用于生产设备的生产模块的制作方法

本发明涉及用于生产设备的生产模块、生产设备和用于操作生产设备的方法。

背景技术：

在过程自动化中，已知被细分为单独的任务模块的系统。过程链中的相邻任务模块由上级系统直接控制。另外，存在从静态结构数据创建生产设备的虚拟图像的方法。例如，在该虚拟图像中不仅存储各个装置，而且存储这些装置之间的连接、管道和布线。这使得虚拟图像是可导航的。在任何给定装置处，通过直接附接到其上的连接及其属性，可以间接地到达其他装置。

过程工业中的生产设备以复杂的整体方式实施。早在规划阶段，根据既定要求选择每个部件并且设定尺寸。随后，各个部件例如通过管道固定地互连。因此，生产设备形成了用于精确限定的生产能力的方法过程。所述生产设备扩展性很差，因此在同一生产设备中通常不能经济地生产比原始规划的物质的更少的量或与其不同的物质。在过程工业中，材料流通常由设备的管道系统固定地限定，并且就过程而言是单向的。因此，过滤器具有由其结构确定的功能方向，或者锅炉具有不能被超过的最大加热功率。在规划和配置中必须考虑到这一点，就像在常规的整体规划中一样。但是，这些信息是静态的，并且必须错综复杂地监测与实际结构的对应关系。

在当前的现有技术中，不发生依赖于过程流的、以任务为导向的通信。这具有以下缺点：上级系统必须引导设备的整体协调和对于设备的了解。

说明书de10106557c1涉及一种用于流体自动处理的系统，包括可以串在一起并且可替换的过程模块。连接到数据总线的上级控制系统可以自动获取有关系统结构的所有基本信息，包括各个过程模块之间的流体总线连接，并且使用该信息可以例如使系统的结构可视化、自动检测结构错误和控制系统中的过程流。

说明书de102012110723a1涉及一种用于生产化学和/或药物产品的生产设备。自动设置上级控制和/或调节设备以从连接到通信网络的过程子模块查询信息。

技术实现要素：

本发明的技术目的是将生产设备配置成以这样的方式模块化的和可扩展的，即使得它可以以简单的方式适应于制造不同的产品。

该目的通过根据独立权利要求的主题实现。技术上有优势的实施例形成从属权利要求、说明书和附图的主题。

在第一方面，该目的通过一种用于生产设备的生产模块实现，该生产模块包括第一数据接口，其用于从位于生产方向下游的生产模块接收用于生产物品或物质的任务列表；电子响应装置，其用于响应任务列表中的能够由生产模块执行的任务；以及第二数据接口，其用于将任务列表发送到位于生产方向上游的生产模块。这实现了生产模块可以提取其能够执行的那些任务的技术优点。可以省去上级控制系统。

包括一个或多个输入的生产模块(例如混合器)可以存储位于上游的生产模块的能力，并且该生产模块可以自主地决定它想要它们中的哪一个来执行所请求的任务。在生产模块的另一技术上有利的实施例中，生产模块被形成为在技术上执行所响应的任务。这实现了例如这样技术优点，即任务列表中的每个任务都可以由生产模块处理。

在生产模块的另一技术上有优势的实施例中，响应装置被形成为经由第一数据接口向位于下游的生产模块发送确认消息。因此，例如实现了可以在另一个生产模块处评估确认消息的技术优点。

在生产模块的另一技术上有优势的实施例中，响应装置被形成为经由第二数据接口从位于上游的生产模块接收确认消息。这实现了例如可以在生产模块处评估确认消息的技术优点。

在生产模块的另一技术上有优势的实施例中，响应装置被形成为经由第一数据接口将所接收的确认消息传递到位于下游的生产模块。这实现了例如可以收集确认消息的技术优点。

在生产模块的另一技术上有优势的实施例中，生产模块是用于处理液体或可流动物质的生产模块。这实现了例如可以以简单方式制造液体或可流动产品的技术优点。

在生产模块的另一技术上有优势的实施例中，电子响应装置被形成为从任务列表中移除可执行任务。这实现了例如这样的技术优点，即减少了用于向上游传输任务列表的时间和数据量。

在生产模块的另一技术上有优势的实施例中，响应装置被形成为向位于下游的生产模块确认任务列表的接收。这实现了例如这样的技术优点，即可以检查任务列表是否已经传递并且已经无误地传输。

在生产模块的另一技术上有优势的实施例中，响应装置被形成为将任务列表的第一部分发送到第一生产模块，并将任务列表的第二部分发送到第二生产模块。这实现了例如可以减少用于传输任务列表的数据量和时间的技术优点。

在生产模块的另一技术上有优势的实施例中，生产模块是容器填充装置、分析装置、混合器、泵、罐、阀装置、处理装置、自动模块和/或过程模块。这实现了例如可以使用特别适合于制造液体的生产模块的技术优点。

在生产模块的另一技术上有优势的实施例中，生产模块被形成为存储位于上游的生产模块的能力并且决定将由哪个生产模块执行所请求的任务。这实现了例如可以选择合适的生产模块的技术优点。

在第二方面，该目的通过一种用于生产物品或物质的模块化生产设备来实现，该设备包括至少一个根据第一方面的生产模块。通过生产设备可以实现与通过根据第一方面的生产模块的技术优点相同的技术优点。

在模块化生产设备的技术上有优势的实施例中，生产设备是用于制造可流动的或液体物质的过程生产设备。这实现了例如可以以简单方式制造可流动的或液体产品的技术优点。

在第三方面，该目的通过一种用于操作生产设备的方法来实现，该方法包括以下步骤：从位于生产方向下游的生产模块接收用于生产物品或物质的任务列表；使用电子响应装置响应任务列表中的能够由生产模块执行的任务；以及通过第二数据接口将该任务列表发送到位于生产方向上游的生产模块。通过该方法可以实现与通过根据第一方面的生产模块的技术优点相同的技术优点。

在该方法的技术上有优势的实施例中，生产模块在技术上执行所响应的任务。这实现了例如这样的技术优点，即任务列表中的每个任务都可以由生产模块处理。

在该方法的技术上有优势的实施例中，将确认消息经由第一数据接口发送到位于下游的生产模块。这还实现了例如可以在另一个生产模块处评估确认消息的技术优点。

在该方法的另一技术上有优势的实施例中，确认消息由位于上游的生产模块通过第二数据接口接收。这实现了例如可以在生产模块处评估确认消息的技术优点。

在该方法的另一技术上有利的实施例中，从任务列表中删除可执行的任务。这还具有例如这样的技术优点，即减少了用于传输任务列表的时间和数据量。

附图中示出了本发明的实施例，并在下文中更详细地描述。

附图说明

图1示出生产设备的示例结构；

图2是生产设备中的生产模块的示意图；

图3是生产设备和被传递的任务列表的另一示意图；和

图4是生产设备和被传递的确认消息的另一示意图。

具体实施方式

图1示出了生产设备100的示例结构。生产设备100用于制造流体，并且包括多个生产模块101-1，...，101-5，每个生产模块在制造期间执行不同的任务。生产模块101-1，...，101-5是自主模块，其可以在生产过程中自动执行特定任务并且可以连接到其他生产模块。

生产模块101-1是容器填充装置，生产模块101-2是分析装置，生产模块101-3是混合器，生产模块101-4是泵，并且生产模块101-5是罐。然而，通常，生产模块101-1，......，101-5也可以由在生产过程中使用的其他装置形成。各个生产模块之间的边界用虚线表示。

由于生产模块101-1，...，101-5的串联连接，通过生产设备100中的过程来加工特定物质。生产模块101-1，...，101-5是流体互连的，例如通过软管或管道。如果例如要制造特定物质，例如液体原料通过泵101-4以特定量从罐101-5供应到混合器101-3。随后在混合器101-3中搅拌原料并供给分析装置101-2，然后通过容器填充装置101-1将它们作为成品填充到容器中。

罐101-5执行以特定量存储原料的任务。泵101-4执行以特定流率泵送原料的任务。混合器101-3执行混合原料并产生预定混合比的任务。分析装置101-2执行分析混合物质的混合比的任务，并且容器填充装置101-1执行以预定流率和预定量将混合物质填充到容器中的任务。

这导致材料从罐101-5流向容器填充装置101-1。生产设备100具有模块化结构，使得各个生产模块101-1，......，101-5也可以以不同的方式在生产设备的不同结构中互连。然而，通常，生产设备也可以是用于制造不同的物理的、非液体产品的生产设备。

图2是生产设备100中的生产模块101-2的示意图。如果要由容器填充装置101-1输出特定物质，则初始创建任务列表105，包括可以通过其来制造所需的物质的任务。在任务列表105中，方法过程被分解为单独的步骤，例如混合或温度控制，其可以在专门的生产模块101-1，...，101-5中技术地实现，例如搅拌单元或锅炉。

该任务列表105例如包括以下任务：供应8ml原料1，供应5ml原料2，以1000μl/min的流泵送原料1，以1200μl/min的流速泵送原料2，混合2小时，分析产品的混合比，并以1000μl的量输出产品。以这种方式，产品的配方被成功地分解成特定的基本任务，该基本任务可以由各个生产模块101-1，...，101-5执行。该任务列表105可以由包括所有基本任务的电子文件形成。该文件可以例如是xml格式。然而，通常，任务列表也可以以不同的方式实现。

生产模块101-1，...，101-5通过可以在相邻的生产模块101-1，...，101-5之间交换信息的方式，通信地互连。生产模块101-1，...，101-5之间的连接通过相对应的数据接口103-1和103-2制造。数据接口103-1和103-2可以是有线的或无线的。例如，生产模块101-1，...，101-5包括wlan接口或lan接口作为数据接口103-1和103-2。lan接口使用lan电缆连接。通常，可以使用任何合适的协议和任何合适的数据接口来在相邻的生产模块101-1，...，101-5之间交换所讨论的信息。

生产模块101-2包括第一数据接口103-1，用于接收任务列表105，以从位于生产方向p下游的生产模块101-1生产物品或物质；电子响应装置107，用于响应来自可由生产模块101-2执行的任务列表105中的任务；以及第二数据接口103-2，用于将任务列表105发送到位于生产方向p上游的生产模块101-3。

电子响应装置107例如由包括存储器和处理器或硬连线电路的数据处理装置形成。在非易失性存储器中，以合适的语法存储和限定哪些任务可以由生产模块101-2执行以及生产模块101-2处于什么状态。处理器用于处理存储的数据。

电子响应装置107能够将所接收的任务列表与可由生产模块101-2执行的任务进行比较。如果生产模块101-2找到在任务列表105中它可以执行的任务，则响应装置107生成用于该任务的电子确认消息。这意味着每个生产模块101-1，...，101-n知道其自身的技术属性和状态，并且这些被向下游传送。

由于生产模块101-2知道其自身的物理和过程属性，因此它可以传送其当前状态。为此目的，生产模块101-2包括相应的传感器和测量装置。在其规范和参数内，生产模块101-2提供用于执行任务的服务。生产模块101-1，......，101-5将它们自身不能执行的任务或这些任务所需的条件传送到相邻的生产模块101-1，...，101-5。其他生产模块101-1、101-3、101-4和101-5具有相同的结构，因此它们可以在生产系统内以任何期望的方式连接和配置。

如果要通过生产设备100生产物质，则任务列表105最初输入到位于生产方向p最下游的生产模块101-1。通过过程控制系统的最后一个节点进行通信。因此，任务列表105上的任务被提供给链中的最后的生产模块101-1，并且向上逆向迁移到材料流p。

第一生产模块101-1分析任务列表105，从任务列表105中找到可由生产模块101-1执行的任务。为此目的，每个生产模块101-1，...，101-5具有其状态的数字表示。例如，罐知道自己的内容和填充量。此外，每个生产模块101-1，...，101-5知道它可以影响的过程变量。例如，泵控制介质的流动，混合器使物质结合。另外，每个生产模块101-1，...，101-5知道它自己的直接邻居。

在用于输出物质的具有三个输入的混合器中，例如三个输入中的两个可以以所需的量供应相关的输出物质。在这种情况下，混合器可以决定是否仅从位于上游的一个生产模块101-1供应100％的所需量，或者是否通过两个输入提供总量的一些部分。

如果生产模块101-1可以执行来自任务列表105中的任务，则响应装置107生成相对应的确认消息。随后，任务列表105被传递到位于生产方向p的上游的相邻的生产模块101-2。该过程由每个其他生产模块101-2，...，101-5执行，直到任务列表105到达最后的生产模块101-5为止。生产模块101-2，...，101-5中的每一个将相对应的确认消息发送到相邻的生产模块101-2，......，101-5。这些确认消息随后返回到位于生产方向p的最下游的生产模块101-1。因此串联连接的生产模块101-2，...，101-5响应上游生产模块101-2，...，101-5的服务请求。关于各个生产模块101-1，...，101-5的状态和能力的信息被聚合并沿着材料流向下游迁移。

如果积极响应来自任务列表中的所有任务，则可以执行过程方法并且可以制造产品。因此由单独的生产模块101-1，...，101-n构建的生产设备100满足制造产品的技术要求。而且，可以确保在产品的制造过程中不超过对各个生产模块101-1，...，101-n的要求。因此，过程链末端的操作员不必从上级位置了解整个生产计划100及其过程连接来评估是否可以加工产品。

生产模块101-1至101-5具有标准化接口，使得它们可以以任何期望的方式组合，以便快速地为新产品重组生产设备100。

关于生产模块101-1，...，101-5之间的运输时间，协商生产设备100提供的服务和任务以及服务质量。

由于在各个生产模块101-1，......，101-5之间发送和传递任务列表，因此不需要进行分层布置或从外部了解整个系统。可以基于各个生产模块101-1，...，101-5的聚合信息，关于运输时间验证所构造的生产设备100的性能。

生产模块101-1，...，101-5从位于上游的生产模块101-1，...，101-5检测相关信息，因为它们可以查询位于其中的是什么。因此，生产模块101-1，......，101-5可以确定可以供应什么产品。获得的信息被传递到下游。因此，上级系统在不知道配置细节的情况下获得生产设备100的性能的描述。

图3是生产设备100的另一示意图。任务列表105被输入到生产模块101-1(容器填充装置)中。

任务列表105例如包括以30至70的混合比和1000μl/min的填充速率由原料109-1和109-2制造产品111的任务。生产模块101-1从任务列表105中解译任务和它可以影响的变量。生产模块101-1检测到用户希望以特定流以特定比率填充到容器中并且可以提供1000μl/min的填充速率。随后，任务列表105被传递到生产模块101-2。

生产模块101-2(分析装置)从任务列表105中推断出例如要分析混合比。分析装置解译混合比，并传递初始命令。生产模块101-2检测到它可以执行该任务，并将相对应的确认消息发送到位于下游的生产模块101-1。随后将任务列表105转而传递给生产模块101-3。分析装置101-2间接影响比率的过程变量，并向上游发送比率要求。这带来了间接调整。

生产模块101-3(混合器)从任务列表105推断出例如混合比为30到70。生产模块101-3检测到它可以执行该任务，并发送相对应的确认消息给位于下游的生产模块101-2。从那里，确认消息被传递到位于下游的生产模块101-1。混合器可以解译比率和流，并且生成到位于上游的生产模块101-4和101-5的新命令。

随后将任务列表105传递给生产模块101-4(泵)。生产模块101-4从任务列表105推断出原料109-1将以1000μl/min的流输送，并且原料109-2将以1200μl/min的流输送。泵101-4解译“流”的变量并对其作出反应。由于这些生产模块101-4可以执行这些任务，它们同样向位于下游的生产模块101-3发送确认消息，该确认消息随后被传递直至生产模块101-1。

随后将任务列表105传递给生产模块101-5(罐)。生产模块101-5从任务列表105推断出原料109-1要以8ml的量被供应，并且原料109-2的要以5ml的量被制造。由于这些生产模块101-5知道保留的量并且可以执行这些任务，因此它们同样向位于下游的生产模块101-4发送确认消息，该确认消息随后被传递直至生产模块101-1。

与介质的流向逆向地发送命令和任务。命令和任务被确认或错误被报告。位于下游的生产模块101-1，...，101-5对状态作出反应。一旦来自任务列表的每个任务的所有确认消息都到达生产模块101-1，就可以确定所有任务都可由生产设备100执行，并且产品111可以使用生产设备100来制造。

在所公开的发明中，生产模块101-1，...，101-5响应对间接邻居的查询。因此，在过程链末端的用户不必确定/了解整个系统。关于过程变量和模块状态的信息沿着介质流迁移直至生产设备100的末端。生产模块101-1，...，101-5从位于相邻下游的生产模块101-1，...，101-5获得要求或任务。生产模块101-1，...，101-5检测它们自己可以实现哪些命令/要求，并且如果适当的话，将命令向上游传递给相邻的生产模块101-1，...，101-5。

图4是生产设备100和被传递的确认消息113的另一示意图。来自每个生产模块101-1，...，101-5的确认消息113被向下游发送。泵101-4向混合器101-3给出确认。

混合器101-3看到其要求得到满足并向分析装置101-2给出确认。分析装置101-2自主地分析并继续地向邻居报告错误。如果混合比不对应于预定的混合比，则容器填充装置101-1处理介质，并且分析装置101-2发送新命令以调整比率。

结合本发明的各个实施例说明和示出的所有特征可以在本发明的主题中以不同的组合提供，以便同时产生其有利效果。

本发明的保护范围由权利要求给出，并且不受附图中描述或示出的特征的限制。

附图标记列表

100生产设备

100-1生产模块/容器填充装置

100-2生产模块/分析装置

100-3生产模块/混合器

100-4生产模块/泵

100-5生产模块/罐

103-1数据接口

103-2数据接口

105任务列表

107电子响应装置

109-1原料

109-2原料

111产品

113确认消息