用于对生产工厂的实体工厂项进行建模的通用工厂模型制造技术

本发明专利技术公开了用于对生产工厂的实体工厂项进行建模的通用工厂模型，其包括：a)节点类型模型，其聚集用于对单个实体工厂项进行建模的不同方面，涉及公共接口参数和自动化参数；b)多个节点，每个节点表示节点类型的实例；c)库模型，包括项目库和全局库，该库包括节点类型模型、刻面模型、规则模型和层次模型；d)接线图模型，其定义节点的不同刻面的接口成员之间的交互；以及e)图解模型，其表示节点之间的物理连接和/或逻辑连接，其中，f)图解模型包括由图解资源库提供的多个图解；g)每个图解包括以下方面的图解定义：唯一标识符、经由图解连接链接被链接的多个节点以及可选地用于充实图解连接链接的一个或更多个图解属性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于在具有工程环境和运行时间环境的制造执行系统内对生产工厂的实体工厂项进行建模的通用工厂模型。
技术介绍
众所周知，用于由企业资源计划(ERP)做计划并且由车间生产的制造过程的方法提供了制造执行系统(MES)，以用于建模、计划、调度和执行制造过程，并且控制工厂车间层级处对应的生产步骤。在由层级0至层级4构成的自动化金字塔中，ERP系统驻留在层级4处的最高层级，其表示负责粗略生产计划和购买订单处理的企业层级。MES系统位于层级3，其表示工厂控制层级，包括详细的生产建模、计划、生产执行、生产数据获取、KPI计算、资源和质量管理。过程控制层级位于层级2并且包括SCADA系统(监管控制和数据获取)，其用于生产的观察和控制、生产配方的管理以及生产数据的存档。定位在层级1处表示字段级过程信号和I/O模块以及现场总线的那些，由此经由I/O信号给技术生产过程提供接口。通常实现在层级0处表示占主导的二进制信号的快速数据收集的执行器/感测层级。当然，不同层级的边界根据各自的生产设施(工厂)的设置和情况而浮动。特定地，企业资源计划系统(在下文中被称为ERP)是包括硬件装置和对应的软件应用程序的、用于计划企业的商业资源的系统，商业资源即材料供应、人力资源管理、采购、订单、效益、财政、库存控制、客户管理等，而层级0和层级1处的术语“车间”已用于指示下述系统，所述系统例如通过对每个机器每小时生产的件的数目或其运行参数、所生产的件的质量进行测量等来支持对进行生产动作并涉及制造过程的单个机器的控制。制造执行系统(在下文中被称为MES)是层级3处的中间层，其提供ERP上层与车间低层之间的计算机器和软件工具，包括用于生产订单管理(其从ERP接收生产需求)的软件工具以及用于生产建模的软件工具，其支持对要涉及制造过程的资源(即员工、机器和材料)进行选择和管理的阶段，以在所需时间约束内实现所计划的制造过程。因此，通过ANSI/ISA/95标准来管理的制造执行系统需要对用于调度活动和控制活动二者的工厂设备进行建模。因此，生产过程通常包括生产需求，其对针对单个产品的生产需求进行定义。预定义的产品通过生产规则来标识，其中，每个生产规则被划分在表示由MES控制的简单生产动作的许多分段需求中。因此，生产需求(也可以被称为操作需求或工作订单)包含至少一个分段需求；即使其跨越产品的所有生产。分段需求至少包含具有标识的材料生产需求、要生产的产品的数量和测量单位。通常，在MES中，用户会由于各种原因如机器停机时间、材料短缺、缺少人力而想要修改待生产的产品的数量。针对MES的另一关键问题在于，立即对由ERP开发的操作进度作出反应。在该活动中，根据操作进度来创建工作订单是MES和ERP的交互中最具挑战的任务之一，并且因此应该在可能的最好性能情况下来进行操作。通常，工作订单在执行步骤、资源和参数方面相当复杂，其在于：从头开始创建工作订单非常耗时，并且通常与大多数紧凑的制造进度不兼容。考虑到用于使整个系统能够在自动化金字塔的不同层级之间交换数据的合适软件结构仅有非常少的要求，现今的可用的软件系统无法满足这些要求。当前，每个系统ERP、MES、SCADA和DCS(分布式控制系统)包括其各自的用于对实体设备资源进行建模的建模工具以及相应的层次，因此并未采用均匀和可渗透的方式来完成相应的层次。因此，在工程以及运行时间中，由于保持不同计划模型一致的必要性导致这些不同层级的产品之间的集成较难并且容易有错误。
技术实现思路
因此，显著地需要提供一种受益于集成架构的、用于生产设施的MES系统、SCADA系统和DCS系统的通用工厂模型，其使得能够针对附接至通用工厂模型的所有类型的系统(MES、SCADA、DCS)对生产设施的实体资源进行严格和持久的建模。具体地，该模型将具有特殊设置，以便以实体工厂项相对于彼此所具有的物理设置和/或逻辑设置来对实体工厂项进行建模。根据本专利技术通过用于在具有工程环境和运行时间环境的制造执行系统内对生产工厂的实体工厂项进行建模的通用工厂模型来实现该目的，该通用工厂模型包括：a)节点类型模型，其聚集用于对单个实体工厂项进行建模的不同方面，包括公共接口参数以及自动化参数；b)多个节点，每个节点表示一个独特的节点类型的实例；c)库模型，包括项目库和全局库，所述库包括节点类型模型、刻面(facet)模型和规则模型以及层次模型；d)接线图模型，其定义节点的不同刻面的接口成员之间的交互；以及e)图解模型，其表示节点之间的物理和/或逻辑连接，其中，f)图解模型包括由图解仓库提供的多个图解；g)每个图解包括以下方面的图解定义：唯一标识符、经由图解连接链接被链接的多个节点以及可选地用于充实图解连接链接的一个或更多个图解属性。因此该通用工厂模型提供了用于对相应的多个实体工厂项相对于彼此的关系进行建模的标准化架构，其中，实体工厂项可以由与实体工厂项存在商业关系的多个不同用户使用。具体地，SCADA系统和DCS系统现在可以在MES的环境内对其各自的对节点关系的需要进行独特的建模，该建模有关工厂占主导地位系统的生产的执行和控制。受益于对图解的标准化定义，本专利技术的优选实施方式可以提供通过工程环境和/或运行时间环境来对图解定义和图解连接链接进行评估，以识别该图解连接链接所链接的节点已分配的物理关系和/或逻辑关系。因此，每个用户可以限制其自身对图解的适当定义的工程投入，并且其中嵌入有通用工厂模型的MES系统过滤出要标识节点相对于彼此的预期设置所需的信息。通常，可以假设图解特性定义与经授权的至其它节点的连接有关的并且与对所述图解连接链接所链接的节点的操作进行调度的选项有关的物理约束和/或逻辑约束。作为示例，图解可以用作对包装线、流水线等中的路径定义的约束。在复杂制造过程中，在生产商品时节点的操作必须遵循特定逻辑和适时顺序。其中，还有利的是调度的选项包括在节点之间定义适时约束。作为示例，图解属性定义：在相关烹饪单元生产最终产品的前身物质的操作结束之前，搅拌单元无法启动。此外，可能的约束还可以针对机器B设置：不早于在机器A终止其操作之后的5分钟内启动；或者可以针对机器A设置：不早于在机器B终止其操作之后的5分钟内启动。另一选项可以是定义在机器A在运行(例如在机器A的操作结束之前的10分钟)...

【技术保护点】
一种用于在具有工程环境和运行时间环境的制造执行系统内对生产工厂的实体工厂项进行建模的通用工厂模型，所述通用工厂模型包括：a)节点类型模型，其聚集用于对单个实体工厂项进行建模的不同方面，涉及公共接口参数以及自动化参数；b)多个节点，每个节点表示节点类型的实例；c)库模型，包括项目库和全局库，所述库包括节点类型模型、刻面模型、规则模型以及层次模型；d)接线图模型，其定义节点的不同刻面的接口成员之间的交互；以及e)图解模型，其表示所述节点之间的物理连接和/或逻辑连接，其中，f)所述图解模型包括由图解仓库提供的多个图解；g)每个图解包括以下方面的图解定义：唯一标识符、经由图解连接链接被链接的多个节点以及可选地用于充实所述图解连接链接的一个或更多个图解属性。

【技术特征摘要】
2014.11.28 EP 14195419.81.一种用于在具有工程环境和运行时间环境的制造执行系统内对生
产工厂的实体工厂项进行建模的通用工厂模型，所述通用工厂模型包括：
a)节点类型模型，其聚集用于对单个实体工厂项进行建模的不同方
面，涉及公共接口参数以及自动化参数；
b)多个节点，每个节点表示节点类型的实例；
c)库模型，包括项目库和全局库，所述库包括节点类型模型、刻面
模型、规则模型以及层次模型；
d)接线图模型，其定义节点的不同刻面的接口成员之间的交互；以
及
e)图解模型，其表示所述节点之间的物理连接和/或逻辑连接，其中，
f)所述图解模型包括由图解仓库提供的多个图解；
g)每个图解包括以下方面的图解定义：唯一标识符、经由图解连接
链接被链接的多个节点以及可选地用于充实所述图解连接链接的一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰切斯卡·多里亚，詹皮耶罗·阿尔塔雷，马可·切雷吉诺，詹卢卡·罗西，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE