CN116260848A - 一种多加工设备数据采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多加工设备数据采集系统及方法，数据采集系统包括服务器层软件系统和采集终端层软件系统，服务器层软件系统和采集终端层软件系统之间进行数据交换，服务器层软件系统包括数据库系统、后端数据分发系统和前端web展示系统，采集终端层软件系统包括数据采集系统、数据转发系统、远程运维系统和容器化管理系统。本发明解决了现有数据采集方式效果不佳的技术问题，实现了智能化、集中化采集多设备数据的技术效果。

Description

一种多加工设备数据采集系统及方法

技术领域

本发明涉及设备数据采集技术领域，具体而言，涉及一种多加工设备数据采集系统及方法。

背景技术

随着计算机技术、通讯技术和数据分析技术的迅速发展，先进制造、智能制造等概念在制造行业的普及和实现，设备数据采集技术越来越被广大企业重视和应用。但是，工厂中各类加工设备数量和种类的增加，使得制造业企业对设备的管控越来越困难，一对一采集在工厂的实际工况下难以实现，会造成大量采集设备堆积，线路混乱，相应的生产管理策略制定也缺乏真实数据的支撑，制约了生产效率的提高。因此，提供一种智能化采集多个加工设备数据的方法尤为重要。

发明内容

本发明解决了现有数据采集方式效果不佳的技术问题，实现了智能化、集中化采集多设备数据的技术效果。

为解决上述问题，本发明提供一种多加工设备数据采集系统，包括服务器层软件系统和采集终端层软件系统，服务器层软件系统和采集终端层软件系统之间进行数据交换，服务器层软件系统包括数据库系统、后端数据分发系统和前端web展示系统，采集终端层软件系统包括数据采集系统、数据转发系统、远程运维系统和容器化管理系统；数据采集系统，用于采集多个加工设备的数据；数据转发系统，用于将数据转发至后端数据分发系统；远程运维系统，用于分析处理数据，并根据数据调整加工设备的运行状态；数据库系统，用于存储数据；后端数据分发系统，用于接收数据；前端web展示系统，用于显示后端数据分发系统接收的数据；容器化管理系统，用于将同一类型的加工设备归为同一容器，容器化部署不同种加工设备的采集程序，数据采集系统采集每个容器的数据。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：通过服务器层软件系统和采集终端层软件系统之间的数据交换，实现生产线运行状况的智能化管理，方便生产管理人员实时掌握加工设备及生产车间工作状态。尤其是容器化管理系统能够将同一类型的设备归为同一容器，容器化部署不同种加工设备的采集程序，即每个容器对应的有其特定的采集程序，数据采集系统采集每个容器的数据，则数据采集系统能够采集到不同类型加工设备的数据信息，实现一台采集设备即可采集多台、多型号、多种类加工设备的实施状态信息的效果

在本发明的一个实例中，多加工设备数据采集系统还包括加工设备控制系统，加工设备控制系统与采集终端层软件系统通信连接。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：采集终端层软件系统通过与加工设备的控制系统进行通信，进而能够实时采集加工设备状态信息，对加工设备进行集中化和智能化管理。

在本发明的一个实例中，不同的加工设备与加工设备控制系统采用不同的通信协议。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：现有采集方案大多未针对单一种类或品牌的设备（如某种机床），限制较大，不符合工厂生产实际，难以对工厂进行全方位监控。因此，通过容器化采集的方式实现一对多采集，一台采集设备采集多台加工设备，降低了部署成本。容器化采集中，每个容器可以根据加工设备不同的情况，个性化配置不同的通信协议。

在本发明的一个实例中，服务器层软件系统采用Mysql开发。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：服务器层软件系统依赖于数据库MySql的数据存储、数据读写功能，进而实现数据处理功能。

在本发明的一个实例中，数据采集系统与数据转发系统和远程运维系统通过局域网http传输数据，数据转发系统和远程运维系统与服务器层软件系统通过5G物联网卡mqtt协议发送数据。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：采集终端层软件系统包含内外双层操作系统，外层操作系统连接互联网，部署数据转发程序以及远程运维系统，通过在内层操作系统中部署不同种加工设备的采集程序，实现一台采集设备即可采集多台、多型号、多种类加工设备的实施状态信息。现有采集方案在采集时未对设备端口进行任何保护，可能受到网络攻击，威胁设备运行安全，而本申请利用两层操作系统的双网卡配置搭建局域网，将加工设备端口与互联网相隔离，杜绝了加工设备通信端口被互联网上的恶意程序攻击的可能。

在本发明的一个实例中，多加工设备数据采集系统还包括客户端软件，客户端软件是运行在不同终端上的应用软件，用于查看加工设备数据，向采集终端层软件系统发送请求，并将采集终端层软件系统发回的加工设备数据呈现在终端上。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：客户端可以是电脑端，也可以是手机端，通过内外双层操作系统的协作，使得接入的设备可随时在电脑、手机端查看其状态，大大提高了工厂数字化水平，并且一台数据采集终端可以连接工厂所有设备，使得传输效率获得极大提高，帮助企业以极低成本对各种加工设备进行集中化管理，从而提升车间的生产管理水平。

在本发明的一个实例中，数据包括：设备型号、控制系统型号、设备运行状态、主轴温度、主轴设定转速、主轴实际速度、主轴负载、伺服温度、伺服设定转速、伺服实际速度、伺服负载、当前刀具号、报警信息、加工件数、当前程序号、当前加工代码。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：通过采集加工设备的各项数据，以便对其工作状态进行更精准的分析和调控，且数据的采集过程智能化程度高。

本发明还提供一种多加工设备数据采集方法，包括以下步骤：数据采集系统实时采集加工设备的数据；数据转发系统将数据转发至后端数据分发系统；远程运维系统分析处理数据，并根据数据调整加工设备的运行状态；数据库系统实时存储数据；后端数据分发系统接收数据；前端web展示系统显示后端数据分发系统接收的数据；容器化管理系统将同一类型的加工设备归为同一容器，容器化部署不同种加工设备的采集程序，数据采集系统采集每个容器的数据。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：本发明提供的采集方法采用上述任一实例的采集系统，具有采集系统的所有有益效果，在此不再赘述。

在本发明的一个实例中，远程运维系统分析处理数据，并根据数据调整加工设备的运行状态，包括以下步骤：数据包括加工设备在某个加工时间段内的停机时间、停机次数和报警信息，远程运维系统对停机时间、停机次数和报警信息进行汇总，得到加工设备在某个加工时间段的加工总时间、停机总次数和报警总次数；根据加工总时间，得到加工设备的稼动率；根据报警总次数，得到加工设备的综合健康指数；根据稼动率和综合健康指数，调整加工设备的运行状态；其中，稼动率根据以下公式得到：稼动率=加工设备运行时间/加工总时间；单台加工设备的综合健康指数根据以下公式得到：综合健康指数=（统计周期内报警次数/统计周期内同类型加工设备的平均报警次数）×加工设备的年限系数。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：稼动率是企业管理和优化生产运营的关键指标之一，表示设备的利用效率，也是企业生产管理水平的重量衡量标准。通过稼动率和综合健康指数的监控和优化，能够判断该加工设备的运行状态，进而提高生产效率和质量，降低成本和能源消耗。

在本发明的一个实例中，多加工设备数据采集方法还包括以下步骤：客户端软件查看多个加工设备的运行状态，控制远程运维系统调整加工设备的运行状态。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：现有采集方案运维困难，加工设备一旦出现故障必须派遣专业技术人员到现场解决，造成解决问题的成本太高，时间太长。因此，本发明提供的采集方法，技术人员能够远程操控，及时对加工设备进行调控，提高工作效率。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例提供的多加工设备数据采集系统的系统示意图一；

图2为本发明实施例提供的多加工设备数据采集系统的系统示意图二；

图3为本发明实施例提供的多加工设备数据采集系统的系统示意图三。

实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本发明的具体实施例做详细的说明。

实施例

参见图1，本发明提供一种多加工设备数据采集系统，包括服务器层软件系统和采集终端层软件系统，服务器层软件系统和采集终端层软件系统之间进行数据交换，服务器层软件系统包括数据库系统、后端数据分发系统和前端web展示系统，采集终端层软件系统包括数据采集系统、数据转发系统、远程运维系统和容器化管理系统；

数据采集系统，用于采集多个加工设备的数据；

数据转发系统，用于将数据转发至后端数据分发系统；

远程运维系统，用于分析处理数据，并根据数据调整加工设备的运行状态；

数据库系统，用于存储数据；

后端数据分发系统，用于接收数据；

前端web展示系统，用于显示后端数据分发系统接收的数据；

容器化管理系统，用于将同一类型的加工设备归为同一容器，容器化部署不同种加工设备的采集程序，数据采集系统采集每个容器的数据。

具体的，通过服务器层软件系统和采集终端层软件系统之间的数据交换，实现生产线运行状况的智能化管理，方便生产管理人员实时掌握加工设备及生产车间工作状态。

优选的，容器化管理系统能够将同一类型的设备归为同一容器，容器化部署不同种加工设备的采集程序，即每个容器对应的有其特定的采集程序，数据采集系统采集每个容器的数据，则数据采集系统能够采集到不同类型加工设备的数据信息，实现一台采集设备即可采集多台、多型号、多种类加工设备的实施状态信息的效果。

进一步的，多加工设备数据采集系统还包括加工设备控制系统，加工设备控制系统与采集终端层软件系统通信连接。

具体的，采集终端层软件系统通过与加工设备的控制系统进行通信，进而能够实时采集加工设备状态信息，对加工设备进行集中化和智能化管理。

进一步的，不同的加工设备与加工设备控制系统采用不同的通信协议。

具体的，通过容器化采集的方式实现一对多采集，一台采集设备采集多台加工设备，降低了部署成本。容器化采集中，每个容器可以根据加工设备不同的情况（类型不同、型号不同），个性化配置不同的通信协议（比如西门子plc的S7、西门机床的opcua、发那科机床的focas），然后将采集到的数据通过http转mqtt的方式转发到云服务器。

进一步的，服务器层软件系统采用Mysql开发。

具体的，服务器层软件系统依赖于数据库MySql的数据存储、数据读写功能，进而实现数据处理功能。

进一步的，数据采集系统与数据转发系统和远程运维系统通过局域网http传输数据，数据转发系统和远程运维系统与服务器层软件系统通过5G物联网卡mqtt协议发送数据。

具体的，采集终端层软件系统包含内外双层操作系统，利用网络端口配置形成局域网，外层操作系统连接互联网，部署数据转发程序以及远程运维系统，而且外层操作系统部署接电自动启动、可远程登录的远程运维系统，解决了运维必须专业人员到现场导致效率低下的问题。通过在内层操作系统中容器化部署不同种加工设备的采集程序，实现一台采集设备即可采集多台、多型号、多种类加工设备的实施状态信息。并且利用两层操作系统的双网卡配置搭建局域网，内层操作系统只连接加工设备端口，将加工设备端口与互联网相隔离，杜绝了加工设备通信端口被互联网上的恶意程序攻击的可能。

参见图2，本发明提供的采集系统基于容器化管理，在内层系统中容器化部署不同种加工设备的采集程序，举例来说，容器一部署加工设备一，容器二部署加工设备二，容器三部署加工设备三，以此类推，且每个容器中可以有多个相同类型的加工设备。外层系统实现远程运维和数据转发，远程运维模块与运维人员电脑连接，数据转发模块与服务器后端连接。再参见图3，每个容器可以根据不同的加工设备，与加工设备控制系统配置不同的通信协议，多个容器与内层操作系统通过虚拟端口映射，内层操作系统与外层操作系统通过局域网http传输数据，外层操作系统通过5G物联网卡mqtt协议发送数据至服务器，完成数据的采集和传输。

进一步的，多加工设备数据采集系统还包括客户端软件，客户端软件是运行在不同终端上的应用软件，用于查看加工设备数据，向采集终端层软件系统发送请求，并将采集终端层软件系统发回的加工设备数据呈现在终端上。

具体的，客户端可以是电脑端，也可以是手机端，通过内外双层操作系统的协作，使得接入的设备可随时在电脑、手机端查看其状态，大大提高了工厂数字化水平，并且通过容器化部署使得一台数据采集终端可以连接工厂所有设备，使得传输效率获得极大提高，帮助企业以极低成本对各种加工设备进行集中化管理，从而提升车间的生产管理水平。

进一步的，数据包括：设备型号、控制系统型号、设备运行状态、主轴温度、主轴设定转速、主轴实际速度、主轴负载、伺服温度、伺服设定转速、伺服实际速度、伺服负载、当前刀具号、报警信息、加工件数、当前程序号、当前加工代码。

具体的，通过采集每个加工设备的各项数据，以便对其工作状态进行更精准的分析和调控，且数据的采集过程智能化程度高。

实施例

在实施例一的基础上，本发明还提供一种多加工设备数据采集方法，包括以下步骤：

数据采集系统实时采集加工设备的数据；

数据转发系统将数据转发至后端数据分发系统；

远程运维系统分析处理数据，并根据数据调整加工设备的运行状态；

数据库系统实时存储数据；

后端数据分发系统接收数据；

前端web展示系统显示后端数据分发系统接收的数据；

容器化管理系统将同一类型的加工设备归为同一容器，容器化部署不同种加工设备的采集程序，数据采集系统采集每个容器的数据。

进一步的，远程运维系统分析处理数据，并根据数据调整加工设备的运行状态，包括以下步骤：

数据包括加工设备在某个加工时间段内的停机时间、停机次数和报警信息，远程运维系统对停机时间、停机次数和报警信息进行汇总，得到加工设备在某个时间段内的加工总时间、停机总次数和报警总次数；

根据加工总时间，得到加工设备的稼动率；

根据报警总次数，得到加工设备的综合健康指数；

根据稼动率和综合健康指数，调整加工设备的运行状态；

其中，稼动率根据以下公式得到：

稼动率==加工设备运行时间/加工总时间；

单台加工设备的综合健康指数根据以下公式得到：

综合健康指数=（统计周期内报警次数/统计周期内同类型加工设备的平均报警次数）×加工设备的年限系数。

具体的，稼动率是指在一定时间周期内加工运行时间的占比，一般分为日稼动、周稼动，也就代表在计算时，日稼动总时间为24小时，周稼动总时间为168小时。

具体的，综合健康指数的统计周期根据生产管理实际确定，一般为三个月以上。

具体的，稼动率是企业管理和优化生产运营的关键指标之一，表示设备的利用效率，也是企业生产管理水平的重量衡量标准。通过稼动率和综合健康指数的监控和优化，能够判断该加工设备的运行状态，进而提高生产效率和质量，降低成本和能源消耗。

举例来说，在某个加工设备稼动率和综合健康指数低于预设值的时候，此时设备可能出现了故障，技术人员能够及时获知并检修。值得说明的是，不同类型的加工设备所对应的预设值可能不同，可能相同，根据实际情况进行相应调整。

优选的，将稼动率以图表的形式进行直观展示，以便在后台系统中实时监控设备运行状态、设备使用时间记录等，随时了解设备的稼动率。

进一步的，多加工设备数据采集方法还包括以下步骤：客户端软件查看多个加工设备的运行状态，控制远程运维系统调整加工设备的运行状态。

具体的，现有采集方案运维困难，加工设备一旦出现故障必须派遣专业技术人员到现场解决，造成解决问题的成本太高，时间太长。因此，本发明提供的采集方法，技术人员能够远程操控，及时对加工设备进行调控，提高工作效率。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种多加工设备数据采集系统，其特征在于，包括服务器层软件系统和采集终端层软件系统，所述服务器层软件系统和所述采集终端层软件系统之间进行数据交换，所述服务器层软件系统包括数据库系统、后端数据分发系统和前端web展示系统，所述采集终端层软件系统包括数据采集系统、数据转发系统、远程运维系统和容器化管理系统；

所述数据采集系统，用于采集多个加工设备的数据；

所述数据转发系统，用于将所述数据转发至所述后端数据分发系统；

所述远程运维系统，用于分析处理所述数据，并根据所述数据调整所述加工设备的运行状态；

所述数据库系统，用于存储所述数据；

所述后端数据分发系统，用于接收所述数据；

所述前端web展示系统，用于显示所述后端数据分发系统接收的数据；

所述容器化管理系统，用于将同一类型的加工设备归为同一容器，容器化部署不同种加工设备的采集程序，所述数据采集系统采集每个容器的数据。

2.根据权利要求1所述的多加工设备数据采集系统，其特征在于，还包括加工设备控制系统，所述加工设备控制系统与所述采集终端层软件系统通信连接。

3.根据权利要求2所述的多加工设备数据采集系统，其特征在于，不同的加工设备与所述加工设备控制系统采用不同的通信协议。

4.根据权利要求1所述的多加工设备数据采集系统，其特征在于，所述服务器层软件系统采用Mysql开发。

5.根据权利要求1所述的多加工设备数据采集系统，其特征在于，所述数据采集系统与所述数据转发系统和所述远程运维系统通过局域网http传输所述数据，所述数据转发系统和所述远程运维系统与所述服务器层软件系统通过5G物联网卡mqtt协议发送所述数据。

6.根据权利要求1所述的多加工设备数据采集系统，其特征在于，还包括客户端软件，所述客户端软件是运行在不同终端上的应用软件，用于查看所述加工设备数据，向所述采集终端层软件系统发送请求，并将所述采集终端层软件系统发回的所述加工设备数据呈现在终端上。

7.根据权利要求1所述的多加工设备数据采集系统，其特征在于，所述数据包括：设备型号、控制系统型号、设备运行状态、主轴温度、主轴设定转速、主轴实际速度、主轴负载、伺服温度、伺服设定转速、伺服实际速度、伺服负载、当前刀具号、报警信息、加工件数、当前程序号、当前加工代码。

8.一种多加工设备数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

数据采集系统实时采集加工设备的数据；

数据转发系统将所述数据转发至后端数据分发系统；

远程运维系统分析处理所述数据，并根据所述数据调整所述加工设备的运行状态；

数据库系统实时存储所述数据；

所述后端数据分发系统接收所述数据；

前端web展示系统显示所述后端数据分发系统接收的数据；

容器化管理系统将同一类型的加工设备归为同一容器，容器化部署不同种加工设备的采集程序，所述数据采集系统采集每个容器的数据。

9.根据权利要求8所述的多加工设备数据采集方法，其特征在于，所述远程运维系统分析处理所述数据，并根据所述数据调整所述加工设备的运行状态，包括以下步骤：

所述数据包括所述加工设备在某个加工时间段内的停机时间、停机次数和报警信息，所述远程运维系统对所述停机时间、所述停机次数和所述报警信息进行汇总，得到所述加工设备在某个时间段内的加工总时间、停机总次数和报警总次数；

根据所述加工总时间，得到所述加工设备的稼动率；

根据所述报警总次数，得到所述加工设备的综合健康指数；

根据所述稼动率和所述综合健康指数，调整所述加工设备的运行状态；

其中，所述稼动率根据以下公式得到：

稼动率=加工设备运行时间/加工总时间；

单台所述加工设备的综合健康指数根据以下公式得到：

综合健康指数=（统计周期内报警次数/统计周期内同类型加工设备的平均报警次数）×加工设备的年限系数。

10.根据权利要求8所述的多加工设备数据采集方法，其特征在于，还包括以下步骤：

客户端软件查看多个所述加工设备的运行状态，控制所述远程运维系统调整所述加工设备的运行状态。

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