一種基于云計算的數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)控機(jī)床是一種高精度、高效率的自動化機(jī)床，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已實現(xiàn)了許多復(fù)雜的數(shù)控功能，如多種補償功能、高次曲線插補功能、數(shù)字伺服控制功能等等，而這些功能均依賴于高性能微處理器的數(shù)據(jù)分析能力。嵌入式微處理器在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域的應(yīng)用在很大程度上增強(qiáng)了數(shù)控系統(tǒng)實時性數(shù)據(jù)的計算速度與精度，間接改善了機(jī)床的加工速度與精度。但是，隨著數(shù)控機(jī)床應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?shù)控系統(tǒng)的加工要求越來越高，單憑實時性數(shù)據(jù)的高性能處理已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求，所以采集數(shù)控系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理也是很必要的，比如插補后數(shù)據(jù)分析、機(jī)床加工效率分析、機(jī)床故障診斷與分析、G代碼遠(yuǎn)程管理等。
[0003]當(dāng)前主流高檔數(shù)控系統(tǒng)多采用上下位機(jī)架構(gòu):上位機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)非實時性任務(wù)；下位機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)實時性的運動控制和邏輯控制任務(wù)，見圖1。傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)下的加工數(shù)據(jù)采集與處理需要配置至少一臺高性能服務(wù)器，如圖2所示，數(shù)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)將加工數(shù)據(jù)被動上傳至服務(wù)器，并由服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與存儲。這種數(shù)據(jù)采集及處理方式與當(dāng)前主流數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)的兼容性比較好，搭建方式簡單，在一定程度上體現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的智能化生產(chǎn)，但是上述傳統(tǒng)數(shù)控加工數(shù)據(jù)的采集與處理方式存在很大的局限性:首先，數(shù)據(jù)處理平臺的擴(kuò)展性低，很難滿足海量數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求；其次，當(dāng)多臺服務(wù)器參與數(shù)據(jù)采集與處理任務(wù)時，各個服務(wù)器之間保持相互獨立，形成了車間信息資源實現(xiàn)統(tǒng)一管理的瓶頸；最后，大數(shù)據(jù)處理平臺的建設(shè)成本較高。
[0004]云計算技術(shù)則可以在改善傳統(tǒng)的車間數(shù)據(jù)采集與處理方面，發(fā)揮非常重要的作用。云計算是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計算的發(fā)展，云計算專家劉鵬給出如下定義云計算將計算任務(wù)分布在大量計算機(jī)構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計算力、存儲空間和各種軟件服務(wù)。”云計算服務(wù)模式允許用戶通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程服務(wù)器連接，并在服務(wù)器上完成數(shù)據(jù)的分析與計算，而不需要知道遠(yuǎn)程服務(wù)的來源。云計算可分為三個層次:即將基礎(chǔ)設(shè)施作為服務(wù)(IAAS)、將平臺作為服務(wù)(PAAS)、將軟件作為服務(wù)(SAAS)。其中，IAAS提供給消費者的服務(wù)是對所有設(shè)施的利用，包括處理、存儲、網(wǎng)絡(luò)和其它基本的計算資源，用戶能夠部署和運行任意軟件；PAAS提供給消費者的服務(wù)是把客戶采用提供的開發(fā)語言和工具(例如Java，python等)開發(fā)的或收購的應(yīng)用程序部署到供應(yīng)商的云計算基礎(chǔ)設(shè)施上去；SAAS提供給客戶的服務(wù)是運營商運行在云計算基礎(chǔ)設(shè)施上的應(yīng)用程序，用戶可以在各種設(shè)備上通過瘦客戶端界面訪問，如瀏覽器。根據(jù)制造領(lǐng)域的現(xiàn)狀，制造商最關(guān)心的是在保持或降低生產(chǎn)成本的條件下，加強(qiáng)數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與分析能力，因此，客戶需要的是一個穩(wěn)定的應(yīng)用程序運行平臺，沒有操控云計算基礎(chǔ)設(shè)備的需求，根據(jù)云計算三個層次的特點，PAAS即可滿足。
[0005]CN104298175A中公開了一種基于虛擬化技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)，其中包括設(shè)置在本地的數(shù)控裝置以及設(shè)置在遠(yuǎn)程的服務(wù)端，其與本地的數(shù)控裝置通過網(wǎng)絡(luò)互連，用于為數(shù)控系統(tǒng)提供高端加值功能服務(wù)，如快速編程、數(shù)據(jù)采集與處理、G代碼質(zhì)量分析與優(yōu)化等，同時可承擔(dān)傳統(tǒng)上下位機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中的部分非實時性任務(wù)，如譯碼、加工仿真、輸入/預(yù)處理等；數(shù)控裝置通過安裝在所述數(shù)控裝置上的遠(yuǎn)程桌面客戶端訪問服務(wù)端，該客戶端通過利用虛擬化技術(shù)使操作人員可在數(shù)控裝置的人交互設(shè)備上對服務(wù)端進(jìn)行虛擬操作，實現(xiàn)對服務(wù)端的遠(yuǎn)程操作控制，兩者協(xié)調(diào)配合實現(xiàn)智能軟件服務(wù)的使用和數(shù)控加工控制。該方案中將許多非實時性任務(wù)轉(zhuǎn)移到遠(yuǎn)程服務(wù)器上進(jìn)行處理，從而可以大大提高數(shù)控系統(tǒng)的處理性能以及通用性。
[0006]但是，該方案中并沒有涉及數(shù)據(jù)采集與處理的內(nèi)容，實際上這種新的架構(gòu)對數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力提出了更高的要求，其在數(shù)據(jù)處理以及車間資源的共享與統(tǒng)一等方面還存在缺陷和極大的改進(jìn)空間:首先，該方案中的數(shù)據(jù)處理性能依然受限于本地上位機(jī)，無法得到大幅度提高；其次，該方案支持將系統(tǒng)部分非實時性任務(wù)交由遠(yuǎn)程服務(wù)器承擔(dān)，這對本地數(shù)控裝置與遠(yuǎn)程服務(wù)器之間的大數(shù)據(jù)傳輸效率提出了更高的要求，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式難以滿足實際需要；再次，該方案為了提高數(shù)據(jù)的處理效率，對遠(yuǎn)程服務(wù)器的性能要求較高，間接提高了車間數(shù)據(jù)處理平臺的建設(shè)成本；另外，目前廣泛使用的還是基于傳統(tǒng)上下位機(jī)布局的數(shù)控系統(tǒng)架構(gòu)，而該方案并沒有打破傳統(tǒng)架構(gòu)下的系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力的瓶頸。
[0007]申請人在先的系列申請201510111457.4中公開了一種基于虛擬上位機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，其通過將上位機(jī)以虛擬機(jī)的方式設(shè)置在遠(yuǎn)程服務(wù)器中，形成虛擬上位機(jī)，并通過與本地下位機(jī)利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，控制本地下位機(jī)，從而實現(xiàn)數(shù)控加工。這種上下位機(jī)架構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)對傳統(tǒng)的上下位機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全新的設(shè)計，使得數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理性能和加工效率大大提高，而且可以解決HMI功能擴(kuò)展以及遠(yuǎn)程加工受限的問題，同時也為數(shù)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集及處理奠定了基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種基于云計算的數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與處理方法，其通過運行在遠(yuǎn)程服務(wù)器中的虛擬機(jī)集群實現(xiàn)車間數(shù)據(jù)的并行計算與分布式存儲，從而大大提高數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度與性能，克服目前數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和處理效率過低，難以滿足大數(shù)據(jù)需求的瓶頸問題。
[0009]按照本發(fā)明的一個方面，提供一種基于云計算的數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，其通過運行在遠(yuǎn)程服務(wù)器中的虛擬機(jī)集群進(jìn)行分布式計算，實現(xiàn)對數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與分布式并行處理，并通過云存儲技術(shù)實現(xiàn)車間大數(shù)據(jù)的分布式存儲，其特征在于，該系統(tǒng)包括由遠(yuǎn)程服務(wù)器集群搭建而成的云平臺，該云平臺包括計算服務(wù)器集群(以下稱為并行計算平臺)和存儲服務(wù)器集群(以下稱為分布式存儲平臺)，其中，所述并行計算平臺中設(shè)置有虛擬機(jī)集群，所述虛擬機(jī)集群具有多個分布式并行計算單元，用于數(shù)據(jù)的并行處理，且該并行計算平臺分別與數(shù)控系統(tǒng)和分布式存儲平臺連接通信，所述分布式存儲平臺用于對采集或分析處理后的車間數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式存儲；
[0010]所述數(shù)控系統(tǒng)可以是具有本地下位機(jī)和遠(yuǎn)程虛擬上位機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，其中所述虛擬上位機(jī)也設(shè)置在所述云平臺上，且該虛擬上位機(jī)與本地下位機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接，用于執(zhí)行數(shù)控系統(tǒng)非實時/半實時性任務(wù)，并將控制信號發(fā)送至本地下位機(jī)，使本地下位機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)實時性的運動控制和邏輯控制，所述虛擬上位機(jī)中集成有數(shù)據(jù)采集模塊，用于實時采集機(jī)床加工過程數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至所述分布式存儲平臺進(jìn)行分布式存儲，并用于并行計算平臺中的并行計算單元進(jìn)行分析處理；
[0011]所述數(shù)控系統(tǒng)也可為具有本地上位機(jī)和本地下位機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)，其中本地上位機(jī)用于實時采集機(jī)床加工過程數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至所述分布式存儲平臺進(jìn)行分布式存儲，并通過并行計算平臺中的并行計算單元進(jìn)行分析處理。
[0012]作為本發(fā)明的改進(jìn)，虛擬上位機(jī)也可以位于獨立的遠(yuǎn)程服務(wù)器上，并與所述并行計算平臺中的并行計算單元和分布式存儲平臺分別通過網(wǎng)絡(luò)連接以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0013]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述并行計算平臺中的單臺計算服務(wù)器可同時運行多個虛擬機(jī)，使得單臺服務(wù)器也可執(zhí)行數(shù)據(jù)的并行計算。
[0014]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述分布式存儲平臺中具有多個遠(yuǎn)程存儲服務(wù)器，以進(jìn)行分布式存儲，同時可為車間數(shù)據(jù)提供多節(jié)點備份功能。
[0015]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述并行計算平臺和分布式存