CN108027986B - 连接方法、可视化系统和计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

提供测量或生产设置的连接方法。所述方法包括以下步骤：提供具有处理装置、输出装置和至少一个捕捉模块的可视化系统，由此所述至少一个捕捉模块能够捕捉属于工作空间的识别数据；在所述工作空间提供具有至少一个第一标记的第一设置组件；在工作空间提供具有至少一个第二标记的第二设置组件，其中，第二设置组件能够通过至少一个连接而连接到第一设置组件；由所述至少一个捕捉模块捕捉关于所述第一标记和所述第二标记的识别数据；识别第一标记和第二标记，由此处理装置从数据库检索分配给识别的第一标记和第二标记的相应的数字信息，并且由此处理装置基于检索到的数字信息和捕捉的识别数据对第一设置组件与第二设置组件的至少一个连接做出决定；根据所述决定输出所述第一设置组件和所述第二设置组件之间的所述至少一个连接的直观表示。

Description

连接方法、可视化系统和计算机程序产品
技术领域
本发明涉及测量或生产设置的组装的改进，具体而言是关于将所述设置的两个或更多个组件链接起来的连接。
背景技术
本领域已知从多个组件手动组装测量或生产设置。为此目的，组装和要组装的不同部件的正确连接被视觉检查和/或手动检查。在组装组件之前，操作员必须检查所有的连接，并且可参考技术数据表并选择可行的组件，以便按照预定的规格组装设置。
随着测量或生产设置的复杂性增加，设计和配置多个组件以及它们之间的连接变得越来越困难。这个问题对于生物制药工业中的单次使用设备是特别重要的，在该工业中，例如，一次性容器具有多个连接，用于输入和输出流体、用于接收电力、用于与传感器或其他元件通信，并且容器进一步连接到包含多个组件和连接的其他设备以形成配置为执行单个单元操作的复杂设置。
文献US 8749396 B2公开了一种增强现实系统，其采用与设置组件相关联的可变标记来决定两个组件之间的连接的建立是否正确。文献WO 2011/154072 A1公开了一种增强现实系统，其利用与设置组件相关联的标记来决定两个组件是否兼容。
本发明的目的是提出一种方法、一种可视化系统和一种计算机程序产品，其使得操作员能够通过有效地配置其连接和组件来设计和优化测量或生产设置。
发明内容
根据一个方面，提供了一种用于测量或生产设置的连接方法。该方法包括以下步骤：
-提供具有处理装置、输出装置和至少一个捕捉模块的可视化系统，由此所述至少一个捕捉模块能够捕捉属于工作空间的识别数据；
-在所述工作空间提供具有至少一个第一标记的第一设置组件；
-在所述工作空间提供具有至少一个第二标记的第二设置组件，其中，所述第二设置组件能够通过至少一个连接而连接到所述第一设置组件；
-由所述至少一个捕捉模块捕捉关于所述第一标记和所述第二标记的识别数据；
-识别所述第一和第二标记，由此所述处理装置从数据库中检索分配给所识别的第一标记和第二标记的相应数字信息，并且由此处理装置基于检索到的数字信息和捕捉的识别数据对所述第一设置组件与所述第二设置组件的至少一个连接做出决定；
-根据所述决定输出所述第一设置组件与所述第二设置组件之间的所述至少一个连接的直观表示。
根据另一方面，一种用于测量或生产设置中的连接的可视化系统。可视化系统包括：
-至少一个捕捉模块，能够捕捉属于工作空间的识别数据；
-处理装置，通信地连接到所述至少一个捕捉模块，并且能够：
检测由所述至少一个捕捉模块捕捉的所述识别数据中的第一设置组件的第一标记和第二设置组件的第二标记的存在，其中，所述第二设置组件通过至少一个连接能够连接到所述第一设置组件，
识别所述第一和第二标记，
从数据库检索分配给所识别的第一和第二标记的数字信息，
基于所检索的数字信息和所捕捉的识别数据，对所述第一设置组件与所述第二设置组件的至少一个连接做出决定；
-输出装置，用于根据处理装置的决定输出所述第一设置组件和所述第二设置组件之间的至少一个连接的直观表示。
根据进一步的方面，提供了一种计算机程序产品，具体而言是包含在计算机可读存储介质上的计算机程序产品，作为信号和/或数据流，用于测量或生产设置中的计算机辅助连接，其中，计算机程序包括编码段，当在合适的系统上加载和执行该编码段时，该编码段可执行根据第一方面的方法。
附图说明
以下参照示例性附图阐述示例性实施例的细节。从说明书、附图和权利要求，其他特征将是显而易见的。
图1示出利用物理标记追踪的多个组件之间的可配置连接的实例。
图2示出利用虚拟标记追踪的多个组件之间的可配置连接的实例。
图3示出了包括多个虚拟组件之间的流体连接的可配置设置的实例。
图4示出了配置图3的设置的实例。
图5示出了用于确定包括多个组件和它们之间的连接的设置的最佳配置的虚拟模拟的实例。
图6示出了用于确定包括多个组件和它们之间的连接的设置的最优定价的虚拟模拟的实例。
图7示出了标记装置及其使用的实例。
图8示出了利用如图7所示的多个标记装置的多个虚拟组件之间的可配置连接的实例。
图9示出了手动测量距离的外部测量工具的实例。
具体实施方式
在下文中，将参照附图给出实例的详细描述。应该理解的是，可对实例进行各种修改。具体而言，一个实例的一个或多个元件可被组合并且在其他实例中被用来形成新的实例。
本发明涉及通过可视化系统配置和显示物理、增强或虚拟设置组件之间的虚拟或增强连接。
设置的组件可以是属于测量或生产设置的设备的任何对象，诸如装置和/或系统。
用于测量或生产的设置可包括各种实验室设置或工业设置，诸如用于测试过滤装置的完整性和/或过滤能力和/或可过滤性的设置、用于测试容器和/或单次使用袋子的密封性的设置、用于充电、控制和/或放电生物反应器的设置、用于使用单次使用生物反应器容器、泵、深度过滤单元(用于细胞和细胞碎片去除)以及一次性存储袋的生物反应器过滤单元操作的设置等。
示例性地，所述组件可以是泵、阀、过滤装置、软管连接、烧瓶、反应器、容器、冷却器、加热器、供应端子、控制装置、传感器装置(例如温度传感器、压力传感器、光学传感器)及其组合。在一个实例中，组件可以是单次使用组件。
组件可彼此连接，其中连接可包括流体连接、电连接和/或机械连接。组件之间的连接可进行设置的所有输入和输出的移动、电力、数据和材料。示例性地，连接可以是管道、管子、软管、电缆、转盘及其组合。在一些实例中，连接可包括移动连接，即两端中的至少一个未固定的连接。移动连接可包括例如电缆的端部沿着其滑动同时维持连接的轨道，和/或自动地找到它必须连接的点移动的机械臂。
连接方法可以是计算机辅助的。使用可视化系统的连接方法可帮助配置和设计与多个连接相连接的多个设备组件，同时降低复杂系统的错误配置的可能性。通过改变组件及其连接的间隔和设置配置，可实现设置的优化。
可视化系统可以是增强现实、虚拟现实或混合现实系统。增强现实是物理现实环境的增强版本，其元素通过可包含对象和/或信息的计算机生成的输入来增强。虚拟现实是三维环境的计算机生成的模拟，三维环境可通过使用例如特殊的电子设备的人以看起来真实或物理的方式与之交互。混合现实是指将真实与虚拟对象和信息相结合的环境。
可视化系统输出的连接可以是虚拟环境中的虚拟连接或增强的连接，诸如现有设置之间的增强现实连接或现有物理连接的增强版本。类似地，可视化系统中可视化的组件可以是物理组件，因为它们对应于现实世界中存在的物理组件。可替代地，这些组件可以是基于真实世界的组件的增强组件，并且提供有诸如额外元件或叠加信息的补充特征。最后，这些组件可以是仅存在于可视化系统内的完全虚拟组件。
物理、增强或虚拟组件可位于工作空间中，其可包括整个设置或设置的一部分。工作空间可包含物理和虚拟组件的任意组合。例如，工作空间可以是实验室、车间、无菌室等。如果仅使用虚拟组件，则工作空间也可以是在可视化系统中生成的虚拟空间。虚拟现实设置可存在于物理工作空间内，并且可通过利用深度相机、激光测距仪、LIDAR、回声定位和/或其他室内扫描技术系统来扫描房间而生成。
组件在工作空间可至少有一个标记。根据一个实例，标记可以是嵌入和/或安装在装置、产品、部件、物品或消耗品或其组合上的物理类型，以从相应标记读取唯一识别和/或将相应识别地方化。标记也可以是组件本身的形状。标记可包括光学标记，诸如条形码、颜色代码、象形图、项目形状、字母数字字符或电磁标记，诸如射频识别(RFID)标签、金属条纹、音频标记、磁性标记或其他标记类型。
标记可包括标记装置，其可主动地将数据传送给可视化系统并且收集关于其周围的信息。标记装置可包括多个装置，包括但不限于感测装置，诸如相机、高速相机、电荷耦合装置(CCD)、RFID装置、近场通信(NFC)装置、麦克风、光电二极管、红外感测装置、运动追踪装置、眼动追踪装置、光感测装置、光谱感测装置以及用于完成特定工作任务的其他专用传感器装置；显示设备，诸如数字显示器、电子墨水显示器、液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、等离子显示器、平视显示器(HUD)、可佩带显示器、投影显示器、超高速投影显示器、荧光显示器、机械显示器、触觉显示器、音频显示器、超声显示器或用于完成特定工作任务的其他专用显示装置；通信装置，诸如比如通用串行总线(USB)连接、串行连接、RS-232连接、以太网连接、电话连接、DSL连接、光纤连接、电缆连接、BNC连接的有线连接或其他有线连接端口，诸如WiFi连接、蜂窝连接、有源RFID连接、NFC连接、无线电连接、视觉连接的无线通信装置或其他无线源；和电力装置，诸如可再充电电池、蓄电池、电源线或其他有线连接、电力通信端口(USB)、太阳能电池、机械电源、机电电源(诸如手摇柄)，或无线电源。
根据另一实例，标记可以是模拟的虚拟标记，其包括显示在可视化系统的输出装置上的虚拟地理空间位置。虚拟标记可使用从捕捉模块获取的并由处理装置处理的工作空间中的位置被定位在输出装置上。虚拟标记可使用至少一个输入装置虚拟地移动到工作空间内的位置。至少一个输入装置可以是以下种的任一者：触摸屏装置、手部追踪装置、手势追踪装置、身体追踪装置、眼动追踪装置、注视追踪装置、肌电图(EMG)追踪装置、大脑或人为控制界面以及其他外部连接的外围装置，如键盘、鼠标、手写笔和戴手套的传感器。
标记还可以是可变标记，即当相应设置组件与另一设置组件断开连接时标记处于第一标记状态，并且当相应设置组件连接至另一设置组件时标记处于第二标记状态的标记，并且其中，当组件连接时，可变标记从第一标记状态变为第二标记状态。
可视化系统可包括处理装置、输出装置和至少一个捕捉模块。
处理装置可包括微控制器、微处理器和/或集成电路，其被配置为从至少一个捕捉模块接收数据并将数据传输到输出装置。处理装置可以是诸如个人计算机、移动计算装置、可穿戴计算装置或通过通信装置链接到云计算装置的装置的计算系统的一部分。
输出装置可包括以下诸如监视器、视觉触摸屏、投影仪、移动装置屏幕、笔记本或台式计算机屏幕、平视显示器、头戴式显示器(例如具有合并显示器的眼镜)、可穿戴显示器的显示装置、打印机、触觉装置、有线或无线音频/视觉/感官装置中的任一者或这些装置的组合。显示装置可被配置用于将增强现实、虚拟现实和/或混合现实图像作为具有第一标记和/或第二标记和/或相应的第一和/或第二组件的合并的或新的显示显示给操作员。输出装置可包括触觉装置，用于输出增强图像或虚拟图像作为合并的显示或输出，用于物理地感测相应的标记。增强图像或虚拟图像可根据用户对各个标记的选择性定位来调整和/或显示。增强图像或虚拟图像的显示可被改变以根据标记的位置和方向实时地显示合并的显示。
至少一个捕捉模块可包括以下中的任何一个：相机装置、摄像机、RFID扫描仪装置、全球定位系统(GPS)装置、条形码扫描仪装置、麦克风、激光读取装置、电子信号检测器、医疗扫描仪、来自工业和/或实验室和/或制药设备的电子或视觉输入检测装置、运动检测系统、视觉检测系统、音频检测系统、感官检测系统、(红外)深度扫描装置、激光扫描装置、LIDAR系统、雷达系统、回声定位系统、卷尺、尺子、角尺、水平仪或这些装置的组合。在一个实例中，捕捉模块可用于捕捉关于标记的识别数据，诸如标记的外观和/或实时位置。在另一实例中，至少一个捕捉模块可用于无标记地追踪该组件，例如，通过使用深度扫描装置或雷达系统。无标记追踪可能产生空间的物理坐标，并且不需要物理组件。无标记追踪可使用例如深度扫描仪扫描房间，并将组件放置在由操作员或基于房间布局由软件选择的位置上。
捕捉模块可包括测量标记，该测量标记可位于组件处或组件上以供捕捉模块进行测量。测量标记可包括视觉标记、电磁标记、RFID、金属条纹、磁性标记、音频标记或其他标记类型。
至少一个捕捉模块可通过有线或无线通信系统将识别数据提供给处理装置和/或输出装置。至少一个捕捉模块可由电源线、通电数据电缆(USB)、蓄电池和/或无线电源供电。
至少一个捕捉模块可位于工业制造领域和/或加工、采矿、石化、能源、汽车、航空航天、建筑、水净化、水处理、制药和生物制药领域的实验室或在工作空间内。
至少一个捕捉模块可被设置为单个、多个、远程或联网装置。单个捕捉模块可放置在工作空间内部或外部的固定位置或可移动位置，并且可通过有线或无线连接直接连接到处理装置和/或输出装置。多个捕捉模块可放置在工作空间的内部和/或外部的固定位置和/或可移动位置，并且可通过有线或无线连接直接连接到处理装置和/或输出装置或连接到其他捕捉模块。远程捕捉模块可远离工作空间单元放置，但在由软管、管子和/或管线连接的远程工作空间内。联网捕捉模块可位于工作空间的内部和/或外部的固定位置和/或可移动位置，并可连接到其他捕捉模块或通过可包含多个位置和多个系统的连接集线器连接。这些联网集线器可通过有线或无线连接来连接到单个处理装置和/或多个处理装置和单个显示装置和/或连接到多个显示装置。
取决于捕捉模块，识别数据可包括由相机在工作空间捕捉的图像数据，从条形码读出的数据和/或RFID/NFC标签、音频数据、视频数据，测量数据等。
至少一个捕捉模块和/或输出装置可以是移动装置的一部分。换句话说，移动装置可包括诸如显示器或触摸屏的输出装置和/或至少一个捕捉模块，其中，不是移动装置的一部分的进一步的捕捉模块可经由有线或无线连接连接到移动装置，具体而言是输出装置。此外，处理装置也可以是移动装置的一部分。换句话说，可视化系统可被设计为移动装置，诸如智能电话、可穿戴装置或移动计算机。
一旦关于标记的识别数据已经被至少一个捕捉装置获取，则处理装置可识别标记。标记的识别可包括识别标记本身以及识别的标记与独特组件或相同组件的类型的分配或关联。标记与组件或组件类型之间的分配可根据可存储在数据库中的分配列表来执行。进一步的数字信息可被分配给数据库内的所识别的标记。
额外的数字信息可包括但不限于数据表、说明书、认证、使用说明、验证指南、备件清单、装配图；序列号、型号和批号(lot)/批号(batch number)；重新排序信息、定价信息或提供给操作员的任何其他有用的信息。
例如，数据表和/或配置参数可包含在数据库中，该数据库可以是本地数据库或远程数据库。数据库可被分成多个本地和/或远程数据库，每个数据库可包含不同类型的信息。有关组件的信息也可存储在标记本身中。例如，二维条形码或RFID标签包括一定量的信息存储容量，例如，数百或数千字节，以便存储关于安装相应标记的组件的特定数据。近期的物品或产品的最近的数据表和更新的配置参数可由制造商或相应的物品或产品的销售代表经由远程数据库提供。远程数据库可经由互联网连接、无线连接、串行连接或电话线获得。
因此，可视化系统可基于所检索的数字信息和所捕捉的识别数据来检测多个物理、增强或虚拟组件之间的性质和关系，并且随后决定组件之间的连接。示例性地，捕捉模块可测量工作空间的尺寸以及组件之间的距离，无论是物理的还是虚拟的。决定步骤可包括通过处理装置基于例如组件的性质、组件的距离、工作空间的总体尺寸(dimension)以及连接的松弛程度为组件选择合适的连接。可从数据库中示例性地检索适当的连接。在另一实例中，关于连接的决定可对应于处理装置基于可用数据对组件的合适连接的计算。
可视化系统然后可根据处理装置的决定向操作员提供组件之间的可配置虚拟连接。数字信息和识别数据的至少一部分可被传送到输出装置。通过处理装置，可输出组件及其虚拟连接的视觉模型。视觉模型表示可包括可调节的配置参数，诸如组件的大小(size)、连接的直径(例如管道或管子)，所使用的材料等。配置参数可经由输入装置手动更改或自动优化以确定过程设置的最佳配置。示例性地，如果组件和/或它们的相应标记由操作员在工作空间内移动，则可视化系统可捕捉更新的识别数据并且将组件之间的虚拟连接调整到组件之间的新的分隔距离。
如上所述，设置的组件可以是物理的、增强的或虚拟的组件。而且，标记可以是物理标记或虚拟标记。连接方法可应用于组件和标记的任何组合。
图1示出利用物理标记追踪的多个组件之间的可配置连接的实例。根据该实例，第一组件10、第二组件12和第三组件14可设置在具有相应的标记20，22和24的工作空间中。标记20，22和24可以是存在于真实世界的物理标记，而组件10，12和14可以是虚拟组件。可视化系统的至少一个捕捉模块可捕捉关于标记20，22和24的识别数据，识别数据示例性地包括物理标记20，22和24在工作空间内的放置。处理装置可配置虚拟组件10，12和14，利用物理标记缩放和定位，并相应地经由输出装置向操作员显示。
图1的视图“A”是三个虚拟组件10，12和14的俯视图。在一个实例中，组件10，12和14可表示单独的工艺设备，诸如生物反应器、过滤器，和储罐。在另一实例中，组件10，12和14可替代地代表单次使用的产品，诸如单次使用的袋子、过滤器和容器。示例性地，物理标记20，22和24可以是视觉条形码标记20、基于视觉图像的标记22和标记装置24，其将参考图7更详细地描述。处理装置可识别物理标记20，22和24以及检索相应的数字信息，例如关于组件的性质。处理装置然后可基于检索到的数字信息和捕捉的识别数据来对组件之间的连接做出决定。如视图“A”所示，可视化系统可根据该决定输出组件10，12和14之间的连接16和18的直观表示。例如，组件10和12之间的连接16可以是虚拟连接，组件12和14之间的连接18可以是增强或虚拟连接。这些连接可能包括但不限于管道、管子、流体连接、电缆连接、转盘等。
图1的视图“B”是三个虚拟组件10，12和14的俯视图，其中物理标记20，22和24的位置已经被移动。因此，可视化系统可修改组件的虚拟放置并且重新评估其关于组件之间的连接的决定(例如，重新计算连接)，输出修改的连接16’和18’。关于视图“A”，第一组件10已经被移回，第二组件12已经向前移动，并且第三组件14已经被向后移动到右侧。这些虚拟组件之间的可视化连接16’和18’可由处理装置基于物理标记20，22和24的移动自动调整位置和长度。物理标记20，22和24的移动可被至少一个捕捉装置检测到，并且相应的虚拟组件10，12和14可由处理装置重新定位，并且相应地由输出装置显示给操作员。
图1的视图“C”是根据另一实例的三个虚拟组件10，12和14的俯视图，其中物理标记20，22和24的位置已经移动的。第一组件10已经向左移动，第二组件12已经向右移动并且成角度，并且第三组件14已经向前移动并且成角度。这些虚拟组件之间的连接16”和18”基于物理标记20，22和24的移动而被自动调整。除了虚拟组件10，12和14之外，物理组件26，诸如罐，可存在于相同的工作空间内，并且可在虚拟组件和物理组件之间配置虚拟连接28。例如，物理组件26可具有与第一组件10的虚拟连接28。物理组件26可具有放置在其上的物理标记以供可视化系统进行检测和定位，使得物理组件26和链接到物理标记20，22和24的虚拟组件10，12和14之间的虚拟连接28可被决定并输出。
图2示出了利用虚拟标记追踪的多个组件之间的可配置连接的实例。视图“A”显示第一组件30、第二组件32和第三组件34，可作为虚拟组件设置在工作空间中。根据一个实例，捕捉装置可执行测量以确定工作空间的布局，其可由处理装置精心设计并由输出装置显示。然后操作员可使用虚拟标记追踪来将输出装置处的工作空间内的组件30，32和34缩放和定位。虚拟标记追踪可包括但不限于虚拟标记、基于边缘的追踪、纹理追踪、深度扫描、GPS位置追踪、SLAM追踪、地形映射和虚拟可变标记追踪。例如，操作员可输入并随后改变虚拟组件的位置和/或尺寸，利用诸如触摸屏、手部追踪、身体运动、注视追踪和其他追踪或其组合的输入装置和/或方法。可视化系统的至少一个捕捉模块可捕捉关于虚拟标记的识别数据，并且处理装置可识别虚拟标记并检索相应的数字信息。处理装置然后可对组件之间的连接做出决定，并且可视化系统可根据该决定输出组件30，32和34之间的连接36和38的直观表示，如视图“A”所示。例如，组件30和32之间的连接36可以是虚拟连接，组件32和34之间的连接38可以是增强或虚拟连接。
图2的视图“B”是三个虚拟组件30，32和34的俯视图，其中虚拟标记的位置已经经由输入装置被修改。因此，可视化系统可修改组件的虚拟放置并重新评估其关于组件之间的连接(例如，重新计算连接)的决定，从而输出修改的连接36’和38’。相对于视图“A”，第一组件30已经移回，第二组件32已经向前移动，并且第三组件34已经向后移动到右侧。这些虚拟组件之间的可视化连接36’和38’自动地可由处理装置基于视觉标记的位移自动调整位置和长度。
图2的视图“C”是根据另一实例的三个虚拟组件30，32和34的俯视图，其中虚拟标记的位置已经经由输入装置被修改。第一组件30已经向左移动，第二组件32已经向右移动并成角度，并且第三组件34已经向前移动并成角度。基于虚拟标记的位移来自动调整这些虚拟组件之间的连接36”和38”。除了虚拟组件30，32和34之外，物理组件40，诸如罐，可存在于相同的工作空间内，并且可在虚拟组件和物理组件之间配置虚拟连接42。例如，物理组件40与第一组件10可具有虚拟连接42。物理组件40可具有放置在其上的物理标记，用于由可视化系统进行检测和定位，使得物理组件40以及链接到虚拟标记的虚拟组件30，32和34可被决定并输出。
如上所述，除了或可替代物理标记和/或虚拟标记，可由可视化系统利用无标记追踪在工作空间中定位组件并且识别这些组件。捕捉模块可直接捕捉有关组件的识别数据，而不需要标记，并且有关组件的数字信息可由处理装置基于所捕捉的识别数据检索。
无论是使用标记还是无标记追踪或两者的结合，可视化系统都可在工作空间中定位组件，并通过它们之间的连接输出组件的可视化表示。组件、它们之间的连接以及组件和/或连接的参数可由操作员通过可视化系统或通过链接到可视化系统的外部输入装置来改变。操作员可移动工作空间内的物理标记或者通过输出装置移动虚拟标记的位置以改变组件的定位。因此，对可视化系统的输出装置显示的工作空间内的连接和相关组件的虚拟长度的定位和测量可被修改。
图3示出了包括多个虚拟组件之间的流体连接的可配置设置的实例。在这个实例中，组件是两个容器，可容纳流体体积。容器可直接由标记和/或无标记的追踪来表示，或者可以是与追踪相关联的设备的内部组件，诸如生物反应器和储罐。容器150可以是容纳流体152的进料容器，并且容器162可以是容纳经处理的流体166的存储容器。在捕捉模块捕捉关于容器150和162的识别数据之后，可视化系统的处理装置可处理容器150和162在工作空间中的定位。处理装置可随后对容器150和162之间的连接做出决定，并经由输出装置输出连接的虚拟表示。在这个实例中的虚拟连接可包含包括但不限于一定长度的用于承载流体152的管道156、用于移动流体152的流体泵158和/或用于处理流体152的过滤器60的元件。容器150和162可分别包括通风过滤器154和164。
操作员和/或计算机程序可改变组件及其连接的参数以适应设置规范的需要和/或优化设置。图3的设置的参数可包括但不限于：进料容器150的尺寸和体积；容器150内的流体152的流体类型、体积和粘度；将影响排放速率的进料容器50顶部的通风过滤器154的尺寸；进料容器150上的出口端口的尺寸、直径和类型；将影响流速和压力极限的管道156的类型、长度和直径；用于移动流体152通过管道156的长度的泵158的类型、尺寸和速度；用于处理流体152的过滤器160和/或过滤器系列的类型、尺寸和压差；存储容器162上的入口端口的尺寸、直径和类型；存储容器162的尺寸和体积；以及将影响填充速率的存储容器162顶部的通风过滤器164的尺寸。另外地或可替代地，可访问数据库以确定组件的已知、测试或优化的组合，诸如具有特定类型的过滤器的体积、速度、堵塞速率和压差额定值的简况的过滤性能数据库，所述特定类型的过滤器具有诸如营养介质的特定流体。
如所解释的，操作员和/或计算机程序可通过改变与设置相关联的多个组件之间的参数、尺寸和/或距离来虚拟地配置优化的设置。图4示出了配置图3的设置的实例。在该实例中，操作员可通过可视化系统的输出装置和/或外部输入装置利用输入装置手动配置设置。例如，操作员可使用每种产品类型的一系列选择转盘手动选择组件。进料容器转盘170可用于选择进料容器150的体积、尺寸、类型、膜材料、材料兼容性和端口。操作员可使用内部和/或外部运动追踪装置在转盘轮上滑动手，以选择所需的组件。操作员可进一步向下钻到用于进料容器150的设备转盘171，在那里提供用于混合类型和其他规格的选项。介质转盘172可用于选择流体152的介质类型、处理格式(粉末、液体或袋)、体积和粘度以填充容器150。传感器转盘173可被用来选择用于监视进料容器150的传感器端口151的传感器监视类型(例如，单次使用的传感器、pH、溶解氧、温度、活力……)。通风过滤器转盘174可用于选择用于适当地排出容器150的通风过滤器154的类型、材料、尺寸、过滤面积、连接和消毒方法。管道转盘176可用于选择用于在所需时间范围内移动流体152的管道156的类型、直径、长度、最大压力、耐化学性、材料、连接和断开方法、消毒方法和相关组件(歧管、分流器、“Y”和“T”连接器等)。泵转盘178可被用来选择用于移动流体152通过管道156的泵158的类型、尺寸、功率、头部、连接类型和压力额定值。过滤转盘180可用来选择用于处理流体152的过滤器160或过滤器组，基于化学兼容性性、材料类型、尺寸、过滤面积、连接、消毒方法、压降和可过滤性简况，用于适当处理来自容器150的流体152。存储容器转盘182可被用来选择用于存储容器162的体积、尺寸、类型、膜材料、材料兼容性和端口。通风过滤器转盘184可被用来选择用于适当填充容器162的通风过滤器164的类型、材料、尺寸、过滤面积、连接、以及消毒方法。操作员可利用菜单选择按钮168访问附加特征。通过这些菜单选择按钮168并入可视化系统的用户界面设计中并使用输入装置进行选择，操作员可访问数据库以获得以前测试的组件的组合，诸如膜类型与介质材料或过滤性数据库的化学兼容性，以便用流体处理过滤器确定该特定介质类型的堵塞简况。操作员可附加地或可替代地选择处理装置以优化单元操作的特定组件，或者优化单元操作中的所有组件，基于当前可用的数据库以及该客户或使用类似的材料和产品组合的其他客户的选择历史。
可视化系统的处理装置可进一步被配置为执行所配置的设置的功能的模拟。模拟可基于涉及第一和第二设置组件的尺寸、组件之间的连接的尺寸以及由操作员设置的所需参数的计算。通过模拟设置的功能，可视化系统可自动识别瓶颈、限制、不完整的路径、死角、缺少的组件、错误的连接和/或其他无意义的配置。为了执行模拟，处理装置可利用设置组件、尺寸和附件组件的配置器数据库。根据一个实例，配置器数据库还可用于基于模拟来自动优化用于所请求的参数的设置的功能。根据另一个实例，可通过利用输入装置从配置器数据库中选择组件、尺寸和附件组件来手动地部分或完全地优化模拟功能。可视化系统可附加地或可替代地用于基于对每个单独组件进行的改变来运行模拟，以确定对处理时间、成本、消耗品、安全性和其他因素的影响。执行模拟特别有用，因为设置的复杂性增加或者如果连接了多个设置，这很容易导致在构建设置和/或订购组件之前难以追踪的数百个连接。
考虑如图3和图4所示的示例性设置，可进行基于一组参数的模拟和相应的计算，以确定所需的流速、排放速率或通过过程设置的流体通风速率。例如，流体连接的模拟可包括计算第一容器和第二容器的体积以及管的尺寸(长度、直径、材料类型)、附件组件的尺寸(诸如通风过滤器尺寸、泵尺寸等)以获得流速，然后通过可视化系统的输出装置将其提供给操作员。
用于流体连接的模拟还可允许操作员通过虚拟流体连接可视化从第一容器移动到第二容器的虚拟流体材料。可显示设置中缺少的任何组件，例如通过显示泄漏的虚拟流体来代替缺失的组件以突出操作员完成配置的需要。
可视化系统可具有到一个或多个供应商的现有物理设置的虚拟连接，其中输出被测量并被确定为到下游处理设备的输入的速率。还可进行额外的计算，诸如将批次分成多行，或者通过在保持罐或储罐中添加批处理。
图5示出了用于确定包括多个组件和它们之间的连接的设置的最佳配置的虚拟模拟的实例。在这个实例中，操作员可通过可视化系统利用输入装置手动地配置用于设置的虚拟组件。操作员可测试是否所有的虚拟连接都是合适的，如果对参数、组件和/或规格做出任何改变，可测试对流体流动的影响。所述设置可示例性地包括虚拟组件，所述虚拟组件包括填充有流体202的单次使用的进料袋200、所述流体202使用通风过滤器204来排出，连接到所述出口端口的一段管道206，用于移动所述流体202通过管道206的泵208，用于将进料流体202分成多个容器的歧管210，处理过滤器212和214以及包含用于填充的通气过滤器的三个存储容器220，222和224。操作员可启动流体模拟，其中虚拟泵208基于流体202的已知参数和行为开始并且移动虚拟流体202通过组件。在一个实例中，在设置的手动配置期间，操作员可能无意中忘记在歧管210和存储容器224之间建立连接。运行模拟的可视化系统可通知操作员缺失的连接216，其中通过可视化虚拟流体由于缺少连接而泄漏218而加强通知。
另外或者作为设置的功能模拟的替代，成本分析模拟可由可视化系统运行。成本分析模拟可提供设置的价格报价以及任何成本节省计算、折扣、客户个性化定价或来自设置的其他销售激励，并在输出装置上显示成本信息。另外，可视化系统可使操作员能够通过使用输入装置的输出装置接受提供的价格报价。订单然后可被自动地放置和处理以购买已优化的设置的组件。
图6示出了用于确定包括多个组件和它们之间的连接的设置的最优定价的虚拟模拟的实例。
在该实例中，与图3示出的实例类似，该设置可包括进料容器150、进料流体152、通风过滤器154、管道156、泵158、过滤器60、存储容器162和通风过滤器164。操作员可运行成本分析模拟230，该成本分析模拟230从配置的设计中计算针对所有组件的运营商公司的定价，并且可确定资本设备的成本、消耗品的成本、单批运行的成本、利用竞争对手组件的当前工艺所节省的费用、基于批次运行次数的耗材的年度成本以及所有权总成本。计算的成本可包括但不限于设备、配件、消耗品、服务、更换部件、用电量、处置成本和购买决策过程的其他相关因素。单独和/或配对组件的定价可以是运营商公司特有的，并且可在购买期内并入任何机构折扣、优选定价和/或任何销售。操作员可通过菜单选择按钮232来选择附加功能，菜单选择按钮232可结合到可视化系统的用户界面设计中，并使用输入装置进行选择。操作员可利用菜单选择按钮232获得配置和设计的设置的正式报价以及任何相关的文档和图表。操作员可利用菜单选择按钮232来与本地销售代表讨论关于设置或定价的问题的配置和设计的设置，或与他的专家推荐(未示出)的训练有素的应用专家讨论。操作员可利用菜单选择按钮232来直接订购配置和设计的设置的组件，或者设置用于全年的组件的计划交付的一揽子采购订单。系统可通知操作员相关的订货至交货时间、延误以及可用的备件以满足所需的交货时间表。
图1和图2显示了使用物理或虚拟标记进行可配置连接的实例。图1的物理标记之一是标记装置的形式。如上所述，标记装置尤其可包括可用于扫描工作空间并测量其内的距离的感测装置。在一个实例中，与一个或多个组件相关联的一个或多个标记装置的感测装置可与可视化系统的捕捉装置通信。在另一实例中，与一个或多个组件相关联的一个或多个标记装置的感测装置可用作可视化系统的捕捉装置，并且与处理装置和输出装置进行通信。标记装置本身可以是标记，和/或它可包括显示装置以显例如视觉标记和/或关于相关联的组件的信息。
图7示出了标记装置及其使用的实例。视图“A”是包括能够在工作空间内执行测量的感测装置54的标记装置50的俯视图。感测装置54可通过扫描和测量空间内的距离收集关于标记装置50在诸如工作空间之类的空间内位于哪里的位置信息。在一个实例中，感测装置54可额外地测量操作员的定位、与一个或多个虚拟或物理组件相关联的一个或多个其他标记的定位和/或空间内的其他物体的定位。因此，感测装置54可测量标记装置50与空间中的其他元件之间，和/或其他元件之间的距离。
感测装置54可包括但不限于深度扫描装置(红外，RGB-D等)、激光测距装置、LIDAR装置、雷达装置、音频装置(诸如用于回声定位或设备定位)、超声装置、GPS装置、本地化定位系统、基于房间的定位系统、运动感测装置、卷尺或其他测量装置或可扫描和测量工作空间的边界以及工作空间内的设备和人员的其他装置。
标记装置50可包含显示装置52。显示装置52可以是用于视觉通信的装置。在一个实例中，显示装置52可向操作员显示视觉标记，诸如可变标记和/或信息(诸如关于与标记装置50相关联的组件的数据、指令等)。另外或可替代地，显示装置可用作通过位移装置52本身或者通过与显示装置52通信的多个中间计算机与可视化系统进行视觉通信的方法。标记装置50可包含多个按钮58，这些按钮可被用作输入装置以输入或改变标记装置50所呈现的信息。
标记装置50可包含光感测装置64，其可检测工作空间内的光的水平。根据一个实例，光感测装置64可被用于自动调节显示装置52的屏幕亮度以用于例如操作员的最佳观看和/或与另一装置的最佳通信。另外地或可替代地，光感测装置64可被用来确定例如操作员或装置和标记装置50之间的视觉通信路径是否被障碍物阻挡，并且视觉通信序列可被停止，直到障碍物被清除。
标记装置50可包含一个或多个照相机60，其可用于将信息视觉传达给另一个装置和/或可用作感测装置，除了主要感测装置54之外或与主要54协作。如果感测装置54是音频发射装置、超声装置或其他音频频谱装置，则可变标记装置50可包含一个或多个麦克风和/或监听装置62以与主要感测装置54结合使用。麦克风可另外或可替代地用于接收来自操作员的音频指令，用于提供信息、改变显示或者改变标记装置50的设置。结合麦克风和监听装置62，标记装置50上可有扬声器(未示出)，以向操作员提供音频信息。
标记装置50可包含内部处理和通信组件66，该内部处理和通信组件66包括处理装置68、诸如闪存之类的存储装置70、诸如无线通信装置(例如WiFi或
Figure BDA0001596962790000181
通信)的通信装置74以及电力装置72，诸如电池或包括感应充电电池或太阳能电池的有线或无线电源。
标记装置50可包含连接端口56，诸如USB端口，其可被用作有线/无线通信端口，用于向标记装置50传输数据和从标记装置50传输数据和/或用于标记装置50内部的电力装置72的有线/无线充电。
标记装置50可另外包括可被固定或可移除的附件装置(未示出)，诸如粘合剂层、吸盘、磁体、魔术贴或其他附件装置，以将标记装置50放置在工作空间内或工作空间内的特定现有设备上。在另外的实施例中，RFID或其他形式的电子通信可与标记装置50一起使用，用于将位置和其他基于标记的信息传送给显示装置52。
图7的视图“B”是标记装置50的俯视图，同时利用感测装置54来扫描和测量周围的工作空间76。由感测装置54收集的信息可用于相对于工作空间、相对于其他标记装置，和/或相对于操作员定位虚拟和/或物理对象。可在显示装置52上显示具有位置信息的感测到的工作空间76。该位置信息可用于确定在虚拟和/或物理组件之间测量的距离，提供实时测量，并且提供测量结果和虚拟和/或物理组件之间的虚拟连接的位置。
图7的视图“C”是包含多个标记装置的工作空间78的顶视图，以向操作员90提供标记装置所关联的虚拟组件82，84，86和88的视图以及他们之间的虚拟连接，经由可视化系统输出装置。工作空间78可包括存在于房间内的物理组件80，诸如储罐，以及利用标记装置在工作空间78内定位的虚拟组件82，84，86和88。用于组件82，84，86和88的标记装置可使用它们的感测装置来扫描工作空间78，并且测量工作空间，彼此之间的距离，到诸如物理罐80的工作空间78内的物理组件的距离，到操作员90的距离，以及为每个物理和虚拟对象之间的连接提供测量。标记装置可通过无线通信方法和/或通过视觉通信方法将它们的位置和测量数据直接传送给可视化系统。标记装置可附加地或替代地将位置和测量数据传送到位于工作空间78内或附近的计算机，诸如云计算资源的远程计算机系统，或者通过网络或工作空间78内部和/或外部的多个装置之间的分布式计算网络。
图8示出了利用如图7中所示的多个标记装置的多个虚拟组件之间的可配置连接的实例。图8是与包括输出装置的可视化系统组合使用的三个标记装置100，104和108的俯视图。标记装置100，104和108位于工作空间内，并分别为虚拟组件102，106和110提供定位和缩放。操作员查看可视化系统的输出装置上的虚拟组件102，106和110。虚拟组件102，106和110可经由虚拟连接112和114由可视化系统连接。这些虚拟连接112和114可被缩放以匹配每个虚拟组件102，106和10的尺寸。标记装置100，104和108之间的距离可由操作员利用可视化系统的捕捉模块测量或者可由标记装置100，104和108自身上的感测装置进行扫描。另外或可替代地，标记装置100，104和108可彼此通信以向彼此提供测量。标记装置100，104和108之间的这种通信可通过诸如通过
Figure BDA0001596962790000201
WiFi或其他电子通信方法的通信装置发生，通过检测由另一标记装置的感测装置发射的信号，通过相机以及用于视觉通信的显示屏幕，或者通过每个装置上的音频装置和麦克风。
根据一个实例，标记装置100可从标记装置104的范围内并且可由标记装置104检测到的传感装置发出信号116。可测量信号116的信号强度、方向、位置、距离，以及被识别为来自另一个装置。标记装置104和108可发射不在标记装置104和108本身的范围内但是在标记装置104和108的感测装置检测极限的范围内的信号118和120。发射信号118和120中的这个重叠122在标记装置104和108的感测装置的检测范围内。因此，发射信号118和120仍然可被检测到。发射信号118和120的这种检测可用于测量信号强度、方向、位置、距离以及区分可变标记装置104和108的任何唯一识别符。
如上所述，捕捉模块可执行关于工作空间和组件的许多不同类型的数据采集，其中之一是距离的测量。同样参考图7和图8讨论的标记装置的感测装置被配置为测量距离。可替代地或另外，可使用外部测量工具来测量距离。根据一些实例，外部测量工具可与捕捉模块和/或标记装置集成。外部测量工具可包括测量标记，该测量标记可被定位在用于测量的组件处或之上。测量标记可由视觉标记、电磁标记、RFID、金属条纹、磁性标记、音频标记或其他标记类型组成。
图9显示了用于手动测量距离的外部测量工具的实例。在这个实例中，使用卷尺来手动测量对象之间的距离。虽然在这个实例中是用卷尺来表示的，但是尺子、角尺、水平仪或其他工具可使用相同的方法。视图“A”是具有锁定机构302、卷绕的带子304、卷尺止挡上的视觉识别标记306以及滑动视觉识别标记308的卷尺300的侧视图。滑动视觉识别标记308可在卷尺止挡上在视觉识别标记306与卷尺300的主体之间沿着卷绕的带子304滑动。如果视觉标记的尺寸已知，则相机或其他感测装置可准确地测量两个视觉标记的位置之间的距离。卷尺止挡上的视觉识别标记306与滑动视觉识别标记308之间的尺寸测量可利用可视化系统的输出装置上的输入装置或通过外部输入装置来记录。
图9的视图“B”是具有锁定机构312、卷绕的带子314、卷尺止挡上的磁性标记316和滑动磁性标记318的卷尺310的侧视图。滑动磁性标记器318可以在卷尺止挡上的磁性标记316与卷尺310的主体之间沿着卷绕的带子314滑动。如果标记具有已知的大小和极性，可检测磁场的感测装置可利用磁力计准确地测量两个磁性标记的位置之间的距离。卷尺止挡上的磁性标记316和滑动磁性标记318之间的尺寸测量可使用可视化系统的输出装置上的输入装置或通过外部输入装置来记录。
图9的视图“C”是具有锁定机构322、卷绕的带子324、位于带子324上方的诸如相机的感测装置326以及并入到卷尺320的设计中和/或附接在外部的标记装置328的卷尺320的侧视图。由于卷尺是卷绕的，感测装置可通过读取数字、条形码或其他编码系统或诸如红外线的不可见编码来检测沿着长度的测量。感测装置可位于卷尺320主体的外部或内部。例如，如图所示，感测装置326可结合到锁定机构322的设计中。在另一实例中，感测装置可以是旋转轮或其他机构，其在记录测量位置之前可准确地确定分配和收回的卷尺的旋转次数。标记装置328可通过有线和/或无线连接而连接到感测装置326。可变标记装置328可接收来自感测装置326的测量结果，并利用视觉通信、电子通信或其他通信方法将它们传送给可视化系统。可变标记装置328上的按钮可记录用于与可视化系统通信的测量。在完成测量的发送之后，可视化系统可向标记装置328传回已经接收到数据。然后可将测量结果并入到增强和/或虚拟内容中，以向操作员提供工作空间内的物理和/或虚拟组件之间的距离以及组件之间的虚拟连接。

Claims (20)

1.一种用于选择测量或生产设置内的连接的方法，包括以下步骤：
-提供具有处理装置、输出装置和至少一个捕捉模块的可视化系统，由此所述至少一个捕捉模块能够捕捉关于工作空间中的物体的识别和空间数据；
-在所述工作空间提供多个第一设置组件，每个所述第一设置组件具有至少一个第一标记；
-在所述工作空间提供多个第二设置组件，每个所述第二设置组件具有至少一个第二标记，其中，每个所述第二设置组件都能够通过至少一个连接组件而连接到所述多个第一设置组件中一个指定的第一设置组件；
-由所述至少一个捕捉模块捕捉关于所述第一标记和所述第二标记的识别数据，以识别所述第一标记和所述第二标记，其中，所述至少一个捕捉模块测量空间数据，所述空间数据包括所述工作空间的尺寸和所述至少一个第一标记和所述至少一个第二标记之间的距离中的至少一者；
使用所述处理装置从数据库中检索分配给所识别的第一标记和第二标记的数字信息；
使用所述处理装置基于检索到的数字信息和测量到的空间数据确定将所述指定的第一设置组件连接到所述多个第二设置组件的至少一个第二设置组件的至少一个连接组件；以及
-输出所确定的连接所述指定的第一设置组件与所述至少一个第二设置组件的所述至少一个连接组件的可配置直观表示。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可视化系统是增强现实系统、虚拟现实系统和混合现实系统中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所捕捉的识别数据包括所述第一标记和所述第二标记在所述工作空间内的位置，并且所述方法进一步包括：当所述第一标记和所述第二标记中的至少一者在所述工作空间内的位置被修改时，修改确定所述至少一个连接组件的决定。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，连接所述第一设置组件和所述第二设置组件的所述至少一个连接组件包括以下中的至少一者：流体连接、数据连接、移动连接、电力连接、输入连接和输出连接。
5.根据权利要求1所述的法，其中，所述至少一个捕捉模块将所述空间数据传送给所述输出装置。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述至少一个捕捉模块包括测量标记。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个捕捉模块包括以下至少一者：相机、摄像机、深度扫描装置、激光扫描装置、LIDAR装置、雷达、信号扫描装置、音频扫描装置和回声定位装置、卷尺、尺子、角尺和水平仪。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一设置组件和所述第二设置组件中的至少一者是单次使用组件。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，设置组件的所述第一标记和所述第二标记中的至少一者由具有至少两个不同状态的可变标记组成。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，设置组件的所述第一标记和所述第二标记中的至少一者由至少一个虚拟标记组成，所述至少一个虚拟标记使用由所述至少一个捕捉模块捕捉到的在所述工作空间中的位置定位在所述输出装置上，并由所述处理装置处理。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，使用至少一个输入装置将所述至少一个虚拟标记虚拟地移动到所述工作空间内的位置。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个输入装置是以下中的至少一者：触摸屏装置、手部追踪装置、手势追踪装置、身体追踪装置、眼睛追踪装置、凝视追踪装置、肌电图(EMG)追踪装置、人控界面、键盘、鼠标、触控笔以及戴手套的传感器。
13.根据权利要求1所述的方法，进一步包括执行包括所述第一设置组件和所述第二设置组件以及所述第一设置组件和所述第二设置组件的所述至少一个连接组件的设置的功能的模拟。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述模拟基于所述第一设置组件和所述第二设置组件的大小、连接组件的所述至少一个连接组件的尺寸以及由操作员输入的至少一个参数组。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述模拟由所述处理装置基于至少一个设置参数利用设置组件、尺寸和附件组件的配置器数据库来自动优化。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述模拟通过利用输入装置从配置器数据库选择组件、尺寸和附件组件来手动至少部分地优化。
17.一种用于选择测量或生产设置中的连接的可视化系统，所述可视化系统包括：
-至少一个捕捉模块，能够捕捉关于工作空间中物体的识别和空间数据，其中，所述至少一个捕捉模块测量空间数据，所述空间数据包括所述工作空间的尺寸和至少一个第一标记与至少一个第二标记之间的距离中的至少一者；
-处理装置，通信地连接到所述至少一个捕捉模块，并且能够：
--从由所述至少一个捕捉模块捕捉的关于第一标记和第二标记的所述识别数据中检测分别与第一设置组件相关联的第一标记和分别与第二设置组件相关联的第二标记的存在，并识别所述第一标记和所述第二标记，其中，每个所述第二设置组件通过至少一个连接组件能够连接到所述第一设置组件中一个指定的第一设置组件；
--从数据库检索分配给所识别的第一标记和第二标记的数字信息；
--从所述至少一个捕捉模块接收关于所述第一设置组件和所述第二设置组件的测量出的空间数据；以及
从多个可选连接组件中选择用于连接所述第一设置组件和所述第二设置组件的至少一个连接组件，选择所述至少一个连接组件的决定基于所检索的数字信息和测量出的空间数据；
-输出装置，用于输出连接所述指定的第一设置组件和至少一个第二设置组件的所述至少一个连接组件的可配置直观表示。
18.根据权利要求17所述的可视化系统，其中，所述可视化系统是增强现实系统、虚拟现实系统和混合现实系统中的至少一者。
19.根据权利要求17或18所述的可视化系统，其中，所捕捉的识别数据包括所述第一标记和所述第二标记的位置，并且当所述第一标记和所述第二标记中的至少一者的位置被修改时，所述处理装置进一步能够修改选择所述至少一个连接组件的决定。
20.一种非暂存性计算机可读介质，被配置为存储用于选择测量或生产设置中的连接的计算机程序，其中，所述计算机程序包括编码段，所述编码段能够使计算系统执行根据权利要求1至16中任一项所述的方法。
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