CN110944760A - 用于创建并且执行针对工艺技术设施的设施清洁过程的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
用于创建并且执行针对工艺技术设施的就地清洁设施清洁过程的系统（S）以及所属的方法。所要清洁的设施以过程模块（PM1,...,PMn）的形式来映射，所述过程模块分别包括关于相应的清洁特性方面的自我描述信息（SI1,...,SIn），而且被构造用于传输相应的自我描述信息（SI1,...,SIn）。该系统（S）具有：至少一个辅助模块（HM1,...,HMn），该辅助模块提供用于设施清洁过程的辅助服务；以及过程计划单元（PPE），该过程计划单元拥有清洁过程信息（RI），该清洁过程信息至少包括对于该设施清洁过程来说所需的清洁步骤和每个清洁步骤的清洁效率的模型描述。由该过程计划单元（PPE）基于通过这些过程模块（PM1,...,PMn）的自我描述信息（SI1,...,SIn）来补充的清洁过程信息并且在考虑该至少一个辅助模块（HM1,...,HMn）的信息（HI1,...,HIn）的情况下设施特定地至少部分自动化地确定清洁流程计划（RA）。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于创建并且执行针对工艺技术设施的设施清洁过程的系统，其中该设施清洁过程被设计为所谓的就地清洁（Cleaning-in-Place）或CIP过程，而且其中该工艺技术设施被设立用于借助于就地清洁或CIP过程来进行清洁或有CIP能力。本发明还涉及一种所属的方法，该方法利用按照本发明的系统来执行。
背景技术
如今，在过程工业（例如制药和/或化学工业、生物技术、食品工业等等）中，为了对工艺技术设施进行清洁已经建立了所谓的就地清洁方法或CIP过程。这些方法或过程也被称作位置固定的清洁。除了术语就地清洁（CIP）之外，对于在工艺技术设施中、尤其是在制药生产设施和生物技术设施中的位置固定的清洁方法来说，也使用术语就地消毒（SIP）。在此，就地清洁（CIP）常常被用作上位概念，在该上位概念中也覆盖SIP的方面。
在CIP方法中，按照定义，在如下那些表面上在没有显著拆卸的情况下对设施进行清洁，所述表面与产品（例如食品、制药产品、生物技术产品或化学产品等等）或者对于这些产品来说相关的介质（例如基底、培养基、配料等等）发生接触。也就是说，在CIP过程中，尤其是对所有相关的设施部分（例如容器、管道、过滤器、液箱、锅炉、阀等等）的内表面进行清洁。如果CIP方法也包括SIP方面，则设施的没有显著拆卸的所有接触生产的表面不仅被清洁而且被杀菌。因此，将术语就地清洁或CIP用作上位概念，该上位概念也包括就地消毒或SIP方面，因为出于工艺流程角度，两个过程彼此紧密地被使用并且具有相同的结构或流程。
设施清洁过程的成效主要通过对四个参数或因素的精确的规定来确定：温度、机械作用（也就是说以怎样的强度和方式来使用机械能；污垢的溶解；与清洁剂建立接触）、作用时间和化学物（也就是说哪种清洁剂或溶剂以怎样的浓度被使用）。在蒸汽消毒的情况下，例如压力承担机械作用的功能。这四个因素——温度、机械作用、作用时间和清洁剂/化学物例如可以彼此无关地被调整。这些因素中的每个因素都能在一定程度上补偿其它因素。为了实现一定的清洁成效，这四个因素必须彼此保持精确的关系。该关联也被称作Sinner圈。
Sinner圈是如下作用机制，利用该作用机制来组织和执行例如在商业清洁、建筑物清洁、消毒、洗碗机和/或洗衣机等等中的清洁流程和过程。这样，例如可以通过柔和的化学物、低的温度和长的作用时间来实现温和的清洁。在迅速清洁的情况下，例如使用在高温下作用时间相对短的侵蚀性化学物。在两种情况下，例如可以实现相同的清洁成效。
通常，在就地清洁或CIP过程中，一方面通过使清洁溶液经过设施部分、诸如管道、泵、阀、容器等等进行循环来实现对工艺技术设施的清洁。另一方面，也使用喷射设备（例如喷嘴、喷射清洁器），由所述喷射设备使清洁剂分布在设备或设施部分（例如锅炉、液箱、容器等等）的表面区域或内壁。此外，除了在整个设施中循环和/或施加清洁剂之外，清洁过程也可包括如下步骤，诸如将清洁剂准备到预先给定的浓度，对清洁剂进行加热和/或最后将被清洁的设施部分干燥到所希望的干燥程度。
在就地清洁或CIP过程中，通常分多个步骤来进行清洁。在此，CIP过程例如可以包括如下步骤：
- 预洗涤，以便将粗大的污垢除去；
- 利用碱性清洁剂的清洁阶段；
- 例如借助于水漂洗过程来冲净碱性清洁剂；
- 酸化或酸洗；
- 例如借助于水漂洗过程来冲净酸；
- 具有紧接着的排空的高等级水漂洗过程；
- 通过热或者利用氮气的吹洗来进行干燥。
此外，例如在食品工业中的CIP过程中，在将酸冲净之后，也可以设置消毒步骤，利用消毒剂的所属的冲净来杀死病菌。
在针对工艺技术设施创建CIP设计或CIP过程的情况下，除了上文实施的用于清洁过程的步骤之外，也仍应考虑设施技术方面。例如必须保证：所有设施部分都被清洁剂流经并且没有略过空腔和/或死臂。此外，例如重要的是：在设施的管道中存在涡流，以便实现良好的清洁。为此，例如需要清洁剂的如下流动速度，该流动速度对于清洁来说足够高，但是该流动速度在管道的任何部分中都不允许高得使得例如发生所谓的气穴，所述气穴导致管道系统中的损坏。为了保证这一点，对于CIP设计来说大多需要复杂的流动计算，常常特别地与相应的设施匹配。
此外，在所谓的“良好生产规范（Good Manufacturing Practice）”或GMP规范环境下，需要对CIP过程的验证。在此，GMP被理解为：在过程工业中，尤其是在制药业的情况下，但是也包括在制造化妆品、食品和饲料的情况下，关于对生产流程和环境的质量保障的指导方针。
对于在工艺技术设施中实现CIP过程来说，如今公知不同的方案。这样，例如存在显式CIP设施或系统，所述CIP设施或系统被连接到所要清洁的工艺技术设施上或安装在所要清洁的设施上。这些CIP设施例如包括：液箱或容器，用于对于清洁来说所需的液体；泵；以及至少一个控制单元，用于执行设施清洁过程。这种CIP系统例如从文献DE 10 2015 209355 A1或WO 2015/192254 A1公知。显式CIP设施尤其被用于例如在食品工业中的较小的设施并且提供所有对于清洁来说所需的过程步骤。不过，在使用显式或外部CIP系统时，在没有花费高的工程设计的情况下和/或在没有花费高的评估的情况下，并不能做出关于如下情况的论述：设施清洁过程是否目的明显或相应的工艺技术设施是否有CIP能力或者例如设施部分是否不能通过CIP过程来清洁。有CIP能力意味着：相应的工艺技术设施例如由于其几何结构和所使用的材料而适合于借助于CIP过程进行清洁。
例如可以在设施侧通过使用有CIP能力的组件（例如阀等等）来使在工艺技术设施中对CIP过程的实现变得容易。这种有CIP能力的组件例如可以基于其几何结构和所使用的材料而轻易地被清洁。此外，这些组件例如可具有自己的控制线，这些控制线能够在清洁期间实现通过CIP系统来进行的连接或操控。这里也必须执行对CIP过程的常常花费高的工程设计，以便实现设施的所希望的清洁结果并且以便相对应地考虑有CIP能力的组件。
在复杂的工艺技术设施的情况下，如其例如在制药业中被用于对产品进行清洁那样（例如过滤设施、色层分离系统等等），例如常常集成有CIP功能性。也就是说，这种设施或设施部分可以自己进行清洁并且因而只须再供应相对应的清洁剂。因而，对于复杂的工艺技术设施来说，CIP过程常常必须借助于花费高的、大多设施特定的工程设计来创建，与真正的生产过程一样。
像复杂的工艺技术设施那样，在简单的工艺技术设施的情况下，并不少见地需要用于测试各个设施部分的清洁的预验证研究。即使设施例如被改建或为了生产另一种产品而被修改，清洁或CIP过程以及为此所需的硬件和软件大多也必须设施和客户特定地借助于花费高的工程设计来适配。用于创建和实现CIP过程的花费必要时例如可以与用于创建真正的生产过程的花费处在同一量级。
发明内容
因而，本发明所基于的任务在于：说明了一种用于创建并且执行针对工艺技术设施的CIP清洁过程的系统以及所属的方法，通过该系统和该方法能设施特定地并且至少部分地自动化地以简单的方式以及花费低地创建和执行对于相应的工艺技术设施来说或对于在设施配置中的改变来说足够的清洁质量的设施清洁过程。
该任务通过开头提到的类型的具有按照专利独立权利要求所述的特征的系统以及所属的方法来解决。本发明的有利的实施方式在从属权利要求中描述。
按照本发明，该任务的解决方案通过开头提及的类型的系统来实现，其中所要清洁的工艺技术设施被数字地映射到多个过程模块上。在这些过程模块中的每个过程模块中都寄存有关于相应的过程模块的相应的清洁特性方面的自我描述信息，诸如自主清洁流程、清洁路径和用于清洁剂和/或洗涤剂的进口和出口的接口。此外，每个过程模块都被构造和设立用于传输或分享相应的自我描述信息。按照本发明的系统也具有至少一个辅助模块，该辅助模块提供用于设施清洁过程的辅助服务，诸如提供清洁剂和/或洗涤剂、吸取和/或处理所使用的清洁剂和/或洗涤剂、操控用于清洁剂和洗涤剂的泵，等等。该至少一个辅助模块也被构造和设立用于传输或分享关于相应的辅助服务的信息。还设置过程计划单元，该过程计划单元拥有设施清洁过程信息。在此，清洁过程信息至少包括对于设施清洁过程来说所需的清洁步骤以及每个清洁步骤的清洁效率的模型描述。该过程计划单元还被构造和设立为：基于清洁过程信息、过程模块的自我描述信息和该至少一个辅助模块的信息来设施特定地确定清洁流程计划。
本发明的主要方面在于：为了针对设施的清洁过程或为了就地清洁过程，创建该工艺技术设施的虚拟或数字孪生，利用该虚拟或数字孪生可以自动化地或至少部分地自动化地特定地针对相应的设施以及必要时只针对设施部分来创建CIP清洁流程计划。利用按照本发明的系统，可以显著降低用于创建针对工艺技术设施的CIP设计的总花费。尤其即使在利用该设施来生产的产品改变的情况下和/或在设施配置改变的情况下，CIP设计或特定的清洁流程计划可以迅速地并且至少部分自动化地与新的清洁条件（例如新的过程模块、新的或被改变的清洁路径，等等）适配。
利用按照本发明的系统来创建的、设施特定的清洁流程计划可以借助于按照本发明的系统虚拟地被遍历。由此，例如可以测试工艺技术设施的所有组件是否都都经历了清洁。以这种方式，例如可以及早地识别和修正在创建CIP设计时的错误（例如在自我描述和/或清洁过程信息等等方面的错误假设）和/或在真实的设施关于所谓的CIP能力方面的配置中的错误。还可以计算对于相应的特定的清洁流程计划来说所需的资源（例如清洁剂、洗涤剂，等等），或者可以确定现有的资源是否足够。附加地，相应的清洁流程计划例如可以有关最少的资源消耗被优化。
在有关无错误的相对应的检查之后，所确定的清洁流程计划接着可以直接并且没有大的工程设计花费地被传输到相应的真实的设施并且在那里根据所确定的设施特定的清洁流程计划来执行相对应的就地清洁。理想地，为此设置过程控制单元，所确定的设施特定的清洁流程计划能被交给该过程控制单元，用于在真实的工艺技术设施中进行测试和实施。
接着，在清洁的效果不足的情况下，通过相对应的修正（例如修正在清洁效率的模型描述方面的错误假设、修正材料数据，等等），要么可以使这些过程模块的自我描述信息适配，要么可以使寄存在该过程计划单元中的清洁过程信息适配。在该适配之后，可以利用按照本发明的系统来确定新的清洁流程计划，由此CIP过程被改善和优化。
通过过程模块的自我描述信息和寄存在过程计划单元中的清洁过程信息，相应的设施特定的CIP过程或清洁流程计划良好地被编辑文档。由此，在例如清洁效果不足的情况下，原因可以迅速被发现并且通过相对应的修正被消除。此外，文档也可以用作为验证方法的基础，例如被用于设施在“良好生产规范（Good Manufacturing Practice）”环境下的运行。此外，借助于按照本发明的系统可以在创建期间从不同的角度（例如资源花费、时间花费，等等）非常简单地优化CIP过程或清洁流程计划，因为由于相应的过程模块的自我描述信息而存在所有设施特定的信息。
相应的工艺技术设施数字地映射到其上的过程模块可描述该工艺技术设施的各种各样的所要清洁的组件或装置。过程模块例如可以是设施组件，如锅炉、液箱、容器、过滤器等等，其中也一并考虑所属的管道、阀、与其它设施组件的接口，等等。借助于过程模块来描述的设施组件必须构造为使得这些设施组件能借助于CIP过程来清洁或有CIP能力。也就是说，这些设施组件应该构造为使得所有所要清洁的表面都能通过相对应的连接端借助于清洁剂和/或洗涤剂来到达和清洁，而且使用能借助于CIP过程来清洁的材料。尤其是，这些设施组件不应该有不能被彻底漂洗的死臂和/或空腔。此外，每个被描述为过程模块的设施组件都应该拥有用于清洁剂和洗涤剂的进口和出口的相对应的连接端（接口）。此外，重要的是：相应的设施组件或整个工艺技术设施构造为使得在相应的设施组件中可以为了借助于彻底漂洗来进行清洁而实现相对应的涡流，或并不适合于借助于彻底漂洗来进行清洁的设施组件（例如锅炉、液箱，等等）具有适合于进行清洁的设备（例如喷射设备等等）。接着，相对应的信息寄存在每个过程模块的自我描述信息中。
因而，本发明的一个适宜的设计方案规定：相应的所要清洁的过程模块的自我描述信息至少包括：对自主清洁流程、诸如使用喷射设备等等的描述；对被用于清洁的接口（例如清洁剂和/或洗涤剂、尤其是用于例如借助于喷射设备来进行自我清洁的清洁剂和/或洗涤剂的进口和出口）的描述；和对清洁路径的限定，该限定考虑了在该过程模块之内的所有可能的路径和（用于清洁剂和/或洗涤剂的进口和出口的）所有接口。此外，理想地，自我描述信息也应该包括关于相应的清洁状态方面的状态信息和相对应的过程模块的相应的清洁路径和接口的相应的污垢堆积。
此外，这些清洁路径也拥有如下特性，所述特性有利地在相应的过程模块的自我描述信息中寄存和管理。因而，理想地，相应的过程模块的自我描述信息附加地包括用于分别所属的清洁路径的信息。通过这些信息，能依据每个清洁步骤的清洁效率的模型描述来确定相应的过程模块和所属的清洁路径的清洁特定的参数的值。相应的清洁路径的信息例如可以包括相应的清洁路径的清洁状态（例如干净、脏，等等）和/或特性，所述特性可以被用于计算对于清洁来说至少所需的流量或流以及被用于计算所容许的最大流量或流。此外，也可以寄存材料特性，诸如表面粗糙度或其它特定的因素，所述材料特性对清洁时间有影响。
在过程计划单元中，管理清洁过程信息，尤其是对每种材料和/或在设施或相应的过程模块中处理的物质所需的设施清洁过程的描述。在此，清洁过程信息一方面包括对于设施清洁过程来说通常所需的清洁步骤、诸如碱漂洗、冲净、酸漂洗，冲净、蒸汽消毒等等的描述。在此，这些清洁步骤取决于相应的设施或其应用领域（例如食品工业、生物技术、化学、制药，等等）。另一方面，该清洁过程信息也包括对每个清洁步骤的清洁效率的模型描述（通常就Sinner圈而言），通过该Sinner圈来描述清洁成效的四个因素或参数、即温度、机械作用、作用时间和清洁剂/化学物的关联。
因而，有利的是：每个清洁步骤的清洁效率的包含在清洁过程信息中的模型描述都作为清洁特定的参数、如温度、作用时间和机械作用的公式化的关联或者以表格的形式来寄存。接着，根据对清洁效率的这些模型描述可以非常简单地针对每个过程模块针对每个清洁步骤基于由相应的过程模块的自我描述信息构成的信息（例如内部流动比率、表面特性、可达到的最大流量、温度性能，等等）来确定或计算相对应的参数值（例如作用时间、单位时间的流量、温度，等等）。
还有利的是：在该清洁过程信息中包含关于至少一个所使用的清洁剂的物质常数的信息。这些信息可以被用于计算所谓的雷诺数，如密度和/或粘度。清洁剂的物质常数或能从中确定的雷诺数同样可以被用于计算在相应的清洁路径上每个时间单位的流量的最小或最大值。在此，通过该最小值来规定对在相应的清洁路径上对于设施清洁过程来说所需的涡流的实现。该最大值根据为了防止气穴而必须低于的那个值来得到。
在按照本发明的系统的一个优选的实施方式中，过程计划单元被构造为：针对分别在该设施上执行的生产过程来创建设施特定的清洁流程计划。在此，设施特定地，专门为了生产特殊产品来创建清洁流程计划，该清洁流程计划接着可以在每次生产（例如批量，等等）之后为了清洁该设施而被遍历。
替选地或附加地，过程计划单元也可以被构造为：根据相应的生产和/或相应的污染程度来动态地创建设施特定的清洁流程计划。在此，设施特定的清洁流程计划将面向需求地例如在生产产品之后被创建，其中该创建例如面向这些过程模块的污染程度。在动态创建的情况下，理想地，也可以面向需求地创建针对各个设施部分或过程模块的清洁流程计划。由此，例如设施部分可以在其它设施部分中的生产完成之前已经针对新的生产准备好或清洁并且借此减少停机时间。
还有利的是：设置用于在过程模块、该至少一个辅助模块与过程计划单元之间的数据和信息交换的通信网络。视设施配置而定，为了数据和信息交换，可以设置总线系统、因特网、有线和/或无线通信网络（例如 Wireless LAN，等等），作为通信网络。
理想地，按照本发明的系统被设计为所谓的信息物理生产系统（Cyber PhysicalProduction System）或CPPS。诸如在文献WO 2016/074728 A1或WO 2016/074730 A1中描述的那样，信息物理生产系统是如下系统，该系统由生产模块组成，这些生产模块彼此间进行通信以及与生产计划和生产控制的装置进行通信并且借此能够实现对产品的制造或生产过程的流程计划和流程控制。对于按照本发明的系统的根据所谓的信息物理生产系统的规定的设计方案来说，像如下生产过程那样来考虑清洁或CIP过程，该生产过程的目标不是制成的产品而是被清洁的设施。
此外，所提到的任务的解决方案也通过用于利用按照本发明的系统来创建和执行针对工艺技术的、有CIP能力的设施的清洁过程的方法来实现，该清洁过程被实施为CIP过程。在此，所要清洁的工艺技术设施以过程模块的形式来映射，其中每个过程模块都包括关于相应的过程模块的相应的清洁特性方面的自我描述信息。为了创建设施清洁过程，每个过程模块从过程计划单元询问清洁过程信息，其中在该清洁过程信息中至少寄存有对于该设施的清洁过程来说所需的清洁步骤和每个清洁步骤的清洁效率的模型描述。该清洁过程信息通过基于相应的过程模块的自我描述信息的信息来补充。接着，由该过程计划单元基于用自我描述信息来补充的清洁过程信息和关于由至少一个辅助模块提供的辅助服务的信息来设施特定地确定清洁流程计划。
在此，可以是有利的是：由过程计划单元首先针对相应的过程模块来确定清洁流程计划。接着，针对过程模块的这些清洁流程计划组合成设施特定的清洁流程计划。由此，CIP过程或设施特定的清洁流程计划可以更容易与设施配置的改变适配。以这种方式，也可以在需要时非常简单地创建针对通过过程模块来描述的设施组件或设施部分的清洁流程计划。
还有利的是：由该过程计划单元创建的设施特定的清洁流程计划首先虚拟地被遍历；而且该设施特定的清洁流程计划在确定无错误之后被交给过程控制单元，用于在该工艺技术设施上遍历。以这种方式，例如可以在对清洁流程计划的虚拟遍历时测试：该工艺技术设施的所有组件是否都经历了清洁和/或在创建CIP设计时是否做出了在自我描述和/或清洁过程信息等等方面的错误假设和/或在真实的设施关于所谓的CIP能力方面的配置中是否存在错误。由此，这些错误可以及早地被识别和修正。还可以计算对于相应的特定的清洁流程计划来说所需的资源（例如清洁剂、洗涤剂，等等），或者可以确定现有的资源是否足够。
在工艺技术设施上遍历时，可以直接在该设施上测试该设施特定的清洁流程计划。接着，在清洁的效果不足的情况下，通过相对应的修正（例如修正在清洁效率的模型描述方面的错误假设、修正材料数据，等等），要么可以使这些过程模块的自我描述信息适配，要么可以使寄存在该过程计划单元中的清洁过程信息适配，而且借此可以改善并且优化CIP设计或设施特定的清洁流程计划。
附图说明
随后，本发明依据附图1示例性地予以阐述。在此，图1示意性地示出了按照本发明的用于创建并且执行针对工艺技术设施的设施清洁过程的系统的示例性结构以及所属的方法的示例性的流程。
具体实施方式
图1示意性地示出了用于创建并且执行针对工艺技术设施的设施清洁过程的系统S的示例性结构。在此，该设施清洁过程被设计为所谓的就地清洁或CIP过程，而该工艺技术设施被设置或构造用于按照CIP过程来进行清洁，也就是说该设施有CIP能力。是该工艺技术设施关于设施清洁过程方面的数字映射的系统S例如被设计为所谓的信息物理生产系统（CPPS）。
在此，按照本发明的系统S具有多个过程模块PM1, PM2, ..., PMn。该工艺技术设施被映射到这些过程模块PM1, PM2, ..., PMn上，其中这些过程模块表示所要清洁的设施部分或者组件，诸如锅炉、液箱、容器、过滤器、热交换器等等，包括所属的管道、阀和接口（例如用于清洁剂和/或洗涤剂的进口和出口）。在每个过程模块PM1, PM2, ..., PMn中都寄存有自我描述信息SI1, SI2, ..., SIn，在该自我描述信息中，描述了对于相应的过程模块PM1, PM2, ..., PMn来说所需的关于清洁、尤其是自我清洁方面的特性和能力。此外，这些过程模块PM1, PM2, ..., PMn为此被构造和设立用于分享和传输相应的自我描述信息SI1, SI2, ..., SIn。
在此，相应的过程模块PM1, PM2, ..., PMn的自我描述信息SI1, SI2, ..., SIn至少包括：
- 对自主清洁流程的描述，诸如在锅炉、液箱或者必要时较大的容器的情况下通过喷射设备来进行清洁；
- 对由相应的过程模块PM1, PM2, ..., PMn用于清洁的接口的描述，诸如用于清洁剂和洗涤剂的进口和出口和/或在使用分开的清洁装置（例如喷射设备）时附加的进口和出口；
- 对清洁路径的限定，其中应考虑在相应的过程模块PM1, PM2, ..., PMn之内的所有可能的路径以及所有接口；以及
- 关于相应的清洁状态（例如干净、脏、有污垢，等等）方面的状态信息和针对相应的过程模块PM1, PM2, ..., PMn所限定的清洁路径和接口的相应的污垢堆积。
此外，过程模块PM1, PM2, ..., PMn的自我描述信息SI1, SI2, ..., SIn也可以管理和包括关于所限定的清洁路径的特性的信息。通过这些信息，能依据每个清洁步骤的清洁效率的模型描述来确定相应的过程模块PM1, PM2, ..., PMn和所属的清洁路径的清洁特定的参数的值。该附加的信息例如包括：
- 清洁状态（例如干净、脏，等等）；
- 相应的清洁路径的特性，所述特性被需要用于计算对于清洁来说至少所需的流量或（涡）流以及被需要用于计算所容许的最大流量或流或者被需要用于计算最小和最大雷诺数；以及
- 材料特性，诸如清洁路径的表面粗糙度或其它特定的因素，所述材料特性对清洁时间有影响。
附加地，该系统S具有辅助模块HM1, ..., HMn，由这些辅助模块提供针对清洁的辅助服务。这种辅助模块例如是用于提供清洁剂和/或洗涤剂的装置（例如清洁剂和/或洗涤剂容器，等等）、用于吸取和/或处理所使用的清洁剂和/或洗涤剂的装置。此外，辅助模块HM1, ..., HMn，诸如具有所属的控制装置的泵等等例如可提供辅助服务，如建立对于清洁来说所需的机械作用（例如在蒸汽消毒时的压力、清洁剂或洗涤剂的所需的流，等等）或者给喷射设备供应清洁剂和/或洗涤剂。在此，这些辅助模块HM1, ..., HMn通常并不是狭义上该工艺技术设施的组成部分，而是为了清洁目的而与该设施通过接口（例如进口和出口，通信接口，等等）连接。这些辅助模块HM1, ..., HMn例如可以像过程模块PM1, PM2, ...,PMn那样同样包括自我描述信息HI1, ..., HIn，通过该自我描述信息来描述所提供的辅助服务。因而，这些辅助模块HM1, ..., HMn同样被构造和设立用于传输和分享关于所提供的辅助服务方面的信息和数据。替选地，关于由这些辅助模块HM1, ..., HMn提供的辅助服务的信息可以直接寄存在过程计划装置PPE中，以便该过程计划装置拥有关于相应的辅助服务的信息。
系统S还包括过程计划装置PPE。过程计划装置PPE管理或拥有清洁过程信息RI。清洁过程信息RI例如可以寄存在自己的存储单元中或者寄存在被集成到过程计划单元PPE中的存储单元中，其中该存储单元例如可以设计为数据库。
例如是对每种材料/物质的所需的设施清洁过程的描述的清洁过程信息RI至少包括：
- 对于清洁来说所需的流程的描述或对于设施清洁过程来说通常所需的清洁步骤、诸如碱漂洗、冲净、酸漂洗，冲净、蒸汽消毒等等的描述；和
- 每个清洁步骤的所需的清洁效率的模型描述。
理想地，每个清洁步骤的所需的清洁效率的模型描述就Sinner圈而言来设计，通过该Sinner圈来描述清洁成效的四个清洁特定的因素或参数、即温度、机械作用、作用时间和所使用的清洁剂/化学物的关联。每个清洁步骤的所需的清洁效率的相应的模型描述可以在清洁过程信息RI中作为清洁特定的因素或参数（温度、作用时间和机械作用）的公式化的关联或者以表格的形式来寄存，以便与相应的过程模块PM1, PM2, ..., PMn的相应的自我描述信息SI1, SI2, ..., SIn结合地来确定或计算相应的清洁步骤的相对应的参数值（例如作用时间、单位时间的流量、温度，等等）。
在清洁过程信息RI中，同样寄存有关于至少一个所使用的清洁剂或分别使用的清洁剂和洗涤剂的物质常数的说明。接着，这些说明和信息可以由PPE例如用于计算雷诺数、密度和粘度，在创建设施特定的清洁流程计划RA时需要所述雷诺数、密度和粘度。
除了管理清洁过程信息RI之外，过程计划单元PPE还被设立和设计为设施特定地创建清洁流程计划RA。清洁流程计划RA可以关于最小化的资源消耗来优化。为此，由该过程计划单元使用清洁过程信息RI、过程模块PM1, PM2, ..., PMn的自我描述信息SI1, SI2,..., SIn以及辅助模块HM1, ..., HMn的信息，作为基础。在此，可以由该过程计划单元PPE只是一次性地针对相应的、在该设施上执行的生产过程来创建清洁流程计划RA，该清洁流程计划然后例如在每次批量生产之后被应用。替选地，清洁流程计划RA可以动态地、也就是说根据生产和/或根据污染程度来创建。
该系统S还具有过程控制单元PSE，在有关无错误的相对应的检查之后，所确定的设施特定的清洁流程计划RA能被交给该过程控制单元。有关无错误的检查例如可以借助于在系统S上的虚拟遍历来执行。在此，例如检查：所有清洁路径和接口是否都被所创建的清洁流程计划RA所包括并且相对应地被清洁。可能的错误可以被修正，而且借助于过程计划单元PPE可以确定被修正的清洁流程计划RA。接着，借助于过程控制单元PSE，能在真实的工艺技术设施上测试或为了清洁而使用清洁流程计划RA。在执行清洁流程计划RA期间，过程控制单元PSE借助于指令来影响过程模块PM1, PM2, ..., PMn以及辅助模块HM1, ...,HMn。
为了在过程模块PM1, PM2, ..., PMn、辅助模块HM1, ..., HMn、过程计划单元PPE与过程控制单元PSE之间交换信息和数据，该系统S具有通信网络。该通信网络可以根据相应的工艺技术设施例如被设计为总线系统、有线或无线通信系统或者被设计为这些通信系统的组合而且为了数据和信息传输而例如使用因特网。
为了利用按照本发明的系统S来创建并且执行清洁流程计划RA作为针对工艺技术设施的就地清洁过程，遍历如下方法步骤：
在第一方法步骤1中，以过程模块PM1, PM2, ..., PMn的形式来映射待清洁的工艺技术设施。在此，在每个过程模块PM1, PM2, ..., PMn中都寄存有所属的自我描述信息SI1,SI2, ..., SIn，在该自我描述信息中描述了相应的过程模块PM1, PM2, ..., PMn关于CIP过程方面的清洁特性。这些过程模块PM1, PM2, ..., PMn例如基于该工艺技术设施的生产计划或者基于相应的生产来知道各个组件所具有的污染程度和哪些清洁路径必须被涉及。
在第二方法步骤2中，每个过程模块PM1, PM2, ..., PMn询问清洁过程信息RI，以便从过程计划单元PPE获得对于设施清洁过程来说所需的清洁步骤的列表以及每个清洁步骤的清洁效率的模型描述。在此，例如可以由每个清洁路径的相应的过程模块PM1, PM2,..., PMn来说明导致了污染的那种物质。
在过程计划单元PPE的清洁过程信息RI中，例如可以寄存对于相应的设施的清洁过程来说所需的清洁步骤的一般性描述，其中例如考虑所有可能的被弄脏的物质和/或被污染的材料。视所要清洁的设施的相应的配置和所需的清洁剂量而定，对于设施清洁过程来说所需的清洁步骤的设施特定的描述可以被创建并且在清洁过程信息中被管理。
接着，在第二方法步骤2中，由相应的过程模块PM1, PM2, ..., PMn通过基于相应的自我描述信息SI1, SI2, ..., SIn的信息来补充清洁过程信息RI，也就是说对于设施清洁过程来说所需的清洁步骤的描述和每个清洁步骤的清洁效率的模型描述。在此，由过程模块PM1, PM2, ..., PMn例如确定清洁特定的参数、如时间、单位时间的流量、温度等等的值。这些值例如根据每个清洁步骤的清洁效率的模型描述以及基于相应的过程模块PM1,PM2, ..., PMn的特性或相应的清洁路径、诸如用于实现涡流的内部流动比率、表面特性、相应的过程模块PM1, PM2, ..., PMn关于温度和可达到的单位时间的最大流量方面的工作能力来计算。
在单位时间的流量方面，例如应考虑最小值和最大值。在此，该最小值通过单位时间的需要用来实现涡流的那个流量来预先给定。该最大值例如根据如下那个值来得到，必须低于该值，以便防止气穴或者该值例如通过相应的过程模块PM1, PM2, ..., PMn的最大容量来限制。还可能需要：视表面特性而定，要考虑在所需的时间方面的追加。
接着，在第三方法步骤3中，由过程计划单元PPE基于用过程模块PM1, PM2, ...,PMn的信息和数据来补充的清洁过程信息RI并且在考虑辅助模块HM1, ..., HMn关于分别提供的辅助服务方面的信息的情况下确定针对该工艺技术设施的清洁流程RA。
在此，在第三方法步骤3中，首先可以针对相应的过程模块PM1, PM2, ..., PMn来创建清洁流程计划，其中例如也考虑在各个过程模块PM1, PM2, ..., PMn之内的替选的清洁路径。也就是说，在过程模块PM1, PM2, ..., PMn中存在替选的清洁路径（通过这些替选的清洁路径来清洁过程模块PM1, PM2, ..., PMn的所有部分）或者不同的优化变型方案，这样可以确定针对这些变型方案的替选的清洁流程计划。接着，通过过程计划单元PPE，将过程模块特定的清洁流程计划组合成设施特定的清洁流程计划RA，其中应在替选的过程模块特定的清洁流程计划中选择一个。在组合时，还必须注意：在这些过程模块PM1, PM2,..., PMn之间的所有接口同样都被清洁或被清洁剂和/或洗涤剂流经。由此，例如可以在该设施之内形成更长的清洁路径或可以将清洁剂和/或洗涤剂从一个过程模块PM1, PM2,..., PMn转交给下一个过程模块。为了形成这种更长的清洁路径，例如可能需要：由过程计划单元PPE来分解与清洁步骤相对应的过程模块特定的清洁流程计划并且根据清洁步骤针对设施特定的整个清洁流程计划RA来拣选与清洁步骤相对应的过程模块特定的清洁流程计划。
此外，在针对复杂的和/或较大的设施（在该设施的情况下可能形成相对长的清洁路径）确定设施特定的清洁流程计划RA的情况下，例如应考虑清洁剂和/或洗涤剂的吸收能力。与此相关地，清洁剂或洗涤剂例如可以根据在清洁路径上所要预期的污染来加载污染因子。一旦由于清洁剂和/或洗涤剂添加有污垢而超过针对污染因子的预先给定的值，就可以例如将该清洁路径中断并且在该位置例如设置用于该清洁剂或洗涤剂的出口或返回以及用于新的清洁剂或洗涤剂的入口。监控清洁剂或洗涤剂的污垢堆积以及将相对应的步骤（将该清洁剂和/或洗涤剂排出/返回、输送新的清洁剂和/或洗涤剂）嵌入到清洁流程计划RA中例如可以由过程计划单元PPE来承担。
在第三方法步骤3中，由过程计划单元PPE确定的、设施特定的清洁流程计划RA可以首先虚拟地被遍历，以便例如识别在将该设施映射到这些过程模块PM1, PM2, ..., PMn上时的错误、在自我描述信息SI1, SI2, ..., SIn、清洁信息RI等等方面的错误假设并且以便检查是否所有清洁路径和接口都被该设施清洁过程所包括。如果在虚拟遍历时确定无错误，则在第四方法步骤4中可以将清洁流程计划RA交给过程控制单元PSE并且在真实的工艺技术设施上测试该清洁流程计划RA。如果在此例如确定清洁效果不足，则在过程模块PM1, PM2, ..., PMn的自我描述信息SI1, SI2, ..., SIn中的假设、清洁信息RI等等中的假设例如可能是原因。接着，借助于按照本发明的系统S，可以通过相对应的修正来针对该设施创建经修正的或被优化的清洁流程计划RA。
此外，在创建该清洁流程计划RA之后，关于该设施的清洁效率、几何与流体力学关系的所有所做出的假设以及在过程计划单元PPE中和在过程模块PM1, PM2, ..., PMn中的所有清洁步骤都供支配。这些数据例如可以以结构化形式被用作文档和/或被用于对CIP过程的验证，由此可以借助于按照本发明的系统S以简单的方式良好地并且能理解地来对CIP过程归档。
Claims (13)
1.一种用于创建并且执行针对工艺技术设施的设施清洁过程的系统（S），其中所述设施清洁过程被设计为所谓的就地清洁过程，而且所述工艺技术设施被构造或设立用于借助于就地清洁过程来进行清洁，
其特征在于，
所要清洁的工艺技术设施以过程模块（PM1, PM2, ..., PMn）的形式来映射，在所述过程模块中分别寄存有关于相应的清洁特性方面的自我描述信息（SI1, SI2, ..., SIn），而且所述过程模块被构造和设立用于传输或分享相应的自我描述信息（SI1, SI2, ...,SIn）；
设置有至少一个辅助模块（HM1, ..., HMn），所述辅助模块提供用于所述设施清洁过程的辅助服务，而且被构造和设立用于传输或分享关于相应的辅助服务的信息（HI1, ...,HIn）；
而且设置有过程计划单元（PPE），所述过程计划单元拥有清洁过程信息（RI），其中所述清洁过程信息（RI）至少包括对于所述设施清洁过程来说所需的清洁步骤以及每个清洁步骤的清洁效率的模型描述，而且所述过程计划单元被构造和设立为：基于所述清洁过程信息（RI）、所述过程模块（PM1, PM2, ..., PMn）的自我描述信息（SI1, SI2, ..., SIn）和所述至少一个辅助模块（HM1, ..., HMn）的信息（HI1, ..., HIn）来设施特定地确定清洁流程计划（RA）。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还设置有过程控制单元（PSE），所确定的设施特定的清洁流程计划（RA）能被交给所述过程控制单元，用于实施。
3. 根据权利要求1至2中任一项所述的系统，其特征在于，相应的过程模块（PM1, PM2,..., PMn）的自我描述信息（SI1, SI2, ..., SIn）至少包括：
- 对自主清洁流程的描述；
- 对被用于清洁的接口的描述；
- 对清洁路径的限定；和
- 关于相应的清洁状态方面的状态信息和相应的清洁路径和接口的相应的污垢堆积。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，相应的过程模块（PM1, PM2,..., PMn）的自我描述信息（SI1, SI2, ..., SIn）还包括关于分别所属的清洁路径的信息，通过所述信息，能依据每个清洁步骤的清洁效率的模型描述来确定相应的过程模块（PM1, PM2, ..., PMn）和所属的清洁路径的清洁特定的参数的值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，每个清洁步骤的清洁效率的包含在所述清洁过程信息（RI）中的模型描述都作为清洁特定的参数的公式化的关联或者以表格的形式来寄存。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，在所述清洁过程信息（RI）中还包含关于至少一个所使用的清洁剂的物质常数的信息。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述过程计划单元（PPE）被构造为：针对分别在所述设施上执行的生产过程来创建所述设施特定的清洁流程计划（RA）。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述过程计划单元（PPE）被构造为：根据相应的生产和/或相应的污染程度来动态地创建所述设施特定的清洁流程计划（RA）。
9. 根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，设置有用于在过程模块（PM1, PM2, ..., PMn）、所述至少一个辅助模块（HM1, ..., HMn）与所述过程计划单元（PPE）以及所述过程控制单元（PSE）之间的数据和信息交换的通信网络。
10.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统（S）被设计为所谓的信息物理生产系统或CPPS。
11.一种用于利用根据权利要求1至10中任一项所述的系统（S）来创建和执行针对工艺技术设施的设施清洁过程的方法，其中所述设施清洁过程被实施为就地清洁过程，而且所述工艺技术设施被构造或设立用于借助于就地清洁过程来进行清洁，
其特征在于，
所要清洁的工艺技术设施以过程模块（PM1, PM2, ..., PMn）的形式来映射（1），其中每个过程模块（PM1, PM2, ..., PMn）都具有关于相应的清洁特性方面的自我描述信息（SI1, SI2, ..., SIn）；每个过程模块（PM1, PM2, ..., PMn）从过程计划单元（PPE）询问清洁过程信息（RI）并且基于相应的自我描述信息（SI1, SI2, ..., SIn）来补充（2）信息和数据，所述清洁过程信息至少包括对于所述设施清洁过程来说所需的清洁步骤和每个清洁步骤的清洁效率的模型描述；而且由所述过程计划单元（PPE）基于所补充的清洁过程信息（RI）和关于由至少一个辅助模块（HM1, ..., HMn）提供的辅助服务的信息（HI1, ...,HIn）来设施特定地确定（3）清洁流程计划（RA）。
12. 根据权利要11所述的方法，其特征在于，首先针对相应的过程模块（PM1, PM2,..., PMn）来确定清洁流程计划；而且然后将针对所述过程模块（PM1, PM2, ..., Pmn）的清洁流程计划组合（3）成所述设施特定的清洁流程计划（RA）。
13.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，其特征在于，由所述过程计划单元（PPE）创建的设施特定的清洁流程计划（RA）首先虚拟地被遍历（3）；而且所述设施特定的清洁流程计划（RA）在确定无错误之后被交给（4）过程控制单元（PSE），用于在所述工艺技术设施上遍历。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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