CN104603843A - 基于任务的工厂模型部分的手持式设备渲染 - Google Patents

Abstract

一种操作在生产场地上具有处理单元的工业工厂的方法（100），所述工业工厂包括无线网络，所述无线网络包括网络服务器，网络服务器已存储了示出处理单元的二维（2D）全工厂模型和3D全工厂模型。至少第一工人在生产场地上。第一工人被提供了（101）第一手持式计算设备，其具有无线收发器、被编程以实现在相关联的存储器中所存储的模型渲染算法的处理器、以及显示器。基于被定义给第一工人来执行的、至少涉及处理单元的第一处理单元的任务，标识（102）在包括第一处理单元的任务中所涉及的2D全工厂模型或3D全工厂模型的模型部分。然后在显示器上渲染（103）模型部分的图像表示。

Description

基于任务的工厂模型部分的手持式设备渲染

技术领域

所公开的实施例涉及手持式（无线）计算设备和用于手持式计算设备的软件，所述手持式计算设备显示帮助工业工厂处的工人进行他们的任务/活动（包括工厂的日常操作）的信息。

背景技术

一些商业上可用的软件产品使得工厂工人（例如，工程师、管理者、技术员和操作员）能够远程解决现场问题以帮助保持工业工厂设备在安全的操作限制内并且以最优性能而运行。例如，一个这样的软件产品是Honeywell International（霍尼韦尔国际）的FIELD ADVISOR。FIELD ADVISOR是由具有手持式计算设备结合无线局域网（WLAN）的工厂工人所使用的软件包。

例如，FIELD ADVISOR可以通过记录关键的资产（asset）数据并且通过确保数据落在安全的操作限制内而改进总体工厂效能和可靠性。如果设备在工厂的设定限制之外操作，则Field Advisor引导工人（例如，操作员）经由必要的步骤来校正问题。例如，当资产超过临界（操作）限制时，对于操作员而言，适当的行动不总是显而易见的，并且错误的决策可能具有宽范围的不合期望的后果。FIELD ADVISOR可以提供确保工人预先考虑操作限制的信息，这可以改进总体生产效能和安全性。

运行在操作员的手持式计算机设备上的FIELD ADVISOR可以与无线网状网络相结合而使用。该解决方案允许工人下载特定任务和指令（从网络服务器），并且然后在任务完成之后上载结果（到网络服务器）以供报告。这样的通信帮助工厂维护、操作和可靠性团队更快速地在他们之间共享信息、监督者更有效地计划轮班工作量，并且允许新的工人（例如操作员）以更快的速度被训练。

发明内容

本发明内容被提供来以简化形式介绍所公开的概念的简要选择，所述概念以下在包括所提供的附图的具体实施方式中被进一步描述。本发明内容不意图限制所要求保护的主题的范围。

所公开的实施例认识到尽管用于工业工厂工人（例如工程师、管理者、技术员和操作员）的手持式（移动）计算设备的已知软件包可以改进总体工厂效能和可靠性，但是即使具有手持式计算设备，工厂中复杂的工作环境、设备布局和材料流限制工厂工人的态势感知（SA）。缺乏足够的SA可能以偏离的事故报告而导致不完整/不正确现场操作。

所公开的实施例提供手持式计算设备，所述手持式计算设备渲染（render）为基于任务（或工作流）的模型表示，其表示工业工厂的2D全工厂模型和/或3D全工厂模型的部分，这增强工厂工人的SA。所公开的实施例还包括用于基于工厂工人当前所涉及其中的任务/活动来将信息渲染在工厂工人的手持式计算设备的显示设备上的软件包。

在一个实施例中，工厂布局和处理设备（处理单元）的图像表示使用2D全工厂模型和3D全工厂模型的组合。在典型的实施例中，虽然工人处于生产场地（floor），但是与工厂区域伴随（多个）任务要在其上执行的处理单元相对应的2D全工厂模型（例如，Google地图）和3D全工厂模型的部分从服务器的存储器被无线加载到手持式设备。然而，模型到手持式计算设备的加载也可以离线执行，诸如通过将手持式通信设备坞接（dock）到控制室处的服务器中以在出去至生产场地之前将所有模型（全工厂2D和3D模型）下载到手持式通信设备中。

工人的位置信息（得自GPS或Wi-Fi）的可用性使得能够将2D和3D全工厂模型实现为移动的模型，其中位置信息允许所渲染的视图反映新定位（视图中的设备随着工人移动而改变）。然而，位置仅仅是用以允许对与包括处理单元的任务/工作流相关的全工厂模型的模型部分的表示进行渲染的一个可选输入。渲染可以由工人他们自己在不使用位置信息的情况下触发。操作中涉及的所指派的任务和处理单元可以对照所渲染的图像表示中的其它设备和特征（例如，管道）而被明显地强调（例如，以不同的颜色和/或纹理）。

附图说明

图1是根据示例实施例而示出操作工业工厂的方法中的步骤的流程图，其中工厂工人具有所公开的具有模型渲染算法的手持式计算设备。

图2是根据示例实施例的具有模型渲染算法和可选的全球定位系统（GPS）的示例手持式计算设备的框图描绘。

图3是根据示例实施例的包括处理单元、连同包括网络服务器的无线通信网络、至少一个路由器、以及具有所公开的具有模型渲染算法的手持式计算设备的多个操作员的工业工厂的框图。

图4A-4C分别是根据示例实施例的用于炼油厂的2D全工厂模型、2D全工厂模型的3D模型部分、以及以3D在2D上的分层格式的表示的所渲染图像的示例。

具体实施方式

所公开的实施例参照附图而被描述，其中同样的参考标号贯穿各图被用于标明类似或等同的元件。各图不按比例绘制，并且它们仅仅被提供以图示某些公开的方面。以下参照用于图示的示例应用来描述若干公开的方面。应当理解的是，阐述了众多具体细节、关系和方法以提供对所公开的实施例的全面理解。然而，相关领域普通技术人员将容易地认识到，本文公开的主题可以在没有一个或多个具体细节的情况下或利用其它方法来实践。在其它情况下，众所周知的结构或操作未详细示出以避免模糊某些方面。本公开不被动作或事件的图示定序所限，因为一些动作可以以不同次序和/或与其它动作或事件同时发生。此外，不是需要所有图示的动作或事件以实现根据本文公开的实施例的方法。

图1是示出了操作一种在生产场地上具有处理单元的工业工厂的方法100中的步骤的流程图，所述工业工厂包括无线网络，无线网络包括网络服务器，所述网络服务器已存储了二维（2D）全工厂模型和3D全工厂模型，其各自示出处理单元。可以使用2D全工厂模型的若干变型，包括分层次的视图、基于规程的视图、基于路由或位置的视图和基于单元或区域的视图。建筑物信息建模（BIM）概念的出现及其应用已经导致了用于从2D模型构造3D模型的若干工具集的开发。所公开的实施例可以使用这样的工具集以用于从工厂的2D模型生成工厂的3D模型。

在生产场地上存在多个工厂工人，包括第一工人。模型一般以流程图配置来配置，示出通过管道或其它流导管而耦合在一起的处理单元。可以基于预定的自动化调度或基于如监督者所确定的需求来定义/标识任务或任务群组。

步骤101包括为第一工人提供具有以下各项的第一手持式计算设备：无线收发器、被编程以实现在包括非暂时性机器可读存储装置（例如，静态RAM）的相关联存储器中所存储的模型渲染算法的处理器、以及显示器。工厂工人可以各自具有所公开的手持式计算设备，其具有所公开的模型渲染算法以用于基于所指派的任务而渲染全工厂2D或全工厂3D模型的模型部分。

在步骤102中，基于被定义给第一工人来执行的、至少涉及处理单元的第一处理单元的任务，标识在包括第一处理单元的任务中所涉及的2D全工厂模型或3D全工厂模型的模型部分。用于基于所指派的任务来标识模型部分的标识算法可以驻留在服务器处和/或手持式计算设备处。（例如，模型图像/图解可以是设备中的资产或任务描述的部分）。在实施例中，用于基于所指派的任务来标识模型部分的标识算法驻留在手持式计算设备处，手持式计算设备还存储2D和3D全工厂模型的拷贝。

任务（或工作流）可以涉及可替换方案/肯定证实（条形码/RFID）的数字/文本/预定义列表、测量（压力、温度、振动等）、从可替换方案的给定集中选择、或重调节（例如，预防性维护）。除了渲染手边的任务中涉及的处理单元之外，所标识的模型部分一般还包括任务中涉及的处理单元周围的区，以使得所渲染的图像（步骤103）包括任务中涉及的处理单元周围的区以向工人提供较高水平的SA。

如以上所注意到的，所存储的模型以及用于基于所指派的任务来标识模型部分的标识算法可以驻留在服务器处，并且还可以驻留在手持式计算设备处。在实施例中，所存储的模型和标识算法仅存储在服务器处，方法还包括当工人在生产场地上时，从网络服务器向手持式计算设备无线传输模型部分。

步骤103包括在手持式计算设备的显示器上渲染模型部分的图像表示。可选位置信息（得自GPS或Wi-Fi）的可用性使得能够将2D模型和3D模型实现为移动模型。如得自加速仪或罗盘设备的其它相关信息还可以用于决定要在所渲染的视图中显示什么。所指派的任务和在操作/任务中涉及的处理单元可以对照所渲染的模型部分中的其它设备而被明显强调（例如，以不同颜色、纹理）。

当工人冒险（venture）朝向用于实际任务执行的场所时，在实施例中，工人的位置信息是可用的，手持式设备渲染工厂部分的2D移动模型，连同设备位置的强调点（例如作为弹出图标）。当工人接近任务中涉及的设备的位置时，对应的3D模型部分可以自动渲染。可替换地，依据用户（手动）选择，可以渲染从2D向3D模型部分切换。

除了任务相关的信息之外，可选地，诸如材料流、地理围栏（geo-fencing）、召集点和危险区之类的其它信息也可以叠覆在所渲染的图像上或置于显示器的文本部分中。配置信息可以包括工作群组、任务类型、路由选择（对于工厂可以存在一个或多个路由），其也可以被显示。除了抵达工厂内的位置的路由选择之外，还可以提供对于资产位置信息的可选文本支持。还可以在生产场地外渲染模型，诸如在控制室中的控制器站处以供监督者观看。

在若干情况下，相同类型的资产以邻近内的多数而存在。如本领域中已知的，具有手持式计算设备的工人可以使用条形码或RFID标签来标识任务已经被指派给的设备。如上所述，通过在手持式计算设备上不同地（例如颜色/纹理）渲染在要执行的任务中所涉及的设备，工人现在可以替代地远程地唯一标识设备。

在一个特定实施例中的无线网络可以包括无线网状网络（WMN），其是无线自组织（ad-hoc）网络的特殊类型，其中通信网络由以网状拓扑而组织的无线电节点构成（参见下述图3）。无线网状网络包括网状客户端、网状路由器、和网关。网状客户端是无线设备，而网状路由器向和自网关转发业务，所述网关可以但是不需要连接到互联网。网状网络是可靠的并且供应冗余，以使得当一个节点不再能够操作时，其余节点仍然能够与彼此通信，直接地或通过一个或多个中间节点。如本领域中已知的，无线网状网络可以用各种无线技术来实现，包括IEEE 802.11、802.15、802.16，蜂窝式技术或多于一种类型的组合。无线网络可以包括Wi-Fi网状网络、全球移动通信系统（GSM）、3G、或与手持式计算设备兼容的其它无线网络。

在一个特定实施例中，手持式计算设备可以是基于由Honeywell International提供的包括GPS和相关联的软件连同所公开的模型渲染算法的DOLPHIN 99EX移动计算机，或其它类似的稳固的现场移动计算设备。GPS无线地获得标识第一工人的物理位置的位置信息，并且将位置信息添加到从第一工人到其他工厂工人和/或到网络服务器的无线信息传输。

对于GPS而言可替换地，如果位置信息被模型渲染算法所利用，则手持式计算设备可以从定时信息（包括获得自网络服务器的定时信息）计算其物理位置，诸如基于定时测量动作（TMA）框架（例如，如在IEEE 802.11v规范中所公开的）。然而，工人的物理位置的确定不需要基于定时信息。例如，Wi-Fi可以使用计算位置的已知机制，其不基于定时信息。对于工人而言有用的另一位置信息源在条形码遍及设施/工业工厂而分布时可以基于条形码读取，其可以提供包括处理单元的工厂中的资产的位置信息。在该实施例中，手持式计算设备包括相机以及用于读取由相机感测的条形码图像数据的软件。条形码可以提供位置信息。类似地，对于工人而言有用的另一位置信息源在处理单元包括RFID标签时可以由射频标识（RFID）标签来提供。在该实施例中，手持式设备包括RFID读取器软件。

图2是根据示例实施例的具有模型渲染算法和可选GPS的示例手持式计算设备200的框图描绘。计算设备200包括：处理器216，其被编程以实现在示出为存储器219的非暂时性机器可读存储装置中所存储的模型渲染算法217；以及显示器242，其用于显示模型部分的图像表示。示出显示器242，其包括文本部分242a和图像部分242b。如上所述，存储器219还可以可选地存储2D和3D全工厂模型，以及用于基于所指派的任务来标识要在图像表示中渲染的模型部分的标识算法。

手持式计算设备200被适配成涉及在操作这样的工业工厂（例如，参见下述图3中示出的工业工厂300）中：所述工业工厂具有处理单元和包括网络服务器的无线网络、至少一个路由器和多个工人。手持式计算设备200可以包括存储在存储器219中并且由处理器216执行的算法，其将手持式计算设备的位置信息自动添加到由工人向其他工厂工人和/或向网络服务器的无线信息传输。

手持式计算设备200包括无线收发器212。收发器212耦合到天线223。手持式计算设备200还包括被耦合到GPS模块230的GPS时钟振荡器234，其中GPS模块230通过GPS Rx滤波器232耦合到收发器212，并且收发器212还耦合到GPS天线224。

图3是包括生产场地360的工业工厂300的框图，所述生产场地360包括处理单元311a-f、以及耦合到处理单元的致动器312和传感器313。工业工厂300包括：包括网络服务器320的无线通信网络、示出为被布置在无线网状骨干网340中的无线路由器325和网关路由器330的至少一个路由器。各自具有所公开的手持式计算设备200的示出为工人1、2和3的多个工人在生产场地360上。如上关于图2所述，手持式计算设备200包括无线收发器212和处理器216，处理器216被编程以实现在存储器219中存储的公开的模型渲染算法。网络服务器320包括处理器321和无线收发器322，用于将工厂信息无线发送到手持式计算设备200，其可以根据工人的物理位置。网络服务器320还耦合到存储器329，存储器329可以存储包括用于数据历史学家的数据的信息。

示出工业工厂300，其被配置为分布式控制系统（DCS），其中过程控制器元件316-318位置上不在中央，而是遍及工业工厂300而分布，其中每个组件子系统由一个或多个控制器来控制。工业工厂300可以实现诸如炼油、石油化工、中央站发电、肥料、制药、食品和饮料制造、水泥生产、炼钢、造纸和气体处理之类的活动。

图4A-C分别是根据示例实施例的用于炼油厂的2D全工厂模型、2D全工厂模型的模型部分、和以3D在2D上的分层格式的表示的所渲染图像的示例。图4B中示出的3D表示可以通过工人点击图4A中所示的图像表示内的图标而触发。在图4A-C中，用于要执行的任务的设备可以相对于其周围环境而以不同颜色/纹理来强调。

虽然以上已经描述了各种公开的实施例，但是应当理解的是，它们仅仅作为示例被呈现，而非限制。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，根据本公开可以做出对本文公开的主题的众多改变。例如，尽管本文一般描述的通过网络服务器来提供，但是注意到，本文公开的基于工人的物理位置的任何逻辑/应用也可以被执行为基于云的应用。另外，虽然特定特征可能仅仅关于若干实现之一而被公开，但是这样的特征可以与其它实现的一个或多个其它特征相组合，如对于任何给定的或特定的应用可以期望和有利的那样。

本文使用的术语仅仅用于描述特定实施例的目的，并且不意图是限制性的。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另行指示。此外，在术语“包括了”、“包括”、“具有了”、“具有”、“带有”或其变型在具体实施方式和/或权利要求中被使用的程度上，这样的术语意图以类似于术语“包含”的方式是可兼的。

如本领域技术人员将领会的，本文公开的主题可以体现为系统、方法、或计算机程序产品。因此，本公开可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例（包括固件、驻留的软件、微代码等）或组合了软件和硬件方面的实施例的形式，其可以全部在本文中一般地称作“电路”、“模块”或“系统”。此外，本公开可以采取计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品体现在任何有形表达介质中，其具有体现在介质中的计算机可用程序代码。

可以利用一个或多个计算机可用或计算机可读介质的任何组合。计算机可用或计算机可读介质可以是例如但是不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备。计算机可读介质的更特定的示例（非穷举列表）将包括非暂时性介质，其包括以下：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或闪速存储器）、便携式光盘只读存储器（CDROM）、光学存储设备、或磁性存储设备。

用于实行本公开的操作的计算机程序代码可以用一种或多种编程语言的任何组合来编写，包括面向对象的编程语言（诸如Java、Smalltalk、C++等）和常规过程式编程语言（诸如“C”编程语言或类似的编程语言）。程序代码可以完全在用户的计算机上、部分在用户的计算机上、作为独立的软件包、部分在用户的计算机上且部分在远程计算机上或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一场景中，远程计算机可以通过任何类型的网络（包括局域网（LAN）或广域网（WAN））而连接到用户的计算机，或者连接可以进行到外部计算机（例如，通过使用互联网服务提供者的互联网）。

以下参照根据本发明的实施例的方法、装置（系统）和计算机程序产品的流程图图示和/或框图来描述本公开。将理解的是，流程图图示和/或框图的每个框，以及流程图图示和/或框图中的框的组合可以由计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机、或其它可编程数据处理装置的处理器以产生机器，以使得经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的指令产生用于实现在流程图和/或框图的一个或多个框中所指定的功能/动作的装置。

这些计算机程序指令还可以存储在物理的计算机可读存储介质中，其可以指引计算机或其它可编程数据处理装置以特定方式运转，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括指令装置的制品，所述指令装置实现在流程图和/或框图的一个或多个框中所指定的功能/动作。

计算机程序指令还可以加载到计算机或其它可编程数据处理装置上以使得一系列操作步骤被执行在计算机或其它可编程装置上以产生计算机实现的过程，使得执行在计算机或其它可编程装置上的指令提供用于实现在流程图和/或框图的一个或多个框中所指定的功能/动作的过程。

Claims (12)

1.一种操作在生产场地上具有处理单元的工业工厂的方法（100），所述工业工厂包括无线网络和在所述生产场地上的至少第一工人，所述无线网络包括网络服务器，网络服务器已存储了示出所述处理单元的二维（2D）全工厂模型和3D全工厂模型，所述方法包括：

为所述第一工人提供（101）第一手持式计算设备，其具有无线收发器，被编程以实现在包括非暂时性机器可读存储装置的相关联的存储器中所存储的模型渲染算法的处理器，以及显示器；

（102）基于被定义给所述第一工人来执行的至少涉及所述处理单元的第一处理单元的任务，标识在包括所述第一处理单元的所述任务中涉及的所述2D全工厂模型或所述3D全工厂模型的模型部分，以及

在所述显示器上渲染（103）所述模型部分的图像表示。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述模型部分包括所述2D全工厂模型和所述3D全工厂模型二者的一部分，并且其中所述网络服务器执行所述标识，此外包括当所述第一工人在所述生产场地上时将所述模型部分从所述网络服务器无线传输到所述第一手持式计算设备。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述2D全工厂模型和所述3D全工厂模型在所述第一工人处于所述生产场地上之前从所述网络服务器被下载到所述第一手持式计算设备的所述存储器，并且其中所述第一手持式计算设备执行所述标识。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述渲染基于所述第一工人的物理位置是自动的，并且其中所述图像表示随着所述第一工人在所述生产场地上移动而自动地更新以反映所述第一工人在所述物理位置中的改变。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述渲染图像表示包括在第一时间渲染2D表示，并且然后在所述第一时间之后的第二时间渲染3D表示。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述3D表示被叠覆在所述图像表示中的所述2D表示上，并且其中所述第一处理单元如与所述图像表示中的其它的所述处理单元相比在所述图像表示中被不同地表示。

7.一种手持式计算设备（200），包括：

处理器（206），所述处理器（206）被编程以实现在相关联的存储器（219）中所存储的模型渲染算法（217），其表示具有处理单元的工业工厂；

无线收发器（212），其耦合到所述处理器，所述无线收发器具有耦合到其的天线（223），

以及显示器（242），其被耦合以显示由所述模型渲染算法所渲染的图像；

其中所述渲染算法实现模型部分的图像表示在所述显示器上的渲染，所述模型部分是基于被定义给具有所述手持式计算设备的第一工人来执行的至少涉及所述处理单元的第一处理单元的任务而选择的所述工业工厂的2D全工厂模型或3D全工厂模型的一部分。

8.根据权利要求7所述的手持式计算设备，其中所述2D全工厂模型和所述3D全工厂模型被存储在所述手持式计算设备的所述存储器中，并且其中所述手持式计算设备执行标识所述模型部分。

9.根据权利要求7所述的手持式计算设备，其中所述渲染基于所述第一工人的物理位置是自动的，并且其中所述图像表示随着所述第一工人在所述工业工厂的生产场地上移动而自动地更新以反映所述第一工人在所述物理位置中的改变。

10.根据权利要求9所述的手持式计算设备，其中所述手持式计算设备包括全球定位系统（GPS），其提供所述第一工人的所述物理位置。

11.一种工业工厂（300），包括：

处理单元（311a-f），以及耦合到所述处理单元的致动器（312）和传感器（313）；

包括网络服务器（320）的无线通信网络，至少一个路由器（325），以及具有手持式计算设备（200）的多个操作员（工人1、2、3），包括具有第一手持式计算设备的第一工人，其中所述网络服务器存储所述工业工厂的2D全工厂模型和3D全工厂模型；

其中所述第一手持式计算设备包括：

　处理器（216），所述处理器（216）被编程以实现在相关联的存储器（219）中所存储的模型渲染算法（217），其表示所述工业工厂；

　无线收发器（212），其耦合到所述处理器，所述无线收发器具有耦合到其的天线（223），以及

　显示器（242），其被耦合以显示由所述模型渲染算法所渲染的图像；

其中，所述渲染算法实现模型部分的图像表示在所述显示器上的渲染，所述模型部分是基于被定义给具有所述第一手持式计算设备的所述第一工人来执行的至少涉及所述处理单元的第一处理单元的任务的所述2D全工厂模型或所述3D全工厂模型的一部分。

12.根据权利要求11所述的工业工厂，其中所述第一手持式计算设备包括全球定位系统（GPS），其提供所述第一工人的物理位置，其中所述渲染基于所述第一工人的所述物理位置是自动的，并且其中所述图像表示随着所述第一工人在所述生产场地上移动而自动地更新以反映所述第一工人在所述物理位置中的改变。