一種基于云計(jì)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(dòng)化機(jī)床，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已實(shí)現(xiàn)了許多復(fù)雜的數(shù)控功能，如多種補(bǔ)償功能、高次曲線插補(bǔ)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(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)的計(jì)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(shí)時(shí)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(bǔ)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(shí)時(shí)性任務(wù)；下位機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的運(yùn)動(dòng)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(tái)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(dòng)上傳至服務(wù)器，并由服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與存儲(chǔ)。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(jiǎn)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(tái)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(tái)服務(wù)器參與數(shù)據(jù)采集與處理任務(wù)時(shí)，各個(gè)服務(wù)器之間保持相互獨(dú)立，形成了車間信息資源實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理的瓶頸；最后，大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)的建設(shè)成本較高。
[0004]云計(jì)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(jì)算是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展，云計(jì)算專家劉鵬給出如下定義云計(jì)算將計(jì)算任務(wù)分布在大量計(jì)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(jì)算力、存儲(chǔ)空間和各種軟件服務(wù)?！痹朴?jì)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(jì)算，而不需要知道遠(yuǎn)程服務(wù)的來源。云計(jì)算可分為三個(gè)層次:即將基礎(chǔ)設(shè)施作為服務(wù)(IAAS)、將平臺(tái)作為服務(wù)(PAAS)、將軟件作為服務(wù)(SAAS)。其中，IAAS提供給消費(fèi)者的服務(wù)是對(duì)所有設(shè)施的利用，包括處理、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和其它基本的計(jì)算資源，用戶能夠部署和運(yùn)行任意軟件；PAAS提供給消費(fèi)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(gòu)的應(yīng)用程序部署到供應(yīng)商的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施上去；SAAS提供給客戶的服務(wù)是運(yùn)營(yíng)商運(yùn)行在云計(jì)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(gè)穩(wěn)定的應(yīng)用程序運(yùn)行平臺(tái)，沒有操控云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)備的需求，根據(jù)云計(jì)算三個(gè)層次的特點(diǎn)，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(shí)可承擔(dān)傳統(tǒng)上下位機(jī)數(shù)控系統(tǒng)中的部分非實(shí)時(shí)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(duì)服務(wù)端進(jìn)行虛擬操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)端的遠(yuǎn)程操作控制，兩者協(xié)調(diào)配合實(shí)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(shí)時(shí)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(shí)際上這種新的架構(gòu)對(duì)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(shí)時(shí)性任務(wù)交由遠(yuǎn)程服務(wù)器承擔(dān)，這對(duì)本地?cái)?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(shí)際需要；再次，該方案為了提高數(shù)據(jù)的處理效率，對(duì)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(tái)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(qǐng)人在先的系列申請(qǐng)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(shí)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(duì)傳統(tǒng)的上下位機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全新的設(shè)計(jì)，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(shí)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(duì)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(jì)算的數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與處理方法，其通過運(yùn)行在遠(yuǎn)程服務(wù)器中的虛擬機(jī)集群實(shí)現(xiàn)車間數(shù)據(jù)的并行計(jì)算與分布式存儲(chǔ)，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(gè)方面，提供一種基于云計(jì)算的數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，其通過運(yùn)行在遠(yuǎn)程服務(wù)器中的虛擬機(jī)集群進(jìn)行分布式計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)車間大數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)，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(tái)，該云平臺(tái)包括計(jì)算服務(wù)器集群(以下稱為并行計(jì)算平臺(tái))和存儲(chǔ)服務(wù)器集群(以下稱為分布式存儲(chǔ)平臺(tái))，其中，所述并行計(jì)算平臺(tái)中設(shè)置有虛擬機(jī)集群，所述虛擬機(jī)集群具有多個(gè)分布式并行計(jì)算單元，用于數(shù)據(jù)的并行處理，且該并行計(jì)算平臺(tái)分別與數(shù)控系統(tǒng)和分布式存儲(chǔ)平臺(tái)連接通信，所述分布式存儲(chǔ)平臺(tái)用于對(duì)采集或分析處理后的車間數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式存儲(chǔ)；
[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(tái)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(shí)時(shí)/半實(shí)時(shí)性任務(wù)，并將控制信號(hào)發(fā)送至本地下位機(jī)，使本地下位機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的運(yùn)動(dòng)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(shí)時(shí)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(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行分布式存儲(chǔ)，并用于并行計(jì)算平臺(tái)中的并行計(jì)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(shí)時(shí)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(chǔ)平臺(tái)進(jìn)行分布式存儲(chǔ)，并通過并行計(jì)算平臺(tái)中的并行計(jì)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(dú)立的遠(yuǎn)程服務(wù)器上，并與所述并行計(jì)算平臺(tái)中的并行計(jì)算單元和分布式存儲(chǔ)平臺(tái)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(jì)算平臺(tái)中的單臺(tái)計(jì)算服務(wù)器可同時(shí)運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)，使得單臺(tái)服務(wù)器也可執(zhí)行數(shù)據(jù)的并行計(jì)算。
[0014]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述分布式存儲(chǔ)平臺(tái)中具有多個(gè)遠(yuǎn)程存儲(chǔ)服務(wù)器，以進(jìn)行分布式存儲(chǔ)，同時(shí)可為車間數(shù)據(jù)提供多節(jié)點(diǎn)備份功能。
[0015]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述并行計(jì)算平臺(tái)和分布式存