CN105659173A - 用于设计加工厂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于加工系统的方法。该方法包括步骤：确定所述加工厂的至少一个特定功能；创建至少一个设计元素，每个设计元素与所述加工厂的特定功能相关联；以及存储每个设计元素作为设计元素数据库中的项，其中，每个设计元素项包括限定所述特定设计元素和其他设计元素之间的关系的一个或多个属性。

Description

用于设计加工厂的方法
技术领域
本发明涉及一种用于加工厂的方法。更具体地，本发明涉及一种用于设计加工厂如液体加工厂的方法。
背景技术
在处理各种液体的许多行业中，有必要在输送作为最终产品的液体之前处理液体。这种处理通常由液体加工厂来提供，液体加工厂是执行液体加工厂的各种功能的多个液体产品加工装置的序列。
在液体食品工业中，加工厂通常被设计用于多种不同的液体食物产品。例如，乳制品加工厂可被配置成处理各种乳制品，如奶、酸奶、酸奶油，等。此外，饮料加工厂可被配置成处理各种类型的饮料，诸如不起泡饮料、果汁、低酸饮料等。因此加工厂被配置用于处理和加工多种不同的液体产品，从而产生大量的可控加工部件处理和针对每种液体产品的不同的生产路线。这些部件和生产路线中的一些可以由导致加工厂的非常复杂的控制方案的不同的液体产品共享。
当设计这样的加工厂时，每个可控部件必须单独编程以确保正常运行。这是非常耗时的过程，需要大量的手工配置，即使当利用现有的设计工具时也是如此，在现有的设计工具中，每个部件由它的功能定义。虽然这样的设计工具可便于设计过程并减少用于设计复杂加工厂的时间，但在已经存在的加工厂中可能难以实现修改。由于特定的部件通常与比实际需要的功能更多的功能相关联，因此设计处理厂将不仅需要过多的工作，而且也将非常难以诊断加工厂。如果需要调整加工厂以加工需要新的添加剂或不同的热处理的新的种类的产品，那么可能需要新阀门、泵和加热装置。在这种情况下设计人员必须返回到原来的设计并做出符合新工厂规范的必要的修改。如果新的部件与影响已经存在的部件或功能的功能关联，那么有必要也修改这些部件或功能。这导致非常耗时的重新设计过程。此外，在重新设计过程中，需要有现有加工厂的透彻知识，以避免过失和错误。
发明内容
因此，本发明的一个目的是克服或减轻上述问题。
基本思想是提供一种用于设计加工厂特别是液体加工厂的基于模块的方法。根据这种构思，加工厂的特定功能是确定的，并且基于所确定的功能选择至少一个设计元素。每个设计元素与结构装置或概要选择相关联，结构装置例如过滤或原位清洁就地，概要选择例如生产或日志记录的变化。每个设计元素进一步由它与其他设计元素的关系定义。如果新的功能被加到已存在的加工厂，那么可以容易地提供新的设计，因为新的功能是通过设计元素已与有关与其他的已经存在的设计元素之间的关系的信息相关联的方式加入的。
以类似的方式，已经存在的加工厂可通过删除特定的功能进行重新设计。通过删除与特定功能相关联的设计元素，其余设计元素将被自动更新，因为设计元素包括与其他设计元素之间的关系。
根据本发明的第一方面提供了一种用于加工厂的方法。所述方法包括以下步骤：确定所述加工厂的至少一个特定功能，创建至少一个设计元素，每个设计元素与所述加工厂的特定功能相关联，以及存储每个设计元素作为设计元素数据库中的项，其中，每个设计元素项包括限定所述特定设计元素和其他设计元素之间的关系的一个或多个属性。
每个设计元素可与所述加工厂的结构部件的功能或所述加工厂的功能选项相关联。每个设计元素可以与加工厂的结构元件或处理厂的功能选项的功能相关联。因此，不仅所述加工厂的结构装置可由设计元素表示，而且功能，例如记录，生产变化等也可由设计元素表示。
每个设计元素项还可以包括限定所述特定设计元素和相关联的加工厂平台之间的所述关系的一个或多个属性。
根据第二方面，提供了一种用于设计加工厂的方法。所述方法包括以下步骤：确定所述加工厂的至少一个要求的功能，关联所述至少一个功能与来自设计元素数据库的至少一个设计元素项，其中，每个设计元素项包括限定所述特定设计元素和其他设计元素之间的关系的一个或多个属性，以及添加所述至少一个设计元素至加工平台代表。
该方法可以进一步包括以下步骤：根据预定的设计输入确定所述加工厂的至少一个要求的加工特性；以及根据所确定的所述加工特性选择所述加工平台代表。
所述加工平台代表可形成成组的不同的加工平台代表的一部分，并且所述加工平台代表的每一个可以与特定的加工特性相关联。
每个设计元素项可进一步包括限定所述特定设计元素和所述加工平台代表之间的关系的一个或多个属性。
每个设计元素项可进一步包括定义所述设计元素的特征的至少一个属性。特征通常是与设计元素的功能相关联的特定操作，如警报等。
每个设计元素项还可包括定义用于所述设计元素的控制逻辑的至少一个属性。
所述方法可进一步包括转换所述加工平台代表成用于控制加工厂硬件的计算机逻辑的步骤。
根据第三方面，提供了一种用于重新设计加工厂的方法。所述方法包括以下步骤：接收用于现有加工厂的现有加工平台代表，所述加工平台代表包括至少一个设计元素；确定所述现有加工厂的功能的至少一个变化，关联功能的所述变化与来自设计元素数据库的至少一个相应的设计元素项，其中，每个设计元素项包括限定所述特定设计元素和其他设计元素之间的关系的一个或多个属性，以及在所述现有的加工平台代表添加或删除所述至少一个设计元素。
附图说明
参照附图，通过本发明的优选实施方式的以下说明性且非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的以上所述的目的、特征和优点以及额外的目的、特征和优点，其中：
图1a和1b是液体加工厂的示意图。
图2是液体加工平台代表的示意图；
图3是设计元素数据库和相应的设计元素实体的示意图；
图4是根据一个实施方式所述的方法的示意图；和
图5是根据一个进一步的实施方式所述的方法的示意图。
具体实施方式
从图1开始，示出了液体加工厂10。液体加工厂10被配置为根据不同的处理方案来加工多种不同的液体。因此，液体加工厂10可以被安装在生产设施中，以根据原料的选择、具体的工艺参数和控制提供众多不同的液体产品。这可通过根据不同的液体加工生产路线控制液体加工厂来实现，这将在下面进一步描述。
如图1a所示，在液体产品入口A和液体产物出口B之间形成第一生产路线。原料进入批量罐12，并在离开出口B之前通过加工装置18、20和22运输。通过泵14能进行运输，所述泵14经由液体管道16馈送原料通过加工装置18、20、22。在乳制品的情况下，加工装置18可以例如表示分离器，加工装置20可表示匀化器，并且加工装置22可以表示热处理单元。
液体加工厂10还形成液体产品入口A’和液体产物出口B’之间的第二生产路线。第二生产路线可以例如被配置成产生发酵食物，如酸奶饮料。预处理奶进入批量罐12，并在添加培养物28之后进给至培养器26。然后发酵奶绕过分离器18和匀化器20，并进入热处理单元22用于冷却发酵奶。此后，冷却的酸奶进入匀化器20，然后酸奶在B’离开液体加工路径。
可以提供又一种生产路线用于生产不起泡饮料。在入口A”，水果浓缩物进入液体加工厂10，并进给通过装置30、32、34。在30，糖浆被添加到所述浓缩物，装置32代表用于混合浓缩物与糖浆的液体食品混合器。
装置34代表加水部件，在此之后，将不起泡饮料进给到热处理装置22用于巴氏杀菌。不起泡饮料在B”离开液体加工厂10。
根据上面的描述表明，加工厂10包括必须精确受控以便允许工厂所有者或操作者能生产各种不同的液体产品的大量的装置。因此当设计这样的加工厂时，建议通过它们的功能而不是通过它们的物理结构来代表不同的装置或加工厂的特点。
在图1b中示出了液体加工厂10'的功能代表。此处，不同的模块40代表液体加工厂的不同功能，诸如入口、储存、运输、分离、生产、加热和出口。这些功能对应于在图1a中所示的加工装置中的至少一些，并且可优选使用用于批量控制的标准(如ANSIISA-88)来提供。
为了便于设计过程，创建了平台数据库，其中的一个例子如图2所示。创建了平台数据库，以便通过一般原理和功能分类加工厂。因此，数据库中的每个项，对应于特定的平台类型的代表，包括一般功能的定义和限制。
在图2，示出了平台数据库100。数据库100存储多个项102，每个项表示加工平台代表形式的特定平台类型。这样的数据库项102的例子也示于图2，其中项102与多个特征或定义相关联。这些被描述为具有一个或多个相关联的值106的项属性104。
如在图2中可以看出，数据库项102按照其属性104限定平台类型。因此，平台类型可按照其预定用途，即一般平台类型，来定义。这样的属性的合适的值可以例如是乳制品、冰淇淋、化妆品、饮料等。如果加工厂应设计成加工不同类型的产品，那么分配对应于上述值的组合的值也是可行的。
数据库项102的另一个属性104可以代表入口类型。此属性的合适的值可以例如是批量罐，以及与该批量罐所需的尺寸相关的进一步的规格。在所示的例子中，入口类型值被设置为批量罐XL，对应于用于高速加工的大容量批量罐。
数据库项102可以进一步包括对应于所需的出口类型的属性104。例如，如果灌装机被设置是与未来加工厂串联的，那么这样的属性的值可以是灌装机。其他可能的值可能例如是存储罐。
另一属性104可以与添加剂的类型相关联，由此合适的值可以是“无”，“固体物质”(即如粉末等颗粒物质)或“液体”。在所示的例子中，所有三个值已被分配。
数据库项102的又一个属性104可与巴氏灭菌的类型相关，其中，合适的值可以是生产、过滤、原位清洗等。类似于上面已经描述的，属性可具有分配给它的多个值。
虽然未在图2中明确示出，数据库项102可以具有用于限定特定平台类型的额外属性。这样的属性可例如涉及批量控制、记录、加工厂性能、加工厂的灵活性、经营成本等。
作为设计过程中的第一步骤，合适的平台类型被选择为加工平台代表。这可以用许多不同的方式进行，但优选通过输入与数据库项102的属性104相关联的特定的要求来执行。在一个实施方式中，设计过程可以例如通过接收其中一些一般定义被指定为加工特性的加工厂规范来开始。设计工具可配置成询问若干问题，由此加工厂设计人员通过查阅加工厂规范来回答这些问题。因此，每一个问题可被构造成使得有效的答案将消除至少一个可行的数据库项102。
通过应用智能选择算法，最合适的加工厂平台可以以快速和可靠的方式来确定和选择。
一旦平台类型已被选择，就允许设计人员添加期望的功能到平台。可用的功能由被存储在设计元素数据库200中的相应的设计元素来表示，其中，至少一个功能与每个设计元素202相关联。
如在图3中可以看出，设计元素数据库200具有若干设计元素202存储在其中，其中加工厂的特定功能与设计元素202相关联。例如，可行的设计元素202可以是搅拌、过滤、生产、原位清洗(CIP)、添加剂投配、样本提取等。物理部件(例如加工装置)的功能，以及加工厂的概要(abstract)选项的功能，因此由单独的设计元素202来表示。概要选项的功能可以是例如液体产品的变化，即两个生产路线之间的变化、记录或加热器的休眠状态。在一些实施方式中，一个或多个功能可以单个设计元素202来表示。
每个设计元素202与一个或多个属性204相关联。属性204优选分成多个类，其中第一类涉及设计元素的整体操作，并且包括需要被控制的结构元素的列表。另一类涉及设计元素的特定功能，而第三类涉及设计元素202和其周围之间的链接，即在设计元素202和其他设计元素之间的关系和/或所选择的平台类型。
如在图3中可以看出，设计元素数据库200可以包括相同的设计元素202的若干版本。相同的设计元素202的每个版本优选与特定的平台类型相关联，从而建议设计元素202相对于相应的预定义的平台类型来定义。
在一个实施方式中，所有版本的相同的设计元素202都将提供相同的功能，但是每一个版本可以具有关于例如性能、成本等的其独特的配置，该配置是由平台类型指定的。
现在将描述表示为过滤的设计元素202。该过滤被配置为可控并与警报特征相关联。因此，设计元素202包括涉及特定的控制模块的第一属性，该属性204与用于产生所需的控制系统的适当的逻辑相关联。此外，设计元素202包括涉及警报特征的第二属性，该属性204与用于特定警报特征的适当的逻辑相关联。
此外，特定的警报特征将影响其他设计元素，如生产设计元素和CIP设计元素。因此，过滤的设计元素202包括与这些其他设计元素形成的成组的关系，其中，所述关系被表示为Prod.Interlock(生产.联锁)、Prod.RunningFault(生产.运行故障)、Prod.Activations(生产.激活)、Cip.Interlock(原位清洗.联锁)、Cip.RunningFault(原位清洗.运行故障)和Cip.Activations(原位清洗.激活)，每个关系正与相应的逻辑相关联。
在大多数情况下，针对加工厂的特定子单元，生产和CIP不同时进行，但通常CIP仅当生产已经停止或正在处理的液体产品绕过特定子单元时启动。在生产过程中，具体设计元素，即过滤，具有与生产设计元素的三种关系，其中所述过滤设计元素的报警功能可能会影响生产联锁、生产运行故障，以及生产激活。联锁、运行故障以及激活优选通过平台类型来定义，由此与平台类型相关的特定逻辑可以控制特定设计元素的特征如何与其他设计元素进行交互。
在CIP期间，过滤设计元素具有与激活CIP设计元素的三种关系，其中所述过滤设计元素的报警功能可能会影响CIP互锁、CIP运行故障，以及CIP激活。联锁、运行故障以及激活优选通过平台类型来定义，由此与平台类型相关的特定逻辑可以控制特定设计元素的特征如何与其他设计元素进行交互。
关系可以是双向的，使得生产设计元素与过滤设计元素有关系。作为一个例子，生产联锁执行可能会导致过滤设计元素的警报特征的重置。
现在返回到相同设计元素的不同版本，其他平台类型可能不支持CIP功能，由此特定的过滤设计元素可以省略这些关系。
到目前为止所描述的方法使用用于设计液体加工厂的多层模块化方法，由此平台类型限定第一层，多个设计元素限定第二层。
在一个实施方式中，在平台层和设计元素层之间提供中间层。该中间层优选是子单元层，并且优选被提供用于适于被分成若干串联或并联的子单元的加工平台类型。例如，平台类型可以由入口单元、处理单元，和出口单元来定义。此外，处理单元可由热处理单元、保持单元等定义。作为一个例子，入口单元可以在结构上包括进气阀、批量槽、搅拌器、过滤器、泵、液体管道和温度调节器。使用这样的中间层的办法，设计元素的功能可以涉及平台类型、子单元类型，和/或设计元素。
通过加入若干设计元素到所选择的平台类型，可以以模块化的方式来定义加工厂。每个设计元素与特定功能相关联，并且被预先构造成包括与其他设计元素以及与选定的平台类型的关系。
参考图4，将描述根据一个实施方式所述的方法300。方法300包括例如通过检索加工厂规范确定所需的处理工厂性能的第一步骤302。在随后的步骤304中，合适的平台类型从平台数据库中选择，从而产生加工平台代表。步骤304可以逐步通过选择算法来执行，由此有效输入产生最合适的加工平台代表。
在步骤306中，确定加工厂的必需的功能，并且在步骤308选择与给定的功能相关联的相应的设计元素。在随后的步骤310中，所选择的设计元素被添加到加工平台代表。重复步骤306、308和310直至所确定的功能完全由加工平台代表和相关联的设计元素实现为止。
在最后的步骤312中，包括相关的设计元素的加工平台代表被用来产生用于整个加工厂的逻辑和控制方案。这可以以不同的方式来完成；然而，优选使用设计工具，其用于将功能过程定义转换成自动化控制算法。
在图5示意性示出了根据进一步的实施方式所述的方法400。方法400提供了一种用于现有的加工工厂的设计，并且执行方法400以用新的功能更新现有加工厂。
以步骤402开始，接收用于液体加工平台的现有设计。现有的平台设计与一个或多个设计元素和加工平台代表相关联，从而限定平台的功能。在步骤404中，新的功能通过其功能本身或通过它的结构确定。例如，确定将CIP添加到平台上，或用新的和改进的替代方案取代现有的过滤。当新的功能被确定时，执行步骤406，从而所确定的功能与来自设计元素数据库的相应设计元素相关联。之后，在步骤408中，通过加入或通过更换前设计元素，将设计元素插入加工平台代表。在最后的步骤410中，根据参考图4所描述的，包括相关的设计元素的平台类型被用来产生用于整个加工厂的逻辑和控制方案。
因此，通过定义对应于结构装置或功能(即概要)选项的设计元素，并通过关联与其他设计元素和/或平台和/或子单元的关系，以模块化的方式设计液体加工平台是可行的。此外，所提出的方法改进用于重新设计的液体加工平台的先前已知的技术。这是由于这样的事实，即增加新的功能可以通常影响已经存在的功能。因为现有的功能，即设计元素，由其与其他功能的关系定义，即其他设计元素和/或平台和/或子单元，确保加工平台的正确操作所需的工作量大为减少。
当确定特定的功能要从现有平台设计去除时，可以执行类似的方法。
虽然上面已经主要参照通用的加工厂描述了本发明，但已证明，所述实施方式特别有用于液体加工厂，特别是用于液体食物加工厂。
此外，已经主要参照一些实施方式描述了本发明。然而，如本领域的技术人员容易理解的，除了上面公开的实施方式之外，在由所附权利要求所限定的本发明的范围之内，其它实施方式同样是可行的。

Claims (11)

1.一种用于加工厂的方法，包括以下步骤：
确定所述加工厂的至少一个特定功能，
创建至少一个设计元素，每个设计元素与所述加工厂的特定功能相关联，以及
存储每个设计元素作为设计元素数据库中的项，其中，每个设计元素项包括限定所述特定设计元素和其他设计元素之间的关系的一个或多个属性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，每个设计元素与所述加工厂的结构部件的功能或所述加工厂的功能选项相关联。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，每个设计元素项包括限定所述特定设计元素和相关联的加工厂平台之间的所述关系的一个或多个属性。
4.一种用于设计加工厂的方法，包括以下步骤：
确定所述加工厂的至少一个要求的功能，
关联所述至少一个功能与来自设计元素数据库的至少一个设计元素项，其中，每个设计元素项包括限定所述特定设计元素和其他设计元素之间的关系的一个或多个属性，以及
添加所述至少一个设计元素至加工平台代表。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括以下步骤：
根据预定的设计输入确定所述加工厂的至少一个要求的加工特性；以及
根据所确定的所述加工特性选择所述加工平台代表。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述加工平台代表形成成组的不同的加工平台代表的一部分，并且其中所述加工平台代表中的每一个与特定的加工特性相关联。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中每一个设计元素项进一步包括限定所述特定设计元素和所述加工平台代表之间的关系的一个或多个属性。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，每个设计元素项还包括定义所述设计元素的特征的至少一个属性。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，每个设计元素项还包括定义用于所述设计元素的控制逻辑的至少一个属性。
10.根据权利要求4至9中的任一项所述的方法，还包括转换所述加工平台代表成用于控制加工厂硬件的计算机逻辑的步骤。
11.一种用于重新设计加工厂的方法，包括以下步骤：
接收用于现有加工厂的现有加工平台代表，所述加工平台代表包括至少一个设计元素；
确定所述现有加工厂的功能的至少一个变化，
关联功能的所述变化与来自设计元素数据库的至少一个相应的设计元素项，其中，每个设计元素项包括限定所述特定设计元素和其他设计元素之间的关系的一个或多个属性，以及
在所述现有的加工平台代表添加或删除所述至少一个设计元素。
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