CN101201596A - 用于模块设计的设计模式 - Google Patents

Abstract

该要求的主题提供了一种系统和/或方法，便于构造在一工业自动化环境中使用的自动化应用程序。一设计模板组件能够提供一设计模板以为一应用程序产生一模块化、等级框架。进一步地，一设计模式表格可以包括一设计模式库，其中所述设计模式可以根据各自类别进行组织。更进一步地，一设计模式组件能够把从所述设计模式表格中选出的一设计模式与所述设计模板进行集成以构造所述应用程序。

Description

用于模块设计的设计模式

对相关申请的交叉参考

该申请要求于2006年10月20日提交的美国临时专利申请No.60/862,403，名称为“模块控制和状态传播”以及于2007年2月21日提交的美国临时专利申请No.60/890,973，名称为“模块控制和状态传播”的权益，其所有内容在此引用作为参考。

技术领域

该要求的主题通常涉及工业控制系统，以及特别地涉及通过应用(leveraging)一设计模板表格以便于软件重用和减轻手工编码操作来构造自动化应用程序。

背景技术

一种类型的工业控制处理是指批处理，其包括使原始材料按照利用一个或多个设备来制造一“批”产品的处理步骤来处理。使批处理自动化的努力导致标准化委员会的形成，所述委员会其中的成员为涉及批处理的工业和批处理设备的供应商。这些标准化委员会的通常目的是定义自动化批处理的统一标准。一个关注处理控制问题的国际组织，测量和控制国际协会，公布了一种这样的标准。该标准的题目为“批处理控制部分1：模型和术语”，并且该标准通常被称为ISAS88.01-1995标准(或者在本申请中称为“S88”)。

所述S88.01标准定义了自动化批处理中使用的设备和过程的模型，还定义了涉及那些模型和其单元中所使用的术语。所述S88.01标准把“批处理”定义为一个处理，该处理导致利用一个或多个设备在有限时间段中，通过使大量输入材料按照一有序系列的处理活动来处理而生产出有限数量的材料。一“批”被定义为由执行一次批处理而产生的材料。

批处理设备(例如，可控单元，如真空管、发热器、混频器等等)根据生产一批的过程进行操作。通常这种设备指同义的设备，设备模块，处理设备或物理单元。操作这种物理单元的过程通常被S88.01称为“过程模型”。根据S88.01标准，所述过程模型被结构化为过程的等级排列，最高的等级包含每个较低等级，次高等级包括每个低于它的等级，依此类推。典型地，按降序排列一特定应用的S88.01过程模型的等级是：“过程”、“单元过程”、“操作”以及“阶段”。

术语“过程单元”通常指应用任意等级的S88.01过程模型的组件，而不仅仅使用“过程”等级或者所述过程模型的任意其它单一等级。关注的最高等级过程单元是指一过程，其由一个或多个单元过程组成。每个单元过程依次由一个或多个操作组成，该每一个操作又依次由一个或多个阶段组成。S88.01过程模型不排除其它等级的定义和使用，也不要求每个等级都出现在特定应用中。而是，该标准意在为描述自动化批处理控制中遵循的过程来提供一个宽泛的标准化的模型。

在现代化的制造环境中，控制一工业处理的应用程序变得极其复杂。例如，经常利用多种类型的模块来执行关于一应用的给定处理。但是，通常不清楚与应用相关的哪个模块将得到使用。这导致在设计期间通过试验和错误来选择模块，其因此增加了开发费用、实施开发的时间、开发复杂性以及等等。

发明内容

下面描述了简化的概要，以提供在此描述的一些方面的基本理解。该概要不是一个广泛的观点也不是意欲确定关键要素或描绘在此描述的多个方面的范围。其唯一的目的是以简化的形式描述一些概念，作为后面更详细的描述的序言。

本发明涉及系统和/或方法，便于构造在一工业自动化环境中使用的应用程序。可以使用一设计模式表格以帮助为给定的应用程序选择合适的设计模式。所述设计模式表格能够根据多种特征、功能、标准等来分组设计模式(如，通常被使用的设计模式)。根据一实例，所述设计模式表格能够用图像表示多种设计模式类。此外，每个所述设计模式，例如，能够涉及应用程序的基本单元。一设计模板组件能够提供一设计模板，所述模板生成用于一应用程序的模块化等级框架。所述设计模板能够自动地把可用的模块组装到所述框架。此外，所述设计模板能够应用高度可重用的模块类。此外，一设计模式组件能够把选自所述设计模式表格的一选定设计模式与一设计模板集成以构造所述应用程序(如，所述设计模式可以被应用于一设计模板以提供对相关设备的控制)。通过利用所述设计模板和通用设计模式(如，其可以自动生产可用模块)的库，可以减少编写一特定应用程序的时间。此外，当某些制造商能够具有专用于其设备的标准的设计模板，或者特定的工业能够需要专用于一给定工业的一设计模板时，能够存在多个设计模板。设计模式能够应用到许多设计模板。

为完成前述以及相关目标，结合下面的描述和附图在此描述了特定的示例方面。这些方面可以通过能够实施的多种方式进行表示，其全部被此处所覆盖。考虑结合附图，从下面的具体实施方式中，其它优点和新颖特征将变得显而易见。

附图说明

附图1示例了一系统的实例，其能够构造一应用于一工业自动化环境中的自动化应用程序。

附图2示例了S88模型描述的实例。

附图3示例了一实例应用程序，其能够通过利用设计模板和设计模式被构造。

附图4示例了设计模式表格的实例。

附图5示例了一系统实例，其能够通过利用具有一设计模式库的一设计模板框架来构建一自动化应用程序。

附图6示例了一方法实例，其便于构建用于一工业自动化环境中的一自动化应用程序。

附图7示例了一方法实例，其便于绘制能够用于构造一自动化应用程序的设计模式表格。

附图8是一示例模块属性的的图。

附图9是一示例实例资源控制模块的图。

附图10是一示例一资源模块的图。

附图11是一示例实例资源模块的图。

附图12是一示例一资源控制模型的图。

具体实施方式

本要求的主题将参照附图进行描述，其中相同的附图标记在全文中用于指示相同的单元。在下面的描述中，为了解释的目的，阐述了大量特定的细节以提供对要求的主题的全面理解。然而，显而易见的是，没有这些特定的细节也能实现这样的主题。在其它例子中，公知的结构和设备以模块图的形式示出以便于描述本发明。

可以注意到，正如在本申请中使用的，如“组件”、“模块”、“模型”以及类似的术语意在指一计算机相关的实体，或者硬件，硬件和软件的联合，软件，或者作为应用到一用于工业控制的自动化系统的执行中的软件。例如，一组件可以是，但不限于，在一处理器上执行的一进程、一处理器、一对象、一可执行的、一执行的线程、一程序和一计算机。通过示例的方式，运行于一服务器的应用程序和所述服务器都可以成为组件。一执行的进程和/或线程中可以驻留一个或多个组件，并且一组件可以位于一计算机和/或分布在两台或多台计算机、工业控制器、和/或与其通信的模块之间。

现在参考附图1，示例了一系统100，其能够构造一应用于一工业自动化环境中的自动化应用程序。所述系统100包括一自动化应用程序产生组件102，该组件能够利用一获得的输入来构建所述自动化应用程序。所述输入能够从任何源(未示出)获得(如，所述输入能够自动地产生、手动提供，...)。所述产生的自动化应用程序能够用于一制造执行系统(MES)以测量和/或控制生产活动。此外，所述自动化应用程序产生组件102能够从一组模块中选择应用多个与所述应用程序相关的模块。通过进一步示例的方式，所述自动化应用程序产生组件102能够自动地标识并选择与所述应用程序相关的应用程序模块(如，为系统设计者)。此外，通过利用所述自动化应用程序产生组件102来自动标识合适的模块可以减少与编写特定应用程序的代码相关的时间、花费(cost)等(如，相比于通过试验和错误来选择被合并到所述应用程序的模块，和/或所述应用程序由一写用户代码的系统设计者来构建的技术)。

所述自动化应用程序产生组件102可以进一步包括一设计模板组件104、一设计模式组件106以及一设计模式表格108。所述设计模板组件104能够提供应用于产生所述应用程序的一框架(如，设计模板)。所述设计模板能够利用一限定范围的模块以形成一一致的设计框架。进一步地，所述设计模板能够提供一模块化、等级框架。所述设计模板能够利用高度重用的模块类来构建，所述模块类例如能够遵守所述ISA88.01定义的模块关系。但是，可以理解的是设计模板能够形成任意关系等级。此外，所述设计模板组件104能够利用多个设计模板的异类。相应地，所述设计模板组件104能够提供一恒量框架，其因此能够被剪裁(如，基于由所述自动化应用程序产生组件102、所述设计模式组件106...获取的输入)以创建所述应用程序。设计模板(和多个设计模板)能够自描述，并且能够根据其到所述设计模板组件104的接口而呈现上下文信息。

所述设计模式组件106能够把一设计模式(或多个设计模式)和所述设计模板集成以构建所述应用程序。此外，所述设计模式组件106能够标识、推荐、选择一设计模式与所述产生的应用程序集成。例如，所述设计模式组件106能够从被标识为能够完成一特定功能、任务等的所述设计模式表格108中选出一设计模式。所述设计模式组件106能够自动地选择用于一产生的应用程序的设计模式，例如：因此，所述被选出的设计模式能够被自动地集成到所述应用程序。根据另一示例，所述设计模式组件106能够推荐(如，为一开发者)被应用到所述应用程序的一设计模式。遵循这个实例，关于确定所述被推荐的设计模式，所述设计模式组件106能够考虑上下文数据、涉及所述被构建的应用程序的信息、以及涉及由所述设计模板组件104产生的所述设计模板的数据等。此外，所述设计模式组件106能够利用一来自用户的输入来选择一设计模式。

许多应用程序能够包括通用的基本单元，其能够在应用程序之间交叠；这些单元能够在所述设计模式中表现。每个设计模式能够具有多种属性；例如，所述属性能够涉及功能、设计、应用程序、测试以及花费。一设计模式能够包括基本的细节，其能够被分类为：通用描述、被使用的设备、操作序列、异常处理、处理参数、处理数据、操作者交互、处理输入、以及处理输出。此外，一设计模式能够包括与下列相关的设计细节(如，其能够由一项目工程师定义)：模块定义(类和数字)、定序、寻址、参数定义(扩展至所述设计模板)以及报告定义(扩展至所述设计模板)。进一步地，所述设计模式能够包括测试脚本，用于测试定义的功能，其中所述测试能够涉及设备定序、参数、报告和/或异常。所述设计模式还能够包括花费属性，如基本花费(如，表示所述设计模式价值的花费)，安装成果(如，基于所述设计模式的复杂性)、和/或扩展成果(如，基于对和所述设计模式一起提供的基本功能的被定义的改变)。所述设计模式还能够包括应用程序细节，其允许所述功能和设计组件自动地产生所述应用程序。

所述设计模式表格108能够包括一通用设计模式的库。此外，所述设计模式表格108能够以分类所述设计模式的方式被组织。例如，由于所述设计模式能够表示多个信息，因此所述设计模式表格108能够基于处理特性、设计特性、花费特性等等来分类所述设计模式。根据一示例，所述设计模式表格108能够用图形表示所述设计模式的分类，并且该图形表示能够对用于所述被构造的应用程序的设计模式进行标识、选择、给出建议等。此外，所述设计模式表格108能够用图形表示在设计模式之间的关系和/或相似性。通过提供一种用于分类设计模式的方式，所述设计模式表格108能够减少设计模式的复制和/或能够简化对设计模式的标识、选择、建议等。

一应用程序(如，离散、连续、批处理……)能够在功能上被分解，并且用于执行一应用程序的所述功能分解的所述逻辑点是在所述处理动作等级(如，来自附图2中描述的所述S88处理模型)上。通过功能上分解所述应用程序，所述应用程的处理(如，离散、连续、批处理……)能力能够描述为功能单元。所述功能单元可以是包含在所述设计模式表格108中的设计模式。这样，当构建一应用程序时，所述设计模式可以是由所述设计模式组件106选择的功能模块。

如每一ISA88.01，通过把所述程序模型应用到所述物理模型来获得所述处理模型。在把这些模型的范围限制为要求用于获得一处理动作的程序和物理单元中时，可以用一限制范围内的模块来形成能够被所述设计模板组件104利用的一一致的设计框架或设计模板。

为了在构建一解决方案中提供更大的灵活性，所述设计模板允许来自一处方(recipe)或来自设备过程的程序控制。不论是通过如在离散制造和连续处理应用程序中的一装置操作发挥作用，还是通过如在批处理应用程序中的一处方阶段发挥作用，一设备阶段(如，由ISA88.01定义的那样)是对来自所述设计模板的外部的程序控制的逻辑扩展点。

虽然可以存在设计模板的不同类，但是能够以一一致的(consistent)方式和/或以自描述的方式来构建一接口(如，预期的数据)。在固定(fixing)该接口时，一应用程序的每个功能单元能够被描述为设计模式(如，由所述设计模式组件106所选择的)。这些设计模式依次能够被应用于设计模板以提供对相关设备的控制。在提供一限定系列的设计模板(如，被所述设计模板组件104使用的)以及保留在所述设计模式表格108中的通用设计模式库时，可以减少用于构建一应用程序所需的时间。此外，对设计模板和设计方式的预验证可以减轻软件验证时间(如，在生命科学工业中需求的，...)。还可以理解的是，一设计模式的所述花费评估组件能够通过在所述执行和扩展成果上的连续反馈而随时间得到更新，因此通过改进所述设计模式极大地改进了花费评估并降低了花费，以减少扩展成果。

所述自动化应用程序产生组件102，所述设计模板组件104，所述设计模式组件106，和/或所述设计模式表格108可以涉及模块组件(未示出)和/或阶段组件(未示出)。如将在下面进行的更详细描述一样，所述模块组件或阶段组件可以是具有一个或多个资源的相关逻辑。所述逻辑包括程序代码，其能够改变资源的状态，如，阶梯代码(ladder code)、功能模块、结构化文本、功能图表、脚本、JAVA、C代码等等。所述资源是能够在一系统中执行一活动的那些组件或单元，包括在一系统中执行工作的设备和人员。资源类型的其它实例包括设备、材料、人员、阶段和存储。人员和设备(机器)能够在一系统中执行活动。能执行工作的资源可以被分类为活动资源(如，CNC机器、注射模型机器)，其中其它设备资源可以被认为是被动资源(如，传感器、材料)。通常，所述模块对用户隐藏内部接口、消息和专用于所述资源的逻辑，但是提供对外部系统或在组件之间的标准或通用接口。

模块可以包括其它包含内嵌模块的模块，其中利用用于模块类、模块模板和模块等级的通用数据模型表示，能够表示标准的模块行为和属性模式。模块类和模板能够保持在库中，其便于访问所期望的系统功能并进一步促进系统集成。资源可以具有与其相关的多种状态，如通用S88状态类，其包括空闲、保持、忽略、运行、重置、停止、重启等等，其中所述模块能够引用逻辑来表示管理所述资源状态的状态机。在应用期间，资源模块(下面描述的)能够呈现所述资源的名称，所述资源主要聚焦于所述模块。例如，一设备模块主要聚焦于协调设备，但是可以包括处理中的人员。相似地，一人员模块聚焦于协调人员，但是可以包括处理中的其它资源。管理一材料的一控制模块可以称为一材料控制模块等等。

可以注意到，与所述系统100相关的组件可以包括能够通过网络进行交互的多种计算机或网络组件，如服务器、客户端、可编程逻辑控制器(PLCs)、通信模块、移动计算机、无线组件、控制组件等等。相似地，此处使用的术语PLC能够包括通过多个组件、系统和/或网络进行共享的功能。例如，一个或多个PLCs能够通过网络与多个网络设备通信和协作。其可以实质上包括任何类型的控制、通信模块、计算机、I/O设备、传感器、通过网络(包括控制、自动化和/或公共网络)通信的人机接口(HMI)。所述PLC还可以与多种其它设备，如输入/输出模块(包括模拟的、数字的、可编程/智能的I/O模块、其它可编程控制器、通信模块、传感器、输出设备等等)进行通信并对其进行控制。

所述网络可以包括公共网络，如因特网、企业内部网、以及自动网络，如控制和信息协议(CIP)网络，其包括设备网和控制网。其它网络包括以太网、DH/DH+、远程I/O、现场总线(Fieldbus)、模式总线(Modbus)、专门总线(Profibus)、无线网络、串行协议等等。此外，所述网络设备可以包括多种可能性(硬件和/或软件组件)。这些可能性包括这样的组件，如具有虚拟本地网络(VLAN)能力的开关、LANs、WANs、代理、网关、路由器、防火墙、虚拟专用网(VPN)设备、服务器、客户终端、计算机、配置工具、监视工具、以及其它设备。

参考附图2，示例了S88模型200的描述实例。所述S88模型200能够表示用于自动化批处理中的设备和过程。所述S88模型200包括一程序模型202、一物理模型204以及一处理模型206。所述程序模型202被结构化为过程208的等级排序。每个过程208包括一个或多个单元过程210(如，每个过程210能够控制一单元的功能)。此外，每个单元过程210能够进一步包括一个或多个操作212，其依次能够包括一个或多个阶段214。一操作212是一定义一独立处理活动的程序单元，该独立处理活动包括用于初始化、组织、以及控制阶段的算法。所述阶段214是所述程序控制模型中的最低等级并且能够在一设备模块上执行一处理功能和/或能够协调控制模块的控制。

所述物理模型204包括一处理单元216，其可以包括用于生产成批产品的生产和支持设备。所述处理单元216包括一个或多个单元218，其可以是在所述处理中执行特定任务的设备。每个单元218进一步包括一个或多个单元220。此外，每个单元220能够包括一个或多个设备模块222，其每个依次能够包括一个或多个控制模块224。进一步地，此处描述的所述设计模板能够映射到所述S88模型200的所述设备模块222和所述控制模块224。这样，所述设计模板能够提供一模块化、等级框架。此外，设计模块化分解能够支持所述设计模板。

所述S88模型200的处理模型206包括一处理226。所述处理226包括一个或多个处理阶段228，其每个可以进一步包括一个或多个处理操作230。此外，每个处理操作230包括一个或多个处理动作232。此处描述的所述设计模式可以映射到所述处理动作232。例如，每个设计模式可以提供一相应的处理动作232的功能描述。这样，所述设计模式能够产生设计参数以应用于所述设计模板。

转到附图3，示例了一实例应用程序300，其能够通过利用设计模板和设计模式被构造。所述应用程序300包括一设计模板302，其提供一用于所述应用程序300的应用框架。例如，所述设计模板302能够被附图1中的所述设计模板组件104所提供、选择、构建等。进一步地，所述设计模板能够从高度可重用模块类中进行构造。所述设计模板302能够包括多种模块(如，设备模块、控制模块、资源模块、...)和阶段。如所描述的，所述设计模板302包括一设备模块304、一设备阶段306以及多个控制模块308；但是，可以理解的是，本发明主题并不限制于该实例设计模板。

所述设备模块304包括一设备阶段(EP)接口310、一单元接口312、一设备接口314和模式数据、许可数据和命令/状态数据316。所述EP接口310、单元接口312、设备接口314和模式数据、许可数据和命令/状态数据316能够利用重用模块类。可以理解的是所述设备模块304本质上是示范性的，其它类型的模块和/或类也是可以的。所述EP接口310提供一到/从所述设备阶段306的链接。所述EP接口310确定所述设备模块304怎样与所述设备阶段306交互。能够创建应用到所有设备模块类中的一标准EP接口310。例如，所述EP接口310能够提供一机制以在所述设备阶段306和所述设备模块304之间传输报告/参数数据。此外或可选地，所述EP接口310能够获取人的请求。

所述单元接口312提供一到/自一各自单元(未示出)(如，在一典型的S88/S95过程中描述的)的链接。所述单元接口312确定所述设备模块304怎样与所述单元交互。能够创建应用到所有设备模块类中的一标准单元接口312。例如，所述设备模块304能够知道一相关单元，因此，模式和错误的传播能够通过所述单元接口312进行传输。

所述设备接口314提供到/自子设备模块(未示出)和/或控制模块308的链接。所述设备接口314确定所述设备模块304怎样与这些子设备模块和/或控制模块308进行交互。可以创建一应用到所述设备模块类的一标准设备接口314。

此外，所述模式数据，许可数据以及命令/状态数据316能够被包括在所述设备模块304中。这些类组件可以是传送到/自与所述设备模块304相关的各自接口。

进一步地，所述设备模块304包括一协调和定序设计模式318。设备的协调控制和定序可以指与控制所述子设备/控制模块的状态有关的逻辑。通常地，协调和定序通过所述设备接口314变得便利。与协调和定序能够由一开发者定制编码的传统技术相反，所述协调和定序设计模式318可以被选出(如，从设计模式的库中)，并且因此与所述模板302集成以产生所述应用程序。

所述设备阶段306能够与所述设备模块304交互。可以理解的是所述设备阶段306实质上是示例性的，并且其它类型的阶段和/或类都是可能的。所述设备阶段306包括一阶段管理器320。例如，所述阶段管理器320能够提供多种接口(未示出)(如，与一处方阶段连接以控制一处理的一阶段接口，与所述设备模块304连接的一设备模块接口，...)。通过示例的方式，所述阶段管理器320可以从批处理软件、控制逻辑系统、序列功能图表(SFC’s)等获取输入。此外，所述阶段管理器320可以基于重用模块类进行构建。此外，所述设备阶段306包括一报告/参数设计模式322。例如，所述报告/参数设计模式322可以包括功能细节、设计细节、测试脚本、花费数据等等以实施一处理动作。根据另一示例，所述报告/参数设计模式322可以把扩展递送给作为其一部分而包含在所述设计模板302中的变量(如，参数和报告变量)。

进一步地，每个控制模块308可以包括基础控制324。所述基础控制324可以被包括在所述设计模板302中，并且可以基于重用模块类进行构建。

根据另一实例，可以使用相似于所述设计模板302的异类设计模板。例如，可以使用一相似的MES设计模板以允许所述设计模式被扩展以覆盖具有信息层的某些相关的细节；然而，本发明主题并不限于此。

参考附图4，示例了设计模式的表格400的实例。所述设计模式基于多种功能、标准等在所述表格400中被组织。例如，例如，所述设计模式可以表示多种信息，因此，所述设计模式可以以多种方式进行分类。所述设计模式表格400可以用图形描述在设计模式之间的关系、设计模式相似性和/或差异、花费等等。所述表格400可以包括设计模式库中的所有设计模式或者其子集。可以理解的是所述设计模式表格400被作为一例子提供，并且本发明主题并不限于此；例如，任何异类的设计模式可以被包括在一相似的设计模式表格中，一设计模式表格不必包括一个或多个设计表格400的所述设计模式，和/或因此可以使用任何不同类型的组织、分类等。

根据一实例，所述设计模式可以基于处理特性、设计特性和/或花费特性被分类。所述处理特性可以涉及由所述设计模式提供的一处理功能类型，如，例如，所述设计模式是否适合传送材料、改变材料或一时间/事件。如所述表400中所示例的，附近的列可以包括被分类在一特定处理功能类型中的设计模式，而在所述相同列中的设计模式可以是最相似的。根据所示实例，用于传送材料的所述设计模式被包括在两个左侧列(如，容器到容器的传送、路由、搬运、循环、清空、填充、剂量(混和)、手工(手)添加、以及传送(添加))中。进一步地，适合用于改变材料的所述设计模式被包括在表格400的中间三列(如，蒸发、蒸发消失、加热、冷却、增压、降压、扭转、过滤、通气、混和以及搅动)。同时，涉及一时间/事件的所述设计模式被包括在表格400的右边两列(如，初始化、结局、等待、测试(检查)、提示、夹住/解夹、升高/定位、扫描、RFID以及部件选取)。

进一步地，所述设计特性可以表现关联于所述设计模式的设计细节。在所述描述的实例中，所述阴影表示所述设计特性种类。例如，所述设计特性可以涉及设备检验、类属、材料传输、以及离散。按照所述示例的实例，涉及设备检验的设计模式可以包括容器到容器传输、初始化和结局。类属设计模式可以包括蒸发、蒸发消失、加热、冷却、增压、降压、过滤、通气、混和、搅动、等待、测试(检测)、和提示。适合于材料传送的设计模式可以包括路由、搬运、循环、清空、填充、剂量(混和)、手工(手)添加、以及传送(添加)。此外，离散设计模式可以包括扭转、夹住/解夹、升高/定位、扫描、RFID以及部件选取。

所述表格400还可以包括涉及花费特性的数据。虽然没有示出，可以预期每个设计模式的数字值可以包括在表格400中，其指示了一所述设计模式的基础花费。按照一进一步的实例，所述表格400可以包括一数字值(未示出)，其指示了实现所述设计模式的结果(如，人时)；该花费可以被指为执行结果。

附图5示例了一系统500，其能够通过利用具有一设计模式库的一设计模板框架来构建一自动化应用程序。所述系统500包括所述自动化应用程序产生组件102，其进一步包括所述设计模板组件104、所述设计模式组件106以及所述设计模式表格108。所述系统500进一步包括一表示组件502，其提供了多种类型的用户接口以便于在一用户和任何与所述自动化应用程序产生组件102相关的组件之间进行交互。如所描述的，所述表示组件502是一独立实体，其可以与所述自动化应用程序产生组件102一起被使用。但是，可以理解的是所述表示组件502和/或相似的视图组件可以被合并到所述自动化应用程序产生组件102和/或一独立单元。所述表示组件502可以提供一个或多个图形用户接口(GUIs)、命令行接口、以及类似物。例如，可以实施一GUI，其为一用户提供用于数据的装载、输入、读取等的区域或手段，并且可以包括一区域以呈现所述结果。这些区域可以包括已知的文本和/或图形区域，包括对话框、静态控件、下拉菜单、列表框、弹出菜单，作为编辑控件、组合框、单选按钮、复选框、按钮和图形框。此外，能够利用便于表示的应用，例如用于导航和工具条控件的垂直和/或水平滚动条，来确定一区域是否可浏览。例如，用户可以与一个或多个耦合和/或合并到所述自动化应用程序产生组件102的组件进行交互。通过进一步示例的方式，所述设计模式表格108可以显示给用户和/或与用户进行交互，以使得能够构造一具有所述自动化应用产生组件102的应用程序。

例如，用户还可以通过多种设备，如鼠标、滚动球、键区、键盘、笔和/或声音激活，与所述区域进行交互以选择和提供信息。典型地，如键盘上的按键或回车键这样的机制可以用来并发地输入信息以初始化搜索。但是，可以理解本发明主题并不限制于此。例如，仅仅加亮一复选框可以初始化信息的传送。在另外的例子中，可以使用一命令行接口。例如，所述命令行接口可以通过提供一文本消息向用户提示(如，通过在显示器上的一文本消息和一声音)信息。然后用户可以提供适当的信息，例如相应于所述接口提示中提供的选项的字母-数字输入，或者对所述提示中记载的问题的一回答。可以理解的是所述命令行接口可以和一GUI和/或API联合使用。此外，所述命令行列接口可以和硬件(如，视频卡)和/或具有有限图形支持的显示器(如，黑白、和EGA)和/或低带宽通信通道联合使用。

参考附图6-7，示例了根据本发明主题的多个方面的方法。但是，为了简化说明的目的，所述方法被示例并描述为一系列的动作，可以理解的是本发明主题并不限制于所述动作的顺序，因为一些动作可以以不同于此处示例及描述的顺序和/或与其它动作并发地发生。例如，本领域技术人员可以理解，一方法可以可选地被表示为一系列相关的状态或事件，如在一状态图中一样。此外，实现根据本发明主题的方法并不需要所有示例的动作。此外，可以进一步理解的是此后以及本说明书全文中公开的方法能够被存储在制造的物品上，以便于将这样的方法传送及传输给计算机。此处所使用的制造的物品的术语意在包含能够从任何计算机可读设备、载体或媒介上读取的计算机程序。

现在参考附图6，示例了一方法600，其便于构建一自动化应用程序以用于一工业自动化环境中。在602，基于一设计模板可以构造一自动化应用程序的框架。例如，所述设计模板可以提供一一致的设计框架。此外，所述设计模板可以基于可重用的模块类(如，遵守所述ISA88.01定义的模块关系)进行构建。此外，所述设计模板可以映射到在所述S88模型中的设备模块和/或控制模块。在604，可以从表示多个设计模式的分类的表格中选出一特定设计模式。所述表格可以包括通用设计模式的一个库。例如，所述设计设计模式可以描述所述应用程序的基础单元。此外，所述特定设计模式可以自动地被选出和/或手动地选出(如，根据一用户的选择，...)。通过进一步示例的方式，可以产生设计模式建议，并且所述建议可以提示用户选择(或不选择)。此外，所述表格可以被绘制用于显示多个设计模式之间的关系。在606，所述应用程序可以通过把所述特定设计模式和从所述设计模板中创建的所述框架集成来产生。例如，所述设计模式可以用于提供信息，该信息用于执行一处理动作，这与一开发者必须编写这样的信息相反。进一步地，可以为所述应用程序产生一花费评估、一功能说明、设计文件、一测试说明、检验文件等。

现在转向附图7，示例了一方法700，其便于绘制能够用于构造一自动化应用程序的设计模式表格。在702，一系列设计模式可以根据各自的处理特性和设计特性被分类。例如，每个设计模式可以被确定为关联于一特定处理特性(如，处理功能)，如传输材料、改变材料、或时间/事件。此外，每个设计模式可以根据设计特性(如，设备检验、类属、材料传送、离散)被分类。在704，可以用图形表示在一设计模式表格中的每个处理特性的分类中被分类的设计模式的子集。在706，可以用图形表示在所述设计模式表格中的每个设计特性的分类中被分类的设计模式的子集。相应地，设计模式之间的关系可以在一绘制的设计模式表格中被描述。此外，可以基于在所述被绘制的设计模式表格中所示例的关系来选择一个或多个设计模式。

现在参考附图8，示例了模块属性800。在附图8中描述的所述属性800包括一通用(或示例)表示，其可以从模块进行模块化。通常地，可以确定对所有模块都通用的一系列标准属性。相似地，对于下面描述的其它类型的模块，可以定义附加的标准属性。在模块上可用的一特性810的实例包括在814上的例如错误和状态这样的属性。活动资源模块(如，设备和人员)可以支持附加的属性810，如可用的/非可用的。

下面出现的属性被表示为从模块到对象的联系，其可以是位于一通用数据模型或其它(如，CAD文件)的内部。在820，可以提供标准公共接口。这些接口820公布对外部系统可用的并且是备有证明文件的(documented)活动的动词824，其隐藏用于实现所述接口的底层代码的复杂性。接口820可以与多种通常的使用方案相关。例如，接口820可以用作访问点，其可以勾(hook)在实时诊断、安全等等中。

公共动词824初始化模块内部的一动作。所述动作向接口820的客户进行描述。所述实现被认为是私有的并不向客户呈现。例子可以包括开启、停止、异常中断、关闭等等。一数据值特性810提供对信息的公共访问，该信息在模块操作期间被模块使用，并且能够通过请求值和/或内部值(或一等同物)来提供。传送请求值到内部值以及相反的相关逻辑被作为对所述值的获取和设置逻辑。可以注意到在一控制器中，如果没有传送请求值到内部值的一设置例程，则所述内部值能够在下一次扫描时重写所述请求值，提供只读的功能。

通常地，所述特性810能够被认为在至少两种类中。状态对生产系统具有特别的意义，并且能够具有一特定系列的值，其能够由排列或列举进行表示。一状态能够表示由所述模块封装的主要资源的当前状态，如，开放百分比、模式、服务(进，出)等等。在模块操作期间被模块使用的信息包括访问由接口820提供的数据，如，转换图、名称、描述、期满日期、人员联系信息。一些特性810可能对资源模块的所有实例是通用的(如，资源说明书文档的扫描件)，但是其它特性810对每个模块实例是特定的(如，状态、开放百分比)。

在830，内部资源接口包括从所述模块中的逻辑840到在850中管理的所述资源的接口，其中所述逻辑包括用于处理一命令和/或更新状态和数据特性的代码和/或配置。在一些情况中，其可以是例如I/O接口这样的硬件，或者在另外情况中，其从属于具有直接接口的资源控制模块。一些实例包括I/O映射、材料管理逻辑例程等等。这些接口830是所述模块内部的并且能够使所述公共接口820和属性810成为到其它系统组件的边界。封装了不同资源但是支持相同的公共属性/接口的模块能够不破坏到其它组件的接口而被交换。在受限情况下，到运行时间系统的外部接口820可以接着把这些接口当作内部的。

在860，可以提供告警和事件消息，其可包括模块执行期间对外部系统可见的作为运行时间消息显示的消息。这包括明确地由开发者编码的告警和事件以及促使外部系统可见的系统消息。在870，一个或多个人工制品(artifact)包括记录资源的结构和操作的信息，例如，接线图、保证书、薪水册、部件供应者信息，等等。可视化方面包括为与所述资源交互的应用程序呈现资源状态和属性的相关图形。例如，所述人工制品可以包括面板、图标、状态重叠、编辑对话、帮助文件等。在880，系统消息允许模块对外部组件进行倾听并公布数据模型消息给外部组件。入站(inbound)消息典型地被用于管理模块(配置、初始化、传播属性等等)并公布关于模块活动(资源状态、数据模型消息等等)的消息。

转向附图9，示例了实例资源控制模块900。通常，资源控制模块900提供一个或多个资源的简单控制。所述资源控制模块(RCM)900表示管理所述状态或资源数据的逻辑，并可以包括其它资源控制模块以达到其各自的功能。所述RCM900通过动作和属性提供公共接口。在一些情况下，一动作可以是接口到模块中的内部值的一简单的位值或一请求值，并且在其它情况下可以提供更复杂的逻辑。所述RCM900可以包括其它资源控制模块，并且可以促使一命令被表示为段资源控制接口。所述RCM900的实例形式包括下面内容。

在910，可以提供一设备控制模块(通用名称＝“控制模块”)CM，其可以是设备的基本调整控制的最简单形式。所述设备控制模块910可以封装所述设备和控制，所述控制例如值、驱动等的控制。在920，可以提供一材料控制模块(MCM)。对表示为子划分(sub-lot)的材料资源实例的管理包括能够在材料子划分、材料事件产生(如，消耗、被生产和移动事件、子划分联合、期满日期等等)上被执行的在位置、质量状态、可用性、命令状态、逻辑中的改变。

在930，提供了一人员控制模块(PCM)。其包括单个人员的管理，例如直接或通过轮班进度表的活动、空闲、中断状态。其还包括与人相关的数据，如轮班时间方式。其它可由PCM930管理的属性是在工厂(GPS)、资格检查、或当前阶段中的人的位置。在940，阶段控制模块(SCM)包括操作简单的阶段任务，如管道通道、AGV通道、设备状态机、机器人序列等等。所述SCM940典型地在一个阶段上执行一活动，如在当前步骤之后执行的下一步骤。在950，一存储控制模块(STGCM)包括操作简单的存储逻辑，例如缓存容量以及用于各个存储单元或需求的队列的排序进出。

附图10示例了用于一工业控制系统的资源模块1000。资源模块1000扩展了上面描述的资源控制模块以使资源(如，设备、人员、模块等)相互协调。如所示，所述资源控制模块1000包括一模块1010和一资源控制接口1020。资源模块1000还能表示比资源控制模块更复杂的活动。例如，资源模块1000可以包括在1010的其它资源控制模块和/或其它资源模块。例如，一设备模块可以作用于一子材料控制模块以表示材料处理方面或一阶段模块以请求一电子签名。

在处理之前，可以注意到除了那些已经示例的，还能使用其它类型的模块。例如，一配置模块可以包括管理定义和配置资源-人员、材料、设备、阶段、存储等等。其它类型的模块包括嵌套的模块，其中一个模块引用其它的模块。这些模块可以是一父模块的子模块或者由一个模块到另一模块所共享。资源模块可以包括资源控制模块；但是，资源控制模块可以不包括资源模块。模块可以包括聚焦在其它资源类型上的模块；例如，一设备模块可以包括设备模块和材料模块。

附图11示例了用于一工业控制系统的资源模块1100的实例。在1110，一设备模块为设备模块和设备控制模块提供协调以用于独立于特定材料来执行一面向处理的任务(如，在供给(in-feed)、AGV控制器、传送者等等)。在1120，一材料模块为材料模块和材料控制模块提供协调以用于执行聚焦于材料的任务，如，材料预定、提供、材料堆平衡计算、材料管理收费、工作命令管理等等。在1130，一人员模块为人员模块和人员控制模块提供协调以用于执行聚焦于人员的任务，如，电子签名收集、安全验证、认证验证、手动控制交互等等。

在1140，一阶段模块为阶段模块和阶段控制模块提供协调以用于执行由阶段表示的序列任务。阶段定义资源请求和能够表示多数生产和处理活动的命令。该模块提供了对请求遵循特定序列的更复杂任务的访问，如处理分析技术(PAT)集成、电子签名收集、缺点、处理偏差和故障恢复处理。所述阶段模块1140还可以构造一用于遵循的序列，其可以用例如手工、自动或半自动序列(如，路由、处方执行)来实现。在1150，一存储模块为涉及活动的存储、向请求者分配存储、模型化盘存计算等等提供了协调。其还包括与管理存储和存货信息的更高级系统的交互。

附图12示例了用于一工业控制系统的资源控制模型1200的实例。资源控制接口是面向用于资源捆绑和仲裁目的的生产管理系统的接口。所述接口是包括过程、操作或阶段的资源控制模型1200的单元。这些接口由通过一个或多个下面描述的能力1210的揭示而变得可用。在该模型1200中描述的过程、操作和阶段通常是指与它们的模块资源类型相关的，所述模块资源类型如设备阶段、人员阶段、阶段的阶段(Segment Phase)、或如一普通的资源阶段，其不需要特定的资源模块。包括产品生产规则(生产路由或控制处方)的生产管理物理地捆绑到(引用)资源控制阶段以执行工作。所述其它资源1220(如，材料、设备、人员等)的可用性在所述将产品生产规则捆绑到工作中心(如，生产队列、处理单元等)的处理期间被考虑。这些选择过程评估资源的能力以定位用于任务的合适资源。

资源能力1210包括被请求用于在一生产系统中执行工作的资源1220。因此，资源1220在效率、能力、时序安排和仲裁考虑的中心。一资源工作的能力或可用于允许工作开始的能力在1230表示为资源能力。与一资源1220关联的能力1230的存在不能使所述资源对生产可用；所述资源的能力1230关联于能够支持所述各自资源能力的组织单元1240。例如，一操作者(人员资源)可以具有用于队列1中的一混和器的资格，其中该资格能力仅仅影响特定的混和器，除非被明确地指明。资源仲裁算法能够在其所执行的组织单元1240的范围中搜索资源能力1230。

资源1220通过一给定范围内的系统处理公布能力给组织单元1240使用。模块是一种类型的资源并且可以由公布的能力1210直接访问。但是，到资源模块的一更通用的接口是通过由上面所描述的资源模块所支持的动词。这些动词是资源控制单元(阶段、操作、过程...)，其是阶段。一资源模块的一公布的能力典型地是支持所述模块的阶段之一。资源控制接口作为能力1210被公布(使可用)给外部世界。资源模块提供所述能力以促进一命令变为一资源控制接口。

一些处理控制系统仅仅利用资源控制模块(特别地是控制模块)来构建。其实例是连续的处理，如石化产品或者重化工工厂。为了初始化，所述处理带动一工厂至运行状态或者改变一系列命令的状态，所述状态被初始化并被调整以达到新的状态。还可能促使来自于资源控制模块的命令作为能力来出现，其可以作为用于在系统状态之间调整所述系统的“调整把手”而被访问。如模型1200中所示，资源1220和能力可以关联于一更高等级的类或者抽象1250。

进一步地，本发明主题可以实现为方法，装置或人造物品，其利用标准编程和/或工程技术来制造软件、固件、硬件或其任意组合以控制一计算机实现本发明的主题。此处所使用的术语“人造物品”意在包括从任何计算机可读设备、载体或媒体上可读的一计算机程序。例如，计算机可读媒体可以包括但不限于磁存储设备(如，硬盘、软盘、磁带...)、光盘(如，压缩盘(CD)、数字万能盘(DVD)...)、智能卡、以及闪存设备(如，卡、棒、密钥驱动...)。此外可以理解的是一载体波可以用于携带计算机可读电子数据，就像在收发电子邮件或访问网络，如因特网或局域网(LAN)，中所使用的。当然，本领域的技术人员将认识到可以对该配置作出许多修改而不游离本发明的范围或精神。此外，此处使用的单词“实例”意在作为一实施例、例子或示例使用。此处描述为“实例”的任何方面或设计描述都不能解释为优先或优于其它方面或设计。

上面描述的包括创新主题的实例。其当然不可能描述为了本发明目的的组件或方法的每个可能组合，但是本领域普通技术人员可以意识到，对于本发明的许多进一步组合和改变是可能的。相应地，本发明意在包含落入本发明所附权利要求精神和范围内的所有这些改变、修改和变更。

特别地并且与由上面描述的组件、设备、电路、系统以及类似物所执行的多种功能相关，用于描述这种组件的所述术语(包括涉及“装置”)除非被指明，否则意在对应于执行所描述组件的特定功能的任意组件(如，功能等同物)，即使在结构上与本发明的结构不同，其能执行本发明主题的此处所示例的实例方面的功能。在这点上，还将认为本创新包括一系统，也包括具有用于执行本发明多种方法的动作和/或事件的计算机可执行指令的计算机可读媒体。

此外，当本发明的一特定特征被几个实施例中的仅仅一个所公开，这样的特征可以与其它实施例的一个或多个其它特征结合，其是被期望的并且对于任意给定或特定的应用程序是有利的。进一步地，就在具体实施方式或权利要求中所使用的术语“包括”和“包含”及其变形来说，这些术语意在包含在内，与术语“由…组成”的方式相类似。

Claims (20)

1.一种系统(100，500)，能够构造在一工业自动化环境中使用的自动化应用程序，所述系统包括：

设计模板组件(104)，提供一设计模板(302)以为应用程序(300)产生模块化的等级框架；

设计模式表格(108，400)，包括根据每个设计模式的分类而组织的设计模式库；

设计模式组件(106)，将从所述设计模式表格中选出的设计模式与所述设计模板集成以构造所述应用程序。

2.如权利要求1所述的系统，所述设计模板提供稳定的框架，该框架可被剪裁以创建所述应用程序，且所述设计模板基于可重用模块类来构建，所述可重用模块类由一个或多个异类设计模板构成。

3.如权利要求1所述的系统，所述设计模式组件从所述设计模式表格中自动地选择所述设计模式。

4.如权利要求1所述的系统，所述设计模式组件从所述设计模式表格中推荐特定的设计模式，其中所述特定的设计模式是可选择的。

5.如权利要求1所述的系统，所述设计模式组件获取与所述被选择的设计模式有关的输入。

6.如权利要求1所述的系统，每个所述设计模式包括涉及功能、设计、测试和费用中的一个或多个的属性。

7.如权利要求1所述的系统，所述设计模式表格基于处理特性、设计特性和费用特性分类所述设计模式，且所述设计模式表格用图形表示所述设计模式的一个或多个分类或所述设计模式之间的关系。

8.如权利要求1所述的系统，所述被选择的设计模式被应用于所述设计模板以提供相关设备的控制。

9.如权利要求1所述的系统，所述设计模板和每个所述设计模式被预先验证。

10.如权利要求1所述的系统，所述设计模板映射到至少一个设备模块和至少一个控制模块，且每个所述设计模式映射到各自的处理动作。

11.一种方法(600)，便于构造用于工业自动化环境中的自动化应用程序，所述方法包括：

基于设计模板(602)来构造自动化应用程序的框架；

从表示多个设计模式(604)的分类的表格中选择特定的设计模式；以及

通过将所述特定的设计模式和从所述设计模板(606)中创造的框架集成而产生所述应用程序。

12.如权利要求11所述的方法，进一步包括：

为所述自动化应用程序产生费用评估；

为所述自动化应用程序产生功能说明；

为所述自动化应用程序产生设计文件；

为所述自动化应用程序产生测试说明；以及

为所述自动化应用程序产生验证文件。

13.如权利要求11所述的方法，所述设计模板基于可重用模块类来构建，而所述设计模板映射到至少一个设备模块和至少一个控制模块。

14.如权利要求11所述的方法，多个设计模式的每一个描述功能应用程序单元。

15.如权利要求11所述的方法，进一步包括自动选择所述特定的设计模式。

16.如权利要求11所述的方法，选择所述特定的设计模式进一步包括：

推荐所述特定的设计模式；以及

基于所述推荐获取与所述特定的设计模式的选择有关的输入。

17.如权利要求11所述的方法，进一步包括绘制所述表格以显示所述多个设计模式之间的关系。

18.如权利要求17所述的方法，绘制所述表格进一步包括：

根据各自的处理特性和设计特性分类所述多个设计模式；

用图形表示在所述表格中的处理特性的每个分类中被分类的设计模式的子集；

用图形表示在所述表格中的设计特性的每个分类中被分类的设计模式的子集。

19.如权利要求17所述的方法，进一步包括获取与响应于绘制所述表格的手动选择相关的输入。

20.一种系统(100，500)，能构造用于工业自动化环境中的自动化应用程序，所述系统包括：

基于利用可重用模块类的设计模板来构建应用程序的一致的框架的装置(104)；

从表示多个设计模式的分类的表格中标识特定的设计模式的装置(106)；

把所述特定的设计模式和所述一致的框架进行合并以产生所述应用程序的装置(106)；以及

增加对设计和构建所述应用程序的费用评估的准确性的装置(102)。

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