本發(fā)明涉及一種客戶端裝置，用于對來自至少一臺計算機數控機器或一臺工業(yè)機器人的進程相關的大量數據進行數據采集和預處理，以及用于發(fā)送所述進程相關數據到至少一個數據接收器，特別是到一個云平臺，用于通過實施/運行在其上的軟件應用實現數據分析。

背景技術：

大數據分析通常是指收集、組織和分析大量數據集以發(fā)現模式和其它有用信息的過程。沿著這條線，大數據分析有助于更好地了解數據中包含的信息，還可幫助確定對業(yè)務和未來業(yè)務決策最重要的數據。

在這種情況下，工業(yè)制造系統，例如計算機數控機器，特別是其控制器、其電驅動和機器嵌入式測量裝置，所產生的大量的進程相關數據注定應用到制造系統和過程的一個廣泛分析。使用適當的軟件應用對這些數據的評估、分析和測量可方便診斷制造過程的工件質量、進程質量或產品潛力。例如，顯示和評估持續(xù)監(jiān)測的進程變量的關系，例如一臺計算機數控機器的激光輸出和進給速度或工具轉速和進給速度，可方便推斷出關于進程質量、制造公差等的結論。同樣地，所述工具路徑的分析可方便與工件質量相關的描述。為了使分析盡可準確和有意義，許多這些應用需要大量的實時數據，優(yōu)選完全表征要盡可能詳細分析的制造系統或進程。

到目前為止，對這種工業(yè)數據的訪問通常僅限于有限的數據量，不允許如上所述應用任何詳細設計的應用程序。此外，數據訪問通常僅限于與生成數據的工業(yè)控制器共享一個普通網絡的應用程序和裝置。這些限制的主要原因是大多數工業(yè)制造系統的性質，例如計算機數控機器或工業(yè)機器人，由所謂的嵌入式系統控制。嵌入式系統是具有專用功能的計算機系統，用于大量應用領域，例如航空航天、汽車、能源生成和傳輸以及加工工業(yè)。在所有這些細分領域，嵌入式系統的主要任務是控制實時進程。為了執(zhí)行這個控制任務，嵌入式系統正在從正在進行進程中讀取數據，并高頻率地比較指令數據和實際數據之間的差異。如果差異高于定義的值，則系統計算新的指令/期望值，以便將進程保持在定義的狀態(tài)。

相比之下，與進程控制相比，大數據情境下的數據分析的要求是完全不同的。特別是，根據分析應用程序，大數據應用程序需要從正在運行的進程中記錄大量數據。這些大量數據需要由強大的數據庫管理。為此，大數據通常需要卓越技術和高計算資源才能在容忍的流逝時間內高效地處理這些大量數據。因此，大多數大數據應用程序都運行在所謂的計算云平臺上，大量數據傳輸到計算云平臺上用于高性能分析。除此之外，云平臺方便多個用戶以及多個應用程序同時實現數據訪問。

然而，在用于大數據記錄以在大數據情境下執(zhí)行數據分析應用方面，當今的嵌入式系統存在許多缺陷。目前嵌入式系統不能提供足夠的計算資源，用于額外記錄大多數大數據應用所需的大量數據量。特別是，嵌入式系統的計算能力、存儲容量和通信帶寬被限制在實際的控制任務上。如果要求嵌入式系統額外讀取并記錄大量數據，系統將失去確定性進程控制的能力。首先，處理器將通過讀取和記錄大量數據而過載；其次，本地存儲器將不足；最后，系統的通信帶寬不足以將大量數據傳送到一個數據接收器，例如通過互聯網的一個云平臺。

除此之外，兩個系統，一方是嵌入式系統和另一方是云計算平臺，是完全不同的it系統，它們歷來是完全單獨開發(fā)的，每個都基于自己的方法和技術。嵌入式系統旨在控制進程，而不是為大數據分析而收集和提供大量數據。此外，嵌入式系統本質上仍然是專有的，因此大多數接口也是如此。與大多數大數據應用程序所要求的在一個層次上與一個數據接收器的通信在技術上是不可行的，沒有任何橋接技術。

特別是，兩個系統都受到不同的時間制度的限制。用于控制任務的嵌入式系統需要硬實時計算，這需要在規(guī)定的時間限制內保證嚴格的響應，通常在幾毫秒到亞毫秒范圍內的時間尺度上。相比之下，云計算平臺屬于非實時網絡通信的方式，其特征是數據包的重復傳輸。因此，集成在內部工廠網絡中的大多數嵌入式系統不能通過互聯網實現通信，因為它們的通信基礎設施僅用于內部通信。

另外，嵌入式系統和云平臺系統的安全要求和安全手段有很大的不同。特別是，網絡安全在行業(yè)內獲得了更高的優(yōu)先級。通過研究將網絡安全實施到計算機系統中的方法和進程，需要指出的是，大多數網絡安全進程無法實施到嵌入式系統中，因為安全進程的動作將影響嵌入式系統的完整性。此外，大多數嵌入式系統缺乏可更新性，即更新能力，這與任何合理的網絡安全概念相矛盾。

除此之外，許多用于分析工業(yè)制造系統的應用程序，例如計算機數控機器的進程和生產率分析的應用程序想要比計算機數控機器的控制器更多的數據。例如，大數據應用程序肯能需要計算一臺計算機數控銑床的平均生產率，然而根據當今計算機數控控制器可訪問的傳感器數據，這是無法計算的。對于該具體應用，需要關于銑削力的數據，以確定銑床的利用生產率。然而，為了在當今的系列生產中控制銑床，計算機數控機器的控制器即不測量也不考慮銑削力。

由于這些原因，當今的計算機數控機器或工業(yè)機器人控制器由于其計算資源有限，所以能夠向數據接收器提供進程相關的大量數據的能力有限。截至今天，可提供的數據僅反映制造過程的選定方面和有限的時間序列，通常約為十秒左右。然而，反映完整制造過程的大量數據無法獲得?，F在的解決方案試圖擴展現有控制器的功能，以部分覆蓋基于云的大數據應用所需的功能。然而，由于這些解決方案保留在專有軟件和硬件的邊界之內，因此無法在更廣闊意義上解決問題。

技術實現要素：

因此，本發(fā)明的目的是彌合高度專有的工業(yè)制造系統與大數據分析系統之間的間隙。特別是，本發(fā)明的目的是提供用一種裝置，用于對來自至少一臺計算機數控機器或一個工業(yè)機器人的進程相關的大量數據進行數據采集和預處理，以及用于發(fā)送所述進程相關數據到至少一個數據接收器，特別是一個云平臺或者云服務器，用于在其上執(zhí)行的軟件應用程序進行數據分析。

根據本發(fā)明，該目的通過根據權利要求1的客戶端裝置以及根據權利要求15的系統來實現。

計算機數控機器或工業(yè)機器人的制造過程數據分析的許多新建議，例如計算機數控機器的進程質量或生產率分析應用，都依賴于廣泛的進程相關大量數據的可用性，這些數據優(yōu)選地盡可詳細地描述和反映了完整的制造過程，通常來自制造系統的不同來源。一方面，這些與進程相關的大量數據包括硬實時數據，因為計算機數控機器和工業(yè)機器人被稱為實時系統。根據定義，實時系統允許通過足夠快地接收數據、處理數據、控制環(huán)境，并且返回結果來影響當時的環(huán)境，其必須在嚴格的期限內對事件作出反應。對于一臺計算機數控機器，硬實時進程相關數據可包括，例如一個加工工具的工具路徑參數，例如關于一臺計算機數控機器的特定線性或旋轉驅動軸的指令和實際位置、速度、加速度、沖擊、轉矩、驅動力、驅動電流。通常，這些硬實時數據僅存在于特定時間，并被下一個控制器周期的新值所替代。

另一方面，許多提出的分析應用程序還需要非實時數據，例如數控程序代碼和/或數控程序配置數據、機器配置數據、驅動器配置數據、控制器配置數據和加工工具的配置數據，特別是加工幾何和加工特性，例如材料去除特性。

在第一種情況下，這些實時和非實時進程數據通常來自計算機數控機器或工業(yè)機器人的控制器。然而，一些數據也可從計算機數控機器或機器人的電驅動和致動器/電動機或從機器內置的測量裝置直接接收。

根據本發(fā)明，已經認識到，當今工業(yè)控制器采集和傳送進程相關的大量數據的計算資源-如上所述-通常不能由計算機數控機器人或工業(yè)機器人本身提供。因此，對于更大量的數據和高數據采樣率，這些資源只能由與嵌入式系統并行的獨立/單獨的自主系統提供，這是本發(fā)明的客戶端裝置，其提供直接記錄進程相關的大量數據以及將數據預處理和傳輸到數據接收器(例如一云服務器)的能力。

對于該任務，客戶端裝置包括至少一第一數據通信接口，連接至計算機數控機器或工業(yè)機器人的至少一控制器，用于經由至少一個實時數據信道連續(xù)記錄硬實時進程相關數據，以及用于經由至少一個非實時數據信道記錄非實時進程相關數據。

根據本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，第一數據通信接口被配置用于經由計算機數控機器或工業(yè)機器人的現場總線實現數據通信，例如，通過profinet、ethercat(控制自動化技術以太網)，can(控制器局域網)，sercos(實驗室實時通信系統)。通過這些標準化現場總線，計算機數控機器或機器人的控制器通常與線性和旋轉電驅動、機器嵌入式測量裝置、致動器和機器內的其它外圍裝置甚至其它機器通信。因此，現場總線也可被客戶端裝置使用，不僅可作為控制器本身的接口，還可作為與電氣驅動器和電機以及機器內置測量裝置的直接數據接口。根據本發(fā)明的另一方面，現場總線可包括至少實時數據信道。

此外，已經認識到，與進程相關的大量數據的任何有意義的數據分析嚴格依賴于正確地被情境化或被引用/映射到彼此的原始數據。情境化/映射的要求是由于原始數據來源于計算機數控機器內的不同來源以及來自外部來源(例如外部傳感器等)的事實。此外，記錄的原始數據通?；诓煌臅r間制度，主要是實時和非實時數據。此外，在實時數據中，不同的數據源，例如位置周期控制器、內插器和電驅動控制器，以不同的速率生成實時數據，例如不同的周期時間層次。為了對記錄的大量數據提供有意義的洞察，并且能夠發(fā)現任何模式或因果關系，大多數分析應用程序需要對記錄的原始數據進行情境化，特別是在非實時數據和硬實時數據之間以及在實時數據內。例如，為了識別錯誤的數控程序與工件上的缺陷之間的任何因果關系，計算機數控機器的實時軸位置絕對必須參見非實時有效的數控程序代碼行和數控程序中的內插循環(huán)。為此，本發(fā)明的客戶端裝置包括至少一數據處理單元，用于至少將所記錄的非實時數據與所記錄的實時數據實現數據映射，以聚集一情境化進程相關數據組。最著名的參見、映射或情境化方式相應地是使用時間戳。除此之外，客戶端裝置可提供不同類型的進程相關元數據，以便方便在云服務器上運行的應用程序按照進程數據實現分析。

最后，根據本發(fā)明的客戶端裝置，包括至少一個第二數據通信接口，用于將情境化的進程相關數據集發(fā)送到數據接收器。該第二數據通信接口還能夠在客戶端裝置和數據接收器之間實現進一步的數據通信。

數據接收器可包括內部網絡的至少一服務器和/或開放網絡(例如互聯網)的至少一服務器。如上所述，數據接收器可優(yōu)選地包括在其上運行多個數據分析應用的云基礎設施的至少一服務器。云基礎設施本身可集成在內部網絡中，例如，在工廠內，或在開放網絡中。例如，內部網絡可以是工廠內的現有局域網，其中集成了一或多個嵌入式系統，并且其已經用于數據傳輸，例如命令、指令程序以及其它數據。除了內部局域網通信之外或替代內部局域網通信，客戶端裝置可包括因特網接口。為此，為了安全起見，客戶端裝置與互聯網的通信優(yōu)選地使用嚴格的出站通信。這基本上意味著任何通信總是由客戶端裝置啟動，并且該客戶端裝置不可尋址。

此外，客戶端裝置優(yōu)選僅與授權服務器通信。特別是，已經證明在通信會話期間服務器地址不能被改變是有益的?？蛻舳搜b置和數據接收器(服務器)之間的通信只能由客戶端裝置啟動。這就是為什么該裝置被命名為“客戶端”。所有通信優(yōu)選地被加密。除了經過身份驗證的服務器，客戶端裝置不允許任何本地軟件更新。此外，客戶端裝置優(yōu)選地被本地防火墻、入侵檢測和病毒掃描器保護。

根據另一優(yōu)選實施例，客戶端裝置還負責計算機數控機器或工業(yè)機器人的嵌入式控制器的網絡安全?？蛻舳搜b置優(yōu)選地為附接的控制器提供以下安全功能：

-監(jiān)測所有控制器通信的不規(guī)則通信；

-嵌入式控制器可選擇切斷任何威脅性的服務器通信。

因此，計算機數控機器或工業(yè)機器人的控制器與互聯網沒有直接的連接，這又降低了控制器的資源和復雜性。另外，使用靠近控制器的單獨/獨立客戶端裝置實現本地自動化裝置的互聯網通信，也可滿足客戶的it策略限制。

根據另一優(yōu)選實施例，客戶端裝置還可向連接裝置(例如計算機數控控制器、機器嵌入式和外部測量/感測裝置、諸如致動器的外圍裝置)提供網絡服務器接口，其將裝置完全從在局域網(局域網)中的直接網絡訪問斷開。這些裝置無法在其本地網絡中直接訪問，但將始終通過客戶端裝置向其通信伙伴發(fā)起任何局域網通信。

根據本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，客戶端裝置的第二數據通信接口被配置用于至少部分地經由有線通信和/或無線通信與數據接收器實現數據通信。為此，客戶端裝置可包括以太網端口和/或無線局域網端口。此外，客戶端裝置可用于tcp/ip(傳輸控制協議/因特網協議)和/或http/https(超文本傳輸協議/超文本傳輸協議安全)。

雖然當今的大多數控制器為實時數據提供了一集成的數據記錄功能，這對于數據記錄的諸多要求已經足夠了，但是在提高大數據要求的進程中，嵌入式控制器并不具有用于大量數據記錄而不會損害主控制器的任務進程控制的資源。對于這種極端的數據記錄要求，客戶端可直接與傳感器和致動器通信。為此，以及為可能的數據分析應用提供盡可多的相關數據，客戶端裝置還可包括另外一個數據接口，連接到至少一外部感測裝置和/或至少一外圍裝置(例如所述數控機器或工業(yè)機器人的一個致動器、一個電氣驅動器或一個機器嵌入式測量裝置)，用于直接和連續(xù)記錄繞過所述計算機數控機器或工業(yè)機器人的控制器的實時進程相關數據。為此，客戶端裝置可包括特定的子系統，該子系統負責通過不同的接口(例如a/d轉換器、藍牙接口、數字輸入/輸出接口、現場總線接口)收集來自于所述計算機數控機器或工業(yè)機器人的外部感測裝置和/或外圍裝置的數據。特別是，該子系統可能從大量并行傳感器收集傳感器數據，并且可以高頻讀取那些傳感器。這些傳感器和外圍裝置可包括線性刻度表、旋轉刻度表、線性驅動器、旋轉驅動器和/或力傳感器。

關于數據映射的要求，所述至少一個數據處理單元優(yōu)選地還被配置用于將經由另外數據接口所記錄的硬實時進程相關數據進行數據映射到經由所述第一數據接口所記錄的所述硬實時和非實時進程相關數據，以聚合一情境化進程相關數據組。

關于采樣率，客戶端裝置可根據本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例，被配置為根據所述計算機數控機器或工業(yè)機器人的所述控制器的最低回路時間水平的采樣率采集和記錄實時進程相關數據。特別是，在控制器包括幾個子控制器的情況下，數據采集和記錄可根據最快子控制器的最低回路時間水平的采樣率發(fā)生，優(yōu)選地根據所述計算機數控機器或工業(yè)機器人的一個位置回路控制器的所述回路時間水平。

數字上，所述客戶端裝置可以被配置為至少以20hz的采樣率來采集并記錄實時進程相關數據，特別是至少33hz，優(yōu)選至少50hz，最優(yōu)選至少100hz。反之亦然，采樣時間最多為50毫秒，特別是最多30毫秒，優(yōu)選最多20毫秒，最優(yōu)選最多10毫秒。

實時數據的記錄可以非常快速地創(chuàng)建大量數據，預期不會通過第二數據通信接口和例如互聯網足夠快地傳送到云平臺。因此，客戶端裝置可以提供用于數據壓縮的大量方法。因此，根據本發(fā)明的另一方面，客戶端裝置可以被配置用于與所述數據接收器的加密和/或壓縮數據通信，特別是加密和/或壓縮所述情境化進程相關數據組。

如上所述，機器系統和數據接收器的系統屬于不同的時間制度。因此，控制器側的大量數據生成的特定大小和速度/頻率，與數據接收器側的頻率和大小不同。因為這個原因，證明了客戶端裝置可在控制器側進程數據的數據生成和數據接收器側的數據接受之間實現平衡是有益的。因此，優(yōu)選地，客戶端裝置提供足夠的通信資源來處理對計算機數控機器/工業(yè)機器人和數據接收器的通信負載。此外，已經證明，下述是有利的：客戶端裝置方便將記錄的數據臨時存儲在本地存儲器中，特別是在客戶端裝置和數據接收器之間的通信被中斷的情況下。因此，根據本發(fā)明的另一方面，客戶端裝置還包括存儲裝置，用于對所述記錄的實時進程相關數據、所述非實時進程相關數據和/或所述一情境化進程相關數據組的數據進行緩存。

此外，已經意識到，進程相關大量數據的數據分析的重要性取決于記錄的大量數據的確切和完整性。因此，非常優(yōu)選的是，計算機數控機器或工業(yè)機器人能夠以基本上100％的概率提供原始數據，特別是實時數據。因此，還優(yōu)選的是，客戶端裝置被配置為以基本上100％的概率采集和記錄實時進程相關數據。由于本發(fā)明的客戶端裝置是與計算機數控機器或工業(yè)機器人的嵌入式系統作為一方及數據接收器作為另一方相分離的自主系統，所以該途徑方便開展上述的所有功能和特征，并行于上述計算機數控機器或工業(yè)機器人的嵌入式系統，而不損害其完整性?？蛻舳搜b置可被實現為胖客戶端裝置，例如，作為具有諸如windows或linux的標準操作系統的行業(yè)個人計算機，優(yōu)選地具有用于互聯網通信的直接接入點。胖客戶端裝置可包含以下三個主要子系統：首先，運行標準pc操作系統(linux，windows)的子系統。該子系統負責局域網/廣域網集成，它是可能的本地應用的運行時環(huán)境，并承載客戶端裝置的安全基礎設施的主要部分。它也是客戶端裝置的所有高級管理任務的平臺，例如配置管理、版本控制、用戶管理等。第二，負責網絡通信(局域網/廣域網/通用移動電信系統/藍牙等)的子系統。第三，能夠執(zhí)行實時任務并作為連接控制器和實時現場總線的前端的子系統，也是外部傳感裝置和/或外圍裝置的直接數據接口。

在需要用于有限分析功能的非常短的響應時間的情況下，客戶端裝置可提供單獨的數據分析功能。這些功能的結果可直接傳送到局域網裝置(自動化裝置、pc、服務器等)。在客戶端裝置連接到具有非常有限帶寬的網絡的情況下或者僅在與數據接收器(例如一個云平臺)實現部分時間連接的情況下，特別可預見單獨的能力。因此，根據本發(fā)明的另一方面，客戶端裝置被配置為在本地執(zhí)行關于情境化進程相關數據組的數據分析。特別是，客戶端裝置可被配置為在本地執(zhí)行情境化進程相關數據組的實時數據分析任務，以便通過所述本地執(zhí)行的實時數據分析的所述結果來影響所述計算機數控機器或工業(yè)機器人在閉環(huán)中的所述運行進程。所述閉環(huán)反饋可以實現，特別是通過一個閉環(huán)實時數據通信接口和/或一個閉環(huán)實時現場總線。

不同的大數據可按照大小/體積、頻率和數據情境信息，需要不同的原始數據同。因此，根據本發(fā)明的另一方面，客戶端裝置可存在指向向所述計算機數控機器或工業(yè)機器人的控制器的一組指令，以根據特定數據分析應用，將所述控制器配置用于記錄特定數據?？刂破鞯倪@些指令是高度專有的，并取決于控制器的功能。這些數據采集指令可優(yōu)選地通過經由第二數據通信接口從數據接收器(例如一云平臺)下載的可執(zhí)行軟件應用程序來執(zhí)行?？蓤?zhí)行軟件應用程序可使用隱藏從下載的應用程序的嵌入式控制器的細節(jié)的客戶端裝置的驅動程序軟件層。因此，根據本發(fā)明的另一方面，客戶端裝置可被配置經由所述第二數據通信接口接收并執(zhí)行來自所述數據接收器的可執(zhí)行軟件應用和/或軟件更新，特別是執(zhí)行指示所述客戶端裝置開展一個特定數據記錄任務和/或一個本地數據分析任務的可執(zhí)行軟件應用程序。

為了進一步增強數據分析的意義，客戶端裝置還可包括關于所述計算機數控機器或工業(yè)機器人的所述至少一個控制器、所述至少一個外部感測裝置和/或所述至少一個外圍裝置的獨特識別裝置，相應地促成所述數據接收器將來自所述客戶端裝置接收的所述數據與其相應源相關聯。

除了所述計算機數控機器/工業(yè)機器人的所述第一和第二數據通信接口以及所述連接外部傳感裝置和/或外圍裝置的另外直接數據接口之外，客戶端裝置還可包括客戶端裝置間接口，用于與至少另一客戶端裝置的數據通信。

本發(fā)明的目的還通過一種系統來實現，該系統用于將來自至少一臺計算機數控機器或工業(yè)機器人的一個控制器的進程相關的大量數據提供給至少一個數據接收器。所述系統包括：

-根據本發(fā)明的至少一個客戶端裝置；

-與所述至少一臺客戶端裝置實現數據通信的至少一臺計算機數控機器或工業(yè)機器人的至少一個控制器，用于經由至少一個實時數據信道連續(xù)記錄實時進程相關數據，以及經由至少一個非實時數據信道記錄非實時進程相關數據；

-經由所述至少一個第二數據通信接口與所述客戶端裝置實現數據通信的至少一個數據接收器，用于接收由所述客戶端裝置提供的所述情境化進程相關數據組。

如上所述，數據接收器其可包括一個內部網絡的至少一臺服務器，一個開放網絡(例如，互聯網)的至少一臺服務器，和/或至少一云基礎設施的一臺服務器。

根據所述系統的一個優(yōu)選實施例，數據接收器提供一個基于云的用戶平臺，特別是為不同用戶，以對所述客戶端裝置提供的所述情境化進程相關數據組開展分析運用。關于多用戶拓撲，這意味著云上的分析應用程序可被不同的用戶組使用。同時，云數據庫可被不同的用戶組用來實現自己的應用。用戶組可以是it公司、oem(機器制造商，自動化、驅動器、監(jiān)測控制和數據采集供應商)、最終用戶(生產公司)、服務提供商、組件供應商、設計公司和/或大學/研究機構。

不同用戶組開發(fā)的軟件應用程序可通過云平臺的開放架構接口上傳到云平臺。通常，應用程序可分為服務器應用程序和客戶端裝置應用程序。服務器應用程序通常是使用由客戶端裝置上傳的數據的分析算法，而客戶端應用程序被下載到客戶端裝置上，以指示客戶端裝置實現特定的數據記錄任務。

根據本發(fā)明的另一方面，可提供用于這類應用的開發(fā)環(huán)境，其將特別地覆蓋用于服務器應用和客戶端應用的應用編程接口(api)的使用。開發(fā)環(huán)境還可包含一基于pc的模擬器，來集成和測試這兩種應用程序，而無需首先在目標系統上運行應用程序。從不同用戶組上傳和運行軟件的能力對于大數據的概念至關重要，因為這是來自涵蓋不同進程和裝置的不同技術的大量應用程序的基礎。

由于新的大數據分析的要求越來越高，客戶端裝置最好可通過軟件不斷升級。因此，云平臺以及客戶端裝置可以提供用于更新第三方應用程序的基礎設施。出于安全考慮，軟件上傳到云服務器和/或客戶端裝置是由中央管理機構控制，并通過中央管理服務器系統。

如上所述，關于客戶端裝置的另外數據接口，系統還可包括經由至少另外一個數據接口與所述客戶端裝置實現數據通信的所述計算機數控機器或工業(yè)機器人的至少一個外部感測裝置和/或至少一個外圍裝置(例如所述計算機數控機器或工業(yè)機器人的一個致動器)。該另外一個數據接口可以包括一個a/d轉換器、一個藍牙接口、一個數字輸入/輸出接口、一個現場總線接口。為此，所述客戶端裝置可被配置為直接并連續(xù)地記錄來自所述外部感測裝置和/或外圍裝置的實時進程相關數據。

關于所述記錄的原始數據的情境化，至少一控制器可被配置為將情境標簽作為一元數據，例如時間標簽，附到實時進程相關數據以及非實時進程相關數據。該時間標簽經由所述實時和非實時信道提供給客戶端裝置，也便于客戶端裝置將由所述控制器提供的所述情境標簽(例如所述時間標簽)附到來自外部感測裝置和/或外圍裝置的所記錄的實時進程相關數據。關于用于數據映射的客戶端裝置的功能，客戶端裝置或其用于數據映射的至少一數據處理單元被配置為使用情境標簽來合并不同的數據信道，以形成提供給所述數據接受器用于數據分析應用程序的一組一致的情境化數據。

根據本發(fā)明的另一方面，系統可包括多個客戶端裝置和多個控制器，其中所述多個客戶端裝置的每個客戶端裝置與所述多個控制器中的一個實現數據通信，并與所述至少一個數據接收器實現數據通信。并且，所述多個客戶端裝置可以彼此數據通信，例如在局域網內，優(yōu)選地通過其相應的客戶端裝置間接口。

此配置可有助于共享資源。例如，如果一客戶端裝置用盡緩沖存儲，局域網中的其它客戶端裝置可提供額外的緩沖存儲。同樣，如果一客戶端裝置和數據接收器之間的通信中斷，其它客戶端裝置也可用作連接橋接器或旁路。如果需要跨幾個客戶端裝置和連接到其上的計算機數控機器/工業(yè)機器人實現數據映射，則一客戶端裝置可提供主情境標簽，例如，主時間標簽，用于系統內的所有互連的客戶端裝置。此外，如果數據接收器(例如云服務器)與特定客戶端裝置的連接丟失，可以要求系統內的其它客戶端裝置檢查特定的客戶端裝置。此外，數據接收器還可被配置為發(fā)起特定客戶端裝置的重新啟動，而不需要在該特定客戶端裝置和數據接收器之間的直接連接。

通常，也可能是系統包括與多個計算機數控機器或工業(yè)機器人實現數據通信的至少一客戶端裝置。

關于基于云的數據分析應用程序，客戶端裝置可提供以下基礎設施，并由基于云的應用程序使用以執(zhí)行其數據分析功能：

-根據客戶端裝置的要求，將軟件應用程序下載到客戶端裝置上，

-可啟動、停止和刪除軟件應用程序；

-提供用于與應用程序通信的api(應用程式界面)；

-客戶端裝置的系統軟件和應用程序可由云服務器實現升級。

客戶端裝置向本地應用程序提供api的運行時環(huán)境：

-裝置-api方便軟件應用程序訪問附加嵌入式系統(即所述計算機數控機器或工業(yè)機器人)的數據；

-應用程序可通過服務器-api交換數據和指令；

-客戶端裝置上的運行時庫為應用程序提供廣泛的功能。

客戶端裝置上的運行時引擎控制應用程序的管理和執(zhí)行，并控制進一步的任務，如安全管理和系統更新。運行時引擎能夠執(zhí)行多個應用程序?？蛻舳搜b置的驅動層解耦了不同嵌入式裝置的特定協議和數據格式。

客戶端裝置沒有附加的用戶界面裝置(例如監(jiān)視器)，因為客戶端裝置在大多數情況下集成在機器、隱藏在封閉機架內等。另一方面，在很多情況下，用戶實現直接與客戶端裝置通信是很重要的，如配置和設置、維護、緊急情況等?？蛻舳搜b置可通過網絡(局域網，無線局域網)為手持裝置(如智能手機或平板電腦)以及連接的pc提供此用戶界面。該用戶界面可由遠程裝置上的特殊應用程序支持。

客戶端裝置還可提供可在裝置的初始設置期間使用以配置其運行時環(huán)境的設置環(huán)境。以下功能可以是此工具的一部分：

-網絡配置和設置；

-輸入/輸出配置(傳感器、致動器)；

-現場總線系統的設置；

-客戶端裝置的系統配置；

-自動化裝置設置(“即插即用”)；

-安全設置。

客戶端裝置還可提供管理接口，以便在不同環(huán)境中管理其軟件和硬件。該工具可提供以下功能中的至少一：裝置狀態(tài)；網絡拓撲，軟件更新管理和/或安全管理。

對于客戶端裝置本身的本地和遠程維護活動，它可提供一組自我診斷功能：硬件診斷(例如存儲盤、溫度、良好狀態(tài)等)、網絡狀態(tài)、配置檢查和/或通信階段傳感器和連接裝置。自診斷軟件被認為是應用程序，因此不是客戶端裝置的系統軟件的一部分。它可在客戶端裝置的系統啟動時被下載到客戶端裝置。所述數據接收器/服務器端的應用程序可使用所述數據來提供狀態(tài)監(jiān)視功能，作為數據接收器/云服務器的系統管理工具集的一部分。自診斷功能也可通過本地圖形用戶界面，

向本地服務活動提供對于診斷數據和功能的訪問，而無需訪問云服務器。

在許多情況下，客戶端裝置是云服務器系統的數據以及在這些云服務器上運行的數據庫應用程序的收集前端。但對于小型安裝和緊急情況下而言，客戶端裝置也能夠提供一些降低的功能，這通常由云服務器系統提供。用于這些功能的用戶界面通過如上所述的所述本地圖形用戶界面來提供。

所述客戶端裝置可支持各種功能，用于其自身、連接的裝置和附接的傳感器和致動器的配置管理。所連接裝置的所有配置數據被存儲，并可通過云服務器和本地用戶界面請求。這些數據的所有更改將通過適當參見數據來跟蹤并存儲?？蓤?zhí)行硬件/軟件兼容性檢查，以提供更新/升級/維護案例的信息。所有這些數據都可通過本地用戶界面實現訪問，并可通過適當的跟蹤信息手動更改。

客戶端裝置可包括一組作為其自身硬件的部分的內部傳感器。這些傳感器支持客戶端裝置的狀態(tài)監(jiān)測和一些管理功能。例如，內部傳感器可包括內部溫度傳感器、gps(全球定位系統)傳感器或lps傳感器(線性位置傳感器)。

對于標準局域網服務軟件，如mes(制造執(zhí)行系統)，客戶端裝置可會提供一數據接口，確實要求將軟件下載到客戶端裝置上。該數據接口可包括客戶端裝置上的預先安裝的接口軟件，其使用與從連接所述數據接收器/云服務器通常下載的軟件相同的運行時環(huán)境。這種方法有助于現有服務器軟件從客戶端裝置采集數據，因為這些服務器只需要使用他們在裝置上訪問數據的標準方法，而不必為其連接的裝置提供一個軟件下載基礎設施。

在許多配置中，多個客戶端裝置可以是局域網/無線局域網系統的一部分。因為這些客戶端裝置優(yōu)選地能夠彼此通信，所以它們提供了幾個基于幾個客戶端裝置的協作的功能。這種協作能力可用于網絡中的客戶端裝置之間的艦隊管理、安全性和可用性控制，和/或在緊急情況下更換通信功能。

客戶端裝置可訪問其附接的嵌入式系統(即計算機數控機器或工業(yè)機器人)的整個配置數據，并且可包括用于管理軟件更新和升級的專用基礎設施。因此，客戶端裝置可能實施用于更新/升級客戶端裝置可訪問的所有軟件系統的功能。

此外，客戶端裝置可包括被配置為直接連接到移動網絡(例如通用移動電信系統)的硬件和軟件基礎設施。這種連接可在幾種情況下使用，例如在局域網訪問可不可用時用于系統設置，或在局域網訪問可能丟失時的緊急情況下?？蛻舳搜b置的軟件還可提供熱點功能，使得多個客戶端裝置可使用一客戶端裝置作為因特網網關。

本發(fā)明的其它優(yōu)點和細節(jié)通過以下文本中所示的示例性實施例并結合附圖而展現。

附圖說明

圖1示出了根據本發(fā)明的一客戶端裝置和一系統的示例性實施例；和

圖2示出了本發(fā)明的另一實施例，其示出了包括多個客戶端裝置的系統。

具體實施方式

本發(fā)明的一個示例性實施例-如附圖1中所示意性地示出的-通過一示例性系統100描述，該示例性系統100使用客戶端裝置1，用于將來自一臺計算機數控機10的一個控制器11的與進程相關的大量數據提供給一云服務器20，用于使用在所述云服務器20上運行的軟件應用進行數據分析。

盡管將計算機數控機器描述為可使用本發(fā)明的自動化系統類型的主要示例，根據本發(fā)明的所述系統100和所述客戶端裝置1可以通過涉及工業(yè)裝置(例如工業(yè)機器人)的實時控制的任何自動化系統一起使用。

圖1示出了一臺5軸計算機數控銑削中心的示例。所述計算機數控機器10由一臺計算機數控控制器11操作，并且包括所述相應機器軸的每個致動器15.1-15.5的電驅動13.1-13.5。根據本實施例，所述計算機數控機器包括具有線性致動器14.1-14.3的三個線性笛卡爾機床軸，以及具有旋轉致動器14.4和14.5的兩個額外的旋轉機床軸，其中，例如，旋轉軸之一可以被用作旋轉機臺托架，另一個旋轉軸可用于換刀器。

所述計算機數控機器對一個特定工件的加工是基于一個相應數控程序的加工指令，所述指令由所述計算機數控機器10轉換成加工動作，即轉換成不同機器軸的致動器14.1-14.5的運動，和轉換成所述銑削工具的一個主軸致動器16的一個旋轉運動。這些致動器屬于計算機數控機器10的機械/加工部件18。為此，所述計算機數控控制器11對于每個軸和銑削工具產生相應的指令值，經由一個本地現場總線12(例如profinet)向所有軸電動驅動器13.1-13.5和主軸致動器16的電主軸驅動器17傳送?，F場總線12是用于所述計算機數控控制器11和電驅動13.1-13.5，17之間的所述數控機器10的內部通信的實時通信現場總線。用于測量每個軸的實際位置的嵌入式測量裝置/傳感器15.1-15.5也可連接到所述現場總線12。所述電驅動13.1-13.5也是包括控制裝置和放大器的電氣裝置，其從所述計算機數控控制器11接收指令軸位置和軸速度，并將其轉換成用于驅動所述相應軸的所述致動器14.1-14.4的電功率/電流。為了控制沿著每個軸的移動，機器嵌入式測量裝置15.1-15.5，例如高分辨率線性比例尺，通過相應地通向所述電驅動13.1-13.5內的所述控制器和所述計算機數控控制器11的現場總線12，連續(xù)測量用于反饋的實際位置。

如上所述，在大數據、物聯網和工業(yè)4.0的背景下，數據分析的新建議集中在計算機數控機器或工業(yè)機器人的制造過程中，例如計算機數控機器的進程質量或生產率分析應用?；诖髷祿椒ǖ拇蠖鄶捣治鰬靡蕾囉趶V泛的與進程相關的大量數據的可用性，數據優(yōu)選地反映盡可詳細的數控機器的完整制造過程，并且數據通常來源于不同的制造來源系統。一方面，這些與進程相關的大量數據預期包括與計算機數控機器的制造過程相關的硬實時數據，例如加工工具的工具路徑參數，例如關于計算機數控機器的每個線性和旋轉驅動軸的指令和實際位置、速度、加速度、沖擊、扭矩、驅動力、驅動電流。通常，這些硬實時數據僅存在于特定時間，并被下一控制器周期內的新值替代。另一方面，許多分析應用還需要非實時數據，例如數控程序代碼和/或數控程序配置數據、機器配置數據、驅動器配置數據、控制器配置數據和加工工具的配置數據，特別是加工幾何和加工特性，例如材料去除特性。如上所述，當今計算機數控控制器的計算資源受到限制，僅能夠將這些數據記錄在與控制器的主要任務直接相關的進程中，即控制進程。只有，如果需要采集有限數量的數據時，緩沖跟蹤功能可方便采集數據(并行于控制正在進行的進程)并且在接口上提供它們，但是取決于所述計算機數控控制器的性能和內存資源的限制。

根據本發(fā)明，已經認識到，將來自計算機數控機器10中的進程相關大量數據提供給諸如用于大數據分析的云服務器的數據接收器20，只能通過使用單獨的自主裝置，該裝置并行于所述計算機數控機器10中的所述控制器11，一方面能夠用于來自所述計算機數控機器10的進程相關的大量數據的數據采集和預處理，另一方面，用于發(fā)送所述進程相關的大量數據到一個相應的數據接收器20，例如一云服務器。

根據本發(fā)明，該單獨的裝置被作為客戶端裝置1實現，所述客戶端裝置1是所述數據接收器20(即在本實施例中的云服務器)和所述計算機數控機器10之間的互連網關。為此，所述客戶端裝置1包括一個第一數據通信接口2，用于經由至少一個實時數據信道7連續(xù)地記錄硬實時進程相關數據，并用于經由至少一個非實時數據信道8記錄非實時進程相關數據的相關數據。該第一數據通信接口2被配置用于經由所述計算機數控機器10的所述現場總線12的數據通信，即所述客戶端裝置1直接耦合到所述現場總線12以至少記錄正在經由如上所述的所述現場總線在所述計算機數控機器10內傳達的所述硬實時數據。然而，所述非實時進程相關數據也可經由所述現場總線12被記錄/傳達?；蛘?，經由所述非實時信道傳送的所述非實時進程相關數據可經由與所述現場總線不同的一條單獨線路傳送，例如通過基于以太網和tcp/ip的單獨信道，如附圖1所示。

當今的現場總線被設計用于小數據包、指令和狀態(tài)信息。然而，現場總線協議可通過指令和進程輕松擴展，以便傳達更大的數據量。對于協議，客戶端裝置1可經由tcp/ip(傳輸控制協議/因特網協議)與所述計算機數控機器10通信。

為了為向預期數據分析應用提供盡可多的相關數據，客戶端裝置1被配置為采集并記錄實時進程相關數據，采樣率根據所述計算機數控機器或工業(yè)機器人的所述控制器的最低回路時間水平，特別是根據最快子控制器的最低回路時間水平，其被稱之為所述計算機數控機10的所謂的所述位置回路控制器。關于當前實施例，所述客戶端裝置1被配置為至少以20hz的采樣率來采集并記錄實時進程相關數據，最優(yōu)選至少100hz。

根據本發(fā)明，所述客戶端裝置1還包括一個第二數據通信接口3，用于將所述記錄的進程相關大量數據發(fā)送到所述數據接收器20，并進一步用于與所述數據接收器20進行數據通信。關于本實施例，該第二數據通信接口3被配置為用于經由因特網與所述云服務器20進行數據通信。為此，所述客戶端裝置1可包括以太網端口和/或無線局域網端口。此外，所述客戶端裝置1被啟用用于tcp/ip(傳輸控制協議/因特網協議)和http/https(超文本傳輸協議/超文本傳輸協議安全)。因此，根據本發(fā)明的所述客戶端裝置1，管理所述計算機數控機器10的互聯網通信，有助于減少計算機數控控制器11的計算資源需求和復雜性。此外，由于所述計算機數控控制器11沒有直接連接到互聯網，所述計算機數控控制器11在網絡安全方面的完整性得到保證，符合客戶的it政策。此外，所述客戶端裝置1的計算資源允許接近所述計算機數控機器10的附加安全功能，這進一步提高了所述計算機數控控制器11的網絡安全性。出于安全原因，所述客戶端裝置1與互聯網的通信正在嚴格地使用出站通信來實現。這基本上意味著任何通信總是由所述客戶端裝置21啟動，而客戶端裝置21又不能尋址。

如上所述，所述計算機數控控制器11的主要任務是控制所述實時加工進程。對于這個任務，所述計算機數控機器10包括機器嵌入式傳感器15.1-15.5，所述控制器11可通過所述現場總線12訪問。然而，許多大數據應用程序需要比目前安裝的傳感器能夠提供的更多原始數據。由于這個原因，所述客戶端裝置1可包括連接到至少一外部感測裝置和/或至少一外圍裝置(例如所述計算機數控機器或工業(yè)機器人的致動器、電驅動或機器嵌入式測量裝置)的至少一另外數據接口4，用于直接且連續(xù)地記錄繞過所述計算機數控機器10的所述控制器11的硬實時進程相關數據。對于在附圖1中所示的本示例性實施例，一個額外的力傳感器30被安裝在所述銑削工具16的所述主軸致動器17中，經由所述另外數據接口4直接連接到所述客戶端裝置1。在訪問這些銑削力數據之后，可實現在所述云服務器20上的一個具體應用，來計算所述機器的所述平均生產率以及來顯露未使用的生產率潛力。所述至少一另外數據接口4優(yōu)選地包括a/d轉換器、藍牙接口、數字輸入/輸出接口和/或現場總線接口。

所述客戶端裝置1可被作為胖客戶端裝置實現，例如，作為具有諸如windows或linux的標準操作系統的行業(yè)個人計算機，優(yōu)選地具有用于互聯網通信的一個直接接入點和一個數據處理單元5。

為了對記錄的大量數據提供有意義的洞察，并且能夠發(fā)現所述進程數據內的任何模式或因果關系，所述分析應用程序需要對所述記錄的原始數據進行情境化，特別是在所述非實時數據和所述硬實時數據之間以及在所述硬實時數據內。為此，本實施例的所述計算機數控控制器11被配置為將一個情境標簽作為一元數據，例如時間標簽，附到所述實時進程相關數據以及所述非實時進程相關數據。該時間標簽經由所述實時7和非實時信道8提供給所述客戶端裝置1，使得所述客戶端裝置1，即其數據處理單元5，也能夠將由計算機數控控制器11提供的所述情境標簽，例如所述時間標簽，附到來自外部感測裝置和/或一外圍裝置的所記錄的實時進程相關數據。最后，所述客戶端裝置1的所述數據處理單元5被配置為使用所述情境標簽來合并所述不同數據信道，以形成提供給所述云服務器20用于數據分析的一組一致的情境化數據。例如，所述客戶端裝置1被配置為根據所述計算機數控機器10的所述位置回路控制器的所述最低回路時間水平，經由包括一個連續(xù)時間標簽的實時信道7，記錄來自所述計算機數控機10的所述軸位置(硬實時數據)。所述時間標簽還提供給所述計算機數控機器10的所述控制器11使用的所述主動數控程序代碼。所述硬實時軸位置數據和所述數控程序數據兩者都由所述客戶端裝置1經由包括所述附加時間標簽的所述第一數據通信接口2記錄。雖然在所述硬實時軸位置經由所述現場總線的所述實時通道7連續(xù)地傳送，但是所述數控程序數據經由所述非實時通道8來傳送。此外，所述客戶端裝置1可將由所述計算機數控控制器提供的所述時間標簽附到經由所述另外數據接口4所記錄的來自附接于所述主軸致動器17的所述額外力傳感器30的所述硬實時數據。作為本發(fā)明的一個非常重要的方面，所述客戶端裝置1的所述數據處理單元將使用所述時間標簽的所述不同數據信道合并，以形成一組一致的情境化數據，其中所述硬實時軸位置數據和所述硬實時力傳感器數據被映射/參見到當所述相應硬實時被生成時處于活躍的所述特定數控程序代碼。

以至少20hz的采樣率記錄硬實時數據非常快地創(chuàng)建大量數據，這通常不能通過互聯網足夠快地傳遞給所述云平臺20。因此，所述客戶端裝置1被配置為壓縮與所述云服務器的數據通信。此外，所述客戶端裝置包括存儲裝置6，用于數據緩沖所記錄的大量數據以緩沖網絡故障。除此之外，所述客戶端裝置被配置為以基本上100％的概率采集和記錄硬實時進程相關數據，以保證數據分析的意義。

另外，根據附圖1所示的本示例性實施例的所述客戶端裝置1，被配置為經由所述第二數據通信接口3接收并執(zhí)行來自所述云服務器20的可執(zhí)行軟件應用和/或軟件更新，特別是執(zhí)行指示所述客戶端裝置1開展一個特定數據記錄任務和/或一個本地數據分析任務的可執(zhí)行軟件應用程序。

在需要用于有限分析功能的非常短時間的情況下，或者在所述客戶端裝置與所述云服務器20的所述通信帶寬非常有限的情形下，這些單獨的本地數據分析任務是尤其非常優(yōu)選的。特別是，所述客戶端裝置1可被配置為在本地執(zhí)行所述情境化進程相關數據組的實時數據分析任務，以便通過所述本地執(zhí)行的實時數據分析的所述結果來影響所述計算機數控機器或工業(yè)機器人在閉環(huán)中的所述運行進程。所述閉環(huán)反饋可以實現，特別是通過一個閉環(huán)實時數據通信接口和/或一個閉環(huán)實時現場總線。

如附圖1所示。如附圖1所示，具有通過互聯網與所述云服務器20實現數據通信的所述客戶端裝置1的所述系統100實現多用戶拓撲，以對所述記錄的大量數據執(zhí)行分析應用。這意味著在所述云服務器20上的所述數據和所述分析應用程序可被不同的用戶組使用，并且同時，所述云數據庫可被不同的用戶組用來實施自己的應用。這些用戶組可以是it公司、oem(機器制造商，自動化、驅動器、監(jiān)測控制和數據采集供應商)、最終用戶(生產公司)、服務提供商、組件供應商、設計公司和/或大學/研究機構。

現在參見圖在圖2中，示出了本發(fā)明的另一實施例，其示意性地示出了一個系統100，用于獲取和預處理來自多個計算機數控機器10.1-10.3的與進程相關的大量數據，并用于將所述與進程相關的大量數據傳送到一個云服務器20用于數據分析。為此，所述系統100包括根據本發(fā)明的多個客戶端裝置1.1-1.3，其中每個客戶端裝置1.1-1.3，與所述計算機數控機器10.1-10.3的所述多個的一個相應的接受控制器經由其第一數據通信接口2.1-2.3在數據通信。相應地，每個客戶端裝置1.1-1.3都在與所述云服務器20通過其第二數據通信接口3.1-3.3在數據通信(例如經由互聯網)。由一臺計算機數控機10.1-10.3、一互連客戶端裝置1.1-1.3和所述云服務器20組成的每條/個數據線/單元可基本上被配置為類似于或等于如關于附圖1所描述的所述系統100的所述實施例。此外，所述多個客戶端裝置1.1-1.3可彼此在數據通信，例如在局域網內經由其各自相應的客戶端裝置間接口9.1-9.3。此配置方便共享資源。例如，如果一客戶端裝置用盡緩沖存儲，則局域網中的其它客戶端裝置可提供額外的緩沖存儲。同樣，在一客戶端裝置1.1和所述云服務器20之間的通信中斷的情況下，其它客戶端裝置1.2，1.3可用作連接旁路。此外，在所述云服務器20丟失對于一個特定客戶端裝置的連接的情況下，它可要求所述系統內的另一客戶端裝置檢查該特定客戶端裝置。通常，所述客戶端裝置中的至少一個，例如客戶端裝置1.2，與多臺計算機數控機器在數據通信。為此，所述特定客戶端裝置1.2可包括多個第一數據通信接口2.2，對于每個計算機數控機器一個。