TWI576677B

TWI576677B - 自動化監測方法、系統與電腦程式產品

Info

Publication number: TWI576677B
Application number: TW104140788A
Authority: TW
Inventors: 楊浩青; 吳閔楠
Original assignee: 財團法人金屬工業研究發展中心
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2017-04-01
Also published as: TW201721319A; US20170160720A1; US10042351B2

Description

自動化監測方法、系統與電腦程式產品

本發明是有關於一種自動化監測方法，且特別是有關於一種以事件為基礎，根據使用者行為來調整監測方式的方法、系統與電腦程式產品。

自動化的監測系統是用以代替人力來監測環境的狀態。以自動工具機為例，系統可監測工具機的電壓、電流、溫度等數值，並且將這些數值與正常值做比對以決定是否發生事件，並記錄事件發生的過程。如此一來，使用者可以回顧這些資料，進行根本原因分析(Root Cause Analysis)，藉此擬定出更好的生產策略。然而這些事件監測系統習以固定記錄方式儲存相關資料。當回溯至某事件發生時間點時，由於事件記錄方式固定，無法因應分析不同事件所需的資料長度與解析度差異，因此在進行根本原因分析時有相當的限制性。

一般來說，若記錄的時間越長且取樣頻率越高，則記錄資料的品質越高但也需要大量的記憶體，因此記錄資料的品質與記憶成本之間存在著兩難。另一方面，不同事件所需記錄方式因使用者需求差異而不同。因此，如何自動化地調整記錄事件的方式，為此領域技術人員所關心的議題。

本發明的實施例提出一種自動化監測方法，包括以下步驟。首先，取得頻道資料。判斷頻道資料是否符合事件的預設條件，並在頻道資料符合預設條件時根據取樣頻率與記錄時間長度將頻道資料儲存至資料庫中。從資料庫中取得對應事件的頻道資料，並且根據使用者操作來播放所取得的頻道資料。取得對應使用者操作的播放頻率以及單步播放時間間隔。根據播放頻率調整記錄時間長度，並根據單步播放時間間隔調整取樣頻率。

在一些實施例中，上述根據播放頻率調整記錄時間長度的步驟是根據方程式(1)來執行：

其中R為記錄時間長度的倍率。L_r為對應記錄時間長度的最大增加倍率。k_r為對應記錄時間長度的反應速率。c為播放頻率。c₀為參考頻率。R₀為記錄時間長度的初始倍率。在一些實施例中，在增加記錄時間長度與減少記錄時間長度時，會使用不同的參考頻率c₀。

在一些實施例中，上述根據單步播放時間間隔調整取樣頻率的步驟是根據方程式(2)來執行：

其中S為取樣頻率的倍率。L_s為對應取樣頻率的最大增加倍率。k_s為對應取樣頻率的反應速率。t為單步播放時間間隔。t₀為參考時間間隔。S₀為取樣頻率的初始倍率。在一些實施例中，在增加取樣頻率與減少取樣頻率時，會使用不同的參考時間間隔t₀。

在一些實施例中，上述判斷頻道資料是否符合事件的預設條件的步驟包括：判斷頻道資料的目前數值是否超過平均感測值的三倍標準差，若是則判斷頻道資料符合事件的預設條件。

在一些實施例中，上述取得播放頻率以及單步播放時間間隔的步驟包括：取得多筆第一播放頻率，去除第一播放頻率中固定比率的極端數值，並且計算其餘第一播放頻率的平均值以作為播放頻率；以及取得多筆第一單步播放時間間隔，去除第一單步播放時間間隔中固定比率的極端數值，並且計算其餘第一單步播放時間間隔的平均值以作為單步播放時間間隔。

在一些實施例中，上述頻道資料是對應於工具機，頻道資料為工具機的電壓、電流、溫度、或工具機中主軸的振動量。

本發明的實施例亦提出一種電腦程式產品，當電腦載入電腦程式產品並執行時，可完成上述的自動化監測方法。

本發明的實施例提出一種自動化監測系統，包括資料擷取模組、資料分析模組與資料播放模組。資料擷取模組用以取得頻道資料。資料分析模組用以判斷頻道資料是否符合事件的預設條件，並在頻道資料符合預設條件時根據取樣頻率與記錄時間長度將頻道資料儲存至資料庫中。資料播放模組用以從資料庫中取得對應事件的頻道資料，並且根據使用者操作來播放所取得的頻道資料。其中資料分析模組用以取得對應使用者操作的播放頻率以及單步播放時間間隔，根據播放頻率調整記錄時間長度，並根據單步播放時間間隔調整取樣頻率。

在本發明實施例提出的自動監測系統與方法中，可以根據使用的行為自動地調整記錄時間長度與取樣頻率，如此一來可以使頻道資料的記錄更符合使用者的需求，也減少所需要的儲存容量。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

111~113‧‧‧感測器

120‧‧‧自動化監測系統

121‧‧‧資料分析模組

122‧‧‧資料播放模組

123‧‧‧資料擷取模組

130‧‧‧頻道資料

140‧‧‧資料庫

211~213‧‧‧頻道資料

220、230、250、260‧‧‧步驟

240‧‧‧事件導向的頻道資料

270‧‧‧使用者操作

280‧‧‧預設取樣策略

c‧‧‧播放頻率

R、S‧‧‧倍率

t‧‧‧單步播放時間間隔

501~506‧‧‧步驟

[圖1]是根據第一實施例所繪示自動化監測系統的示意圖。

[圖2]是根據第二實施例所繪示自動化偵測方法的流程圖。

[圖3]是根據第二實施例繪示調整記錄時間長度的曲線圖。

[圖4]是根據第二實施例繪示調整取樣頻率的曲線圖。

[圖5]是根據第三實施例繪示自動化監測方法的流程圖。

關於本文中所使用之『第一』、『第二』、...等，並非特別指次序或順位的意思，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。

[第一實施例]

圖1是根據第一實施例所繪示自動化監測系統的示意圖。請參照圖1，自動化監測系統120包括了資料分析模組121、資料播放模組122與資料擷取模組123，這些模組可以實作為電路或者是程式碼，本發明並不在此限。感測器111~113是設置在某一個待監測的環境，例如為工具機上。在此實施例中，感測器111~113可用來偵測電壓、電流、溫度、或工具機中主軸的振動量等等。或者感測器111~113也可包括攝影機，而頻道資料也可以影片。或者，每個感測器111~113也可以各自連接至一個類比數位轉換器。然而，圖1中的感測器111~113僅是一個範例，本發明並不限制感測器111~113的數目及類型。在此，每一個感測器111~113也被稱為一個頻道，以下稱感測器111~113所感測的數值為頻道資料。

資料擷取模組123會從這些感測器111~113擷取頻道資料130(例如，電壓、電流、溫度、或工具機中主軸的振動量)。資料分析模組121用以判斷頻道資料130是否符合一些事件的預設條件，並在頻道資料130符合預設條件時根據一取樣頻率與一記錄時間長度的頻道資料130儲存至資料庫140中。此記錄時間長度例如為5分鐘，而取樣頻率例如為每秒10次。換言之，記錄時間長度與取樣頻率都會影響到所需要記錄的資料量，但這些數值僅是範例，本發明並不在此限。

在將頻道資料儲存在資料庫140以後，當使用者想要回顧這些頻道資料時，使用者可先決定所要回顧的事件。接下來資料播放模組122會從資料庫中取得此事件的頻道資料，並且根據使用者操作來播放所取得的頻道資料。例如，使用者操作可包括播放、暫停、快轉、單步播放等等，本發明並不在此限。在此，單步播放是指使用者先在頻道資料中設置多個中斷點，當使用者執行“下一步”的指令時，則資料播放模組122會從一個中斷點跳到下一個中斷點，並且顯示下一個中斷點所對應的頻道資料。接下來，資料分析模組121會記錄使用者的操作，並且取得對應使用者操作的播放頻率以及單步播放時間間隔。此播放頻率表示使用者在一預設時間內重新播放某一事件的頻道資料多少次；單步播放時間間隔表示使用者在執行兩個“下一步”指令之間暫停了多少時間。資料分析模組121會根據上述的播放頻率來調整記錄時間長度，並根據單步播放時間間隔來調整取樣頻率。如此一來，記錄時間長度與取樣頻率都會根據使用者的行為來調整，可以有效地記錄事件發生時的相關頻道資料，也降低所需要的儲存容量。

[第二實施例]

圖2是根據第二實施例所繪示自動化偵測方法的流程圖，圖2中的步驟可實作為程式碼，並且由一個系統所執行。請參照圖2，首先取得頻道資料211~213，接下來在步驟220中，這些頻道資料211~213會暫時地記錄在記憶體(例如為隨機存取記憶體)中。在步驟230中，系統會判斷這些頻道資料211~213是否符合某一事件的預設條件。對於每一個頻道資料，系統都會設定不同的預設條件，以下以電壓作為頻道資料的範例，上述的事件例如為電壓異常，而預設條件例如為電壓超過一個預設值。此預設值也可以用統計的方式來計算。舉例來說，系統會事先統計電壓的平均值(亦稱為平均感測值)以及標準差。當電壓的目前數值超過了平均感測值的數倍(例如，三倍)標準差，則可以判斷符合電壓異常的預設條件。在此，“超過平均感測值的三倍標準差”指的是目前數值高於平均感測值與三倍標準差的相加，或者是目前數值低於平感測值與三倍標準差的相減。然而，在其他實施例中，系統也可以設定不同的預設條件，本發明並不限制上述事件與預設條件的內容。

若頻道資料並不符合預設條件，則頻道資料會繼續保持在記憶體中。若頻道資料符合預設條件，則系統會根據記錄時間長度與取樣頻率將頻道資料儲存至資料庫中。在此，記錄時間長度包括了事件發生前的第一時間長度以及事件發生後的第二時間長度。在一些實施例中，第一時間長度與第二時間長度是相同，但在其他實施例中這兩者也可以不相同。例如，也可以設定第一時間長度與第二時間長度之間有一固定比率，本發明並不在此限。另外，系統也可以把工具機相關的資訊也一併儲存在資料庫中。例如，系統也可以儲存工具機之刀具路徑檔名、工具機正執行的刀具指令、工具機之各軸機械座標、工具機之工件原點參考座標、刀長補正與刀半徑補正值等等，但本發明並不限制資料庫中的資料結構，也不限制系統是否儲存頻道資料以外的資訊。在一些實施例中，系統也會將發生的事件記錄在一個異常事件清單當中。

儲存在資料庫中的是事件導向的頻道資料240，當使用者想要回顧這些資料時，可從上述的異常事件清單中點選事件，藉此播放對應的頻道資料(步驟250)。在一些實施例中，系統會自事件發生的時間點，開啟所對應的一或多個檔案，並且顯示這些檔案中的頻道資料。然而，在其他實施例中使用者也可以使用其他的檢索條件，本發明並不在此限。

上述被檢索出的資料可透過螢幕顯示給使用者，並且使用者可透過一個介面來操控這些資料的播放。例如，使用者可執行播放、暫停、快轉、迴轉、單步播放等操作，但本發明並不限制介面的內容。當使用者操作介面的時候，系統同時也會分析使用者的操作模式，並且在步驟260判斷此操作模式是否有改變。具體來說，系統會計算使用者播放某一個事件的頻率，並且在此頻率改變時判斷操作模式已改變。或者，系統會計算使用者在執行單步播放的操作時，執行兩個“下一步”指令之間所暫停的時間，若此時間改變了也表示使用者的操作模式已改變。如果使用者的操作模式已改變，接下來系統會分析當下的使用者操作270，並且取得對應使用者操作270的播放頻率以及單步播放時間間隔。具體來說，對於某一事件，系統可以統計出多筆播放頻率(亦稱為第一播放頻率)，去除這些第一播放頻率中固定比率(例如，2.5%)的極端數值，也就是去除數值最大與最小的一部份。接下來，系統會統計剩餘95%的播放頻率的平均值亦作為後續使用的播放頻率。類似地，系統也會取得多筆單步播放時間間隔(亦稱第一單步播放時間間隔)，去除這些第一單步播放時間間隔中固定比率(例如，2.5%)的極端數值，並且計算其餘第一單步播放時間間隔的平均值以作為後續使用的單步播放時間間隔。

接下來，系統會根據上述計算出的播放頻率與單步播放時間間隔來更新預設取樣策略280。具體來說，系統是將播放頻率代入至羅吉斯函數(logistic function)來增加或減少記錄時間長度，此步驟可以表示為以下方程式(1)。

其中R為記錄時間長度的倍率，所計算出的倍率乘上一個預設值便是更新後的記錄時間長度。L_r為對應記錄時間長度的最大增加倍率。k_r為對應記錄時間長度的反應速率。c為上述的播放頻率。c₀為參考頻率，例如為多筆播放頻率的中位數。值得注意的是，播放頻率c與參考頻率c₀代表一段預設時間內的次數，因此其單位也可以為次數。R₀為記錄時間長度的初始倍率。這些代數都為實數，但本發明並不限制其數值。請參照圖3，圖3是根據第二實施例繪示調整記錄時間長度的曲線圖。當播放頻率c增加時，倍率R也會跟著增加。值得注意的是，在增加記錄時間長度與減少記錄時間長度時，系統會使用不同的參考頻率c₀，因此增加與減少時會沿著不同的曲線，曲線310代表減少的路徑，而曲線320代表增加的路徑。

另一方面，系統會將單步播放時間間隔代入至羅吉斯函數來增加或減少取樣頻率，此步驟可以表示為以下方程式(2)。

S為取樣頻率的倍率，將此倍率乘上一預設數值便是更新後的取樣頻率。L_s為對應取樣頻率的最大增加倍率。k_s為對應取樣頻率的反應速率。t為單步播放時間間隔。t₀為參考時間間隔，例如為多筆單步播放時間間隔的中位數。S₀為取樣頻率的初始倍率。這些代數都為實數，但本發明並不限制數值為多少。請參照圖4，圖4是根據第二實施例繪示調整取樣頻率的曲線圖。當單步播放時間間隔t增加時，倍率S也會跟著增加。值得注意的是，在增加取樣頻率與減少取樣頻率時，系統會使用不同的參考時間間隔t₀，因此增加與減少時會沿著不同的曲線，曲線410代表減少的路徑，而曲線420代表增加的路徑。

請回到圖2，在更新完預設取樣策略280以後，接下來便會根據更新後的記錄時間長度與取樣頻率來將頻道資料儲存至資料庫中。如此，可以自動調整記錄的方式以及所需的儲存容量。舉例來說，當使用者經常重播某一事件的頻道資料，表示此事件相對的比較重要，因此系統會增加記錄時間長度。如果使用者執行單步播放的操作時在兩個中斷點之間停留更久的時間，表示使用者更在意中斷點之間的頻道資料，因此系統會增加取樣頻率以增加頻道資料的時間解析度。

[第三實施例]

圖5是根據第三實施例繪示自動化監測方法的流程圖。請參照圖5，在步驟501中，取得頻道資料。在步驟502中，判斷頻道資料是否符合事件的預設條件。若符合預設條件，在步驟503中，根據取樣頻率與記錄時間長度將頻道資料儲存至資料庫中。在步驟504中，從資料庫中取得對應事件的頻道資料，並且根據使用者操作來播放所取得的頻道資料。在步驟505中，取得對應使用者操作與事件的播放頻率以及單步播放時間間隔。在步驟506中，根據播放頻率調整記錄時間長度，並根據單步播放時間間隔調整取樣頻率。然而，圖5中各步驟已詳細說明如上，在此便不再贅述。值得注意的是，圖5中各步驟可以實作為多個程式碼或是電路。此外，圖5的方法可以搭配以上實施例使用，也可以單獨使用，換言之，圖5的各步驟之間也可以加入其他的步驟。

本發明的實施例也提出一種電腦程式產品，當此電腦載入此電腦程式產品並執行時，可完成上述圖2或圖5的自動化監測方法。然而，本發明並不限制此電腦程式產品是由何種程式語言來實作。

本發明的實施例亦提出一種非暫態的電腦可讀取儲存媒體，用以儲存多段程式碼，當這些程式碼被處理器執行時，可執行圖2或圖5的所提出的自動化監測方法。上述非暫態的電腦可讀取儲存媒體例如為軟碟、光碟、唯讀光碟、磁光碟、唯讀記憶體、隨機存取記憶體、可抹除可程式唯讀記憶體(EPROM)、電子可抹除可程式唯讀記憶體(EEPROM)、光卡(optical card)或磁卡、快閃記憶體、或任何適於儲存電子指令的機器可讀取媒體。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

501~506‧‧‧步驟

Claims

一種自動化監測方法，包括：取得一頻道資料；判斷該頻道資料是否符合一事件的一預設條件，並在該頻道資料符合該預設條件時根據一取樣頻率與一記錄時間長度將該頻道資料儲存至一資料庫中；從該資料庫中取得對應該事件的該頻道資料，並且根據一使用者操作來播放所取得的該頻道資料；取得對應該使用者操作的一播放頻率以及一單步播放時間間隔；以及根據該播放頻率調整該記錄時間長度，並根據該單步播放時間間隔調整該取樣頻率，其中取得該播放頻率以及該單步播放時間間隔的步驟包括：取得多筆第一播放頻率，去除該些第一播放頻率中一固定比率的極端數值，並且計算其餘該些第一播放頻率的平均值以作為該播放頻率；以及取得多筆第一單步播放時間間隔，去除該些第一單步播放時間間隔中該固定比率的極端數值，並且計算其餘該些第一單步播放時間間隔的平均值以作為該單步播放時間間隔。
如申請專利範圍第1項所述之自動化監測方法，其中根據該播放頻率調整該記錄時間長度的步驟是根據方程式(1)來執行：其中R為該記錄時間長度的一倍率，L_r為對應該記錄時間長度的一最大增加倍率，k_r為對應該記錄時間長度的一反應速率，c為該播放頻率，c₀為一參考頻率，R₀為該記錄時間長度的一初始倍率。
如申請專利範圍第2項所述之自動化監測方法，更包括：在增加該記錄時間長度與減少該記錄時間長度時，使用不同的該參考頻率c₀。
如申請專利範圍第1項所述之自動化監測方法，其中根據該單步播放時間間隔調整該取樣頻率的步驟是根據方程式(2)來執行：其中S為該取樣頻率的一倍率，L_s為對應該取樣頻率的一最大增加倍率，k_s為對應該取樣頻率的一反應速率，t為該單步播放時間間隔，t₀為一參考時間間隔，S₀為該取樣頻率的一初始倍率。
如申請專利範圍第4項所述之自動化監測方法，更包括：在增加該取樣頻率與減少該取樣頻率時，使用不同的該參考時間間隔t₀。
如申請專利範圍第1項所述之自動化監測方法，其中判斷該頻道資料是否符合該事件的該預設條件的步驟包括：判斷該頻道資料的一目前數值是否超過一平均感測值的三倍標準差，若是則判斷該頻道資料符合該事件的該預設條件。
如申請專利範圍第1項所述之自動化監測方法，其中該頻道資料是對應於一工具機，該頻道資料為該工具機的一電壓、一電流、一溫度、或該工具機中一主軸的一振動量。
一種電腦程式產品，當電腦載入該電腦程式產品並執行時，可完成如申請專利範圍第1~7項的其中之一所述之自動化監測方法。
一種自動化監測系統，包括：一資料擷取模組，用以取得一頻道資料；一資料分析模組，用以判斷該頻道資料是否符合一事件的一預設條件，並在該頻道資料符合該預設條件時根據一取樣頻率與一記錄時間長度將該頻道資料儲存至一資料庫中；以及一資料播放模組，用以從該資料庫中取得對應該事件的該頻道資料，並且根據一使用者操作來播放所取得的該頻道資料，其中該資料分析模組用以取得對應該使用者操作的一播放頻率以及一單步播放時間間隔，根據該播放頻率調整該記錄時間長度，並根據該單步播放時間間隔調整該取樣頻率，其中該資料分析模組取得該播放頻率以及該單步播放時間間隔的步驟包括：取得多筆第一播放頻率，去除該些第一播放頻率中一固定比率的極端數值，並且計算其餘該些第一播放頻率的平均值以作為該播放頻率；以及取得多筆第一單步播放時間間隔，去除該些第一單步播放時間間隔中該固定比率的極端數值，並且計算其餘該些第一單步播放時間間隔的平均值以作為該單步播放時間間隔。