在众多机器中实现针对维护相关事件的事件规则的制作方法

1.本发明涉及一种用于在众多机器中实现针对维护相关事件的事件规则的方法，而该方法使用计算机系统。本发明还涉及相应的计算机程序代码装置。
2.在众多机器当中，存在如下机器：这些机器全部具有相同的组件，或者具有仅一些相同的主要组件并且其他组件是不同的。具有相同的主要组件的机器可以被视为一个类别的机器。这里的机器尤其包括物理机器，如电机、泵、机床，如cnc机器（计算机化数控机器），这些机器通常具有以硬件和/或软件实现的机器控制器。


背景技术：

3.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，有必要执行维护活动，以维持机器可操作。
4.维护活动包括例如替换机器的故障或磨损组件。此外，机器可以包括在机器操作期间消耗的资源。例如，机器可以包括储存器或容器，该储存器或容器针对用于润滑机器组件的润滑流体。
5.因此，机器的维护本身是复杂的过程，执行该过程的目的是避免机器损坏或防止机器性能降低。
6.wo 2019/016148 a1公开了一种用于机器的自动维护的方法和系统，包括以下步骤：从该机器的控制器来接收至少一个维护相关事件；利用从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；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；以及基于相应维护任务的任务描述来为机器提供维护调度，该维护调度将所生成的维护任务指派给合适的维护执行实体。
7.维护相关事件例如可以是指示机器的至少一个机器组件的中断的机器中断事件、和/或指示机器的至少一个机器组件的磨损的机器磨损事件、和/或时间触发的维护事件。机器控制器可以通过评估来自传感器的传感器数据来生成事件，该传感器监测该机器的机器组件的行为和/或操作状态。所生成的维护相关事件可以包括时间戳和机器组件指示器，该机器组件指示器指示受所报告的事件影响的受影响的机器组件。
8.如果必须维护一个类别的众多机器，则必须在每个机器的控制器中实现维护相关事件，这是非常费力的。
9.附加地，必须知道如何处理针对某个机器的所需的数据点，这可能是特定于控制器和/或特定于机器的，并且必须知道如何在该控制器上生成新事件，这通常是对于相应plc（可编程逻辑控制器）特定的。


技术实现要素：

10.因此，本发明的一个目的是提供一种方法，用于在众多类似的机器中实现针对维护相关事件的事件规则，而不必独立地在每个单个机器上实现那些事件规则。
11.该目的通过根据权利要求1的方法来实现。权利要求1包含一种用于在众多机器中
实现针对维护相关事件的事件规则的方法，而该方法使用计算机系统，该计算机系统包含公共中央配置器，而为了传输数据，机器连接到公共中央配置器，该方法包括以下步骤：
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通过使用公共中央配置器来针对某个类别的机器定义维护相关事件，
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将事件规则发送到该类别的至少一个机器的边缘设备，优选地发送到该类别的所有机器的边缘设备，而边缘设备是该计算机系统的一部分，以及将事件规则存储在边缘设备中，
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将事件规则存储在公共中央配置器中。
12.因此，对于某个类别的机器，相应的维护相关事件（在下文中仅被称为“事件”）仅被定义一次，并且然后关于该事件的信息被发送到该类别的机器中的机器的边缘设备，并且被存储在边缘设备中。边缘设备通常也连接到相应机器的机器控制器。如何在公共中央配置器与机器控制器和/或其边缘设备之间通信的方式——即使对于相同类型的机器，这些控制器和/或边缘设备也可以具有不同的属性——可以被定义一次，并且然后用于未来的通信。在权利要求1的意义上的术语“机器”可以指代物理机器（具有一个或多个组件）或指代机器的组件。
13.边缘设备是为机器提供去往计算机网络的入口的计算机设备。边缘设备是收集所有机器相关数据的本地计算机，该机器相关数据包括例如针对cnc机器的cnc数据、以及还有plc数据和附加机器传感器数据。边缘设备可以至少计算和存储数据。边缘设备增强了机器和/或机器控制器的能力，因为它建立了数据连接并且关于事件规则进行计算。边缘设备可以是机器的物理部分，例如，它可以位于相同壳体中，或者它可以与现有机器在物理上分离，例如，如果现有机器稍后被配备有边缘设备，则后者是这种情况。
14.例如，与现有技术一样，该事件可以基于机器的使用和/或基于机器的状况。基于状况的事件例如是指示机器的至少一个机器组件的中断的机器中断事件、和/或指示机器的至少一个机器组件的磨损或超过给定阈值的机器磨损事件。基于使用的事件是例如已经达到机器或机器组件的给定操作时间，例如对于cnc机器而言，是主轴的500,000个模压循环（clamping cycle）。或者，该事件也可以是时间触发的维护事件，与机器的使用和状况无关，如某个绝对时间段。机器控制器和/或其边缘设备可以通过评估来自传感器的传感器数据来生成事件，该传感器监测机器的机器组件的行为和/或操作状态。所生成的维护相关事件可以包括时间戳和机器组件指示器，该机器组件指示器指示受所报告的事件影响的受影响的机器组件。
15.例如，要从公共中央配置器传输到机器（即，传输到它们的边缘设备）的数据是事件规则。例如，要从机器传输到公共中央配置器的数据是事件消息，该事件消息可以分别是其他事件或事件规则的数据源。
16.当定义维护相关事件时，也可以同时通过使用公共中央配置器来针对该类别的机器定义该事件的对应维护规则。这些规则也可以被存储在公共中央配置器中，并且由公共中央配置器来应用。然而，通常这些维护规则被存储在该计算机系统的另一个实体中并且由其应用。
17.根据本发明的一个实施例，边缘设备位于机器处或机器附近，而公共中央配置器被实现为云服务。“附近”意味着例如边缘设备与机器的距离小于100m，通常小于10m。“附近”意味着例如在相同的建筑物中。云服务可以并且通常在远离要监测的物理机器的物理
地点中执行。“远离”意味着例如超过100m远，和/或例如至少在另一个建筑物中。
[0018]“远离”通常被理解为距离一公里或更远。云服务被定义为计算机系统资源（如数据存储和计算能力）通过互联网对许多用户的可用性。这具有如下优点：新的机器（即，它们的边缘设备）可以被添加到该计算机系统，而不管它们的位置如何。因此，通过根据本发明的方法可以管理分布在大的物理区域上的众多机器。
[0019]
根据本发明的一个实施例，边缘设备包括复杂事件处理引擎（cep引擎），基于事件规则并且基于来自机器的输入数据，该复杂事件处理引擎在该输入数据满足事件规则的情况下创建事件消息，并且将事件消息发送到部署相应维护规则的设备。
[0020]
cep引擎也被称为事件相关性引擎（事件相关器）。它们分析来自其机器的所有事件，选择满足针对某个事件的事件规则的那些事件，并且向另一个实体发送相应的事件消息，然后该另一个实体部署相应维护规则。cep引擎通常不会从预定义事件中推断出新事件，但是它们可以将不同事件彼此进行关联。
[0021]
cep引擎被部署在机器附近。以这种方式，该处理在传感器附近完成，并且只有与有意义的事件相关的结果（事件消息）被发送到负责维护的中央应用。cep引擎暴露了用于部署和删除cep语句（=事件消息）的接口。通过在cep引擎中部署事件规则，对输入数据进行处理，并且当满足事件模式（=事件规则）时，它会生成新事件作为输出。cep引擎的输出可以被其他规则重复使用以进行进一步处理，或者它可以被视为最终事件。在这种情况下，输出是最终事件，并且维护任务是针对机器生成的。事件被解释的方式由定义cep规则的用户来选择。
[0022]
可以根据现有技术来处理事件消息，参见例如wo 2019/016148 a1。在从机器的边缘设备接收到事件消息之后，将接收到的事件消息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，并且基于相应维护任务的任务描述来为机器提供维护调度，该维护调度将所生成的维护任务指派给合适的维护执行实体。
[0023]
根据本发明的一个实施例，边缘设备包括消息代理，该消息代理从机器的传感器接收信号，并且在将信号作为输入数据发送到复杂事件处理引擎之前对信号进行处理。消息代理位于每个机器附近，并且用于将机器的信号（即，来自其传感器的信号）传输到cep引擎。消息代理处理消息，并且向cep引擎和负责维护的中央应用仅发送有意义的事件。
[0024]
每个数据源（如传感器）在不同的路由键上发布信号。路由键具有某个名称或id，该名称或id也被存储在公共中央配置器中，例如存储在知识库中，参见下文。当部署新事件规则时，cep引擎向对应的数据源订阅唯一的路由键。例如，通过消息代理发送的消息具有以下格式：id、时间戳、值。id是传感器的名称，时间戳给出该信号被生成时的日期，并且值是传感器发送的信号的值。
[0025]
根据本发明的一个实施例，公共中央配置器包括知识库，该知识库存储每个机器的模型、其数据源、其事件和对应的事件规则，而新事件被存储作为新数据源。
[0026]
知识库用于对被监测系统（即，机器系统）的结构进行建模。知识库监测机器、数据源和cep规则。
[0027]
每个机器具有与其相关联的一个或多个数据源。这些数据源例如是安装在机器或机器组件上并且提供关于实际机器状态的信息的传感器。与传感器相关联的元数据包含例如测量的名称、传感器的名称、以及可以从其中读取数据的地址。
[0028]
知识库对边缘设备（在这里是其cep机器）应当检测的情形的类型进行建模。这种类型的情形是一事件，并且由事件规则来表征。在知识库中，这些情形被建模为操作类型、连同它们相关联的参数列表。在部署了cep规则之后、即当事件规则已经被发送到cep引擎时，知识库中的模型被更新。这意味着来自cep引擎的事件消息（即，cep输出事件）被添加作为该类别的机器的新数据源，这些事件消息可以用于进一步处理。
[0029]
根据本发明的一个实施例，公共中央配置器包括用户界面，用于通过使用语义模型来定义针对某个类别的机器的事件。在监测机器、维护相关事件期间应当发现的那些情形由用户来定义。在大多数情况下，用户不知道cep引擎语言。因此，该界面允许用户使用语义语言以便定义该事件。必要的参数列表从知识库中被读取，并且在界面上被示出给用户。针对该事件信息的相应cep引擎语言对用户是隐藏的。
[0030]
事件规则通常是针对机器类别来定义的。用户选择他想要针对其应用该事件规则的机器的类别。事件规则将要针对该类别的每个机器、利用操作类型参数的相同值来部署。
[0031]
当用形式语言表达概念及其计算表示时，语义描述有助于弥合自然语言的模糊性。语义描述可以基于模型的技术领域的本体。在计算机科学和信息科学中，本体是对于特定领域真实存在或基本存在的实体的类型、属性和相互关系的形式命名和规则。本体将对于一些计算集合所需的变量进行分隔（compartmentalize），并且建立它们之间的关系。语义描述还可以包括不指定技术性质的信息，诸如数据或模型的所有者、数据源或记录周期。
[0032]
可能的是，在定义了事件规则之后，用户还定义针对该事件的对应维护规则。
[0033]
根据本发明的一个实施例，公共中央配置器包括规则部署模块，该规则部署模块针对该类别的至少一个机器的边缘设备、优选地针对该类别的所有机器的边缘设备来部署新事件规则，并且在此之后利用新事件规则来更新知识库中的模型。
[0034]
部署优选地包括以下四个操作：针对cep引擎的事件规则必须包含必须针对新事件而处理的新信号的格式和名称。因此，确保了cep引擎仅接收来自所选传感器的数据。
[0035]
如果存在消息代理，则必要的传感器必须订阅消息代理路由键。在配置级别上，用户选择事件的输入数据。该数据是在消息代理的路由键上发布的。由于cep引擎应当接收和处理输入数据，因此传感器应当订阅给定的路由键，并且向cep引擎发送信号。
[0036]
然后，创建采用cep语言的事件规则，并且将其发送到相同类别的机器或机器组件的所有cep引擎。
[0037]
然后，更新知识库模型。如果该事件仅生成用于进一步处理的中间结果，则所选机器类型将具有相关联的新数据项目，该新数据项目可以被视为由该机器生成的数据的新源。
[0038]
根据本发明的一个实施例，如果机器被重新配置，则通过修改知识库中的该机器的模型并且通过将新事件规则部署到相应机器来自动更新事件规则。
[0039]
机器重新配置是例如当机器的一个组件被另一个组件替换、或者组件被移除、或者组件被添加的时候。用户仅需修正知识库中的该机器的模型。然后，公共中央配置器自动更新该模型，即机器和相关联的数据点。与新组件相关联的数据点可以由用户来建议，该建议要么基于相同类型的被替换组件的数据点、要么基于针对组件类别的模板。该模型可以被审查或适配，并且然后由用户批准。
[0040]
通用事件规则当它们不是最新时（例如，如果事件规则指向了不再是机器的一部分的组件）被自动更新。通常，事件规则的参数保持不变，并且公共中央配置器在机器上重新部署事件规则。针对已安装的组件添加参数，针对已移除的组件删除参数。对于每个事件规则所必要的所有数据源（数据点）是针对每个机器自动找到的。
[0041]
因此，当重新配置机器时，不需要针对每个机器来手动重写不同边缘设备中的cep程序，这将不仅需要大量的专业知识和时间，而且还将容易出错。
[0042]
本发明还包括相应的计算机程序代码装置，当计算机程序在包含公共中央配置器和众多边缘设备的计算机系统上运行时，该计算机程序代码装置被适配成执行根据本发明的方法的所有步骤。
[0043]
因此，当计算机程序运行时，它提示用户通过使用公共中央配置器来针对某个类别的机器定义维护相关事件，然后它将相应事件规则发送到该类别的至少一个机器的边缘设备、优选地发送到该类别的所有机器的边缘设备，它将事件规则存储在边缘设备中，并且它将事件规则存储在公共中央配置器中。
[0044]
本发明还包括一种用于执行根据本发明的方法的计算机系统，该计算机系统包括
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具有边缘设备的众多机器，
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公共中央配置器，而为了传输数据，机器通过边缘设备连接到公共中央配置器，
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而公共中央配置器被设计成允许针对某个类别的机器定义维护相关事件，
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而公共中央配置器被设计成将相应事件规则发送到该类别的至少一个机器的边缘设备、优选地发送到该类别的所有机器的边缘设备，而边缘设备是该计算机系统的一部分，并且存储事件规则，
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而边缘设备被设计成存储事件规则。
[0045]
本发明使得机床装配工和机床操作者能够容易地定义通用规则，以用于基于机器状况来生成软传感器和复杂事件。本发明提出了尤其是针对cnc机床的复杂事件的基于知识的配置，并且允许新的复杂事件和数据点的灵活规范（例如，聚合），它允许定义可以在不同机器实例上部署的通用复杂事件规则，并且对于相同组件类型的不同实例，它允许在机器被重新配置之后自动重新部署复杂事件规则。
[0046]
本发明有利地基于嵌入到例如运行在云中的后端应用中的配置界面、以及运行在连接到例如cnc机床的边缘设备上的cep引擎。
[0047]
由于可以使用复杂事件以便自动进行机床维护（例如，通过定义维护规则，诸如主轴的每500,000个模压循环，应当给主轴的模压单元重新上油）、以及改进机器监测，本发明有助于：
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例如通过减少装配工的工作时间、通过减少定义和部署维护相关规则所需要的时间，从而降低维护成本，
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通过基于机器状况进行维护而不是在固定时间间隔内进行维护，从而减少操作者或工作时间，
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通过在边缘设备上聚合数据并且仅向在云中运行的应用发送经聚合的信号或事件，从而降低与云资源相关的成本，
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通过基于机器状况来提醒对备件替换的需要，从而降低备件成本，
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改进一般机器状况监测，
type）”下）被命名，在这里被命名为“聚合循环间隔（aggregatedcyclelnterval）”。然后，用户必须针对该事件规则的输入（在“输入名称（input name）”下）提供数据源或信号的名称，在这种情况下，他选择了传感器，该传感器针对工具的模压状态（“被模压工具（toolclamped）”）提供布尔值（0或1）。用户（在“聚合函数（aggregate function）”下）选择信号或数据应如何被聚合，在这里是“平均值（average）”。因此，用户必须（在“超出周期（over period）”下）定义用于聚合的周期（在这里是“24”）以及时间单位（在这里是“小时”）。用户还可以选择其他聚合函数，诸如求和、最小值或最大值。用户（在“输出事件/信号（output event/signal）”下）给输出事件或信号进行命名，在这里，所选择的名称是“平均模压时间24小时（averageclampingtime24h）”。该第一个事件规则生成了用于进一步处理的事件，因此“使用输出作为信号”的框被选中。
[0055]
通过点击“保存”，新事件规则被保存，被翻译成cep语言，并且通过cep规则部署模块dm和消息代理mb被发送到机器m1、m2的cep引擎cep_e（参见图1）。然后，新事件规则“聚合循环间隔”被保存在知识库中。每24小时来生成事件“聚合循环间隔”，并且它包含主轴模压循环之间的平均时间的值。
[0056]
第一个事件规则“聚合循环间隔”用于检测主轴循环之间的周期的平均值。该事件规则将不会生成最终事件。
[0057]
针对第二个事件规则“阈值（threshold）”，输入用户界面ui看起来像图3中那样。如图2中那样，存在窗口“添加操作”，可以在其中定义新事件规则。用户必须定义该事件规则指代哪个组件，在这里，它再次是cnc机床的主轴（“主轴”）。该事件规则必须（在“操作类型”下）被命名，在这里被命名为“阈值”。然后，用户必须针对该事件规则的输入（在“输入名称”下）提供数据源或信号的名称，在这种情况下，他选择了第一个事件规则的输出或操作类型“平均模压时间24小时”。由于第一个事件规则产生了数字，因此由用户界面ui提供并且可以选择的可能操作（在“操作（operation）”下）是针对比较值的，在这里，比较值是《、》、《=、》=。在这里，用户选择了“》=”。然后，用户必须（在“阈值”下）选择阈值，在这里，他选择了“80”秒。用户（在“输出事件/信号”下）给输出事件或信号进行命名，在这里，所选择的名称是“主轴润滑到期事件（spindlelubricationdueevent）”。该第二个事件规则生成了不用于进一步处理的事件，因此“使用输出作为信号”的框未被选中。
[0058]
通过点击“保存”，新事件规则被保存，被翻译成cep语言，并且通过cep规则部署模块dm和消息代理mb被发送到机器m1、m2的cep引擎cep_e（参见图1）。
[0059]
第二个事件规则“阈值”给出了当超出24小时的平均主轴模压时间超过80秒时的事件。事件“主轴润滑到期事件”的所生成的事件消息具有以下格式：id号日期和时间事件类型：主轴润滑到期事件受影响组件：45ax-主轴受影响组件标签：主轴测量结果：主轴润滑主轴润滑到期事件值：9.00275单位：秒
该事件消息可以被转发到合适的维护执行实体。
[0060]
图4描绘了针对资产和数据项目类别的事件规则模型。资产可以是应被监测并且针对其创建事件规则的机器或机器组件。每个资产项目（“iot：资产”）具有唯一的标识，如计算机系统的id号、名称（用于在用户界面ui上显示）和（物理设备的）序列号。所以，这里的资产可以是主轴。该事件规则模型将被存储在公共中央配置器ccc的知识库kb中。
[0061]
由于资产的属性（“iot：具有属性”）不同，因此可以指派不同的数据，在这里存在一个数据项目“iot：数据项目”，其包含单位和地址。
[0062]
具有某个id和名称的事件规则项目（“规则：事件规则”）指向（“规则：具有规则类型”）具有某个id和名称的规则类型项目（“规则：事件规则类型”）。如果该规则类型项目适合于该类型的资产（“规则：适合于资产系列”）、即适合于该类别的机器或该类别的机器组件，则该规则类型项目链接到该资产项目。该规则类型项目也链接到（“规则：具有操作”）与操作类型（“规则：操作类型”）相关的规则项目，该操作类型包含id、名称、输出名称和输出事件。与操作类型相关的规则项目指向（“规则：具有输入信号”）数据项目“iot：数据项目”。
[0063]
事件规则项目（“规则：事件规则”）也指向（“规则：生成数据项目”）数据项目，并且指向（“规则：应用于资产”）资产项目。
[0064]
数据项目从观察项目（“iot：观察”）接收（“iot：观察属性”）观察数据，每个观察包含时间戳和值，并且由事件项目（“iot：事件”）来触发。
[0065]
在这里，三个不同的规则指向操作类型项目（“规则：操作类型”）：阈值规则项目（“规则：阈值”），其包含id、名称、操作和阈值，参见图3；对循环计数项目（“规则：对循环计数”），其包含id、名称和循环数量；针对聚合循环间隔的项目（“规则：聚合循环间隔”），其包含id、名称、周期和阈值，参见图2。
[0066]
图5描绘了主轴类别以及其数据项目的语义模型。主轴类别（针对全部具有相同机械和技术属性的主轴）在资产项目（“iot：资产”）中由id和序列号来定义。该项目指向（iot：具有资产）数据项目（iot：数据项目），该数据项目包含关于单位、该系统中的地址以及该数据的数据类型的信息。
[0067]
某个主轴sn1的数据在相应项目（“数据：主轴-sn1”）中被定义，并且包含用于在计算机系统内标识的id“gmn-sn1”以及序列号sn1。该数据项目指向一般主轴项目（“mt：主轴”），该一般主轴项目再次指向资产项目。在开始时的一般主轴项目（“mt：主轴”）附加地指向（iot：具有资产”）针对被模压工具（“mt：被模压工具）的仅一个属性项目，该项目包含关于单位和布尔数据类型的信息，根据该布尔数据类型，该工具被模压或未被模压。针对被模压工具的项目指向数据项目（“iot：数据项目”）。因此，主轴数据项目（“数据：主轴-sn1”）也指向（“iot：具有属性”）其被模压工具项目（“数据：sn1-被模压工具”），该被模压工具项目包含单位、具体数据类型（布尔）和具体地址：db13.dbx32.4。具体主轴sn1的被模压工具项目指向针对被模压工具的一般项目（“mt：被模压工具”）。
[0068]
现在，当用户利用输出事件或信号“平均模压时间24h”来定义新事件规则“聚合循环间隔”时，参见图2，则该输出事件既作为新的一般项目“mt：平均模压时间24h”与现有被模压工具项目（“mt：被模压工具”）平行地被添加到一般主轴项目（“mt：主轴”）的属性；又作为新的项目“数据：sn1-平均模压时间24h”与现有数据项目平行地被添加到具体主轴项目（“数据：主轴-sn1”）。具体主轴项目“数据：主轴-sn1-平均模压时间24小时”包含数据的单
位（在这里是秒）、数据类型（在这里是双精度）、以及具体地址db13.dbx32.6，并且指向一般项目“mt：平均模压时间24小时”。
[0069]
当用户利用输出事件或信号“主轴润滑到期事件”来定义新事件规则“阈值”时，参见图3，则该输出事件既作为新的一般项目“mt：主轴润滑到期”与两个现有属性项目平行地被添加到一般主轴项目（“mt：主轴”）的属性；又作为新的项目“数据：sn1-主轴润滑到期”与现有数据项目平行地被添加到具体主轴项目（“数据：主轴-sn1”）。具体主轴项目“数据：sn1-主轴润滑到期”包含数据的单位（在这里没有单位）、数据类型（在这里是布尔）、以及具体地址db13.dbx32.8，并且指向一般项目“mt：主轴润滑到期”。
[0070]
参考符号列表ccc
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公共中央配置器cep_e
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cep引擎cep ev
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cep事件dm
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cep规则部署模块kb
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知识库el
ꢀꢀꢀ
机器的边缘设备e2
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机器的边缘设备mb
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消息代理mbc
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消息代理连接器51
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传感器52
ꢀꢀꢀ
传感器ui
ꢀꢀꢀ
cep规则配置用户界面