CN104977906A - 用制造执行系统控制制造工厂 - Google Patents

Abstract

一种通过执行给定工作流程来用制造执行系统控制制造工厂的方法和系统包括：a)提供用于通过一组设备对象且通过至少一个工作流程来对制造工厂的表示建模的工厂设计者应用；b)提供用于扩充设备对象的特征的被称为插件的复合实体；插件使包括配置、一组属性元素、一组功能元素的接口可见；c)在维修时间，设计一组设备对象能够使用的一组插件；d)在维修时间，针对至少一个设备对象，关联至少一个插件；e)在维修时间，通过工厂设计者，根据给定客户要求定义给定工作流程，所述给定工作流程包括与关联到设备对象的至少一个插件的至少一个元素的至少一个交互；f)运行时，执行给定工作流程，以及进行与关联的设备对象的至少一个插件的至少一个元素的至少一个交互。

Description

用制造执行系统控制制造工厂

技术领域

本发明涉及分别根据权利要求1和8的前序的用于用MES系统控制制造工厂的方法和系统。

背景技术

在现今的工业自动化领域中，为了提高竞争力，制造公司需要同时减少投放市场的时间、增加过程可视性和生产灵活性、优化预报和调度、以及减少废料、库存水平和停工时间；所有这些都是在跨所有全球设施保证最优的质量和生产效率的同时进行的。

因此，为了满足这些高要求的目标，制造公司需要集成的IT基础设施，该集成的IT基础设施帮助它们在全球范围内并且如果必要的话实时地协调生产。制造执行系统(MES)通常被称为IT层，该IT层集成商业系统(例如ERP)和生产控制系统。

在西门子公司的产品族下，西门子公司提供范围广泛的MES产品。

如制造企业方案协会(MESA国际组织)定义的，MES系统是通过管理“从订单发放到制造的点至产品交货到成品的点的生产操作”以及通过“经由双向通信跨组织和供应链地向其它系统提供关于生产活动的任务关键信息”，来“驱动制造操作的有效执行的动态信息系统”。用于开发MES系统的国际标准通常被称为ISA-95或S95。

MES系统通常包含的功能为资源分配和状态、派送生产订单、数据收集/获取、质量管理、维修管理、性能分析、操作/细节调度、文档控制、劳动力管理、过程管理和产品跟踪。

因此，由软件供应商开发的MES系统的目标是向制造公司(客户)提供用于测量和控制生产活动的工具，其目的在于为制造工厂提升盈利能力、增加生产率、提高质量和过程性能。

如本文中所使用的，软件应用是由软件开发者开发的一组软件组件，以进行MES系统内的一些有用动作，例如监视来自工厂过程的值或控制工厂设备。

通常，在维修或配置时间，系统工程师或系统集成方根据特定制造工厂要求来灵活地定制MES应用。

反而，在运行时，MES应用由可以是工厂操作者或生产线负责人员的终端用户使用。

在配置阶段期间要求系统工程师定义意在作为在MES平台上运行的一组操作的逻辑，以控制制造工厂操作。在MES领域中，使用术语逻辑，其通常指在MES系统上执行的一组功能或操作。

在配置期间，系统工程师通常使用应用，本文中后面被称为工厂设计者，以用数字方式表示制造工厂。

在MES产品中，具有工厂设计阶段对于把在工作流程的生产逻辑中将使用的物理设备分类是有用的。

通过面向对象的架构来对工厂建模，其中设备对象是实质上表示工厂的设备部件的MES实体。而且，通过生产的工作流程或规则，要求系统工程师通过工厂设计者定义需要的工厂逻辑，其中逻辑一般被定义为用于执行给定操作的自动化过程；例如针对维修的逻辑、自动化逻辑(例如通过PLC)、关于产品材料的逻辑、针对订单管理的逻辑、针对生产线自动化的逻辑等等。

如本文中所使用的，使用术语工作流程，其是指用于执行逻辑操作的一组预定步骤；其中步骤可以是逻辑进行明确定义的任务或调用另一工作流程。

因此，在已知的工厂建模技术中，设备对象是没有逻辑的数据的收集方。例如，设备对象可以被表示为数据库表的记录，其中记录字段中的每个表示设备属性，例如状态、重量、尺寸、温度和其它设备特征。

在一些已知的现有技术中，能够创建工作流程和商业规则，但是工作流程和商业规则是相对于工厂和设备管理不同的实体，因而，令人遗憾的是，它们没有根据设备结构被组织。

在一些其它更先进的现有技术中，例如通过在设备对象内添加规则,能够基于工厂表示来对逻辑进行分类。这有利地使得能够实现逻辑表征，但是令人遗憾的是，仍具有没有使得能够实现设备表征的缺陷，即不能用公知的特征表征设备对象的缺陷。

因此，在所有上述现有技术中，仍不存在超出单纯的聚集的设备对象和生产逻辑之间的联系，并且令人遗憾的是，另一主要缺陷是还不能通过运行时间能力表征设备对象。

另一缺陷是工作流程和规则对表示简单的逻辑有益，但是令人遗憾的是，在要求大量的步骤和动作的复杂情况下，对执行和维修两者而言，工作流程和规则会变得相当繁重。

发明内容

因此，本发明的目的是克服上述缺点，特别是通过提供用于用MES系统控制制造工厂的方法和系统来克服上述缺点，其中设备对象设置有一组特定特征，还包括仿真面向对象的范例的功能。

通过经由执行满足给定客户要求的给定工作流程来用MES系统控制制造工厂的方法和系统来实现上述目的，本发明包括以下步骤：

a)提供用于通过一组设备对象且通过至少一个工作流程来对制造工厂的表示建模的应用，所述应用在下文中被称为工厂设计者；其中设备对象是信息的收集方；

b)提供用于扩充设备对象的特征的复合实体，这种复合实体在下文中被称为插件；插件使包括配置、一组属性元素、一组功能元素的接口可见；

本发明进一步包括在维修时间要执行的以下步骤：

c)设计该一组设备对象能够使用的一组插件；

d)针对至少一个设备对象，关联至少一个插件；

e)通过工厂设计者，根据给定客户要求定义给定工作流程，所述给定工作流程包括与关联到设备对象的至少一个插件的至少一个元素的至少一个交互；

本发明进一步包括在运行时要执行的以下步骤：

f)执行给定工作流程，以及进行与所关联的设备对象的至少一个插件的至少一个元素的至少一个交互。

在发明实施方式中，优选地设备对象可以是数据库表的记录。

在发明实施方式中，插件接口可以另外包括事件元素。

在发明实施方式中，在插件元素是功能时，交互是对功能的调用。

在发明实施方式中，在插件元素是属性时，交互是评定属性的动作。

在发明实施方式中，在插件元素是属性时，交互是触发事件的动作。

此外，能够提供计算机程序元件，该计算机程序元件包括计算机程序代码，该计算机程序代码用于在被装载到计算设备的数字处理器中时根据上述方法执行步骤。

另外，能够提供存储在计算机可用介质上的计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于使计算设备执行提到的方法的计算机可读程序代码。

利用发明实施方式，提供了用于管理设备对象的模型，其方便地将工厂设计模型与逻辑定义模型联合(unify)。

利用发明实施方式，设备实体可以有利地富含逻辑功能，能够从工作流程调用这些逻辑功能。

利用发明实施方式，能够用仿真面向对象编程(OOP)范例的一组特定能力设计设备对象，其中每个设备对象具有一组明确定义的功能。事实上，通过添加用于在工作流程情景进行动作的基于插件的实体，使得工厂设计能够富含设备对象。因此，利用插件可执行逻辑，设备对象能够被看作复合对象，该复合对象能够被改编以满足制造情景的大量要求，并且该复合对象能够以与真实的OOP对象相同的方式被使用。

利用发明实施方式，通过披露的功能和/或属性的给定类别，例如用于移动给定材料的一组设备对象、要求维修的一组设备对象等，可以有利地表征一组设备对象。

利用发明实施方式，在维修时间定义的运行时间逻辑和工厂模型描述在同一设备对象实体中被关联，并具有相同的生命周期和/或版本。例如，系统集成方可以通过插件首先定义设备对象，然后定义逻辑。一旦将插件关联到设备对象，在软件更新中它们将一起被处理。

另外，系统工程师能够开发包括用于特定客户工程的一组插件的独立模块，并且她/他能够方便地在其它工程中再次使用它，而无需特别关心集成和分配问题。能够与特定设备对象无关地定义插件，并且若干设备对象能够使用该插件。

发明实施方式提供了开发过程和工作分解方面的优点。事实上，由于其灵活的粒度水平，从工作组织观点来看，插件开发能够适应工程需要。

在发明实施方式中，可以在编码库内提供插件，可以有利地用执行编程语言开发编码库，从而改进性能并减小逻辑复杂性。因此，除了使用在逻辑复杂且需要大量的步骤和动作时变得繁重的、诸如工作流程或商业规则的高级设计语言的选项之外，使软件开发者和系统工程师能够用例如C#、C++或JavaScript的编程语言设计插件功能。

附图说明

现将参考附图以优选而非排他性实施方式描述本发明，其中：

图1是示意性地图解在本发明的示例实施方式中可以如何将插件放置在工厂模型的片段内的框图；

图2是示意性地图解在本发明的示例实施方式中能够如何根据工作流程执行插件内的功能的框图；

图3是示意性地图解在本发明的示例实施方式中插件方法的执行和插件事件的随后引发的框图。

具体实施方式

本发明的至少一些实施方式解决上述问题，其中通过执行满足给定客户要求的给定工作流程来用MES系统控制制造工厂。

提供被称为工厂设计者的应用，以通过一组设备对象且通过至少一个工作流程来对制造工厂的表示建模。

设备对象是信息的收集方，优选地它可以是数据库表的记录的形式，其中每个字段可以方便地定义给定设备属性。

提供被称为插件的复合实体，以扩充设备对象的特征。插件使包括配置、一组属性元素、一组功能元素以及可选地一组事件的接口可见。

特别是：

配置使系统工程师能够定义插件行为，例如在插件中使该功能、属性和/或事件可见；

-属性是要用于运行时间I/O操作的参数；

-功能表示插件能力，其也被称为方法；

-可以使用事件来检测发生在工厂环境外部的改变或通知工厂内部的改变。

在维修时间，设计设备对象能够使用的一组插件。

在维修时间，针对至少一个设备对象，其关联至少一个插件。

在维修时间，通过工厂设计者，根据给定客户要求定义给定工作流程。给定工作流程包括与关联到设备对象的至少一个插件的至少一个元素的至少一个交互。

在运行时，执行给定工作流程，并进行与关联的设备对象的至少一个插件的至少一个元素的最低程度的交互。

根据所涉及的插件元素类型，与至少一个插件元素进行的交互或与至少一个插件元素的交互的动作可以是以下项之一：

-在插件元素是功能时，交互是调用功能的动作；

-在插件元素是属性时，交互是评定属性的动作；

-在插件元素是事件时，交互是触发事件的动作；

在发明实施方式中，优选地可以使用常见的编程语言开发该组插件，并且/或者它们可以方便地被打包为库，例如在Windows环境中打包为动态库或静态库。以这种方式，使得能够优化逻辑执行，并给开发者和系统工程师提供用户友好语言。

在发明实施方式中，优选地可以设计插件基础结构，以使插件基础结构是自描述的，是指配置、属性、功能以及可选地事件可以方便地不是真实元素而仅仅是描述符。有利地，与硬编码结构相比，从开发者方和最后的集成方/系统工程师方的双方来看，具有这种结构的特点是更高程度的灵活性。通过具有描述符结构而不是硬编码结构，能够方便地开发插件以根据用户请求而演进和改变。例如，给设备对象添加新属性变成简单的任务，例如，在插件披露的属性的列表内添加属性描述符。

设备对象不是对象类，设备对象不具有功能。通过关联到设备对象的插件来调用设备对象的功能。

有利地，插件具有状况，即所有它的属性的状态，并且可选地可以具有存储器。因此它是能够改变状况的实体，并且在存在存储器的情况下，插件可以记住这种状况改变，例如在针对材料运动的插件中，能够从移动材料的地方跟踪插件。

另外，在本发明的实施方式中，工厂的实时表示可以有利地实现而无需访问数据库，例如PLC(可编程逻辑控制器)中的绑定的表示。例如，使用被称为自动化插件的插件可以更新每个设备的状况，所有其属性的状态，这将其与由直接在PLC层上工作的HMI(人机界面)披露的信息链接。在这种示例中，不需要具有为了检索数据而存储数据的地方，因为所有的信息被存储在RAM中且通过组合设备和自动化插件来访问。

图1是示意性地图解在本发明的示例实施方式中可以如何将插件放置在工厂模型的片段内的框图。

遵循ISA95命名惯例，块基元A(CELL_A)表示“基元”级别的设备对象。单元UNIT-1、UNIT-2和UNIT-3表示设备对象。

三个插件关联到设备对象UNIT-3，一个用于“自动化管理”，一个用于“维修管理”，一个用于“仓库管理”。“维修管理”插件使具有下述四个元素的接口可见：被称为“SearchitemById()(用Id检索项)”和“MoveMaterialByName(用名称移动材料)”的两个方法或功能、被称为“ItemsStored(被存储的项)”的一个属性或特性和被称为“OnMovedMaterial(移动的材料)”的一个事件。

图2是示意性地图解在本发明的示例实施方式中能够如何根据工作流程执行插件内的功能的框图。

在图2的工作流程WF的开始ST和结束END之间，存在以调用插件方法的形式与插件的元素的交互。

第一系统工程师挑选设备对象UNIT-3，然后她/他选择维修管理插件，最后她/他选择要执行的方法SearchItemById()。

图3是示意性地图解在本发明的示例实施方式中插件方法的执行和插件事件的随后引发的框图。

在简单的示例实施方式中，表示混合器件的设备对象优选地可以与“自动化领域管理”插件相关联以用于使得能够与相关的PLC通信。另外，让我们假设这种混合器设备部件也需要被维修。因此，“维修管理”插件也关联到混合器设备对象，以使得能够实现访问在典型的维修情形下使用的所有功能。然后可以方便地在诸如规则或工作流程的更高级别的逻辑的定义中使用具有关联的和配置的所有插件的该设备对象。

这种配置的设备对象例如使方法“CheckAndDoMaintenance(检查并进行维修)”可见，每次维修时段到期时工作流程调用该方法，如下：

-被称为工作流程执行器的执行工作流程的引擎开始工作流程，直到引擎遇到与插件元素的交互，例如经由反射在.NET环境中调用“维修”插件的方法或功能“CheckAndDoMaintenance”。

-“维修”插件连接至进行所要求的操作的维修服务；

-在操作完成时，维修服务将结果传达给维修插件，这引发事件“OnMaintenanceCompleted(维修完成)”；

-工作流程执行器捕获事件，并且如果维修成功，则工作流程到达结束END。

由于维修插件具有状况，所以也能够例如将它配置为状况“就绪”，或配置为属性“要在5天内维修”。有利地，通过使用插件，不需要在设备对象中定义维修属性，因为一些对象可以不需要任何维修。代替地，利用本发明的实施方式，用于维修的插件可以方便利地关联到一组给定的设备对象。

另外，利用维修插件，以紧凑的方式把链接至维修的所有属性和功能分组。

Claims (8)

1.一种通过执行满足给定客户要求的给定工作流程来用MES系统控制制造工厂的方法，

所述方法包括以下步骤：

a)提供用于通过一组设备对象且通过至少一个工作流程来对所述制造工厂的表示建模的应用，所述应用在下文中被称为工厂设计者；其中设备对象是信息的收集方；

b)提供用于扩充设备对象的特征的复合实体，这种复合实体在下文中被称为插件；所述插件使包括配置、一组属性元素、一组功能元素的接口可见；

所述方法进一步包括在维修时间要执行的以下步骤：

c)设计所述一组设备对象能够使用的一组插件；

d)针对至少一个设备对象，关联至少一个插件；

e)通过所述工厂设计者，根据给定客户要求定义给定工作流程，所述给定工作流程包括与关联到设备对象的至少一个插件的至少一个元素的至少一个交互；

所述方法进一步包括在运行时要执行的以下步骤：

f)执行所述给定工作流程，以及进行与所关联的设备对象的所述至少一个插件的所述至少一个元素的所述至少一个交互。

2.根据权利要求1所述的方法，其中设备对象是数据库表的记录。

3.根据在前的权利要求中的任一项所述的方法，其中插件接口包括事件元素。

4.根据权利要求1和3之间的任一项所述的方法，其中，在插件元素是功能时，所述交互是对所述功能的调用。

5.根据权利要求1和3之间的权利要求所述的方法，其中，在插件元素是属性时，所述交互是评定所述属性的动作。

6.根据权利要求1和3之间的权利要求所述的方法，其中，在插件元素是属性时，所述交互是触发所述事件的动作。

7.根据在前的权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，以软件方式实现所述方法。

8.一种通过执行满足给定客户要求的给定工作流程来用MES系统控制制造工厂的系统，

所述系统包括以下装置：

a)提供用于通过一组设备对象且通过至少一个工作流程来对所述制造工厂的表示建模的应用的装置，所述应用在下文中被称为工厂设计者；其中设备对象是信息的收集方；

b)提供用于扩充设备对象的特征的复合实体的装置，这种复合实体在下文中被称为插件；插件使包括配置、一组属性元素、一组功能元素的接口可见；

所述系统进一步包括在维修时间要使用的以下装置：

c)设计所述一组设备对象能够使用的一组插件的装置；

d)针对至少一个设备对象，关联至少一个插件的装置；

e)通过所述工厂设计者，根据给定客户要求定义给定工作流程的装置，所述给定工作流程包括与关联到设备对象的至少一个插件的至少一个元素的至少一个交互；

所述系统进一步包括运行时要使用的以下装置：

f)执行所述给定工作流程以及进行与所关联的设备对象的所述至少一个插件的所述至少一个元素的所述至少一个交互的装置。