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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Informationsverkehr in einem industriellen Automatisierungswerk und insbesondere den Informationsverkehr zwischen einem zentralen Steuerungs- und Informationssystem und beweglichen Benutzerendgeräten.
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Während der letzten Jahre hat die Informationstechnologie auch die industriellen Produktionseinrichtungen erobert. Der Bedarf an aktueller und schnell zugänglicher Information ist in fast allen industriellen Verfahren, die heutzutage in Gebrauch sind, sehr wichtig. In normalen Betriebssituationen ist eine solche Information entscheidend, um einen optimierten Betrieb in Bezug auf Wirtschaftlichkeit, Verlässlichkeit, Qualität und/oder Sicherheit zu gewährleisten. Produktionssysteme sind heutzutage verfügbar, die den Kunden ermöglichen, ihre Aufträge einschließlich aller kundendefinierten Spezifikationen direkt über das Internet zu platzieren. Ein zentrales Prozessorsystem wird die Herstellung in optimaler Weise planen und dem Kunden wird die Möglichkeit gegeben, der Planung und dem Herstellungsverfahren über Internet zu folgen. Diese Systeme basieren auf Datenbanken, die über das Zentralsystem zugänglich sind, welche alle notwendige Information für die automatische Verarbeitung solcher Aufträge aufweisen.
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Durch Integration von Systemen in einem industriellen Automatisierungswerk, das sich mit dem Marketing, dem Design, der Herstellung, der Qualität, der Transaktionsverarbeitung, der Verteilung und ähnlichen Verfahren beschäftigt, wächst die Effizienz sowohl für den Kunden als auch für den Hersteller. Eine solche Wechselwirkung in diesen Prozessen und den Systemen, welche sie führen, und zwar der Austausch von dynamischer Realzeit-Information wird heute als industrielles IT bezeichnet. Der große Nutzen wird erreicht durch die Möglichkeit, beispielsweise der Verwendung von dynamischen Gruppen von Produktionsläufen mit Parametern, die mit Realzeit-Kennzeichen verbunden sind.
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Andere Vorteile mit dem extensiven Zugriff auf aktuelle Information kommen beim Betrieb von industriellen Einrichtungen hinzu. Die Service- und Wartungsoperationen können beispielsweise so geplant werden, dass sie so wenig Produktionsausfall wie möglich erzeugen. Darüber hinaus werden auch die aktuellen Serviceoperationen durch den unmittelbaren Zugriff auf detaillierte Information erleichtert. Benutzer oder Servicepersonal, das Benutzerendgeräte besitzt, die mit einem zentralen Steuer- und Informationssystem verbunden sind, versorgen die Benutzer oder das Servicepersonal mit allen notwendigen Status-, technischen und Prozessparametern, wie auch mit detaillierten Instruktionen, wie bestimmte Operationen durchzuführen sind. Dadurch, dass dem zentralen Steuersystem Zugang und Zugriff auf eine große Menge von Informationen gegeben wird, die sich auf die industrielle Einrichtung und ihre Komponenten beziehen, haben die Benutzer und das Servicepersonal die Möglichkeit, relevante Information durch ihre Endgeräte aufzufinden. Der Nutzen solcher Systeme ist insbesondere betont bei beweglichen Benutzerendgeräten, die den Benutzern ermöglichen, sich in der Einrichtung zu bewegen. Solche Ideen werden beispielsweise vorgestellt in ”Industrial IT ... The Next Way of Thinking” durch L. Krantz in ABB Review 1/2000, Seiten 4–10.
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Solche extensiven Informationssysteme haben jedoch auch Nachteile. Die Basisinformation ist oft in unterschiedlichen Daten von Datenbanken gespeichert. Wenn die Systeme groß werden, gibt es einen Bedarf nach entweder einem großen Informationsverkehr, nach verteilten Datenbanken oder lokalen Replika-Datenbanken. Verteilte oder lokale Datenbanken haben das ihnen eigene Problem, die Datenbanken aktuell in Bezug auf andere Datenbanken in dem System zu halten. Darüber hinaus verlangt der Austausch von großen Informationsmengen unterschiedliche Nutzerendgeräte, eine hohe Übertragungskapazität, die schwierig zu erreichen ist in einer drahtlosen Weise, besonders in einer industriellen Umgebung mit großen Rausch- und Störquellen.
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Derartige bekannte Systeme sind beispielsweise in den Patentanmeldungen US 6 167 464 A, und
DE 199 53 739 A1 beschrieben.
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Das Dokument
US 6 167 464 A betrifft eine mobile Mensch-Maschinen-Schnittstelle zum überwachen des Betriebs eines räumlich verteilten Steuersystems in einer Fabrik oder dergleichen, das ein Ortssignal einem Zentralrechner bereitstellt, der das Steuerprogramm und relevante Ausgabe-/Eingabe-Daten bereithält bzw. verwendet. Auf Grundlage des Ortssignals empfängt die Mensch-Maschinen-Schnittstelle der
US 6 167 464 A Daten, die für Maschinen relevant sind, die sich in der Nähe ihres Aufenthaltsorts befinden. Während sich der Benutzer durch die Fabrik bewegt, ändert sich das Ortssignal und damit die Daten und das Programm das sie ausführt entsprechend. In der
US 6 167 464 A kann der Benutzer sich gegenüber der Mensch-Maschinenschnittstelle identifizieren und dadurch einen zweiten Grad einer Differenzierung der Art der Daten erreichen, die der mobilen Mensch-Maschinenschnittstelle bereitgestellt werden.
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Das Dokument
DE 199 53 739 A1 offenbart ein System und ein Verfahren zur objektorientierten Markierung und Zuordnung von Information zu selektierten technologischen Komponenten. Die
DE 199 53 739 A1 kommt beispielsweise im Bereich der Automatisierungstechnik, bei Produktions- und Werkzeugmaschinen, bei Diagnose-/Serviceunterstützungssystemen sowie für komplexe Komponenten, Geräte und Systeme, wie beispielsweise Fahrzeuge und industrielle Maschinen und Anlagen zum Einsatz.
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In einer typischen industriellen Automatisierungseinrichtung ist Zeit oft von entscheidender Wichtigkeit. Ein Stillstand einer Automatisierungslinie kann große Kosten verursachen. Kosten für einen Stillstand einer Produktionslinie von 5 bis 50 US$ pro Sekunde ist überhaupt nicht ungewöhnlich heutzutage. Im Lichte dieser Kosten ist die ”Durchschnittszeit-für-Reparaturen” (MTTR) ein wichtiger Faktor, wenn betriebslose Zustande vorliegen. Unter Verwendung von industrieller IT wird der aktuelle Zugriff auf relevante Information gewährleistet. Die Menge an verfügbaren Daten kann jedoch manchmal so groß sein, dass nur die Auffindung der richtigen Information eine beträchtliche Zeit in Anspruch nimmt, und zwar einer Zeit, die eine Menge Geld kostet. Man stelle sich einen Servicetechniker vor mit einem Nutzerendgerät in der Nähe einer Maschine, die einen Betriebsfehler anzeigt. Eine typische Sequenz von Handlungen ist: das Einloggen als ein Benutzer, Bereitstellen von Benutzername und vielleicht einem Passwort, Warten auf die Einlogg-Verfahren und das Auffinden des Weges durch die ausgedehnte Datenbankobjekte, um die entscheidende Information über die Maschine aufzufinden, die einen Fehler angibt. In einem typischen Fall müssen eine Anzahl von Tastendruck- oder Maushandhabungs-Aktionen durchgeführt werden, bevor die wichtige Information für alle verfügbar ist. Dies ist insbesondere schwierig in einer industriellen Umgebung, wo der Betrieb von Tasten oder Mäusen gewöhnlich langsam ist. Auch Lösungen, die auf Stimmsteuerung basieren, sind nicht sehr wahrscheinlich aufgrund der hohen Rauschpegel in industriellen Umgebungen. Darüber hinaus muss bei jeder Aktion Information vor und zurück zwischen dem Hauptsystem und dem Nutzerendgerät geleitet werden, was beides Zeit in Anspruch nimmt und Kommunikations-Resourcen belegt. Jeder, der heute mit Computer vertraut ist, weiß, dass sogar eine relativ kurze Wartezeit Langeweile erzeugt, insbesondere, wenn die Situation kosten- und zeitkritisch ist.
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Ein Problem mit herkömmlichen Informationsverkehrssystemen liegt dann, dass es allgemein zu viel Zeit in Anspruch nimmt, um relevante Information an unterschiedlichen Nutzerendgeräten in einer industriellen Automatisierungseinrichtung zu kommunizieren und vorzustellen. Ein weiteres damit verbundenes Problem liegt darin, dass eine solche Kommunikation heute relativ große Kommunikations-Resourcen erfordert, die die Kommunikationsausrüstung teuer macht.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Kommunikation von relevanter Information an einen Benutzer in einem industriellen Automatisierungssystem zu geben, die schnell ist und weniger Kommunikations-Resourcen erfordert, als herkömmliche Systeme. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, den Bedarf nach Anstrengungen seitens des Benutzers, relevante Information zu erhalten, zu senken. Eine weitere Aufgabe ist es, den Bedarf nach Kommunikations-Resourcen zwischen einem zentralen Steuerungssystem und den Nutzerendgeräten zu vermindern.
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Die obigen Aufgaben werden gelöst durch Systeme und Verfahren gemäß den angegliederten unabhängigen Patentansprüchen, bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen definiert. In allgemeinen Worten wird eine Selektion von Information in dem zentralen System durchgeführt, bevor die ausgewählte Information dem Nutzerendgerät mitgeteilt wird. Diese Auswahl basiert wenigstens auf sowohl der Identität des Benutzers als auch der Position des Nutzerendgerätes. Durch Verwendung von Beziehungen zwischen Identität und Profilen beispielsweise von Autorität, professionellem Wissen, etc. kann eine erste Informationsfilterung erzielt werden. In dieser Stufe wird Information entfernt, die der Benutzer nicht sehen darf, oder Information, welche für den Benutzer wertlos ist aufgrund eines Kompetenzmangels. Durch weitere Verwendung von Beziehungen zwischen der Position des Nutzerendgerätes und der Bildung bzw. dem Aufbau der industriellen Automatisierungseinrichtung wird Information entfernt, die irrelevant ist für die Teile in der Nähe des Benutzergeräts. Bevorzugt wird auch die Betriebssituation der Einrichtung und die Geschichte der Nutzeraktionen verwendet, um die Information zu filtern oder zu priorisieren. Nach Durchführung der Informationsauswahl wird die am höchsten priorisierte Datenmenge mit dem Nutzeranschluss ausgetauscht und auf einem Nutzeranschluss-Datensichtgerät dargestellt. Wenn alle Daten trotz der Siebung zu teuer sind, um auf dem Nutzerendgerät sofort angezeigt zu werden, kann der Benutzer durch einen oder einige wenige Tastendrücke oder Mausaktionen zwischen unterschiedlichen Teilen der relevanten Information hin- und herschalten. Bevorzugt wird die Position des Nutzerendgerätes einer vorbestimmten Zone zugeordnet, in welcher die Informationsfilterung konstant ist. In einer bevorzugten Ausführungsform können diese vorbestimmten Zonen von einem Benutzer zum anderen unterschiedlich sein. Die Positionsbestimmung des Nutzerendgerätes kann durchgeführt werden, entweder durch das Nutzerendgerät selbst, wodurch die Position nachfolgend an die Zentralsteuerung und das Informationssystem mitgeteilt werden, oder durch das Zentralsystem.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass relevante Information für den Benutzer viel schneller dargestellt werden kann als mit herkömmlichen Systemen. Dies ist insbesondere vorteilhaft während der Reparatur oder während Notfall-Situationen. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Datenmenge, die notwendig ist, um zwischen einem zentralen Steuersystem mit den unterschiedlichen Nutzerendgeräten zu kommunizieren, ziemlich reduziert ist, was es ermöglicht, den Verkehr entweder billiger oder robuster gegen Störungen zu machen.
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Die Erfindung, zusammen mit weiteren Vorteilen und Merkmalen von ihr kann am besten verstanden werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung von begleitenden Zeichnungen, in denen
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1 eine schematische Darstellung eines Informations-Reduktionsprozesses ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt ist.
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2a eine schematische Darstellung einer ersten Positionsbestimmung ist, die geeignet ist, in der vorliegenden Erfindung benutzt zu werden.
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2b eine schematische Darstellung einer zweiten Positionsbestimmung ist, die geeignet ist zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung.
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2c eine schematische Darstellung einer dritten Positionsdetermination ist, die geeignet ist, in der vorliegenden Erfindung verwendet zu werden.
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3 eine schematische Zeichnung einer Papier-Produktionseinrichtung ist mit einem Informations-Kommunikationsystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
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4 eine schematische Zeichnung eines elektrischen Kernkraftwerkes ist, das ein Informations-Kommunikationsystem gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt.
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5 eine schematische Zeichnung eines Schiffs ist mit einem Informations-Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
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6 ein Blockdiagramm eines Kommunikationsverfahrens ist, gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In der vorliegenden Erfindung soll mit ”industrial automation facility” ausgesagt werden, dass unterschiedliche Typen von industriellen Prozesseinrichtungen mit einem hohen Grad von Automatisierung umfasst sind. Das Ergebnis eines solchen Verfahrens könnte ein physikalisches Produkt sein, z. B. Papier, Stahl, Motoren, Verbraucherprodukte und Nahrungsmittel. Die Einrichtung könnte auch involviert sein bei der Produktion, z. B. von elektrischer Energie oder anderen unwichtigen Produkten. Das Produkt der Einrichtung könnte auch eine Bewegung sein, z. B. in einem Transportschiff. Solche industriellen Automatisierungseinrichtungen haben gemeinsam, dass sie normalerweise eine gewisse nicht vernachlässigbare Größe haben. Die gesamte Einrichtung hat in einem typischen Fall eine Ausdehnung, die von fünfzig Metern bis zu mehreren hundert Metern reicht. Solchen Einrichtungen ist gemeinsam, dass ein Bedarf nach einem flexiblen, bevorzugt drahtlosen Kommunikationssystem besteht, und zwar zwischen Benutzerendgeräten und einer zentralen Steuerung und dem Informationssystem.
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Der Begriff ”zentrales Steuerungs- und Informationssystem” ist in dieser Offenbarung so auszulegen, dass er ein System umfassen soll, das Zugriff auf Daten, Wissen und Information hat, das einen beträchtlichen Teil der Einrichtung betrifft. Der Ausdruck ”zentral” wird verwendet, um den Zugriff auf Information zu kennzeichnen, nicht jedoch als eine Kennzeichnung der Implementationsstruktur. Die aktuelle Implementation kann daher als eine zentralisierte Einheit, als Master/Slave-Einheiten, verbundene verteilte Einheiten etc., sowie Kombinationen davon ausgebildet sein.
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In 1 ist ein Basisprinzip für die Datenverminderung schematisch erläutert. Ein zentrales Steuer- und Informationssystem 1 weist auf oder hat Zugriff auf eine Datenbank 2, die Information über die industrielle Automatisierungseinrichtung hat, der sie dient. Die Datenbank 2 weist auf bevorzugt eine so vollständig wie mögliche Information über die Einrichtung, die gegenwärtige und historische Betriebszustände umfasst, technische Information hinsichtlich Teilen der industriellen Verfahrenseinrichtungen, Pläne für die Wartung und den Service, die Auftragssituation, die geplante zukünftige Produktion etc. Die Datenbank 2 kann eine zentrale Datenbank oder ein verteiltes Datenbanksystem sein oder sogar Zugriff auf externe Datenbanken haben. Die Datenbank 2 hat eine erste Menge von Daten 3, die zugänglich sind für verschiedene Benutzer des Systems. Diese erste Datenmenge 3 ist zu groß, sowohl, um sie Benutzern mitzuteilen als auch um sie in einem allgemeinen Fall durchzusehen (browse).
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Eine erste Auswahl 4 kann durchgeführt werden, basierend auf der Identität 9 des Benutzers. Identität 9 kann dem System in unterschiedlichen Weisen vermittelt werden. Wenn der Benutzer immer dasselbe Nutzerendgerät 13 benutzt, kann die Beziehung zwischen dem Benutzerendgerät 13 und dem Benutzer in der zentralen Steuerung und dem Informationssystem selbst vorgesehen und gespeichert werden. Die Nutzeridentität kann dann aufgefunden werden durch Wiederauffinden dieser Information durch das zentrale System. In anderen Fällen, wenn es keine 1:1 Entsprechung zwischen dem Benutzer und dem Nutzerendgerät gibt, muss die Identität in das System auf andere Weise eingegeben werden. Dies kann geschehen, beispielsweise durch Eingeben der Nutzeridentität an dem Nutzerendgerät 13 oder beispielsweise durch Einsetzen bzw. Einfügen einer Smartcard in das Nutzerendgerät 13. Das Nutzerendgerät 13 kann das zentrale System 1 über die Beziehung zwischen dem Benutzerendgerät und dem Benutzer informieren. Das zentrale Steuer- und Informationssystem 1 benutzt die Identität, um ein zugeordnetes Profil 8 des Benutzers zu erhalten. Die Profile 8 der unterschiedlichen Nutzer sind bevorzugt gespeichert in dem zentrale Steuer- und Informationssystem selbst. Die Profile 8 können Information über die Autorität des Benutzers enthalten, z. B. an welchem Typ von Information er/sie das Recht hat, teilzuhaben. Das Profil kann ferner Information über die Position des Benutzers in der Organisation der Einrichtung umfassen. Ein Benutzer benötigt bestimmte Information, Reparaturpersonal braucht andere Informationen und Direktoren benötigen wiederum andere Gruppen von Informationen. Hier können auch berufliche Qualifikationen und beabsichtigte Aufgaben für den Angestellten eingegeben werden. Einige auf dem Gebiet der Elektronik bewanderte Fachleute haben allgemein weniger Gebrauch von Information über komplizierte mechanische Dinge als ein Maschinenbauer und umgekehrt. Das Gesamtprofil des Benutzers wird von dem zentralen Steuer- und Informationssystem verwendet, um die ursprünglich verfügbare erste Datenmenge auf eine zweite Datenmenge 5 zu vermindern, die geeignet ist für spezielle Anforderungen des fraglichen Benutzers.
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Die Erfindung weist auch eine zweite Auswahl 6 auf, bei der die zweite Datenmenge weiter vermindert wird. Diese Verminderung basiert auf Information über die augenblickliche Position des Nutzerendgerätes 13 und daher auch des Benutzers. Die räumliche Position des Nutzerendgerätes 13 erzählt eine Menge über die gegenwärtige Situation. Ein Benutzer, der in der Nähe eines bestimmte Teils der Produktionsausrüstung anwesend ist, ist mit höherer Wahrscheinlichkeit sehr interessiert an Information, die sich auf diesen Teil beziehen. Information über andere Teile des Systems ist wahrscheinlich überflüssig. Somit muss sich ein Maschinenbauer nicht mit Information beschäftigen über mechanische Eigenschaften von Teilgeräten in einem vollständig anderen Ende der Einrichtung. Die aktuelle Positionsbestimmung kann auf viele unterschiedliche Weise geschehen, stark abhängig von dem aktuellen Kommunikationssystem, das verwendet wird. Einige Beispiele werden weiter unten gegeben. Das zentrale Steuer- und Informationssystem 1 ist versehen mit Positionsinformation und diese Information wird bevorzugt verwendet, um eine Zone 10 aus einer Gruppe von vorbestimmten Zonen zu bestimmen. Diese Zone ist wiederum bevorzugt verbunden mit einem bestimmten Teil der Einrichtungsvorrichtungen. Auf diese Weise gibt die ausgewählte Zone an, welche Information prioritär an den Benutzer gesendet werden soll. Eine dritte Datenmenge 7 entsteht aus der zweiten Auswahl 6 und wird mitgeteilt (erläutert durch den Pfeil 12) an das Nutzerendgerät 13. Durch Verwenden der Identität und der Position des Benutzers oder des Benutzerendgerätes 13 kann die wahrscheinlichste Information für den Benutzer aus der ursprünglich riesigen Datenmenge extrahiert werden. Bevorzugt wird die extrahierte Information auch übersetzt in relevantes Wissen, das für den Benutzer leicht verständlich ist. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Unterteilung der Zonen von einem Benutzer zum anderen abweichen und ist somit abhängig (angezeigt durch den Pfeil 14) von der Identität des Benutzers.
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In bevorzugten Ausführungsformen können zusätzliche Auswahlen oder Priorisierungen durchgeführt werden, basierend auf anderer Information, die für das zentrale Steuer- und Informationssystem verfügbar ist. Die Betriebssituation für die Einrichtung oder Teile davon ist ein sehr nützliches Beispiel. Wenn die Einrichtung in einer normalen geplanten Weise arbeitet, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die relevante Information mit normaler Wartung, Überwachung oder Qualitäts-Überwachungsoperationen zu tun hat. Wenn jedoch anormale Bedingungen in der Einrichtung vorherrschen, entweder absichtlich oder zufällig, werden andere Typen von Information priorisiert. Wenn beispielsweise eine Produktionseinheit absichtlich über ihrer vorbestimmten Kapazität betrieben wird, wird eine sorgfältigere Überwachung und Kontrolle erforderlich sein. Dies kann der Fall sein, wenn eine erhöhte Produktion während einer begrenzten Zeit beauftragt wird und der ökonomische Nutzen ein erhöhtes Risiko von Schäden an der Ausrüstung kompensieren kann. In einer solchen Situation sind Serviceoperationen sehr unrealistisch.
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Wenn ferner in einer Situation eine Sicherheitsvorrichtung in der Einrichtung einen mehr oder weniger ernsten Fehler angezeigt hat, kann die Einrichtung mit größeren Sicherheitsgrenzen betrieben werden oder kann komplett gestoppt werden. In all solchen Fällen ist die mittlere bzw. durchschnittliche Zeit für die Reparatur entscheidend und Information, welche die Reparatur und Diagnoseschritte unterstützt, sollte priorisiert werden, insbesondere Information, die mit dem angezeigten Fehler und dem Teil der Einrichtungsgeräte in Verbindung steht. Der Status der Operation der Einrichtung ist typischerweise, dass alle Systeme dem zentralen Steuer- und Informationssystem bekannt sind und somit leicht in die Auswahl von relevanter Information benutzbar sind.
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Auch historische Information kann von Nutzen sein. Wenn das zentrale Steuer- und Informationssystem nachvollzieht, welche Information die verschiedenen Benutzerendgeräte während der letzten aktiven Zeit verwendet haben, kann dies verwendet werden, um die Auswahl von relevanter Information zu erleichtern. Wenn z. B. ein Ingenieur eine reguläre Wartungsoperation durchführt und durch eine Notaktion unterbrochen wird, ist es sehr wahrscheinlich, dass der Ingenieur, wenn die Notsituation gehandhabt wird, dort fortsetzt, wo er/sie gestoppt hat, wenigstens wenn er dann zu derselben Position zurückkehrt wie vor den Notfallschritten. Das zentrale Steuer- und Informationssystem kann dann leicht die Geschichte nachverfolgen und dieselbe Information wieder auffinden. Das zentrale Steuer- und Informationssystem kann auch die Zeit des Tages oder das Datum als Eingabe benutzen, um den Informationsfluss weiter zu beschränken.
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Oben wird die Auswahl der relevanten Information als ein zweistufiges Verfahren beschrieben. Jeder Fachmann wird jedoch verstehen, dass dasselbe Ergebnis leicht erreicht wird durch Kombination von beiden Auswahlschritten in ein und demselben Verfahren.
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Die Position des Benutzerendgerätes kann auf verschiedene Art und Weise erhalten werden. Viele Systeme, die Teil des Standes der Technik als solches sind, können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um die Position zur Information zu liefern. In 2a bis 2c werden unterschiedliche Ausführungsformen einer Lokalisierungseinrichtung erläutert. 2a erläutert ein Kommunikationssystem, bei dem ein Nutzerendgerät 13 drahtlos mit einem zentralen Steuer- und Informationssystem durch einen Datensender/empfänger 24 kommuniziert. Eine Anzahl von Sendern 20A, 20B, 20C sind um die Einrichtung herum verteilt und übertragen intermittierend synchronisierte Signale 22A, 22B, 22C. Das Nutzerendgerät empfängt diese Signale und registriert die Ankunftszeiten tA, tB, tC der Signale. Das Nutzerendgerät kann dann leicht seinen relativen Abstand zu den Sendern und durch Triangulation auch die aktuelle Position in der Einrichtung ermitteln. Diese Position wird intermittierend berichtet an das zentrale Steuer- und Informationssystem durch die drahtlose Verbindung. Die aktuelle Bestimmung der Position wird somit erhalten durch das Nutzerendgerät selbst.
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2b erläutert die entgegengesetzte Situation. Hier sendet das Nutzerendgerät ein bestimmtes Signal, welches von einer Anzahl von Empfängern 26A–C des zentralen Steuer- und Informationssystems aufgezeichnet wird. Diese Empfänger können dieselben Empfänger sein, die verantwortlich sind für die Übertragung von Daten oder können getrennte sein. Durch Bewertung der Ausbreitungszeiten zu den verschiedenen Empfängern kann eine Position des Nutzerendgerätes durch das zentrale Steuer- und Informationssystem berechnet werden. Hier spielt das Nutzerendgerät eine passive Rolle in der Bestimmung und ist nur verantwortlich für die ursprüngliche Signalaussendung.
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Andere Lösungen können benutzt werden und zwar abhängig von dem aktuellen Kommunikationssystem, das benutzt wird. Richtungsempfindliche Sender/Empfänger erlauben für die Bestimmung die Verwendung weniger Einheiten; und die Existenz einer verlässlichen Zeitsynchronisierung zwischen dem Nutzerendgerät und dem zentralen Steuer- und Informationssystem eröffnet weitere Möglichkeiten.
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Lösungen, die auf anderen Verfahren als der drahtlosen Aussendung beruhen, die für Datenverkehr verwendet wird, können auch verwendet werden zur Bestimmung der Position des Nutzerendgerätes.
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Eine Implementierung von beweglichen Endgeräten, die in 2c erläutert ist, ist die Verwendung eines Netzwerks 29 von stationären Verbindungsblöcken 28, die über das Einrichtungsgebiet auf kritische Positionen verteilt sind. Bewegliche Nutzerendgeräte 13 können dann mit beliebigen dieser stationären Verbindungsblöcke 28 verbunden werden. Der Schritt des Verbindens des Nutzerendgerätes 13 wird in einem solchen Fall die Basis der Positionsbestimmung bilden. Wenn ein Nutzerendgerät 13 verbunden ist, wird das zentrale Steuer- und Informationssystem diese Verbindung entdecken und das verbundene Nutzerendgerät 13 identifizieren, z. B. durch Ermitteln einer Identität des Nutzerendgerätes 13, die verfügbar ist z. B. als eine Smartcard, die in dem Endgerät enthalten ist. Das zentrale Steuer- und Informationssystem hat darüber hinaus Information über die aktuelle Auslegung des Netzwerkes 29 der stationären Verbindungsblöcke 28 und wird das Nutzerendgerät durch diese Information in eine bestimmte Position korrelieren. Die Positionsbestimmung wird dadurch durchgeführt ohne irgendwelche Schritte vom Benutzer.
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Um eine Anschauung der verschiedenen Vorteile und Möglichkeiten mit der vorliegenden Erfindung zu geben, werden ein paar Beispiele nachstehend angegeben. Ein erstes Beispiel ist erläutert in 3. Eine Papierherstellungseinrichtung 40 weist eine Papierproduktionslinie 42 auf. Pulpe wird an einer Seite eingegeben und resultierende Papierprodukte werden an der anderen Seite der Produktionslinie 42 erzeugt. Die Produktionslinie ist nur schematisch erläutert und beschrieben, da die tatsächlichen Papierproduktionsverfahren wenig Einfluss auf die vorliegende Erfindung haben. Das Gebiet in der Einrichtung 40 ist unterteilt in verschiedene Zonen 30A bis 30K. Man beachte, dass nur einige Zonen Bezugsziffern haben, um die Lesbarkeit der Fig. zu erhöhen. Die Zone 30A umschließt die Ankunftszone der Papierpulpe, wobei Zone 30B den Vorrichtungen entspricht, um die Pulpe in die aktuelle Papiermaschine einzuleiten. Die zentrale Papiermaschine weist eine Anzahl von Motoren 48 auf, wobei jeder mit einer getrennten Zone 30I verbunden ist. Das gesamte Verfahren wird gesteuert und überwacht mit dem zentralen Steuer- und Informationssystem 1 und die Steuerinformation wird kontinuierlich auf Monitoren in einem Steuerraum 44 dargestellt. Der Steuerraum ist auch mit einer Zone 30C verbunden. Eine Anzahl von Leuten 60A bis 60E arbeitet augenblicklich in der Einrichtung. Die meisten Leute, die in der Einrichtung arbeiten, haben Zugang zu einem Nutzerendgerät, das drahtlos mit dem zentralen Steuer- und Informationssystem verbunden ist. Das System weist ferner Einrichtungen zum Bestimmen der Position der unterschiedlichen Nutzerendgeräte auf.
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Nachstehend wird ein fiktiver Verlauf von Ereignissen beschrieben, welche unterschiedliche Aspekte des Kommunikationssystems erläutern. Ein Elektroingenieur erreicht die Einrichtung 40 und betritt ein Personalgebiet 54, das einer Zone 30D entspricht. Der Elektroingenieur berichtet seine Anwesenheit mit einem Zeit-Managersystem 58, das mit dem zentralen Steuer- und Informationssystem 1 verbunden ist. Der Elektroingenieur hat sein eigenes persönliches Nutzerendgerät, das während seiner Abwesenheit gespeichert und in einer Endgerät-Homestation 56 wieder aufgeladen wird. Wenn der Elektroingenieur seine Anwesenheit durch das Zeit-Managersystem 58 berichtet, aktiviert das zentrale Steuer- und Informationssystem 1 das persönliche Nutzerendgerät des Elektroingenieurs und das Nutzerendgerät ist für die Benutzung bereit, wenn der Elektroingenieur seine normale Arbeitsausrüstung gesammelt hat. Das letzte, was der Elektroingenieur am vorausgehenden Tag getan hat, war, eine Kalibrierung einiger Messvorrichtungen einzuleiten, die in der Produktionslinie 42 innerhalb weniger Tage zu verwenden sind. Wenn der Elektroingenieur einen Arbeitskreis 62 betritt, einer Zone 30E zugeordnet, wählt das zentrale Steuer- und Informationssystem 1 die letzte verwendete Information des vorausgehenden Tages aus, um sie auf dem Nutzerendgerät darzustellen. Wenn der Elektroingenieur seine Testbank 61 in dem Arbeitskreis erreicht, wird relevante Information über den Kalibrierungsstatus an dem Nutzerendgerät gezeigt und das Kalibrierungsverfahren kann unmittelbar wieder aufgenommen werden ohne weitere Schritte von dem Elektroingenieur.
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An der Produktionslinie 42 ist eine Papier-Qualitätstest-Ausrüstung 52 vorgesehen. Die Testausrüstung ist mit einem Qualitäts-Überwachungspult 53 verbunden, das in einer Zone 30F gelegen ist. Ein Qualitätsingenieur 60F prüft die Ergebnisse der letzten Stunden und entdeckt eine kleinere Besonderheit einer der Sensoren. Diese Besonderheit wird nicht unmittelbar Notfallschritte auslösen, aber der Qualitätsingenieur benutzt sein Nutzerendgerät, um Information über den bestimmten Sensor zu suchen, um einen plausiblen Grund für das Verhalten zu finden. Da er in der Qualitäts-Überwachungszone 30F gelegen ist, ist die Information über den Sensor leicht verfügbar durch einfaches Drücken einiger weniger Tasten, da das zentrale Steuer- und Informationssystem 1 bereits die Information über den Sensor als wahrscheinlich hoch prioritäre Information ausgewählt hat. Der Qualitätsingenieur findet schnell heraus, dass die Besonderheiten sehr wahrscheinlich durch Kontaktoxidation in dem Sensor verursacht sind. Nachfolgend ruft der Qualitätsingenieur nach Unterstützung von einem Elektroingenieur, um den Sensor zu reparieren. Eine Betriebssituation der Einrichtung, bei der ein Elektroingenieur an dem Qualitätspult benötigt wird, ohne dass ein Notfallstatus da ist, ist eingetreten. Gemäß dem Arbeitsplan der Einrichtung wird der Elektroingenieur zugewiesen als primärer Assistents-Ingenieur jeden Tag. Das zentrale Steuer- und Informationssystem sucht nach diesem zugewiesenen Assistents-Ingenieur, aber findet heraus, dass er und sein Nutzerendgerät gegenwärtig in Zone 30D positioniert sind, d. h. im Personalgebiet, wahrscheinlich während seiner Mittagspause. Da der Assistenz-Anruf kein Notfall-Anruf war, sucht das zentrale Steuer- und Informationssystem 1 anstelle dessen nach einem anderen Elektroingenieur mit dem richtigen Kompetenzprofil in der Nähe des Qualitätspults und findet, dass der Elektroingenieur 60C, der die Kalibrierungen durchführt, der geeignetste ist. Unter Ausnutzung des Wissens des Kompetenzprofils, der Position und der Betriebssituation der Einrichtung macht das zentrale Steuer- und Informationssystem 1 eine neue Auswahl von Daten, die an dem Nutzerendgerät des Elektroingenieurs 60C dargestellt werden. Nachfolgend erhält er eine Mitteilung, dass er gebeten wird, zu dem Qualitätspult zu gehen und wird informiert, Werkzeug und andere Ausrüstung zum Wiederherstellen eines oxidierten Kontaktes in einem Sensor mitzubringen. Die detaillierte Information über den Sensor wird nun leicht verfügbar für den Elektroingenieur gemacht, und zwar durch Drücken einiger weniger Tasten. Der Sensor wird wieder betriebsfähig gemacht und der normale Betrieb wieder aufgenommen.
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Bei einer späteren Gelegenheit bekommt der Steueringenieur 60D, der die Monitore des Steuerraums 44 überwacht, ein Alarmsignal von einem der Motoren 48, die in der Zone 30J gelegen sind. Eine kritische Temperatur hat sich schnell erhöht und ein Temperaturwächter hat den Alarm ausgelöst. Der Benutzer ruft nach einer Notfallsteuerung eines Maschinenbauingenieurs. Das zentrale Steuer- und Informationssystem 1 weiß, dass ein Maschinenbauingenieur 60E in einer Nachbarzone 30I anwesend ist und übermittelt neue Information an ihn. Der Maschinenbauingenieur ist innerhalb weniger Sekunden in Position und hat alle relevanten Daten an seinem Nutzerendgerät leicht verfügbar, ohne eigene Schritte zu unternehmen. Er entdeckt einen größeren Fehler und meldet dies an den Steueringenieur 60D, der unmittelbar entscheidet, die Produktionslinie 42 zu stoppen. Der Maschinenbauingenieur 60E untersucht die Konsequenzen des größeren Fehlers. Er bemerkt einige Schäden und bittet um Ersatzteile. Diese Teile sind jedoch nicht an der Produktionseinrichtung verfügbar und müssen von irgendwo anders her transportiert werden. Gemäß der Information, die der Ingenieur an seinem Nutzerendgerät zur Verfügung hat, bemerkt er jedoch, dass der Motor noch zu einem gewissen Grad betriebsfähig ist. Um dies zu bestätigen, muss ein Spezialist 65 kontaktiert werden. Unglücklicherweise ist der Spezialist 65 im Urlaub, kann jedoch über eine Internetverbindung 63 kontaktiert werden. Relevante Daten werden an den Spezialisten 65 gesandt, der bald bestätigt, dass der Motor benutzt werden kann, jedoch bei verminderter Geschwindigkeit.
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Wenn eine Produktionslinie gestoppt wurde, wird der Produktionsmanager der Einrichtung sofort informiert. Die vorliegende Produktionsplanung wird an seinem Nutzerendgerät, zusammen mit dem gegenwärtigen Status des Betriebs, d. h. einem Notfallstopp dargestellt. Er startet damit, mögliche Neuplanung zu untersuchen, und zwar abhängig von der Dauer des Stopps. Wenn der Spezialist 65 den Betrieb des Motors mit verminderter Geschwindigkeit genehmigt, kann der Produktionsmanager von dem zentralen Steuer- und Informationssystem 1 leicht erfahren, dass die vorliegende Papierqualität nicht produziert werden kann. Eine andere Papierqualität kann jedoch produziert werden, unter Verwendung des versagenden Motors bei einer verminderten Geschwindigkeit. Der Produktionsmanager gibt einen Auftrag über eine unmittelbare Veränderung der Papierqualität und die Produktion wird langsam wieder aufgenommen. Aufgrund des Umstands, dass relevante Information an den richtigen Stellen zur richtigen Zeit und in schneller Weise verfügbar war, wurde die Dauer des Stopps minimiert.
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Die Ersatzteile trafen zwei Tage später ein und ein geplanter Produktionsstopp wurde für einen Tag später vorgesehen. Die wirtschaftlichen Verluste wurde auf diese Weise signifikant vermindert.
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4 erläutert eine weitere industrielle Automatisierungseinrichtung, in der die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann. Ein elektrisches Kraftwerk 70 für hydroelektrische Leistung umfasst einen Behälter 71 für Wasser und einen Auslasspfad 72, in dem zwei Turbinen 73, 74 angeordnet sind. Jede der Turbinen 73, 74 ist mit Generatoren 75, 76 für die Produktion von elektrischer Energie verbunden. Die Generatoren 75, 76 sind wiederum mit Transformatoren 77, 78 verbunden und weiter mit einem elektrischen Verteilungsnetz 79. Die unterschiedlichen Aufgaben des Kraftwerks werden überwacht und gesteuert von einem Steuerraum 80 aus. Ein zentrales Steuer- und Informationssystem 1 hat Zugriff auf alle Betriebsinformation, ebenso wie technische Kalibrierungs- und Testdateninformation über die verschiedenen Geräte des Werks 70. Jedes Gerät hat eine zugeordnete Zone 30 und ebenso hat dies der Steuerraum. Eine weitere Zone kann beispielsweise definiert werden an dem Behälter, beispielsweise für Untersuchungszwecke. Wie in dem oben beschriebenen Beispiel sind Nutzerendgeräte verfügbar, die drahtlos mit dem zentralen Steuer- und Informationssystem in Verbindung stehen.
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Ein Wartungsstopp wird an dem Kraftwerk für die Ersatzteile des Generators 76 geplant. Der Stopp muss innerhalb eines Tages oder zwei durchgeführt werden, um Schäden an einer anderen Einrichtung zu vermeiden. Zur Zeit des Abschaltens muss ein anderes Kraftwerk abgeschaltet werden und wenn auch eine der Turbinen des vorliegenden Werks gestoppt wird, entsteht ein Leistungsloch im Verteilungsnetzwerk. Die Manager des Kraftwerks werden gebeten, den Lauf der übrigen Generatoren bei einer Leistung, höher als der gewöhnlichen, für eine kurze Zeitdauer zu prüfen. Das Management akzeptiert dies. Da jedoch viele Menschen in der Wartungsarbeit involviert sind, sind nur wenige Menschen verfügbar zum Betreiben des übersteuerten Generators. Um eine Übersteuerung zu ermöglichen, muss eine kontinuierliche direkt sichtbare Untersuchung durchgeführt werden und die Beobachtungen müssen direkt mit den sofortigen Betriebsbedingungen korreliert werden. In einem System gemäß dem Stand der Technik wäre dies sehr schwierig zu verwirklichen. Im vorliegenden Fall können einige wenige Personen das Kraftwerk beim Betrieb patrouillieren. Wenn die Personen nahe an ein Objekt gelangen, wählt das zentrale Steuer- und Informationssystem 1 relevante Daten für dieses Objekt aus, ohne Bedarf nach extensiver Kommunikation zwischen dem Benutzer und dem zentralen Steuer- und Informationssystem zu haben. Eine kleinere Anzahl von Leuten kann dann die Steuerung des Systems verwalten. Die Daten werden kontinuierlich aktualisiert und wenn Fragen auftreten, können Spezialisten, die an den Ersatzarbeiten arbeiten, leicht konsultiert werden. Aufgrund der Datenfiltrierung, die sowohl von der Benutzeridentität als auch der Position abhängt, wird der Informationsfluss schnell und präzise verfügbar gemacht.
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Ein drittes Beispiel wird in 5 erläutert. Hier ist die industrielle Automatisierungseinrichtung ein Transportschiff 90. Das Schiff ist mit einem zentralen Steuer- und Informationssystem und einem Netzwerk von Verbindungsblöcken ausgerüstet. Es ist somit möglich, ein Nutzerendgerät mit einem dieser Blöcke zum Auffinden von Information zu verbinden. Der Betrieb des Schiffes wird auf der Basis vieler Eingaben durchgeführt, z. B. der Position des Schiffes, der Leistungserzeugung und der Energieoptimierung der Motoren, Wettervorhersagen, Sicherheitsbefehlen, etc. Die Wichtigkeit des Zugriffs auf aktualisierte relevante Information auf der Basis des Wissens von der Position der Person, welche die Information anfordert, ist offensichtlich.
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Die obigen Beispiele wurden diskutiert, beginnend mit der Existenz der beweglichen Nutzerendgeräte. Natürlich kann der Gebrauch der beweglichen Endgeräte kombiniert werden mit der Verwendung von stationären Endgeräten. Eine ähnliche Informationsfluss-Filterung kann auch für diese Endgeräte durchgeführt werden. Die Information über die Position ändert sich jedoch nicht und eine stationäre Auswahl der Information kann im Voraus durchgeführt werden. Viele der Vorteile treten nicht auf in Systemen mit nur stationären Endgeräten, wobei jedoch gemischte Systeme möglich sind.
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Sogar wenn die vorliegende Erfindung dafür sorgt, dass die wahrscheinlichste relevante Information auf den Nutzerendgeräten ohne Schritte des Benutzers angezeigt werden, gibt es natürlich Situationen, bei denen der Benutzer aktiv die Information auswählen muss, welche angezeigt werden soll. Diese Auswahl der Information auf der Basis der Zone oder Positionsinformation kann somit überschrieben bzw. außer Kraft gesetzt werden. Durch Vermindern der Informationsmenge können jedoch die Wahlvorgänge schnell durch Drücken einiger weniger Knöpfe oder Tasten durchgeführt werden. Das Nutzerendgerät kann in dieser Weise benutzt werden, um zwischen verschiedenen Blöcken von relevanter Information hin- und herzuschalten.
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6 zeigt ein Flussdiagramm, das die Hauptschritte eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Das Verfahren startet in Schritt 200. In Schritt 202 wird eine Identität des Benutzers dem zentralen Steuer- und Informationssystem zur Verfügung gestellt. Die Position eines Nutzerendgeräts wird in Schritt 204 bestimmt, entweder durch das zentrale Steuer- und Informationssystem oder durch das Nutzerendgerät selbst, gefolgt von einer Übertragung der Positionsinformation an das zentrale Steuer- und Informationssystem. Auf der Basis sowohl der Identität als auch der Position wird eine Datenmenge in Schritt 206 aus den verfügbaren Datenquellen ausgewählt, um relevante Daten für den Benutzer darzustellen. In Schritt 208 werden die ausgewählten Daten dem Nutzerendgerät weitergeleitet und die relevanten Daten an dem Endgerät in Schritt 210 dargestellt. Das Verfahren endet in Schritt 212.
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Die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können als Software, Hardware oder eine Kombination davon implementiert werden. Ein Computerprogrammprodukt, welches das Verfahren oder einen Teil davon implementiert, weist auf eine Software oder ein Computerprogramm, das auf einem allgemeinen oder speziell angepassten Computer, Prozessor, Mikroprozessor oder programmierbaren Logiksteuergeräten (PLC) läuft. Die Software weist auf ein Computerprogramm-Codeelemente oder Software-Codeabschnitte, die den Computer veranlassen, das Verfahren unter Verwendung wenigstens eines der Schritte, die vorausgehend zu 6 beschrieben wurden, durchzuführen. Das Programm kann insgesamt oder zum Teil auf oder in einem der geeigneteren computerlesbaren Medien oder Datenspeichereinrichtungen gespeichert werden, z. B. einem Magnetband, einer CD-ROM oder einer DVD-Scheibe, einer hard disc, einer magneto-optischen Speichereinrichtung, in einem RAM oder löschbaren Speicher, in ROM oder in einem flash memory, als firmware oder auf einem Datenserver. Solch ein Computerprogramm-Produkt kann auch über ein tenserver. Solch ein Computerprogramm-Produkt kann auch über ein Netzwerk, z. B. Internet, zugeführt werden.
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Die Nutzerendgeräte können verschiedene Arten umfassen. In einem typischen Fall ist das Nutzerendgerät ein tragbarer Computer oder ein handgehaltener Computer mit Einrichtungen für die Datenverbindung mit einem zentralen Steuer- und Informationssystem. In bestimmten Fällen können die Endgeräte speziell hergestellt werden für den beabsichtigten Gebrauch oder wenigstens versehen werden mit Schutzeinrichtungen, damit sie in einer verschmutzten Umgebung benutzt werden können. Für Anwendungen, bei denen eine sehr begrenzte Datenmenge gezeigt werden muss, werden plausibler Weise Mobiltelefone verwendet. Es ist auch möglich, verschiedene Typen von Endgeräten mit einem und derselben Einrichtung zu mischen, wobei die Komplexität des Endgerätes an die erwartete Datenmenge bzw. Datenlast angepasst wird.
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Eine interessante Anwendung für die vorliegende Erfindung ist ein Werkzeug für die Erziehung beziehungsweise Ausbildung. Wenn ein neuer Angestellter mit jedem relevanten Detail einer Automatisierungseinrichtung vertraut gemacht werden soll, ist es sehr nützlich, Unterstützung von einem Nutzerendgerät zu haben, welches die relevante Instruktionsinformation während eines Besuch in der Nähe der unterschiedlichen Vorrichtungen auswählt. Die Auswahlinformation kann dann durchgeführt werden in pädagogischer, sorgfältig vorbereiteter Weise.
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Es ist zu verstehen von Fachleuten auf diesem Gebiet, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden können am Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ohne von ihrem Umfang abzuweichen, der durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
