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VERWANDTE
ANMELDUNGEN
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Das
vorliegende Dokument beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der
Anmeldungsnummer 60/273 164, angemeldet am 1. März 2001.
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TECHNOLOGIEGEBIET
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Die
vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Prozeßsteuer und -wartungssysteme
in Verarbeitungsbetrieben und insbesondere den Gebrauch eines koordinierten
Expertensystems zur Unterstützung
der Anlagennutzung und -optimierung in einem Verarbeitungsbetrieb.
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BESCHREIBUNG
DES STANDS DER TECHNIK
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Prozeßsteuersysteme
wie etwa solche, die in Chemie-, Erdöl- oder anderen Prozessen verwendet
werden, haben typischerweise eine oder mehrere zentrale oder dezentrale
Prozeßsteuereinheiten,
die mit wenigstens einem Hauptrechner oder einer Bedienerworkstation
und mit einer oder mehreren Prozeßsteuer- und -instrumentierungseinrichtungen
wie etwa Feldeinrichtungen über
analoge, digitale oder kombinierte Analog-/Digitalbusse kommunikativ
gekoppelt sind. Feldeinrichtungen, die beispielsweise Ventile, Ventilpositionierer,
Schalter, Meßwertumformer
und Sensoren (z. B. Temperatur-, Druck- und Durchflußratensensoren)
sein können,
führen
Funktionen innerhalb des Prozesses aus wie etwa das Öffnen oder
Schließen
von Ventilen und das Messen von Prozeßparametern. Die Prozeßsteuereinheit empfängt Signale,
die Prozeßmessungen
oder Prozeßvariablen
bezeichnen, die von den Feldeinrichtungen durchgeführt oder
den Feldeinrichtungen zugeordnet sind, und/oder andere Informationen,
welche die Feldeinrichtungen betreffen, nutzt diese Informationen
zur Implementierung einer Steuerroutine und erzeugt dann Steuersignale,
die über
einen oder mehrere der Busse an die Feldeinrichtungen übertragen
werden, um die Operation des Prozesses zu steuern. Informationen
von den Feldeinrichtungen und der Steuereinheit werden charakteristisch
einer oder mehreren Anwendungen zur Verfügung gestellt, die von einer
Bedienerworkstation ausgeführt
werden, um einem Bediener zu erlauben, gewünschte Funktionen in bezug
auf den Prozeß auszuführen, etwa
das Betrachten des aktuellen Zustands des Prozesses, Modifizieren
des Prozeßbetriebs
usw.
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Ein
typisches Prozeßsteuersystem
hat zwar viele Prozeßsteuer-
und -instrumentierungseinrichtungen wie etwa Ventile, Meßwertumformer,
Sensoren usw., die mit einer oder mehreren Prozeßsteuereinheiten verbunden
sind, die Software ausführen, welche
diese Einrichtungen im Betrieb des Prozesses steuern, es gibt jedoch
viele andere unterstützende
Einrichtungen, die für
den Prozeßbetrieb
ebenfalls notwendig sind oder damit in Zusammenhang stehen. Diese
zusätzlichen
Einrichtungen umfassen beispielsweise Energieversorgungsgeräte, Energieerzeugungs-
und -verteilungseinrichtungen, Rotationsvorrichtungen wie etwa Turbinen
usw., die in einem typischen Betrieb an zahlreichen Stellen angeordnet sind.
Diese zusätzlichen
Einrichtungen erzeugen oder nutzen zwar nicht unbedingt Prozeßvariablen und
sind in vielen Fällen
nicht von einer Prozeßsteuereinheit
gesteuert oder damit gekoppelt, um den Prozeßablauf zu beeinflussen, aber
diese Einrichtungen sind dennoch für den ordnungsgemäßen Ablauf des
Prozesses wichtig und letztlich notwendig. In der Vergangenheit
waren diese anderen Einrichtungen jedoch den Prozeßsteuereinheiten
nicht unbedingt bekannt bzw. die Prozeßsteuereinheiten gingen einfach
davon aus, daß diese
Einrichtungen ordnungsgemäß arbeiteten,
wenn die Prozeßsteuerung
durchgeführt
wurde.
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Ferner
sind vielen Verarbeitungsbetrieben andere Rechner zugeordnet, die
Anwendungen ausführen,
die auf Geschäftsfunktionen
oder Wartungsfunktionen bezogen sind. Beispielsweise weisen manche
Betriebe Computer auf, die Anwendungen ausführen, die dem Bestellen von
Rohstoffen, Ersatzteilen oder Einrichtungen für die Anlage dienen, oder Anwendungen
ausführen,
die Verkaufsprognosen und Fertigungsbedarf betreffen, usw. Ebenso
weisen viele Verarbeitungsbetriebe und speziell solche, die intelligente
Feldeinrichtungen verwenden, Anwendungen auf, die verwendet werden,
um die Über wachung
und Wartung der Einrichtungen innerhalb des Betriebs ohne Rücksicht
darauf zu unterstützen,
ob diese Einrichtungen Prozeßsteuerungs-
und -instrumentierungseinrichtungen oder andere Arten von Einrichtungen
sind. Beispielsweise erlaubt die Anwendung Asset Management Solutions
(AMS), die von Fisher-Rosemount
Systems, Inc. verkauft wird, die Kommunikation mit Feldeinrichtungen
und speichert Feldeinrichtungen betreffende Daten, um den Betriebszustand
der Feldeinrichtungen festzustellen und zu verfolgen. Ein Beispiel
eines solchen Systems ist in der US-PS 5 960 214 mit dem Titel "Integrated Communication
Network für
Use in a Field Device Management System" angegeben. In manchen Fällen kann
die AMS-Anwendung dazu verwendet werden, mit Einrichtungen zu kommunizieren,
um Parameter innerhalb der Einrichtung zu ändern, die Einrichtung zu veranlassen,
Anwendungen wie etwa Selbstkalibrierungsroutinen oder Selbstdiagnoseroutinen
an sich selber auszuführen,
Informationen über den
Zustand oder die Gesundheit der Einrichtung zu gewinnen usw. Diese
Informationen können
gespeichert und von einer Wartungsperson genutzt werden, um diese
Einrichtungen zu überwachen
und zu warten. Ebenso gibt es andere Arten von Anwendungen, die
dazu dienen, andere Arten von Einrichtungen wie etwa Rotationseinrichtungen
und Energieerzeugungs- und -versorgungseinrichtungen zu überwachen.
Diese anderen Anwendungen sind typischerweise für das Wartungspersonal verfügbar und
dienen zur Überwachung
und Unterhaltung der Einrichtungen innerhalb eines Verarbeitungsbetriebs.
In vielen Fällen
führen
jedoch fremde Dienstleistungsorganisationen eventuell Dienstleistungen
aus, die auf die Uberwachung des Prozeßablaufs und der Prozeßeinrichtungen
bezogen sind. In diesen Fällen
erfassen die fremden Dienstleistungsorganisationen die von ihnen
benötigten
Daten, führen
typischerweise firmeneigene Anwendungen aus, um die Daten zu analysieren,
und versorgen das Personal des Verarbeitungsbetriebs nur mit Resultaten
und Empfehlungen. Dies ist zwar hilfreich, aber das Betriebspersonal
hat nur wenig oder keine Möglichkeiten,
die gemessenen Rohdaten zu betrachten oder die Analysedaten auf
eine andere Weise zu nutzen.
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In
dem typischen Betrieb oder Prozeß sind jedoch die Funktionen,
die den Prozeßsteueraktivitäten, den
Wartungs- und Überwachungsaktivitäten für Einrichtungen
und Geräte
zugeordnet sind, und die Geschäftsaktivitäten voneinander
getrennt, und zwar sowohl hinsichtlich des Orts, an dem diese Aktivitäten stattfinden,
als auch in bezug auf das Personal, das diese Aktivitäten typischerweise
ausführt.
Außerdem
verwenden die verschiedenen Personen, die mit diesen verschiedenen
Funktionen befaßt
sind, im allgemeinen unterschiedliche Werkzeuge wie etwa unterschiedliche
Anwendungen, die auf verschiedenen Computern laufen, um die verschiedenen
Funktionen auszuführen.
In vielen Fällen
sammeln oder nutzen diese verschiedenen Werkzeuge unterschiedliche Datentypen,
die den Einrichtungen oder Geräten
innerhalb des Prozesses zugeordnet sind oder von diesen gesammelt
werden, und sind verschieden eingerichtet, um die von ihnen benötigten Daten
zu sammeln. Prozeßsteuerungs-Bedienpersonen
beispielsweise, die allgemein den täglichen Ablauf des Betriebs
beaufsichtigen und hauptsächlich
dafür verantwortlich
sind, daß Güte und Kontinuität des Prozeßbetriebs
sichergestellt sind, beeinflussen den Prozeß typischerweise durch Einstellen
und Ändern
von Sollwerten innerhalb des Prozesses, durch Abstimmen von Prozeßschleifen,
zeitliches Planen von Prozeßoperationen
wie etwa Chargenbetrieb usw. Diese Prozeßsteuerungs-Bedienpersonen können verfügbare Werkzeuge für die Diagnose
und Korrektur von Prozeßsteuerungsproblemen
innerhalb eines Prozeßsteuerungssystem
verwenden, was beispielsweise automatische Abstimmeinrichtungen,
Schleifenanalysatoren, Neuronennetzsysteme usw. umfaßt. Prozeßsteuerungs-Bedienpersonen
empfangen ferner Prozeßvariableninformation
von dem Prozeß über eine
oder mehrere Prozeßsteuereinheiten,
die den Bedienpersonen Informationen über den Ablauf des Prozesses
liefern, was auch innerhalb des Prozesses erzeugte Alarme einschließt. Diese
Informationen können
der Prozeßsteuerungs-Bedienperson über eine
Standard-Benutzerschnittstelle zugänglich gemacht werden.
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Außerdem ist
es derzeit bekannt, eine Expertenmaschine vorzusehen, die Prozeßsteuervariablen und
begrenzte Informationen über
den Betriebszustand der Steuerroutinen oder Funktionsblöcke oder Module
nutzt, die zu Prozeßsteuerroutinen
gehören, um
nicht perfekt laufende Schleifen zu detektieren und einem Bediener
Informationen über
vorgeschlagene Maßnahmen
zur Korrektur des Problems zu liefern. Eine solche Expertenmaschine
ist in der US-Patentanmeldung mit der Anmeldungs-Nummer 09/256 585
mit dem Titel "Diagnostics
in a Process Control System",
angemeldet am 22. Februar 1999, und in der US-Patentanmeldung mit
der Anmeldungs-Nr. 09/499 445 mit dem Titel "Diagnostic Expert in a Process Control
System", angemeldet
am 7. Februar 2000, angegeben; beide Dokumente werden hier summarisch
eingeführt.
Ebenso ist es bekannt, Steuerungsoptimierer wie etwa Echtzeitoptimierer
in einem Betrieb laufen zu lassen, um die Steueraktivitäten des
Verarbeitungsbetriebs zu optimieren. Diese Optimierer nutzen typischerweise
komplexe Modelle des Betriebs, um vorherzusagen, wie Eingaben geändert werden
können,
um die Operation des Betriebs in bezug auf eine gewünschte Optimierungsvariable
wie beispielsweise den Gewinn zu optimieren.
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Andererseits
verwendet Wartungspersonal, das hauptsächlich dafür verantwortlich ist sicherzustellen,
daß die
eigentlichen Einrichtungen innerhalb des Prozesses effizient arbeiten
und fehlerhaft arbeitende Einrichtungen repariert und ausgetauscht
werden, Werkzeuge wie etwa Wartungsschnittstellen, die oben erwähnte AMS-Anwendung
sowie viele andere Diagnosewerkzeuge, die Informationen über Betriebszustände der
Einrichtungen innerhalb des Prozesses liefern. Wartungspersonal
besorgt auch die zeitliche Planung von Wartungsaktivitäten, die das
Abschalten von Bereichen des Betriebs erfordern können. Bei
vielen neueren Arten von Prozeßeinrichtungen
und -geräten,
allgemein als intelligente Feldeinrichtungen bezeichnet, können die
Einrichtungen selber Detektions- und Diagnosewerkzeuge aufweisen,
die automatisch Probleme mit dem Betrieb der Einrichtung erfassen
und diese Probleme automatisch über
eine Standard-Wartungsschnittstelle
an eine Wartungsperson berichten. Beispielsweise meldet die AMS-Software den Einrichtungsstatus
und Diagnoseinformation an die Wartungsperson und stellt die Kommunikation
und sonstige Werkzeuge bereit, die es der Wartungsperson ermöglichen
zu bestimmen, was in Einrichtungen geschieht, und auf von Einrichtungen
gelieferte Einrichtungsinformationen zuzugreifen. Typischerweise
befinden sich Wartungsschnittstellen und Wartungspersonal entfernt von
den Prozeßsteuerungs-Bedienpersonen, obwohl dies
nicht immer der Fall ist. Beispielsweise können in einigen Verarbeitungsbetrieben
die Prozeßsteuerungs-Bedienpersonen
die Aufgaben von Wartungspersonen wahrnehmen oder umgekehrt, oder
die verschiedenen Personen, die für diese Funktionen zuständig sind,
können
dieselbe Schnittstelle nutzen.
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Außerdem befinden
sich Personen, die für Geschäftsanwendungen
verantwortlich sind, und Anwendungen, die für Geschäftsanwendungen verwendet werden,
etwa für
das Bestellen von Teilen, Betriebsmitteln, Rohstoffen usw., und
die strategische Geschäftsentscheidungen
wie etwa die Wahl der Produkte, die hergestellt werden sollen, der Variablen zur
Optimierung innerhalb des Betriebs usw. typischerweise in Büros des
Betriebs, die sowohl von den Prozeßsteuerungs-Schnittstellen
als auch den Wartungsschnittstellen abgesetzt sind. Ebenso möchten Manager
oder andere Personen vielleicht Zugang zu bestimmten Informationen
innerhalb des Verarbeitungsbetriebs von entfernten Orten aus oder von
anderen Computersystemen aus, die dem Verarbeitungsbetrieb zugeordnet
sind, erhalten, um sie für die Übersicht über den
Betrieb und für
das Fällen
von strategischen Langzeitentscheidungen zu nutzen.
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Da
meistens sehr unterschiedliche Anwendungen, die zur Durchführung der
verschiedenen Funktionen innerhalb eines Betriebs dienen, z. B.
für Prozeßsteueroperationen,
Wartungsoperationen und Geschäftsoperationen,
getrennt vorgesehen sind, sind die verschiedenen Anwendungen, die
für diese verschiedenen
Aufgaben genutzt werden, nicht integriert und teilen Daten oder
Informationen nicht miteinander. Tatsächlich haben viele Betriebe
eventuell nur einige, aber nicht sämtliche dieser verschiedenen Arten
von Anwendungen. Aber auch dann, wenn alle Anwendungen innerhalb
eines Betriebs vorhanden sind, gibt es, weil verschiedenes Personal
diese verschiedenen Anwendungen und Analysewerkzeuge nutzt und weil
diese Werkzeuge im allgemeinen sich an unterschiedlichen Hardwareorten
innerhalb des Betriebs befinden, nur wenig oder keinen Informationsfluß von einem
Funktionsbereich des Betriebs zu einem anderen, auch wenn diese
Information für
andere Funktionen innerhalb des Betriebs nützlich sein kann. Beispielsweise
kann ein Werkzeug wie etwa ein Rotationsgerätedaten-Analysewerkzeug von
einer Wartungsperson genutzt werden, um einen nicht perfekt funktionierenden
Energieerzeuger oder einen Abschnitt eines Rotationsgeräts zu detektieren
(basierend auf Daten eines Nicht-Prozeßvariablentyps). Dieses Werkzeug
kann ein Problem detektieren und die Wartungsperson aufmerksam machen,
daß die Einrichtung
kalibriert, repariert oder ausgetauscht werden muß. Der Prozeßsteuerungs-Bediener
(entweder ein Mensch oder ein Softwareexperte) erhält jedoch
diese Information nicht, obwohl die schlecht funktionierende Einrichtung
ein Problem verursachen kann, das eine Schleife oder eine andere
Komponente beeinträchtigt,
die mit dem Prozeßsteuervorgang überwacht
wird. Ebenso ist der für
das Geschäftliche zuständigen Person
diese Tatsache nicht bekannt, obwohl die gestörte Einrichtung für die Optimierung kritisch
ist und eine Optimierung des Betriebs in einer Weise, welche die
Geschäftsperson
wünscht,
eventuell verhindert.
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Da
der Prozeßsteuerexperte
ein Einrichtungsproblem nicht kennt, das letztlich ein schlechtes Betriebsverhalten
einer Schleife oder Einheit in dem Prozeßsteuersystem verursachen kann,
und weil der Prozeßsteuerbediener
oder Experte davon ausgeht, daß diese
Einrichtung perfekt funktioniert, kann der Prozeßsteuerexperte das Problem,
das er innerhalb der Prozeßsteuerschleife
detektiert, falsch diagnostizieren oder kann versuchen, ein Werkzeug
wie etwa eine Schleifenabstimmeinheit anzuwenden, die das Problem
niemals wirklich korrigieren kann. Ebenso kann die Geschäftsperson
eventuell eine geschäftliche
Entscheidung treffen, den Betrieb auf eine Weise auszuführen, welche
die gewünschten
geschäftlichen
Auswirkungen (etwa die Gewinnoptimierung) wegen der gestörten Einrichtung
nicht erreichen kann.
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Infolge
der Häufigkeit
der Datenanalyse und anderer Detektions- und Diagnosewerkzeuge,
die in der Prozeßsteuerumgebung
verfügbar
sind, gibt es eine Menge Informationen über die Gesundheit und Leistungsfähigkeit
von Einrichtungen, die für
die Wartungsperson verfügbar
sind und für
den Prozeßbediener
und die Geschäftspersonen
hilfreich sein könnten.
Ebenso gibt es eine Menge Informationen, die dem Prozeßbediener
zur Verfügung
stehen und den aktuellen Betriebsstatus der Prozeßsteuerschleifen
und anderer Routinen betreffen und für die Wartungsperson oder die
Geschäftsperson
hilfreich sein könnten.
Ebenso gibt es Informationen, die im Lauf der Durchführung der
Geschäftsfunktionen
erzeugt oder genutzt werden und für die Wartungsperson oder den
Prozeßsteuerbediener
bei der Optimierung des Prozeßablaufs
hilfreich sein könnten.
Da diese Funktionen aber bisher voneinander getrennt sind, wurde
die in einem Funktionsbereich erzeugte oder gesammelte Information
in anderen Funktionsbereichen entweder überhaupt nicht oder nicht besonders gut
genutzt, was zu einer insgesamt suboptimalen Nutzung der Anlagen
innerhalb von Verarbeitungsbetrieben führte.
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EP-0965897-A1
und GB-2347234-A zeigen Systeme nach dem Stand der Technik.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen
einer Entität
innerhalb einer Prozeßanlage
gemäß Patentanspruch
1 und ein System gemäß Patentanspruch
62.
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Ein
Prozeßsteuersystem
sammelt Daten oder Informationen betreffend die Anlagen eines Verarbeitungsbetriebs
von verschiedenen Entitäten
des Betriebs auf unterschiedlichen Hierarchieebenen. Die Entitäten können Feldeinrichtungen
wie Ventile, Positionierer, Schalter, Multiplexer, Meßumformer, Steuersysteme,
Transceiver, drehzahlgeregelte Treiber, Betätigungselemente, E/A-Systeme,
Zwei-, Drei- oder Vierdrahteinrichtungen usw. sowie verschiedene
intelligente Einrichtungen sein, was Einrichtungen nach einem bestimmten
Protokoll wie Fieldbus, HART, PROFIBUS®, WORLDFIP®,
Device-Net®, AS-Interface
und CAN einschließt.
Die Einrichtungen können
außerdem
Netzkommunikationseinrichtungen wie TCP/IP-Protokolleinrichtungen,
Ethernet-Einrichtungen
und Internet-Einrichtungen aufweisen. Die Entitäten können ferner Feldanlagen wie etwa
Energieerzeugungsanlagen, Energieverteilungsanlagen, Transformatoren,
Behälter,
Rotationsvorrichtungen, Meßanlagen,
Pumpen usw. aufweisen. Außerdem
können
die Entitäten
Gruppen von Einrichtungen und/oder Anlagen wie Schleifen, Untereinheiten,
Einheiten, Bereiche oder andere Prozeßsteuerentitäten aufweisen.
Daten und Informationen von diesen Einrichtungen wie etwa Prozeß- und Wartungsdaten
werden auf koordinierte Weise manipuliert von Werkzeugen wie einer
Indexberechnungseinrichtung und Modellierwerkzeugen zur Erstellung von
Nutzungsindexen, die den Status der Entität betreffen. Beispielsweise
können
Informationen oder Daten gesammelt werden, welche die Gesundheit, Variabilität, Leistung
oder Nutzung einer Einrichtung, einer Schleife, einer Einheit usw.
betreffen, um einen Nutzungsindex zu erstellen, der den Status der
Entität
betrifft. Diese Information kann dann an einen Prozeßbediener,
eine Wartungsperson oder einen anderen Benutzer übermittelt und für diesen
angezeigt werden, um diese Person über ein aktuelles oder künftiges
Problem zu informieren. Dieselbe Information kann von dem Prozeßbediener
genutzt werden, um zahlreiche Entscheidungen auszuführen, die
das System oder einzelne Entitäten
betreffen. Alternativ kann das System selber solche Entscheidungen
automatisch ausführen.
Das Prozeßsteuersystem
kann Indexe erzeugen, die auf Nicht-Prozeßvariablen wie Gesundheit,
Leistung, Nutzung und Variabilität
einer Einrichtung, Einheit, Schleife usw. bezogen sind.
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Ferner
können
einige Entitäten
kombiniert werden, um eine Entität
einer höheren
Ebene zu schaffen, und die Nutzungsindexe der Entitäten können verknüpft werden,
um für
die Entität
der höheren Ebene
Nutzungsindexe zu erzeugen. Alternativ können Modelle von verschiedenen
Entitäten
miteinander verbunden werden, um neue Modelle einer Entität einer
höheren
Ebene zu erzeugen. Die Operationen der Entität können simuliert werden, um neue Daten
oder Informationen zu erstellen, die genutzt werden können, um
einen Nutzungsindex zu erzeugen, der den Status der Entität der höheren Ebene bezeichnet.
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Ferner
kann eine Darstellung der Entitäten mit
einem entsprechenden Nutzungsindex für jede Entität zur Anzeige
gebracht werden. Eine Beschreibung kann zum Nutzen des Anwenders
erstellt werden, um die Bedeutung eines bestimmten Werts für den Nutzungsindex
zu erklären
und den Status der Entität
zu erläutern.
Diese Beschreibung kann verwendet werden, um den Benutzer über ein
aktuelles oder künftiges
Problem zu informieren, wie das Problem zu korrigieren ist, wie
die Entität
zu optimieren ist usw. Eine Darstellung einer Entität einer
höheren Ebene,
welche die Entitäten
aufweist, kann gemeinsam mit ihrem entsprechenden Nutzungsindex
angezeigt werden. Die Darstellungen der Entitäten können gemeinsam eine Darstellung
der Entität
der höheren
Ebene bilden. Dem Steuerungsbediener oder sonstigen Benutzer kann
gestattet werden, zwischen der Darstellung der Entität der höheren Ebene
und einer Darstellung von einer der Entitäten, welche die Entität der höheren Ebene
bilden, umzuschalten, um das Betrachten von verschiedenen hierarchischen Ebenen
innerhalb des Prozeßsteuersystems
zu ermöglichen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockbild eines Verarbeitungsbetriebs, der einen Anlagennutzungsexperten
hat, der konfiguriert ist, um den Datentransfer zwischen vielen
Funktionsbereichen des Betriebs zu empfangen und zu koordinieren;
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2 ist
ein Daten- und Informationsflußdiagramm
in bezug auf den Anlagennutzungsexperten in dem Betrieb von 1;
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3 ist
ein Blockbild eines Modells, das zur Simulation der Operation eines
Bereichs innerhalb eines Betriebs verwendet wird;
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4 ist
ein Blockbild eines Modells, das zur Simulation der Operation einer
Einheit in dem Bereichsmodell von 3 verwendet
wird;
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5 ist
ein zweidimensionales Leistungsüberwachungsschema;
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6 ist
ein Diagramm einer beispielhaften Fiduzialkurve, die zum Gebrauch
in einem Ofen ausgewählt
ist, und einer Verkokungsrate, die auf dieser Fiduzialkurve basiert;
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7 ist
ein Diagramm, das die Entwicklung einer neuen Verkokungsrate auf
der Basis der Fiduzialkurve von 6 zeigt;
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8 ist
eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das eine Einheit
in einem Prozeßsteuersystem
darstellt, die von einer grafischen Benutzeroberfläche angezeigt
werden kann;
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9 ist
eine beispielhafte Tabelle, die eine Art und Weise zeigt, wie Indexe
für unterschiedliche Ebenen
einer Systemhierarchie erzeugt werden können;
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10 ist
eine beispielhafte Tabelle, die eine Art und Weise zeigt, wie ein
Leistungsindex für
eine Einheit berechnet werden kann;
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11 ist
eine beispielhafte Tabelle, die eine Art und Weise zeigt, wie Indexwerte
genutzt werden können,
um einen neuen Indexwert als htetes Mittel der Indexwerte zu berechnen;
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12 ist
eine beispielhafte Tabelle, die eine Art und Weise zeigt, wie ein
Variabilitätsindex
für eine Einheit
berechnet werden kann;
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13 ist
ein beispielhaftes Display, das von einer grafischen Benutzeroberfläche in Abhängigkeit von
einem abnormalen Variabilitätsindex
bereitgestellt werden kann;
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14 ist
ein beispielhaftes Display der Daten, die zum Erzeugen eines Variabilitätsindex
genutzt werden;
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15 ist
ein beispielhaftes Diagramm eines Displays, das von einer grafischen
Benutzeroberfläche
bereitgestellt werden kann;
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16 ist
ein beispielhaftes Diagramm, das von einer grafischen Benutzeroberfläche bereitgestellt
werden kann;
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17 ist
eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das von einer grafischen
Benutzeroberfläche
bereitgestellt werden kann, um einem Benutzer die Betrachtung von
Auditpfadinformationen zu ermöglichen;
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18 ist
eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das von einer grafischen
Benutzeroberfläche
bereitgestellt werden kann, um einem Benutzer die Durchführung einer
stärker
detaillierten Analyse von Daten zu ermöglichen, die zum Erzeugen von
einem oder mehreren Indexen für
eine Einrichtung genutzt werden;
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19 ist
eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das von einer grafischen
Benutzeroberfläche
bereitgestellt werden kann, um einem Benutzer zu ermöglichen,
eine Leistungscharakteristik einer Einrichtung grafisch zu betrachten
oder zu überwachen;
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20 ist
noch eine weitere beispielhafte Darstellung eines Displays, das
von einer grafischen Benutzeroberfläche bereitgestellt werden kann,
um einem Benutzer die Schnellprüfung
von Informationen innerhalb eines Betriebs zu ermöglichen;
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21 bis 23 sind
beispielhafte Popup-Fenster, die von einer grafischen Benutzeroberfläche angezeigt
werden können,
um Einrichtungs-Statusinformation zu liefern;
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24 ist ein beispielhaftes Display, das von einer
grafischen Benutzeroberfläche
bereitgestellt werden kann, um einem Benutzer detaillierte Hilfeinformationen
zu geben;
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25 ist eine beispielhafte Darstellung eines Displays,
das von einer grafischen Benutzeroberfläche bereitgestellt werden kann,
um einem Benutzer die Diagnostizierung von schleifenbezogenen Problemen
zu ermöglichen;
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26 ist noch eine andere beispielhafte Darstellung
eines Displays, das von einer grafischen Benutzeroberfläche bereitgestellt
werden kann und das es einem Benutzer erlaubt, die Leistungsfähigkeit
und/oder den Status von einer oder mehreren Prozeßsteuerschleifen
zu analysieren;
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27 ist noch eine weitere beispielhafte Darstellung
eines Displays, das von einer grafischen Benutzeroberfläche bereitgestellt
werden kann, um einem Benutzer die Verfolgung oder Generierung von
Arbeitsanweisungen zu erlauben;
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28 bis 31 zeigen
Displays von spektralanalytischen Vibrationsdiagrammen eines Elements
innerhalb einer Rotationseinrichtung;
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32 ist ein Blockbild einer abgesetzten Überwachungseinrichtung,
die mit einer Vielzahl von Verarbeitungsbetrieben über ein
Kommunikationsnetz verbunden ist; und
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33 ist ein detailliertes Blockbild der abgesetzten Überwachungseinrichtung
von 32.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Gemäß 1 umfaßt ein Verarbeitungsbetrieb 10 eine
Reihe von Geschäfts-
oder anderen Computersystemen, die mit einer Reihe von Steuer- und
Wartungssystemen über
eines oder mehrere Kommunikationsnetze verbunden sind. Der Verarbeitungsbetrieb 10 weist
eines oder mehrere Prozeßsteuersysteme 12 und 14 auf.
Das Prozeßsteuersystem 12 kann
ein herkömmliches
Prozeßsteuersystem wie
etwa ein PROVOX- oder RS3-System oder jedes andere DCS sein, das
eine Bedienerschnittstelle 12A aufweist, die mit einer
Steuereinheit 12B und mit Ein-/Ausgabe- bzw. E/A-Karten 12C gekoppelt
ist, die ihrerseits mit verschiedenen Feldeinrichtungen wie etwa
analogen und HART-Feldeinrichtungen 15 gekoppelt
sind (HART = Highway Addressable Remote Transmitter). Das Prozeßsteuersystem 14,
das ein verteiltes Prozeßsteuersystem
sein kann, umfaßt eine
oder mehrere Bedienerschnittstellen 14A, die mit einer
oder mehreren verteilten Steuereinheiten 14B über einen
Bus wie etwa einen Ethernetbus gekoppelt sind. Die Steuereinheiten 14B können beispielsweise
DeltaVTM-Steuereinheiten sein, die von Fisher-Rosemount
Systems, Inc., Austin, Texas, verkauft werden, oder können jeder
andere gewünschte Typ
von Steuereinheit sein. Die Steuereinheiten 14B sind über E/A-Einrichtungen mit
einer oder mehreren Feldeinrichtungen 16 verbunden wie
beispielsweise mit HART- oder Fieldbus-Feldeinrichtungen oder anderen
intelligenten oder nichtintelligenten Feldeinrichtungen, die beispielsweise
diejenigen umfassen, die eines von den PROFIBUS®-,
WORLDFIP®-,
Device-Net®-,
AS-Interface- und CAN-Protokollen verwenden. Es ist bekannt, daß die Feldeinrichtungen 16 Analog-
oder Digitalinformation an die Steuereinheiten 14B liefern,
die auf Prozeßvariablen
sowie andere Einrichtungsinformationen bezogen sind. Die Bedienerschnittstellen 14A können Werkzeuge
speichern und ausführen,
die dem Prozeßsteuerbediener zur
Verfügung
stehen, um den Prozeßbetrieb
zu steuern, was beispielsweise Steueroptimierungsprogramme, Diagnoseexperten,
Neuronennetze, Abstimmeinrichtungen usw. umfaßt.
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Ferner
können
Wartungssysteme wie etwa Computer, welche die AMS-Anwendung ausführen, oder
irgendwelche anderen Einrichtungsüberwachungs- und Kommunikationsanwendungen
mit den Prozeßsteuersystemen 12 und 14 oder
mit den Einzeleinrichtungen darin verbunden sein, um Wartungs- und Überwachungsaktivitäten auszuführen.
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Beispielsweise
kann ein Wartungscomputer 18 mit der Steuereinheit 12B und/oder
mit den Einrichtungen 15 über irgendwelche gewünschten
Kommunikationsleitungen oder -netze (einschließlich Funknetze oder Handfunknetze)
verbunden sein, um mit Einrichtungen 15 zu kommunizieren
und in manchen Fällen
die Einrichtungen zu rekonfigurieren oder andere Wartungsarbeiten
daran auszuführen. Ebenso
können
Wartungsanwendungen wie die AMS-Anwendung in einer oder mehreren
der Anwenderschnittstellen 14A, die dem verteilten Prozeßsteuersystem 14 zugeordnet
sind, installiert sein oder davon ausgeführt werden, um Wartungs- und Überwachungsfunktionen
auszuführen,
was das Sammeln von Daten einschließt, die auf den Betriebsstatus
der Einrichtungen 16 bezogen sind.
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Der
Verarbeitungsbetrieb 10 weist ferner verschiedene Rotationseinrichtungen 20 auf
wie Turbinen, Motoren usw., die mit einem Wartungscomputer 22 über eine
permanente oder temporäre
Kommunikationsstrecke verbunden sind (etwa einen Bus, ein Funkkommunikationssystem
oder Handfunksysteme, die mit der Vorrichtung 20 verbunden
werden, um Meßwerte
abzulesen, und dann entfernt werden). Der Wartungscomputer 22 kann
bekannte Überwachungs-
und Diagnoseanwendungen 23, die beispielsweise von CSi-Systemen
bereitgestellt werden, oder andere bekannte Anwendungen speichern
und ausführen,
um den Betriebszustand der Rotationseinrichtungen 20 zu
diagnostizieren, zu überwachen
und zu optimieren. Wartungspersonal verwendet gewöhnlich die
Anwendungen 23, um die Leistungsfähigkeit von Rotationseinrichtungen 20 in
dem Betrieb 10 zu erhalten und zu überwachen, Probleme der Rotationsvorrichtungen 20 festzustellen
und zu bestimmen, wann und ob die Rotationsvorrichtung 20 repariert
oder ausgetauscht werden muß.
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Ebenso
ist ein Energieerzeugungs- und -verteilungssystem 24, das
Energieerzeugungs- und -verteilungsvorrichtungen 25 hat
und dem Betrieb 10 zugeordnet ist, beispielsweise über einen
Bus mit einem anderen Computer 26 verbunden, der die Funktionen
der Energieerzeugungs- und -verteilungsvorrichtungen 25 innerhalb
des Betriebs 10 ausführt
und überwacht.
Der Computer 26 kann bekannte Energiesteuerungs- und -diagnoseanwendungen 27 ausführen, wie
sie beispielsweise von Liebert und ASCO oder anderen Firmen bereitgestellt
werden, um die Energieerzeugungs- und -verteilungsvorrichtungen 25 zu
warten und zu steuern.
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In
der Vergangenheit sind die verschiedenen Prozeßsteuersysteme 12 und 14 und
die Energieerzeugungs- und -wartungssysteme 22 und 26 nicht miteinander
auf eine Weise verbunden worden, die es ihnen ermöglicht,
Daten, welche von jedem dieser Systeme erzeugt oder gesammelt werden,
auf eine brauchbare Weise gemeinsam zu nutzen. Infolgedessen sind
alle diese verschiedenen Funktionen wie etwa die Prozeßsteuerfunktionen,
die Energieerzeugungsfunktionen und die Rotationsvorrichtungs-Funktionen
jeweils unter der Annahme ausgeführt
worden, daß die
anderen Einrichtungen innerhalb des Betriebs, die von dieser speziellen
Funktion beeinflußt
werden können
oder darauf eine Auswirkung haben, perfekt ablaufen, was natürlich praktisch niemals
der Fall ist. Da jedoch die Funktionen so unterschiedlich sind und
die Einrichtungen und das zur Überwachung
dieser Funktionen eingesetzte Personal verschieden sind, gibt es
bisher wenig oder nur eine unbedeutende gemeinsame Datennutzung
zwischen den verschiedenen funktionellen Systemen innerhalb des
Betriebs 10.
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Zur Überwindung
dieses Problems ist ein Computersystem 30 vorgesehen, das
mit den Computern oder Schnittstellen kommunikativ verbunden ist,
die den verschiedenen funktionellen Systemen innerhalb des Betriebs 10 zugeordnet
sind, was die Prozeßsteuerfunktionen 12 und 14,
die Wartungsfunktionen wie etwa solche, die in den Computern 18, 14A, 22 und 26 implementiert
sind, und die Geschäftsfunktionen
einschließt.
Insbesondere ist das Computersystem 30 kommunikativ mit
dem herkömmlichen
Prozeßsteuersystem 12 und
mit der diesem Steuersystem zugeordneten Wartungsschnittstelle 18 verbunden,
ist verbunden mit den Prozeßsteuerungs-
und/oder Wartungsschnittstellen 14A des verteilten Prozeßsteuersystems 14,
ist verbunden mit dem Wartungscomputer 22 für die Rotationsvorrichtungen
und mit dem Energieerzeugungs- und -verteilungscomputer 26,
und zwar sämtlich über einen
Bus 32. Der Bus kann jedes gewünschte oder geeignete LAN-
oder WAN-Protokoll verwenden, um Kommunikationen herzustellen.
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Wie 1 zeigt,
ist der Computer 30 über den
gleichen oder einen anderen Netzbus 32 auch mit Geschäftssystemcomputern
und Wartungsplanungscomputern 35 und 36 verbunden,
die beispielsweise folgendes ausführen können: die Planung von Unternehmensressourcen
(ERP), die Materialressourcenplanung (MRP), das Rechnungswesen,
Produktions- und Kundenbestellsysteme, Wartungsplanungssysteme oder
sonstige gewünschte
Geschäftsanwendungen
wie Teile-, Betriebsmittel- und Rohstoffbestellanwendungen, Produktionsplanungsanwendungen
usw. Der Computer 30 kann auch beispielsweise über den
Bus 32 mit einem betriebsweiten LAN 37, einem
firmenweiten WAN 38 sowie einem Computersystem 40 verbunden
sein, das die Fernüberwachung
des Betriebs 10 oder die Kommunikation damit von abgesetzten
Orten erlaubt.
-
Bei
einer Ausführungsform
finden die Kommunikationen über
das Kommunikationsnetz 32 unter Anwendung des XML-Protokolls
statt. Dabei werden Daten von jedem der Computer 12A, 18, 14A, 22, 26, 35, 36 usw.
in eine XML-Hülle
gehüllt
und an einen XML-Datenserver übermittelt,
der beispielsweise in dem Computer 30 vorgesehen sein kann.
Da XML eine deskriptive Sprache ist, kann der Server jede Art von
Daten verarbeiten. Falls notwendig, werden die Daten am Server mit
einer neuen XML-Hülle umhüllt, d.
h. diese Daten werden von einem XML-Schema zu einem oder mehreren
anderen XML-Schemata abgebildet, die für jede der empfangenden Anwendungen
erzeugt werden. Somit kann jeder Datenurheber seine Daten unter
Verwendung eines Schemas umhüllen,
das diese Einrichtung oder Anwendung versteht oder dafür geeignet
ist, und jede empfangende Anwendung kann die Daten in einem anderen
Schema empfangen, das für
die empfangende Anwendung benutzt oder davon verstanden wird. Der
Server ist so konfiguriert, daß er
ein Schema in ein anderes Schema abbildet in Abhängigkeit von der Quelle und
dem Ziel (den Zielen) der Daten. Falls gewünscht, kann der Server auch
bestimmte Datenverarbeitungsfunktionen oder andere Funktionen, die
auf dem Empfang von Daten basieren, ausführen. Die Abbildungs- und Verarbeitungsfunktionsregeln
werden in dem Server vor dem Betrieb des hier beschriebenen Systems
eingerichtet und gespeichert. Auf diese Weise können Daten von jeder Anwendung
zu einer oder mehreren anderen Anwendungen übertragen werden.
-
Allgemein
gesagt umfaßt
der Computer 30 einen Anlagennutzungs-Experten 50,
der Daten und andere Informationen sammelt, die von den Prozeßsteuersystemen 12 und 14,
den Wartungssystemen 18, 22 und 26 und
den Geschäftssystemen 35 und 36 erzeugt
werden, sowie Informationen, die von Datenanalysewerkzeugen erzeugt
werden, die in jedem dieser Systeme ausgeführt werden. Der Anlagennutzungs-Experte 50 kann beispielsweise
auf dem OZ-Expertensystem basieren, das von NEXUS bereitgestellt
wird. Der Anlagennutzungs-Experte 50 kann jedoch jede andere
gewünschte
Art von Expertensystem sein, was beispielsweise jede Art von Datenfiltersystem
umfaßt.
Wichtig ist, daß der
Anlagennutzungs-Experte 50 als eine Daten- und Informations-Clearingstelle
in dem Verarbeitungsbetrieb dient und in der Lage ist, die Verteilung
von Daten oder Informationen von einem Funktionsbereich wie etwa dem
Wartungsbereich zu anderen Funktionsbereichen wie etwa dem Prozeßsteuerbereich
oder dem Geschäftsfunktionsbereich
zu koordinieren. Der Anlagennutzungs-Experte 50 kann die
gesammelten Daten auch nutzen, um neue Informationen oder Daten
zu erzeugen, die zu einem oder mehreren der Computersysteme verteilt
werden, die den verschiedenen Funktionen innerhalb des Betriebs 10 zugeordnet
sind. Ferner kann der Anlagennutzungs-Experte 50 die Ausführung von
anderen Anwendungen überwachen,
welche die gesammelten Daten zum Erzeugen neuer Datenarten nutzen,
die innerhalb des Verarbeitungsbetriebs 10 verwendet werden
sollen.
-
Speziell
kann der Anlagennutzungs-Experte 50 Indexerzeugungssoftware 51 aufweisen
oder ausführen,
die Indexe erzeugt, die den Einrichtungen wie etwa Prozeßsteuer-
und -instrumentierungseinrichtungen, Energieerzeugungseinrichtungen,
Rotationseinrichtungen, Einheiten, Bereichen usw. zugeordnet sind,
oder die Prozeßsteuerentitäten wie Schleifen
usw. innerhalb des Betriebs 10 zugeordnet sind. Diese Indexe
können
dann für
die Prozeßsteueranwendungen
verfügbar
gemacht werden, um zu helfen, die Prozeßsteuerung zu optimieren, und
können
der Geschäftssoftware
oder Geschäftsanwendungen
verfügbar
gemacht werden, um Geschäftspersonen
mit vollständigerer
oder verständlicher
Information zu versorgen, die mit dem Ablauf des Betriebs 10 zusammenhängt. Der
Anlagennutzungs-Experte 50 kann außerdem Wartungsdaten (wie Einrichtungsstatusinformation)
und Geschäftsdaten
(wie Daten, die mit geplanten Aufträgen, Zeitrahmen usw. zusammenhängen) an
einen Steuerexperten 52 liefern, der beispielsweise dem
Prozeßsteuersystem 14 zugeordnet
ist, um einen Bediener dabei zu unterstützen, Steueraktivitäten wie
etwa die Optimierungssteuerung auszuführen. Der Steuerexperte 52 kann beispielsweise
in der Benutzeroberfläche 14A oder jedem
anderen Computer positioniert sein, welcher dem Steuersystem 14 zugeordnet
ist, oder kann, falls gewünscht,
in dem Computer 30 vorhanden sein.
-
Bei
einer Ausführungsform
kann der Steuerexperte 52 beispielsweise der Steuerexperte
sein, der in den eingangs genannten US-Patentanmeldungen mit den
Anmeldungs-Nummern
09/256585 und 09/499445 beschrieben wird. Diese Steuerexperten können jedoch
bei der Entscheidungsfindung, die von diesen Steuerexperten ausgeführt wird,
zusätzlich
Daten enthalten und nutzen, die auf den Status von Einrichtungen
oder anderer Hardware in dem Verarbeitungsbetrieb 10 bezogen
sind. Insbesondere haben die Softwaresteuerexperten bisher im allgemeinen
nur Prozeßvariablen-Daten
und einige begrenzte Einrichtungs-Statusdaten genutzt, um Entscheidungen
zu treffen oder dem Prozeßoperator Empfehlungen
zu geben. Mit der durch den Anlagennutzungs-Experten 50 ermöglichten
Kommunikation, insbesondere derjenigen, die auf die Einrichtungsstatusinformation
bezogen ist, wie sie von den Computersystemen 18, 14A, 22 und 26 und
den darauf implementierten Datenanalysewerkzeugen geliefert wird,
kann der Steuerexperte 52 Einrichtungsstatusinformationen
wie Gesundheits-, Leistungs-, Nutzungs- und Variabilitätsinformation
in seine Entscheidungsfindung gemeinsam mit Prozeßvariableninformation
einbeziehen.
-
Zusätzlich kann
der Anlagennutzungs-Experte 50 Informationen, die Zustände von
Einrichtungen und die Operation der Steueraktivitäten innerhalb
des Betriebs 10 betreffen, an die Geschäftssysteme 35 und 36 liefern,
wo beispielsweise eine Arbeitsauftrags- oder -erzeugungsanwendung
oder ein -programm automatisch Arbeitsaufträge und erzeugen und Teile bestellen
kann auf der Basis von detektierten Problemen innerhalb des Betriebs 10 oder
wo Betriebsmittel auf der Basis von ausgeführten Arbeiten bestellt werden
können.
Ebenso können Änderungen
in dem Steuersystem, die von dem Anlagennutzungs-Experten 50 detektiert
werden, die Geschäftssysteme 35 oder 36 veranlassen,
Anwendungen auszuführen,
die Planungs- und Lieferungsaufträge ausführen, wobei beispielsweise
das Programm 54 genutzt wird. Auf die gleiche Weise können Änderungen
von Kundenaufträgen
usw. in die Geschäftssysteme 35 oder 36 eingegeben
werden, und diese Daten können
an den Anlagennutzungs-Experten 50 und an die Steuerroutinen
oder den Steuerexperten 52 gesendet werden, um Änderungen
in der Steuerung zu veranlassen, so daß beispielsweise mit der Herstellung
der neu in Auftrag gegebenen Produkte begonnen wird oder die Änderungen
implementiert werden, die in den Geschäftssystemen 35 und 36 vorgenommen
wurden. Falls gewünscht,
kann jedes mit dem Bus 32 verbundene Computersystem natürlich eine
Anwendung enthalten, welche die Funktion hat, die geeigneten Daten von
den anderen Anwendungen innerhalb des Computers zu beschaffen und
diese Daten beispielsweise an den Anlagennutzungs-Experten 50 zu
senden.
-
Zusätzlich kann
der Anlagennutzungs-Experte 50 Informationen an einen oder
mehrere Optimierer 55 innerhalb des Betries 10 senden.
Beispielsweise kann ein Steueroptimierer 55 in dem Computer 14A angeordnet
sein und kann eine oder mehrere Steueroptimierungsroutinen 55A, 55B usw.
ausführen.
Zusätzlich
oder alternativ könnten
Optimiererroutinen 55 in dem Computer 30 oder
einem anderen Computer gespeichert und davon ausgeführt werden,
und die dafür
notwendigen Daten könnten
von dem Anlagennutzungs-Experten 50 übermittelt werden. Falls gewünscht, kann
der Betrieb 10 auch Modelle 56 aufweisen, die
bestimmte Aspekte des Betriebs 10 im Modell darstellen,
und diese Modelle 56 können
von dem Anlagennutzungs-Experten 50 oder einem Steuer- oder anderen Experten
wie etwa dem Steuerexperten 52 ausgeführt werden, um die Modelldarstellung
von Funktionen auszuführen,
deren Zweck noch im einzelnen beschrieben wird. Allgemein gesagt,
können
jedoch die Modelle 56 genutzt werden, um Einrichtungs-,
Bereichs-, Einheits-, Schleifen- usw. -Parameter zu bestimmen, fehlerhafte
Sensoren oder andere fehlerhafte Einrichtungen als Teil von Optimierungsroutinen 55 zu
detektieren, um Indexe wie etwa Leistungs- und Nutzungsindexe zum
Gebrauch in dem Betrieb 10 zu erzeugen, eine Leistungs-
oder Zustandsüberwachung
auszuführen sowie
für viele
andere Zwecke. Die Modelle 56 können Modelle wie diejenigen
sein, die von MDC Technology, Teeside, England, erzeugt und verkauft
werden, oder es können
andere gewünschte
Modelltypen sein. Natürlich
gibt es viele andere Anwendungen, die innerhalb des Betriebs 10 vorgesehen
sein können
und die Daten von dem Anlagennutzungs-Experten 50 nutzen
können,
und das hier beschriebene System ist nicht auf die speziell erwähnten Anwendungen
beschränkt.
Insgesamt trägt
der Anlagennutzungs-Experte 50 jedoch
dazu bei, die Nutzung sämtlicher
Anlagen innerhalb des Betriebs 10 dadurch zu optimieren,
daß er
die gemeinsame Nutzung von Daten und die Koordination von Anlagen
zwischen sämtlichen
Funktionsbereichen des Betriebs 10 ermöglicht.
-
Allgemein
gesagt, können
auch eine oder mehrere Benutzerschnittstellen-Routinen 58 in
einem oder mehreren der Computer in dem Betrieb 10 gespeichert
sein und davon ausgeführt
werden. Beispielsweise kann der Computer 30, die Benutzeroberfläche 14A,
der Geschäftssystemcomputer 35 oder
jeder andere Computer eine Benutzerschnittstellenroutine 58 ausführen. Jede
Benutzerschnittstellenroutine 58 kann Information von dem
Anlagennutzungs-Experten 50 empfangen oder diese abonnieren,
und entweder die gleichen oder davon verschiedene Datenmengen können zu
jeder der Benutzerschnittstellenroutinen 58 gesendet werden.
Jede der Benutzerschnittstellenroutinen 58 kann andere Arten
von Information unter Verwendung jeweils verschiedener Benutzerbildschirme
an Benutzer liefern. Beispielsweise kann eine der Benutzerschnittstellenroutinen 58 einen
Bildschirm oder eine Menge von Bildschirmen an einen Steuerungsbediener
oder eine Geschäftsperson
senden, um dieser Person zu ermöglichen,
Begrenzungen einzurichten oder Optimierungsvariablen zur Nutzung
in einer Standardsteuerroutine oder in einer Steueroptimiererroutine auszuwählen. Die
Benutzerschnittstellenroutine 58 kann ein Steuerleitfadenwerkzeug
bieten, das es einem Benutzer erlaubt, die von der Indexerzeugungssoftware
erzeugten Indexe auf eine koordinierte Weise zu betrachten. Dieses
Bedienerleitfadenwerkzeug kann es dem Bediener oder einer anderen
Person auch ermöglichen,
Informationen über
die Zustände von
Einrichtungen, Steuerschleifen, Einheiten usw. zu gewinnen und auf
einfache Weise die Information zu betrachten, die auf die Probleme
mit diesen Entitäten
bezogen ist, da diese Informationen von anderer Software innerhalb
des Verarbeitungsbetriebs 10 detektiert wurde. Die Benutzerschnittstellenroutine 58 kann
auch Leistungsüberwachungsbildschirme bereitstellen
unter Nutzung von Leistungsüberwachungsdaten,
die von den Werkzeugen 23 und 27, den Wartungsprogrammen
wie etwa der AMS-Anwendung oder anderen Wartungsprogrammen bereitgestellt
oder erzeugt werden oder die von den Modellen in Verbindung mit
dem Anlagennutzungs-Experten 50 erzeugt werden. Natürlich kann
die Benutzerschnittstellenroutine 58 jeden Benutzerzugriff
ermöglichen
und dem Benutzer gestatten, Präferenzen oder
andere Variablen zu ändern,
die in einigen oder allen Funktionsbereichen des Betriebs 10 verwendet werden.
-
2 zeigt
ein Datenflußschema
eines Teils des Datenflusses zwischen dem Anlagennutzungs-Experten 50 und
anderen Computerwerkzeugen oder Anwendungen innerhalb des Verarbeitungsbetriebs 10.
Insbesondere kann der Anlagennutzungs-Experte 50 Informationen
von zahlreichen Datensammeleinheiten oder Datenquellen empfangen
wie Multiplexern, Meßwertumformern,
Sensoren, Handeinrichtungen, Steuersystemen, HF-Transceivern, Online-Steuersystemen,
Webservern, Ereignisspeichern, Steuermodulen oder anderen Steueranwendungen
innerhalb des Verarbeitungsbetriebs 10, von Schnittstellen
wie etwa Benutzerschnittstellen und E/A-Schnittstellen sowie Datenservern
wie etwa Bussen (z. B. Fieldbus-, HART- und Ethernet-Bussen), Ventilen,
Transceivern, Sensoren, Servern und Steuereinheiten und anderen
Betriebsanlagen wie Prozeßinstrumenten,
Rotationseinrichtungen, Elektroanlagen, Energieerzeugungsanlagen
usw. Diese Daten können
jede gewünschte
Form annehmen, basierend darauf, wie die Daten von anderen funktionellen
Systemen erzeugt oder genutzt werden. Ferner können diese Daten an den Anlagennutzungs-Experten 50 gesendet
werden unter Nutzung jedes gewünschten
oder geeigneten Datenkommunikationsprotokolls und jeder Kommunikationshardware
wie etwa des oben erwähnten
XML-Protokolls. Allgemein gesagt, ist jedoch der Betrieb 10 so
konfiguriert, daß der
Anlagennutzungs-Experte 50 automatisch spezielle Datenarten
von einer oder mehreren der Datenquellen empfängt und der Anlagennutzungs-Experte 50 vorbestimmte
Aktionen in bezug auf diese Daten ausführen kann.
-
Außerdem empfängt der
Anlagennutzungs-Experte 50 Informationen von Datenanalysewerkzeugen
(und kann diese tatsächlich
ausführen) wie
etwa typischen Wartungsdaten-Analysewerkzeugen,
die heute vorgesehen sind, Leistungsverfolgungswerkzeugen wie etwa
denjenigen, die Einrichtungen zugeordnet sind, sowie von Leistungsverfolgungswerkzeugen
für Prozeßsteuersysteme,
wie sie etwa in den oben erwähnten
US-Patentanmeldungen mit
den Anmeldungsnummern. 09/256585 und 09/499445 beschrieben sind.
Die Datenanalysewerkzeuge können
beispielsweise auch die folgenden aufweisen: eine Hauptursachen-Diagnoseanwendung,
die Hauptursachen bestimmter Arten von Problemen detektiert, eine
Ereignisdetektion der in US-PS 6 017 143 beschriebenen Art, eine
Regelschleifendiagnose der in der US-Patentanmeldung mit der Anmeldungs-Nr.
09/303869 (angemeldet am 3. Mai 1999) beschriebenen Art, die hier
summarisch eingeführt
wird, Impulsleitungs-Verstopfungsdetektieranwendungen der in der
US-Patentanmeldung mit der Anmeldungs-Nr. 09/257896 (angemeldet
am 25. Feb. 1999), die hier summarisch eingeführt wird, beschriebenen Art,
andere Leitungsverstopfungs-Detektionsanwendungen, Einrichtungsstatusanmeldungen,
Einrichtungskonfigurationsanwendungen und Wartungsanwendungen, Einrichtungsspeicher-, Ereignisspeicher-
und Informationsanzeigewerkzeuge wie AMS, Explorer-Anwendungen und Auditpfadanwendungen.
Ferner kann der Experte 50 Daten und jede Information empfangen
von Prozeßsteuerdaten-Analysewerkzeugen
wie dem hochentwickelten Steuerexperten 52, Modellvorhersage-Steuerprozeßroutinen
der in den US-Patentanmeldungen mit den Anmeldungsnummern 09/593327
(angemeldet 14. Juni 2000) und 09/412078 (angemeldet 4. Okt. 1999),
die hier summarisch eingeführt
werden, beschriebenen Art, Abstimmungsroutinen, Fuzzylogik-Steuerroutinen
und Neuronennetz-Steuerroutinen sowie von virtuellen Sensoren etwa
der in US-PS 5 680 409 beschriebenen Art, die in dem Prozeßsteuersystem 10 vorgesehen
sein können.
Außerdem
kann der Anlagennutzungs-Experte 50 Informationen
von Datenanalysewerkzeugen empfangen, bezogen auf Rotationseinrichtungen
wie etwa Online-Vibrationen, Funksensoren und Handeinheiten zum
Datensammeln, Ölanalyse,
die Rotationseinrichtungen zugeordnet ist, Thermographie, Ultraschallsystemen
und Laserausfluchtungs- und -abgleichsystemen, die sämtlich auf
das Detektieren von Problemen oder den Status von Rotationsanlagen
innerhalb des Verarbeitungsbetriebs 10 bezogen sind. Diese
Werkzeuge sind im Stand der Technik bekannt und werden hier nicht
näher beschrieben.
Außerdem
kann der Anlagennutzungs-Experte 50 Daten empfangen, die
auf die Energieverwaltung und Energieanlagen und Betriebsmittel
bezogen sind wie etwa die Anwendungen 23 und 27 von 1,
die alle gewünschten
Energiemanagement- und Energieanlagen-Überwachungs- und -analysewerkzeuge aufweisen können.
-
Bei
einer Ausführungsform
führt der
Anlagennutzungs-Experte 50 mathematische Softwaremodelle 56 einiger
oder sämtlicher
Anlagen innerhalb des Betriebs 10 aus oder überwacht
diese, etwa Einrichtungsmodelle, Schleifenmodelle, Einheitsmodelle,
Bereichsmodelle usw., die beispielsweise auf dem Computer 30 oder
jedem anderen gewünschten Computer
in dem Verarbeitungsbetrieb 10 ablaufen. Der Anlagennutzungs-Experte 50 kann
die Daten nutzen, die von diesen Modellen entwickelt oder ihnen
zugeordnet sind, und zwar aus einer Reihe von Gründen. Einige dieser Daten (oder
die Modelle selber) können
genutzt werden, um virtuelle Sensoren innerhalb des Betriebs 10 bereitzustellen.
Einige dieser Daten oder die Modelle selber können genutzt werden, um eine
Vorhersagesteuerung oder optimale Echtzeitsteuerung innerhalb des
Betriebs 10 zu implementieren. Einige der von den Modellen 56 erzeugten
Daten können
von der Indexerzeugungsroutine 51 genutzt werden, um Indexe
zu erzeugen, die in anderen Anwendungen wie etwa Geschäfts- und Prozeßsteueranwendungen
genutzt werden. Die Verwendung der Modelle 56 für diese
und andere Zwecke wird noch im einzelnen erläutert.
-
Der
Anlagennutzungs-Experte 50 empfängt Daten, wie sie erzeugt
werden oder zu bestimmten periodischen Zeiten beispielsweise über den
Bus 32 oder jedes Kommunikationsnetz innerhalb des Verarbeitungsbetriebs 10.
Danach erfolgt periodisch oder nach Bedarf die Umverteilung der
Daten durch den Anlagennutzungs-Experten 50 zu anderen
Anwendungen, oder er nutzt diese Daten, um andere Informationen
zu erzeugen und zu anderen Funktionssystemen innerhalb des Betriebs 10 zu
liefern, wobei diese Informationen bei verschiedenen Aspekten der Steuerung
oder der Operation des Verarbeitungsbetriebs 10 nützlich sind.
Insbesondere kann der Anlagennutzungs-Experte 50 Daten
liefern, um die Indexerzeugungsroutine 51 zu veranlassen,
eine Serie von zusammengesetzten Indexen zu erzeugen wie etwa einen
Leistungsindex, einen Nutzungsindex, einen Gesundheitsindex und
einen Variabilitätsindex,
die einer oder mehreren der Einrichtungen, Einheiten, Schleifen,
Bereiche oder anderen Entitäten
innerhalb des Verarbeitungsbetriebs 10 zugeordnet sind.
Die Erzeugung und Nutzung dieser Indexe wird ebenfalls noch im einzelnen
erläutert.
-
Der
Anlagennutzungs-Experte 50 kann außerdem Daten an Steuerroutinen 62 liefern
und davon empfangen, die in Prozeßsteuereinheiten oder Schnittstellen
vorgesehen sind, die diesen Steuereinheiten, Optimierern 55,
Geschäftsanwendungen 63, Wartungsanwendungen 66 usw.
zugeordnet sind.
-
Ferner
kann ein Steuerexperte 65 (der eine Vorhersage-Prozeßsteuereinheit
aufweisen kann), der bisher einfach davon ausging, daß die von
ihm gesteuerten Einrichtungen entweder ordnungsgemäß oder überhaupt
nicht arbeiteten, Informationen von dem Anlagennutzungs-Experten 50 erhalten,
die auf den Status oder die Gesundheit der von ihm gesteuerten Einrichtungen
bezogen sind, etwa die Nutzungs-, Variabilitäts-, Gesundheits- oder Leistungsindexe,
die oben erwähnt
sind, oder andere Informationen, die auf den Betriebsstatus von
Einrichtungen, Schleifen usw. bezogen sind und berücksichtigt
werden können,
wenn ein Prozeß gesteuert
werden soll. Die Vorhersage-Steuereinheit 65 sowie
die Optimierer 55 können
zusätzliche
Informationen und Daten an Benutzerschnittstellen-Routinen 58 liefern.
Die Vorhersage-Steuereinheit 65 oder der Optimierer 55 können die
Statusinformationen nutzen, die tatsächliche aktuelle Zustände der
Einrichtungen im Netz betreffen, sowie Ziele und zukünftige Bedürfnisse
berücksichtigen,
etwa solche, die durch Geschäftslösungs-Software
bezeichnet sind, die von dem Anlagennutzungs-Experten 50 bereitgestellt
wird, beispielsweise definiert durch Geschäftsanwendungen 63,
um die Steuerung auf der Basis von Vorhersagen innerhalb des Steuersystems
zu optimieren.
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Außerdem kann
der Anlagennutzungs-Experte 50 Daten an Unternehmensressourcen-Planungswerkzeuge
liefern und von diesen empfangen, etwa solche, die typischerweise
in geschäftlichen
Lösungen
oder Geschäftscomputern 35 und 36 genutzt werden.
Diese Anwendungen können
aufweisen: Produktionsplanungswerkzeuge, welche die Produktionsplanung
steuern, Materialressourcenplanung, das Arbeitsauftrags-Erzeugungswerkzeug 54,
das automatisch Teileaufträge,
Arbeitsaufträge
oder Betriebsmittelaufträge
zur Verwendung in den Geschäftsanwendungen
erzeugt, usw. Selbstverständlich
kann das Generieren von Teileaufträgen, Arbeitsaufträgen und
Betriebsmittelaufträgen
vollständig
automatisch auf der Basis von Informationen von dem Anlagennutzungs-Experten 50 abgeschlossen
werden, wodurch die Zeit verkürzt
wird, die erforderlich ist, um zu erkennen, daß eine Anlage repariert werden
muß, sowie
die Zeit, die benötigt
wird, um die Teile zu erhalten, die notwendig sind, um in bezug
auf Wartungsangelegenheiten eine korrigierende Handlung vorzunehmen.
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Der
Anlagennutzungs-Experte 50 kann außerdem Informationen an die
Wartungssystemanwendungen 66 liefern, die nicht nur Wartungspersonal
sofort auf Probleme aufmerksam machen, sondern auch Korrekturmaßnahmen
ergreifen wie etwa die Bestellung von Teilen usw., die zur Korrektur
eines Problems benötigt
werden. Ferner können
neue Modelle 68 erzeugt werden unter Verwendung von Informationsarten,
die für
den Anlagennutzungs-Experten 50 verfügbar sind, aber vorher für ein einzelnes
System nicht verfügbar
waren. Selbstverständlich
versteht es sich aufgrund von 2, daß der Anlagennutzungs-Experte 50 nicht
nur Informationen oder Daten von den Datenmodellen und den Analysewerkzeugen
empfängt,
sonder auch Informationen von Unternehmensressourcen-Werkzeugen,
Wartungswerkzeugen und Prozeßsteuerwerkzeugen empfängt.
-
Außerdem können eine
oder mehrere koordinierte Anwenderschnittstellenroutinen 58 mit
dem Anlagennutzungs-Experten 50 sowie allen anderen Anwendungen
innerhalb des Betriebs 10 kommunizieren, um Bedienern,
Wartungspersonal, Geschäftspersonal
usw. Hilfe und Visualisierung zu ermöglichen. Die Bediener und andere
Anwender können die
koordinierten Anwenderschnittstellenroutinen 58 nutzen,
um eine Vorhersagesteuerung auszuführen oder zu implementieren,
Einstellungen des Betriebs 10 zu ändern, Hilfe innerhalb des
Betriebs 10 zu betrachten oder alle anderen Aktivitäten auszuführen, die
mit der Information in Beziehung stehen, die von dem Anlagennutzungs-Experten 50 geliefert
wird. Wie oben erörtert
wurde, können
die Anwenderschnittstellenroutinen 58 ein Bedienerleitfadenwerkzeug
aufweisen, das Informationen von der Vorhersagesteuereinheit 65 sowie
auf die Indexe bezogene Informationen empfängt, die von einem Bediener oder
einem andern Anwender genutzt werden kann, um die Durchführung vieler
Funktionen zu unterstützen,
etwa das Betrachten des Status eines Prozesses oder von Einrichtungen
innerhalb des Prozesses, um die Vorhersagesteuereinheit 65 anzuleiten
oder Vorhersagesteuerung oder optimierte Steuerung auszuführen. Außerdem können die
Anwenderschnittstellenroutinen 58 verwendet werden, um
Daten zu betrachten oder Daten von jedem der Werkzeuge in den anderen
Teilen des Verarbeitungsbetriebs 10 etwa über den
Anlagennutzungs-Experten 50 zu erhalten. Beispielsweise
möchten
Manager vielleicht wissen, was in dem Prozeß geschieht, oder benötigen eventuell
problemorientierte Informationen, die auf den Verarbeitungsbetrieb 10 bezogen sind,
um strategische Pläne
zu erstellen.
-
Wie
oben gesagt wird, kann der Anlagennutzungs-Experte 50 die
Ausführung
von einem oder mehreren mathematischen oder Softwaremodellen 56 ausführen oder überwachen,
welche die Operation eines bestimmten Betriebs oder von Entitäten innerhalb
des Betriebs wie etwa Einrichtungen, Einheiten, Schleifen, Bereiche
usw. modellieren. Diese Modelle können Hardwaremodelle sein,
oder sie können Prozeßsteuermodelle
sein. Bei einer Ausführungsform
unterteilt zur Generierung dieser Modelle ein Modellierungsexperte
den Betrieb in Einzelhardware- und/oder Prozeßsteuerungsteile und erstellt
ein Modell für
die verschiedenen Einzelteile auf jeder gewünschten Abstraktionsebene.
Beispielsweise wird das Modell für
einen Betrieb in Software implementiert und besteht aus einer Menge
von hierarchisch verwandten, miteinander verbundenen Modellen für die verschiedenen
Bereiche des Betriebs oder kann diese aufweisen. Ebenso kann das
Modell für
einen Betriebsbereich aus einzelnen Modellen für die verschiedenen Einheiten
innerhalb des Betriebs bestehen, wobei Verbindungen zwischen den
Eingängen und
Ausgängen
dieser Einheiten vorgesehen sind. Ebenso können Einheiten aus miteinander
verbundenen Einrichtungsmodellen bestehen, usw. Natürlich können Bereichsmodelle
Einrichtungsmodelle haben, die mit Einheitsmodellen, Schleifenmodellen usw.
verbunden sind. In dieser beispielhaften Modellhierarchie können die
Eingänge
und Ausgänge
von Modellen für
die Einheiten der unteren Ebene, etwa Einrichtungen, so miteinander
verbunden sein, daß Modelle
für Entitäten einer
höheren
Ebene wie Einheiten erzeugt werden, deren Eingänge und Ausgänge so miteinander
verbunden sein können,
daß Modelle
einer noch höheren
Ebene wie Bereichsmodelle erschaffen werden, usw. Die Art und Weise,
wie die verschiedenen Modelle kombiniert oder miteinander verbunden
sind, hängt
natürlich
von dem Betrieb ab, der im Modell darzustellen ist. Ein einziges,
komplettes mathematisches Modell für den Gesamtbetrieb könnte zwar
verwendet werden, man geht jedoch davon aus, daß das Vorsehen von unterschiedlichen und
selbständigen
Teilmodellen für
verschiedene Bereiche oder Entitäten
innerhalb des Betriebs wie etwa Bereiche, Einheiten, Schleifen,
Einrichtungen usw. und das Verbinden dieser verschiedenen Modelle miteinander
zur Bildung größerer Modelle
aus mehreren Gründen
nützlich
ist. Ferner ist es erwünscht, Teilmodelle
zu verwenden, die unabhängig
voneinander sowie auch gemeinsam mit anderen Teilmodellen als Teil
eines größeren Modells
operieren können.
-
Es
können
zwar mathematisch sehr exakte oder theoretische Modelle (etwa Modelle
dritter oder vierter Ordnung) für
den Gesamtbetrieb oder für
jedes Teilmodell oder alle Teilmodelle verwendet werden, aber die
einzelnen Modelle brauchen nicht unbedingt mathematisch möglichst
genau zu sein und können
beispielsweise Modelle erster oder zweiter Ordnung oder andere Arten
von Modellen sein. Diese einfacheren Modelle können im allgemeinen rascher in
Software ausgeführt
werden und können
durch Anpassen der Eingänge
und Ausgänge
der Modelle an tatsächliche
Messungen von Eingängen
und Ausgängen,
die in dem Betrieb auf eine noch zu beschreibende Weise durchgeführt werden,
genauer gemacht werden. Anders ausgedrückt, die Einzelmodelle können so
abgestimmt oder getrimmt werden, daß sie den Betrieb oder die
Entitäten innerhalb
des Betriebs auf der Basis von tatsächlichen Rückmeldungen von dem Betrieb
präzise
modellieren.
-
Die
Verwendung von hierarchischen Softwaremodellen wird nun unter Bezugnahme
auf die 3 und 4 beschrieben. 3 zeigt
Modelle für
eine Vielzahl von Bereichen 80, 81 und 82 in
einem Raffinationsbetrieb. Wie in 3 zu sehen
ist, umfaßt
das Bereichsmodell 82 ein Teilmodell einer Rohstoffquelle 84,
die Rohstoff wie etwa Rohöl
zu einem Vorverarbeitungsmodell 88 leitet. Das Vorverarbeitungsmodell 88 sorgt
für eine
gewisse Raffination des Rohstoffs und liefert einen Ausgang, typischerweise
Rohöl,
an einen Destillationsprozeß 90 zur weiteren
Raffination. Der Destillationsprozeß 90 gibt C2H4, gewöhnlich ein
erwünschtes
Produkt, und C2H6 aus,
das allgemein gesagt ein Abprodukt ist. C2H6 wird zu einer C2-Krackvorrichtung 92 zurückgeleitet, deren
Ausgang zu der Vorverarbeitungseinrichtung 88 für die weitere
Verarbeitung rückgeleitet
wird. Die Rückführung von
dem Destillationsprozeß 90 durch die
C2-Krackvorrichtung 92 ist ein
Rückgewinnungsprozeß. Somit
kann das Modell für
den Bereich 82 separate Modelle für die Rohstoffquelle 84,
die Vorverarbeitungseinrichtung 88, den Destillationsprozeß 90 und
die C2-Krackvorrichtung 92 aufweisen,
deren Eingänge
und Ausgänge
gemäß 3 miteinander verbunden
sind. Das bedeutet, daß jedes
Teilmodell mit den Eingängen
und Ausgängen
anderer Teilmodelle auf die in 3 gezeigte
Weise verknüpft
sein kann, um das Modell für
den Bereich 82 zu bilden. Natürlich könnten die Modelle für die anderen
Bereiche 80 und 81 andere Teilmodelle haben, die
miteinander verbundene Ein- und Ausgänge haben.
-
4 zeigt
das Teilmodell für
den Destillationsprozeß 90 mehr
im einzelnen und umfaßt
eine Destillierkolonne 100 mit einem Kopfbereich 100T und
einem Sumpfbereich 100B. Der Eingang 103 zu der
Destillierkolonne 100 ist eine Angabe von Druck und Temperatur,
die mit dem Ausgang des Modells für die in 3 gezeigten
Vorverarbeitungseinrichtung 88 verknüpft sein kann. Dieser Eingang
könnte jedoch
von einem Bediener eingestellt sein oder könnte auf der Basis von tatsächlich gemessenen Eingängen oder
Variablen innerhalb des Betriebs 10 eingestellt sein. Allgemein
gesagt, weist die Destilliersäule 100 eine
Reihe von Platten auf, die darin angeordnet sind, und Fluid bewegt
sich beim Destilliervorgang zwischen den Platten. C2H4 wird aus dem Kopf 100T der Kolonne 100 produziert,
und eine Rückflußtrommel 102 speist
einen Teil dieses Materials zum Kopf 100T der Kolonne 100.
C2H6 kommt im allgemeinen
aus dem Sumpf der Kolonne 100, und ein Wiederverdampfer 104 pumpt
Polypropylen in den Sumpf 100B der Säule 100, um den Destillationsvorgang
zu unterstützen.
Falls gewünscht,
kann das Modell für
den Destillationsprozeß 90 natürlich aus
einzelnen Modellen für
die Destillationssäule 100,
die Rückflußtrommel 102 und
den Wiederverdampfer 104 usw. aufgebaut sein, wobei die
Eingänge
und Ausgänge
dieser Modelle entsprechend 4 miteinander
verbunden sind, um das zusammengesetzte Modell für den Destillationsvorgang 90 zu
bilden.
-
Wie
oben gesagt wird, kann das Teilmodell für den Destillationsprozeß 90 als
Teil eines Modells für
den Bereich 82 ausgeführt
sein oder kann separat und getrennt von irgendwelchen anderen Modellen ausgeführt sein.
Insbesondere können
der Eingang 103 zu der Destillationssäule 100 und/oder die
Ausgänge
C2H4 und C2H6 tatsächlich gemessen
werden, und diese Meßwerte
können
innerhalb des Modells des Destillationsvorgangs 90 auf
mehrere Arten genützt
werden, wie nachstehend beschrieben wird. Bei einer Ausführungsform
können
die Eingänge
und Ausgänge
des Modells des Destillationsprozesses 90 gemessen und
dazu genützt
werden, andere Faktoren oder Parameter zu bestimmen, die dem Modell des
Destillationsprozesses 90 zugeordnet sind (etwa der Wirkungsgrad
der Destillationssäule),
um das Modell des Destillationsvorgangs 90 zu zwingen,
an den Betrieb der tatsächlichen
Destillationssäule
innerhalb des Betriebs 10 genauer angepaßt zu werden.
Das Modell des Destillationsprozesses 90 kann dann mit
den berechneten Parametern als Teil eines größeren Modells wie etwa eines
Bereichs- oder Betriebsmodells
genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Modell des
Destillationsprozesses 90 mit den berechneten Parametern
verwendet werden, um virtuelle Sensormessungen zu bestimmen oder um
zu bestimmen, ob tatsächliche
Sensormessungen innerhalb des Betriebs 10 fehlerhaft sind.
Das Modell des Destillationsprozesses 90 mit den bestimmten
Parametern kann auch genutzt werden, um Steuerungs- oder Anlagennutzungs-Optimierungsstudien
durchzuführen
usw. Außerdem
können
Teilmodelle genutzt werden, um sich in dem Betrieb 10 entwickelnde
Probleme zu detektieren und zu isolieren oder um zu sehen, wie Änderungen
an dem Betrieb 10 die Auswahl von Optimierungsparametern für den Betrieb 10 beeinflussen
könnten.
-
Falls
gewünscht,
kann jedes bestimmte Modell oder Teilmodell ausgeführt werden,
um die Werte der diesem Modell zugeordneten Parameter zu bestimmen.
Einige oder sämtliche
dieser Parameter wie etwa Wirkungsgrad-Parameter können für einen
Ingenieur im Kontext des Modells von Bedeutung sein, sind aber im
allgemeinen innerhalb des Betriebs 10 nicht meßbar. Insbesondere
kann ein Teilmodell allgemein mathematisch beschrieben werden durch
die Gleichung Y = F(X,P), wobei die Ausgänge Y des Modells eine Funktion
der Eingänge
X und einer Menge von Modellparametern P sind. In dem Beispiel des Destillationssäulenmodells
des Destillationsprozesses 90 von 4 kann ein
Expertensystem periodisch (z. B. jede Stunde, alle zehn Minuten,
jede Minute usw.) von dem tatsächlichen
Betrieb Daten sammeln, welche die tatsächlichen Eingänge X zu
und die Ausgänge
Y von der Entität
bezeichnen, auf die sich das Modell bezieht. Dann kann immer wieder eine
Regressionsanalyse wie etwa eine Analyse der größten Wahrscheinlichkeit, der
kleinsten Quadrate oder irgendeine andere Regressionsanalyse durchgeführt werden
unter Verwendung des Modells und einer Vielzahl von Mengen der gemessenen
Eingänge
und Ausgänge,
um eine beste Anpassung für
die unbekannten Modellparameter P auf der Basis der Vielzahl von
Mengen von Meßdaten
zu bestimmen. Auf diese Weise können
die Modellparameter P für jedes
spezielle Modell bestimmt werden unter Nutzung von tatsächlichen
oder gemessenen Eingängen und
Ausgängen,
um das Modell mit der zu modellierenden Entität in Übereinstimmung zu bringen.
Natürlich
kann dieser Prozeß für sämtliche
Teilmodelle ausgeführt
werden, die innerhalb des Betriebs 10 verwendet werden,
und kann unter Verwendung jeder geeigneten Anzahl von gemessenen
Eingängen und
Ausgängen
ausgeführt
werden. Bevorzugt sammelt der Anlagennutzungs-Experte 50 die Daten, die zu
den entsprechenden Eingängen
und Ausgängen für ein Modell
gehören, über einen
Zeitraum aus dem Prozeßsteuernetz
und speichert diese Daten zur Nutzung durch die Modelle 56.
Dann kann der Anlagennutzungs-Experte 50 zu den gewünschten
Zeitpunkten wie etwa jede Minute, Stunde, jeden Tag usw. die Regressionsanalyse
ausführen
unter Nutzung der neuesten gesammelten Datenmengen, um die beste Anpassung
für die
Modellparameter unter Nutzung der gesammelten Daten zu bestimmen.
Die Mengen von gemessenen Eingangs- und Ausgangsdaten, die in der
Regressionsanalyse verwendet werden, können entweder eigenständig sein
oder können
sich mit den Datenmengen überlappen,
die in einer vorhergehenden Regressionsanalyse für dieses Modell verwendet wurden.
Beispielsweise kann also eine Regressionsanalyse für ein bestimmtes
Modell jede Stunde laufen oder kann Eingangs- und Ausgangsdaten nutzen,
die über
die letzten zwei Stunden jede Minute gesammelt wurden. Infolgedessen
kann die Hälfte
der in jeder bestimmten Regressionsanalyse genutzten Daten sich
mit den Daten überlappen,
d. h. es handelt sich dabei um die gleichen Daten, die in einer
vorhergehenden Regressionsanalyse verwendet wurden. Diese Datenüberlappung,
die in der Regressionsanalyse angewandt wird, ergibt eine bessere
Kontinuität
oder Beständigkeit
bei der Berechnung der Modellparameter.
-
Ebenso
kann eine Regressionsanalyse durchgeführt werden, um zu bestimmen,
ob Sensoren, die Messungen innerhalb des Prozesses 10 vornehmen,
driften oder einen anderen ihnen zugeordneten Fehler aufweisen.
Dabei werden die gleichen Daten oder potentiell verschiedene Daten,
die sich auf die gemessenen Eingänge
und Ausgänge
der zu modellierenden Entität
beziehen, beispielsweise von dem Anlagennutzungs-Experten 50 gesammelt
und gespeichert. In diesem Fall kann das Modell mathematisch allgemein
ausgedrückt
werden als Y + dY = F(X + dX, P), wobei dY die Fehler sind, die
zu den Meßwerten
der Ausgänge
Y gehören,
und dX die Fehler sind, die zu den Meßwerten der Eingänge X gehören. Natürlich könnten diese
Fehler jede Art von Fehlern sein, beispielsweise ein systematischer
Fehler, Driften oder nichtlineare Fehler, und das Modell kann eventuell
erkennen, daß die
Eingänge
X und Ausgänge
Y verschiedene Arten von Fehlern aufweisen, wobei die verschiedenen
Arten von möglichen Fehlern
jeweils verschiedene mathematische Beziehungen zu den tatsächlichen
Meßwerten
haben. In jedem Fall kann eine Regressionsanalyse wie etwa eine
Methode der größten Wahrscheinlichkeit,
eine Methode der kleinsten Quadrate oder jede andere Regressionsanalyse
durchgeführt
werden unter Verwendung des Modells mit den gemessenen Eingängen und
Ausgängen,
um eine beste Anpassung für die
unbekannten Sensorfehler dY und dX zu bestimmen. Dabei können die
Modellparameter P auf den Parametern P basieren, die unter Verwendung
einer vorhergehenden Regressionsanalyse für das Modell berechnet wurden,
oder können
als weitere Unbekannte behandelt und in Verbindung mit dieser Regressionsanalyse
bestimmt werden. Mit zunehmender Anzahl von Unbekannten, die innerhalb
der Regressionsanalyse verwendet werden, erhöht sich natürlich die erforderliche Datenmenge,
und es dauert länger,
die Regressionsanalyse ablaufen zu lassen. Falls gewünscht, können ferner
die Regressionsanalyse zur Bestimmung der Modellparameter und die Regressionsanalyse
zur Bestimmung der Sensorfehler voneinander unabhängig und,
falls gewünscht,
mit verschiedenen periodischen Raten ablaufen. Diese unterschiedliche
Periodizität
kann günstig
sein, wenn beispielsweise der Zeitrahmen, über den das Auftreten von meßbaren Sensorfehlern
wahrscheinlich ist, sehr verschieden ist, und zwar entweder größer oder kleiner
als der Zeitrahmen, über
den das Auftreten von Änderungen
der Modellparameter wahrscheinlich ist.
-
Auf
jeden Fall kann unter Nutzung dieser Teilmodelle der Anlagennutzungs-Experte 50 eine Anlagenleistungsüberwachung
ausführen
durch Auftragen der Werte der bestimmten Modellparameter (und/oder
Modelleingänge
und -ausgänge) über der Zeit.
Ferner kann der Anlagennutzungs-Experte 50 potentiell fehlerhafte
Sensoren detektieren durch Vergleichen der festgestellten Sensorfehler
dY und dX mit Grenzwerten. Wenn einer oder mehrere der Sensoren
anscheinend einen hohen oder anderweitig inakzeptablen Fehler aufweisen,
kann der Anlagennutzungs-Experte 50 eine Wartungsperson und/oder
einen Prozeßsteuerungsoperator
des fehlerhaften Sensors benachrichtigen.
-
Aus
der vorstehenden Erörterung
versteht es sich, daß die
Teilmodelle für
verschiedene Zwecke zu verschiedenen Zeiten jeweils unabhängig ausgeführt werden
können,
um die oben beschriebenen Leistungsüberwachungsaktivitäten auszuführen. Natürlich kann
der Anlagennutzungs-Experte 50 die Ausführung der entsprechenden Modelle
für die
entsprechenden Zwecke steuern und die Ergebnisse dieser Modelle
für die
Anlagenleistungsüberwachung
und -optimierung nutzen. Es versteht sich, daß dasselbe Modell von dem Anlagennutzungs-Experten 50 für verschiedene
Zwecke und zum Berechnen von verschiedenen Parametern oder Variablen,
die dem Modell zugeordnet sind, ausgeführt werden kann.
-
Wie
oben erwähnt,
können
die einem bestimmten Modell zugehörigen Parameter, Eingänge, Ausgänge oder
anderen Variablen gespeichert und verfolgt werden, um die Leistungsüberwachung
für eine
Einrichtung, eine Einheit, eine Schleife, einen Bereich oder eine
andere Entität
eines Prozesses oder eines Betriebs zu ermöglichen. Falls gewünscht, können zwei
oder mehr dieser Variablen gemeinsam verfolgt oder überwacht
werden, um ein mehrdimensionales Diagramm oder Maß für die Leistung
der Entität
zu liefern. Als Teil dieser Leistungsmodellierung kann der Ort der
Parameter oder von anderen Variablen innerhalb dieses mehrdimensionalen
Diagramms mit Grenzwerten verglichen werden, um festzustellen, ob
die Entität
gemäß der koordinierten überwachten
Parameter innerhalb eines gewünschten
oder annehmbaren Bereichs oder statt dessen außerhalb dieses Bereichs liegt.
Auf diese Weise kann die Leistung einer Entität auf einem oder mehreren Parametern
oder anderen Variablen basieren, die zu dieser Entität gehören. 5 zeigt
ein zweidimensionales Diagramm des Operationsbereichs einer Entität wie etwa
der Destillationssäule von 4 gemäß der Definition
durch die Werte der Parameter P1 und P2 für diese Entität. Dabei
sind die Parameter P1 und P2 (die entweder unter Anwendung der Modellregressionsanalyse,
die oben beschrieben wird, oder auf eine andere gewünschte Weise
bestimmt werden können)
auf zweidimensionale Weise aufgetragen, und die Punkte in dem Diagramm
(die jeweils durch einen Wert für
P1 und einen Wert für
P2 definiert sind) sind für
unterschiedliche Zeiten bestimmt, die mit T1 bis T10 bezeichnet
sind. So repräsentiert
der Punkt XT1 den Punkt, der durch die Werte für die Parameter P1 und P2 zum
Zeitpunkt T1 definiert ist. Die Punkte XT1 bis XT10 in dem Diagramm
von 5 zeigen, daß die
Entität
innerhalb eines gewünschten
Bereichs (Bereich 1) zwischen den Zeitpunkten T1 und T6 wirksam
war, zum Zeitpunkt T7 in einen weniger erwünschten, jedoch akzeptablen
Bereich (Bereich 2) eintrat, und zum Zeitpunkt T10 in einen inakzeptablen
oder Ausfallbereich eintrat. Natürlich
werden die Grenzen dieser verschiedenen Bereiche vorher z. B. durch
einen Experten festgelegt und in dem Computer 30 gespeichert, damit
der Anlagennutzungs-Experte 50 jederzeit Zugriff darauf
hat. 5 zeigt zwar eine Leistungsüberwachungstechnik mit zweidimensionalen
Parametern, aber die gleiche Technik könnte in einer Dimension oder
in drei oder mehr Dimensionen angewandt werden, um eine Leistungsüberwachung
durchzuführen.
Ferner können
die Bereiche oder andere Informationen über den Ort der Entität in der
n-dimensionalen Grafik beispielsweise von der Indexerzeugungsroutine 51 genutzt
werden, um einen Leistungsindex zu erzeugen.
-
Es
versteht sich, daß der
Anlagennutzungs-Experte 50 eine oder mehrere Entitäten unter Anwendung
der oben beschriebenen Überwachungstechnik überwachen
kann, basierend auf Modellparametern oder anderen Modellvariablen,
und die Operationszustände
oder Leistungsmessungen dieser Entitäten an jede andere gewünschte Person, Funktion
oder Anwendung innerhalb des Verarbeitungsbetriebs 10 berichten
kann, etwa an ein Prozeßsteuerungs-Expertensystem,
eine Wartungsperson, eine Geschäftsanwendung,
eine Benutzeroberflächenroutine 58 usw.
Selbstverständlich
versteht es sich auch, daß der Anlagennutzungs-Experte 50 eine Leistungs-
oder Zustandsüberwachung
an jeder gewünschten
Entität
ausführen
kann auf der Basis von einem, zwei, drei oder jeder anderen gewünschten Anzahl
von Parametern oder Variablen für
jede Entität.
Die Identität
und Anzahl von Variablen oder Parametern, die bei dieser Leistungsüberwachung
zu verwenden sind, wird im allgemeinen von einem Experten festgelegt,
der sich mit dem Prozeß auskennt, und
basiert auf der Art von Entität,
die überwacht wird.
-
Falls
gewünscht,
kann der Anlagennutzungs-Experte 50 auch einen Leistungsindex
oder eine Leistungsgrafik definieren durch Vergleichen von einem
oder mehreren der von den Modellen bestimmten Parameter, wie oben
beschrieben, mit dem gleichen Parameter, der mit dem Modell bestimmt wurde,
das gemäß den Konstruktionsparametern
der zu modellierenden Entität
ausgeführt
wird. Insbesondere kann der Anlagennutzungs-Experte 50 ein
Modell ausführen
unter Anwendung der Konstruktionsparameter der Entität innerhalb
des Betriebs 10, auf den sich das Modell bezieht, um zu
bestimmen, was die Konstruktionsleistung der Entität wäre, wenn
sie entsprechend dem aktuellen Zustand des Prozesses funktioniert,
und um die tatsächlichen
Eingänge
zu der Entität,
wie sie innerhalb des Betriebs 10 gemessen werden, zu nutzen.
Diese Konstruktionsleistung kann dann mit der tatsächlichen
Leistung der Entität, die
durch das Teilmodell für
diese Entität
oder durch die gemessenen Eingänge
und Ausgänge
der Entität bestimmt
ist, verglichen werden, um ein Maß für die Leistung der Entität zu erzeugen.
-
Beispielsweise
kann daher der Wirkungsgrad einer Entität bestimmt werden unter Verwendung
des Teilmodells, das die Parameter der Entität (von denen einer der Wirkungsgrad
sein kann) schätzt
auf der Basis der oben beschriebenen Regressionsanalyse. Gleichzeitig
kann ein Modell der Entität
ausgeführt
werden unter Nutzung der Parameter, die entsprechend den Konstruktionskriterien der
Entität
resultieren würden,
jedoch auf der Basis der tatsächlichen
Eingänge
in die und/oder Ausgänge
von der Entität.
Wenn daher beispielsweise ein anderer Rohstoff in die Entität eingegeben
würde, würde das
Konstruktionsmodell unter Anwendung des Wirkungsgrads laufen, der
aus der Änderung
der Rohstoffe resultieren würde.
Die Leistung der Entität kann
in beiden Fällen
verglichen werden, um einen Leistungsindex zu bestimmen, der angibt,
wie weit entfernt von dem möglichen
oder konstruktionsgemäß vorgesehenen
Ablauf die tatsächliche
Entität funktioniert.
Dieser Leistungsindex kann dann an andere Anwendungen oder Benutzer
des Systems, etwa eine Prozeßsteuerungs-,
eine Wartungs- oder eine
Geschäftsperson
oder -anwendung berichtet und von diesen genutzt werden.
-
Die
Teilmodelle 56 können
auch verwendet werden, um eine Prozeßoptimierung auszuführen. Insbesondere
kann der Anlagennutzungs-Experte 50 eine oder mehrere der
Optimierungsroutinen 55 nutzen, welche die einzelnen Teilmodelle
ausführen,
um die Operation des Betriebs in bezug auf einige Optimierungskriterien
zu optimieren, die beispielsweise von einem Prozeßsteuerungsbediener
oder einer Geschäftsperson über eine
Geschäftsanwendung bereitgestellt
werden. Der Optimierer 55 kann ein Echtzeitoptimierer sein,
der in Echtzeit wirksam ist, um den Betrieb 10 auf der
Basis des tatsächlichen Zustands
des Betriebs 10 zu diesem Zeitpunkt zu optimieren. Alternativ
oder zusätzlich
kann ein Optimierer 55 Änderungen
festlegen, die an dem Betrieb 10 vorzunehmen sind, etwa
das Zurückbringen
auf Linie von bestimmten Einrichtungen oder Einheiten, welche die
größte Optimierung
des Betriebs 10 ergeben. Natürlich können anstatt oder zusätzlich zu
den hier erwähnten
Arten von Optimierungsroutinen 55 andere Arten von Optimierungsroutinen
ausgeführt
werden.
-
Bei
einer Ausführungsform
kann die Echtzeit-Otimierungsroutine RTO+, die von MDC Inc. bereitgestellt
wird, als ein Echtzeitoptimierer verwendet werden und kann zu verschiedenen
oder periodischen Zeiten während
des Betriebs der Anlage 10 ausgeführt werden, etwa alle 3 bis
5 Minuten, alle 10 bis 15 Minuten, stündlich usw. Selbstverständlich könnten statt
dessen andere bekannte oder später entwickelte
Optimierer-Routinen verwendet werden, die eine Optimierung weniger
häufig,
etwa alle 3 oder 4 Stunden oder jeden dritten oder vierten Tag,
ausführen.
-
Der
Optimierer RTO+ implementiert jedesmal, wenn er ausgeführt wird,
um eine Echtzeitoptimierung durchzuführen, drei allgemeine Phasen.
Die Optimierungsroutine RTO+ führt
zuerst eine Eingangsphase durch, in der die Routine eine Prüfung ausführt, um
zu bestimmen, ob die Variablen, die vorher beim Design des Optimierers
als Variable bezeichnet wurden, die von dem Optimierer zur Durchführung der
Optimierung manipuliert werden könnten,
etwa Sollwerte oder andere Eingänge
von verschiedenen Einrichtungen, Einheiten usw., tatsächlich zum
aktuellen Zeitpunkt manipuliert werden können. Diese Information kann
für den
Optimierer vom Anlagennutzungs-Experte 50 verfügbar gemacht werden,
der diese Information von dem Prozeßsteuersystem erhält und diese
Information in einer gewünschten
Datenbank speichert. Während
der Eingangsphase bestimmt der Optimierer tatsächlich auf der Basis der ihm
von dem Anlagennutzungs-Experten 50 gelieferten Daten,
ob jeder der möglichen
manipulierten Eingänge
noch für
eine Änderung
verfügbar
ist, weil in vielen Fällen
einer oder mehrere der potentiellen manipulierten Eingänge für eine Änderung
eventuell nicht verfügbar
ist, da beispielsweise eine Einrichtung, welche diesen Eingang liefert,
entweder nicht wirksam ist oder offline genommen wurde oder die
Einrichtung in einem Modus läuft,
der von dem Konstruktionsmodus verschieden ist, was die Steuereinheit
an einer Änderung
von Eingängen
in die Einrichtung hindert.
-
Als
Teil der Eingangsphase kann der Echtzeitoptimierer auch bestimmen,
ob die Variablen, die während
des letzten Laufs des Optimierers geändert werden sollten, tatsächlich auf
die vorgeschlagenen oder berechneten Werte vom letzten Lauf des
Optimierers geändert
wurden und diese erreichten, d. h. also die Werte, auf die sie geändert werden
sollten. Wenn aus welchem Grund auch immer eine Variable, die sich
zu einem bestimmten Wert ändern
sollte, diesen Wert nicht erreicht hat, erkennt der Optimierer, daß ein Problem
vorliegt, welches das Eintreten der Änderung behindert, und entfernt
effektiv die Option einer Änderung
dieser Variablen auf diesen Wert während des nächsten Durchlaufs des Optimierers. Die
Detektion einer Unfähigkeit
einer Variablen, einen Wert zu erreichen, den sie theoretisch erreicht haben
sollte, kann auch dazu führen,
daß der
Optimierer einem Bediener mitteilt, daß ein Problem im System vorliegen
kann, das behandelt werden muß.
-
Als
nächstes
führt der
Optimierer während der
Eingangsphase eine rasche Ausführung
von jedem der einzelnen Teilmodelle durch, die das Gesamtmodell
bilden, wobei er beispielsweise die tatsächlichen Eingänge und
Ausgänge
nutzt, die von dem Betrieb 10 gemessen wurden. Die berechneten Ausgänge jedes
Teilmodells werden dann überprüft, um festzustellen,
ob irgendein Problem mit einem bestimmten Teilmodell vorliegt, das
verhindert, daß das gesamte
Modell präzise
läuft.
Dabei kann der Optimierer die tatsächlich gemessenen Eingänge für jede Entität (die vorher
gespeichert wurden) verwenden, um zu erkennen, ob die einzelnen
Komponenten des Modells mit diesen tatsächlichen Eingängen funktionieren,
um realistische Ausgänge
zu erzeugen.
-
Unter
der Annahme, daß jedes
der Teilmodelle ausgeführt
werden kann, kann der Optimierer nach Diskrepanzen in den Modellen
suchen, welche die Fähigkeit
des Optimierers zur Optimierung beeinflussen können. Beispielsweise kann der
Optimierer feststellen, ob eine von einer echten Einrichtung durchgeführte Messung
gleich wie die von dem Teilmodell vorhergesagte ist, wobei die tatsächlichen Eingänge zu der
Einrichtung verwendet werden. Wenn das Modell (unter Nutzung der
neuesten berechneten Modellparameter) einen Ausgang vorhersagt,
der von der tatsächlichen
Messung des Ausgangs abweicht, wenn etwa das Modell eine Durchflußrate von 18 vorhersagt
und ein Durchflußratenmesser 20 anzeigt,
dann kann der Optimierer eine Begrenzung, die der Durchflußrate zugeordnet
ist, auf zwei unterhalb der vorher definierten Begrenzung rücksetzen.
Wenn daher die Begrenzung, welche dieser Durchflußrate zugeordnet
ist, ursprünglich
mit 25 eingestellt wurde, kann der Optimierer eine Begrenzung
von 23 verwenden, weil der Optimierer erkennt, daß das Modell
in bezug auf diese Variable fehlerhaft ist. Natürlich kann der Optimierer nach
anderen Ungleichheiten oder Abweichungen zwischen Modellen und den
tatsächlichen
Meßwerten
des Betriebs suchen, um Begrenzungen oder andere Variablen innerhalb
der Optimierungsroutine rückzusetzen,
zu aktualisieren oder fein abzustimmen.
-
In
der nächsten
Phase, die allgemein als die Optimierungsphase bekannt ist, führt der
Optimierer die einzelnen Modelle in einer vorbestimmten Reihenfolge
aus unter Verwendung der Ausgänge
von einem Teilmodell als Eingänge
zu einem oder mehreren der anderen Teilmodelle, die das Gesamtmodell bilden.
Beim Gebrauch des Gesamtmodells, der vom Benutzer vorgegebenen Begrenzungen
und der in der Eingangsphase bestimmten neuen Begrenzungen sowie
der Optimierungskriterien bestimmt der Optimierer die Änderungen,
die an den eingegebenen oder manipulierten Variablen vorzunehmen
sind, die als derzeit fähig
zur Manipulation detektiert wurden und die den Betrieb in dem Zeitfenster,
in dem der Optimierer ausgeführt
wird, optimieren. Dieses Zeitfenster kann 3 bis 4 Minuten, 3 bis
4 Stunden usw. sein und ist im allgemeinen die periodische Rate,
mit welcher der Optimierer ausgeführt wird. Die Verwendung von
Optimierungssoftware ist wohlbekannt, und es kann jede gewünschte Optimierungssoftware
für diesen
Zweck verwendet werden. Bei einem Beispiel kann also ein Raffinationsbetrieb
so optimiert werden, daß er
eine C2-Krackvorrichtung so betreibt, daß möglichst
viel Gewinn erzielt wird auf der Basis der möglichen Ausgangsprodukte, die
von der C2-Krackvorrichtung produziert werden
können, und
zwar bestimmt durch die aktuellen Preise und Produktionslots, die
jedem dieser möglichen
Ausgänge
zugewiesen sind. Eine Begrenzung kann jedoch sein, daß die C2-Krackvorrichtung eine bestimmte Menge von
einem Produkt produzieren muß,
weil es einen Geschäftsvertrag
zur Lieferung dieser Menge dieses Produkts gibt, der erfüllt werden
muß, und zwar
unabhängig
davon, was der aktuelle Preis dieses Produkts gerade ist. Bei einem
anderen Beispiel kann ein Optimierungskriterium sein, daß der Einsatz eines
bestimmten Rohstoffs maximiert wird, weil die Kosten der Lagerhaltung
von zu großen
Mengen dieses Rohstoffs im Betrieb andere Kosten- oder Preisüberlegungen überschatten,
etwa Produkte, die den höchsten
aktuellen Preis haben.
-
Es
ist ersichtlich, daß die
Bestimmung der Optimierungskriterien, die typischerweise von einer Geschäftsperson
oder einer Geschäftsanwendung ausgeführt werden,
für die
Wirkung des Optimierers und damit letztendlich für den Betrieb der Anlage 10 sehr
kritisch ist. Infolgedessen kann der Anlagennutzungs-Experte 50 der
Geschäftsperson über die
Benutzeroberflächenroutinen 58 eine
systematische Menge von Wahlmöglichkeiten
darüber
liefern, was die Optimierungskriterien zu einem bestimmten Zeitpunkt
sein werden, und die von dem Bediener oder einem anderen Benutzer
getroffene Wahl an die Optimierungsroutine leiten. Tatsächlich gibt
es viele Optimierungsvariablen, die ausgewählt werden können, und
die Wahl dieser verschiedenen Kriterien kann dem Bediener oder der
Geschäftsperson über die Benutzeroberfläche geliefert
werden, um dem Bediener oder der Geschäftsperson zu ermöglichen,
verschiedene Optimierungskriterien auf jede gewünschte Weise zu wählen.
-
Als
nächstes
tritt die Optimierungsroutine in eine Ausgangsphase ein, in der
die Implementierung der Ergebnisse des Optimierers erreicht werden kann.
Insbesondere kann der Optimierer nach dem Berechnen der vorgeschlagenen Änderungen
an den manipulierten Variablen bestimmen, ob die manipulierten Variablen
oder zu ändernden
Eingänge
noch verfügbar
sind, weil eine oder mehrere der Einrichtungen, die zum Zeitpunkt
des Beginns der Optimierungsphase des Optimierers verfügbar waren, inzwischen
eventuell offline gegangen sind oder anderweitig nicht mehr verfügbar sind,
was die Implementierung der vorgeschlagenen Änderungen der Eingangsvariablen
verhindert. Wenn jedoch sämtliche zu ändernden
manipulierten Variablen noch geändert werden
können,
können
die vorgeschlagenen Änderungen
einem Bediener beispielsweise über
eine Benutzeroberfläche
(z. B. eine grafische Benutzeroberfläche) angezeigt werden. Der
Bediener kann imstande sein, einfach einen Knopf zu drücken und
auf eine vom Optimierer bestimmte Weise die Änderungen an den manipulierten
Variablen zu initiieren oder automatisch zu der Prozeßsteuerroutine
herunterzuladen, etwa die Änderung
von Sollwerten usw. Bei einer anderen Ausführungsform oder in späteren Operationsphasen,
beispielsweise dann, wenn der Prozeß ordnungsgemäß läuft, kann
der Optimierer automatisch die vorgeschlagenen Änderungen implementieren, wenn
der Bediener die Instanzierung dieser Änderungen nicht innerhalb eines
bestimmten Zeitfensters verhindert. Somit kann der Ausgang des Optimierers
jedesmal, wenn der Optimierer ausführt, verwendet werden, wenn
nicht der Bediener eingreift, um die Nutzung der Änderungen
vom Optimierer zu verhindern. Als Teil dieser Operation können eine oder
mehrere der Benutzerschnittstellenroutinen 58 einen Bildschirm
für den
Bediener bereitstellen, der die vorgeschlagenen Änderungen zeigt, sowie einen Knopf
oder einen Balken bereitstellen, den der Bediener verwendet, um
die Änderungen
zu installieren oder die Installierung der Änderungen zu verhindern. Wenn
bei einer Ausführungsform
der Benutzer einen Knopf drückt,
um die Änderungen
zu installieren, werden sämtliche Änderungen
an die entsprechenden Steuereinheiten übermittelt, wo sie auf Begrenzungen
geprüft
und dann implementiert werden.
-
Der
Echtzeitoptimierer wie etwa der oben beschriebene kann im Vergleich
mit den meisten Optimierern aus einer Reihe von Gründen relativ
häufig ausgeführt werden.
Erstens verwendet der Echtzeitoptimierer zwecktaugliche Modelle,
die typischerweise viel schneller als die hochtheoretischen Modelle laufen,
die typischerweise für
das Design eines Betriebs verwendet werden. Diese Teilmodelle sind
jedoch präzise,
weil einer oder mehrere Parameter der Modelle feinabgestimmt oder
geändert
werden (unter Anwendung der oben beschriebenen Regressionsanalyse),
und zwar auf der Basis von tatsächlichen Eingängen und
Ausgängen
des Betriebs 10. Das heißt, der Echtzeitoptimierer
verwendet die durch den letzten Lauf der Regressionsanalyse an dem
Modell erhaltenen Modell parameter, um das Modell mit dem tatsächlichen
Betrieb der Anlage 10 in Übereinstimmung zu bringen.
Ferner ist der oben beschriebene Optimierer schneller als herkömmliche
Optimierer, weil er begrenzte Optimierungsschritte verwendet. Dabei
versucht der Optimierer nur über
den Zeitraum zwischen einzelnen Durchläufen des Optimierers eine Optimierung,
wodurch der Verarbeitungsumfang reduziert wird, der von der Optimierungsroutine
ausgeführt
wird. Außerdem
kann der Echtzeitoptimierer so konfiguriert sein, daß er das
Auftreten von einem oder mehreren signifikanten Ereignissen erkennt,
die den Echtzeitoptimierer zum Neustart anstoßen können, da diese Ereignisse vorhergehende Empfehlungen
impraktikabel oder unerwünscht
machen können.
-
Vorstehend
wurde zwar die Verwendung eines Echtzeitoptimierers als geschlossene
Schleife erörtert,
aber auch andere Arten von Optimierern 55, welche die gleichen
oder davon verschiedene Teilmodelle verwenden, könnten ebenfalls von dem Anlagennutzungs-Experten 50 in
Verbindung mit dem Echtzeitoptimierer oder separat davon ausgeführt werden.
Diese anderen Optimierer könnten
weniger häufig
und aus anderen Gründen
ausgeführt
werden. Beispielsweise kann ein Breitbandoptimierer verwendet werden,
um nachzuschlagen oder zu bestimmen, wo der letztendliche optimale
Operationspunkt eines Prozesses letztlich sein kann, auch wenn der
Echtzeitoptimierer eventuell nicht imstande ist, den Betrieb 10 für einige
Zeit an diesen Punkt zu treiben. Dieser Breitbandoptimierer kann
es der Geschäftsperson
ermöglichen,
Langzeitvorhersagen über
den Betrieb 10 zu machen, oder kann dem Bediener erlauben
zu bestimmen, ob die Operation des Betriebs 10 sich in
Richtung eines gewünschten
Bereichs bewegt. Wenn der Breitbandoptimierer bestimmt, daß der letztlich
erreichbare Optimierungspunkt immer noch nicht akzeptabel ist, kann
der Bediener sich entscheiden, die Konfiguration oder andere Betriebsparameter
der Anlage 10 zu ändern.
-
Andere
Optimierer wie etwa Selektionsoptimierer können bestimmen, ob Änderungen
der Prozeßkonfiguration,
die vom Bediener oder der Wartungsperson durchgeführt werden
müssen,
den Prozeß besser
optimieren könnten.
Beispielsweise kann in manchen Fällen
ein Selektionsoptimierer erkennen, daß bestimmte Einheiten oder
andere manipulierte Eingänge,
die für
den Echtzeitoptimierer verfügbar
sein sollten, aus irgendeinem Grund nicht mehr verfügbar sind,
z. B. weil die diesen Eingängen
zugeordneten Einrichtungen abgeschaltet oder offline sind. Der Selektionsoptimierer
fährt einen
oder mehrere Optimierungstests unter der Annahme, daß eine oder
mehrere dieser Einrichtungen, Einheiten usw. verfügbar sind,
um zu bestimmen, um wieviel besser der Betrieb 10 funktionieren
würde (d.
h. um wieviel optimaler der Betrieb 10 in bezug auf einige
Optimierungskriterien sein könnte),
wenn diese Einheiten wieder in Betrieb genommen würden. Dieser
Optimierer kann beispielsweise dem Bediener oder der Geschäftsperson
sagen, um wieviel mehr Geld der Betrieb 10 bringen könnte, wenn
bestimme Einheiten oder Einrichtungen online gebracht werden würden, oder
könnte
dem Bediener oder der Geschäftsperson sagen,
auf welchen Einrichtungen oder Einheiten der Fokus sein sollte,
um sie als erste wieder in Betrieb zu nehmen. Ein solcher Selektionsoptimierer
kann auch eine Optimierung versuchen, indem er bestimmte Pumpen
oder Ventile ein- oder ausschaltet, andere Einrichtungen, die in
suboptimalen Betriebsarten laufen, auswechselt usw., um festzustellen, welche
kritischen Änderungen
an dem Prozeß oder an
dessen Anlagen vorgenommen werden könnten, um den Prozeß gewinnbringender
oder optimal zu machen. Der Selektionsoptimierer könnte Eingänge vom
Bediener oder der Geschäftsperson
verwenden und/oder andere Verzweigungs- und Begrenzungstechniken
verwenden, die bei Datenverarbeitungs- oder Datenfiltertechniken üblich sind,
um die Art und Weise auszuwählen,
wie die Optimierungsvariablen einzustellen sind. Andere Selektionstechniken
könnten
ebenfalls verwendet werden, etwa die Ausstattung des Selektionsoptimierers
mit einer Serie von Regeln, die in einer bestimmten Reihenfolge
anzuwenden sind, um festzustellen, wie der Prozeß zu ändern ist, oder um festzustellen,
welche Änderungen an
dem Prozeß,
falls sie implementiert werden, Verbesserungen oder die größte Verbesserung
an dem Betrieb 10 erbringen würden.
-
Als
Ergebnis der vorstehenden Erörterung
ist ersichtlich, daß die
Verwendung von Modellen viele neue Arten von Daten oder Informationen
für die
Geschäftsanwendung,
Prozeßsteueranwendungen
und Anlagenwartungs- und -überwachungsanwendungen
ergibt. Insbesondere können
die Modelle genutzt werden, um eine Leistungsüberwachung auszuführen und
einen Leistungsindex zu erzeugen, der die relative Leistung einer
Einrichtung, einer Einheit, eines Bereichs usw. innerhalb eines
Betriebs bezeichnet. Dieser Leistungsindex kann ein Maß für die Leistung
einer Entität
in bezug auf die mögliche
Leistung dieser Entität
sein. Ferner wurden vorstehend zwar Einrichtungs- und Einheitsmodelle
erörtert,
aber gleichartige Modelle könnten
für Prozeßsteuerentitäten wie
Schleifen, Einheiten usw. gebildet und ausgeführt werden, um ein Leistungsmaß und Optimierungskriterien
auch für
diese Arten von Entitäten
zu erstellen. Wie oben gesagt wird, können Modelle in einigen Fällen auch
genutzt werden, um die Gesundheit bestimmter Einrichtungen oder
anderer Entitäten zu
messen oder zu bezeichnen und einen Gesundheitsindex zu bilden,
der für
diese Entitäten
bezeichnend ist. Beispielsweise können die Fehlermessungen bestimmter
Eingangs- und Ausgangssensoren, die durch die Regressionsanalyse
bestimmt sind, die an bestimmten Modellen ausgeführt wird, als eine Anzeige
für die
Gesundheit dieser Einrichtungen genutzt oder in eine solche Anzeige
umgewandelt werden. Andere Informationen, die auf andere Weise nicht
für die
Prozeßsteuereinheit
verfügbar
sind, etwa Modellparameter und virtuelle Sensormessungen auf der
Basis der Modelle, könnten
ebenfalls den Prozeßsteuereinheiten
oder den Geschäftspersonen zur
Verwendung auf die verschiedenste Weise verfügbar gemacht werden.
-
Neben
Leistungs- und Gesundheitsindexen kann der Anlagennutzungs-Experte 50 die
Indexerzeugungsroutine 51 dabei unterstützen, andere Arten von Indexen
wie etwa einen Nutzungsindex und einen Variabilitätsindex
zu erzeugen. Ein Variabilitätsindex
zeigt, um wieviel ein Signal in eine Einrichtung, Schleife, Einheit
usw. oder aus dieser oder ein anderer Parameter, der mit einer Einrichtung,
Schleife, Einheit usw. in Zusammenhang steht, sich verändert im
Vergleich damit, um wieviel dieses Signal oder dieser Parameter
sich erwartungsgemäß ändern soll.
Die zur Erzeugung dieses Variabilitätsindex erforderlichen Daten
können
von dem Anlagennutzungs-Experten 50 gesammelt und der Indexerzeugungsroutine 51 zu
jedem gewünschten
oder passenden Zeitpunkt geliefert werden. Selbstverständlich kann
der normale Umfang der Abweichung eines Signals oder Parameters
von einem Hersteller, Techniker, Bediener oder einer Wartungsperson
eingestellt werden, die mit der Entität vertraut ist, oder kann auf
einem statistischen Maß (etwa
einer mittleren Standardabweichung usw.) basieren, das dieser oder
anderen gleichartigen Entitäten
innerhalb des Betriebs zugeordnet ist, und diese normale oder erwartete
Abweichung kann in der Indexerzeugungsroutine 51 gespeichert
oder aktualisiert werden.
-
In
der einen oder anderen Form verfolgt oder reflektiert der Nutzungsindex
die Nutzung einzelner Einrichtungen, Einheiten, Schleifen oder anderer
Entitäten
und kann eine gewisse Anzeige dafür liefern, ob diese Entitäten übermäßig oder
zu wenig genutzt werden, und zwar auf der Basis von vorher bestimmten
festen Bezugspunkten oder Betriebszielen. Ein Nutzungsindex kann
auf der Basis von gemessenen Nutzungen der eigentlichen Einrichtung
erzeugt werden. Beispielsweise kann eine Einrichtung dahingehend
gemessen werden, wie häufig
sie innerhalb eines Prozesses genutzt wird oder Leerlauf hat, und dieser
Index kann mit einer gewünschten
Nutzung für diese
Entität
verglichen werden, um festzustellen, ob die Entität zu häufig oder
zu wenig genutzt wird. Der Nutzungsindex könnte Einrichtungen, Einheiten, Schleifen
usw. bezeichnen, die nicht so häufig
genutzt werden, wie sie genutzt werden könnten oder sollten, oder andererseits
solche, wie zu häufig
genutzt und somit überbeansprucht
werden.
-
In
manchen Fällen
könnte
ein Nutzungsindex auf der Basis von Geschäftsentscheidungen bestimmt
werden, die in bezug auf die geeignete oder gewünschte Nutzung einer bestimmten
Einrichtung getroffen werden. Beispielsweise verwenden viele Verarbeitungs- oder Raffinationsbetriebe Öfen, die dem
Problem des Verkokens ausgesetzt sind und daher periodisch gereinigt
werden müssen.
Allgemein gesagt, tritt ein Verkoken in Öfen auf, die in der Erdölindustrie
verwendet werden, wo es erwünscht
ist, ein erdölbasiertes
Fluid innerhalb kurzer Zeit rasch zu erhitzen. Ein solcher Ofen
kann ein Einlaßrohr
aufweisen, das durch das Ofeninnere verläuft, so daß in dem Rohr bewegtes Fluid
rasch auf eine hohe Temperatur wie etwa 1400°F erhitzt wird. In manchen Fällen kann
es erforderlich sein, die Außenseite
des Rohrs auf ungefähr
1700°F zu
erhitzen, um das Fluid in der Rohrmitte auf eine derart hohe Temperatur
zu erhitzen. Da jedoch das durch das Rohr strömende Fluid auf Erdöl basiert,
bildet sich ein Teil des Materials zu Kohlenstoff oder anderen Arten
von viskosem oder teilchenförmigem
Material um, das sich an den innenseitigen Oberflächen der
Rohre absetzt, wodurch wiederum der Wärmeübertragungs-Wirkungsgrad des
Ofens über
die Zeit verringert wird. Die Ablagerung dieses Materials wird allgemein
als Verkoken bezeichnet. Je mehr Fluid durch das Rohr strömt, um so
mehr Verkokung und somit geringerer Wirkungsgrad des Ofens tritt
ein. Irgendwann wird der Wirkungsgrad des Ofens so niedrig, daß der Ofen
offline genommen und gereinigt werden muß. Dieser Reinigungsvorgang
ist zeitaufwendig und erfordert viele Arbeitskräfte und Ressourcen einschließlich Dampfreinigungsanlagen.
Infolgedessen muß das Reinigen
dieser Öfen
im allgemeinen vorher geplant werden, um sicherzustellen, daß die Arbeitskräfte und
erforderlichen Anlagen verfügbar
sind.
-
Eine
Geschäftsperson
oder ein Prozeßsteuerungsbediener,
dem bekannt ist, daß bestimmte Öfen innerhalb
des Betriebs 10 verkoken, kann eventuell versuchen, den
wirkungsvollsten Gebrauch dieser Öfen dadurch zu erzielen, daß angegeben
wird, wie das Verkoken in jedem Ofen über die Zeit auftreten soll.
So kann eine Geschäftsperson
beispielsweise entscheiden, daß ein
bestimmter Ofen für
einen Zeitraum von 15 Tagen in Betrieb sein soll, und will diesen
Ofen innerhalb dieses Zeitraums maximal nutzen, indem der Ofen am
Ende des Zeitraums von 15 Tagen bis zu seinem maximalen Verkokungswert betrieben
wird. Wenn der Ofen seinen maximalen Verkokungswert zu bald, also
vor Ablauf des Zeitraums von 15 Tagen, erreicht, muß der Ofen
offline genommen werden, kann aber dennoch erst am Ende des Zeitraums
von 15 Tagen gereinigt werden, weil zu diesem Zeitpunkt die Reinigungsarbeitskräfte und
-maschinen verfügbar
sind (d. h. geplant sind). Dieses vorzeitige Abschalten des Ofens
kann den Prozeßbetrieb
nachteilig beeinflussen. Wenn jedoch der Ofen am Ende des Zeitraums
von 15 Tagen seinen maximal zulässigen
Verkokungswert nicht erreicht, muß er dennoch offline genommen
und gereinigt werden, weil dies wiederum der einzige Zeitpunkt ist,
zu dem die Arbeitskräfte
und Maschinen verfügbar
sind. Der Ofen ist jedoch zu wenig genutzt worden, was bedeutet,
daß eine
Gelegenheit verloren worden ist, denn effektiv kostet es genau so
viel, einen untergenutzten Ofen zu reinigen, wie es kostet, einen
vollständig
genutzten Ofen zu reinigen. Vermutlich wurden andere Ofen zu stark
genutzt und haben auf der Basis der unzureichenden Nutzung dieses
Ofens eine stärkere
Verkokung als notwendig erfahren.
-
Zur
Planung der besten Nutzung des Ofens über einen gegebenen Zeitraum
wie etwa den oben angesprochenen Zeitraum von 15 Tagen kann der Bediener
oder die Geschäftsperson
eine Fiduzialkurve zeichnen, die das gewünschte Verkokungsmaß für den Ofen über die
Zeit definiert. Eine beispielhafte Fiduzialkurve 200 in
einem Diagramm der Verkokung eines Ofens über der Zeit ist in 6 gezeigt.
Die Fiduzialkurve 200 bezeichnet, wie die Geschäftsperson
oder der Bediener den Ofen in bezug auf die Verkokung über einen
Zeitraum von 15 Tagen nutzen möchte
(wonach dieser Ofen gereinigt wird). Die Verkokung des Ofens steht
in unmittelbarer Beziehung zu dem Wärmeübertragungs-Wirkungsgrad des Ofens.
Wie aus 6 ersichtlich ist, erreicht
der Ofen, wenn die Nutzung des Ofens der Fiduzialkurve 200 folgt,
seinen maximalen Verkokungswert (welcher dem kleinsten zulässigen Wärmeübertragungs-Wirkungsgrad
des Ofens entspricht) am Ende des Zeitraums von 15 Tagen. Es versteht
sich natürlich,
daß die
Fiduzialkurve von 6 nur eine von vielen möglichen
Fiduzialkurven ist, die gewählt
werden könnten.
-
Leider
ist es wegen der hohen Temperaturen innerhalb des Ofens nicht möglich, die
Verkokung im Ofen zu einer bestimmten Zeit zu messen. Ein Maß für die Verkokung
innerhalb des Ofens kann jedoch statt dessen durch die Verwendung
von einem oder mehreren Modellen für den Ofen erstellt werden,
die nach den oben erläuterten
Prinzipien aufgebaut sind. Dabei kann die Verkokung ein Parameter
des Modells sein, der aus anderen Variablen innerhalb des Modells,
Eingängen
in das und Ausgängen
aus dem Modell oder durch Anwendung einer Regressionsanalyse, wie
oben beschrieben, bestimmt wird. Der Anlagennutzungs-Experte 50 kann
dieses Modell dann periodisch ablaufen lassen, um den Verkokungsumfang
im Ofen als eine virtuelle Sensormessung oder einen Modellparameter
zu erhalten. Die Gleichungen für
diese Bestimmung sind im Stand der Technik wohlbekannt und werden
hier nicht erörtert. Falls
gewünscht,
kann ferner ein Optimierer den durch die Fiduzialkurve 200 von 6 definierten Verkokungswert
(oder die Verkokungsrate, die durch den Anstieg dieser Kurve an
irgendeinem Punkt definiert ist) als Optimierungskriterium nutzen
und die manipulierten Variablen des Betriebs einstellen, um zu versuchen,
den Ofen so zu betreiben, daß die
Verkokung in dem Ofen gemäß der Messung
durch das Modell für
diesen Ofen der Fiduzialkurve 200 von 6 folgt.
-
In
dem Beispiel von 6 wird davon ausgegangen, daß der Anlagennutzungs-Experte 50,
der die Modelle für
den Ofen ablaufen läßt, am Tag
6 feststellt, daß die
Verkokung des Ofens beim Punkt 202 liegt, was erheblich
unter dem erwünschten
Verkokungsumfang gemäß der Definition
durch die Fiduzialkurve 200 am Tag 6 ist. Die Tatsache,
daß die
Verkokungsschätzung
für den
Ofen am Tag 6 unter derjenigen ist, die durch die Fiduzialkurve 200 definiert ist,
bedeutet, daß der
Ofen gemäß der Fiduzialkurve 200 untergenutzt
wird. Infolgedessen kann der Anlagennutzungs-Experte 50 diese
Tatsache beispielsweise einem Bediener oder einer Geschäftsperson zur
Kenntnis bringen, indem ein Nutzungsindex für den Ofen erstellt wird, der
auf eine gewünschte
oder zweckmäßige Weise
angibt, daß der
Ofen entsprechend den vorher definierten Nutzungskriterien untergenutzt
ist.
-
Auf
der Basis dieses Nutzungsindex kann die Geschäftsperson oder der Bediener
erkennen, daß eine
Gelegenheit zur stärkeren
Nutzung des Ofens ausgelassen wird, weil nach dem Zeitraum von 15 Tagen
der Ofen auf jeden Fall abgeschaltet wird, ob nun das maximale Verkokungsmaß in dem
Ofen eingetreten ist oder nicht. Um den Verkokungsparameter innerhalb
eines bestimmten Zeitraums wie etwa bis zum Tag 7 (der in 6 als
Punkt 204 bezeichnet ist) wieder zurück auf die Fiduzialkurve 200 zu
bringen und die beste Nutzung des Ofens zu erreichen, kann der Bediener
oder der Anlagennutzungs-Experte 50 eine
Linie zwischen den Punkten 202 und 204 definieren.
Der Anstieg dieser Linie definiert eine Verkokungsrate, die größer als
die Verkokungsrate ist, die zwischen den Tagen 6 und 7 durch die
Fiduzialkurve zugelassen wird. Der Bediener oder die Optimierungsroutine
kann dann den Ofen stärker
nutzen, um die Verkokungsrate zu erreichen, die durch den Anstieg
der Kurve zwischen den Punkten 202 und 204 definiert
ist. Diese höhere
Verkokungsrate kann beispielsweise als eine Begrenzung oder auch
als ein Optimierungsparameter genutzt werden innerhalb einer Optimierungsroutine,
die den Ablauf des Betriebs 10 oder des Ofens steuert.
Beispielsweise ist es bekannt, das Verkokungsmaß oder die Verkokungsrate einzustellen,
indem eine beliebige Anzahl von Parametern, die dem Ofen zugeordnet
sind, eingestellt wird, etwa die Geschwindigkeit, mit der Material durch
den Ofen geschickt wird (je höher
die Geschwindigkeit, um so geringer ist die Verkokung), die Austrittstemperatur
des Materials aus dem Ofen (je höher
die Austrittstemperatur, um so stärker ist die Verkokung) und
die Dampfmenge, die in das durch den Ofen geschickte Fluid eingepreßt wird
(typischerweise gilt, daß um
so weniger Verkokung stattfindet, je mehr Dampf eingesetzt wird).
Der Optimierer kann die gewünschte
Verkokungsrate nutzen, um einen oder mehrere dieser Parameter so
einzustellen, daß die
neue Verkokungsrate erreicht wird. Auf jeden Fall zeigt die Messung
der Nutzung des Ofens auf der Basis der tatsächlichen Verkokung des Ofens im Vergleich
mit der gewünschten
Verkokung des Ofens bei diesem Beispiel, daß der Ofen untergenutzt wird
und daß eine
höhere
Optimierung des Betriebs 10 erfolgen kann, wenn der Ofen
stärker
eingesetzt wird.
-
Wenn
dagegen, wie 7 zeigt, die Verkokung des Ofens
am Tag 6 mit den Modellen für
den Ofen als über
der Fiduzialkurve 200, etwa beim Punkt 206, liegend
gemessen oder bestimmt wurde, wird der Ofen übergenutzt und die Nutzungsrate
des Ofens sollte verringert werden, um es möglich zu machen, daß der Ofen 15 Tage
in Betrieb ist. In diesem Fall kann es vielleicht einen anderen
Ofen geben, der online gebracht werden könnte oder der bereits online
ist und verwendet werden könnte,
um die Verringerung der Nutzung des Ofens auszugleichen. Ähnlich dem
Beispiel von 6 kann ein Bediener oder eine
Geschäftsperson
von der Übernutzung
des Ofens in Kenntnis gesetzt werden, wobei beispielsweise ein Nutzungsindex
verwendet wird, der z. B. eine Indikation der Differenz zwischen
der tatsächlichen
Verkokung und dem gewünschten
Verkokungsmaß liefert.
Danach kann der Bediener oder die Geschäftsperson bestimmen, daß es erwünscht ist,
den Verkokungsparameter des Ofens bis zum Tag 10 wieder auf die
Fiduzialkurve zu bringen, da der Verkokungswert des Ofens bereits
höher als
der für
Tag 7 oder 8 zulässige
Wert sein kann. Zwischen dem Punkt 206 und dem Punkt 208 kann
eine Linie gezogen werden, die der Punkt auf der Fiduzialkurve am Tag
10 ist, und die Steilheit dieser neu gezeichneten Linie kann die
Verkokungsrate definieren, die für
die Nutzung zwischen den Tagen 7 und 10 zulässig oder erwünscht ist.
Natürlich
kann der Bediener oder ein Optimierer oder eine andere Steuerroutine
Steuerstrategien implementieren, um die Verkokungsrate des Ofens
auf die Rate zu zwingen, welche die Rate ist, die durch die Steilheit
der Linie zwischen den Punkten 206 und 208 definiert
ist.
-
Andere
Geschäftsentscheidung
können
eine Rolle dabei spielen, den Nutzungsindex des Ofens zu ändern. Beispielsweise
kann am Tag 6, obwohl der Ofen vielleicht auf der Fiduzialkurve
oder um diese herum im Hinblick auf den Verkokungsparameter betrieben
wird, eine Geschäftsperson
entscheiden, daß es
notwendig ist, aus dem Ofen fünf
weitere Nutzungstage herauszuholen und dadurch die Standzeit des
Ofens auf 20 Tage zu verlängern,
bevor der Ofen gereinigt wird. Dies kann durchgeführt werden,
weil die Reinigungsanlage sowieso erst in 20 Tagen verfügbar ist.
In diesem Fall kann die Fiduzialkurve zwischen den Tagen 6 und 20
neu gezeichnet werden, und die Steuerroutine oder der Optimierer
kann dann versuchen, der neuen Fiduzialkurve zu folgen. Wenn jedoch
die gesamte Fiduzialkurve neu gezeichnet wird, kann das, was vorher
als 100 % Nutzung oder exakte Nutzung am Tag 6 im Fall einer über 15 Tage ausgelegten
Fiduzialkurve definiert war, nunmehr eine übermäßige Nutzung für eine Fiduzialkurve
von 20 Tagen sein. In diesem Fall kann der Anlagennutzungs-Experte 50 eine
neue Verkokungsrate als Optimierung oder Begrenzung an einen Optimierer
oder eine Prozeßsteuerroutine
liefern, um zu versuchen, den Nutzungsindex auf 100 % zurückzubringen. Wenn
der Ofen vorzeitig, etwa am Ende von 12 Tagen, abgeschaltet werden
soll, kann der Ofen gleichermaßen
auf der Basis einer 12-Tage-Fiduzialkurve untergenutzt sein, und
ein Optimierer oder eine Prozeßsteuerroutine
kann eine neue Verkokungsrate bei dem Versuch verwenden, den Nutzungsindex
auf 100 % zurückzubringen.
-
Wie
ersichtlich ist, kann eine geschäftliche Entscheidung,
den Ofen entlang einer bestimmten Fiduzialkurve wirksam sein zu
lassen, in Verbindung mit der Verwendung von Modellen für den Ofen,
die einen Verkokungsgrad des Ofens zu einem bestimmten Zeitpunkt
messen oder schätzen,
verwendet werden, um zu zeigen, ob eine bestimmte Entität wie etwa
der Ofen während
tatsächlicher
Prozeßläufe über- oder
untergenutzt wird. Außerdem
können Änderungen
an der Steuerung des Prozesses vorgenommen werden, um auf der Basis
des Nutzungsindex den Ofen stärker
oder weniger zu nutzen.
-
Der
Nutzungsindex für
das oben angegebene Ofenbeispiel kann auf jede gewünschte Weise
berechnet oder ausgedrückt
werden, etwa auf der Basis der Differenz zwischen dem tatsächlichen
Verkokungswert und dem gewünschten
Verkokungswert oder auf der Basis eines Verhältnisses zwischen beiden, der
neuen zulässigen
Verkokungsrate, der Differenz zwischen oder einem Verhältnis der
gewünschten
Verkokungsrate gemäß der Definition
durch die Fiduzialkurve und der neuen zulässigen Verkokungsrate oder
auf der Basis jedes anderen Maßes
der Nutzung. Es wurde zwar hier eine Art der Bestimmung eines Nutzungsindex
für einen
Ofen beschrieben, aber es gibt natürlich viele andere Möglichkeiten zum
Bestimmen oder Definieren von Nutzungsindexen für Öfen sowie für andere Einrichtungen, Einheiten,
Schleifen usw. innerhalb eines Verarbeitungsbetriebs. Insbesondere
können
Nutzungsindexe für
verschiedene Einheiten auf jede gewünschte Weise und auf unterschiedliche
Weise für
unterschiedliche Typen von Entitäten
gemessen werden. Bei einem Beispiel kann der Nutzungsindex in Prozent
ausgedrückt werden,
wobei 100 % bedeuten, daß die
Entität
mit dem korrekten oder gewünschten
Wert genutzt wird, ein Wert über
100 % bedeutet, daß die
Entität übergenutzt
wird, und ein Wert unter 100 % bedeutet, daß die Entität untergenutzt wird. Selbstverständlich könnten im
Kontext von unterschiedlichen Arten von Einrichtungen andere Möglichkeiten
angewandt werden, um die Nutzung zu messen und auszudrücken.
-
Ein
wichtiger Aspekt des Systems von 1 sind die
Benutzerschnittstellenroutinen 58, die eine grafische Benutzeroberfläche (GUI)
bereitstellen, die mit dem hier beschriebenen Anlagennutzungs-Experten 50 integriert
ist, um den Dialog eines Benutzers mit den zahlreichen Anlagennutzungsfähigkeiten
zu erleichtern, die von dem Anlagennutzungs-Experten 50 geboten werden.
Bevor jedoch die GUI im Detail erörtert wird, sollte festgestellt
werden, daß die GUI
eine oder mehrere Softwareroutinen aufweist, die unter Verwendung
von geeigneten Programmiersprachen und -techniken implementiert
sind. Ferner können
die Softwareroutinen, welche die GUI bilden, in einer einzigen Verarbeitungsstation
oder -Einheit gespeichert und verarbeitet werden, beispielsweise einer
Workstation, einer Steuereinheit usw. innerhalb des Betriebs 10,
oder als Alternative können
die Softwareroutinen der GUI auf verteilte Weise gespeichert und
ausgeführt
werden unter Verwendung einer Vielzahl von Verarbeitungseinheiten,
die innerhalb des Anlagennutzungssystems kommunikativ miteinander verbunden
sind.
-
Bevorzugt,
jedoch nicht notwendigerweise, kann die GUI unter Verwendung einer
bekannten grafischen, auf Fenstern basierenden Struktur und Erscheinung
implementiert sein, wobei eine Mehrzahl von verkoppelten grafischen
Ansichten oder Seiten eines oder mehrere Pulldown-Menüs aufweisen,
die es einem Benutzer ermöglichen,
auf gewünscht
Weise durch die Seiten zu navigieren, um eine bestimmte Art von
Information zu betrachten und/oder abzurufen. Die Merkmale und/oder
Fähigkeiten
des Anlagennutzungs-Experten 50, die oben beschrieben sind,
können
durch eine oder mehrere entsprechende Seiten, Ansichten oder Displays
der GUI dargestellt, aufgerufen werden oder es kann darauf zugegriffen
werden usw. Ferner können
die verschiedenen Displays, welche die GUI bilden, auf eine logische
Weise verkoppelt sein, um die rasche und intuitive Navigation des
Benutzers durch die Displays zu erleichtern und eine bestimmte Art
von Information abzurufen oder Zugriff auf eine bestimmte Fähigkeit des
Anlagennutzungs-Experten 50 zu erhalten und/oder diese
aufzurufen.
-
Allgemein
gesagt bietet die hier beschriebene GUI intuitive grafische Ansichten
oder Displays von Prozeßsteuerbereichen,
Einheiten, Schleifen, Einrichtungen usw. Jedes dieser grafischen
Displays kann numerische Status- und Leistungsindexe aufweisen (von
denen einige oder alle von der oben beschriebenen Indexerzeugerroutine 51 erzeugt
sein können,
die einer bestimmten, von der GUI dargestellten Ansicht zugeordnet
sind. Beispielsweise kann ein Display, das einen Prozeßsteuerbereich zeigt,
eine Menge von Indexen liefern, welche den Status und die Leistung
dieses Bereichs wiederspiegeln (d. h. einen bestimmten Bereich des
Prozeßsteuersystems
auf einer bestimmten Ebene der Anlagenhierarchie. Andererseits kann
ein Display, das eine Schleife zeigt, eine Menge von Status- und
Leistungsindexen liefern, die dieser bestimmten Schleife zugeordnet
sind. Auf jeden Fall kann ein Benutzer die in einer Ansicht, einer
Seite oder einem Display gezeigten Indexe nutzen, um rasch zu bewerten,
ob in einer der Einrichtungen, Schleifen usw., die in diesem Display
gezeigt sind, ein Problem vorliegt.
-
Außerdem kann
die hier beschriebene GUI automatisch oder als Reaktion auf eine
Anforderung von einem Benutzer Wartungsinformationen an den Benutzer
liefern. Die Wartungsinformationen können von jedem Bereich des
Anlagennutzungs-Experten 50 bereitgestellt werden. Ebenso
kann die GUI Alarminformation, Prozeßsteuerinformation usw. zeigen, die
ebenfalls von dem Anlagennutzungs-Experten 50 bereitgestellt
wird. Ferner kann die GUI Nachrichten in Verbindung mit einem Problem
an den Benutzer weitergeben, das aufgetreten ist oder daß innerhalb des
Betriebs 10 bald auftreten wird. Diese Nachrichten können grafische
und/oder Textinformation enthalten, die das Problem beschreibt,
mögliche Änderungen
an dem System vorschlägt,
die zur Milderung eines aktuellen Problems implementiert werden
können
oder die implementiert werden können,
um ein potentielles Problem zu vermeiden, Vorgehensweisen beschreibt,
die angewandt werden können,
um ein Problem zu korrigieren oder zu vermeiden, usw.
-
8 ist
eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das eine Einheit 500 innerhalb eines
Prozeßsteuersystems
darstellt, die von der GUI gezeigt werden kann. Wie 8 zeigt,
weist die Einheit 500 eine Vielzahl von Einrichtungen wie
etwa Ventile, Pumpen, Temperaturmeßfühler usw. auf, die sämtlich,
wie gezeigt, grafisch dargestellt werden können. Außerdem kann das Display ferner
Leitungspfeile und andere Markierungen aufweisen, um logische und
physische Verbindungen zwischen den verschiedenen Einrichtungen
darzustellen. Natürlich
sind solche grafischen Darstellung von Prozeßsteuersystemen (oder Teilen
von Prozeßsteuersystemen)
im Stand der Technik allgemein bekannt, und die Art der Implementierung
dieser grafischen Darstellungen oder Displays wird daher hier nicht
im einzelnen beschrieben.
-
Wichtig
ist, daß das
in 8 gezeigte GUI-Display auch eine Vielzahl von
Indexnamen und -werten 550 zeigt. Insbesondere umfassen
die Indexnamen und -werte 550 einen Leistungsindex, einen Gesundheitsindex,
einen Variabilitätsindex
und einen Nutzungsindex, die sämtlich
bereits in Verbindung mit dem Anlagennutzungs-Experten 50 und
der Indexerzeugungsroutine 51 kurz erörtert wurden. Die Indexnamen
und -werte 550 können
in Tabellenformat, wie gezeigt, oder jedem anderen gewünschten
Format angezeigt werden. Die Indexnamen und -werte 550 sind
für die
Leistung und den Status der gesamten Einheit 500 repräsentativ,
und daher sind die gezeigten Indexwerte bevorzugt, jedoch nicht
notwendigerweise, aus den Indexwerten zusammengesetzt, die jeder
der Untereinheiten und/oder Einrichtungen zugeordnet sind, welche
die Einheit 500 bilden.
-
Bevor
die GUI und die Art, wie Anlageninformation, Prozeßsteuerinformation,
Wartungsinformation, Diagnoseinformation oder jede andere Art von Information
für einen
Benutzer angezeigt wird, erörtert
werden, folgt nachstehend eine kurze Erörterung der Weist, wie die
Leistungs- und Statusindexe erzeugt werden. Auch ist zu beachten,
daß hier
in Verbindung mit den verschiedenen Displays der GUI zwar ein Leistungsindex,
ein Gesundheitsindex, ein Variabilitätsindex und ein Nutzungsindex
im einzelnen beschrieben werden, zusätzliche und/oder davon verschiedene
Indexe von dem Anlagennutzungs-Experten 50 erzeugt und über die
GUI angezeigt werden können,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
-
Im
allgemeinen kann jeder der von der Indexerzeugungsroutine 51 erzeugte
und über
die GUI angezeigte Index für
einzelne Einrichtungen, für
logische und/oder physische Gruppierungen von Einrichtungen, für logische
Prozesse (z. B. Steuerschleifen), für logische Gruppierungen von
Einrichtungen wie etwa Einheiten und Bereiche usw. berechnet werden. Anders
ausgedrückt,
die Indexe können
grundsätzlich
auf jeder Ebene der Anlage und logischen Hierarchie eines Prozeßsteuersystems
oder, allgemeiner, eines Anlagennutzungssystems berechnet werden, das
eines oder mehrere Prozeßsteuersysteme
aufweisen kann. Die Bedeutung eines bestimmten Index kann jedoch
von dem Kontext abhängig
sein (d. h. davon, ob der Index einer logischen oder einer physischen
Gruppierung von Einrichtungen und/oder Parametern entspricht), in
dem der Index erzeugt und angezeigt wird, und kann von der Hierarchieebene abhängen, auf
welcher er angezeigt wird. Beispielsweise entsprechen Indexe auf
der niedrigsten Ebene der Anlagenhierarchie physischen Einrichtungen
wie Ventilen, Temperatursensoren, Betätigungselementen usw. Somit
kann jede Einrichtung eine spezielle Menge von Indexen haben, die
entweder in der Einrichtung oder für die Einrichtung auf der Basis
von Informationen erzeugt werden, die in der Einrichtung zum Zeitpunkt
der Herstellung der Einrichtung gespeichert werden. Entsprechend
kann jede Einrichtung ihre Indexe erzeugen und nach Bedarf an höhere Hierarchieebenen
und an den Anlagennutzungs-Experten 50 weitergeben.
-
Gleichermaßen können Einheiten
oder Schleifen, die jeweils aus einer oder mehreren Einrichtungen
oder Funktionsblöcken
zusammengesetzt sind, jeweils eine spezielle Menge von Indexen haben.
Die Indexwerte für
jede Einheit oder Schleife können
jedoch erzeugt werden durch mathematische Verknüpfung der Indexwerte für die einzelnen
Einrichtungen oder Funktionsblöcke,
die innerhalb der Einheit oder Schleife verwendet werden. Wenn daher eine
Einheit oder Schleife aus einem Druckmeßwertumformer, einem Ventil
und einer Pumpe (oder aus Funktionsblöcken, die dem Betrieb dieser
Einrichtungen zugeordnet sind) zusammengesetzt ist, können die
Indexwerte für
die Einheit oder Schleife auf verschiedenen mathematischen Kombinationen
der Indexwerte basieren, die für
jede oder von jeder dieser Einrichtungen oder Funktionsblöcken, welche
die Einheit oder Schleife bilden, erzeugt werden. Da Untereinheits-
und Einheits-Hierarchieebenen
aus einer oder mehreren Schleifen zusammengesetzt sind, die ihrerseits aus
Einrichtungen zusammengesetzt sind, können die Indexwerte für jede Untereinheit
und Einheit gleichermaßen
durch mathematisches Kombinieren von Schleifen- oder Einrichtungsindexwerten erzeugt
werden. Ferner können
Bereichsindexe als Kombinationen der Einheiten, Schleifen, Einrichtungen
usw. innerhalb des Bereichs bestimmt werden.
-
Wie
nachstehend im einzelnen erörtert
wird, kann die mathematische Verknüpfung von Einrichtungs-Indexwerten
zur Bildung von Indexwerten für Schleifen-,
Untereinheits-, Einheits- und Bereichsebenen der Hierarchie gewichtete
Summierungen oder Mittelwerte oder jede andere geeignete mathematische
Verknüpfung
verwenden. Selbstverständlich
kann es sein, daß die
Berechnung von einem oder mehreren der Leistungs-, Gesundheits-,
Variabilitäts-
und Nutzungsindexe nicht für
jede Ebenen der logischen und Anlagenhierarchien zweckmäßig oder erforderlich
ist. 9 ist eine beispielhafte Tabelle, die eine Möglichkeit
zeigt, wie der Leistungsindex (PI), der Gesundheitsindex (HI), der
Variabilitätsindex (VI)
und der Nutzungsindex (UI) für
die Einrichtungs-, Schleifen-, Untereinheits- und Einheitsebenen
der Systemhierarchie erzeugt werden können oder nicht. Wie 9 zeigt,
kann der PI für
die Einheits- und Untereinheitsebenen erzeugt werden. Auf den Einheits- und
Untereinheitsebenen kann der PI durch Vergleichen eines Modells
(etwa eines der Modelle 56) der Einheit oder Untereinheit
mit der tatsächlichen
Leistung der Einheit oder Untereinheit oder auf eine andere gewünschte Weise
berechnet werden. Insbesondere kann der PI in diesem Zusammenhang
(d. h. auf den Einheits- und Untereinheits-Hierarchieebenen) beispielsweise
ein Wirkungsgrad in bezug auf ein theoretisches Maximum oder alternativ
in bezug auf einen empirisch abgeleiteten maximalen Wirkungsgrad
auf der Basis der tatsächlichen
Systemleistung sein. Die Tabelle von 9 zeigt
auch, daß der
PI nicht für
einzelne Einrichtungen oder Schleifen berechnet werden muß. Bei manchen
Anwendungen kann es jedoch erwünscht
sein, einen PI für
Schleifen und Einrichtungen zu berechnen. Beispielsweise im Fall
der Berechnung eines PI für
eine Einrichtung kann der Hersteller der Einrichtung Leistungsinformation
in der Einrichtung speichern, so daß die Einrichtung im Gebrauch
einen PI berechnen kann auf der Basis eines Vergleichs einer tatsächlichen
Leistungscharakteristik (beispielsweise eines Betriebswirkungsgrads)
mit gespeicherter Leistungsinformation, die einen theoretischen
maximalen Einrichtungswirkungsgrad enthalten kann. Selbstverständlich kann
die Indexerzeugungsroutine 51 auch diese Funktion ausführen. Im
Fall der Berechnung eines PI für
eine Schleife kann das System beispielsweise den maximalen oder
durchschnittlichen Schleifenfehler (d. h. das stationäre Fehlersignal)
mit einem vorbestimmten kleinsten Fehlerwert vergleichen, der im Idealfall
null sein kann. Auf diese Weise kann ein kleiner Schleifenfehler
einem PI-Wert entsprechen, der eine gute Leistung bezeichnet.
-
9 zeigt
außerdem,
daß der
VI auf den Schleifen- und Einrichtungsebenen der Hierarchie berechnet
werden kann. Auf der Einrichtungsebene kann der VI berechnet werden
durch Vergleichen der Änderungen
oder Abweichungen in einem Einrichtungsausgang mit einem erwarteten
oder gewünschten Änderungs-
oder Variationswert. Ein übermäßig hoher
oder ein übermäßig niedriger
VI-Wert kann bezeichnend sein für
eine Einrichtungsstörung
oder -fehlfunktion oder eventuell eine unmittelbar bevorstehende
Störung
oder Fehlfunktion. Ebenso können auf
der Schleifenebene übermäßig häufige Änderungen
oder solche großer
Größe im Ausgang
einer Schleife ein Problem bezeichnen. In jedem Fall kann der VI
für Schleifen
und Einrichtungen auf einem Vergleich einer tatsächlichen Parametervariabilität mit der
erwarteten Parametervariabilität
basieren, die entweder theoretisch oder empirisch bestimmt werden
kann. 9 zeigt zwar, daß der VI fr die Einheits- und
Untereinheitsebenen nicht berechnet werden kann, aber bei manchen
Anwendungen kann es dennoch erwünscht
sein, für
diese Ebenen einen VI zu erzeugen.
-
Ferner
zeigt 9, daß der
HI für
die Einrichtungs-, Schleifen-, Untereinheits- und Einheitsebenen
erzeugt wird. Der HI für
eine Einrichtung kann auf dem historischen Gebrauch der Einrichtung
basieren. Insbesondere kann der Hersteller der Einrichtung Informationen,
welche die Gebrauchsdauer der Einrichtung betreffen, in der Einrichtung
speichern und auf der Basis des Gebrauchs der Einrichtung und der
Umwelteinwirkungen, die auf die Einrichtung während ihres Gebrauchs wirken
(z. B. Temperaturschwankungen, Stöße usw.), kann die Einrichtung bestimmen,
in welchem Umfang die Einrichtung sich entlang ihrer Gebrauchsdauerkurve
bewegt hat (d. h. gealtert ist). Der Hersteller kann eine Einrichtung
so programmieren, daß sie
einen HI-Wert liefert, der den aktuellen Status der Gebrauchsdauer
der Einrichtung bezeichnet. Beispielsweise kann ein Hubventil einen erwarteten
nutzbaren Gebrauchsdauerzyklus von 250.000 vollen Hubzyklen haben,
und der Hersteller der Hubventileinrichtung, die typischerweise
eine intelligente Feldeinrichtung ist, hat in ihrem Speicher die
erwartete Anzahl von Gebrauchsdauerhüben gemeinsam mit der aktuellen
Anzahl von Hüben,
die das Ventil bereits ausgeführt
hat, gespeichert. Wenn also ein HI-Wert zwischen null und zehn liegen
kann (wobei null schlechte Gesundheit und zehn vollkommene Gesundheit
darstellt), kann der von dem Ventil erzeugte HI-Wert zwischen null
und zehn liegen, während
die Anzahl von Hüben
von null auf 250.000 ansteigt. Selbstverständlich ist die genaue Beziehung
zwischen den HI-Werten und der Gebrauchsdauerkennlinie (z. B. den
Hüben)
eventuell nicht linear. Viele Gebrauchsdauerkennlinien folgen dagegen einer
exponentiellen Kennlinie, wobei Ausfall und Verschlechterung der
Einrichtungsleistung/-operation
mit der Zeit und mit der Durchführung
von Hüben usw.
schneller fortschreiten. Natürlich
gibt es viele andere Möglichkeiten
zum Definieren oder Berechnen eines HI für eine Einrichtung auf der
Basis des aktuellen detektierten Zustands der Einrichtung und in
bezug darauf, wie gut die Einrichtung arbeitet. Wenn die Einrichtung
beispielsweise zwei detektierte kleinere Probleme hat, kann ihr
HI abnehmen.
-
Der
HI für
eine Schleife dagegen ist bevorzugt, wenn auch nicht notwendigerweise,
eine mathematische Verknüpfung
(etwa eine gewichtete Summenbildung oder ein gewichteter Mittelwert)
der HI-Werte für
die einzelnen Einrichtungen oder Funktionsblöcke, welche die Schleife bilden.
Ebenso können
die HI-Werte für
die Untereinheits- und Einheitsebenen eine mathematische Verknüpfung der
unterliegenden HI-Werte für
Schleifen und Untereinheiten sein. Damit basieren letztlich die
HI-Hierarchiewerte für
Ebenen oberhalb der Einrichtungsebene auf einem oder mehreren HI-Werten
für Einrichtungen,
die zu zusammengesetzten Werten gebildet wurden.
-
Wie 9 ferner
zeigt, kann der UI für
die Schleifen-, Untereinheits- und Einheitsebenen berechnet werden,
jedoch nicht notwendigerweise für die
Einrichtungsebene berechnet werden. Im allgemeinen bezeichnet der
UI das Maß,
bis zu dem eine bestimmte Anlage (z. B. eine Schleife, eine Untereinheit
oder eine Einheit) im Vergleich mit ihrer Kapazität oder gewünschten
Nutzung ausgenützt
wird. Beispielsweise kann der UI-Wert auf der Zeitdauer basieren, über die
eine Einheit, Untereinheit oder Schleife genutzt wird, um eine Steurung
auszuführen oder
Ausgänge
zu erzeugen. Zusätzlich
oder alternativ kann der UI-Wert auf der Materialmenge basieren, die
von der Schleife, Untereinheit und/oder Einheit verarbeitet wird,
verglichen mit der Maximalmenge, die von dieser Schleife, Untereinheit,
Einheit usw. verarbeitet werden kann.
-
10 ist
ein beispielhaftes Diagramm und zeigt eine Möglichkeit, wie der PI für die in 8 gezeigte
Einheit 500 berechnet werden kann. Wie 10 zeigt,
hat jede von einer Vielzahl von Schleifen 575, welche die
Einheit 500 bilden, ihren eigenen PI und Gewichtungskoeffizienten,
der entweder vom Benutzer gewählt
oder auf der Basis der relativen Bedeutung dieser bestimmten Schleife
für den
Gesamtbetrieb der Einheit 500 definiert sein kann. Die
Indexe und Gewichtungen für
die Schleifen 575 können dann
mathematisch verknüpft
werden unter Anwendung eines gewichteten Mittels, um einen PI-Wert von
83,2 für
die Einheit 500 zu erhalten.
-
Auf ähnliche
Weise kann der HI für
die Einheit 500 als ein gewichtetes Mittel der HI-Werte
für sämtliche
Einrichtungen (und/oder Schleifen), welche die Einheit 500 bilden,
berechnet werden. Eine Tabelle der in 11 gezeigten
Art kann verwendet werden, um die Werte darzustellen, die in das
gewichtete Mittel einbezogen werden sollen. Wie 11 ebenfalls
zeigt, kann bestimmten Einrichtungen und Indexwerten ein Beschreibungstext
zugeordnet werden. Diese Beschreibungstexte können Diagnoseinformation, Wartungsinformation
usw. liefern, die auf dem HI-Wert und der diesem HI-Wert zugehörigen bestimmten
Einrichtung basieren.
-
12 ist
eine beispielhafte Tabelle, die eine Möglichkeit zeigt, wie der VI
für eine
Einheit wie etwa die in 8 gezeigte Einheit 500 berechnet
werden kann. Ebenso wie der HI basiert der für die Einheit 500 von 8 berechnete
VI auf einem gewichteten Mittel der VI-Werte für die einzelnen Einrichtungen, Schleifen
und/oder Untereinheiten, welche die Einheit 500 bilden.
Natürlich
kann die grafische Benutzeroberfläche bzw. GUI einem Benutzer
die Möglichkeit
bieten, die Daten der gewichteten Mittel, wie sie etwa in den 10 bis 12 gezeigt
sind, zu sehen, und kann dem Benutzer die Möglichkeit bieten, die Gewichtungen
zu ändern.
-
13 ist
ein beispielhaftes Display, das von der GUI als Reaktion auf einen
zu großen
VI-Wert, der einer Einrichtung und/oder schleife zugeordnet ist,
erzeugt werden kann.
-
Wie 13 zeigt,
kann das Display eine oder mehrere mögliche Erläuterungen für einen einer bestimmten Einrichtung
zugeordneten zu hohen oder einen zu niedrigen VI-Wert liefern. Insbesondere kann
das Display entweder automatisch oder auf Anforderung des Benutzers
anzeigen, daß Impulsleitungen,
die der Einrichtung zugeordnet sind, verstopft sind, daß der Prozeß sich ändert, daß in einer
aufstromseitigen Pumpe Kavitation vorhanden ist, usw. Diese Informationen
können
für die
GUI von dem Anlagennutzungs-Experten 50 auf
der Basis von Datenanalysewerkzeugen verfügbar gemacht werden, welche
diese Zustände
detektiert haben. Ebenso kann, wie 14 zeigt,
der VI für
ein Ventil über
die GUI weiter untersucht werden, indem der Benutzer das Display
einer grafischen Darstellung der Daten anfordern kann, die zum Erzeugen
des VI für
dieses Ventil genutzt wurden. Außerdem kann die GUI Textmeldungen
entweder in einem grafischen Display der in 14 gezeigten
Art oder in einem anderen Display der GUI anzeigen, die eine oder
mehrere mögliche Ursachen
für einen übermäßig hohen
(oder eventuell einen viel zu niedrigen) VI-Wert bezeichnen. Solche Ursachen
können
wiederum von dem Anlagennutzungs-Experten 50 auf der Basis
der Daten geliefert werden, die ihm von sämtlichen Datenquellen und Datenanalysewerkzeugen
verfügbar
gemacht werden. Im Fall eines Ventils, das einen viel zu hohen VI-Wert
zeigt, kann die GUI beispielsweise über Textmeldungen anzeigen,
daß das
Ventil hängenbleibt, daß Kavitation
in dem Ventil auftritt, usw.
-
15 ist
eine beispielhafte grafische Darstellung eines Displays, das von
der GUI geliefert wird, um einem Benutzer die Überwachung der Leistung einer
Einheit, Untereinheit, Schleife, Einrichtung usw. innerhalb des
Betriebs 10 zu ermöglichen.
Wie 15 zeigt, können
die Werte der verschiedenen Indexe als eine Funktion der Zeit aufgetragen
werden, was es einem Benutzer ermöglicht, etwaige Trends oder
andere zeitbasierte Änderungen
intuitiv zu analysieren, die für
ein Problem bezeichnend sein können.
Ferner kann eine solche grafische Darstellung auch wichtige Korrelationen
oder Beziehungen zwischen Änderungen
in der verschiedenen Indexen aufzeigen. Beispielsweise kann ein
Benutzer imstande sein, eine Beziehung zwischen einem abnehmenden
oder schlechten HI-Wert und einem ansteigenden oder übermäßig hohen
VI-Wert leichter zu erkennen.
-
Ferner
kann die GUI auch Textmeldungen in dem in 15 gezeigten
grafischen Display oder in einem anderen Display oder einer Seite
liefern, die dem Benutzer aktuelle oder potentielle Probleme anzeigen,
die mit den angezeigten Indexwerten oder Änderungen davon in Beziehung
stehen können. Diese
Textmeldungen können
mögliche
Lösungen der
Probleme, die erkannt worden sind, angeben. Die in 15 dargestellte
grafische Information ist zwar so skaliert, daß die Indexe als Prozentsätze und
die Zeitachse in Einheiten von Monaten ausgedrückt werden, aber andere Einheiten
und eine andere Displayauflösung
können
statt dessen verwendet werden. Beispielsweise in dem Fall, in dem
Indexe sich rasch ändern
oder rasch ändern
könnten,
kann die GUI dem Benutzer erlauben, Indexwerte stundenweise, Minute
um Minute, alle paar Sekunden oder häufiger (d. h. mit höherer zeitlicher
Auflösung)
anzuzeigen, falls das gewünscht
wird.
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16 ist
ein beispielhaftes grafisches Display, das von der GUI bereitgestellt
werden kann, um einem Benutzer zu ermöglichen, den Betriebsstatus und
die Leistung eines Prozeßbereichs
innerhalb des Betriebs 10 rasch zu analysieren. Wie 16 zeigt, kann
die GUI die physischen Anlagen (und die Verbindungen zwischen ihnen)
innerhalb eines Prozeßbereichs 600 grafisch
darstellen. Natürlich
ist zu beachten, daß in
dem in 16 gezeigten GUI-Display zwar
ein Prozeßbereich
gezeigt ist, aber jeder andere Bereich des Betriebs 10 wie
etwa eine Einheit, Untereinheit, Schleife, Einrichtung usw. kann
statt dessen angezeigt werden, um die gleichen oder gleichartige Ergebnisse
zu erzielen. In jedem Fall ist der Prozeßbereich 600 so dargestellt,
daß er
ein Paar von Behältern,
eine Vielzahl von Temperaturmeßwandlern, Druckumwandlern,
Durchflußumwandlern
usw. und Rohrleitungen hat, die sämtlich miteinander verbunden
sein können,
wie in 16 zu sehen ist. Ferner kann
jede der physischen Einrichtungen zusammen mit einem zugeordneten
alphanumerischen Marker (z. B. TT-394) angezeigt werden, der diese
Einrichtung innerhalb des Betriebs 10 speziell identifiziert und
auch gemeinsam mit einem grafischen Meßgerät (d. h. den teilweise schattierten
halbkreisförmigen Merkmalen)
anzeigt, das einem Benutzer ermöglicht, den
Status des dieser Einrichtung zugeordneten Erfassungsparameters
rasch zu bestimmen. Beispielsweise kann die GUI ein grafisches Meßgerät anzeigen,
das einem Temperaturmeßwandler
zugeordnet ist, und kann mehr oder weniger von dem Meßgerät schattieren
auf der Basis der Temperatur, die aktuell von dem Temperaturmeßwandler
erfaßt
wird. Dabei ist wichtig, daß einer
oder mehrere der VI-, HI-, UI- und PI-Werte für eine oder mehrere der Einrichtungen
angezeigt werden kann, die innerhalb des Bereichs 600 zu
sehen sind. Nur beispielsweise werden die HI-Werte für mehrere
der Einrichtungen angezeigt, die mit einem Behälter 610 in dem Bereich 600 verbunden
sind. Falls gewünscht,
könnten
jedoch mehr oder weniger HI-Werte angezeigt werden. Außerdem können je
nach Wunsch verschiedene Indexwerte oder Gruppen von Indexwerten
für jede
der Einrichtungen angezeigt werden, die in dem Bereich 600 erscheinen.
Wie aus dem in 16 gezeigten Display ersichtlich
ist, kann ein Benutzer rasch feststellen, ob ein Bereich ordnungsgemäß arbeitet
und auch weiterhin ordnungsgemäß arbeiten
wird. Ferner kann ein Benutzer auch diejenigen Einrichtungen, Einheiten,
Untereinheiten usw. rasch identifizieren, die eventuell Beachtung
benötigen
und/oder die ein bestimmtes Problem verursachen können.
-
Ferner
versteht es sich, daß ein
Benutzer nacheinander immer niedrigere Entitäten innerhalb eines Betriebs
betrachten kann und mit Information über die Indexe versehen wird,
die jeder dieser verschiedenen Entitäten oder Ansichten zugeordnet sind.
Beispielsweise kann ein Benutzer eine Ansicht des Betriebs betrachten
und eine bestimmte Menge von Indexen für den Betrieb sehen. Der Benutzer kann
sich dann auf eine Bereich konzentrieren, etwa indem er einen der
Bereiche in der Betriebsansicht anklickt, und kann die diesem Bereich
zugehörigen Indexe
sehen. Ebenso können
durch Anklicken von Einheiten in dem angezeigten Bereich die Indexe
für verschiedene
Einheiten betrachtet werden. Gleichermaßen können dann Indexe für Schleifen,
Untereinheiten, Einrichtungen usw. betrachtet werden, indem aus
einer Ansicht einer Entität,
in der sich diese Entitäten
befinden, die Fokussierung auf diese verschiedene Entitäten erfolgt.
Auf diese Weise kann ein Benutzer rasch die Ursache eines Index,
der niedriger (oder höher)
als erwartet ist, an jedem Punkt oder auf jeder Ebene des Betriebs
finden.
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17 ist
eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das von der GUI gezeigt
werden kann, um einem Benutzer die Betrachtung von in Auditverfolgungsinformation
in Verbindung mit irgendeiner Einrichtung, die in dem Bereich 600 verwendet
wird, zu ermöglichen.
Beispielsweise kann ein Benutzer eine Maus verwenden, um eine gegebene
Einrichtung oder ihre alphanumerische Kennung anzuklicken, oder
kann alternativ die Kennung über
eine Tastatur eingeben, um ein Popup-Auditverfolgungsfenster 650 für diese
Einrichtung anzufordern. Auf diese Weise kann ein Benutzer die Auditverfolgungsinformation
nutzen, um zu bestimmen, ob ein falscher oder inakzeptabler Indexwert damit
zusammenhängt, ob
die Einrichtung nicht richtig oder nicht rechtzeitig kalibriert
wurde, ob eine Einrichtung richtig oder überhaupt konfiguriert wurde
usw.
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18 ist
eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das von der GUI geliefert
werden kann, um einem Benutzer die Durchführung einer stärker detaillierten
Analyse der Daten zu erlauben, die beim Erzeugen von einem oder
mehreren der Indexe für eine
bestimmte Einrichtung innerhalb des Bereichs 600 genutzt
werden können,
oder um eine Zustandsüberwachung
auszuführen.
Nur beispielhaft kann in einem Popup-Fenster 680 eine Vibrationsanalyse
für einen
Motor 675 angezeigt werden. Ein Benutzer kann ein solches
Popup-Fenster als Reaktion auf einen abnormal hohen oder einen abnormal
niedrigen Indexwert für
die von dem Motor 675 betroffene Einheit anfordern und/oder
kann das Fenster anfordern, wenn ein mit dem Motor zusammenhängender
Indexwert ein mögliches
Problem bezeichnet. Falls gewünscht,
kann die GUI ferner automatisch solche Popup-Fenster liefern, die
eine detaillierte Datenanalyse für
diese Einrichtungen, Einheiten usw. enthalten, die einen oder mehrere
abnormale Indexwerte haben. Ebenso ist 19 eine
beispielhafte Darstellung eines Displays, das von der GUI gezeigt
wird, um einem Benutzer zu erlauben, eine Leistungskennlinie einer
Einrichtung innerhalb des Bereichs 600 grafisch zu betrachten
oder zu überwachen.
Beispielsweise wird ein Popup-Fenster 690,
das ein Diagramm des Wirkungsgrads des Motors 675 aufweist,
in Abhängigkeit
von einer Benutzeranforderung oder alternativ als Reaktion auf eine
automatische Anforderung durch den Anlagennutzungs-Experten 50 geliefert.
Ein solches Popup-Fenster kann angefordert oder benötigt werden,
wenn einer oder mehrere der Indexwerte, die dem Bereich des Prozesses,
der von dem Behälter 610 ausgeführt wird, zugehörig ist,
abnormal ist. Insbesondere kann bei diesem Beispiel der Benutzer
erkennen, daß der
Motor 675 einen schlechten PI-Wert hat und/oder daß der Bereich 600 einen
schlechten PI-Wert hat. Infolgedessen kann der Benutzer mehr Detailinformationen
anfordern, wie sie etwa in dem Popup-Fenster 690 enthalten
ist, um zu bestimmen, ob bei dem Motor 675 ein Problem
vorliegt. Ferner kann bei diesem Beispiel das Popup-Fenster ein
Diagramm des Wirkungsgrads des Motors 675 über die
Zeit enthalten, wobei tatsächliche
Wirkungsgraddaten 700 grafisch gegenüber theoretischen oder empirisch
abgeleiteten maximalen Wirkungsgraddaten 710 aufgetragen sind.
Wie oben erörtert
wurde, können
diese beiden Mengen von Wirkungsgraddaten auch genutzt werden, um
einen PI-Wert über
die Zeit für
den Motor 675 zu berechnen, indem beispielsweise das Verhältnis von
tatsächlichem
Wirkungsgrad zu theoretischem maximalem Wirkungsgrad als der PI-Wert
genutzt wird.
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20 ist
noch eine weitere beispielhafte Darstellung eines Displays, das
von der GUI bereitgestellt werden kann, um einem Benutzer zu ermöglichen,
rasch Alarminformation, Alarmzustände usw. in dem Betrieb 10 zu
untersuchen. Eine grafische Ansicht 750 des Betriebs 10 auf
hoher Ebene kann ein Alarmbanner 760 mit einem oder mehreren
laufenden Alarmen aufweisen. Jeder der Alarme in dem Alarmbanner
kann unter Verwendung eines alphanumerischen Indikators dargestellt
sein, welcher der Einrichtung, die den Alarm oder das Ereignis erzeugt hat,
speziell zugeordnet ist. Zusätzlich
kann jeder der Alarme innerhalb des Banners 760 auch eine
Informationstaste 770 aufweisen, die von einem Benutzer zum
Erzeugen eines Popup-Fensters 775 ausgewählt werden
kann, das genauere Informationen in bezug auf diesen speziellen
Alarm enthält.
Ferner kann der Benutzer auch die alphanumerische Kennung für die Einrichtung
wählen,
die einen bestimmten Alarm verursacht hat, um die möglichen
Gründe für den Alarm
herauszufinden. Wenn die alphanumerische Kennung gewählt wird,
kann von der GUI ein Popup-Fenster 780 angeboten werden.
Das Popup-Fenster 780 kann eine oder mehrere Antwortkategorien 785 bieten,
die das Verständnis
des Benutzers dafür
erleichtern können,
wie ein bestimmter Alarm behandelt werden sollte und innerhalb welches
Zeitrahmens der Alarm behandelt werden sollte. Beispielsweise kann
das Popup-Fenster 780 bedeuten, daß eine bestimmte Einrichtung
nicht mehr kommuniziert, daß die
Einrichtung ausgefallen ist, daß die
Einrichtung sofort Wartung benötigt
oder daß die
Einrichtung in Kürze
Wartung oder eine andere Art von Aufmerksamkeit benötigt. Selbstverständlich können statt
dessen mehr, weniger und/oder andere Antwortkategorien verwendet
werden. Das von der GUI zu diesem Zeitpunkt erzeugte Alarmdisplay
kann das integrierte Display sein, das in der US-Patentanmeldung
Anmeldungsnummer 09/707580 (angemeldet 7. Nov. 2000) sein, die hier
summarisch eingeführt
wird. Im allgemeinen kann dieses Alarmdisplay Prozeßalarme
und -warnungen sowie andere Arten von Alarmen wie Wartungsalarme
und -warnungen zeigen. Ferner können
Informationen über
den Alarm wie etwa eine bestimmte Information, die in dem Feld 775 des
Alarmbanners vorgesehen ist, an die GUI oder den Anlagennutzungs-Experten 50 zusammen mit
dem Alarm gesendet werden.
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Die 21 bis 24 sind
beispielhafte Darstellungen von Displays, von der GUI bereitgestellt
werden können
als Reaktion auf eine weitere benutzerseitige Untersuchung eines
Alarms, einer Warnung oder eines anderen Ereignisses, das beispielsweise
einer Einrichtung zugeordnet ist. Allgemein gesprochen, kann ein
Benutzer Einrichtungsstatus-Information
von einem Popup-Fenster wie etwa dem Popup-Fenster 780 in 20 anfordern. Diese
genaue Statusinformation kann eine oder mehrere mögliche Diagnosen
von Problemen liefern, die für
den Alarmzustand (d. h. Kommunikationsausfall, Einrichtungsausfall,
braucht Wartung sofort, Wartung ratsam usw.) verantwortlich sein
können.
Ferner kann ein Benutzer, wie 24 zeigt,
detaillierte Hilfe von jedem Statusfenster anfordern. Diese detaillierte Hilfe
kann Schritt-für-Schritt-Anweisungen
liefern, um den Benutzer oder eine andere Person anzuleiten, das
von dem System diagnostizierte Problem zu beseitigen. Diese Information
kann der GUI von dem Anlagennutzungs-Experten 50 und/oder von Einrichtungen
selber, von dem Prozeßsteuerungs-Diagnoseexperten 65,
von anderen Analysewerkzeugen usw. zur Verfügung gestellt werden.
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25 ist eine beispielhafte Darstellung eines Displays,
das von der GUI bereitgestellt werden kann, um einem Benutzer zu
ermöglichen,
schleifenbezogene Probleme zu diagnostizieren. Ein Display wie das
in 25 gezeigte kann von der GUI als Reaktion auf
eine weitere benutzerseitige Untersuchung eines abnormalen Indexwerts
bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein Benutzer erkennen
und/oder das System kann automatisch erkennen, daß ein PI-Wert
für eine
bestimmte Schleife abnormal niedrig ist, und kann als Reaktion ein
Popup-Fenster 800 bereitstellen. Ein Benutzer kann dann
die Diagnoseuntersuchung auf die Einrichtungen fokussieren, die
in dem Fenster 800 angezeigt sind, indem er eine oder mehrere
der Einrichtungen anklickt oder sie auswählt, um dadurch weitere Popup-Fenster
zu erzeugen, etwa diejenigen, die oben beschrieben wurden und die
genauere Einrichtungsstatus- und Leistungsinformation liefern. Außerdem kann
der Anlagennutzungs-Experte 50 verschiedene mögliche diagnostische
Lösungen
bereitstellen, die von der GUI als Text innerhalb des Fensters 800 angezeigt
werden. Auch der Anlagennutzungs-Experte 50 kann Vorhersage-Diagnoseinformation über das
Display 800 liefern, die genutzt werden kann, um ein potentielles
Problem zu vermeiden und/oder ein potentielles oder aktuelles Problem
zu umgehen.
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26 ist noch eine andere beispielhafte Darstellung
eines Displays, das von der GUI bereitgestellt werden kann und einem
Benutzer ermöglicht, die
Leistung und/oder den Status von einer oder mehreren Prozeßsteuerschleifen
zu analysieren. Verschiedene Parameter und Eigenschaften von einer
oder mehreren Schleifen können überwacht
werden. Beispielsweise können
der Betriebsmodus einer Schleife, ob die Steuerung der Schleife
begrenzt ist oder nicht, in welchem Maß ein Schleifeneingang unsicher
ist, die Variation der Schleife usw. sämtlich gleichzeitig überwacht
werden. Zusätzlich
kann auch eine Steuerungs-Zusammenfassung bereitgestellt werden,
die eine Leistungsanzeige und eine Nutzungsanzeige liefert. Für das in 26 gezeigte Display können jedoch die Leistungsanzeige
und die Nutzungsanzeige gleich wie die PI- und UI-Werte für die überwachende
Schleife sein, müssen
dies jedoch nicht sein. Das Display von 26 kann
von einer Diagnosesteuerroutine erzeugt werden, wie sie in den bereits
genannten US-Patentanmeldungen
mit den Anmeldungsnummern 09/256585 und 09/499445 gezeigt ist.
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27 ist noch eine weitere beispielhafte Darstellung
eines Displays, das von der GUI bereitgestellt werden kann und einem
Benutzer ermöglicht, Arbeitsaufträge zu verfolgen,
die von der Arbeitsauftrags-Erzeugungsroutine 54 automatisch
erzeugt worden sind. Der Anlagennutzungs-Experte 50 kann Daten
an die Arbeitsauftrag-Erzeugungsroutine 54 liefern, wodurch
diese Routine automatisch Arbeitsaufträge als Reaktion auf ein Problem
oder ein potentielles Problem erzeugt, das von dem Anlagennutzungs-Experten 50 und/oder
einem Benutzer entdeckt oder erkannt wurde, der über die GUI mit dem Anlagennutzungs-Experten 50 arbeitet.
Beispielsweise kann der Anlagennutzungs-Experte 50 Diagnoseinformation,
Wartungsanforderungen usw. empfangen und in Abhängigkeit davon das Wartungssystem veranlassen,
einen Arbeitsauftrag zu erzeugen, der eine Wartungsperson auffordert,
sich mit einem oder mehreren Problemen im Zusammenhang mit der Diagnoseinformation
zu befassen. Natürlich
sind die Einzelheiten des erzeugten Arbeitsauftrags abhängig von
der Art des detektierten Problems oder der Situation sowie von den
Standardformularen, die zur Korrektur des Problems verwendet werden,
etwa für
das Bestellen von Teilen, Betriebsmitteln usw.
-
Ferner
könnte
die Arbeitsauftrag-Erzeugungsroutine 54 eine zwischenbetriebliche
Kommunikationsfunktion aufweisen, die auf der Basis von detektierten
tatsächlichen
oder vorhergesagten Problemen innerhalb des Betriebs 10 automatisch
mit einem Lieferanten oder einem anderen Betrieb kommuniziert, um
Teile, Betriebsmittel usw. zu bestellen, und zwar mit oder ohne
Eingriff durch einen Operator oder eine Wartungsperson. Insbesondere
kann die Routine 54 Mitteilungen über aktuelle Probleme oder vorhergesagte
künftige
Probleme bei Einrichtungen oder anderen Anlagen auf der Basis von
Daten empfangen, die von dem Anlagennutzungs-Experte 50 geliefert
werden, oder auf der Basis von Vorhersagen, die von dem Anlagennutzungs-Experten 50 oder
jedem der Datenanalysewerkzeuge wie etwa den Rotationsanlagen-Analysewerkzeugen
gemacht werden. Die Routine 54 nimmt dann automatisch mit einem
Lieferanten beispielsweise über
eine Internet-, Telefon- oder andere Nachrichtenverbindung Kontakt auf
und bestellt die Teile, Vorrichtungen oder Betriebsmittel, die an
den Betrieb 10 zu liefern sind, bevor die Einrichtung ausgetauscht
werden muß.
Auf diese Weise begrenzt die Arbeitsauftrag-Erzeugungsroutine 54 die
Abschaltzeit oder trägt
dazu bei sicherzustellen, daß durch
die Notwendigkeit des Wartens auf Teile, Anlagen oder Betriebsmittel
zur Lösung
des Problems, wenn es tatsächlich
auftritt, keine oder nur eine kurze Abschaltzeit verursacht wird.
Dadurch wird der Betrieb 10 dann effizienter gemacht.
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Unter
Bezugnahme auf die 28 bis 31 kann
die GUI andere Bildschirme für
einen Benutzer bereitstellen, um aktuelle oder künftige Probleme wie etwa vorhergesagte
Probleme zu bezeichnen, die von dem Anlagennutzungs-Experten 50 oder
jedem der Datenanalysewerkzeuge in dem Betrieb 10 detektiert
werden können.
Insbesondere zeigen die 28 bis 31 Displays,
die spektralanalytische Diagramme von Vibrationen eines Elements wie
etwa einer Welle innerhalb einer Rotationsvorrichtung zeigen und
von den Vibrationsanalyseprogrammen 23 von 1 erzeugt
werden, und Zustände
oder Probleme, die von dem Analysewerkzeug auf der Basis dieser
Diagramme detektiert werden. Beispielsweise zeigt 28 einen detektierten Unwuchtzustand, 29 zeigt einen detektierten Fehlausfluchtungszustand, 30 zeigt einen detektierten Lockerungszustand,
und 31 zeigt einen Lagerverschleißzustand.
Natürlich
können
auch andere Zustände
für Rotations-
oder andere Einrichtungen auf der Basis von Ergebnissen von Datenanalysewerkzeugen
angezeigt werden. Außerdem
können die
Ergebnisse dieser Werkzeuge genutzt werden, um die Arbeitsauftrag-Erzeugungsroutine 54 zu
veranlassen, automatisch Ersatzteile zu bestellen.
-
Unter
Bezugnahme auf 32 wird nun ein Verfahren zum
abgesetzten Zugriff auf Modelle, Optimierer und andere Datenanalysewerkzeuge
wie etwa Leistungsüberwachungswerkzeuge
für einen
oder mehrere Verarbeitungsbetriebe beschrieben. Wie 32 zeigt, arbeiten einer oder mehrere Verarbeitungsbetriebe 900, 901, 902 und 903 selbständig. Jeder
Betrieb 900 bis 903 sammelt periodisch Daten, die
den Betrieb betreffen, und sendet diese Daten an eine Datenverarbeitungseinrichtung
oder eine abgesetzte Uberwachungseinrichtung 910. Zur Durchführung dieser
Funktion hat jeder der Betriebe 900 bis 903 eine
Benutzerschnittstelle oder einen Server 900A bis 903A,
und diese Server sind über
ein gewünschtes Übertragungsnetz
wie etwa das Internet oder das WWW mit der abgesetzten Überwachungseinrichtung 910 verbunden.
-
Wie 33 zeigt, weist die abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 einen
Webserver 912 auf, durch den die Betriebe 900 bis 903 mit
der abgesetzten Überwachungseinrichtung 910 kommunizieren. Die
abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 weist ferner
einen oder mehrere Prozessoren 914 auf, die zugeordnete
Datenbanken haben, in denen eine Reihe von Prozeßüberwachungsanwendungen oder -werkzeugen
gespeichert ist und ausgeführt
wird. Insbesondere kann jeder Prozessor 914 Zugriff auf Modelle 916 haben
und sie ausführen,
etwa auf die hier beschriebenen Teilmodelle, die geschaffen wurden,
um einen oder mehrere der Beriebe 900 bis 903 oder
Entitäten
innerhalb dieser Betriebe im Modell darzustellen. Die Modelle 916 können verschiedene Teilmodelle
für jeden
der verschiedenen Betriebe 900 bis 903 aufweisen,
und diese Modelle 916 können von
Personen in den Betrieben 900 bis 903 geändert werden über Kommunikationen
mit der Einrichtung 910, um beispielsweise Änderungen
innerhalb der Betriebe 900 bis 903 zu reflektieren.
Die Prozessoren 914 können
auch Echtzeit-Optimierer oder andere Arten von Optimierern 918 speichern
und ausführen, die,
wie unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben
wurde, unter Nutzung von Daten von den Prozessen 900 bis 903 implementiert
werden können.
Außerdem
können
die Prozessoren 914 Zugriff auf andere Datenüberwachungswerkzeuge 920 haben
und diese ausführen,
etwa jedes der Prozeßsteuerwerkzeuge,
Prozeßüberwachungswerkzeuge, Anlagen-
oder Einrichtungsüberwachungswerkzeuge,
Indexerzeugungswerkzeuge, Arbeitsauftrag-Erzeugungswerkzeuge, Geschäfts- oder
andere Werkzeuge oder Anwendungen, die hier beschrieben werden.
Bei einem Beispiel kann zur Überwachung
von Prozeßparametern
das Prozeßüberwachungswerkzeug
verwendet werden, das in den US-Patentanmeldungen mit den Anmeldungsnummern 09/256585
und 09/499445 angegeben ist.
-
Bei
laufendem Betrieb kann jeder der Prozesse 900 bis 903 zu
passenden Zeitpunkten Eingangs- und Ausgangsdaten sammeln, die dem
Prozeß zugeordnet
sind, und kann diese Daten über
einen der Server 900A bis 903A und das WWW, das Internet
oder sonstige Kommunikationsnetz, das mit dem Server 912 verbunden
ist, an die abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 liefern.
Bei Empfang der Daten von einem Betrieb erfolgt durch einen entsprechenden
der Prozessoren 914 Zugriff auf die Daten und die Ausführung der
geeigneten Prozeßüberwachungs-
und Zustandsüberwachungswerkzeuge für diesen
Betrieb, um Probleme innerhalb des Betriebs auf der Basis der gesammelten
Daten zu detektieren, Zustands-, Betriebs- oder Prozeßüberwachung
für den
Betrieb vorzusehen oder eine Optimierung für den Betrieb auszuführen. Natürlich sind
die in dem Betrieb gesammelten und an die abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 gesendeten
Daten solche Daten, die vorher als notwendig für die Ausführung der gewünschten
Modelle 916, Optimierer 918 oder anderen Datenanalysewerkzeuge 920 bestimmt
wurden und die gesammelt und an die Einrichtung 910 mit
einer periodischen oder nichtperiodischen Rate gesendet werden,
die für
die auszuführenden
Werkzeuge oder Modelle geeignet ist. Für Optimierer kann es etwa sein,
daß Daten
mit einer anderen Rate als für
Modelle oder für
Leistungs-, Prozeß-
oder Anlagen-Überwachungswerkzeuge
gesammelt und übermittelt
werden müssen.
Natürlich können als
Teil eines Optimierungs- oder Leistungs-, Zustands- oder Prozeßüberwachungsvorgangs
alle geeigneten Modelle oder sonstigen Werkzeuge ausgeführt werden,
und die Ausführung
dieser Modelle oder sonstigen Werkzeuge folgt im allgemeinen den oben
in bezug auf diese Werkzeuge in dem Betrieb 10 von 1 erörterten
Grundsätzen.
-
Nach
Ausführung
der Modelle, der Datenanalyse- oder Optimierungswerkzeuge plaziert
der Prozessor 914 in jedem Fall die Ergebnisse wieder auf
dem Server 912, wo diese Ergebnisse von dem jeweils zuständigen Betrieb 900 bis 903 zu
jeder gewünschten
Zeit abgeholt werden können.
Alternativ oder zusätzlich
können
diese Ergebnisse von dem Server 912 direkt an den jeweils
zuständigen
Betrieb 900 bis 903 übermittelt werden. Die aus
der Analyse resultierenden Daten können alle gewünschten
Leistungsmodellierungsdaten, Grafiken oder Diagramme sein, beispielsweise
diejenigen, die in bezug auf die Benutzerschnittstellenroutinen
oder die GUI-Routine 58 beschrieben wurden. Die Ergebnisse
könnten auch
Vorschläge
etwa von einem Optimierer sein, Änderungen
an den Betrieben, den Indexen für
die Betriebe vorzunehmen, oder alle sonstigen Ergebnisse, die von
diesen Arten von Werkzeugen geliefert werden können.
-
Bei
einer Ausführungsform
kann ein Echtzeit-Optimierer, wie er oben beschrieben wurde, auf Echtzeitbasis
ausgeführt
werden unter der Annahme, daß die
Betriebe 900 bis 903 auf eine zeitlich passende
periodische Weise ausreichend Daten liefern, um die ordnungsgemäße Ausführung dieses
Optimierers zu ermöglichen.
Falls gewünscht,
können
die Server 900A bis 903A die entsprechenden Daten
automatisch sammeln und übermitteln,
um die ordnungsgemäße Operation
des Optimierers zu ermöglichen.
Bei einer Ausführungsform
können
die Betriebe den hier beschriebenen Anlagennutzungs-Experten 50 oder andere
Datensammel-Expertenwerkzeuge aufweisen, um sicherzustellen, daß die richtigen
Daten pünktlich
oder auf periodische Weise an die abgesetzte Uberwachungseinrichtung 910 gesendet
werden.
-
Auf
diese Weise kann die abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 die
Software für
Anlagen-, Leistungs-, Zustands- und Prozeßüberwachung ausführen und
außerdem
einen oder mehrere Optimierer für
verschiedene Betriebe ausführen.
Das bedeutet wiederum, daß die
Betriebe 900 bis 903 nicht die Verarbeitungsenergie
oder Anwendungen für
diese Zwecke aufweisen müssen,
was für
die Betriebe weniger kostspielig sein kann. Selbstverständlich können die Betriebe
auf einer prozentualen Basis oder nach einem anderen vorbestimmten
Gebührenplan
für die Nutzung
der abgesetzten Überwachungseinrichtung 910 bezahlen.
Falls gewünscht,
kann die abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 einen
Vertrag abschließen,
auf der Basis der Nutzung der Werkzeuge in der Einrichtung 910 und
der Implementierung der Ergebnisse dieser Werkzeuge einen Anteil
am Gewinn und/oder an den Verlusten des Betriebs zu erhalten.
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Falls
gewünscht,
kann jeder der Betriebe 900 bis 903 die in der
abgesetzten Uberwachungseinrichtung 910 gespeicherten Modelle 916,
die auf diese Betriebe anwendbar sind, aktualisieren durch Übermitteln
von neuen oder aktualisierten Modellen an den Server 912 unter
Anwendung jedes gewünschten
Kommunikationsformats wie XML, HTML usw. Außerdem kann die abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 generische
Schablonen aufweisen für verschiedene
Verarbeitungsbetriebe, Bereiche, Einheiten, Schleifen usw., die
zu jedem Betrieb 900 bis 903 über den Server 912 heruntergeladen
werden können,
und diese Schablonen können
in den Betrieben 900 bis 903 geändert werden,
um den tatsächlichen
Arbeitsablauf dieser Betriebe zu reflektieren. Die aktualisierten
Modelle können
dann an die abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 als
Modelle zurückgeschickt
werden, die bei der Anlagen-, Zustands- oder Prozeßüberwachung
oder in den Optimierern für
den Betrieb implementiert werden sollen. Auf diese Weise können Änderungen
an den Betrieben 900 bis 903 adäquat oder
präzise
in der abgesetzten Überwachungseinrichtung 910 reflektiert werden.
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Der
Anlagennutzungs-Experte 50 und andere Prozeßelemente
wurden zwar so beschrieben, daß sie
bevorzugt in Software implementiert sind, sie können aber in Hardware, Firmware
usw. implementiert sein und können
mit jedem anderen Prozessor implementiert werden, der dem Prozeßsteuersystem 10 zugeordnet
ist. Die hier beschriebenen Elemente können daher in einer Standard-Allzweck-CPU
oder auf speziell konstruierter Hardware oder Firmware implementiert
sein, etwa einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung bzw.
ASIC oder einer anderen festverdrahteten Einrichtung. Wenn sie als Software
implementiert ist, kann die Softwareroutine in jedem computerlesbaren
Speicher gespeichert sein, etwa auf einer Magnetplatte, einer Laserplatte oder
einem anderen Speichermedium, in einem RAM oder ROM eines Computers
oder Prozessors, in einer Datenbank usw. Ebenso kann diese Software
einem Benutzer oder einem Verarbeitungsbetrieb durch jedes bekannte
oder gewünschte
Lieferverfahren geliefert werden, etwa auf einer computerlesbaren
Platte oder einer anderen transportfähigen Computerspeichereinrichtung
oder über
einen Nachrichtenkanal wie eine Telefonleitung, das Internet usw. (die
als gleich oder austauschbar mit der Bereitstellung von solcher
Software über
ein transportfähiges Speichermedium
angesehen werden). Der Anlagennutzungs-Experte 50 wird
zwar beschrieben als möglicherweise
ein regelbasierter Experte, aber andere Arten von Expertenmaschinen
könnten
ebenso verwendet werden, einschließlich solcher, die andere bekannte
Datenfiltertechniken verwenden.