CN110784398A - 一种工业物联网加工设备数据采集网关以及数据分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于通讯技术领域；本发明还公开了一种工业物联网加工设备数据采集网关以及数据分析方法，包括网关、安装后台管理系统的主机、PAAS平台服务器、安装三方系统的主机、数据中台服务器和SAAS平台服务器，采集网关与机床通过网线进行连接，且安装后台管理系统的主机接口连接采集网关实现采集网关的管理；采集的大数据量汇聚一起上传PAAS平台服务器配合三方系统进行云端融合计算，数据处理性能提升；将展示加工设备的实时状态改进为展示加工设备的加工流程数据，统计各时间段的详细操作，给工厂企业带来降本增效；真实加工设备数据与工厂企业现有三方系统进行数据糅合，生成加工过程画像，直观展示。

Description

一种工业物联网加工设备数据采集网关以及数据分析方法
技术领域
本发明属于通讯技术领域，具体涉及一种工业物联网加工设备数据采集网关以及数据分析方法。
背景技术
现有的智慧工厂物联网运行模式，通过服务器直连加工设备，采集加工设备状态数据，直接进行展示。展示完后本地存储一小段时间后，清除该数据。
该模式在实际应用过程中，存在以下缺点：
1、采集数据种类少，仅采集加工设备状态属性；
2、局限于服务器性能，无法做长时间大数据量汇聚一起融合计算；
3、展示加工设备的实时状态，对于工厂企业的价值不大，无法明显给工厂企业带来降本增效的成果；
4、传统本地部署方式，带来很高的实施成本，且系统接入设备越来越多后，系统的计算会越来越慢，处理时间变得越来越长；
5、真实加工设备数据，无法与工厂企业现有三方系统，例如ERP、MES等产生关系；
6、加工设备数据，采集上来展示途径单一，仅以大屏的方式展示设备的各种实时状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工业物联网加工设备数据采集网关以及数据分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供的一种工业物联网加工设备数据采集网关，具有数据采集量丰富和采集网关搭建便利的特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种工业物联网加工设备数据采集网关，包括网关、安装后台管理系统的主机、PAAS平台服务器、安装三方系统的主机、数据中台服务器和SAAS平台服务器，采集网关与机床通过网线进行连接，且安装后台管理系统的主机接口连接采集网关实现采集网关的管理，后台管理系统内置具有ID的网关与采集网关匹配绑定，从而实现系统与采集网关的一对一管理。
在本发明中进一步地，所述后台管理系统可管理网关采集的程序，通过预先录入采集程序，其中包括采集程序的名称、选择网络协议(MQTT或COAP等)、选择数据格式(json或XML或二进制)、上传采集程序文件、输入采集程序的作者等进行保存，系统可主动维护采集程序固件对应的采集网关关系，灵活调配采集网关对应需要采集的设备，采集网关。
在本发明中进一步地，所述后台管理系统连接采集网关录入设备ID、设备别名、设备型号、设备类型、轴数、设备IP等信息进行保存，采集网关通过网关的协议采集程序、网络协议、数据格式对设备数据进行采集程序下发。
在本发明中进一步地，所述后台管理系统通过网线连接PAAS平台服务器，采集网关采集的数据通过网线上传至PAAS平台；
PAAS平台通过IoT管道实现机床的多协议适配；
PAAS平台通过API服务实现对管道的操作；
使用IDM进行权限的控制保证用户上传数据的安全性；
IoT管道提供可对传输的管道进行启停或者上传数据字段的管理等操作，对采集成功的数据进行实时计算；
IDM通过用户的不同层级来管控功能和数据的权限，保证数据的不丢失与权限数据的管控，实现数据的安全性；
实时计算数据完成后，通过数据路由存储到数据湖泊中。
在本发明中进一步地，所述三方系统集成设备采集的实时数据、集成现有的ERP数据(ETL抽取，API同步等方式)、集成现有的MES数据(ETL抽取，API同步等方式)、集成现有的WMS/OA数据(ETL抽取，API同步等方式)，对数据可进行糅合、清洗、血缘分析和计算，形成生产加工过程的画像。
在本发明中进一步地，所述三方系统通过网线连接至数据中台服务器，通过数据湖泊中的数据，可将数据在数据中台进行对外输出，输出方式有以下几种：自定义BI报表、提供多种维度的API微服务、提供分布式的PAAS平台。
在本发明中进一步地，所述SAAS平台连接三方系统，从而接收三方系统提供的数据，搭建报表中心、事件中心和应用中心(点检、工单、生产追踪)。
所述PAAS平台提供分布式功能：
通过HTML进行自定义的PC界面或大屏界面展示；
通过后端node服务，对数据中台的微服务进行组合以及封装、包装，亦可提供多种前端展示途径，如微信端、PC端、APP、ETC等等。
在本发明中，还提供一种数据分析方法，包括以下步骤：
步骤一、采集网关与机床通过网线进行连接，且安装后台管理系统的主机接口连接采集网关实现采集网关的管理，后台管理系统内置具有ID的网关与采集网关匹配绑定，从而实现系统与采集网关的一对一管理；
步骤二、后台管理系统管理网关采集的程序，通过预先录入采集程序，其中包括采集程序的名称、选择网络协议(MQTT或COAP等)、选择数据格式(json或XML或二进制)、上传采集程序文件、输入采集程序的作者等进行保存，系统可主动维护采集程序固件对应的采集网关关系，灵活调配采集网关对应需要采集的设备，软件平台的设备信息创建成功，录入设备ID、设备别名、设备型号、设备类型、轴数、设备IP等信息进行保存，在网关管理页面将分配好的采集网关与预先创建成功的设备进行绑定，即可通过网关的协议采集程序、网络协议、数据格式对设备数据进行采集程序下发；
步骤三、采集网关采集数据成功后通过后台管理系统连接的PAAS平台进行采集数据的上传，PAAS平台对采集数据进行数据处理后，通过数据路由存储至数据湖泊；
步骤四、在数据湖泊中，集成设备采集的实时数据、集成三方系统内现有的ERP数据(ETL抽取，API同步等方式)、集成现有的MES数据(ETL抽取，API同步等方式)、集成现有的WMS/OA数据(ETL抽取，API同步等方式)，对数据可进行糅合、清洗、血缘分析和计算，形成生产加工过程的画像；
步骤五、通过数据湖泊中的数据，可将数据在数据中台进行对外输出，输出为自定义BI报表和提供多种维度的API微服务。
在本发明中进一步地，所述的数据分析方法，加工设备数据汇聚数据湖泊分析方法基于网关、安装后台管理系统的主机、PAAS平台服务器、安装三方系统的主机、数据中台服务器和SAAS平台服务器，各硬件之间通过网线进行数据传输，网线基于运营商提供的网络。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少是：
1、采集网关搭建便捷，且配合后台管理系统可搭建多种采集网关，采集数据种类多，采集加工设备各项状态属性；
2、采集的大数据量汇聚一起上传PAAS平台服务器配合三方系统进行云端融合计算，数据处理性能提升；
3、将展示加工设备的实时状态改进为展示加工设备的加工流程数据，统计各时间段的详细操作，提升对工厂企业的价值，给工厂企业带来降本增效；
4、将传统本地部署方式改进为云端储存，降低实施成本，且系统接入设备量提升后，系统的计算不受影响；
5、真实加工设备数据与工厂企业现有三方系统，例如ERP、MES等产生关系，进行数据糅合，生成加工过程画像，直观展示；
6、加工设备数据通过PAAS平台分布展示，采集数据展示途径丰富，可通过HTML进行自定义的PC界面或大屏界面展示和通过后端node服务，对数据中台的微服务进行组合以及封装、包装，亦可提供多种前端展示途径，如微信端、PC端、APP、ETC等。
附图说明
图1为本发明的工业物联网智慧工厂流程示意图；
图2为本发明的工业物联网采集网关与云平台的交互示意图；
图3为本发明的PAAS平台物联网流程示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1-3，本发明提供以下技术方案：一种工业物联网加工设备数据采集网关，包括网关、安装后台管理系统的主机、PAAS平台服务器、安装三方系统的主机、数据中台服务器和SAAS平台服务器，采集网关与机床通过网线进行连接，且安装后台管理系统的主机接口连接采集网关实现采集网关的管理，后台管理系统内置具有ID的网关与采集网关匹配绑定，从而实现系统与采集网关的一对一管理，后台管理系统可管理网关采集的程序，通过预先录入采集程序，其中包括采集程序的名称、选择网络协议(MQTT或COAP等)、选择数据格式(json或XML或二进制)、上传采集程序文件、输入采集程序的作者等进行保存，系统可主动维护采集程序固件对应的采集网关关系，灵活调配采集网关对应需要采集的设备，采集网关。
需要说明的是：后台管理系统连接采集网关录入设备ID、设备别名、设备型号、设备类型、轴数、设备IP等信息进行保存，采集网关通过网关的协议采集程序、网络协议、数据格式对设备数据进行采集程序下发。
本实施例中：后台管理系统中的网关有ID作为唯一标识与硬件网关的程序进行绑定，则可实现系统与实物网关的一对一管理，采集网关创建成功后分配给相应的企业，实现采集网关与采集设备通过平台/系统提供的业务操作逻辑进行解耦，无需针对特定的采集设备挑选特定的采集网关，也可方便的对采集网关进行批量的升级和问题排查；
后台管理系统中也可管理网关采集的程序，通过预先录入采集程序，其中包括采集程序的名称、选择网络协议(MQTT或COAP等)、选择数据格式(json或XML或二进制)、上传采集程序文件、输入采集程序的作者等进行保存，系统可主动维护采集程序固件对应的采集网关关系，灵活调配采集网关对应需要采集的设备；
软件平台的设备信息创建成功，录入设备ID、设备别名、设备型号、设备类型、轴数、设备IP等信息进行保存，在网关管理页面将分配好的采集网关与预先创建成功的设备进行绑定，即可通过网关的协议采集程序、网络协议、数据格式对设备数据进行采集程序下发。
请参阅图3，后台管理系统通过网线连接PAAS平台服务器，采集网关采集的数据通过网线上传至PAAS平台。；
进一步的：
PAAS平台通过IoT管道实现机床的多协议适配；
PAAS平台通过API服务实现对管道的操作；
使用IDM进行权限的控制保证用户上传数据的安全性；
IoT管道提供可对传输的管道进行启停或者上传数据字段的管理等操作，对采集成功的数据进行实时计算，从而实现实时事件监控、实时采集设备状态以及各时间段内的设备信息、实时统计设备生产的产量数据和实时统计设备的告警情况；
其中现实时事件监控：根据已采集上来的数据项(例如告警代码、设备状态、主轴倍率等)或者一段时间的计算结果(例如设备空闲时长、设备稼动率、网关脱机时长等)数据进行条件的判断，达到一定的条件(例如设备空闲时长大于10分钟、设备稼动率小于40％、告警代码等于100001等)后触发生成短信或者直接生成工单等，其中还有部分数据(例如网关初始化时上传的为0数据)是无效或者影响正常使用的，则可以直接将部分所采集上来的数据进行过滤；
其中实时采集设备状态以及各时间段内的设备信息：对设备的运行情况一目了然，且可统计出当天的设备运行状态占比和数据采集数据的展示；
其中实时统计设备生产的产量数据：(对所采集的产量计数进行校验、累加、重置计算)，直观统计设备所加工的产量数据，可以直观的查看到哪台设备加工产量较多，也可提醒管理员对产量少的设备原因分析或者故障诊断，以此提高设备的产量生产，进而提高企业的生产效率等；
其中实时统计设备的告警情况(各个告警代码的持续时长以及出现次数)：快速了解设备告警详情，便可对于设备的异常情况对症下药，快速找到解决方法。
进一步的：IDM通过用户的不同层级来管控功能和数据的权限，保证数据的不丢失与权限数据的管控，实现数据的安全性；
请参阅图1和图2，实时计算数据完成后，通过数据路由存储到数据湖泊中，三方系统集成设备采集的实时数据、集成现有的ERP数据(ETL抽取，API同步等方式)、集成现有的MES数据(ETL抽取，API同步等方式)、集成现有的WMS/OA数据(ETL抽取，API同步等方式)，对数据可进行糅合、清洗、血缘分析和计算，形成生产加工过程的画像。
作为三方系统采集记录示例：
1、ERP系统中，负责员工排班、人员信息、设备加工信息、订单信息和物料录入等；
2、MES系统中，负责设备信息、人员的加工时长、加工产量、以及相关的过程信息等；
3、WMS系统中，负责订单信息、物料、成品等库存信息数据等；
4、OA系统中，负责人员的基本信息等；
5、机联网系统中，负责采集设备的真实数据信息等。
需要说明的是：针对上述各系统中的数据糅合，可得知一位员工在什么设备上，操作了什么订单，使用了什么物料，加工的物件产量以及加工的良品与不良品等情况，对人进行绩效的评分，形成以人维度的加工过程画像；
一台设备加工了什么订单、有哪些人操作过、设备的产量、良品与不良品数量、设备的运行情况等，对设备进行评审打分，形成以设备维度的加工过程画像；使用户得知员工、设备的详细工作信息。
请参阅图1、SAAS平台连接三方系统，从而接收三方系统提供的数据，搭建报表中心、事件中心和应用中心(点检、工单、生产追踪)，机床物联网数据作用是将ERP、MES、WMS、OA等数据进行核对组成数据湖泊，对不良品的加工件提供设备真实加工过程中的数据进行集中，以便对影响加工生产的数据进行分析三方系统通过网线连接至数据中台服务器，通过数据湖泊中的数据，可将数据在数据中台进行对外输出，输出方式有以下几种：自定义BI报表、提供多种维度的API微服务、提供分布式的PAAS平台，
其中自定义BI报表可直接通过数据湖泊的计算结果存储到数据库，通过BI工具可以使用户自定义感兴趣的数据进行报表的展示，快速便捷实现企业的报表需求；
其中多种维度的API微服务包括：
1、设备工单：当设备发生故障需要维修的一系列相关流程，比如工单生成-员工派单-工单跟进-工单验证、总结等等，以及生成的工单完成率报表和设备机损时间记录；
2、设备点检：针对设备进行定时的检查记录检查结果以及点检完成率报表和员工完成率报表统计；
3、生产追踪：记录企业接收订单到排生产计划，以及员工生产操作等，最终生成相关的报表，比如批次加工详情，质检结果统计等。
在一个可选的实施例中，PAAS平台提供分布式功能：
通过HTML进行自定义的PC界面或大屏界面展示；
通过后端node服务，对数据中台的微服务进行组合以及封装、包装，亦可提供多种前端展示途径，如微信端、PC端、APP、ETC等等。
在本发明实施例中，还提供一种数据分析方法，包括以下步骤：
步骤一、采集网关与机床通过网线进行连接，且安装后台管理系统的主机接口连接采集网关实现采集网关的管理，后台管理系统内置具有ID的网关与采集网关匹配绑定，从而实现系统与采集网关的一对一管理；
步骤二、后台管理系统管理网关采集的程序，通过预先录入采集程序，其中包括采集程序的名称、选择网络协议(MQTT或COAP等)、选择数据格式(json或XML或二进制)、上传采集程序文件、输入采集程序的作者等进行保存，系统可主动维护采集程序固件对应的采集网关关系，灵活调配采集网关对应需要采集的设备，软件平台的设备信息创建成功，录入设备ID、设备别名、设备型号、设备类型、轴数、设备IP等信息进行保存，在网关管理页面将分配好的采集网关与预先创建成功的设备进行绑定，即可通过网关的协议采集程序、网络协议、数据格式对设备数据进行采集程序下发；
步骤三、采集网关采集数据成功后通过后台管理系统连接的PAAS平台进行采集数据的上传，PAAS平台对采集数据进行数据处理后，通过数据路由存储至数据湖泊；
步骤四、在数据湖泊中，集成设备采集的实时数据、集成三方系统内现有的ERP数据(ETL抽取，API同步等方式)、集成现有的MES数据(ETL抽取，API同步等方式)、集成现有的WMS/OA数据(ETL抽取，API同步等方式)，对数据可进行糅合、清洗、血缘分析和计算，形成生产加工过程的画像；
步骤五、通过数据湖泊中的数据，可将数据在数据中台进行对外输出，输出为自定义BI报表和提供多种维度的API微服务。
加工设备数据汇聚数据湖泊分析方法基于网关、安装后台管理系统的主机、PAAS平台服务器、安装三方系统的主机、数据中台服务器和SAAS平台服务器，各硬件之间通过网线进行数据传输，网线基于运营商提供的网络。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种工业物联网加工设备数据采集网关，其特征在于：包括网关、安装后台管理系统的主机、PAAS平台服务器、安装三方系统的主机、数据中台服务器和SAAS平台服务器，采集网关与机床通过网线进行连接，且安装后台管理系统的主机接口连接采集网关实现采集网关的管理，后台管理系统内置具有ID的网关与采集网关匹配绑定，从而实现系统与采集网关的一对一管理。
2.根据权利要求1所述的一种工业物联网加工设备数据采集网关，其特征在于：所述后台管理系统可管理网关采集的程序，通过预先录入采集程序，其中包括采集程序的名称、选择网络协议(MQTT或COAP等)、选择数据格式(json或XML或二进制)、上传采集程序文件、输入采集程序的作者等进行保存，系统可主动维护采集程序固件对应的采集网关关系，灵活调配采集网关对应需要采集的设备，采集网关。
3.根据权利要求2所述的一种工业物联网加工设备数据采集网关，其特征在于：所述后台管理系统连接采集网关录入设备ID、设备别名、设备型号、设备类型、轴数、设备IP信息进行保存，采集网关通过网关的协议采集程序、网络协议、数据格式对设备数据进行采集程序下发。
4.根据权利要求3所述的一种工业物联网加工设备数据采集网关，其特征在于：所述后台管理系统通过网线连接PAAS平台服务器，采集网关采集的数据通过网线上传至PAAS平台；
PAAS平台通过IoT管道实现机床的多协议适配；
PAAS平台通过API服务实现对管道的操作；
使用IDM进行权限的控制保证用户上传数据的安全性；
IoT管道提供可对传输的管道进行启停或者上传数据字段的管理等操作，对采集成功的数据进行实时计算；
IDM通过用户的不同层级来管控功能和数据的权限，保证数据的不丢失与权限数据的管控，实现数据的安全性；
实时计算数据完成后，通过数据路由存储到数据湖泊中。
5.根据权利要求4所述的一种工业物联网加工设备数据采集网关，其特征在于：所述三方系统集成设备采集的实时数据、集成现有的ERP数据、集成现有的MES数据、集成现有的WMS/OA数据，对数据可进行糅合、清洗、血缘分析和计算，形成生产加工过程的画像。
6.根据权利要求5所述的一种工业物联网加工设备数据采集网关，其特征在于：所述三方系统通过网线连接至数据中台服务器，通过数据湖泊中的数据，可将数据在数据中台进行对外输出，输出方式包括：自定义BI报表、提供多种维度的API微服务、提供分布式的PAAS平台。
7.根据权利要求6所述的一种工业物联网加工设备数据采集网关，其特征在于：所述SAAS平台连接三方系统，从而接收三方系统提供的数据，搭建报表中心、事件中心和应用中心。
8.根据权利要求7所述的一种工业物联网加工设备数据采集网关，其特征在于：所述PAAS平台提供分布式功能：
通过HTML进行自定义的PC界面或大屏界面展示；
通过后端node服务，对数据中台的微服务进行组合以及封装、包装，亦可提供多种前端展示途径，包括微信端、PC端、APP或ETC中的一种或多种。
9.一种针对权利要求1-8任一项所述的工业物联网加工设备数据采集网关的数据分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采集网关与机床通过网线进行连接，且安装后台管理系统的主机接口连接采集网关实现采集网关的管理，后台管理系统内置具有ID的网关与采集网关匹配绑定，从而实现系统与采集网关的一对一管理；
步骤二、后台管理系统管理网关采集的程序，通过预先录入采集程序，其中包括采集程序的名称、选择网络协议、选择数据格式、上传采集程序文件、输入采集程序的作者进行保存，系统可主动维护采集程序固件对应的采集网关关系，灵活调配采集网关对应需要采集的设备，软件平台的设备信息创建成功，录入设备ID、设备别名、设备型号、设备类型、轴数、设备IP信息进行保存，在网关管理页面将分配好的采集网关与预先创建成功的设备进行绑定，即可通过网关的协议采集程序、网络协议、数据格式对设备数据进行采集程序下发；
步骤三、采集网关采集数据成功后通过后台管理系统连接的PAAS平台进行采集数据的上传，PAAS平台对采集数据进行数据处理后，通过数据路由存储至数据湖泊；
步骤四、在数据湖泊中，集成设备采集的实时数据、集成三方系统内现有的ERP数据、集成现有的MES数据、集成现有的WMS/OA数据，对数据可进行糅合、清洗、血缘分析和计算，形成生产加工过程的画像；
步骤五、通过数据湖泊中的数据，可将数据在数据中台进行对外输出，输出为自定义BI报表和提供多种维度的API微服务。
10.根据权利要求9所述的数据分析方法，其特征在于：加工设备数据汇聚数据湖泊分析方法基于网关、安装后台管理系统的主机、PAAS平台服务器、安装三方系统的主机、数据中台服务器和SAAS平台服务器，各硬件之间通过网线进行数据传输，网线基于运营商提供的网络。
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