对来自至少一台计算机数控机器或工业机器人的进程相关的大量数据进行数据采集和预处理的客户端装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种客户端装置(1)和一种系统(100)，用于对来自至少一台计算机数控机器(10)或一个工业机器人的进程相关的大量数据进行数据采集和预处理，以及用于发送所述进程相关数据到至少一个数据接收器(20)，例如到一个云服务器；所述客户端装置(1)包括连接到所述计算机数控机器(10)或工业机器人的至少一个控制器(11)的至少一个第一数据通信接口(2)，用于经由至少一个实时数据信道(7)连续地记录硬实时进程相关数据，并用于经由至少一个非实时数据信道(8)记录非实时进程相关数据的相关数据。所述客户端装置(1)还包括至少一个数据处理单元(5)，用于至少将所述记录的非实时数据映射到所述记录的硬实时数据，以聚合一情境化进程相关数据组。此外，所述客户端装置(1)包括至少一个第二数据接口(3)，用于将所述一情境化进程相关数据组传送给所述数据接收器(20)，以及用于与所述数据接收器(20)的进一步数据通信。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对来自至少一台计算机数控机器或工业机器人的进程相关的大量数据进行数据采集和预处理的客户端装置
本专利技术涉及一种客户端装置，用于对来自至少一台计算机数控机器或一台工业机器人的进程相关的大量数据进行数据采集和预处理，以及用于发送所述进程相关数据到至少一个数据接收器，特别是到一个云平台，用于通过实施/运行在其上的软件应用实现数据分析。
技术介绍
大数据分析通常是指收集、组织和分析大量数据集以发现模式和其它有用信息的过程。沿着这条线，大数据分析有助于更好地了解数据中包含的信息，还可帮助确定对业务和未来业务决策最重要的数据。在这种情况下，工业制造系统，例如计算机数控机器，特别是其控制器、其电驱动和机器嵌入式测量装置，所产生的大量的进程相关数据注定应用到制造系统和过程的一个广泛分析。使用适当的软件应用对这些数据的评估、分析和测量可方便诊断制造过程的工件质量、进程质量或产品潜力。例如，显示和评估持续监测的进程变量的关系，例如一台计算机数控机器的激光输出和进给速度或工具转速和进给速度，可方便推断出关于进程质量、制造公差等的结论。同样地，所述工具路径的分析可方便与工件质量相关的描述。为了使分析尽可准确和有意义，许多这些应用需要大量的实时数据，优选完全表征要尽可能详细分析的制造系统或进程。到目前为止，对这种工业数据的访问通常仅限于有限的数据量，不允许如上所述应用任何详细设计的应用程序。此外，数据访问通常仅限于与生成数据的工业控制器共享一个普通网络的应用程序和装置。这些限制的主要原因是大多数工业制造系统的性质，例如计算机数控机器或工业机器人，由所谓的嵌入式系统控制。嵌入式系统是具有专用功能的计算机系统，用于大量应用领域，例如航空航天、汽车、能源生成和传输以及加工工业。在所有这些细分领域，嵌入式系统的主要任务是控制实时进程。为了执行这个控制任务，嵌入式系统正在从正在进行进程中读取数据，并高频率地比较指令数据和实际数据之间的差异。如果差异高于定义的值，则系统计算新的指令/期望值，以便将进程保持在定义的状态。相比之下，与进程控制相比，大数据情境下的数据分析的要求是完全不同的。特别是，根据分析应用程序，大数据应用程序需要从正在运行的进程中记录大量数据。这些大量数据需要由强大的数据库管理。为此，大数据通常需要卓越技术和高计算资源才能在容忍的流逝时间内高效地处理这些大量数据。因此，大多数大数据应用程序都运行在所谓的计算云平台上，大量数据传输到计算云平台上用于高性能分析。除此之外，云平台方便多个用户以及多个应用程序同时实现数据访问。然而，在用于大数据记录以在大数据情境下执行数据分析应用方面，当今的嵌入式系统存在许多缺陷。目前嵌入式系统不能提供足够的计算资源，用于额外记录大多数大数据应用所需的大量数据量。特别是，嵌入式系统的计算能力、存储容量和通信带宽被限制在实际的控制任务上。如果要求嵌入式系统额外读取并记录大量数据，系统将失去确定性进程控制的能力。首先，处理器将通过读取和记录大量数据而过载；其次，本地存储器将不足；最后，系统的通信带宽不足以将大量数据传送到一个数据接收器，例如通过互联网的一个云平台。除此之外，两个系统，一方是嵌入式系统和另一方是云计算平台，是完全不同的IT系统，它们历来是完全单独开发的，每个都基于自己的方法和技术。嵌入式系统旨在控制进程，而不是为大数据分析而收集和提供大量数据。此外，嵌入式系统本质上仍然是专有的，因此大多数接口也是如此。与大多数大数据应用程序所要求的在一个层次上与一个数据接收器的通信在技术上是不可行的，没有任何桥接技术。特别是，两个系统都受到不同的时间制度的限制。用于控制任务的嵌入式系统需要硬实时计算，这需要在规定的时间限制内保证严格的响应，通常在几毫秒到亚毫秒范围内的时间尺度上。相比之下，云计算平台属于非实时网络通信的方式，其特征是数据包的重复传输。因此，集成在内部工厂网络中的大多数嵌入式系统不能通过互联网实现通信，因为它们的通信基础设施仅用于内部通信。另外，嵌入式系统和云平台系统的安全要求和安全手段有很大的不同。特别是，网络安全在行业内获得了更高的优先级。通过研究将网络安全实施到计算机系统中的方法和进程，需要指出的是，大多数网络安全进程无法实施到嵌入式系统中，因为安全进程的动作将影响嵌入式系统的完整性。此外，大多数嵌入式系统缺乏可更新性，即更新能力，这与任何合理的网络安全概念相矛盾。除此之外，许多用于分析工业制造系统的应用程序，例如计算机数控机器的进程和生产率分析的应用程序想要比计算机数控机器的控制器更多的数据。例如，大数据应用程序肯能需要计算一台计算机数控铣床的平均生产率，然而根据当今计算机数控控制器可访问的传感器数据，这是无法计算的。对于该具体应用，需要关于铣削力的数据，以确定铣床的利用生产率。然而，为了在当今的系列生产中控制铣床，计算机数控机器的控制器即不测量也不考虑铣削力。由于这些原因，当今的计算机数控机器或工业机器人控制器由于其计算资源有限，所以能够向数据接收器提供进程相关的大量数据的能力有限。截至今天，可提供的数据仅反映制造过程的选定方面和有限的时间序列，通常约为十秒左右。然而，反映完整制造过程的大量数据无法获得。现在的解决方案试图扩展现有控制器的功能，以部分覆盖基于云的大数据应用所需的功能。然而，由于这些解决方案保留在专有软件和硬件的边界之内，因此无法在更广阔意义上解决问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是弥合高度专有的工业制造系统与大数据分析系统之间的间隙。特别是，本专利技术的目的是提供用一种装置，用于对来自至少一台计算机数控机器或一个工业机器人的进程相关的大量数据进行数据采集和预处理，以及用于发送所述进程相关数据到至少一个数据接收器，特别是一个云平台或者云服务器，用于在其上执行的软件应用程序进行数据分析。根据本专利技术，该目的通过根据权利要求1的客户端装置以及根据权利要求15的系统来实现。计算机数控机器或工业机器人的制造过程数据分析的许多新建议，例如计算机数控机器的进程质量或生产率分析应用，都依赖于广泛的进程相关大量数据的可用性，这些数据优选地尽可详细地描述和反映了完整的制造过程，通常来自制造系统的不同来源。一方面，这些与进程相关的大量数据包括硬实时数据，因为计算机数控机器和工业机器人被称为实时系统。根据定义，实时系统允许通过足够快地接收数据、处理数据、控制环境，并且返回结果来影响当时的环境，其必须在严格的期限内对事件作出反应。对于一台计算机数控机器，硬实时进程相关数据可包括，例如一个加工工具的工具路径参数，例如关于一台计算机数控机器的特定线性或旋转驱动轴的指令和实际位置、速度、加速度、冲击、转矩、驱动力、驱动电流。通常，这些硬实时数据仅存在于特定时间，并被下一个控制器周期的新值所替代。另一方面，许多提出的分析应用程序还需要非实时数据，例如数控程序代码和/或数控程序配置数据、机器配置数据、驱动器配置数据、控制器配置数据和加工工具的配置数据，特别是加工几何和加工特性，例如材料去除特性。在第一种情况下，这些实时和非实时进程数据通常来自计算机数控机器或工业机器人的控制器。然而，一些数据也可从计算机数控机器或机器人的电驱动和致动器/电动机或从机器内置的测量装置直接接收。根据本专利技术，已经认本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种客户端装置(1)，用于对来自至少一台计算机数控机器(10)或一台工业机器人的进程相关的大量数据进行数据采集和预处理，以及用于发送所述进程相关数据到至少一个数据接收器(20)，例如一个云服务器，所述客户端装置(1)包括：连接到所述计算机数控机器(10)或工业机器人的至少一个控制器(11)的至少一个第一数据通信接口(2)，用于经由至少一个实时数据信道(7)连续地记录硬实时进程相关数据，并用于经由至少一个非实时数据信道(8)记录非实时进程相关数据；至少一个数据处理单元(5)，用于至少将所述记录的非实时数据映射到所述记录的硬实时数据，以聚合一情境化进程相关数据组；至少一个第二数据接口(3)，用于将所述情境化进程相关数据组传送给所述数据接收器(20)，以及用于与所述数据接收器(20)的进一步数据通信。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.31 US 62/073,3981.一种客户端装置(1)，用于对来自至少一台计算机数控机器(10)或一台工业机器人的进程相关的大量数据进行数据采集和预处理，以及用于发送所述进程相关数据到至少一个数据接收器(20)，例如一个云服务器，所述客户端装置(1)包括：连接到所述计算机数控机器(10)或工业机器人的至少一个控制器(11)的至少一个第一数据通信接口(2)，用于经由至少一个实时数据信道(7)连续地记录硬实时进程相关数据，并用于经由至少一个非实时数据信道(8)记录非实时进程相关数据；至少一个数据处理单元(5)，用于至少将所述记录的非实时数据映射到所述记录的硬实时数据，以聚合一情境化进程相关数据组；至少一个第二数据接口(3)，用于将所述情境化进程相关数据组传送给所述数据接收器(20)，以及用于与所述数据接收器(20)的进一步数据通信。2.根据权利要求1所述的客户端装置(1)，还包括连到至少一个外部感测装置(30)和/或连接到至少一个外围装置(14.1，15.1)--例如所述计算机数控机器(10)或工业机器人的致动器、电驱动或机器嵌入式测量装置--的至少一个另外数据接口(4)，用于直接且连续地记录绕过所述计算机数控机器(10)或工业机器人的所述控制器(11)的硬实时进程相关数据，其中所述至少一个另外数据接口(4)优选地包括A/D转换器、蓝牙接口、数字输入/输出接口和/或现场总线接口。3.根据权利要求2所述的客户端装置(1)，其特征在于：至少一个数据处理单元(5)被配置用于将经由所述另外数据接口(4)记录的所述硬实时进程相关数据映射到经由所述第一数据接口(2)记录的所述硬实时和非实时进程相关数据，以聚合一情境化进程相关数据组。4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的客户端装置(1)，其特征在于：所述客户端装置(1)被配置为采集并记录硬实时进程相关数据，其采样率根据所述计算机数控机器(10)或工业机器人的所述控制器(11)的最低回路时间水平，特别是在所述控制器(11)包括几个子控制器的情况下，根据最快子控制器的最低回路时间水平，最优选地根据所述计算机数控机器(10)或工业机器人的位置回路控制器的所述回路时间水平。5.根据前述权利要求中的任意一项所述的客户端装置(1)，其特征在于：所述客户端装置(1)被配置为至少以20Hz的采样率来采集并记录硬实时进程相关数据，特别是至少33Hz，优选至少50Hz，最优选至少100Hz。6.根据前述权利要求中的任意一项所述的客户端装置(1)，还包括存储装置(6)，用于对所述记录的硬实时进程相关数据、所述非实时进程相关数据和/或所述情境化进程相关数据组的数据进行缓存。7.根据前述权利要求中的任意一项所述的客户端装置(1)，其特征在于：所述第一数据通信接口(2)被配置用于经由包括至少所述实时数据信道(8)的所述计算机数控机器(10)或工业机器人的一个现场总线(12)进行数据通信。8.根据前述权利要求中的任意一项所述的客户端装置(1)，其特征在于：所述第二数据通信接口(3)被配置用于至少部分地通过有线通信和/或无线通信与所述数据接收器(20)实现数据通信。9.根据前述权利要求中的任意一项所述的客户端装置(1)，其特征在于：所述客户端装置(1)被配置用于与所述数据接收器(20)的加密和/或压缩数据通信，特别是加密和/或压缩所述情境化进程相关数据组。10.根据前述权利要求中的任意一项所述的客户端装置(1)，其中所述客户端装置(1)被配置为以基本上100％的概率采集和记录硬实时进程相关数据。11.根据前述权利要求中的任意一项所述的客户端装置(1)，其特征在于：所述客户端装置(1)被配置为在本地执行所述情境化进程相关数据组的数据分析。12.根据前述权利要求中的任意一项所述的客户端装置(1)，其特征在于：所述客户端装置(1)被配置为经由所述第二数据通信接口(3)接收并执行来自所述数据接收器(20)的可执...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃尔克·科瑞德勒，纳特·拉杰斯，
申请(专利权)人：电子云工业四零科技公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH