压缩生产数据流并以不同标准过滤压缩数据的系统和方法
【专利摘要】一种压缩生产数据流并以不同标准过滤压缩数据的系统和方法。数据流以可变持续时间的现场数据间隔分割，每个现场数据间隔携带有标签，标签由初始时间戳so、最终时间戳eo、以及在eo与so处的读数之间监视的变量（例如生产计数）所经历的变化vo构成。处理器取得第一引入标签，并计算作为eo的函数的恒定持续时间y的数据压缩间隔，然后建立矢量[so,eo,vo,m=vo,n=eo-so]。在引入标签落入当前压缩间隔之前，对随后的变化vo求和，并且更新随后的so和eo，获得更新后的矢量[s,e,v,m,n]；否则压缩矢量存储在SQL数据库中，并进入新压缩间隔。依赖于在过滤间隔的两端处的重叠条件、根据可选过滤标准、通过延后的过滤将压缩值进一步聚集到所计算的时间间隔中。
【专利说明】压缩生产数据流并以不同标准过滤压缩数据的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数据记录和检索，并且更确切地涉及一种用于压缩生产数据流并且采用不同标准过滤压缩数据的系统和方法。
[0002]下面的文章是所涉及的主题的有效介绍:DATA COMPRESSION FOR PROCESSHISTORIANS, Peter A.James 著，Copyright φ 1995, Chevron Research and TechnologyCompany, Richmond，CA94802-0627。
【背景技术】
[0003]生产数据(例如，机器状态或生产计数)是以非常高的速率(例如，每10分钟可以有数百条记录)从工作场所(存放机器的工厂的部分)所生成的信息标签，并且需要收集以及仔细地分析生产数据。在由ANSI/ISA/95所标准化的“企业控制系统一体化”中，数据收集是非常重要的活动，“企业控制系统一体化”的部分I包括工厂活动的四级层级模型。可编程逻辑控制器(PLC)以及与监视控制和数据获取(SCADA)和分布式控制系统(DCS)的连接性位于此模型的下级，用于与上级的制造执行系统(MES)和商业系统(例如，企业资源规划(ERP))交换工厂场所数据。
[0004]在James Finnerty2008 年 9 月 30 日的题为！“Automated Collection ofreal-time production data，， 的 文 章(http://www.thefabricator.com/author/james-finnerty)中概述(resume) 了数据收集系统。
[0005]在此文章中所描述的示例性的系统包括连接到一些客户端的中心式服务器。该服务器存放有:数据记录器、交易管理器、可扩展数据库、以及报告生成器。客户端部分由接收报告的电子邮件客户端和网页浏览器构成。浏览器用作系统的前端，并且被用于查看实时数据，以及用于设置和维护、安全访问等等。数据记录器具有收集生产数据并且将该生产数据放入数据库的程序。可以采用分布式数据记录器和中心式数据记录器。交易管理器接收来自于数据记录器的生产数据，对该生产数据进行解析，对该生产数据执行操作，以及将该生产数据存储在数据库中。数据库存储全部的生产信息，并且馈送给报告生成器和网页浏览器前端。结构化查询语言(SQL)数据库简化了到其他软件的数据传输和来自其他软件的数据传输。报告生成器包括图形接口单元(GUI)或Workbench，其允许用户根据数据库中的信息建立表格式和图形化报告。通常，报告可以配置成根据日期范围、轮班、机器、工具/零件、操作员来显示数据。例如，报告可以示出，当在规定的轮班上、由所选择的操作员运行的多个机器正在制造多个特定的零件时，用于该多个机器的生产数据。报告生成器还控制报告分发。通常，报告可以被发送至打印机、经由电子邮件被发送至任何所选择的收件人、以及作为HTML文件而被发布在网络上，该HTML文件可以由具有适当访问权的任何人在网页浏览器中查看。另外，当分发报告时报告生成器进行日程安排。
[0006]根据所收集的生产信息，可得到检验(test)生产工厂的效率的一些重要参数。如在Finnerty的文章中所评论地，可以采用所收集的数据建立的最重要的测度(metric)之一是被称为总体装备效能(OEE)的简单百分比，该简单百分比指示实际装备产量与其理论最大值的比例。装备可用性、速度性能、以及质量是基于如下前提的三个OEE因子，该前提为:关于机器和处理的全部生产损失是可以测量和量化的。当每个机器生产每个零件时，数据收集软件将测量每个机器关于时间的生产速率。另外，当每个机器从一个零件改变为下一个零件时，数据收集软件可以跟踪每个机器的转换时间。系统对机器的跟踪时间越长，则此数据变得越精确。给定此信息，交易管理器可以精确地预测作业将何时完成(安排日程)。
[0007]当原始数据来自于现场时对其进行存储给予了开发用于访问和过滤的琐碎过程的可能性。其还给予了更新现有数据的可能性，对于生产数据不总是要求更新现有数据，因为关于查询数据的性能，由于过度的时间消耗，大量存储消耗可以很快变为关键的。有利地，为了减少位准(level)起伏(噪声)并且节约空间，需要过滤并且存储原始数据以用于连续的查询。过滤和聚集是几乎所有数据收集系统执行的任务。发布在http://www.1conics.com/Home/Products/Historians.aspx、10C0NICS, Inc.的题为 “Hyper Historian” V.10.6(2011年7月)的手册关于过滤和聚集来自于现场的数据的主题给予了概述(panoramicview)。Hyper Historian具有独特的、自动存档的特征,该特征允许数据存档的触发日程安排的例程、释放磁盘空间以及备份文件以用于长期存储和依照需求进行的随后的检索。存在如下不同过滤器范围:其可以施加在收集器侧，以减少总体数据存储需要并且优化收集器与记录器之间的通信。基于每个标签，可以获得下面的过滤选项:最大值、最小值、平均、标准偏差、累积器、运行最大值、运行最小值、运行平均、移动最大值、移动最小值、移动平均、时间上最新。除了以上过滤器之外，针对给定的标签，用户可以选出将摘要聚集记录到磁盘。这不但允许用户依然捕获和重放原始数据值，并且还允许用户使用下面的聚集类型中的任一个从更高层级来分析趋势。
[0008]
【权利要求】
1.一种用于压缩来自于工厂的工作场所(1，2，3，4，5)、也被称为现场的数据流的系统(8，9，12)，所述数据流以现场数据间隔(Fn)被分割，每个现场数据间隔(Fn)携带有标签，所述标签至少由与所监视的变量相关联的值v°和当记录或计算所述变量时的时间戳构成，所述系统包括: -第一缓冲装置(6)，用于暂时存储来自于所述现场的所述标签； -可编程处理装置(10)，包括如下固件:所述固件被配置成访问所述第一缓冲装置(6)并且取得随后的值v°、以及在压缩时间间隔中累积所述随后的值v°作为也被称为压缩值V的求和数据值V ； -数据库(12)，由所述处理装置(10)所访问、用于存储从第二缓冲装置(11)所取得的压缩值V; -后处理装置(13、14、15)，用于查询所述数据库(12)， 其特征在于，所述固件还被配置成: -借助于下面的函数计算当前压缩间隔(In)的结束w: w(e0)=z+ceiling[(e0 - z)/y] Xy ； 其中:z指示压缩处理的开始，y是指示每个压缩间隔的持续时间的预定常数，e°是指示首先进入所述当前压缩间隔的当前现场数据间隔的结束的时间戳、并且还包括指示所述开始的时间戳s° ; -计算首先进入所述当前压缩间隔的数据间隔的持续时间n=e°_s° ； -将每个随后的时间 戳e°与值w进行比较并且更新s°、e。，直到检测到e°≤w ;—旦此条件为假，就将矢量[s，e,v, V0, η]存储在所述数据库中并且进入新的压缩间隔，其中，s，e，V是更新后的s°，e0以及累积的v°;测度v°/n构成了如下乘数，每当需要时，所述乘数可用于在一个或更多个过滤间隔(a，b)的两端中的至少一个上对所述值v°进行线性插值，以预示进入的压缩值V的延缓聚集。
2.一种用于压缩来自于工厂的工作场所(1，2，3，4，5)、也被称为现场的数据流的方法，所述数据流以现场数据间隔(Fn)被分割，每个现场数据间隔(Fn)携带有标签，所述标签至少由与所监视的变量相关联的值v°和当记录或计算所述变量时的时间戳构成，所述方法包括如下步骤: a)接收从所述现场所发送的标签(S2，S3)； b)在压缩时间间隔(In)期间累积(S8)随后的值v°，以便获得也被称为压缩值V的求和数据值V; c)将所述压缩值V存储(S9)在数据库(12)中，并且重复步骤a)至c)直到压缩处理结束； 其特征在于，步骤b)还包括如下步骤: -借助于下面的函数计算(S7)当前压缩间隔(In)的结束w: w(e0)=z+ceiling[(e0 _ z)/y] Xy ； 其中:z指示所述压缩处理的开始，y是指示每个压缩间隔的持续时间的预定常数，e°是指示首先进入所述当前压缩间隔的现场数据间隔的结束的时间戳、并且还包括指示所述开始的时间戳s° ; -计算(S7)首先进入所述当前压缩间隔的数据间隔的持续时间n=e°-s°;-将每个随后的时间戳e°与值w进行比较(S5)并且更新s°、e°，直到检测到e°≤w ; —旦此条件为假，就在步骤c)期间将矢量[s，e,v, V0, η]存储在所述数据库(12)中并且进入新的压缩间隔，其中，s，e，v，是更新后的s°，e°以及累积的v°;测度v°/n构成了如下乘数，每当需要时，所述乘数可用于在一个或更多个过滤间隔(a，b)的两端中的至少一个上对所述值v°进行线性插值，以预示进入的压缩值V的延缓聚集。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，到过滤间隔的聚集依赖于所述持续时间η关于所述过滤间隔的边界的位置，利用可选择的过滤标准。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于: -以(a_z)/y和(b-Z)/y为整数这样的方式计算所述过滤间隔的下端a和上端b;-每当所选择的过滤标准要求其时，通过将< 乘以(a_s°)与(e°_s°)之间的比例执行在所述下端a处的值v°的插值，同时通过将v°乘以(b_s°)与(e°_s°)之间的比例执行在所述上端b处的插值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过累积贡献的各个线性组合，针对所选择的过滤标准并且针对每个压缩间隔执行所述进一步聚集，每个贡献的线性组合属于与所述压缩间隔整体地或部分地重叠的时间切片的子集、并且与该过滤标准的边界条件相关联。
【文档编号】H03M7/30GK103595416SQ201310356242
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月15日 优先权日:2012年8月16日
【发明者】保罗·奥米诺 申请人:西门子公司