JP2014518478A - 再構成可能なネットワーク対応型プラグアンドプレイ多機能処理及びセンシングノード - Google Patents

Abstract

１つの実施形態では、データ取得デバイスは、環境条件を検出するための複数のセンサと、複数のセンサに連結された構成可能なプロセッサであって、複数のセンサから一又は複数の信号を受信し、環境条件を表わす環境データを生成するために一又は複数の信号を処理するように構成されている、環境データが存在する構成可能なプロセッサと、リモートデバイスにデータを伝送する第１の入力／出力モジュールとを含む。その他の実施形態も開示されてもよい。

Description

本明細書に記載されている主題は、環境データの自動化されたモニタリング及びレポーティングに関する。複雑な製造環境では、機械の動作又は加工中の材料に影響を及ぼしうる多種多様な条件を経験する可能性がある。既存の環境モニタリングシステムは、既存の機械に組み込まれ、専用の測定、処理、及び通信プロトコルを用いて動作する傾向がある。より柔軟でオープンスタンダードに従って動作する監視システムであれば、複雑な製造環境における用途に利用することができる。

本発明におけるシステム及び方法の実施形態は、環境条件のモニタリング及びレポーティングの改善を提供することができる。１つの実施形態では、データ取得デバイスは、環境条件を検出するための複数のセンサと、複数のセンサに連結された構成可能なプロセッサであって、複数のセンサから一又は複数の信号を受信し、環境条件を表わす環境データを生成するために一又は複数の信号を処理するように構成されている、環境データが存在する構成可能なプロセッサと、リモートデバイスにデータを伝送する第１の入力／出力モジュールとを含む。

別の実施形態では、環境条件をモニタリングする方法は、電子デバイスに取り付けられた複数の環境センサ内で、複数の環境センサ内の環境条件を検出することと、複数のセンサに連結された構成可能なプロセッサ内で、複数のセンサから一又は複数の信号を受信することと、構成可能なプロセッサ内で、環境条件を表す環境データを生成するために一又は複数の信号を処理することと、データを遠隔デバイスに伝送することとを含む。該電子デバイスは、構成可能なプロセッサに連結されたコプロセッサをさらに含み、該コプロセッサは、環境データを受信するために一又は複数の外部センサデバイスに選択的に連結しうるため、有利である。一又は複数の外部コンピューティングデバイスからデータを受信するために、少なくとも１つの入力／出力モジュールをコプロセッサに連結しうることが好ましい。該方法は、デバイスを有線ネットワークに連結すること又はデバイスを無線ネットワークに連結することのうちの少なくとも１つをさらに含むため、有利である。該方法は、環境データを分析することと、一又は複数の環境パラメータが閾値を超過したときに警報信号を生成することとをさらに含むため、有利である。該方法は、環境データに応じて一又は複数のコマンド信号を生成することと、一又は複数のコマンド信号をトランスデューサーに伝送することとをさらに含むため、有利である。

適用性のさらなる領域は、本明細書に記述される説明から明らかになるであろう。本明細書の説明及び具体例は例示のみを目的としたものであり、本発明の範囲を限定することを意図していないことを理解されたい。

本発明の教示による方法及びシステムの実施形態は、以下の図面を参照して以下に詳細に説明される。

図１は、実施形態による、環境条件のモニタリング及びレポーティングのためのシステムの概略図である。 図２は、実施形態による、環境条件のモニタリング及びレポーティングのためのデバイスの概略図である。 図３は、実施形態による、環境条件のモニタリング及びレポーティングのためのデバイス内のコントローラによって実装されうるプロトコルスタックの概略図である。 図４は、実施形態による、環境条件のモニタリング及びレポーティングのためのデバイスによって実装されうる通信プロトコルの概略図である。 図５は、実施形態による、環境条件のモニタリング及びレポーティングのためのシステム内の論理オブジェクトの属性を図解する画面ショットである。 図６は、実施形態による、環境条件のモニタリング及びレポーティングのためのシステムの論理ビューの概略図である。

ここでは、環境条件のモニタリング、レボーティング、及びデータ分析のためのシステム及び方法について記載する。実施形態の完全な理解を授けるため、特定の実施形態に係る具体的な詳細が以下の説明及び図１〜６に記載されている。しかしながら、当業者であれば、以下に記載されているこれら具体的な詳細のうちいくつかを省いても、代替的な実施形態が実施可能であることを理解すべきである。

図１は、実施形態による、環境条件のモニタリング及びレポーティングのためのシステムの概略図である。図１を参照するに、１つの実施形態では、システム１００は、図面の中でクラスタ１及びクラスタ２と特定された、複数の条件モニタリングクラスタ１１０を含む。クラスタ１１０は、一又は複数のセンサノード１１２を含み、各センサノード１１２は一又は複数のセンサ１１４を含む。センサノード１１２は、ネットワーク１２０及びルータ１１６を介して通信可能に連結し、これによりノード１１２と遠隔デバイスとの間の通信を提供する。センサノード１１２及びセンサ１１６は、以下でさらに詳細に説明される。

クラスタ１１０は、ネットワーク１２２によって一又は複数の外部サーバに連結する。図１に図解した実施形態では、クラスタ１１０は、サービス統合装置１３０及びデータ格納装置１３２に連結される。その他の外部サーバは、クラスタ１１０に連結する。一又は複数のアプリケーション１３４は、ネットワーク１２４を介してサービス統合装置１３０及びデータ格納装置１３２にアクセス可能である。

図２は、実施形態による、環境条件のモニタリング及びレポーティングのためのデバイス２１０の概略図である。図２を参照するに、幾つかの実施形態では、デバイス２１０は、一又は複数の環境条件センサ２３０を含む。センサ２３０は、光検出器又はフォトダイオードなどとして具現化されうる光センサ２３２、加速度計２３４、温度検出器２３６、湿度検出器２３８を含む。その他の環境条件検出器は、デバイス２１０に組み込むことができる。例として、幾つかの実施形態では、環境条件モニタリングは、機械の調子及び機械に使用される消耗品に関連するモニタリング条件を含む。

図２に図解した実施形態では、検出器２３２、２３４、２３６は、検出器２３２、２３４、２３６の出力がデジタル形式であるように、内部アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換機を含む。これに対して、湿度検出器２３８の出力はアナログ形式であり、該出力をデジタル形式に変換するためにアナログデジタル変換機２４０に入力される。

検出器２３０の出力は、プロセッサ２１８に入力される。幾つかの実施形態では、プロセッサ２１８は、構成可能なプロセッサ、例えば、マイクロプロセッサ又はフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）として実装する。記憶装置モジュール２１６は、論理命令及び／又はプロセッサ２１８によって生成されたデータを格納するためにプロセッサ２１８に連結する。

デバイス２１０は、コプロセッサ２４２を含み、該コプロセッサ２４２は、デバイス２１０の外部の一又は複数の環境モニタリングデバイスから入力を受信する内部アナログデジタル変換機を含む。図２に図解した実施形態では、デバイス２１０は、外部電流モニタ２７２、２７４、及び一又は複数の加速度計２７６、２７８から入力を受信する。コプロセッサ２４２は、全地球測位システム（ＧＰＳ）モジュール２４４から及びＩＩＣバス２４６を介して一又は複数の外部センサ２８６から、入力を受信する。

デバイス２１０は、一又は複数のネットワークインタフェース２１２Ａ、２１２Ｂ、２１２Ｃを含み、本明細書ではまとめて参照番号２１２と呼ぶ。ネットワークインタフェース２１２は、一又は複数の外部通信ネットワークに通信インターフェースを提供する。例として、ネットワークインタフェース２１２Ａは、イーサネット（登録商標）などの有線ネットワーク２６０Ａにインターフェースを提供し、一方、ネットワークインタフェース２１２Ｂ、２１２Ｃは、無線ネットワーク２６０Ｂ、２６０Ｃのそれぞれにインターフェースを提供する。無線ネットワーク２６０Ｂ、２６０Ｃは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１．ｘ規格に従って動作するＷｉＦｉネットワーク、ＷｉＭＡＸネットワーク、又はセルラネットワークとして実装される。無線ネットワーク２６０Ｂ、２６０Ｃの動作が基づく特定の通信規格は、必須のものではない。

デバイス２１０は、外部デバイス２８０、ホストコンピュータ２８２、又は外部センサ２８４との通信を提供するために一又は複数の通信バスをさらに含む。図２に図解した実施形態では、デバイス２１０は、ＲＳ２３２プロトコル２２０、ジョイントテストアクショングループ（ＪＴＡＧ）バスプロトコル２２２、又はＩＩＣ（集積回路間）プロトコル２２４に従って動作する一又は複数のバスを含む。この場合も、各通信パスの動作が基づく特定の通信規格は、必須のものではない。

幾つかの実施形態では、プロセッサ２１８は、デバイス２１０上の様々なセンサ２３０に対してウェブベースのインターフェースを確立する論理命令を実行する。例として、プロセッサ２１８は、デバイス２１０上の様々なセンサ２３０のための発見及び通信能力を提供するためにＤｅｖｉｃｅｓ（ｓ） Ｐｒｏｆｉｌｅ ｆｏｒ Ｗｅｂ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ（ＤＰＷＳ）インターフェースを実装する。図３は、実施形態による、環境条件のモニタリング及びレポーティングのためのデバイス内のコントローラによって実装するプロトコルスタックの概略図である。図３を参照するに、幾つかの実施形態では、プロトコルは、インターネットプロトコル（ＩＰ）層３１０を介して通信を提供する。ＵＤＰサービス３１２又はＨＴＴＰ／ＴＣＰサービス３１６、３１４などのパケット管理層は、インターネットプロトコル層３１０のサービスを利用する。メッセージングフレームワーク層３１８は、ＳＯＡＰ（シンプル・オブジェクト・アクセス・プロトコル）サービスを実装する。ウェブサービスセキュリティ（ＷＳ−Ｓｅｃｕｒｉｔｙ）層３２０は、ＳＯＡＰインターフェースを介してセキュリティサービスを提供する。ＷＳ−Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙサービス３２２、ＷＳ−Ｅｖｅｎｔｉｎｇサービス３２４、及びＷＳ−Ｍｅｔａｄａｔａ Ｅｘｃｈａｎｇｅ／トランスファーサービス３２６は、ＷＳ−Ｓｅｃｕｒｉｔｙ層３２０上で動作する。一又は複数の特定用途向けプロトコル３３０は、ウェブサービスプロトコルの上で動作する。

幾つかの実施形態では、図４は、実施形態による、環境条件のモニタリング及びレポーティングのためのデバイスによって実装する通信プロトコルの概略図である。幾つかの実施形態では、ＤＰＷＳプロトコルは、クライアントサーバモデル４００を提供又は実装し、それに基づいてＤＰＷＳクライアントは、ネットワーク上で一又は複数のウェブサービス対応デバイスを発見するためにディスカバリ要求４１０を開始することができる。ディスカバリ要求に応答して、ＤＰＷＳサーバは、ＤＰＷＳサーバによって管理されている一又は複数のＤＰＷＳ対応デバイスに関する情報をパブリッシュ４１２する。ＤＰＷＳクライアントは、ＤＰＷＳサーバから情報フィード又はその他のサービスをサブサクライブするためにサブサクライブ要求４１４を開始する。ＤＰＷＳサーバは、ＤＰＷＳクライアントにコントロールメッセージ４１６及びイベントメッセージ４１８を提供する。ＤＰＷＳクライアントは、ＤＰＷＳサーバから収集したデータをデータストア４３０内に格納する。

上述のように実際には、プロセッサ２１８は、ＤＰＷＳの機能性を提供するためにＤＰＷＳプロトコルモジュールを実装する。したがって、デバイス２１０は動作中にＤＰＷＳサーバとして機能し、サービス、並びにデバイス上のセンサ２３０によって提供された情報、並びに電流センサ２７２、２７４や加速度計２７６、２７８などの外部デバイス及びその他の外部デバイス２７０から収集された情報へのウェブベース・アクセスを提供する。ＤＰＷＳインターフェースの態様は、実施形態による、環境条件のモニタリング及びレポーティングのためのシステム内の論理オブジェクトの属性を示す画面ショットである図５を参照して説明される。

図５を参照するに、センサノード１１２がネットワークに接続されているとき、該ノードは、ネットワークに連結されているＤＰＷＳクライアントデバイスによって自動的に発見されうる。幾つかの実施形態では、ＤＰＷＳインターフェースは、ＤＰＷＳクライアントによって発見された様々なデバイスのリスト５１０を提示するグラフィカルユーザーインタフェース（ＧＵＩ）５００を含む。インターフェース５００は、ＤＰＷＳクライアントデバイスに管理されて、選択され且つ発見されたデバイスを表す論理オブジェクトを提示するウィンドウ５２０をさらに含む。上述のように、ＤＰＷＳクライアントデバイスは、発見されたセンサからのデータフィードをサブサクライブすることができる。ウィンドウ５２０は、発見されたセンサ及び関連するデータフィードのオブジェクト指向ビューを提示する。選択されたセンサをウィンドウ５２０にドラッグ＆ドロップし、及び論理オブジェクトの出力を論理演算子に接続することにより、センサより収集されたデータに対して論理演算を実行する。したがって、図５に図示したように、温度センサ９、温度センサ４、及び温度センサ５と特定された温度センサの出力は、データベース１及びセンサからの温度の示度を平均するデータ平均論理演算子に入力される。データ平均演算子の出力は、データベース１に入力することもできる。さらに、データ平均論理演算子は、温度の示度がある基準を満たした場合に信号を生成する一又は複数の内部論理演算子を含む。前記信号は、警告デバイス、例えば、画面ショットでＬＥＤ１と特定される発光ダイオードに出力される。図５は、ＬＥＤ２と特定されるＬＥＤ及びＧＳＭ５として示されるＧＳＭ（登録商標）モジュールに接続された加速度計センサの出力も示している。

当業者であれば、インターフェース５００は、ユーザがネットワーク上のデバイス及びその能力を発見すること、並びにデバイスの動作特性又はデバイスの動作が基づく通信プロトコルに関する特定の知識をもたずにセンサからデータを収集し及び操作することを可能にすることを認識するであろう。データは、データ処理環境の視覚的モデルを提示するシンプルなドラッグ＆ドロップ技術を用いて、収集、処理、格納する。ウィンドウ５２０のグラフィック表示は、記憶媒体に記憶する。

図６は、実施形態による、環境条件のモニタリング及びレポーティングのためのシステムの論理ビューの概略図である。図６を参照するに、複数のセンサノード６１２を製造環境の周辺のロケーションに分散させる。例として、センサ６１２は、作業工具の近接に又は組立ライン上の重要なロケーションに配置される。センサは、製造施設の様々なロケーションに分散し、又は異なる別々の施設に地理的に分散される。

センサノード６１２は、ディレクトリサービスモジュール６２０に通信可能に連結される。幾つかの実施形態では、ディレクトリサービスモジュール６２０は、センサノード６１２上でネットワークに接続されたデバイスのディレクトリを発見し且つ維持する。ディレクトリはクライアント６６２にアクセス可能とされる。アプリケーションコンポジションＧＵＩ６３０は、ディレクトリサービス６２０に通信可能に連結され、例えば図５を参照して説明されるグラフィック技術を使用して、ユーザがアプリケーションを構築することを許可するサービスを提供する。アプリケーションコンポジションＧＵＩ６３０は、センサノード６１２、一又は複数の機能又は論理モジュール６３２、及び一又は複数のウェブサービス、ｅメール、及びデータベースのエンドポイント／コネクタ６３４からの入力を利用する。アプリケーションコンポジションＧＵＩ６３０によって生成されたグラフィック構成物は、処理デバイスで実行するアプリケーションにグラフィック構成物を変換するモデル／コード生成器６４０に入力される。幾つかの実施形態では、前記アプリケーションは、アルゴリズムリポジトリ６４２に格納され、クライアント６６２による利用のためにアプリケーションをパブリッシュする、アプリケーションプラットフォーム・トランスレータ／パブリッシャ・モジュール６６０に渡すこともできる。アプリケーションは、センサノード内の一又は複数のプロセッサ２１８による利用のためにパブリッシュすることもできる。

これまで代表的なプロセスの特定の実装について説明してきたが、代替的な実装においては、特定の動作を記載の順序で行う必要がないことを理解すべきである。代替的な実施形態では、幾つかの作業は、状況に応じて修正されること、異なる順で実施されること、又は全体的に除外されることがありうる。さらに様々な代替的な実装において、記載された動作は、コンピュータ、コントローラ、プロセッサ、プログラム可能デバイス、ファームウェア、又は他の任意の適切なデバイスによって実装することができ、記載された動作は、一又は複数のコンピュータ可読媒体に格納された命令、さもなければそのようなデバイスに格納された若しくはプログラムされた命令に、基づくことができる（例えば、コンピュータで可読な命令をそのようなデバイスにリアルタイムで送信することを含む）。ソフトウェアの場合、上述の動作は、一又は複数のプロセッサによって実行されたとき、記載された操作を実行するコンピュータ命令を表すことができる。コンピュータ可読媒体を使用する場合、該コンピュータ可読媒体は、格納した命令を実装するデバイスがアクセス可能な、利用可能な任意の媒体でもよい。

様々な実施形態が記載されているが、当業者であれば、本開示の範囲を逸脱することなく修正や変更が行われうることを認識するであろう。実施例は様々な実施形態を説明するものであって、本開示を限定することを意図していない。したがって、説明文及び請求項は、関連する先行技術を考慮して必要に応じて、このような制限のみによって自由に解釈されるべきである。

Claims (15)

1. 環境条件を検出するための複数のセンサと、
   前記複数のセンサに連結された構成可能なプロセッサであって、
   前記複数のセンサから一又は複数の信号を受信し、
   前記環境条件を表す環境データを生成するために前記一又は複数の信号を処理するように構成された前記構成可能なプロセッサと、
   遠隔デバイスに前記データを伝送する第１の入力／出力モジュールと
   を含むデータ取得デバイス。
2. 前記複数のセンサが、光センサ、加速度計、温度センサ、湿度センサ、及び位置センサのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のデータ取得デバイス。
3. 前記構成可能なプロセッサに連結されたコプロセッサであって、環境データを受信するために一又は複数の外部センサデバイスに選択的に連結されうる前記コプロセッサをさらに含む、請求項１に記載のデータ取得デバイス。
4. 一又は複数の外部コンピューティングデバイスからデータを受信するために前記コプロセッサに連結された第２の入力／出力モジュールをさらに含む、請求項３に記載のデータ取得デバイス。
5. 前記第１の入力／出力モジュールが、
   有線ネットワークにデバイスを連結するための第１の通信インターフェースと、
   無線ネットワークにデバイスを連結するための第２の通信インターフェースと
   のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のデータ取得デバイス。
6. 前記プロセッサが、
   環境データを分析し、
   一又は複数の環境パラメータが閾値を超過したときに警報信号を生成するようにさらに構成された、請求項１に記載のデータ取得デバイス。
7. 前記プロセッサが、
   前記環境データに応じて一又は複数のコマンド信号を生成し、
   トランスデューサーに前記一又は複数のコマンド信号を伝送するようにさらに構成された、請求項１に記載のデータ取得デバイス。
8. 前記複数のセンサが、能力の各リストを含み、前記プロセッサが、
   前記センサから前記能力の各リストを収集し、
   前記能力の各リストを各センサのグラフィック表現に関連づけ、
   入力／出力インターフェースを介して外部デバイスに対して前記各センサの前記グラフィック表現を利用可能にするようにさらに構成された、請求項１に記載のデータ取得デバイス。
9. 前記プロセッサが、
   入力／出力インターフェースを介して外部デバイスに対して前記各センサの前記グラフィック表現を利用可能に提示し、
   外部デバイスから入力を受信し、前記入力が前記各センサの動作に関する少なくとも１つの命令を提供し、
   前記入力に応じて、前記命令に従って前記各センサを構成するようにさらに構成された、請求項８に記載のデータ取得デバイス。
10. 前記プロセッサが、少なくとも１つの遠隔データ取得デバイスとピアツーピア通信を実装するようにさらに構成された、請求項９に記載のデータ取得デバイス。
11. 電子デバイスに取り付けられた複数の環境センサ内で、複数の環境センサ内の環境条件を検出することと、
    前記複数のセンサに連結された構成可能なプロセッサ内で、前記複数のセンサからの一又は複数の信号を受信することと、
    前記構成可能なプロセッサ内で、前記環境条件を表す環境データを生成するために前記一又は複数の信号を処理することと、
    遠隔デバイスに前記データを伝送することと
    を含む、環境条件をモニタリングする方法。
12. 前記複数のセンサが、光センサ、加速度計、温度センサ、湿度センサ、及び位置センサのうちの少なくとも１つを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記複数のセンサが、能力の各リストを含み、
    前記センサから前記能力の各リストを収集することと、
    前記能力の各リストを各センサのグラフィック表現に関連づけることと、
    入力／出力インターフェースを介して外部デバイスに対して前記各センサの前記グラフィック表現を利用可能にすることと
    をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
14. 入力／出力インターフェースを介して外部デバイスに対して前記各センサの前記グラフィック表現を利用可能に提示することと、
    外部デバイスから入力を受信することであって、前記入力が前記各センサの動作に関する少なくとも１つの命令を提供する、受信することと、
    前記入力に応じて、前記命令に従って前記各センサを構成することと
    をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記プロセッサが、少なくとも１つの遠隔データ取得デバイスとピアツーピア通信を実装するようにさらに構成された、請求項１４に記載の方法。

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