产品传感器、具有产品传感器的产品、设备和用于在产品传感器和设备之间通信的方法

产品传感器、具有产品传感器的产品、设备和用于在产品传感器和设备之间通信的方法
【专利摘要】产品可以被装备产品传感器，使得与产品一起借助于产品传感器可以确定设备或机器的数据。所确定的数据可以被用于诊断和/或控制设备或机器。在此有利的是，数据在产品的地点处产生并且从而可以直接确定（例如环境参数或设备本身）对产品的（不）希望的影响。本发明例如可以被使用在自动化技术中、设备或机器处或者生产制造的不同变型方案中。
【专利说明】产品传感器、具有产品传感器的产品、设备和用于在产品传感器和设备之间通信的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及产品传感器、具有至少一个这样的产品传感器的产品、具有诊断装置的设备和用于在产品传感器和该设备之间通信的方法。
【背景技术】
[0002]为了确保制造过程的特定于产品的要求、例如当在确定的制造步骤之后输送产品时避免颤动或振动或者(如果产品例如是易腐败的物品)避免超过预先给定的温度，必须在整个设备中相应地安装适当的传感器。然而恰好是干扰或设备的其它环境参数对产品本身的影响仅能受限制地由固定在设备的组件处的传感器确定。
[0003]设备组件的故障经常直接影响产品，例如有缺陷的轴引起产品的不希望的振动。借助在设备中安装的传感器测量这种效应是极其耗费的。此外不利的是，多个为此需要的传感器对于设备的控制过程不是必要的，但是有助于提高耗费和从而提高安装成本以及设备的保养费用，其中该提高的耗费在逻辑上(多个传感器的连接)以及在通信技术上(用于与传感器通信和分析该通信的协议)必须被克服。在适配生产过程时或者在生产其它(尤其是另外的)产品时也许必须修改整个设备，以便使所述设备与在为了检验生产结果的质量所需要的传感器系统方面的新的特定于制造或产品的要求适配。

【发明内容】

[0004]本发明的任务在于，避免前述缺点并且尤其是实现用于设备的有效运行的解决方案。
[0005]该任务根据独立权利要求的特征来解决。本发明的改进方案也由从属权利要求得出。
[0006]为了解决该任务，建议用于在设备中可输送、可制造或可加工的产品的产品传感器，具有
-处理单元，用于将所测量的数据或从中导出的数据提供给设备。
[0007]在此可以将设备理解为这样一种任意的设备，在所述设备中可以制造、加工、处理和/或输送产品。该设备也可以是机器。该设备尤其可以是制造设备或自动化设备。
[0008]产品传感器例如尤其是用于检测物理或化学可测量参量的传感器。该参量优选以(数字和/或模拟)数据存在，所述数据可以由处理单元进一步处理。在该意义上，所测量的数据也可以由处理单元准备或(预)处理成“导出的”数据。数据和/或导出的数据被提供给该设备。所述提供可以主动地以传送给设备的形式进行；可替换地，可能的是，设备(或设备的处理单元)从产品传感器请求数据。数据和/或导出的数据的提供或传输可以规则地或不规则地进行，例如在出现预先给定的事件或时刻时或在到达空间中的预定义位置(所谓网关)时。
[0009]有利地，在此情况下为了监控制造或输送设备不必在设备本身处安置大量传感器来通知设备的状态(尤其是只要该状态对产品有影响)。相反地，可以有针对性地在每个产品处或在产品的一部分上布置(例如可拆卸地固定)产品传感器。这能够实现测量参量的有效的贴近产品的检测。在干扰情况下可以立即或稍后将数据或导出的数据经由任意构造的接口装置传输给(例如所述设备或中央诊断装置的)检查实体或诊断装置。产品传感器的数据从而可以例如被用于运行时间并行地诊断制造系统，以便发现故障并且用于对例如总系统进行诊断，其中所述故障对产品的直接影响可以被观察到。
[0010]—种改进方案是，产品传感器可以固定在产品上。
[0011]一种改进方案也是，产品传感器集成到产品中或者集成到产品的材料载体中。
[0012]产品传感器可以被实施为有源传感器或者所述产品传感器可以具有用于传感器的至少一种连接可能性。产品传感器例如被实施为移动的并且可以固定在产品上。尤其是，产品传感器可以可拆卸地与产品连接。
[0013]产品传感器也可以固定在产品的材料载体上。这样的材料载体例如可以是输送底板，所述输送底板接纳和/或承载产品并且例如与产品一起承担独立的和与设备的其它组件无关的功能(例如产品的运送)。
[0014]另一改进方案是，处理单元被构成用于存储所测量的数据或导出的数据。
[0015]尤其是，一种改进方案是，处理单元和/或产品传感器具有通信接口，借助所述通信接口可以将所测量的数据或导出的数据传输给设备。
[0016]数据和/或导出的数据的通信可以单向地或双向地经由通信接口进行。为此，可以使用通信协议，所述通信协议允许安全的和/或容忍故障的传输并且必要时可以借助所述通信协议确定，通信不按规定起作用。
[0017]对此的一种改进方案在于，通信接口是无线或有线通信接口。
[0018]因此，数据和/或导出的数据可以经由无线电连接传输，例如经由移动无线电接口、WLAN连接、蓝牙连接、借助于感应等。也可能的是，使用有线通信接口，用于例如能够传输所检测的数据(和必要时从中导出的数据)。例如，可以在输送系统的确定地点进行电接触，使得利用该接触可以实现容忍故障的、安全的和快速的数据传输。
[0019]可以由产品传感器或由设备促使与设备的通信。产品传感器因此可以对设备的询问进行应答或者主动将数据传输给设备。
[0020]此外，通信可以在预先给定的时刻、在设备(或者设备中的产品)的预先给定的地点处和/或在存在预先给定的状态或者条件下被执行。通信也可以优先化地进行，使得可以快速地由设备检测干扰或故障。
[0021]一种改进方案也是，数据或导出的数据的提供满足实时要求。
[0022]因此，产品传感器可以被设计为使得数据可以在遵守实时条件下被转发给设备。为此，产品传感器优选地利用相应快速的硬件来构成。优选地，在该情况下使用同样满足实时条件的通信接口。因此可能的是，将产品传感器也用于实时地控制设备。
[0023]另外，一种改进方案是，借助于产品传感器以下参量的至少一种选择可以被确定或可以被测量并且可以以设备的数据的形式被提供:
"温度；
-产品传感器的相对或绝对位置；
-产品传感器的运动、加速度或者取向； -振动。
[0024]原则上，产品传感器可以以数据(或导出的数据)形式提供每个物理上或化学上可测量的参量。
[0025]在附加改进方案的范围中，处理单元被设立为使得所测量的数据和/或导出的数据可以被监控。
[0026]例如，可以连续地在确定的(预先给定的)时刻或者在出现确定的(预先给定的)事件时存储所测量的数据和/或导出的数据。这例如能够实现制造过程的有效的存档，因为在事后(例如为了保障质量)也可以确定，产品在制造期间在设备中遭受哪些影响或者对于该产品预先给定的制造条件是否被遵守。然后，例如制造协议可以指明，规定的环境参数在制造产品期间处于预先给定的范围中并且从而制造按规定进行。相应地，在产品实际上被供应或被使用之前，也可以发现质量缺陷，所述质量缺陷在制成的产品处从外面不能被识别出。
[0027]尤其是可能的是，处理单元已经将测量数据和/或导出的数据与预先给定的值进行比较并且在存在偏差(例如超过或低于预先给定的阈值)时为设备提供相应的讯息，例如传输给设备。于是基于该讯息，可以在设备侧引入适当的措施，以便尽可能实时地识别有故障的产品或者防止制造其它可能有故障的产品。
[0028]由此原则上，所测量的数据或导出的数据的分析可以在产品传感器(产品传感器的处理单元)处和/或在设备(设备的处理或诊断单元)处进行。优选地由设备发起对策。在设备和产品传感器之间的通信可以是单向的或双向的。尤其是，可以使用不同的协议，以便例如在产品传感器和设备之间(例如通过无线电的)安全的通信连接确保:所交换的消息到达或者通信连接的失效可以被观察到。
[0029]下一改进方案在于，借助于处理单元可以基于所测量的数据或从中导出的数据确定征兆。
[0030]一种构型是，借助该征兆可以确定针对设备的诊断。
[0031]可替换的实施方式在于，借助该征兆可以基于至少一个假设确定针对设备的诊断。
[0032]例如可以采取假设，所述假设的出发点是，存在还未被识别的征兆。在该情况下可能的是，检测还未出现或还未完全出现的故障或干扰。因此从已经存在的数据的集合中可以推断出可能的干扰的集合。这些干扰可以借助收集的数据或其它知识被合理化，使得尽管用于最终评估故障的数据不完全也已经可以完全地对该故障出现的概率进行陈述。
[0033]在此情况下要注意的是，征兆可以基于所测量的数据和/或导出的数据在设备中和/或在产品传感器中、尤其是在产品传感器的处理单元中被确定。此外，可以由产品传感器和/或由设备执行诊断。有利地，该设备可以动用多个不同的数据用于创建诊断。在此，可能的假设的集合也可以在考虑已经存在的征兆或数据的情况下受到限制，使得提早地和尤其是及时地诊断是可能的。
[0034]前述任务也借助于具有这里所述的产品传感器至少之一的产品来解决。
[0035]上述任务也借助具有用于与这里所述的至少一个产品传感器通信的诊断装置的设备来解决。
[0036]该诊断装置可以具有通信接口用于与产品传感器通信。尤其是，基于多个产品传感器的所传送的数据可以创建涉及设备或设备的一部分的诊断。
[0037]为了解决该任务也建议一种用于在产品传感器和设备之间通信的方法，
-其中由用于在设备中可输送、可制造或可加工的产品的产品传感器确定所测量的数
据，
-其中所测量的数据或者基于此导出的数据被传输给设备。
[0038]所测量的数据例如通过以下方式被确定，即传感器或者传感器模块测量物理的、电的和/或化学的参量并且以数据的形式提供。
[0039]一种改进方案在于，基于所测量的数据或者导出的数据执行设备的诊断。
[0040]补充地要注意的是，产品传感器的处理单元尤其是可以具有处理器单元，所述处理器单元可以以任意处理器或者计算装置或者具有相应需要的外围设备(存储器、输入/输出接口、输入输出设备等)的计算机的形式实施。相应地，所述设备可以具有至少一个这样的处理器单元，例如用于觉察这里所述的诊断。
【专利附图】

【附图说明】
[0041 ] 下面借助附图描述和阐述本发明的实施例。
[0042]图1示意性地示出用于制造或用于输送产品和在使用产品上的产品传感器下控制设备的设备的组件，
图2示出尤其是用于对环境情形和特征模型进行建模的产品传感器的功能模型，
图3示出在这样所构建的系统中的优选数据处理的功能、代理和与之共同作用的模
型，
图4示意性地示出在附加说明不同组件的控制和功能特征的情况下类似于图1的设备的组件，和
图5示出产品传感器或产品传感器的处理单元的示例性架构。
【具体实施方式】
[0043]产品可以具有至少一个产品传感器。具有至少一个产品传感器的这样的产品也可以被称为智能产品。尤其是，这样的智能产品可以是具有传感器的嵌入式系统，所述传感器被安装在材料载体上或工件上。智能产品另外可以拥有处理单元，所述处理单元具有例如控制软件，借助所述控制软件例如可以连续地或者在预先给定的时刻处理由传感器所确定的(例如测量的)数据，例如其方式是执行与预先给定的值的比较，以便由此在产品的制造过程中识别、检查和/或登记偏差。因此例如可以根据询问基于这些数据提供关于产品质量的信息。
[0044]在本上下文中，产品配备有至少一个产品传感器(例如被构成为嵌入式系统)，其中借助于所述至少一个产品传感器观察环境并且检测产品相关的数据并且传输给设备。产品相关的数据例如是涉及产品的制造、处理、加工和/或输送的数据。这些数据可以是测量数据、导出的数据或者过程参数，例如:
-产品的温度或者在产品附近的温度(当产品是易腐败的物品时，尤其是有利的);
-在制造产品时的焊接温度；
-与位置有关地随着产品沿着传送带的运动所记录的颤动。[0045]设备获得数据并且可以例如将所述数据用于设备的质量保障、诊断和/或监控。因此可能的是，例如在维护情况下提供重要的信息或者在干扰情况下能够尽可能实时地干预设备或者其组件或控制功能。
[0046]产品传感器可以直接地固定在产品中或固定在产品上。也可能的是，传感器或者甚至产品传感器已经完全地或部分地被安置在材料流系统的材料载体上或安置在材料流系统的材料载体中。
[0047]移动产品传感器的应用因此有利地用作用于诊断设备的信息提供者。
[0048]除了该局部的、以产品为中心的角色之外，产品也可以作为用于在设备中所安装的诊断系统的信息供应者承担全局角色。为此，传感器的数据根据应用情况被选择性地或完全地解释并且例如作为所谓的征兆借助于所安装的无线电模块被传输给诊断系统。因此，特定于产品的过程要求和/或例如温度波动或振动的与产品有关的故障效应可以被简单地确定和附加地通过传输给诊断系统而被用于在整个制造系统中诊断故障。
[0049]征兆例如可以被理解为所测量的数据或从中获得的数据，其被分配给确定的测量参量。在此例如阈值或固定的极限值被分配给测量参量，所述阈值或固定的极限值代表临界设备状态或代表已发生的或要采取的干扰状态。在此，测量参量尤其可以是物理地或必要时化学地可测量的参量。
[0050]在规划或适配设备(例如制造设备)时，已经可以考虑智能产品或用于产品的产品传感器。在用于自动化的传感器情况下经常需要的实时能力根据构型是可选的；尤其是如果传感器不被用于控制设备，则这样的实时能力不是必要的。但是，在规划质量保障时就已经可以考虑传感器，以便能够在使用附加数据的情况下可靠地和/或及时地识别产品的可能的质量损失。因此也可以提高对设备的可靠性要求。
[0051]因此可以通过在产品上集成移动产品传感器和在诊断系统中使用移动产品传感器所确定的数据来改善生产设备。能够(及时地)识别设备的可在产品上测量地起作用的故障是一种改善。借助于产品传感器执行的测量形式的数据例如可以被通知给诊断系统，由此要么故障的识别是可能的，要么可以以较大的安全性标识故障。这尤其是当不同的诊断其对产品的影响进行区别时是有利的。
[0052]尤其是提供一种用于通过检测数据的产品传感器支持例如制造机器或制造设备的设备的诊断的方法。在智能产品上所安装的传感器的数据可以被用于运行时间并行地诊断制造系统，以便发现征兆并且将征兆用于诊断总系统，其中所述征兆对产品直接的作用可以被观察到。相应地，可以修改或调整所述设备或总系统。尤其是可以随后以另外的状态、必要时在另外的任务或编程情况下运行设备。
[0053]因此，有利地不必在整个设备中安装用于监控产品质量的多个附加传感器，只要这在技术上和空间上是完全可能的。代替地，可以根据相应的产品灵活地使用产品传感器。如果利用对生产过程的不同要求来制造或加工不同类型的产品，则可以以这种方式分别给相应的材料载体和/或智能产品装备必要的传感器系统，而不必将该传感器系统固定地安装在设备的部分中。尤其是对于产品传感器不需要用于控制设备的情况，有可能不需要产品传感器与设备的实时通信(和在固定地预先给定的时间预设内设备的相应反应)。这减少复杂性和从而减少设备和运行的成本。
[0054]此外，例如可以将在材料载体上或在智能产品上安装的产品传感器用于改善设备的诊断，因为设备在无故障的运行中能够在为产品预先给定的运行范围内起作用。与此相应地，产品传感器提供对应于允许的运行范围的数据。如果离开该允许的运行范围，则这可以借助所提供的数据被确定，不管所述数据是来自产品传感器本身(例如作为具有处理单元的智能产品)还是来自设备(例如设备的诊断系统)，所述设备例如连续地或在预先给定的(规则的或不规则的)时刻获得数据。
[0055]数据可以借助于无线电通信或借助于电接触被传输给设备。
[0056]图1示出设备101的示意性系统结构。设备101用于输送、处理、加工和/或制造产品102。
[0057]也可以称为智能产品的这样的产品102具有用于产品传感器103的接纳或固定可能性。优选地，这样的产品传感器103可拆卸地布置或固定在产品102上或布置或固定在产品102中。可选地，产品传感器103或者连接在该产品传感器103上的传感器也可以布置在产品载体(材料载体，例如用于产品的载体板)上。
[0058]示例性放大地示出的产品传感器103具有处理单元104，所述处理单元包括环境参数的所测量的数据m和必要时也处理或部分地处理所述数据。尤其是，处理单元104为此可以配备有至少一个传感器或者用于连接传感器的至少一个接线端。传感器例如可以记录运动数据、环境温度或其它在物理上或化学上可检测的参量并且作为所测量的数据提供。此外，产品传感器103具有通信接口 105，所述通信接口具有用于传输所测量的数据md和从中获得的数据d的天线106。通信接口也可以是处理单元的部分。
[0059]也可以构造处理单元、通信接口和由感应线圈式天线和直接连接在该感应线圈式天线上的传感器的组合组成的天线。
[0060]所测量的数据md和/或从中获得的数据d经由无线电接口 107例如被传输给作为分配给设备101的接口的网关108。网关108经由总线109或者线路与设备101的其它组件连接，例如与作为用于进一步处理所测量的或获得的数据的外部系统设备的诊断系统110连接。诊断系统110也可以被实施为指令和控制中心的组件。附加于或替换于网关108，也可以构造计算机或工业PC (PC:个人计算机/工作站计算装置)111或存储器可编程的控制装置(SPS)用于从产品传感器103的通信接口 105接收所测量的数据md或从中获得的数据d。
[0061]代替如总线109的固定布线的线路或者用于根据如例如TCP/IP (TCP:传输控制协议/互联网中的网络协议，IP:互联网协议)的协议传输的线路，也可以使用任意另外的适当的传输系统，尤其是也可以使用无线电支持的传输系统。同样可以代替无线电支持地从产品传感器103向网关108或者设备101的其它组件传输数据，可以选择直接的线路耦合的连接。这样的连接例如可以以所谓USB接线端的类型来构造并且通过将产品传感器或与之稱合的电缆插入到例如计算机中来实现连接。
[0062]在该示例性构型中，优选地设备101的输入输出子系统113、115经由工业PC 111和与之连接的其它总线112根据例如标准PR0FINET耦合。子系统中的第一个113例如用于控制输送带114和用于监控其功能性。尤其是，可以经由子系统113操控输送带114的传动发动机并且经由传感器、例如传动轴上的旋转传感器可以监控传动辊的旋转。第二子系统115例如用于操控或监控其它产品处理组件、控制组件或监控组件116、117。
[0063]因此，设备101不再仅仍能够通过布置在设备的组件上的传感器监控，而是附加地或甚至完全地能够通过产品传感器103监控设备101，所述产品传感器布置在(一个或多个)(智能)产品102上、布置在(一个或多个)(智能)产品102中或者布置在其附近。
[0064]为了将测量和征兆传输给监控和诊断系统，可以实现具有特定特点的不同构型:
(i)如果智能产品102在识别出相关的征兆之后立即将所述相关的征兆发送给诊断系
统110，则实现在同时比较高的通信耗费情况下最小的时间迟延。为此要么给智能产品102装配高作用范围的通信系统要么给整个工厂或设备101以面覆盖的方式配备通信点(例如WLAN接入点，WLAN:无线局域网)。
[0065](ii)可替换地，只能在预定义的通信网关108、111上或其附近进行通信，例如在连接制造片段结束之后或者在完成产品之后。由此显著地减少通信耗费，但是系统对由产品传感器探测的征兆的反应时间提闻。
[0066]例如，通信可以无接触地通过无线电技术实现。在使用网关108时，为控制制造系统而安装的工业PClll可以被用作网关。
[0067]图2示出用于检测和处理所测量的数据d的组件和功能或过程流程特征。为了在智能产品102上的产品传感器103的处理单元104中分析由传感器测量的数据d，使用在图2中简化地草拟的诊断模型。(称为“Feature (特征)”)的特征是由产品传感器测量的数据d0
[0068]根据特征元模型302，特征由嵌入式系统解释，使得可以生成征兆、所测量的数据md或从中获得的数据d，它们描述产品102的环境的特性或设备101的特性。预处理的范围由嵌入式系统的处理和存储容量确定。因此，当前系统例如可以用临界阈值均衡测量值，聚合数据等。
[0069]特征元模型302例如是可以集成在产品传感器中的模型:征兆201在此情况下具有至少一个特征202。征兆201对应于情形元模型303的征兆203的定义。系统元素204包括至少一个征兆203和具有至少一个诊断205。系统元素附加地可以处于分层的部分-整体关系。
[0070]因此也利用多代理方案说明一种应用情景，其中例如利用交互式诊断改善产品102的自适应制造。在该情景中，在输送带114的系统中同时运送颤动敏感的以及颤动不敏感的产品102。产品传感器103例如具有三维加速度传感器并且布置在产品102的原型上。借助于产品传感器103 (或者加速度传感器)可以探测颤动或振动，所测量的值可以作为数据被传输给随后也被称为诊断代理的诊断系统110，以便由此诊断输送带114的可能的故障。
[0071]这里所介绍的方案例如涉及设备或制造控制，其中自动化的诊断必要时与操作人员的交互一起被实施。这能够实现机器能力的灵活适配并且在与预先给定的运行状态有偏差或其它异常情况下有助于防止损坏。尤其是解释可以基于模型地进行。因此，可以在使用导出的原因研究的情况下预测诊断，所述原因研究例如基于合理性阈值，其中所得到的在竞争性解决方案之间的多义性被解决。为了能够实现人类干涉可以提供适当的信息设备，所述信息设备例如将干扰状态通知给操作人员。因此在实际出现潜在的故障状态之前，可以检测或避免所述潜在的故障状态。所建议的架构附加地集成移动传感器形式的智能产品，这改善生产系统的稳健性和可靠性。
[0072]对市场趋势的快速反应的要求升高以及增加通过客户对产品的广泛的可配置性导致制造系统的更高的灵活性要求，尤其是在为较小件数提供灵活的过程方面和在相对于技术系统内的故障的稳健性方面。
[0073]通过这里描述的产品传感器或者智能产品支持的面向产品的制造系统是尤其是用于应该以较小件数制造或加工的产品的有前途的方案。本方案显示出产品传感器与生产控制系统的交互和协作的可能性。本方案允许用于必要时在操作人员合作的情况下尤其是借助于基于模型的诊断系统制造、加工和/或处理产品的高度灵活的和稳健的框架结构(Rahmenwerk)0
[0074]示例性地示出灵活的生产情景，所述生产情景可以与智能产品相结合地被使用并且因此结果尤其允许明显改善的诊断。尤其是示例性地考察逻辑系统，包括进行馈送的单向输送带、分配器和两个可选择的向下倾斜的输送带，所述输送带例如导向不同的机器。每个输送带片段通过轴传动，所述轴装备有用于测量轴旋转的传感器。因为一些要输送的产品102在生产期间的确定时刻例如基于还未硬化的新鲜粘结的连接而可能对于振动是敏感的，所以给产品传感器装备有数字产品存储器和加速度传感器，使得例如为了质量保障而可以确定和存储加速度测量值。这些产品传感器被安置在部分(或可替换地在所有)产品上。
[0075]由产品传感器供应的信息可以与附加的测量值组合，以便能够实现输送系统的诊断。如果例如输送带的轴旋转并且布置在输送带上的产品不运动，这表明所确定的测量值有传输问题或通信问题或者表明输送带的传动问题。因此输送带可能变得不能使用直至其恢复为止。例如，不规则的运动、例如突然的加速或振动也可以表明输送带的位置问题；在该情况下所涉及的输送带应该不再被用于振动敏感的产品直至其维修为止。根据功能缺陷在哪里被诊断和/或出现，可以选择地限制针对生产的使用，也即有针对性地不再将设备的该部分(例如输送带之一)用于这样的产品，对于所述产品而言，该功能缺陷可能是有害的。设备的另外的部分可以不变地被继续使用。也可能的是，仅设备的受限制地可运转的部分被有针对性地用于另外的产品，例如直至其再次恢复为止。这必要时防止设备失效或者减少设备的静止时间(因为例如设备可以以改变的形式被继续使用直至其维修为止)。这可以在生产规划时已经被考虑，以便例如在产品质量被保证的情况下在吞吐量方面优化设备的使用。
[0076]架构
图3示出用于说明多代理系统的架构的示意图。系统的功能性通过代理实现，所述代理提供四个功能(也称为角色):
-征兆提供功能308，
-情形分析功能309,
-生产控制功能311，和 -监控仲裁器功能310。
[0077]图3的上半部分示出这些功能和与这些功能关联的元模型，也即 -业务元模型301，
-特征元模型302 (也参见图2)和 -情形元模型303 (也参见图2)。
[0078]这些功能借助于代理的可能实现以及示例性的具体功能在图3的下面片段中示出。优选地还设置确定业务(未在图3中示出)，所述确定业务使得代理能够找到交互伙伴。
[0079]元模型301至303包括相关的域知识并且从过程信息伸展至诊断方面的定义，而特定的代理、也即:
-生产业务代理304，
-产品代理305，
-诊断代理306和
-维护代理307包括关于具体产品和过程的认识。模型被用于诊断目的，但是也用作业务搜寻的基础，所述业务搜寻将信息供应者和消费者根据所供应的和所请求的信息的类型聚集在一起。为了使自动化的信息处理容易并且提高模型的可再用性和可更换性，可以使用形式语义学概念，其例如基于所谓的网络本体语言(0WL)。尤其是情形元模型303基于描述逻辑EL，即配置文件OWL 2 EL的子语言，其允许在多项式运行时间中(也即高效地)对询问进行应答。对于特征元模型302，可以使用配置文件OWL 2 RL，以便使借助于规则机器的解释容易。将两个配置文件用于在可实施的评价方法方面在效率和表现力之间实现折衷。
[0080]征兆供应者
征兆供应者在给定的责任范围之内实现特征的检测，所述责任范围通过所建议的元模型的一组系统元素(SystemElement)定义。尤其是，征兆供应者为此包括征兆提供功能308。
[0081]为了给由代理组成的团体供应其功能性，征兆供应者通过发布其所负责的系统元素的标识号来执行向确定业务的注册。客户或用户(一般地:对象)可以在主管相关组件的征兆供应者处针对确定的事件类注册，所述事件类通过征兆的子概念表示。在从所分配的信息源或预处理组件、例如机器或设备的一部分接收到数据或特征之后，征兆供应者基于其特征元模型302自动地推断出相应的征兆。接着，通过征兆供应者告知给对于该事件或其上级概念之一已经注册的所有客户或用户或对象。
[0082]情形分析
情形分析包括情形分析功能309，所述情形分析功能包括基于情形元模型303对征兆的解释的过程并且由诊断代理306实现。为了接收所需要的输入数据，情形分析功能309如下预订以下征兆，对于所述征兆而言所述情形分析功能309希望告知:该情形分析功能首先向确定业务询问负责指派给用于监控的该代理的系统元素的征兆供应者。然后，情形分析功能309订阅或在包括征兆的子概念在内(也即与此有关的或下级的征兆)的具体征兆的征兆供应者中的每一个处注册。
[0083]在接收到征兆之后，情形分析功能309引起解释过程，所述解释过程确定一组故障(例如缺陷或干扰)，所述故障也许可能是观察现象或所测量的数据的原因。通过允许假设存在还未被识别的征兆，情形分析功能309能够检测还未出现或还未完全出现的故障。
[0084]不需要假设附加征兆的诊断将以比基于假设的诊断更大的概率切合实际。因此，情形分析功能309用合理化度量补充其解释。
[0085]情形分析功能309的业务可以经常被调用。为了确保情形分析功能309的反应能力和效率，情形分析的下面描述的实现使用所谓的“任何时间方案”(也即调用在任何时间都是可以的并且结果也在任何时间被提供)和涉及解决方案质量的下极限值Pi。根据可配置的阈值Pln和P plD，情形分析功能309触发自动化反应以及操作人员的交互:首先将完整的诊断组、其所需要的假设和其合理性值通知给监控仲裁器。如果通过情形分析功能309确定的最佳诊断的合理性超过可配置的第一阈值Plm并且如果在次佳的替代方案时至少一个值比最佳值不合理第二阈值Pl11的数值，则情形分析功能309促使生产控制装置附加地自动地采取支持措施并且向监控仲裁器发送关于该决定的通知。
[0086]生产控制装置:
具有所分配的生产控制功能311的生产控制装置负责与设备的交互。在此，所分配的系统元素的管理和控制功能性在较高层面实现，这又在生产系统内提供特定的可能性。通过生产控制装置实现的功能性在比业务更高的控制系统、例如生产规划上被供应。为了能够找出，生产控制装置在确定业务处注册。在考虑阈值情况下标识系统功能缺陷情况下，由情形分析功能将诊断通知给生产控制装置。该信息使得生产控制装置能够限制经由确定业务所供应的生产业务，以便减少机器和/或产品损坏的概率。模型和由情形分析功能309标识的故障状态使生产控制装置能够与由于非特定的一般干扰而完全暂时关断机器或设备相比，尽可能少地限制机器或设备的能力。
[0087]监控仲裁器
具有所分配的监控仲裁器功能310的监控仲裁器在基于代理的自动化的控制系统与操作人员之间提供接口。在使用监控仲裁器情况下，操作人员给情形分析指派系统的所选择的组件并且配置由生产控制装置所使用的合理性阈值Plm、plD和由情形分析所使用的下极限pl。
[0088]在通过情形分析检测了一组合理的诊断之后，监控仲裁器使操作人员能够鉴定替代方案，必要时手动地改变解释并且取消自动化的反应。此外，监控仲裁器在此支持操作人员确定不能通过自动化传感器获得的附加信息并且将所述附加信息馈送给诊断过程。监控仲裁器因此优选地在用于在生产期间诊断的所建议的交互式方案中是中央组件。
[0089]示例性实施
图4示出在工业生产环境中这里所建议的方案的示例性实现。在此，对于相同的或相同地起作用的或至少与图1的组件和功能可比的组件和功能使用与图1中相同的附图标记并且也参照对其它附图、尤其是图1的实施。
[0090]为了不干扰例如可以基于PR0FINET/PR0FIBUS的自动化系统的实时通信，可选地可以为了实施而在使用已经安装的通信装置(例如现有的企业网络)情况下使用多代理系统的通信。通信装置可以例如是TCP/IP网络(TCP:传输控制协议/互联网中的网络协议；/IP:互联网协议)。可以使用标准化的或私有的多代理平台。系统也可以在公共可访问的平台上构建。对于这里所述的业务所需要的功能性由大多数可用的系统提供。这能够实现这里所建议的解决方案的灵活的和成本低的使用。
[0091]生产业务代理
因此例如可以在工业PC 111中实施生产业务代理304(参见图4)。生产业务代理304不仅用作征兆供应者而且用于生产控制。在用于生产控制的功能中，生产业务代理304使操作人员能够配置生产控制系统。此外，生产业务代理304控制生产过程，以便确保，避免可能导致机器或产品损坏的配置。
[0092]在征兆提供功能308中，生产业务代理304解释通过机器装配的传感器所提供的数据。从这些数据中得出在使用特征模型情况下导致征兆(也即征兆可以从特征模型中导出，使得对于具体特征可以确定具体征兆)的特征。生产业务代理304的这样的行为可以通过规则机器实现，由此特征元模型302和特征模型可以被限制于OWL 2 RL。如访问实时控制内核的过程变量(例如基于OPC UA标准，所述OPC UA标准基于本地实施的客户端服务器协议)那样访问传感器和参数化数据。包括基础设施和代理本身在内的所有组件例如可以在工业PC 111上实现，所述工业PC例如可以装备有TCP/IP通信连接和可编程的逻辑控制器(例如存储器可编程的控制装置，SPS)，所述逻辑控制器实施实时控制。补充地要注意的是，实时控制是可选的并且必要时根据应用领域也可以使用较缓慢的(无实时能力的)组件。
[0093]生产业务代理304可以使用轴运动传感器，以便导出征兆:从而征兆可以是 -轴的停止(AxleStop)或者
_轴旋转(AxleTurning)。这也在图3中示出。
[0094]征兆于是被发送给诊断代理306，所述诊断代理例如安装在诊断系统110中并且针对相应的征兆被注册(参见情形分析功能)。
[0095]如果由诊断代理306将合理的诊断通知给生产业务代理304，则从中导出生产系统的当前状态，以便限制生产业务的配置发热集合，其中优选地由此通知更高层面上的规划系统。
[0096]产品代理
产品传感器例如是嵌入式装置，所述嵌入式装置固定在产品上或产品中例如达产品寿命或制造或加工该产品的持续时间。优选地产品传感器仅如所需要的那样长地、也即尤其是如与设备的通信显现为有意义的或可能的那样长地固定在产品中或产品上。产品传感器优选地装备有至少一个用于自主地监控产品102的环境的传感器。
[0097]实施征兆提供功能308的产品代理305控制产品传感器102并且以征兆形式将产品传感器的测量提供给生产控制系统，所述征兆可以基于产品的所在地而被分配给系统元素。征兆从基于特征模型的特征中导出，而且在使用例如可以在产品传感器中实现的规则机器情况下导出。在此情况下要注意的是，产品传感器可以具有处理单元和/或通信单元。
[0098]图5不出具有多个组件和功能的产品传感器103的不意性架构。传感器模块501用于检测环境值，例如振荡和/或温度。传感器模块501可以为此直接具有相应适当的传感器或者用于连接传感器的接线端。传感器模块501的所测量的数据md可以经由通信接口 105传输。与机器或设备的通信可以经由不同的接口或介质执行，例如WLAN，蓝牙、RFID。通信接口 105可以与产品代理305连接，所述产品代理在功能上例如可以对应于图3的产品代理305。产品代理305与(可选的)存储器502连接。产品代理305以及存储器502与规则机器503通信，所述规则机器例如可以实现为状态机。产品传感器103因此也可以包括处理单元，所述处理单元例如包含组件305、503和502。可选地，通信接口 105也可以是处理单元的部分。也可能的是，传感器模块501集成到处理单元中或者与该处理单元连接。
[0099]例如，产品代理305可以使用局部特征模型，以便解释例如被实施为三轴运动传感器的其传感器模块501的测量并且确定力是否作用于产品102，在所述产品上布置产品传感器103。与此有关地，例如可以区分以下征兆(也参见图3):
-产品运动(ProductMoving),
-产品不运动(ProductStops),-强(有害的)振动作用于产品(VibrationHigh),
-对产品的振动在允许的范围中(VibrationOK)。
[0100]征兆(优选地在其出现情况下)被传输给要求传送所述征兆的诊断代理。
[0101]诊断代理
诊断代理306的任务在于，在情形模型的范围中实施情形分析功能309。这以基于知识的诊断提出为基础，所述诊断提出可能导致多个方案。
[0102]示例性实施使用用于诊断的基于逻辑的外展，以便基于不完整的信息能够实现预测的诊断。尤其是，可以与合理诊断所需要的假设和所得出的合理性评估一起确定合理诊断的集合。因此可以基于产品的空间限制推断出合理的诊断，也即多个诊断可以由于这样的限制而被排除。这对应于沿着超图搜索最优通路，其中每个超路径(对应于子图)均表示在不完整的信息方面有效的诊断。在超图中相应地存在多个路径，每个路径基于所有允许的假设集合的子集。
[0103]图的结构通过模型、通过所观察的和假设的征兆和通过可能的诊断组来确定，其中图的大小由于用于描述的语言的限制而在情形模型的大小方面是多项式的。路径的合理性取决于两个因素，也即
-阐述该合理性的观察现象，和 -需要的假设，
由此引入至少按比例的次序。因为路径的数量可以是按指数的，所以优选地使用递增的任何时间算法，以便以合理性递减的顺序一个接一个地确定路径，其中如果新的信息到达或达到合理性下限pl，则停止。阈值PIi-PPId的参数确定，是否应该由生产业务代理304执行短期(自动化的)反应，其中附加地与关于所需要的假设和合理性的信息一起给维护代理307提供完整的竞争性诊断组。
[0104]在所示的实施例情况下，在输出式输送带上的产品102可以检测增加的振动值，而相应的组件信号(例如借助于在输送带上的传感器确定)用信号通知旋转的轴。对于两个观察现象的阐述不需要其它假设，因为可以直接识别出，仅仅设备的该输送路径振动。可替换地，例如可以假设，共同使用的馈送式输送带不均匀地运行，这也允许诊断出两个输送路径都振动。
[0105]维护代理
维护代理307能够实现通过监控仲裁器功能310定义的用户交互。优选地，维护代理307可以供应多个(例如彼此分开实施的)图形用户界面，例如-集成在工厂或设备的指令和控制中心中的监控视图，和
_可以在S CADA系统WinCC中设立的维护视图(SCADA !Supervisory Control and DataAcquisition/ 监控控制和数据采集；WinCC:ffindows Control Center/ 窗口控制中心)。
[0106]借助首先提及的视图，操作人员可以将诊断代理306指派给调整阈值和下极限和/或选择通过诊断代理306导出的诊断的组件。在该情况下，所选择的诊断可以被用信号通知给诊断代理306，所述诊断从所述诊断代理306被转发给负责的生产业务代理304。
[0107]可以布置在机器控制面板处的维护视图在改善分析结果时例如通过强调相关数据(例如在确定诊断期间所作出的假设)和/或通过添加通过操作人员发起或执行的测量来支持操作人员。[0108]因此在本实施例情况下，操作人员可以预先给定，另外的输送带不允许超过振动极限值，以便减少产品损坏的风险。
[0109]替换方案，构型和其它优点
这里所介绍的方案能够实现用于基于代理的灵活生产系统的灵活的和成本低的架构，所述生产系统能够实现用于生产、处理或加工产品的基于业务的方案，其中每个产品均具有至少一个产品传感器并且可以被实施为所谓的智能产品。因此可以实现设备或机器的交互式诊断，而且根据产品的位置和/或直接对产品起作用的环境条件来实现。
[0110]自动化的生产控制可以通过操作人员的手动输入来补充。为此，操作人员例如可以经由适当的接口与诊断代理互相作用。
[0111]产品传感器可以具有与或至设备的无线的或有线的通信接口。产品传感器可以集成在产品中或例如可拆卸地固定在产品上。产品传感器可以具有处理单元和/或通信单元。产品传感器可以提供特定于产品的数据和/或特定于设备的数据和/或特定于地点的数据。
[0112]所介绍的方案另外具有以下优点:即使在非完整的数据情况下也能作出决定，以便减少设备和/或产品损坏的风险。尤其是在此情况下可以考虑操作人员的经验，以便能够基于仅少量的信息作出关于诊断的决定。
[0113]另外，可以这样对付信息缺乏，即诊断系统得出假定结论(作出假设)，所述结论于是基于附加数据、例如通过附加测量或者通过操作人员输入被阐述为有效的或作为无效的被拒绝。
[0114]所介绍的解决方案也具有以下优点:所述解决方案可以以最小耗费在现有系统上实施并且因此仅产生用于相应地更新现有系统的少量成本。
[0115]有利的功能扩展可以在于，通过以下方式在嵌入的和主管推论的组件中实现存储空间的优化，即忘记(仅保持存储达预先给定的持续时间)或者忽略事实。这例如可以在实时控制系统情况下进行，所述实时控制系统以快速的次序提供(新的或改变的)数据。
[0116]基于模型的规划算法也可以被集成在生产业务代理中，以便实施改善的配置规划和分布式生产规划以及用于生产业务代理和产品代理协作的基于市场的机制。该方案的扩展也可以是由大量与规划相关的信息组成的所需要的模型的半自动化或自动化提取，所述信息在设备规划期间被产生。这可以显著地减少基于模型的方案的实施耗费。另一扩展可以在于，使用表现更强的模型和复杂结构，例如由工厂和生产链组成的群。
[0117]利用分层方案，确定用于工厂或设备的诊断可以用作用于完整的价值创造链的征兆:从而可以获得附加信息的集合，所述附加信息可以有针对性地被用于在生产中减少不利的效应。
【权利要求】
1.用于在设备(101)中可输送、可制造或可加工的产品(102)的产品传感器(103)，具有 -处理单元(104)，用于将所测量的数据(md)或从中导出的数据(d)提供给设备。
2.根据权利要求1所述的装置，其中产品传感器(103)能够固定在产品(102)上。
3.根据前述权利要求之一所述的装置，其中产品传感器集成到产品中或者集成到产品的材料载体中。
4.根据前述权利要求之一所述的装置，其中处理单元(104)被构成用于存储所测量的数据或导出的数据。
5.根据前述权利要求之一所述的装置，其中处理单元(104)或产品传感器(103)具有通信接口( 105)，借助所述通信接口能够将所测量的数据或导出的数据传输给设备(101 )。
6.根据权利要求5所述的装置，其中通信接口是无线的或有线的通信接口。
7.根据前述权利要求之一所述的装置，其中数据或导出的数据的提供满足实时要求。
8.根据前述权利要求之一所述的装置，其中借助于产品传感器(103)能够确定或能够测量以下数据的至少一种选择: _温度； -产品传感器的相对或绝对位置； -产品传感器的运动、加速度或者取向； -振动。
9.根据前述权利要求之一所述的装置，其中处理单元(104)被设立为使得所测量的数据和/或导出的数据能够被监控。
10.根据前述权利要求之一所述的装置，其中借助于处理单元(104)能够基于所测量的数据(202 )或从中导出的数据(202 )确定征兆(201)。
11.根据权利要求10所述的装置，其中借助征兆(201，203)能够确定针对设备(101)的诊断(205)。
12.根据权利要求10所述的装置，其中借助征兆(201，203)能够基于至少一个假设确定针对设备(101)的诊断(205)。
13.具有至少一个根据权利要求1至12之一所述的产品传感器(103)的产品(102)。
14.具有用于与至少一个根据权利要求1至13之一所述的产品传感器(103)通信的诊断装置(110)的设备(101)。
15.用于在产品传感器(103)和设备(101)之间通信的方法， -其中由用于在设备(101)中可输送、可制造或可加工的产品(102)的产品传感器(103)确定所测量的数据(md)， -其中所测量的数据(md)或者基于此导出的数据(d)被传输给设备(101)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中基于所测量的数据或者导出的数据执行设备的诊断。
【文档编号】G05B19/418GK103443724SQ201280017218
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年3月28日 优先权日:2011年4月5日
【发明者】T.胡鲍尔, C.勒加特, C.塞茨 申请人:西门子公司