机床数据采集方法与装置、机床数据共享方法与装置与流程

本发明涉及数控机床技术领域，特别是涉及机床数据采集方法与装置、机床数据共享方法与装置。

背景技术：

如何提高机床运转效率，实现机床运转状况实时监控和分析对提升企业管理水平和生产效率具有重要的现实意义。基于工业互联网的数控机床监控和管理需要实时采集数控机床的运行状态，通过把数据通过工业互联网传送到工业云平台(云计算平台)，利用工业云平台上的模型和智能算法对数据进行分析，以实现机床的优化运行和故障预警、设备健康度分析等业务。

目前，车间通用的两种网络数据传送协议是mtconnect与ncuc-bus。mtconnect的制定单位是由amt(美国制造协会)支持的mtconnectinstitute，第一版发布于2009年。mtconnect协议基于http(在tcp/ip之上)与xml，支持内网与外网的云计算服务，同时提供一般车间应用的数据模型，但是针对每类机床的细致定义还没有。ncuc-bus现场总线协议规范的制定单位是中国机床工具工业联合会，第一版刚递交政府批准。该协议基于fieldbus，主要面对单一机床的周边应用与近程应用，例如数控上位机、下位机之间的通信。ncuc-bus只服务原始数据，没有提供数据模型。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供机床数据采集方法与装置、机床数据共享方法与装置，用于解决现有技术中无法针对性地对每个机床进行个性化数据采集的技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种机床数据采集方法，应用于服务端，所述方法包括：根据业务需求确定机床数据采集需求；确定符合所述机床数据采集需求的机床数据采集报文；将所述机床数据采集报文提供至机床数控系统或边缘设备，以供所述机床数控系统或所述边缘设备根据所述机床数据采集报文进行机床数据采集。

于本发明一实施例中，所述机床数据采集需求包括：机床数据采集内容和机床数据采集频率；所述确定符合所述机床数据采集需求的机床数据采集报文，包括：查找同时匹配所述机床数据采集内容和所述机床数据采集频率的机床数据采集报文；若未查找到匹配的机床数据采集报文，则根据所述机床数据采集内容和所述机床数据采集频率创建相应的机床数据采集报文，并予以存储。

于本发明一实施例中，所述方法还包括：接收由所述机床数控系统或所述边缘设备根据所述机床数据采集报文所采集的机床数据，并予以存储。

于本发明一实施例中，所述机床数据采集报文的内容包括：报文标识、报文名称、机床数据采集规则、机床数据采集频率、机床数据采集字段、及报文类型。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种机床数据采集方法，应用于机床数控系统或边缘设备，所述方法包括：接收机床数据采集报文；根据所述机床数据采集报文进行机床数据采集；存储采集的机床数据，并向外发送。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种机床数据共享方法，应用于服务端，所述方法包括：获取机床数据共享请求；根据所述机床数据共享请求，将待共享的机床数据和采集所述机床数据所采用的公有机床数据采集报文提供至接收方，以供所述接收方基于所述公有机床数据采集报文访问所述机床数据。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种机床数据采集装置，应用于服务端，所述装置包括：业务管理模块，用于获取机床数据采集需求；订阅管理模块，用于确定符合所述机床数据采集需求的机床数据采集报文；通讯模块，用于将所述机床数据采集报文提供至机床数控系统或边缘设备，以供所述机床数控系统或所述边缘设备根据所述机床数据采集报文进行机床数据采集。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种机床数据采集装置，应用于机床数控系统或边缘设备，所述装置包括：通讯模块，用于接收机床数据采集报文，以及向外发送采集的机床数据；报文解析模块，用于解析所述机床数据采集报文；数据采集模块，用于根据所述机床数据采集报文进行机床数据采集；数据库，用于存储采集的机床数据。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种机床数据共享装置，应用于服务端，所述装置包括：用户管理模块，用于获取机床数据共享请求；通讯模块，用于根据所述机床数据共享请求，将待共享的机床数据和采集所述机床数据所采用的公有机床数据采集报文提供至接收方，以供所述接收方基于所述公有机床数据采集报文访问所述机床数据。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载执行时，实现所述的机床数据采集方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种计算机可读存储介质，其中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器加载执行时，实现所述的机床数据共享方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种服务器，包括：处理器、存储器、及通信器；其中，所述通信器用于建立所述服务器与外部设备的通信连接；所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于加载执行所述计算机程序，以使所述服务器执行所述的机床数据采集方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种数控机床，包括：处理器、存储器、及通信器；其中，所述通信器用于建立所述数控机床与外部设备的通信连接；所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于加载执行所述计算机程序，以使所述数控机床执行所述的机床数据采集方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种边缘设备，包括：处理器、存储器、及通信器；其中，所述通信器用于建立所述边缘设备与外部设备的通信连接；所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于加载执行所述计算机程序，以使所述边缘设备执行所述的机床数据采集方法。

如上所述，本发明的机床数据采集方法与装置、机床数据共享方法与装置，能够针对每个机床灵活地定义机床数据的采集内容和采集频率，从而个性化地采集机床数据；并且，能够针对每个机床灵活地提供机床共享数据，方便其他用户基于报文定义来理解机床共享数据的含义。

附图说明

图1显示为本发明一实施例中的机床数据采集系统的架构示意图。

图2显示为本发明一实施例中的机床数据采集方法的流程示意图。

图3显示为本发明一实施例中的机床数据共享方法的流程示意图。

图4显示为本发明一实施例中的服务器的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

每个数控机床的监控和管理要素不同，数控机床的云端监控需要有针对性地对每个机床进行个性化数据采集。而不同品牌或者同一品牌不同类型的数控机床，其数据采集的内容和通讯频率等都不同，这就需要一种灵活的数据采集方法。此外，由于基于工业互联网的网络协同制造的需要，数控机床运行状态需要在不同企业之间共享，这又需要每个数控机床的数据采集信息内容和结构(可以理解为信息模型)要能被相关企业所理解以实现共享。本发明提供一套灵活的数控机床数据采集装置与方法，可以根据不同数控机床自定义数据采集内容和采集频率，形成数据采集的报文。每个报文定义了数据采集的内容以及频率。同时，根据业务需要，可以在不同企业之间共享这个数据采集报文，以便进行信息共享。

如图1所示，展示为本实施例的机床数据采集装置，其包括了a网络平台，b边缘设备，c采集对象，d(具有报文解析模块的)机床数控系统，e其它类似b或d的设备(b或d的数量可以无限制)。

其中，a网络平台可以是一个工业云平台，或者一个公有的网络平台，也可以是一个企业私有的平台，采用单个物理服务器或服务器组来搭建。所述的企业私有平台，只能进行数据采集并且在企业内部进行数据共享，而不能和企业私有平台之外的节点进行数据共享。

a网络平台的内部包括：a01业务管理模块，主要是对数控机床的监控和管理业务进行管理，明确数据采集需求，即采集数据的内容和频率；a02订阅管理模块，主要是确定数据采集的需求和数据报文的关系，以及对数控机床进行报文下发等；a03报文管理模块，完成新定义报文、报文修改、报文检索、报文删除、报文存储等功能；a04机床数控管理模块，用于管理已经采集到的机床数据，包括实现数据共享；a05用户管理模块，用于管理采集参数与报文定义和数据共享的用户；a06通讯模块，用于和b边缘设备或d数控系统通讯。

数据采集有两种典型的方式连接到网络平台a，一种是通过边缘设备b来连接，一种就是数控系统d自己直接连接。如果数控系统具有报文解析模块并且能支持基于本发明所涉及的数据采集报文来进行数据采集，那么就可以直接和网络平台a连接而不用通过边缘设备b。否则，则需要通过边缘设备b来连接到网络平台。

b边缘设备是实现数据采集功能的一类设备。有些数控机床的数控系统不能直接和网络平台a进行通讯，或者其数控系统也不支持基于报文的数据采集方式，则需要借助b边缘设备来实现基于报文的数据采集。b边缘设备包括：b01通讯模块，完成和网络平台以及数据采集对象的通讯；b02报文解析模块，用于解析从网络平台发送来的报文，明确数据采集要求；b03数据采集模块，通过对数据采集报文的理解，实现从c数据采集对象(如数控机床)中采集数据；b04数据处理模块，对数据进行必要的转换、清洗和预处理；b05本地管理模块，用于报文管理和采集数据的管理，包括报文和数据的存储、传递等功能。

d数控系统，在具有d02报文解析模块后可以直接理解报文，支持基于报文的数据采集功能。如此，这类数控系统d可以直接和网络平台a相连接。d数控系统包括：d01通讯模块，完成和网络平台以及数据采集对象的通讯；d02报文解析模块，用于解析从网络平台发送来的报文，明确数据采集要求；d03数据处理模块，指对数控系统的数据进行必要的整理、汇集和预处理，以符合报文采集的要求；d04本地管理模块，用于报文管理和采集数据的管理，包括报文和数据的存储、传递等功能。在这种连接方式下，d数控系统自己就是一个被进行数据采集的对象。

本领域技术人员应当理解，图1实施例中的各个模块的划分是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个或多个物理实体上。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现，也可以全部以硬件的形式实现，还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。

本实施例提供一种机床数据采集方法，该方法由图1所示的a网络平台负责执行，包括以下步骤：

步骤一、获取机床数据采集需求；

步骤二、确定符合所述机床数据采集需求的机床数据采集报文；

步骤三、将所述机床数据采集报文提供至机床数控系统或边缘设备，以供所述机床数控系统或所述边缘设备根据所述机床数据采集报文进行机床数据采集。

以下先对本实施例的机床数据采集报文做详细介绍。

机床数据采集报文根据不同的业务或者模型而制定。机床数据采集报文可以看作是对数据采集内容和数据采集频率的一个定义，机床数控系统或边缘设备在收到机床数据采集报文之后，根据其中定义的数据采集内容和数据采集频率进行机床数据的采集。一般的，机床数据采集报文可基于xml或json来编写。

机床数据采集报文主要包括以下属性：报文id、报文名称、机床数据采集规则(时间型、事件型)、机床数据采集频率、报文类型(公有报文或私有报文)、报文对应所属设备参数集(即机床数据采集字段)。另外，技术人员可以在这个报文基础定义上加上自己新增的报文属性内容，本发明对此不做限定。机床数据采集报文的主要属性解释如下：

1)报文id：唯一标识一个报文；

2)报文名称：方便报文的检索；

3)采集规则：定义数据采集是定时采集(时间型)还是某个事件发生后采集(事件型)；

4)采集频率：定义每个时间间隔(如每分钟或每小时或每天)所需要采集数据的次数；

5)报文类型：公有报文，也可以说是全局报文，可以被不同用户共享；私有报文，也可以看做是局部报文，只能被定义这个报文的用户自己使用；

6)报文对应所属设备参数集：指报文定义需要采集的数据字段。

不同的数控机床供应商的数控机床，会分成设备类别和系统类别。设备类别包括设备大类(如车床、铣床、刨床、磨床等)和设备小类(设备的具体型号)，每个设备大类里面包括多个设备小类。系统类别分成系统大类和系统小类。系统大类是指数控机床所采用数控系统的生产厂家，如西门子、fanuc、i5等，系统小类是数控系统的具体型号。每个数控机床根据其设备类别和系统类别，定义了不同的参数集。在定义机床数据采集报文的时候，可以根据所需要采集的设备对象(c或d)，从其所属设备类别和系统类别所对应的参数集中选择部分参数，作为数据采集的字段。

详细而言，参阅图2所示的流程图，本实施例的机床数据采集过程具体如下：

s101：用户根据自己业务的需要，在网络平台a的业务管理模块a01登记业务信息，从而明确机床数据采集需求，至少包括数据采集内容和数据采集频率。

s102：网络平台a的报文管理模块a03检索报文库a10中是否有该业务相关的报文定义，也即检索同时符合数据采集内容和数据采集频率的机床数据采集报文是否存在。

s103：如果没有检索到匹配的机床数据采集报文，则定义新的机床数据采集报文，并且存入报文库a10。

s104：如果检索到匹配的机床数据采集报文，则通过报文订阅模块a02来关联业务和报文，也即确定当前业务应当采用的机床数据采集报文。

s105：网络平台a把确定的机床数据采集报文下传到边缘设备b或者数控系统d。

如果数控机床支持报文解析并且能根据机床数据采集报文采集数据，就可以直接把机床数据采集报文传递给该设备的数控系统，如图1中的d数控系统；

如果数控机床不支持报文解析或者不能根据机床数据采集报文采集数据，则传递机床数据采集报文给连接这个数控机床的边缘设备b，让边缘设备b来基于机床数据采集报文进行数控机床的数据采集。

s106：边缘设备b或者数控系统d完成数据采集，并且将这些数据上传到网络平台a。具体的，数控系统d或边缘设备b按照机床数据采集报文中定义的数据采集内容和数据采集频率进行机床数据采集，并将采集的数据上传到网络平台a。

s107：网络平台a将这些数据存放到机床数据库a11，供相关业务模块访问使用。

值得说明的是，在本示例中，数控系统d或边缘设备b接收由网络平台a发送的机床数据采集报文；在其他实施例中，数控系统d或边缘设备b可以接收由其他电子设备，如智能手机、平板电脑等发送的机床数据采集报文，并根据机床数据采集报文进行机床数据采集。

除此之外，有的业务要求用户和其它用户进行数据共享，也就是把自己采集的数据共享给其它用户，此时，在将采集的数据共享给其它用户时，还需将采集这些数据所采用的机床数据采集报文提供至其它用户，以便这些用户能够读懂采集的数据的含义。

需要说明的是，用户之间的数据共享只能是在网络平台的范围内共享。如果其它用户没有接入网络平台，也就不能通过本发明图1中的架构来访问共享数据。

一般而言，数据共享过程中需要告诉其它人数据的结构，否则其它用户就不能理解数据的含义。通过把机床数据采集报文的定义信息传递给其它用户，其它用户就可以很方便地根据这个定义信息来理解数据的含义。

本实施例提供一种机床数据共享方法，该方法由图1所示的a网络平台负责执行，包括以下步骤：

步骤一、获取机床数据共享请求；

步骤二、根据所述机床数据共享请求，将待共享的机床数据和采集所述机床数据所采用的公有机床数据采集报文提供至接收方，以供所述接收方基于所述公有机床数据采集报文访问所述机床数据。

详细而言，参阅图3所示的流程图，本实施例的机床数据共享过程具体如下：

s201：用户根据自己业务的需要，欲共享自己所采集的数据，在网络平台a的业务管理模块a01登记业务信息(或者检索已有的业务)，确定数据采集内容和数据采集频率。

s202：网络平台a的报文管理模块a03检索是否有和这个业务相关的公有报文定义，也即同时满足所述数据采集内容和所述数据采集频率的公有机床数据采集报文。

公有机床数据采集报文是指能被其它用户所访问的机床数据采集报文。公有机床数据采集报文可以被添加到报文库a10，留待后续被共享。

s203：如果没有检索到匹配的机床数据采集报文，则定义新的公有机床数据采集报文，并且存入报文库a10。

s204：如果检索到匹配的机床数据采集报文，则通过报文订阅模块a02来关联业务和公有报文，也即确定当前业务应当采用的公有机床数据采集报文。用户根据该公有机床数据采集报文采集数据，将采集的数据存储到机床数据库a11。采集过程参考图2流程，于此不重复赘述。

s205：用户根据业务需要，利用用户管理模块a05中的权限设置功能来把自己的数据和对应的公有机床数据采集报文共享给指定的业务相关用户。

s206：这些业务相关用户根据公有机床数据采集报文的结构，通过机床数据管理模块a04来访问存放在机床数据库a11中的共享数据，从而解读共享数据的含义。

在一应用场景中，用户甲要求其它用户(如用户乙)采集规定的数据，并且把这个数据再共享给用户甲，则用户甲可以通过网络平台把自己定义的公有机床数据采集报文发给乙，用户乙利用这个报文来采集数据，然后再通过网络平台把数据共享给甲。公有机床数据采集报文的一致性，保证了乙所采集的数据是符合甲的要求的。这个过程和图3所述流程类似，这里不再重复。

实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。基于这样的理解，本发明还提供计算机程序产品，包括一个或多个计算机指令。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存储的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(如：软盘、硬盘、磁带)、光介质(如：dvd)、或者半导体介质(如：固态硬盘solidstatedisk(ssd))等。

参阅图4，本实施例提供一种服务器40，服务器40可以是台式机等设备。详细的，服务器40至少包括通过总线41连接的：存储器42、处理器43、通信器44，其中，通信器44用于建立服务器40与外部设备(如边缘设备、数控机床等)的通信连接，存储器42用于存储计算机程序，处理器43用于执行存储器42存储的计算机程序，以执行前述方法实施例中的机床数据采集方法。

另外，本发明还提供一种数控机床(未图示)，至少包括通过总线连接的：存储器、处理器、通信器，其中，通信器用于建立数控机床与外部设备(如服务器)的通信连接，存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行存储器存储的计算机程序，以执行前述方法实施例中的机床数据采集方法、机床数据共享方法。

最后，本发明还提供一种边缘设备(未图示)，至少包括通过总线连接的：存储器、处理器、通信器，其中，通信器用于建立边缘设备与外部设备(如服务器)的通信连接，存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行存储器存储的计算机程序，以执行前述方法实施例中的机床数据采集方法。

上述提到的系统总线可以是外设部件互连标准(peripheralpomponentinterconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extendedindustrystandardarchitecture，简称eisa)总线等。该系统总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信接口用于实现数据库访问装置与其他设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信。存储器可能包含随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessing，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

综上所述，本发明的机床数据采集方法与装置、机床数据共享方法与装置，根据业务需要创建机床数据采集报文来定义所需要采集的数据内容和采集频率，可针对每个机床进行个性化数据采集；结合数控机床的典型业务，如：监控业务、设备优化运行业务、远程诊断业务等，来灵活定义机床数据采集报文，不仅有利于实现机床数据的灵活采集与共享，也便于用户在供应链中结合自己的业务来进行信息的共享与传递。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。