专利名称：用于对生产过程调节生产流程计划的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及生产计划，尤其是生产设备的生产控制，生产设备例如基于生产流程计划从智能电网获取能量。
背景技术：
由于例如起风、云之类的环境因素，分散式可再生能源仅提供不规则且难以预见的能量。由于越来越多地使用这些能源，因此，电能产生量与电能消耗量之间的不匹配明显变大。以往，由电厂根据对工业和家庭的消耗行为进行的相当可靠预测按需要的量来产生电能。然而，根据估计，将来会有高达30%的电能在不与需求有任何同步的情况下产生。与电能消耗不同步的电能产生必须由电厂运营商或者电网运营商按照法定条例接收并馈入电网。因为电价是适应电网中的电能可用性的，所以这可导致由于供大于求而在确定的时间无成本地提供电能。当例如风力发电厂在周日期间产生大量电能时，与此相反的是，在作为电能最大接收者的工业用电设备方面没有足够需求。通常，对于工业不存在从有利的电能利用中获取益处的机会。另一方面，首先在规定接收可再生地产生的电能的国家存在上述的问题(即使在电能的产生不满足对应的需求时)。迄今为止，各个过程步骤在预定的时间窗内或连续地在生产设备中实施，其中各个过程步骤的序列和时间安排关于生产周期时间或者生产量被优化。本发明的任务是提供用于建立生产流程计划的方法和装置，由此，能以更好的过剩电能利用来操作生产设备。
发明内容
这一任务将通过根据权利要求I的、用于执行生产计划或者用于调节生产流程计划的方法以及通过根据并列权利要求的装置和生产系统来解决。进一步有利的实施方式在从属权利要求中指示。根据第一方面，设置用于对一个或多个生产过程调节生产流程计划的方法，所述一个或多个生产过程分别包括为其实施而需要能量的一个或多个过程步骤。该方法包括以下的步骤
-基于指示在预定的优化时段期间预测的能量可用性的可用性信息，识别在所述优化时段内的至少一个可用性时间窗，在所述至少一个可用性时间窗中存在预定的最低能量可用性；
-提供对一个或多个灵活过程步骤的指示，其中所述一个或多个灵活过程步骤指示可在所述优化时段内的多个备选时间窗中实施而不损害建立所述生产流程计划所基于的一个或多个优化量的过程步骤；以及
-对所述灵活过程步骤的每一个，如果对应的灵活过程步骤在所述可用性时间窗内，则·将所述对应的灵活过程步骤在时间上重排到对应的备选时间窗之一中，以获得经调节的生
4产流程计划。以上方法的思想在于为其中存在或期望有确定的或更高的能量可用性的时间窗设置生产过程的可在时间上灵活地实施(即可在第一时间窗或第二时间窗内执行)的各个过程步骤。为此，首先借助于生产流程计划从生产过程中确定应在将来的时间窗内执行的过程步骤，以达到确定的预定优化目标。此外，不仅提供或者确定在当前时间点的预测的能量可用性，而且提供或者确定在将来的时间窗内的期望电能可用性的时间上的变化(Zeitlauf)。通过将一个或多个过程步骤在时间上重排或者移动到其中存在高的能量可用性的时间窗中(高的能量可用性例如是电能供大于求)，一方面用于更充分地利用在电网中产生的电能，以及，因为电网中的过剩能量的量也在电价中表现出，所以另一方面这使得生产设备的运营商能低成本地获取用于操作过程步骤的电能，从而降低生产成本。此外，可通过可用性阈值确定预定的最低可用性，所述可用性阈值尤其是可等于优化时段内预测的可用性的平均值。根据一实施方式，能量可用性可指示电网中的电能过剩。例如电能可用性可借助单位能量的价格来指示。此外，可规定依据过程步骤的状态量确定该过程步骤的备选时间窗，其中尤其是依据当前能量可用性立即实施该灵活过程步骤。可规定一个或多个灵活过程步骤指示可在优化时段内的多个备选时间窗中实施而没有使至少一个优化量与优化量的值的偏离大于优化量容限值的过程步骤，该优化量的值是通过原始的生产流程计划达到的。尤其是可依据与每个预测的能量可用性关联的概率执行对应的灵活过程步骤的在时间上的相应重排的所述步骤，其中，尤其是优先地将那些灵活过程步骤在时间上重排到对应的时间窗中，其中能量可用性在最低能量可用性之上的概率是最大的。此外，在所述对应的灵活过程步骤的时间上的相应重排的所述步骤中，可优先考虑具有最大能量消耗的灵活过程步骤。根据另一个方面，设置用于对一个或多个生产过程调节生产流程计划的生产计划系统，该一个或多个生产过程分别包括为其实施而需要能量的一个或多个过程步骤，其中设计生产计划系统以
-基于指示在预定的优化时段期间预测的能量可用性的可用性信息，识别在所述优化时段内的至少一个可用性时间窗，所述至少一个可用性时间窗中存在预定的最低能量可用
-提供对一个或多个灵活过程步骤的指示，其中所述一个或多个灵活过程步骤指示可在所述优化时段内的多个备选时间窗中实施而不损害建立生产流程计划所基于的一个或多个优化量的过程步骤；以及
-对所述灵活过程步骤的每一个，如果对应的灵活过程步骤在所述可用性时间窗内，则将所述对应的灵活过程步骤在时间上重排到对应的备选时间窗之一中，以获得经调节的生产流程计划。根据另一个方面，设置具有一个或多个生产过程且具有上述生产计划系统的生产系统。
根据又一个方面，设置计算机程序产品，该计算机程序产品包括程序代码，当程序代码在数据处理单元上实施时，实施用于调节生产流程计划的上述方法。
以下借助附图来详细解释优选的实施方式。图I示出各具有在生产控制单元的控制下执行的多个过程步骤的生产过程的示意图；以及
图2示出用于说明基于电能可用性信息来建立或调节生产流程计划的方法的流程图。
具体实施例方式图I示出具有生产控制单元2的生产系统I的示意图，生产控制单元2监测并控制一个或多个生产过程3。生产过程3的每一个包括一个或多个过程步骤4的序列。生产过程3用于由一个或多个原料产品或中间产品制造一个或多个最终产品。过程步骤4为其实施而需要能量，该能量在本实施例中为电能。生产控制单元2与生产计划系统5连接，生产计划系统5向生产控制单元2提供关于各个过程步骤4的时间序列的信息。对每一个过程步骤4，该信息包括相关的过程步骤的开始时间和规定量，从而使生产控制单元2可在预定的开始时间点发起相关的过程步骤，且向属于该过程步骤的生产设施传送这些规定量、从这些规定量推导出的量等等。生产计划系统5依据各个过程步骤4的已知生产参数并依据优化功能建立生产流程计划，该优化功能关于一个或多个确定的量优化生产过程3。该优化通过在时间上适当地安排各个过程步骤4来实现，从而可根据预定的优化目标(例如在预定的时间内和/或按预定的件数和/或质量)来制造最终产品。例如该优化关于待制造产品的、应最小化的生产时间来实现。该优化借助已知的优化方法执行，该优化方法可从现有技术得知。各个过程步骤4为其实施而需要电能，电能的量在很大程度上依赖于相关过程步骤的类型。此外，各个过程步骤4关于它们可在其中被执行而不延迟最终产品的完成或减少在一个时段内制造的最终产品的数量的时段方面具有更高或更低的灵活性。即，过程步骤4有时可在相互重叠或互不重叠的多个备选时间窗中执行,而未在一个或多个优化量方面损害生产过程3或者多个生产过程3的结果。如开头所述那样，电能可用性由于越来越多地使用不同步的电能源而在将来变得更为严重，从而存在其中许多未使用的电能被提供到电网中的时间段。尽管智能电网尝试在合适的地点消耗或者存储电能，然而，这一方式在将来不能完全应对几乎随机的电能产生。在智能电网中存在包含关于如下情况的可用性信息的可能性当前的电能可用性如何，即关于局部的产生和过剩电能的量的指示。此外，可用性信息也可包含关于如下情况的指示在不久的将来，即例如在接下来的24到28小时内，在电网中电能可用性如何在时间上和在位置上发展以及它们各位于哪一水平。尤其是，该可用性信息还包括关于如下情况的指示在哪一时段以多长的持续时间存在过剩电能，或这一指示是可从其导出的。此外，也可能是该可用性信息包括关于如下情况的指示在将来的一个时间点或一个时段中以多大的概率存在预测的可用性。这一指示例如可以从天气预测等等中推导出。该可用性信息被提供给生产计划系统5。该可用性信息可以在智能电网自身上获得，或从其它源获得。除了所提供的、指示当前电能可用性以及在将来的优化时段内预测的电能可用性如何的可用性信息以外，还向生产计划系统5提供过程参数。该可用性信息能以当前的或者预测的电能价格的形式(例如以每kWh的价格)给出关于当前的电能可用性以及预测的电能可用性的指示。尤其是，这一价格是可变的并在很大程度上依赖于该可用性和关于电能可用性预测正确的概率。图2借助流程图示出对一个或多个生产过程调节生产流程计划的方法。该生产流程计划将借助于生产控制单元2来执行。在步骤SI中通过电网或互联网或其它信息源接收关于电能可用性的可用性信息。该可用性信息包括对于当前电能可用性的指示；以及关于在存在于将来的优化时段内预测的电能可用性的指示。尤其是，关于在优化时段中预测的电能可用性的指示的可靠性可被赋予例如借助天气预测等等而确立的概率。借助这些概率以及这些电能可用性，在步骤S2中决定考虑的时段内可提高电能消耗(这是因为此处电能价格低)或者提供过剩电能的确定的时间窗。例如，可以如下方式决定这些时间窗将包含于该可用性信息中的、相关时间窗的可用性指示与可用性阈值相比较，并将这些时间窗决定为其中该可用性指示低于该可用性阈值的那些时间段。可固定地预定该可用性阈值或借助预测的电能可用性来决定该可用性阈值。例如，该可用性阈值可等于在该优化时段内能量可用性的平均值或取决于该平均值。也可考虑可用来决定这些时间窗的其它可能性。结果是，得到其中预期有生产过程3的尽可能高的能量消耗的时间窗，这是因为在这些时间窗能量可用性最高。将各个过程步骤转移到这些时间窗中可使能量消耗的时间与供给过剩能量的时间同步。因为电价通常反映可用性，所以生产设备的运营商由于电能成本降低而可降低生产成本。在步骤S3中，借助用于确定的优化时段的生产流程计划(该生产流程计划由生产计划系统5预定)，将具有时间灵活性的过程步骤4决定为灵活过程步骤，即可在备选时间窗中执行而不偏离生产流程计划所基于的优化目标(即不损害优化量)的过程步骤，该优化量借助初始的生产流程计划所基于的优化方法被决定。例如，决定可在备选时间窗中执行而不改变或者损害最终产品的总生产时间或该生产过程的生产量的过程步骤4。尤其是，这些灵活过程步骤可指示可在优化时段内的多个备选时间窗中实施而没有使至少一个优化量与优化量的值的偏离大于绝对或相对预定的优化量容限值的过程步骤，该优化量的值是通过实现原始的(初始的)生产流程计划而达到的。在步骤S4中，将过程步骤可在其中备选地实施的备选时间窗与在步骤S2中确定的高能量可用性的时间窗进行比较，并在步骤S5中决定如下的灵活过程步骤4，这些灵活过程步骤4可与到目前为止的生产流程计划偏离地移动到具有更高能量可用性的时间窗之一。关于其执行可在备选时间窗之间灵活地移动的过程步骤4的决定也可考虑例如在电能可用性突然减少且低于可用性阈值或者价格超过能量价格阈值时，是否可在各个过程步骤进行期间中断这些过程步骤。在后继的步骤S6中，建立修改的生产流程计划，其中之前在步骤S5中识别的灵
7活过程步骤被移动到对应的备选时间窗中，条件是当这些识别的过程步骤之一的原始时间窗中相应地比根据步骤S5与相关的过程步骤关联的备选时间窗中存在更低的电能可用性时。此外，可依据每个预测的电能可用性所关联的概率来执行对应的灵活过程步骤在时间上的重排。尤其是，可优先地将那些灵活过程步骤在时间上移动到对应的时间窗中，其中能量可用性在可用性阈值之上的概率是最大的。在步骤S7中检查在步骤S6中移动过程步骤4是否干扰总生产过程，使得优化量(例如生产量、生产时间等等)受到损害。对之前在步骤S6中在时间上移动的每一个过程步骤执行步骤S7，并在确认优化量受到损害时不进行移动。以上一般地描述的关于指示电能可用性的可用性信息来优化一个或多个生产过程3的方法可例如在木板厂中采用。在木板厂中，30%的电能用于机械木工，其中由树干制造木板。由于预测有夜间风暴(其因连接到电网的风力发电厂而可导致高能量可用性)，因此，生产计划系统5可借助提供的预测数据和过程参数(也考虑库存状况)来决定如下是否存在优点将木板的制造移到备选时间窗并且例如在夜晚期间执行。然后，生产计划系统5可对应地调节这个生产过程3或者这些生产过程3。根据另一个例子，用于调节生产流程计划的以上方法可涉及大的冷藏室，其中冷却到确定的温度非常消耗能量。在此情况下，可将准备待冷却的货物视为生产过程或者其一部分。为此，控制系统可应用关于电能可用性的预测来开始冷却过程。通常，借助于两点规则来控制这样的冷却过程。即，在温度超过第一温度阈值时立即开启用于冷却建筑物的冷却装置，而在温度低于在第一温度阈值之下的第二温度阈值时立即断开用于冷却建筑物的冷却装置。当存在高电能可用性时，可依据电能可用性调节第一温度阈值以及第二温度阈值，并且在相反情况下，如果存在小的电能可用性时可立即提高。温度阈值的移动导致开启该冷却的时间窗的相对移动。通过该冷却在高电能可用性的情况下将冷却间冷却到较低的温度，能够获得更大的灵活性。即，当能量可用性减少时，到重新开启该冷却为止可等待更长时间，这是由于冷却间的温度在较晚才超过临界温度，在该临界温度下必须重新开启该冷却，而与电能可用性或者电价无关。作为另一个例子，可提及对生产过程中所需的电池的充电，例如用于操作叉车或其它车辆。同样可依据能量可用性来选择用于对电池充电的时间窗。例如对叉车的电池的充电可在能量可用性高时的夜晚或周末期间执行。在此，本发明还包括优选实施方式的任意组合以及各个实施方案特征或扩展方案，只要这些不相互排除即可。附图标记列表I生产系统
2生产控制单元3生产过程4过程步骤5生产计划系统。
权利要求
1.一种用于对一个或多个生产过程(3)调节生产流程计划的方法，所述生产过程(3)分别包括为其实施而需要能量的一个或多个过程步骤(4)，所述方法包括以下的步骤-基于指示在预定的优化时段期间预测的能量可用性的可用性信息，识别(S2)在所述优化时段内的至少一个可用性时间窗，在所述至少一个可用性时间窗中存在预定的最低能量可用性；-提供(S3)对一个或多个灵活过程步骤(4)的指示，其中所述一个或多个灵活过程步骤(4)指示可在所述优化时段内的多个备选时间窗中实施而不损害建立所述生产流程计划所基于的一个或多个优化量的过程步骤；以及-对所述灵活过程步骤(4)的每一个，如果对应的灵活过程步骤(4)在所述可用性时间窗内，则将所述对应的灵活过程步骤(4)在时间上重排(S6)到对应的备选时间窗之一中，以获得经调节的生产流程计划。
2.如权利要求I所述的方法，其中，通过可用性阈值确定所述预定的最低可用性，所述可用性阈值尤其是等于在所述优化时段内预测的可用性的平均值。
3.如权利要求I或2所述的方法，其中，所述能量可用性指示电网中的电能过剩。
4.如权利要求I至4中任一项所述的方法，其中，依据过程步骤(4)的状态量确定所述过程步骤(4)的所述备选时间窗，其中尤其是依据当前能量可用性立即实施所述灵活过程步骤⑷。
5.如权利要求I至4中任一项所述的方法，其中，所述一个或多个灵活过程步骤(4)指示可在所述优化时段内的多个备选时间窗中实施而没有使至少一个优化量与优化量的值的偏离大于优化量容限值的过程步骤(4)，所述优化量的值是通过原始的生产流程计划达到的。
6.如权利要求I至5中任一项所述的方法，其中，依据与每个预测的能量可用性关联的概率执行对应的灵活过程步骤(4)的时间上的相应重排的所述步骤，其中尤其是优先地将那些灵活过程步骤(4)在时间上重排到对应的时间窗中，其中能量可用性在所述最低能量可用性之上的概率最大。
7.如权利要求I至6中任一项所述的方法，其中，在所述对应的灵活过程步骤(4)的时间上的相应重排的所述步骤中，优先考虑具有最大能量消耗的灵活过程步骤(4)。
8.—种生产计划系统(5)，用于对一个或多个生产过程(3)调节生产流程计划，所述一个或多个生产过程(3)分别包括为其实施而需要能量的一个或多个过程步骤(4)，其中，设计所述生产计划系统(5)以-基于指示在预定的优化时段期间预测的能量可用性的可用性信息，识别在所述优化时段内的至少一个可用性时间窗，在所述至少一个可用性时间窗中存在预定的最低能量可用性；-提供对一个或多个灵活过程步骤(4)的指示，其中所述一个或多个灵活过程步骤(4)指示可在所述优化时段内的多个备选时间窗中实施而不损害建立所述生产流程计划所基于的一个或多个优化量的过程步骤(4);以及-对所述灵活过程步骤(4)的每一个，如果对应的灵活过程步骤(4)在所述可用性时间窗内，则将所述对应的灵活过程步骤(4)在时间上重排(S6)到对应的备选时间窗之一中，以获得经调节的生产流程计划。CN 102918733 A _权利要求书_ _2/2 页
9.一种生产系统(1)，其具有一个或多个生产过程(3)以及根据权利要求(8)所述的生产计划系统(5)。
10.一种计算机程序产品，其包括程序代码，所述程序代码在数据处理单元上被实施时实施权利要求I至7中任一项所述的方法。全文摘要
本发明涉及一种用于对一个或多个生产过程(3)调节生产流程计划的方法，该生产过程(3)分别包括为其实施而需要能量的一个或多个过程步骤(4)，该方法包括以下的步骤基于指示在预定的优化时段期间预测的能量可用性的可用性信息，识别(S2)在所述优化时段内的至少一个可用性时间窗，在至少一个可用性时间窗中存在预定的最低能量可用性；提供(S3)对一个或多个灵活过程步骤(4)的指示，其中所述一个或多个灵活过程步骤(4)指示可在优化时段内的多个备选时间窗中实施而不损害建立生产流程计划所基于的一个或多个优化量的过程步骤(4)；以及对所述灵活过程步骤(4)的每一个，如果对应的灵活过程步骤(4)在所述可用性时间窗内，则将所述对应的灵活过程步骤(4)在时间上重排(S6)到对应的备选时间窗之一中，以获得经调节的生产流程计划。
文档编号H02J3/00GK102918733SQ201180026954
公开日2013年2月6日 申请日期2011年5月25日 优先权日2010年6月2日
发明者L.舒尔, C.施蒂希 申请人:Abb 技术有限公司