用于机器的自动维护的方法和系统与流程

本发明涉及用于机器的自动维护的方法和系统，并且特别地涉及使用决策规则引擎的智能机器维护系统。

机器变得越来越复杂。机器可以包括具有不同操作寿命的软件和/或硬件组件。因此，有必要实行维护活动以维护机器可操作。维护活动包括例如对机器的故障或磨损的组件的替换。进一步地，机器可以包括在机器的操作期间消耗的资源。例如，机器可以包括用于润滑流体的储器或容器，该润滑流体用于对机器的组件进行润滑。因此，机器的维护本身上是复杂的过程，该过程在具有如下目的的情况下被实行：避免机器损坏或防止机器的下降性能。

在常规维护系统中，维护主要是基于固定的时间间隔来实行的。例如，以规律的时间间隔（例如，每周或每年）维护机器的特定组件。这通常不将机器组件的当前状况计及在内。

图1示意性地图示了用于对工件或机器（诸如，用于处理工件的工具机器）的工作组件进行润滑的资源储器（诸如油箱）的填充水平。如在所图示的简单示例中可以看到的，在工具机器的操作期间，润滑流体的填充水平随着时间逐渐减小。在所图示的简单示例中，在时间t1、t2、t3、t4处周期性地替换机器（诸如用于处理工件的工具）的另一个硬件组件。对机器的该硬件组件的替换形成维护活动ma，该维护活动ma可以由技术操作员来实行。在图1的所图示的示例中，润滑油的填充水平具有特性曲线cc。当填充水平落在阈值th以下时，必须重新填充润滑油的储器。这形成如图1中所示的维护活动ma5。在常规维护系统中，操作员可以根据周期时间计划表来作为维护活动ma3实行对受影响的硬件组件的替换，并且让机器继续其操作。然而，非常短暂地在机器的机器组件处已实行了维护活动ma3之后，需要机器维护活动ma5，即对油储器进行重新填充。因此，操作员必须返回到机器以实行维护活动ma5。因此，在该常规的维护系统中，填充有润滑油的油储器组件的状况或状态没有被考虑或计及在内。例如，在图1的简单示例中，常规的维护系统不向技术员给出如下的任何指示：不仅实行维护活动ma3而且还实行维护活动ma5（即，对油储器的重新填充），以避免短暂地在已经实行了维护活动ma3之后操作员的不必要返回。因此，常规的维护系统效率低下并且耗时。此外，常规的维护系统或维护方法容易有错误。此外，故障或损坏的概率确实提高。例如，如果图1的简单示例中的技术员在已经实行了维护活动ma3之后离开了机器，则他可能不会及时返回到该机器以实行维护活动ma5。例如，如果润滑油的填充水平落在其中填充水平变得临界的第二阈值以下，则这可能触发机器的自动关闭。由于次优的维护，必须关闭机器，这降低机器的生产性能。此外，如果机器中没有关闭机构，则润滑油的填充水平可能落在低临界阈值以下，从而导致机器的故障或甚至毁坏。

因此，本发明的目的是要提供一种用于机器的自动维护的方法和系统，所述方法和系统提高机器的生产率或性能，并且提高机器的安全性和可靠性。

根据本发明的第一方面，该目的通过包括权利要求1的特征的方法来实现。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种用于机器的自动维护的方法，所述方法包括以下步骤：

接收来自机器的控制器的或以预定时间间隔生成的至少一个维护相关事件，

利用从机器维护本体（ontology）读取的事件的机器上下文（context）来扩充接收到的事件，

将事件的机器上下文与维护规则进行匹配，以生成至少一个维护任务，所述维护任务包括相关联的任务描述，以及

在相应维护任务的任务描述的基础上为机器提供维护计划表，该维护计划表将所生成的维护任务分配给合适的维护执行实体。

在根据本发明的第一方面的方法的可能实施例中，维护规则包括预定义的维护规则和/或学习的维护规则。

在根据本发明的第一方面的方法的可能实施例中，维护规则是从已经触发了由维护执行实体实行的至少一个相关联的维护任务的事件自动学习或训练的。

在根据本发明的第一方面的方法的进一步的可能实施例中，将从机器的控制器接收到的事件和所实行的维护任务写入到存储机器的维护历史的维护日志中。

在根据本发明的第一方面的方法的仍进一步的可能实施例中，所生成的维护任务的任务描述包括用于实行机器的机器组件的维护的至少一个维护任务活动，

维护任务优先级，

对于实行维护任务活动所需的维护任务能力，

对于实行维护任务活动所需的维护任务资源列表，和/或

维护任务类型。

在根据本发明的第一方面的方法的进一步的可能实施例中，如果没有实现机器上下文与维护规则之间的匹配，则基于存储在更新的维护日志中的维护历史来自动推荐任务。

在根据本发明的第一方面的方法的仍进一步的可能实施例中，机器的控制器控制机器的至少一个机器组件，所述至少一个机器组件由根据所生成的维护计划表选择的合适的维护执行实体来维护。

在根据本发明的第一方面的方法的仍进一步的可能实施例中，从维护数据库读取具有维护任务能力的可用的合适的维护执行实体和/或可用的维护任务资源。

在根据本发明的第一方面的方法的仍进一步的可能实施例中，所述维护相关事件包括：

机器中断事件，其指示机器的至少一个机器组件的中断，

机器磨损事件，其指示机器的至少一个机器组件的磨损，和/或

时间触发的维护事件。

在根据本发明的第一方面的方法的仍进一步的可能实施例中，由控制器通过评估来自传感器的传感器数据来生成事件，所述传感器监视机器的机器组件的行为和/或操作状态。

在根据本发明的第一方面的方法的仍进一步的可能实施例中，所生成的维护相关事件包括时间戳和机器组件指示符，所述时间戳和机器组件指示符指示受所报告事件影响的受影响的机器组件。

在根据本发明的第一方面的方法的仍进一步的可能实施例中，报告由维护执行实体在机器的机器组件处实行的维护任务，并且将所述维护任务写入到维护日志中以更新机器的维护历史。

在根据本发明的第一方面的方法的仍进一步的可能实施例中，维护执行实体包括集成或附接到机器的维护组件。

在根据本发明的第一方面的方法的仍进一步的可能实施例中，维护执行实体包括根据所生成的维护计划表而移动到机器的移动维护执行实体。

根据第二方面，本发明进一步提供了一种用于自动维护的维护系统，其包括权利要求14的特征。

根据第二方面，本发明提供了一种用于至少一个受监视机器的自动维护的维护系统，所述至少一个受监视机器具有控制机器的机器组件的控制器，

所述维护系统包括：

事件接口，用于从所述至少一个受监视机器的控制器接收与机器的受影响的机器组件有关的维护相关事件，

处理单元，被适配成利用从存储在存储器中的机器维护本体读取的事件的机器上下文来扩充接收到的事件，并且被适配成将事件的机器上下文与预定义的和/或学习的维护规则进行匹配，以用于生成至少一个维护任务，所述至少一个维护任务包括用于计算用于相应机器的维护计划表的相关联的任务描述，以及

控制接口，用于取决于机器的所计算的维护计划表来控制维护执行实体，以实行对所述机器的受影响的机器组件的维护。

根据第三方面，本发明进一步提供了一种包括权利要求15的特征的机器。

根据第三方面，本发明提供了一种机器，其包括由所述机器的控制器控制的机器组件，

其中，所述机器包括接口，所述接口用于将控制器生成的与所述机器的受影响的机器组件有关的维护相关事件通知给根据本发明的第二方面的维护系统。

在下文中，参考附图更加详细地描述了本发明的不同方面的可能实施例。

图1示出了图示作为本发明基础的问题的示意图；

图2示出了根据本发明的方面的维护系统的可能示例性实施例的框图；

图3示出了根据本发明的方面的用于机器的自动维护的方法的可能示例性实施例的流程图；

图4示意性地示出了在用于实现机器的自动维护的可能实施例中由根据本发明的方法和系统使用的维护模型。

如从图2的框图可以看到的那样，根据本发明的方面的机器维护系统1用于自动实行对如图2中所示的至少一个受监视机器2的维护。在所图示的实施例中，机器2包括控制器3，该控制器3被适配成控制机器2的若干个组件4-1、4-2……4-n。组件4-i可以包括软件和/或硬件组件。由控制器3控制的组件的数量可以取决于机器的复杂性而变化。组件4-i可以在机器2的操作期间交互。机器2还可以包括传感器（图2中未图示），该传感器可以监视机器的不同组件的当前状态或行为。这些传感器可以为控制器3供应反映机器组件4-i的当前状态的信息。例如，传感器可以为控制器3提供如图1中所图示的储器内润滑化学组份的填充水平。控制器3可以在接收到的信息和传感器数据的基础上自动生成事件，例如，在图1的简单示例中，如果填充水平落在阈值水平以下，则控制器3可以生成警报事件。如果该维护相关事件发生，则控制器3可以经由信号线或网络将该维护相关事件e发送至如图2中所示的维护系统1的事件输入接口1a。在可能的实施例中，维护接口1a从一个或若干个不同的机器2接收事件e的流。这些事件实例e可以包括时间戳ts和/或机器指示符mid，该时间戳ts和/或机器指示符mid指示已经生成了相应事件实例e的数据源。

在可能的实施例中，事件e以预定时间间隔被自动生成。

维护系统1包括处理单元1b，处理单元1b包括至少一个处理器或微处理器。处理单元1b被适配成利用事件的机器上下文来扩充接收到的事件e，在可能的实施例中，该事件的机器上下文可以从存储在如图2中所示的数据库1c中的机器维护本体读取。由处理单元1b利用从机器维护本体读取的事件的机器上下文来自动扩充接收到的事件e。然后，将事件的机器上下文与维护规则进行匹配，以自动生成包括相关联的任务描述的至少一个维护任务t。然后，该任务描述用于计算用于机器2的维护计划表。处理单元1b在相应的维护任务t的任务描述的基础上为机器2提供维护计划表，该维护计划表将所生成的维护任务t分配给合适的维护执行实体5。处理单元1b可以具有对如图4的示意图中所图示的维护模型mm的访问。该维护模型mm也可以被存储在维护系统1的数据库1c中。维护系统1包括控制接口1d，该控制接口1d用于根据所计算的维护计划表来控制维护执行实体5，以在机器2的受影响的机器组件4-i处实行维护活动。

在可能的实施例中，将从机器2的控制器3接收到的事件或事件实例e、以及由维护执行实体5实行的维护任务t两者写入到存储相应机器2的维护历史的维护日志中。在可能的实施例中，维护日志可以被存储在机器2的本地存储器中，并且由维护系统1经由数据接口读出。在仍进一步的可能实施例中，存储机器2的维护历史的维护日志还可以被存储在维护系统1的数据库1c中。在可能的实施例中，已经实行了维护任务t的维护执行实体5可以将所执行的维护任务t报告给维护系统1，该维护系统1将所执行或所实行的维护任务t写入到相应机器2的维护日志中。

在可能的实施例中，维护执行实体5可以包括移动维护执行实体5，该移动维护执行实体5可以根据所计算的维护计划表在处理单元1b的控制下而移动到机器2。例如，移动维护执行实体5可以包括机器人，该机器人包括用于实行所需维护活动的一个或若干个维护工具。维护执行实体5可以包括如图2中所图示的外部实体，但是也可以包括位于机器2处的集成或附接的维护组件。在可能的实现方式中，维护组件还可以形成机器2的一部分并且可以附接到机器2。在该实施例中，维护组件可以在维护系统1的控制下实行所需的维护活动，该维护系统1经由控制接口1d从处理单元1b接收控制信号。可以经由有线或无线通信接口将控制信号发送到机器2。在仍进一步的替代实施例中，维护执行实体5由技术员形成，该技术员具有用于在特定受影响的机器组件4-i处实行所需维护活动的所需维护技能。在可能的实施例中，技术员可以在处理单元1b的控制下被引导至机器2和受影响的机器组件4-i。在可能的实施例中，处理单元1b具有对指示机器2和/或其组件4-i的方位或位置的地理数据或组件的访问。

维护系统1的处理单元1b利用从存储在数据库1c中的机器维护本体读取的事件的机器上下文来扩充接收到的事件e。然后将事件的机器上下文与维护规则进行匹配，以生成包括相关联的任务描述的至少一个维护任务t。在可能的实施例中，所生成的维护任务的任务描述可以包括至少一个维护任务活动，该至少一个维护任务活动描述用于在机器2的机器组件4-i处实行相应维护任务的活动。在可能的实施例中，维护任务描述可以进一步包括维护任务优先级，该维护任务优先级指示相应维护活动的紧急性和/或直到必须履行维护任务的结束日期。在可能的实施例中，所生成的维护任务的任务描述进一步包括对于实行维护任务活动所需的维护任务能力。该维护任务能力可以例如指示形成维护执行实体5以实行所需维护任务的技术员的技术员角色。任务描述可以进一步包括对于实行维护任务活动所需的维护任务资源列表。例如，维护任务描述可以包括对于实行维护任务活动所需的备件列表。所生成的维护任务的任务描述可以进一步包括维护任务类型，该维护任务类型指示维护任务活动的类型，例如维修维护任务或机器组件的替换。当从机器2的控制器3接收到事件e时，事件的机器上下文与维护规则自动匹配，以生成包括相关联的任务描述的维护任务t。这些维护规则可以包括预定义的维护规则和/或学习的维护规则。在可能的实施例中，从已经触发了至少一个相关联的维护任务t的过去事件e来自动学习或训练维护规则，该至少一个相关联的维护任务t由维护执行实体5实行或执行并且存储在相应机器2的维护历史中。可以在机器2的操作期间学习维护规则。可替代地，还可以在开始机器2的操作之前在数据集的基础上训练维护规则。如果没有实现机器上下文和维护规则之间的匹配，则在可能的实施例中，基于存储在机器2的更新的维护日志中的维护历史来自动推荐任务。

在可能的实施例中，为可以经由总线系统连接到维护系统1的处理单元1b的多个机器2——特别是生产设施的生产机器——提供中央维护系统1。生产设施可以包括多个不同的维护执行实体5，该多个不同的维护执行实体5由维护系统1根据所计算的维护计划表来控制。根据进一步的方面，本发明提供了一种生产设施，其包括多个不同的机器2，每个机器2在如图2中所图示的维护系统1的控制下被维护。

图3示出了用于机器2的自动维护的方法的可能示例性实施例的流程图。

在所图示的示例性实施例中，该方法包括若干个主要步骤。在第一步骤s1中，从机器2——特别是生产设施的生产机器——的控制器3接收至少一个维护相关事件e。

在进一步的步骤s2中，利用从数据库中存储的机器维护本体读取的事件的机器上下文来扩充接收到的事件e。

在进一步的步骤s3中，将事件的机器上下文与维护规则进行匹配，以生成包括相关联的任务描述的至少一个维护任务t。在可能的实施例中，所生成的维护任务t的任务描述可以包括至少一个维护任务活动、维护任务优先级、维护任务能力、维护任务资源列表、以及维护任务类型。

在进一步的步骤s4中，在相应维护任务t的任务描述的基础上为机器2提供和/或计算维护任务计划表t-sch，并且根据所生成的维护计划表将所生成的维护任务分配给合适的维护执行实体5。

图4示意性地图示了维护模型mm，维护模型mm可以由维护系统1用于提供机器2的自动维护。图4中图示的维护模型mm形成知识库，该知识库允许将接收到的事件e映射到对应的任务t。在所图示的维护模型mm中，存在若干个数据对象，其包括形成机器2的资产的组件c。在所图示的实现方式中，组件数据对象c包括组件对象cid、组件对象名称cname、序列号csn和组件制造商cm。组件c可以连接到另一个组件（关系r1）。进一步地，组件c可以形成另一个组件的一部分（关系r2）。形成维护模型mm的对象的组件c被适配成生成（关系r3）事件e。每个事件对象e包括事件标识符eid、事件描述edes、以及指示在事件e已经发生或已经生成事件e时的时间的时间戳ts。事件e可以激活或触发（关系r4）任务t。图4中所图示的维护模型mm的任务数据对象t包括任务id、任务描述tdes、任务时间戳ts、以及必须履行任务t时的结束日期。每个任务对象可以具有（关系r5）状态s。该状态指示任务t的状态，并且可以包括值val以及时间戳ts。任务状态s可以由维护执行实体5（诸如，机器人单元或技术员）来履行（关系r6）。维护执行实体5可以包括标识符mee-id以及名称mee-name。机器执行实体5具有用于执行任务t的角色trule或能力（关系r7）。在所图示的示例中，该任务角色或能力可以包括标识符trule-id。任务t为了其履行而需要如图4的元模型中所示的能力或角色（关系r8）。任务t可以对机器2的资产或组件c具有影响（关系r9）。进一步地，任务t可能需要（关系r10）资源，诸如用于实行任务t的备件。在可能的实施例中，任务t必须根据如在图4中所图示的、具有代码n/gcode和名称n/gname的预定义规范或指导n/g来履行（关系r11）。

上层（upper）维护模型mm定义了：

机器组件类（类型）及其层次结构：

例如

linearaxis（线性轴）

subclassofaxis（轴的子类）

subclassofmachine_component（机器组件的子类）

维护事件类（类型）及其层次结构：

例如

inspection_due（到期检查）

subclassof（……的子类）

maintenance_event（维护事件）

此外，它定义了维护任务t的类型（诸如inspect（检查）、repair（维修）、refill（重新填充）等）、技术员角色trole（诸如，electrician（电工）、mechanic（机械工）、operator（操作员）……）等。

特定于机器的模型定义了特定机器的组件的实例，例如

x轴类型linearaxis

z轴类型linearaxis

借助于维护规则，可以指定的是：每当轴生成inspection_due类型的事件e时，必须在接下来的240小时内对该轴实行需要maintenancemechanic（维护机械工）的inspect类型的任务。正式地，该规则看起来如下：

在必须每1250个操作小时进行轴检查的假设下，这意味着x轴和z轴将每1250个操作小时生成inspection_due类型的事件。

例如，x轴可以生成inspection_due类型的实例e_123。

通过针对（上层+特定于机器的）模型来匹配事件描述，该系统知道x轴具有linearaxis类型，并且因此也具有axis类型。这意味着在上面的规则中，可以针对变量匹配x轴，并且可以针对变量匹配e_123。因此，规则被触发，并且自动生成如维护规则所描述的新任务实例。

从事件e和维护执行实体5实行的相关联维护任务t的对，来自动学习或训练维护规则。

图4中所图示的维护模型mm是示例性的，并且可以根据用例而变化。除了图4中所图示的知识库之外，维护系统1的处理单元1b还可以具有对附加信息、特别是维护日志的访问，该维护日志存储包括事件e和任务实例t的机器2的维护历史。进一步地，处理单元1b可以具有对机器2的机器配置的访问，该机器配置包括机器2的不同硬件和软件组件4-i、以及它们的互连和相互依赖性。进一步地，处理单元1b可以具有对实行维护所需的资源列表（例如备件列表）的访问。此外，处理单元1b可以具有对实行维护任务t所需的预定义规范的访问。

根据本发明的维护系统1将机器2的当前机器状况计及在内，并且不排他地基于固定时间的维护间隔。因此，可以在短时间内非常准确地实行根据本发明的维护方法，从而避免维护错误。维护系统1提高维护性能并且可以降低资源消耗、特别是备件消耗。此外，维护任务t可以及时地和/或在mee5处被捆绑，使得维护工作被聚集并且更高效地被实行。此外，在优选实施例中，维护文档记载（documentation）也被自动实行。在可能的实施例中，当维护执行实体5已经完成或履行了维护任务t时，可以自动生成每个机器维护报告。所生成的维护报告还可以被存储在维护系统1的数据库1c中。根据本发明的方法提供了预定义的机器维护、机器中断维护或基于状况的维护。为了实行预定义的机器维护，可以将预定义的机器维护规则存储在存储器中。为了机器中断维护，可以经由需要机器执行实体5检查相应机器的中断指示符（警报或物理事件）来发信号通知机器中断。在可能的实施例中，可以将存储维护历史的维护日志与维护系统1的分析处理单元1b同步。在该实施例中，操作员或维护执行实体5具有对机器2的所存储的维护历史的快速洞察，这可以帮助选择合适的维护任务和维护能力。在可能的实施例中，操作员或技术员可以使用移动设备的智能笔来填写维修或维护报告，以用于向系统1报告所实行的维护任务。这确保将维护报告自动传送到系统1的维护日志中。在可能的实施例中，维护任务t可以由决策规则引擎来自动生成。诸如决策规则引擎之类的规则体可以包括基于使用的维护消息（诸如，每30个机器生产小时重新填充油）、状况监视应用的输出或附加传感器的输出。例如，应用可以基于包括附接到主轴组件的温度、方位或扭矩传感器的传感器数据的输出，来监视机器2的主轴或其他组件c的主轴状态。进一步地，附加传感器可以包括压力传感器，该压力传感器指示过滤器系统的过滤器的所需更换。规则头部可以包括任务描述。利用根据本发明的方法和装置，常规的基于时间的维护任务被更适当的基于使用和状况的维护任务所替换。因此，常规系统的基于时间的维护任务可以被根据本发明的维护系统1生成的较小数量的维护任务所替换。利用根据本发明的方法和系统1，基于状况的维护导致维护本身的改进效率，而且还导致机器2或设施的提高的性能。进一步地，可以更快地实行维护过程。维护系统1甚至可以确保对形成如图4中所图示的维护模型mm的数据对象的规范或指导的法律合规性。维护系统1中实现的维护规则可以是oem提供的预先配置的维护规则。在可能的实现方式中，根据本发明的维护系统1可以连接到诸如sap系统之类的其他系统。任务生成是使用自动文本扩充来基于状况动态地实行的。在可能的实施例中，该方法和系统可以提供全数字文档记载过程。它进一步可以允许对提供维护服务的服务提供商的自动化服务提供商选择。基于任务优先级、所需的维护能力以及其他因素（诸如，可用的维护资源和/或资源价格、以及服务提供商的可用性），可以以成本高效的方式自动调度并且自动指派任务订单（order）。

进一步的实施例是可能的。在可能的实施例中，维护系统1被集成在机器2中，以用于自动实行维护操作。在该实施例中，一个或若干个集成或附接的维护执行实体5也可以被集成或附接到机器2。在该特定实施例中，机器2能够以独立操作模式实行自动维护，而无需外部维护。在该特定实施例中，必须为维护过程提供维护资源。在该特定实施例中，维护执行实体5自身形成机器2的组件。

在进一步的特定实施例中，在包括事件和任务的接收到的训练数据集的基础上，可以将神经网络nn用于学习机器规则。在进一步的可能实施例中，已经触发了事件的内部状况经由用户接口被显示给操作员。在仍进一步的可能实施例中，用于机器维护的所计算的维护计划表也可以被输出或显示给系统1的技术员或操作员。在仍进一步的可能实施例中，可以从系统1的数据库读取不同机器2的维护历史，并且将该维护历史经由图形用户接口显示给操作员。在仍进一步的可能实施例中，可以将预定义的维护规则和/或学习的维护规则以可编辑的形式显示给技术员或用户。在进一步的可能实施例中，该系统的用户或技术员或操作员还可以经由用户接口来输入维护规则。在仍进一步的可能实施例中，预定义的维护规则还可以被存储在机器2的本地存储器中，并且经由接口从维护系统1读取。在可能的实施例中，机器2可以包括诸如存储器棒之类的本地存储器，以用于为机器2存储维护规则和/或存储维护日志，其中维护系统1可以从机器2的本地存储器读出数据。而且，在可能的实现方式中，机器执行实体5可以包括本地存储器，以用于存储从维护系统1接收到的任务或任务订单，并且用于存储由维护执行实体5在不同的时间处针对一个或若干个机器2执行或实行的任务t。维护执行实体5的本地存储器的存储器内容还可以在请求后被传送到维护系统1的中央数据库1c。在可能的实现方式中，维护技术员或机器人mee5可以携带具有根据维护计划表从处理单元1b接收订单任务的接口的通信设备，并且自动地或在导航系统的控制下移动到受影响的机器2，以用于实行所请求的维护任务t。在已经完成了任务t之后，操作员或mee5可以使用通信设备将任务t的履行报告回给维护系统1。在可能的实现方式中，mee5可以仅报告其是否已经成功地履行了所需的维护任务t。在另一个实现方式中，mee5可以向维护系统1报告附加参数。例如，mee5可以指示：其已经完全地填充满了油储器，或者由于其没有足够的可用维护资源（诸如，润滑油）而仅填充至一定程度或水平。