(x)，g(y))，f(x)，g(y)}，其中，x∈V1，y∈V2

f：加工对象属性指标的基本结构

加工对象实体:f

g：设备工艺参数的函数关系

设备实体:g

k:加工对象和设备之间的关系

k(f

P:根据上述实体和实体之间关系确定基本规则，并在此基础上进行推理演绎。

P

P

P

P

P

中药智能制造理论模型以柔性化生产和智能化设备“两化理念”为依托，坚实的理论(实体语法系统)为基础构建。该理论模型是一种具有个性化、网络化、柔性化等智能化特征的通用型制造范式，可用于模拟复杂系统的层次结构。

本发明还提供了一种中药智能服务系统数据流模型构建方法，包括以下步骤：

步骤1：获取系统中数据的集合、传感器设备的集合、数据呈现形式的集合、控制算法的集合和应用设备的集合；

步骤2：根据系统中数据的集合、传感器设备的集合、数据呈现形式的集合、控制算法的集合和应用设备的集合得到数据信息和工作单元的集合；其中，数据信息和工作单元的集合为：

V’＝V

步骤3：根据数据信息和工作单元的集合、智能服务系统工作单元基本组合模式和数据信息在工作单元柔性组合的传递模式得到中药智能服务系统工作流程的基本结构；其中，中药智能服务系统工作流程的基本结构为:

F’＝{f

步骤4：根据中药智能服务系统工作流程的基本结构得到数据信息的传递规则；

步骤5：根据数据信息在工作单元柔性组合的传递模式得到数据信息在工作单元的初始条件；

步骤6：根据数据信息和工作单元的集合、中药智能服务系统工作流程的基本结构、数据信息的传递规则和数据信息在工作单元的初始条件得到中药智能服务系统数据流模型，其中中药智能服务系统数据流模型为：Q’＝(V’,F’,P’,S’)，其中，V’表示数据信息和工作单元的集合,F’表示中药智能服务系统工作流程的基本结构,P’表示数据信息的传递规则,S’表示数据信息在工作单元的初始条件。

下面结合具体的实施方式对本发明的中药智能服务系统数据流模型作进一步说明：

数据传递是系统构建的核心。本发明基于中药智能制造理论模型详细分析数据流在中药智能服务系统的逻辑框架，为中药智能服务平台方案的设计和实现奠定基础。中药智能服务系统数据流逻辑框架可一个四元组表示Q’＝(V’,F’,P’,S’)

(1)V’＝V

(2)F’＝{f

f

g

(3)

P’为数据信息的传递规则，传感器(b

(4)S’∈(s

V’为中药智能服务系统中的基本对象，即系统中数据信息和工作单元的集合。V

F’为中药智能服务系统工作流程的基本结构。f

S’为数据信息在工作单元的初始条件，由m个元素s组成,s应与a同源,为数据信息在工作单元中的传递组合模式，S’∈(s

本发明中药智能制造理论模型(TMIM)主要是针对中药智能制造发展过程中缺乏理论指导而提出的一系列问题。TMIM的核心特征是在坚实的理论基础-实体语法体系和现代科学技术的支持下，追求智能化、网络化和柔性化。通用智能制造范式TMIM可以模拟智能系统中的复杂结构，特别是可以指导智能系统的构建。因此，本发明利用TMIM模拟智能平台的数据框架系统，详细客观地描绘数据与各个单元的组合与传输，有利于理解平台系统的逻辑关系，以及后期的数字化编程。

为了实现中医药全产业链设备的实时监控、信息沟通和智能调度，促进中医药产业的现代化，本发明设计了中医药智能服务平台(TCM-ISP)。数据流是指平台各单元之间的数据传输。在构建中药智能服务平台(TCM-ISP)的初期，以TMIM为基础，建立了平台的数据流框架体系。虽然中医药行业各环节的目的、方式、影响因素不同，但数据传输规则基本一致。构建数据流框架体系有利于明确各单位之间的数据传输规则，梳理各单位数据操作的逻辑关系，建立TCM-ISP。

TCM-ISP的成功建立离不开现代科学技术的支持。无线通信、云计算、传感器等新一代信息技术保证了TCM-ISP的网络化、智能化运行。但由于各环节的传感设备和通信协议不同，平台系统很难实现统一调度或根据需求完成灵活配置。为了解决灵活配置或调度的问题，本发明提出了Raspberry Pi与传感器模块分离的模块化设计思想。在模块化设计理念的前提下，采用CH340USB-TTL和TTL-RS485设计板卡之间的统一接口，支持热插拔模式。在热插拔模式下，无需重新设计整个监控前端，就可以轻松开发新的传感器板卡。

中药智能服务平台(TCM-ISP)是基于中药智能制造理论模型(TMIM)和中药智能服务系统数据流模型建立的。中药-ISP是一个动态的移动通用服务平台，用户可以在局域网上与网络应用进行交互，也可以从互联网上的任何终端登录到网络界面进行访问。管理者不仅可以在TCM-ISP上轻松部署多监控应用，还可以根据需求增加传感器和应用设备。TCM-ISP有效地克服了现有平台的主要弊端，即服务的局限性、静态配置，难以适应中药产业链各环节信息的多样性、集成性、交互性和整体规划。另外，平台的监测点采用模块化分离、热插拔统一接口的模式，为用户提供灵活、可扩展的传感器接入点。

本发明公开了一种中药智能服务系统及其模型构建方法，本发明的一种中药智能服务系统，包括：中控单元、数据采集单元和设备单元，中控单元分别与数据采集单元和设备单元连接，用于产生控制算法，并利用控制算法和环境监测数据控制设备单元处理中药。本发明利用中控单元控制数据采集单元和设备单元处理中药，可以使用户实时监测和管理中药，并且可以减少现场工作人员的数量，帮助中药运营公司降低人力成本。

本发明还提供了一种中药智能制造理论模型构建方法，通过中药生产过程中构成实体所有字符的集合、生产过程中实体基本结构的操作子和实体之间关系的操作子、中药制造的推理规则以及产品生产过程最初始条件得到中药智能制造理论模型，将柔性化生产与智能化中药加工设备相结合，利用生产过程中传感器感知周围环境和生产需要，进行中药制造设备的自我调控，实现了中药制造设备之间柔性化组合的智能化调控的中药制造。

本发明还提供了一种中药智能服务系统数据流模型构建方法，通过数据信息和工作单元的集合、中药智能服务系统工作流程的基本结构、数据信息的传递规则和数据信息在工作单元的初始条件得到中药智能服务系统数据流模型，将生产与中药加工过程中传感器和中药制造设备的参数相结合，进行传感器和中药制造设备的自我调控，实现了中药制造设备和数据采集单元之间数据流的协调传递。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。