数据收集装置的制作方法

1.本发明涉及一种数据收集装置。


背景技术：

2.在设置有机床等工业机械的制造现场，将多个工业机械与网络连接，经由该网络进行数据收集。在这种环境中，有时在各个工业机械与收集该工业机械的数据的数据收集装置之间进行大量的网络通信。另一方面，工业机械必须对在数据收集装置以外的其他装置上运行的应用程序也发送数据。因此，在铺设在制造现场的网络中，除了对数据收集装置发送数据以外，为了向其他装置发送数据而施加大的负荷。
3.另一方面，在收集数据时，有可能因各种原因而产生数据丢失。特别是在经由网络收集数据的情况下，即使工业机械在预定的定时要发送数据，如果网络的负荷高，则有时无法顺利地进行发送。在这样的情况下，在数据的接收侧(数据收集装置、其他装置)中，对于未能接收到的数据，大多采取以下的应对方式：代入在前后接收到的数据的中央值、或者将该数据的值作为空值(例如0或空字符)进行处理。
4.为了减少这样的数据丢失，存在以下的现有技术：在进行高速的数据采样时，通过信号进行触发控制，由此仅在必要时取得信息，从而降低通信负荷(专利文献1等)。希望通过应用这样的技术，仅在希望的时候收集信息，从而降低通信负荷。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2019-109697号公报


技术实现要素：

8.发明所要解决的课题
9.在制造现场进行制造时，多个工业机械始终进行动作。而且，为了管理这些多个工业机械，需要始终收集管理所需的数据。这样，在始终需要信息的情况下，难以通过仅在需要时取得信息的方法来降低通信负荷。另外，有时数据收集装置与其他装置在收集数据的定时会发生冲突，在这样的情况下，无法降低该瞬间的无法通信。
10.因此，需要通过其他方法降低通信负荷的机制。
11.用于解决课题的手段
12.本发明的数据收集装置是从与网络连接的工业机械收集数据的数据收集装置，在从该数据收集装置以外的装置具有所述工业机械的数据取得请求时，由所述数据收集装置代理进行网络响应，由此解决上述课题。
13.并且，本发明的一个方式是一种数据收集装置，其从工业机械收集数据，该数据收集装置具备：状态相关信息存储部，其存储表示与工业机械的控制相关的控制信息和与工业机械的环境相关的环境信息之间的相关关系的状态相关信息；控制信息取得部，其从所述工业机械取得与该工业机械的控制相关的控制信息；环境信息取得部，其取得检测所述
工业机械的环境的状态而得到的环境信息；状态推断部，其基于所述控制信息取得部取得的控制信息、所述环境信息取得部取得的环境信息以及在所述状态相关信息存储部中存储的状态相关信息，推断当前的所述工业机械的状态；以及代理响应部，其基于所述推断出的所述工业机械的状态，代理所述工业机械对来自其他装置的与所述工业机械有关的信息项目相关的询问进行响应。
14.发明效果
15.根据本发明的一个方式，通过提供一种能够在存储了工业机械的状态的基础上推断该状态并进行响应的技术，数据收集装置能够代理该工业机械对其他装置进行响应。由此，数据收集装置进行与外部的网络通信，工业机械不进行以信息收集为目的的网络通信，因此能够有助于节能和负荷的降低。
附图说明
16.图1是一实施方式的数据收集装置的概略硬件结构图。
17.图2是一实施方式的数据收集装置的概略功能框图。
18.图3表示在状态相关信息存储部中存储的状态相关信息的例子。
19.图4表示控制信息及环境信息的例子。
20.图5表示类似度的计算例。
21.图6表示类似度的其他计算例。
22.图7表示类似度的其他计算例。
23.图8表示类似度的计算方法的另一例。
具体实施方式
24.以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。
25.图1是表示本发明的一实施方式的数据收集装置的主要部分的概略硬件结构图。本发明的数据收集装置1例如能够安装在经由有线/无线的网络与工业机械连接的个人计算机、雾计算机、云服务器等上。在本实施方式中，表示了将数据收集装置1安装在经由有线/无线的网络与工业机械连接的个人计算机上的例子。
26.本实施方式的数据收集装置1具备的cpu11是整体控制数据收集装置1的处理器。cpu11经由总线22读出存储在rom12中的系统程序，按照该系统程序来控制整个数据收集装置1。在ram13中暂时存储临时的计算数据、显示数据以及从外部输入的各种数据等。
27.非易失性存储器14由hdd(hard disk drive硬盘驱动器)、ssd(solid state drive固态驱动器)等构成。写入到非易失性存储器14的数据即使数据收集装置1的电源断开也保持存储状态。在非易失性存储器14中存储经由接口15从外部设备72读入的数据、控制用程序、经由输入装置71输入的数据、控制用程序、从工业机械3、雾计算机6、云服务器7等其他计算机取得的各数据等。非易失性存储器14中存储的数据、控制用程序在执行时/利用时可以在ram13中展开。另外，在rom12中预先写入了公知的分析程序等各种系统程序。
28.接口15是用于将数据收集装置1的cpu11与usb装置等外部设备72连接的接口。能够从外部设备72侧读入例如在工业机械的控制中使用的控制用程序、各个参数等。另外，在数据收集装置1内编辑后的控制用程序、各个参数等能够经由外部设备72存储在外部存储
单元，或者经由网络5、8发送给工业机械3、雾计算机6、云服务器7等其他计算机。
29.经由接口18向显示装置70输出在存储器上读入的各数据、作为执行控制用程序、系统程序等的结果而得到的数据等来进行显示。另外，由键盘、指示设备等构成的输入装置71经由接口19将基于作业者操作的指令、数据等交给cpu11。
30.接口20、21是用于将数据收集装置1的cpu11与有线或无线的网络5、8连接的接口。在网络5上连接有工业机械3(或控制该工业机械3的控制装置)，与数据收集装置1之间相互进行数据交换。另外，在网络8上连接有雾计算机6、云服务器7等，与数据收集装置1之间相互进行数据交换。网络5、8只要是物理上或者在逻辑上通信负荷能够分离的网络即可。
31.图2将本发明一实施方式的数据收集装置1所具备的功能表示为概略框图。本实施方式的数据收集装置1具备的各功能通过由图1所示的数据收集装置1所具备的cpu11执行系统程序，控制数据收集装置1的各部的动作来实现。
32.本实施方式的数据收集装置1具备控制信息取得部100、环境信息取得部110、状态推断部120、代理响应部130。另外，在ram13或者非易失性存储器14上预先设置了存储从工业机械3取得的信息的区域即取得信息存储部200、预先存储了状态相关信息的区域即状态相关信息存储部210，其中，状态相关信息是表示控制信息、环境信息之间的相关性的信息。
33.控制信息取得部100通过由图1所示的数据收集装置1所具备的cpu11执行从rom12读出的系统程序，主要由cpu11使用ram13、非易失性存储器14执行运算处理，并使用接口20执行输入输出处理来实现。控制信息取得部100经由网络5取得至少1个工业机械3的控制信息。工业机械3的控制信息例如是像主轴转速、轴位置、移动速度、加速度、工业机械3中产生的警报信息等那样能够从工业机械3的控制装置取得的信息。控制信息取得部100取得的工业机械3的控制信息可以是在使用数据收集装置1的制造现场设想的控制信息中能够包含的信息项目中的一部分。工业机械3的控制信息既可以是表示在预定时刻检测出的瞬时值的数据，也可以是连续取得值的时间序列数据。将控制信息取得部100取得的控制信息与生成或检测出各数据的时刻等关联起来存储在取得信息存储部200中。
34.环境信息取得部110通过由图1所示的数据收集装置1所具备的cpu11执行从rom12读出的系统程序，主要由cpu11使用ram13、非易失性存储器14执行运算处理来实现。环境信息取得部110例如经由网络5取得至少1个工业机械3的环境信息。环境信息取得部110取得的工业机械3的环境信息例如是像环境温度、工业机械3中产生的振动等那样由设置在工业机械3的环境中的传感器检测出的检测值。环境信息取得部110所取得的工业机械3的环境信息可以是在使用数据收集装置1的制造现场设想的环境信息中能够包含的信息项目中的一部分。环境信息取得部110可以从工业机械3的控制装置取得环境信息。另外，环境信息取得部110也可以经由未图示的其他接口从设置在各处的未图示的传感器、工厂管理系统等取得环境信息。工业机械3的环境信息既可以是表示在预定的时刻检测出的瞬时值的数据，也可以是连续取得值的时间序列数据。将环境信息取得部110取得的环境信息与检测出各数据的时刻等关联起来存储在取得信息存储部200中。
35.状态推断部120通过由图1所示的数据收集装置1所具备的cpu11执行从rom12读出的系统程序，主要由cpu11使用ram13、非易失性存储器14执行运算处理来实现。状态推断部120基于控制信息取得部100取得的控制信息、环境信息取得部110取得的环境信息以及在状态相关信息存储部210中存储的状态相关信息，推断当前的工业机械3的状态。
36.如图3所例示的那样，在状态相关信息存储部210中存储有多个状态相关信息，该状态相关信息将在相同的时间点从工业机械3取得的控制信息中能够包含的信息项目与环境信息中能够包含的信息项目关联起来。优选状态相关信息包含在使用数据收集装置1的制造现场设想的全部的控制信息中能够包含的信息项目和环境信息中能够包含的信息项目。关于状态相关信息，可以预先进行在各种条件下使工业机械3运转的实验，使用在相同的定时取得的控制信息以及环境信息来生成，并存储在状态相关信息存储部210中。另外，关于状态相关信息，也可以使用在相同的时间点从在各地工场中运转的工业机械3取得的控制信息以及环境信息来生成，并存储在状态相关信息存储部210中。在数据收集装置1取得多个工业机械3的数据的情况下，在状态相关信息存储部210中针对各个工业机械3存储状态相关信息。此时，在具有来自其他装置的与预定的工业机械3的信息项目相关的询问时，状态推断部120将与该工业机械3对应的状态相关信息用于工业机械3的状态推断。
37.状态推断部120检索与在某一时间点取得的控制信息及环境信息类似的状态相关信息，根据检索出的状态相关信息来推断未能取得的控制信息或环境信息。
38.作为一个例子，设为在状态相关信息存储部210中存储有图3所例示的状态相关信息。此时，如图4所示，若控制信息取得部100取得主轴转速：1800[rpm]作为控制信息，环境信息取得部110取得振动值：800[hz]、温度：80[℃]作为环境信息，则状态推断部120在所取得的控制信息以及环境信息与在状态相关信息存储部210中存储的各个状态相关信息之间计算类似度。例如，可以基于控制信息以及环境信息中包含的数值数据，通过以下例示的数学式1来计算类似度。此时，关于控制信息以及环境信息中包含的选择性数据(例如，取得“有警报”、“无警报”等值的数据)等，如后所述用于状态相关信息的过滤等即可。在数学式1中，r表示类似度，icn(n＝1，2，
…
)表示控制信息取得部100取得的控制信息，iem(m＝1，2，
…
)表示环境信息取得部110取得的环境信息，icrn(n＝1，2，
…
)，ierm(m＝1，2，
…
)表示状态相关信息中包含的控制信息及环境信息，ai、bj(i，j＝1，2，
…
)表示根据工业机械3的特性确定的各信息项目的权重系数。
[0039]
[数式1]
[0040][0041]
在图3、图4的例子中，作为控制信息取得了主轴转速，作为环境信息取得了振动值及温度值。在此，若将各信息项目的权重系数设为1来计算类似度，则如图5那样，计算所取得的信息与各状态相关信息之间的类似度。然后，状态推断部120推断为类似度最高的第三个状态相关信息与取得了信息的时间点的工业机械3的状态接近。
[0042]
作为另一例，例如如图6所例示的那样，在工业机械3中没有安装温度传感器，在作为控制信息取得了主轴转速，作为环境信息仅取得了振动值的情况下，状态推断部120计算所取得的信息与各状态相关信息之间的类似度，作为其结果，推断为类似度最高的第四个状态相关信息与取得了状态的时间点的工业机械3的状态接近。
[0043]
上述使用类似度计算式的状态推断方法是一个例子，如果有其他的能够推断工业机械3的状态的方法，则也可以适当采用。
[0044]
作为另一例，例如如图7所例示的那样，在无法从工业机械3取得主轴转速，取得警报信息作为控制信息，取得温度值以及振动值作为环境信息的情况下，状态推断部120在以
表示状态的警报状态对状态相关信息进行过滤后，计算与各状态相关信息之间的类似度，作为其结果，推断为类似度最高的第三个状态相关信息与取得了状态的时间点的工业机械3的状态接近。
[0045]
上述使用类似度计算式的状态推断方法是一个例子，如果有其他的能够推断工业机械3的状态的方法，则也可以适当采用。
[0046]
代理响应部130通过由图1所示的数据收集装置1所具备的cpu11执行从rom12读出的系统程序，主要由cpu11使用ram13、非易失性存储器14执行运算处理，并使用接口21执行输入输出处理来实现。代理响应部130在经由网络8具有来自其他装置的与工业机械3的状态相关的询问时，基于状态推断部120对工业机械3的状态的推断结果，代理工业机械3来进行与所询问的信息项目相关的响应。代理响应部130例如在图5中说明的状况下，当从作为监视服务器的雾计算机6接收到与警报状态相关的询问时，以状态推断部120推断出的第三个状态相关信息的警报状态(无警报)对雾计算机6进行代理响应。代理响应部130例如在图6中说明的状况下，当从作为解析服务器的云服务器7接收到与工业机械3的温度相关的询问时，以状态推断部120推断出的第四个状态相关信息的温度值(150℃)对云服务器7进行代理响应。代理响应部130例如在图7中说明的状况下，当从雾计算机6接收到与工业机械3的主轴转速相关的询问时，以状态推断部120推断出的第三个状态相关信息的主轴转速(2000)对云服务器7进行代理响应。代理响应部130可以在从其他装置询问的信息项目包含在由控制信息取得部100或环境信息取得部110取得的信息中时，基于所取得的信息进行代理响应。
[0047]
具备上述结构的本实施方式的数据收集装置1对于来自其他装置的与工业机械3相关的信息的询问，代理工业机械3进行响应。因此，能够降低对工业机械3直接询问的通信负荷。
[0048]
另外，在具备上述结构的本实施方式的数据收集装置1中，即使存在实际上没有从工业机械3取得的数据，状态推断部120也能够使用状态相关信息存储部210中存储的状态相关信息来推断工业机械3的状态。因此，能够基于推断结果针对实际上未取得的数据的值进行代理响应。由此，能够减少数据收集装置1从工业机械3取得的数据项目，因此能够降低对工业机械3直接询问的通信负荷。另外，还能够通过削减一部分传感器等来削减成本。
[0049]
并且，通过预先充分收集与作为对象的工业机械3相关的状态相关信息，即使在收集的数据中产生了缺失，也能够按照其他信息相应地进行高精度的数据值的补充。
[0050]
当在多个状态相关信息中由状态推断部120计算出的类似度成为相同值的情况下，代理响应部130可以对询问的其他装置返回多个响应，关于询问的信息项目，也可以根据多个状态相关信息中的该信息项目的值计算中央值或平均值等统计值来进行响应。
[0051]
另外，在工业机械3中产生警报，控制信息取得部100或环境信息取得部无法取得控制信息或环境信息的情况下，可以中断代理响应，或者将从工业机械3取得的响应结果(基于警报的错误响应等)直接发送给其他装置。另外，也可以代理响应由于警报而停止的意思。
[0052]
以上对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明并不仅限于上述实施方式的例子，通过施加适当的变更，能够以各种方式实施。
[0053]
在上述实施方式中，示出了如下例子：在状态相关信息存储部210中存储了在预定
的定时取得的控制信息与环境信息的多个组来作为状态相关信息，状态推断部120、代理响应部130使用该多个组来进行动作。然而，也可以存储在预定的时间内取得的作为时间序列数据的控制信息与环境信息的组来作为状态相关信息。在该情况下，状态推断部120使用动态时间规整等公知的计算时间序列数据间的类似度的方法，计算控制信息取得部100以及环境信息取得部110所取得的时间序列数据的组与各状态相关信息之间的类似度。然后，代理响应部130基于类似的状态相关信息(例如，时间序列数据的最后的值)进行代理响应即可。通过设为这样的结构，虽然状态推断部120进行的工业机械3的状态推断的计算量增加，但能够将控制信息以及环境信息的各值的变化倾向反映到类似度的计算中，因此能够期待推断精度的某种程度的提高。
[0054]
另外，状态推断部120也可以根据其他装置询问的信息项目而不同地计算控制信息取得部100以及环境信息取得部110所取得的控制信息以及环境信息与状态相关信息之间的类似度。例如，在上述实施方式中，数式1中的权重系数ai、bj是根据工业机械3的特性来确定的。如图8所例示的那样，该权重系数ai、bj也可以根据对其他装置进行响应的信息项目而成为不同的值。例如，在进行与主轴转速相关的响应的情况下，将与主轴转速相关性高的信息的权重系数设定得高，将相关性低的信息的权重系数设定得低。并且，根据其他装置询问的信息项目来变更类似度的计算式，根据通过变更后的式子计算出的类似度来推断工业机械3的状态，从而能够期待推断精度的某种程度的提高。
[0055]
而且，也能够使用机器学习的技术进行状态推断部120对工业机械3的状态的推断。在该情况下，基于状态相关信息存储部210中存储的数据，分别生成根据能够从工业机械3取得的控制信息以及环境信息来推断无法取得的信息项目的机器学习器(例如回归式、神经网络等)。并且，构成为以下那样即可：在具有来自其他装置的预定信息项目的询问时，使用能够根据从工业机械3取得的控制信息以及从环境信息来推断所询问的信息项目的机器学习器来推断该信息项目，并由代理响应部130对其他装置响应推断结果。在采取该方法时，通过预先生成从能够从工业机械3取得的控制信息以及环境信息中缺少了几个信息项目来进行学习后的机器学习器，即使在数据丢失的情况下也能够应对。通过采取这样的结构，能够利用机器学习器来推断在状态相关信息存储部210中没有存储的控制信息以及环境信息的数据值，因此能够期待推断精度的某种程度的提高。
[0056]
附图标记的说明
[0057]
1 数据收集装置
[0058]
3 工业机械
[0059]
5，8 网络
[0060]
6 雾计算机
[0061]
7 云服务器
[0062]
11 cpu
[0063]
12 rom
[0064]
13 ram
[0065]
14 非易失性存储器
[0066]
15，18，19，20，21 接口
[0067]
22 总线
[0068]
70 显示装置
[0069]
71 输入装置
[0070]
72 外部设备
[0071]
100 控制信息取得部
[0072]
110 环境信息取得部
[0073]
120 状态推断部
[0074]
130 代理响应部
[0075]
200 取得信息存储部
[0076]
210 状态相关信息存储部。