[发明专利]一种基于运行数据流的机床状态监测系统与监测方法

说明书

本发明公开了一种基于运行数据流的机床状态监测系统，包括用于采集机床运行数据的数据采集层，数据采集层通过数据接入层连接有数据处理层；数据处理层连接有数据存储层；数据处理层包括用于对机床运行数据进行流处理的流处理层。所述数据处理层采用分布式集群架构，数据接入层通过分布式消息队列将机床运行数据分发至数据处理层中；数据处理层还包括用于对机床运行数据进行批量处理的批处理层；流处理层与批处理层通过共用数据存储层进行集成。还公开了一种基于运行数据流的机床状态监测系统的监测方法，采用本发明的基于运行数据流的机床状态监测系统。本发明能够适用于具有大数据特性的运行数据流的采集、处理、存储、分析和可视化。

技术领域

本发明涉及机床状态监测、数据处理、工业控制技术等领域，尤其涉及一种基于运行数据流的机床状态监测系统与监测方法。

背景技术

工业制造能力的发展直接影响国家经济发展和社会进步。机床是制造业中重要的组成部分，实现机床异常状态监测能够确保机床稳定、安全和高效运行，为提高工业制造能力垫定了基础。通过对各类机床运行数据的特点进行分析，总结出机床运行数据的特性如下：高时效性、高动态响应性、高传输速率以及海量特性。最为显著的是机床运行数据兼具流特性与海量特性，数据采集系统以高采集频率对运行数据进行监测，并且监测时间长，因此使得运行过程产生的数据既有实时数据的“流”的特性，同时也具有的大数据的海量特性，要求监测系统能够完成海量数控机床运行数据的有效分析。

机床运行数据流是机床状态的载体，其实时、准确、动态的反映机床运行状态，对机床运行数据流进行采集、处理和分析能够实现机床异常状态的在线监测，同时也是实现机床健康预警和故障诊断的重要基础。

运行数据流的数据总量和数据价值分别随时间的推移迅速增加和丢失，运行数据流的总量和挖掘运行数据流的价值的难度已经超出了传统数据处理与数据存储技术的计算能力，给现有基于机床运行数据的异常状态监测系统带来海量运行数据流实时处理、海量数据存储、数据实时可视化分析等挑战，目前的研究仍未有成熟的解决方案，因此，如何对机床运行数据流进行有效的处理与分析、实现机床异常状态监测显得尤为重要。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于运行数据流的机床状态监测系统，解决现有技术中对机床运行数据的处理能力不足的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种基于运行数据流的机床状态监测系统，包括用于采集机床运行数据的数据采集层，数据采集层通过数据接入层连接有数据处理层；数据处理层连接有数据存储层；所述数据处理层包括用于对机床运行数据进行流处理的流处理层。

进一步的，所述数据处理层采用分布式集群架构，所述数据接入层通过分布式消息队列将机床运行数据分发至数据处理层中。

进一步的，所述数据处理层还包括用于对机床运行数据进行批量处理的批处理层；流处理层与批处理层通过共用数据存储层进行集成，从而使得批处理层能够从数据存储层中获取经流处理层处理后的数据。

进一步的，还包括用于对机床运行状态与数据处理结果进行可视化显示以及支持用户对机床状态监测系统进行访问的数据应用层。

进一步的，流处理层包括以下数据处理单元：

数据预处理单元：用于根据数据预处理程序对数据进行预处理；

数据统计与异常检测单元：基于滑动时间窗对预处理后的数据进行分析，以获得统计结果与异常检测结果；

机床运行状态判断单元：用于根据聚类算法判断机床运行数据所属机床运行状态分类。

进一步的，批处理层中配置有机床异常状态诊断库，所述异常状态诊断库中存储有机床异常类型与运行数据特征的映射关系表；所述批处理层中还配置有机床异常状态诊断程序，用于从机床运行数据中提取运行数据特征并根据机床异常类型与运行数据特征的映射关系诊断机床异常状态类型。