專利名稱：對制造規(guī)格的離散能量分配的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明所要求保護的主題總體上涉及工業(yè)控制系統(tǒng)，更具體而言，涉及監(jiān)視離散 能量或可持續(xù)性因素數(shù)據(jù)并且將這樣的數(shù)據(jù)與制造部件或模型比如材料清單相關聯(lián)。
背景技術(shù)：
能量需求管理也被稱為需求方管理(DSM)和供應方管理，包括影響由終端用戶消 費的能量的使用量或使用模式的行為，比如以在能量供應系統(tǒng)受限的時間段內(nèi)降低峰值需 求為目標的行為。理想地，通過市場上的供應和需求相互作用來優(yōu)化能量使用。特別是對 于電力使用，在市場上支付的價格經(jīng)常是規(guī)定好的或固定的，并且在許多情況下未反映生 產(chǎn)的完全成本。電力使用可以在短期和中期內(nèi)顯著改變，并且，由于出現(xiàn)了額外的較高成本 (“峰值”)來源，因此定價系統(tǒng)可能不反映瞬時成本。另外，電力消費者通過改變需求(需 求的彈性)而進行調(diào)整以適應價格的能力或者意愿可能較低，特別是在短期內(nèi)。在許多市 場中，消費者根本不面臨實時定價，而是根據(jù)平均年成本或者其他構(gòu)成的價格來付費。各種市場缺陷可以使各種管理方案的理想結(jié)果變得不可能。一種是供應商的成本 不包括它們的行為的所有損害和風險。外部成本由他人直接引發(fā)或由對環(huán)境的破壞引發(fā)， 被稱為外部性。對于該問題的一種手段是向供應商的直接成本增加外部成本作為稅(外部 成本的內(nèi)部化)。另一種可能是以某種折扣來干預需求方。通常，能量需求管理行為應當使 得需求和供應更接近所認識到的最佳程度。通常，可以通過市場參與者和政府的行為(規(guī)章和稅收)來改變對任何商品的需 求。能量需求管理包含影響能量需求的行為。需求方管理最初用于能量，而當今的需求方 管理可以并且在一些情況下廣泛應用于也包括水和天然氣的其他公用事業(yè)。減少能量需求與能量供應商和政府在現(xiàn)代工業(yè)歷史的大部分時間里已經(jīng)實現(xiàn)的 情況相抵觸。盡管各種能量形式的真實價格在工業(yè)時代的大部分時間里是降低的，但是由 于規(guī)模經(jīng)濟和技術(shù)，對未來的預期是相反的。以前，促進能量使用不是不合理的，因為在未 來可以預期更豐富和更便宜的能量源，或者供應商已經(jīng)安裝了過量的容量，通過提高消耗 可以使得所述容量更有利潤。在集中計劃經(jīng)濟中，對能量進行補貼是主要的經(jīng)濟發(fā)展工具 之一。對能量供應業(yè)的補貼在一些國家仍然常見。與歷史情況相反，能量可獲得性預期會 變差，同時價格升高。政府和其他公共參與者如果不是能量供應商本身，則趨向于采用提高 能量消耗效率的能量需求措施。當前經(jīng)濟形勢以及降低能量需求和溫室氣體排放的政府壓力將迫使制造商探索 在工廠車間減少能量。通常，工業(yè)能量消耗受兩個主要變量-環(huán)境改變和生產(chǎn)輸出-影響。 可以通過能量跟蹤軟件和建立自動化系統(tǒng)來測量設施能量消耗的環(huán)境改變(例如氣溫、濕 度和當日時間等)、判斷其趨勢并對其進行控制。通常估計但是不測量生產(chǎn)輸出對能量消耗 的影響。當前，在工廠車間沒有減少能耗的直接動機，因為不能相對于生產(chǎn)規(guī)模測量能耗， 而能量成本是固定的分配，通常是按每平方英尺每月估計的成本。自動化方面的進步可允許制造商根據(jù)能量可獲得性、實時定價和排放上限來做出較好的生產(chǎn)決定，但是這還不夠。 而且，各種產(chǎn)品和解決方案從設施或者宏觀基礎結(jié)構(gòu)例如變電站、開關裝置、排放監(jiān)視器方 面來提供能量和排放管理。這些工具將生產(chǎn)相關的信息應用于總體設施能量數(shù)據(jù)，以推斷 能量性能。其他工具將能量和排放管理著重放在建筑物管理級上，例如數(shù)據(jù)中心、照明、冷 卻器和鍋爐。

發(fā)明內(nèi)容
下面的總結(jié)給出了簡化的概述，以提供對在此所述的特定方面的基本理解。該總 結(jié)既不是廣義的概述，也不意欲標識關鍵元素或者描述在此所述的方面的范圍。該總結(jié)的 唯一目的是以簡化的形式來給出一些特征，作為下面給出的更詳細說明的前序。本發(fā)明提供了系統(tǒng)和方法，其中可持續(xù)性因素，比如能量，在工廠或處理中被監(jiān) 視，并且與模型(比如材料清單)相關聯(lián)，以便提高工廠效率。自動化監(jiān)視器可以從分布在 工業(yè)處理中的多個可持續(xù)性因素數(shù)據(jù)源接收數(shù)據(jù)。這樣的處理可以包括離散處理，在離散 處理中出現(xiàn)自動化組件(例如汽車組件)；或者可以包括批處理，在批處理中各種成分的混 合物被組合以形成配方或其他元素組合(例如化學處理、食品處理和飲料處理等)。由于監(jiān) 視了相應處理，因此與可持續(xù)性因素數(shù)據(jù)比如所收集的能量相關聯(lián)的源被標記，以表示所 述源對離散處理或者批處理的哪部分有貢獻。在標記后，所述數(shù)據(jù)與制造模型比如材料清 單(B0M)相關聯(lián)，而工業(yè)管理器或者自動化處理然后可以針對歸結(jié)于(attributed to)相 應處理的各個部分的能量分量來分析所述處理。與僅能從工廠范圍消耗的總體意義上查看 能量的現(xiàn)有系統(tǒng)相反，現(xiàn)在可以實時地或者經(jīng)由離線建模來分析與B0M相關聯(lián)的源數(shù)據(jù)， 以優(yōu)化和減輕能量使用。例如，可以重新布置處理的各部分以最小化總體能量使用率(例 如，在步驟A之前執(zhí)行步驟C，以便通過A和C的顛倒順序來節(jié)約能量)。注意，除B0M模型 之外的各種模型也可以具有相關聯(lián)的可持續(xù)性因素。這樣的模型包括MRP模型(材料需求 計劃)、MES模型(制造執(zhí)行系統(tǒng))、ERP (企業(yè)資源計劃)和編程模型(例如梯形邏輯、SFC、 功能塊)等。為了實現(xiàn)上述和相關目的，下面的說明和附圖詳細地給出了特定的說明性方面。 這些方面表示可以使用在此所述的原理的各種方式的僅僅一些。通過下面結(jié)合附圖考慮的 詳細說明，其他優(yōu)點和新穎特征將變得明顯。


圖1是圖示與可持續(xù)性因素源數(shù)據(jù)相關聯(lián)以增強工業(yè)處理的效率的制造模型的 示意方框圖。圖2是圖示已經(jīng)與可持續(xù)性因素相關聯(lián)的模型規(guī)格的圖。圖3是圖示具有相關聯(lián)的可持續(xù)性因素的示例材料清單的圖。圖4是圖示可以與可持續(xù)性因素相關聯(lián)的示例制造模型的圖。圖5是圖示了用于將可持續(xù)性因素與制造規(guī)格或者模型相關聯(lián)的方法的流程圖。圖6-8圖示了可以使用具有相關聯(lián)的可持續(xù)性因素的材料清單的示例系統(tǒng)。圖9是能量監(jiān)視部件的圖。圖10是圖示可以針對可持續(xù)性因素被監(jiān)視的示例加工廠的圖。
具體實施例方式本發(fā)明的實施例提供了一種工業(yè)控制系統(tǒng)，其將所捕獲的可持續(xù)性因素源數(shù)據(jù)比 如能量自動地與制造模型比如材料清單相關聯(lián)。一方面，提供了一種工業(yè)控制系統(tǒng)。所述 系統(tǒng)包括在工業(yè)自動化環(huán)境中從多個可持續(xù)性因素源收集的標記數(shù)據(jù)，其中，所述標記數(shù) 據(jù)與歸結(jié)于可持續(xù)性因素源的處理的一部分相關聯(lián)。制造模型與標記數(shù)據(jù)相關聯(lián)，其中，使 用制造模型來增強處理的效率。所述處理可以與離散處理或者批處理相關聯(lián)，其中，制造模 型可以例如是材料清單、MRP模型(材料需求計劃)、MES模型(制造執(zhí)行系統(tǒng))、ERP模型 (企業(yè)資源計劃)或者編程模型。所述編程模型可以例如包括梯形邏輯、順序功能圖(SFC)、 批程序或者功能塊。注意，在本申請中使用的諸如“部件”、“模塊”和“源”等術(shù)語意欲表示計算機相關 的實體，即被應用到用于工業(yè)控制的自動化系統(tǒng)的硬件、硬件和軟件的組合、軟件或者在執(zhí) 行中的軟件。例如，部件可以是但是不限于處理器上運行的處理、處理器、對象、可執(zhí)行的、 執(zhí)行線程、程序和計算機。舉例而言，在服務器上運行的應用和服務器都可以是部件。一個 或更多個部件可以駐留在執(zhí)行的進程或者線程中，并且部件可以位于一個計算機上，或者 分布在兩個或者更多個計算機、工業(yè)控制器或者與其通信的模塊之間。首先參考圖1，系統(tǒng)100圖示了與可持續(xù)性因素源數(shù)據(jù)相關聯(lián)以增強工業(yè)處理的 效率的制造模型。系統(tǒng)100包括多個離散監(jiān)視器110，所述離散監(jiān)視器設置在整個工業(yè)系統(tǒng) 或者處理中，并且用于從各種可持續(xù)性因素源120收集數(shù)據(jù)?？沙掷m(xù)性因素源120可以來 自處理的各個部分，并且與諸如能量或者浪費等因素相關，下面相對于圖2更詳細地描述 可持續(xù)性因素源120。標記部件130被提供用于將所收集的源數(shù)據(jù)120標記或標注為數(shù)據(jù) 與工業(yè)處理的哪個部分相關聯(lián)。例如，在批處理中，作為處理的一部分，源數(shù)據(jù)120可以被 標記用于表示配方部件在什么管道或者閥門上被傳送以及這樣的管道或者閥門消耗了多 少能量。從另一個視點看，所述管道或者閥門可以歸結(jié)于與批處理的一部分相關聯(lián)的浪費 量，并且以其自己的方式來反映歸結(jié)于相應處理的能量類型或者可持續(xù)性因素。在離散處 理中，當可以并行或者串行地組裝項目時，源120可以被標記以表示用于離散處理的各個 部件的可持續(xù)性因素(例如，建立引擎的離散處理A列出引擎的各個部件，其中，來自源120 的標記數(shù)據(jù)與引擎部件相關聯(lián))。如圖所示，能量管理器或者處理器140收集標記數(shù)據(jù)，并 且將標記數(shù)據(jù)與制造模型150鏈接，以產(chǎn)生模型或者規(guī)格160，所述模型或者規(guī)格160包括 已經(jīng)與相應的可持續(xù)性因素或源數(shù)據(jù)120相關聯(lián)的離散或者批處理部件。通過將能量或者 其他可持續(xù)性因素與在160處的制造模型或者規(guī)格相關聯(lián)，可以為工廠提供各種效率并且 在工廠中管理所述各種效率，因為每個項目的能量/可持續(xù)性因素分量現(xiàn)在可以被考慮， 并且作為相應的離散或者批處理的分量被跟蹤。注意，除了根據(jù)在相應處理中的何處捕獲數(shù)據(jù)來捕獲可持續(xù)性因素數(shù)據(jù)之外，還 可以使用其他機制來識別已經(jīng)在所述處理中的何處產(chǎn)生了相應數(shù)據(jù)。例如，可以使用時間 同步過程來捕獲和標記與給定處理相關聯(lián)的可持續(xù)性因素數(shù)據(jù)。例如，利用時間戳技術(shù)比 如IEEE 1588，這可以包括消耗數(shù)據(jù)的信息級相關。因此，除了如上所述的捕獲數(shù)據(jù)和在控 制器中將其與批或者批次相關聯(lián)之外，還可以經(jīng)由時間戳例程(例如，識別過程何時發(fā)生 并且因此識別數(shù)據(jù)在處理中的何處發(fā)生的例程)來將可持續(xù)性因素數(shù)據(jù)捕獲為原始數(shù)據(jù)，
5并且通過時間戳處理來將信息空間中的該數(shù)據(jù)與批、批次和處理等相關聯(lián)。例如，可以將三 個處理定義為如何監(jiān)視能量。例如，能量監(jiān)視器X被綁定到混合器上的驅(qū)動器，監(jiān)視器Y被 綁定到爐子，監(jiān)視器Z被綁定到傳送器。一種選擇是存儲原始數(shù)據(jù)，并且使另一個較高級的 應用(例如能量度量應用)將加了時間戳的數(shù)據(jù)與批鏈接。因此，原始數(shù)據(jù)當被存儲時可 以根據(jù)時間戳過程被評估或者操縱。
另一方面，制造設備當不制造商品時(例如空閑、啟動、設置、重新配置等)也消耗 能量。原始設備制造商(OEM)提供操作設備有效性計算(OEE)作為性能度量，但是其不考 慮能耗。使用簡單的能量效率計算，制造商可以作出關于設備選擇和停止使用等的更了解 情況的決定。類似于汽車上的每加侖英里標準或者熱水器上的能量之星成本分級，OEM可 以通過使用這個簡單計算來將它們的產(chǎn)品與它們的競爭對手區(qū)分開。兩個封裝機器可以滿 足每小時XX單位的額定輸出并具有類似的質(zhì)量，但是一個封裝機器可以以較低效的方式 來使用能量。設備部件可能過大，或者控制系統(tǒng)可能被不良地編程。最后，所述設備浪費能 量。例如，可以提供度量，比如所消耗的制造能量/總的消耗能量=效率百分比。類似地， 也可以提供設施級測量(例如，通過積累的效率計算來測量)。通常，系統(tǒng)100的可持續(xù)性因素比如能量在整個工廠中被監(jiān)視，并且與模型150比 如材料清單相關聯(lián)，以便提高工廠效率。自動化監(jiān)視器110可以從分布在工業(yè)處理中的多 個可持續(xù)源120接收數(shù)據(jù)。這樣的處理可以包括離散處理，在離散處理中出現(xiàn)自動化組件 (例如封裝的組件)，或者這樣的處理或者可以包括批處理，在批處理中，各種成分的混合 物被組合以形成配方或者元素的其他組合(例如化學處理、食品處理、飲料處理等)。當在 110處監(jiān)視相應處理時，在130處對可持續(xù)性因素源120比如所收集的能量進行標記，以指 示所述源對離散處理或者批處理的哪個部分有貢獻。在標記后，所述數(shù)據(jù)與在160處的制 造模型比如材料清單(BOM)相關聯(lián)，其中，工業(yè)管理器或者自動化處理然后可以分析針對 歸結(jié)于相應處理的各個部分的能量分量的處理。與可以僅僅從工廠范圍的消耗的總體意義上查看能量的現(xiàn)有系統(tǒng)相反，現(xiàn)在可以 實時地或者經(jīng)由離線建模來分析與BOM(或者下述的其他模型)相關聯(lián)的源數(shù)據(jù)，以優(yōu)化和 減少能量使用。例如，可以重新布置處理的部分以最小化總體能量使用(例如，在步驟A之 前執(zhí)行步驟C，以便通過A和C的顛倒順序來節(jié)約能量)。注意，除了 BOM模型之外的各種 模型也可以具有相關聯(lián)的可持續(xù)性因素。這樣的模型包括MRP模型(材料需求計劃)、MES 模型(制造執(zhí)行系統(tǒng))、ERP (企業(yè)資源計劃)和編程模型(例如梯形邏輯、SFC、批程序、功 能塊)等。通常，系統(tǒng)100允許從工廠車間或者可持續(xù)性因素數(shù)據(jù)的其他源提取能量或者 其他消耗數(shù)據(jù)，并將其與生產(chǎn)輸出相關聯(lián)。這使得能夠應用標準生產(chǎn)建模工具來產(chǎn)生能量 以及進行排放預測和優(yōu)化，同時將現(xiàn)有設施需求管理系統(tǒng)擴展以包括生產(chǎn)，最后，將該系統(tǒng) 鏈接到例如需求響應和智能網(wǎng)(DRSG)以及上限和交易系統(tǒng)。注意，與系統(tǒng)100相關聯(lián)的部件可以包括能夠在網(wǎng)絡上交互的各種計算機或者網(wǎng) 絡部件，諸如服務器、客戶機、控制器、工業(yè)控制器、可編程邏輯控制器(PLC)、能量監(jiān)視器、 批控制器或者服務器、分布式控制系統(tǒng)(DCS)、通信模塊、移動計算機、無線部件和控制部件 等。類似地，在此使用的術(shù)語控制器或者PLC可以包括可以在多個部件、系統(tǒng)或者網(wǎng)絡上共 享的功能。例如，一個或更多個控制器可以在網(wǎng)絡上與各種網(wǎng)絡裝置通信和合作。這可以 實質(zhì)上包括經(jīng)由網(wǎng)絡通信的任何類型的控件、通信模塊、計算機、輸入/輸出裝置、傳感器、人機接口(HMI)，所述網(wǎng)絡包括控制網(wǎng)絡、自動化網(wǎng)絡或者公共網(wǎng)絡。所述控制器也可以與 各種其他裝置通信并且控制它們，所述各種其他裝置諸如是輸入/輸出模塊、其他可編程 控制器、通信模塊、傳感器和輸出裝置等，所述輸入/輸出模塊包括模擬的、數(shù)字的、編程的 /智能的輸入/輸出模塊。所述網(wǎng)絡可以包括公共網(wǎng)絡，諸如因特網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和自動化網(wǎng)絡，所述自動化網(wǎng)絡 比如是包括DeviceNet和ControlNet的控制和信息協(xié)議(CIP)網(wǎng)絡。其他網(wǎng)絡包括以太 網(wǎng)、DH/DH+、遠程I/0、Fieldbus、Modbus、Profibus、無線網(wǎng)絡和串行協(xié)議等。另外，所述網(wǎng) 絡裝置可以包括各種可能(硬件或者軟件部件)。這些包括諸如下述的部件具有虛擬局 域網(wǎng)(VLAN)功能的交換器、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、代理、網(wǎng)關、路由器、防火墻、虛擬專用網(wǎng)(VPN) 裝置、服務器、客戶機、計算機、配置工具、監(jiān)視工具或者其他裝置。 還要注意，所述能量管理器或者處理部件140通常是服務器或者計算機系統(tǒng)，比 如用于工業(yè)控制系統(tǒng)的批服務器。這可以包括配方的處理部件，所述處理部件隨后由處理 或者管理器部件140執(zhí)行，其中，所述配方標識采用處理的哪些方面來產(chǎn)生給定的配方。在 一個示例中，S88標準提供了限定設備控制、過程控制和行為的模型。用于實現(xiàn)這個標準和 其他標準的一個方面是建立用于通過使用設備模塊(未示出)將配方開發(fā)與設備控制相分 離的能力，所述設備模塊包括實際設備(例如箱、泵等)和同一硬件的軟件表示，所述軟件 表示包括所有處理能力。對于給定的設備組，每個處理任務通常被指定為相對于該設備模 塊的一個階段。而且，在相應模型的一個示例中，S88模型可以用作制造模型150。所述模型可以包括處理單元，所述處理單元可以被分解為其設備模塊，所述設備 模塊表示該分組的所有可能任務，其中，可以將相應的分組與已經(jīng)從工廠或者其他設施聚 集和標記的可持續(xù)性因素源數(shù)據(jù)120相關聯(lián)。每個單元可以在控制器中表示由處理工程師 設計的代碼的組織，每次調(diào)用所述代碼時，所述控制器執(zhí)行任務。每個設備模塊也被設計用 于接受一個或更多個參數(shù)。對于例如材料增加，兩個參數(shù)指定要增加哪種材料和增加多少。 在S88標準下，這表示設備模型。S88標準中的下一個步驟是過程模型，其中，處理工程師規(guī) 劃以何順序來向調(diào)用哪些設備模塊。這個規(guī)劃在所述標準下被稱為操作。例如，處理工程 師建立支持首先清除所述單元、增加兩種材料、混合、反應然后轉(zhuǎn)移出去的能力的過程。這 變?yōu)榭梢詾椴煌a(chǎn)品共用、但是通過每個階段的參數(shù)來進行區(qū)分的配方模板的基礎。在這 個模型下，可以獨立于操作模板來管理所述參數(shù)或者公式。處理工程師建立模板族來涵蓋 設備使用的多個布置。公式化器然后建立參數(shù)集。在運行時，可以將適當?shù)牟僮髋c適當?shù)?公式集匹配，以建立可以對所述設備執(zhí)行的S88控制配方。應當明白，也可以使用除了 S88 之外的過程模型。因此，S88模型的每個部件可以被規(guī)劃并與收集的一套可持續(xù)性因素源 數(shù)據(jù)120相關聯(lián)，最后被產(chǎn)生為在160處標記的具有所收集的源數(shù)據(jù)的項目的模型或者規(guī) 格。另一方面，提供了一種工業(yè)控制系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括用于監(jiān)視一個或更多個可持續(xù)性 因素相關聯(lián)的能量源的裝置(部件110)。這包括用于識別與可持續(xù)性因素相關聯(lián)的能量 源的裝置(部件130)；以及用于產(chǎn)生制造規(guī)格的裝置(部件140)，其反映了至少一個與可 持續(xù)性因素相關聯(lián)的能量源?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2，提供了一種已經(jīng)與可持續(xù)性因素相關聯(lián)的模型規(guī)格200。規(guī)格200 包括一個或更多個部件或者處理步驟210-230，其中，部件通?？梢耘c離散的制造處理相關 聯(lián)，而處理步驟與批量制造處理相關聯(lián)。一些規(guī)格200可以包括在同一規(guī)格上標識離散測量和批處理的混合。除了所述部件或者處理步驟210-230之外，規(guī)格200還包括一個或更 多個可持續(xù)性因素250-270。這樣的因素250-270可以與單個部件或處理相關聯(lián)，或者單個 因素可以與部件或處理步驟的子集相關聯(lián)。示例可持續(xù)性因素250-270可以包括能量或者 浪費因素，或者包括諸如在下面的示例表中示出的其他因素 在一些情況下，產(chǎn)品本身可以與在圖3中圖示的因素相關聯(lián)，其中，在左列310中 的示例材料清單300中概述的各個產(chǎn)品與示例可持續(xù)性因素諸如電力使用320、峰值需求 330、二氧化碳340、氧化氮350以及二氧化硫360相關聯(lián)。每天，制造商根據(jù)材料的可獲得 性和高勞動力成本來進行調(diào)度決策。由于能量價格升高，他們將需要向他們的調(diào)度決策增 加能量。當今，錯誤的調(diào)度選擇正在在需求罰金和稅收上耗費生產(chǎn)者幾萬美元(即使不是 幾十萬美元)。一些懲罰持續(xù)12個月以上。自動化生產(chǎn)線可以監(jiān)視特定能量使用水平，用于啟動特性數(shù)據(jù)、保持配方優(yōu)化或 者用于規(guī)章遵循。通過應用各種監(jiān)視部件，制造商可以具有通過使用標準的生產(chǎn)仿真工具 對能夠需求進行調(diào)度、預測和優(yōu)化的能力。他們可以操縱時間表以便將消耗大量能量的訂 單移動到離峰定價部分(負荷平衡)。而且，在對于能量解除管制的區(qū)域，制造商能夠根據(jù) 制造時間表來做出更明智的選擇。在生產(chǎn)現(xiàn)場的能量監(jiān)視可以被綁定到能量跟蹤軟件包，并且將生產(chǎn)輸出與所消耗 的能量相關聯(lián)?？梢杂嬃磕芰?，并且可以向生產(chǎn)材料清單(B0M)添加經(jīng)驗結(jié)果。這允許使 用標準生產(chǎn)仿真和預測工具以及精益六西格瑪(lean six sigma)工具來相對于諸如能量、 費率表和排放等附加變量而優(yōu)化生產(chǎn)。圖3在310和320示出了從B0M 300提取的電力數(shù) 據(jù)的示例。被執(zhí)行用以分析勞動力的生產(chǎn)過程仿真可以被調(diào)整為僅僅通過交換例如數(shù)分鐘 內(nèi)的每小時千瓦(KWh)來分析能耗。可以使用經(jīng)驗能量數(shù)據(jù)來優(yōu)化每小時產(chǎn)品消耗的能 量。精益工具比如價值流程圖可以不僅減少勞動力浪費，而且減少制造過程中的能量浪費。 較高的輸出通常對能耗具有負面影響。
當將能量添加到BOM 300時，用于材料預測的生產(chǎn)工具可以用于能量預測。制造 可以預測對于基礎設施諸如壓縮空氣、蒸汽、電、天然氣和水的需求?？梢愿_地協(xié)商在 未管制的地區(qū)中的與公用事業(yè)中間人的費率。生產(chǎn)排放費率可以被計算并應用到BOM 300。 此外，允許標準生產(chǎn)預測工具預測例如相對于限額和交易規(guī)章來預測排放。BOM 300上的能 量信息可以有助于相對于負荷均衡需求而對生產(chǎn)時間表進行優(yōu)先級排序。基于峰值需求時 間而調(diào)整時間表可以減少所消耗的能量的總體成本。
現(xiàn)在參考圖4，系統(tǒng)400圖示了可以與可持續(xù)性因素420相關聯(lián)的示例制造模型 410。如上所述，模型410可以包括材料清單(Β0Μ)。可以包括可持續(xù)性因素的其他項目 包括但是不限于用戶權(quán)利、工作指令、時間表數(shù)據(jù)、材料規(guī)格(例如系統(tǒng)產(chǎn)生的中間材料規(guī) 格，其包括可持續(xù)性因素數(shù)據(jù))和“工藝路線”，并且也可以被修改以優(yōu)化可持續(xù)性因素。另 一個模型410可以包括材料預留系統(tǒng)模型(MRP)。通常，MRP系統(tǒng)保證材料和產(chǎn)品可用于生 產(chǎn)和向客戶的提供。這包括保持最低可能的存貨水平以及計劃制造行為、送貨時間表和購 買行為。因此，由MRP系統(tǒng)產(chǎn)生的任何類型的規(guī)格都可以與可持續(xù)性因素420相關聯(lián)。另 一種類型的模型包括企業(yè)資源和計劃系統(tǒng)(ERP)。企業(yè)資源計劃(ERP)是公司范圍的計算 機軟件系統(tǒng)，用于管理和協(xié)調(diào)來自共享數(shù)據(jù)庫的企業(yè)的資源、信息和功能。ERP系統(tǒng)具有面 向服務的架構(gòu)，所述架構(gòu)具有在局域網(wǎng)上通信的模塊化的硬件和軟件單元或者“服務”。所 述模塊化設計允許企業(yè)增加或者重新配置模塊，同時保持共享數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)完整性，所 述共享數(shù)據(jù)庫可以是集中式或者分布式的。另一個模型包括制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)。制造執(zhí) 行系統(tǒng)(MES)是控制系統(tǒng)，用于管理和監(jiān)視在工廠的在程工作(work-in-process)。MES實 時地跟蹤制造信息，從機器人、機器監(jiān)視器和雇員接收最新的數(shù)據(jù)。如上所述，可以使用的 另一種類型的模型410包括S88型模型。用于與可持續(xù)性因素相關聯(lián)的其他模型包括編程 模型，其可以例如包括梯形程序、SFC程序、功能塊程序和其他控制程序。圖5是圖示用于將可持續(xù)性因素與制造規(guī)格或者模型相關聯(lián)的方法500的流程 圖。雖然為了說明的簡單性，所述方法被示出和描述為一系列行為，但是應當明白和理解， 所述方法不被行為的順序限制，因為一些行為可以以與在此所示和所述的順序不同的順序 發(fā)生，或者與其他行為同時地發(fā)生。例如，本領域內(nèi)的技術(shù)人員可以明白和理解，方法也可 以比如以狀態(tài)圖被表示為一系列互相聯(lián)系的狀態(tài)或者事件。而且，不需要所有被說明的行 為來實現(xiàn)在此所述的方法。進行到510，在工廠或工廠車間監(jiān)視各種可持續(xù)性因素。這樣的因素可以包括由 工廠產(chǎn)生的能量或者浪費，但是可以包括其他因素，諸如電機使用、管道使用、閥門打開和 關閉、傳送器使用、存貨分配等，其中，所述分配反映某種類型的能量或者其他可持續(xù)性因 素。在520，510的被監(jiān)視的因素數(shù)據(jù)被標記以表示可持續(xù)性因素被關聯(lián)于或者鏈接到生產(chǎn) 處理或者產(chǎn)品的哪個部分。這樣的標記可以包括數(shù)據(jù)標簽或者存儲器元數(shù)據(jù)分配，其指示 可持續(xù)性因素被綁定到處理(離散處理或者批處理)的哪個部分。在530，聚合被標記的可 持續(xù)性數(shù)據(jù)。這樣的聚合可以由處理器或者能量管理器執(zhí)行，所述處理器或者能量管理器 經(jīng)由網(wǎng)絡連接從工廠或者各種設施收集所述數(shù)據(jù)。當被收集時，在540，相應的數(shù)據(jù)可以與 相應的制造規(guī)格或者模型相關聯(lián)?？梢酝ㄟ^如上所述的MRP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、S88 模型、材料清單或者其他編程模型來產(chǎn)生這樣的規(guī)格。在已經(jīng)用可持續(xù)性數(shù)據(jù)更新了所述 規(guī)格后，其他工具諸如優(yōu)化器、調(diào)度器、仿真器等可以分析所述規(guī)格以確定在哪里可以最小化或者優(yōu)化能量或者其他因素。圖6-8圖示了可以使用具有相關聯(lián)的可持續(xù)性因素的材料清單的示例系統(tǒng)。在下 面的說明中一并說明這些附圖。首先參考圖6，系統(tǒng)600在610處理來自材料清單的能量或 者其他可持續(xù)性因素。系統(tǒng)600可以包括歷史記錄部件620，用于將處理數(shù)據(jù)歸檔；仿真 部件630，用于確定可以從B0M得出的能量效率；自動化部件640 ；以及能量監(jiān)視部件650。 圖7的系統(tǒng)700包括與系統(tǒng)600基本上類似的部件，但是系統(tǒng)700還包括工業(yè)自動化需求 響應部件710。圖8中的系統(tǒng)800除了圖7的部件之外還包括與智能網(wǎng)部件810以及排放 限額與交易部件820的通信。典型的電力公用事業(yè)賬單具有用于消耗、每小時千瓦數(shù)和需求的分量以及在預定 間隔上的平均功率。通過將消費量乘以每千瓦小時的適用費率來計算所述消耗收費。所述 費率可以是不變的，或者其可以基于當日時間、星期幾、季節(jié)或者在未管制的市場中的可獲 得的當前費率而改變。用戶可以通過改善他的系統(tǒng)的效率或者通過將使用移到具有較低的 每千萬小時費率的時段中來實現(xiàn)消耗成本節(jié)省。需求收費計算方法在公用事業(yè)之間不同， 但是它們幾乎都基于測量在一個間隔_通常為15或者30分鐘-上的平均功率。在一些情 況下，公用事業(yè)提供了用于表示離散間隔的結(jié)尾/開始的信號，并且在一些情況下，所述間 隔是連續(xù)滾動的窗口。然后使用最大記錄的需求來設置需求收費。所述收費可能僅僅適用 于引發(fā)該收費的月份，或者可以適用于長得多的時間，也許是接下來的12個月?？刂菩枨?收費是更復雜的過程。其涉及設置用戶期望處于的峰值需求極限。然后實時地測量實際需 求。所測量的需求用于計劃在所述時間間隔的結(jié)尾的平均功率將是多少。如果所計劃的需 求等于或者超過用戶限定的峰值需求極限，則需要行動。所述行動可以簡單地是人為地關 斷一個或更多個負荷，直到下一個間隔開始，或者其可以包含自動化處理。通常選擇自動化 處理，因為其可以連續(xù)地監(jiān)視情況，并且可以在沒有干預的情況下迅速地反應。所述處理通 常包含識別可以關斷短時間的各種負載以及對它們進行優(yōu)先級排序。自動化系統(tǒng)然后甩掉 負載，以最低優(yōu)先級的負載開始，直到所計劃的需求低于所述極限。當新的間隔開始時，自 動化系統(tǒng)可以通常以逆序重新施加負載，以允許正常的系統(tǒng)運行。在工業(yè)設施中，生產(chǎn)設 備通常不被當作能夠甩掉的負載，因為這將中斷制造過程。最經(jīng)常被選擇的負載包含諸如 HVAC或者制冷裝置的熱存儲器、諸如空氣壓縮機的能量存儲裝置或者照明負載。該策略可以成功地降低設施的電力賬單，但是這還不夠。所述手段假定電力的供 應是不受限的，最高達到所連接的配電設備的容量，并且其對優(yōu)化被生產(chǎn)的產(chǎn)品的單位成 本沒有幫助。為了改善這種方法，可以采用如上在圖6的650所述和所示出的所述系統(tǒng)的附 加測量。所述附加測量應當提供足夠的粒度來使得用戶測量在多種工作條件下在他的處理 或者制造系統(tǒng)中由各個元件使用的能量。使用該信息和適當?shù)墓檬聵I(yè)費率結(jié)構(gòu)，用戶可 以構(gòu)造對設施的輸出的真實單位成本的更完全分析。現(xiàn)在有可能構(gòu)造包括原材料的成本、 固定設備的折舊、車間空間、勞動力、優(yōu)化的生產(chǎn)要求以及能量在內(nèi)的數(shù)據(jù)模型。所述模型 的輸出允許進行控制選擇，所述控制選擇管理輸出要求和能量使用，同時也優(yōu)化對公司的 經(jīng)濟回報。例如，可以提供需求響應部件，其使用數(shù)學模型來根據(jù)商業(yè)規(guī)則、規(guī)章限制或者 能量可獲得性中的至少一個來調(diào)整制造處理。生產(chǎn)線或者處理的各個部件的能量需求曲線的可獲得性也使得能夠增強控制處 理。如上所述，用于控制能量成本的所述典型方法僅僅是接通或關斷設施的各個部分。但是，在許多情況下，有另一種更期望的選擇。取代將可控制的元件看作通或者斷，它們可以 被控制為沿著這兩個狀態(tài)之間的連續(xù)區(qū)工作。換句話說，可以根據(jù)數(shù)學模型來“調(diào)整”生產(chǎn) 線或者處理。考慮所述設施生產(chǎn)一種產(chǎn)品，所述產(chǎn)品必須在爐子中加熱特定量的時間以便 固化或蒸煮所述產(chǎn)品。在先前的系統(tǒng)中，當能量的成本或者可獲得性不是大問題時，系統(tǒng)被 設計來在最少的時間中生產(chǎn)最多的成品，同時保持可接受的質(zhì)量。這通常提供了相對于所 耗費的成本的最佳回報。在當前的較高成本能量環(huán)境中，這可能不再成立。現(xiàn)在較好的經(jīng)濟 決策是當能量的成本較高時降低爐子中的溫度，并且增加時間。系統(tǒng)的這種調(diào)整在每單位 時間生產(chǎn)更少的產(chǎn)品。但是，如果由數(shù)學模型正確地驅(qū)動，則可以最大化在投資上的回報。
圖7的系統(tǒng)700圖示了用于設施能量和排放管理的架構(gòu)。所述能量供應環(huán)境迅速 地改變。即將到來的改變之一將是出現(xiàn)“智能網(wǎng)”。這是對于公用事業(yè)配電處理的增強，其 允許在公用事業(yè)之間和在公用事業(yè)和消費者之間的快速雙向通信。智能網(wǎng)的目的是提高效 率，提高可靠性，減少產(chǎn)生電力所需要的能量，并且減少相關聯(lián)的排放。這個處理的一部分 是在710的自動化需求響應。自動化需求響應使得所供應的能量的用戶能夠?qū)崟r地對可以 獲得的供應做出反應。智能網(wǎng)可以指令所述設施其將需要將消耗減少到特定水平或者減少 特定百分比。將提供充分的預先通知以允許所述設施進行適當?shù)恼{(diào)整。作為激勵，將以更低 的費率來對于用戶收費。生產(chǎn)數(shù)學模型可以使用這種情況來作為向模型的另一個輸入。所 述“調(diào)整”概念在此也被應用以實現(xiàn)所需要的生產(chǎn)水平，同時仍然保證最佳的經(jīng)濟回報。調(diào) 整生產(chǎn)處理的思想也使得工人在降低的費率下保持活動，而不是當設備關斷時他們空閑。 圖8示出了系統(tǒng)800，用于擴展設施Micro Grid以包括例如來自需求響應智能網(wǎng)以及限額 和交易的外部信息。圖9圖示了示例能量監(jiān)視部件900。能量監(jiān)視部件900可以具有各種包裝，并且可 以被設計為監(jiān)視多個不同的可持續(xù)性因素。在這個示例中，監(jiān)視器900監(jiān)視電勢變換器901 或者電流變換器920在處理中的能量使用。監(jiān)視部件可以包括智能裝置，所述智能裝置可 以監(jiān)視和標記在處理的各個部分中使用的能量數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)可以在被傳送到某個高層 網(wǎng)絡諸如控制網(wǎng)或者以太網(wǎng)/因特網(wǎng)之前，在例如裝置網(wǎng)絡中被收集和標記。圖10圖示了可以被監(jiān)視可持續(xù)性因素的示例處理工廠1000。工廠1000是混合處 理，其包括批處理，比如在1010所示的在管道中包含的批量混合物。這樣的混合物可以作 為離散處理1020的一部分被瓶裝，然后在1030處在傳送線上被封裝。相應的管道1010可 以具有入口和出口管道，可以監(jiān)視入口和出口管道的產(chǎn)品能量消耗或者浪費。可以對于各 種瓶裝或者其他離散處理(例如瓶子加蓋)監(jiān)視能量使用。這包括監(jiān)視移動線路和傳送器 的監(jiān)視電機、閥門、機器人、拾取和布置設備、組裝設備、鉆孔設備和標記設備等。可以在工 廠1000中監(jiān)視多個位置和/或部件，以產(chǎn)生可以期望的可持續(xù)性因素或者能量數(shù)據(jù)，所述 期望的可持續(xù)性因素或者能量數(shù)據(jù)然后可以與如上所述的制造模型或者規(guī)格相關聯(lián)。通過以上的描述可以看出，根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了如下的方案附記1. 一種工業(yè)控制系統(tǒng)，包括被標記的數(shù)據(jù)，其從工業(yè)自動化環(huán)境中的多個可持續(xù)性因素數(shù)據(jù)源被收集，所述 被標記的數(shù)據(jù)與處理的一部分相關聯(lián)，所述處理的一部分歸結(jié)于與可持續(xù)性因素數(shù)據(jù)相關 聯(lián)的源；以及制造模型，其與所述被標記的數(shù)據(jù)相關聯(lián)，其中，所述制造模型用于增強所述處理的能量效率。附記2.根據(jù)附記1的系統(tǒng)，其中，所述處理與離散處理或批處理相關聯(lián)。附記3.根據(jù)附記1的系統(tǒng)，其中，所述制造模型是材料清單、MRP模型(材料需求 計劃)、MES模型(制造執(zhí)行系統(tǒng))、ERP模型(企業(yè)資源計劃)、S88模型或者編程模型。附記4.根據(jù)附記3的系統(tǒng)，其中，所述編程模型包括梯形邏輯、順序功能圖、批處 理或者功能塊。附記5.根據(jù)附記3的系統(tǒng)，其中，所述材料清單包括可持續(xù)性因素的與離散組件 中的一個或更多個部件或者批處理步驟中的一個或更多個步驟相關聯(lián)的項目化分量。附記6.根據(jù)附記3的系統(tǒng)，其中，所述材料清單包括可持續(xù)性因素的與離散組件 的子集或批處理步驟的子集相關聯(lián)的項目化分量。附記7.根據(jù)附記3的系統(tǒng)，其中，所述材料清單包括與產(chǎn)品列表相關聯(lián)的項目化 可持續(xù)性因素。附記8.根據(jù)附記7的系統(tǒng)，其中，所述材料清單包括峰值需求列表或電力使用收費。附記9.根據(jù)附記7的系統(tǒng)，其中，所述材料清單包括浪費分量。附記10.根據(jù)附記1的系統(tǒng)，其中，所述可持續(xù)性因素數(shù)據(jù)源包括水使用、預期能 量使用、所使用能量的類型、碳排放、再循環(huán)能力因素、環(huán)境影響因素、安全因素或者公用事 業(yè)需求因素。附記11.根據(jù)附記1的系統(tǒng)，還包括智能網(wǎng)部件，所述智能網(wǎng)部件處理制造模型。附記12.根據(jù)附記1的系統(tǒng)，還包括需求響應部件，所述需求響應部件根據(jù)商業(yè)規(guī) 則、規(guī)章限制或者能量可獲得性中的至少一個，使用數(shù)學模型來調(diào)整制造處理。附記13.根據(jù)附記1的系統(tǒng)，還包括歷史記錄部件，用于歸檔與可持續(xù)性因素數(shù)據(jù) 源相關聯(lián)的數(shù)據(jù)。附記14.根據(jù)附記1的系統(tǒng)，還包括仿真部件，用于根據(jù)所述制造模型來管理能量。附記15.根據(jù)附記1的系統(tǒng)，其中，所述可持續(xù)性因素數(shù)據(jù)與用戶權(quán)利、工作指令、 時間表、材料規(guī)格、中間材料項目規(guī)格或者工藝路線相關聯(lián)。附記16.根據(jù)附記1的系統(tǒng)，其中，根據(jù)時間同步過程來捕獲所述可持續(xù)性因素。附記17.根據(jù)附記16的系統(tǒng)，其中，所述時間同步過程與1588標準相關聯(lián)。附記18.根據(jù)附記1的系統(tǒng)，還包括能量分級，所述能量分級包括所消耗的制造能 量/所消耗的總能量=效率百分比。附記19. 一種用于控制工業(yè)處理的方法，包括監(jiān)視自動化設施中的多個能量源；自動地標記與所述能量源相關聯(lián)的數(shù)據(jù)，以表示與所述能量源相關的處理的一部 分；適配制造規(guī)格以記錄所述被標記的數(shù)據(jù)；以及處理所述制造規(guī)格以減少與所述設施相關聯(lián)的能量。附記20.根據(jù)附記19的方法，還包括根據(jù)所述被標記的數(shù)據(jù)來調(diào)整能量網(wǎng)。附記21.根據(jù)附記19的方法，還包括從所述制造規(guī)格產(chǎn)生材料清單。
13
附記22.根據(jù)附記21的方法，還包括監(jiān)視浪費或者排放以更新材料清單。附記23.根據(jù)附記21的方法，還包括在仿真器中處理所述材料清單，以確定能量 節(jié)省。附記24. —種工業(yè)控制系統(tǒng)，包括用于監(jiān)視器一個或更多個與可持續(xù)性因素相關聯(lián)的能量源的裝置；用于識別所述與可持續(xù)性因素相關聯(lián)的能量源的裝置；以及用于產(chǎn)生反映至少一個與可持續(xù)性因素相關聯(lián)的能量源的制造規(guī)格的裝置。附記25. —種材料清單，包括在工業(yè)制造處理中使用的離散部件或者處理步驟的列表；以及至少一個與可持續(xù)性因素相關聯(lián)的能量源的列表，所述能量源與在離散組件中使 用的至少一個離散部件或者在批處理中使用的至少一個處理步驟相關聯(lián)。附記26.根據(jù)附記25的材料清單，所述與可持續(xù)性因素相關聯(lián)的能量源與產(chǎn)品或 者用于生產(chǎn)所述產(chǎn)品的部件或者步驟的子集相關聯(lián)。如上所述的主題包括各個示例性方面。但是，應當明白，為了描述這些方面，不可 能描述每個可感知的部件或者方法。本領域內(nèi)的普通技術(shù)人員可以認識到另外的組合或者 置換是可能的?？梢允褂酶鞣N方法或者架構(gòu)來實現(xiàn)本發(fā)明及其修改、改變或者等同內(nèi)容。因 此，在此所述的各方面的所有這樣的實現(xiàn)方式意欲涵蓋權(quán)利要求的范圍和精神。而且，就在 詳細說明或者權(quán)利要求中使用術(shù)語“包括(include)”而言，這樣的術(shù)語旨在以與術(shù)語“包 括(comprising) ”用作權(quán)利要求中的過渡詞時被解釋的“包括(comprising) ”類似的方式 而成為包含性的。
1權(quán)利要求
一種工業(yè)控制系統(tǒng)，包括被標記的數(shù)據(jù)，其從工業(yè)自動化環(huán)境中的多個可持續(xù)性因素數(shù)據(jù)源被收集，所述被標記的數(shù)據(jù)與處理的一部分相關聯(lián)，所述處理的一部分歸結(jié)于與可持續(xù)性因素數(shù)據(jù)相關聯(lián)的源；以及制造模型，其與所述被標記的數(shù)據(jù)相關聯(lián)，其中，所述制造模型用于增強所述處理的能量效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述制造模型是材料清單、MRP模型(材料需求計 劃)、MES模型(制造執(zhí)行系統(tǒng))、ERP模型(企業(yè)資源計劃)、S88模型或者編程模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中，所述材料清單包括可持續(xù)性因素的與離散組件中的 一個或更多個部件或者批處理步驟中的一個或更多個步驟相關聯(lián)的項目化分量。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中，所述材料清單包括與產(chǎn)品列表相關聯(lián)的項目化可持 續(xù)性因素。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括需求響應部件，所述需求響應部件根據(jù)商業(yè)規(guī)則、規(guī) 章限制或者能量可獲得性中的至少一個，使用數(shù)學模型來調(diào)整制造處理。
6.一種用于控制工業(yè)處理的方法，包括 監(jiān)視自動化設施中的多個能量源；自動地標記與所述能量源相關聯(lián)的數(shù)據(jù)，以表示與所述能量源相關的處理的一部分； 適配制造規(guī)格以記錄所述被標記的數(shù)據(jù)；以及 處理所述制造規(guī)格以減少與所述設施相關聯(lián)的能量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，還包括從所述制造規(guī)格產(chǎn)生材料清單。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，還包括監(jiān)視浪費或者排放以更新材料清單。
9.一種工業(yè)控制系統(tǒng)，包括用于監(jiān)視器一個或更多個與可持續(xù)性因素相關聯(lián)的能量源的裝置；用于識別所述與可持續(xù)性因素相關聯(lián)的能量源的裝置；以及用于產(chǎn)生反映至少一個與可持續(xù)性因素相關聯(lián)的能量源的制造規(guī)格的裝置。
10.一種材料清單，包括在工業(yè)制造處理中使用的離散部件或者處理步驟的列表；以及 至少一個與可持續(xù)性因素相關聯(lián)的能量源的列表，所述能量源與在離散組件中使用的 至少一個離散部件或者在批處理中使用的至少一個處理步驟相關聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對制造規(guī)格的離散能量分配。本發(fā)明還提供了一種工業(yè)控制系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括被標記的數(shù)據(jù)，其從工業(yè)自動化環(huán)境中的多個與可持續(xù)性因素相關的數(shù)據(jù)源被收集，其中，所述被標記的數(shù)據(jù)與歸結(jié)于可持續(xù)性因素數(shù)據(jù)源的處理的一部分相關聯(lián)。制造模型與所述被標記的數(shù)據(jù)相關聯(lián)，其中，所述制造模型用于增強所述處理的效率。
文檔編號G06Q10/00GK101872443SQ20101015942
公開日2010年10月27日 申請日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者史蒂文·安東尼·隆巴迪, 菲利普·約翰·考夫曼, 馬西婭·伊萊恩·沃克 申請人:洛克威爾自動控制技術(shù)股份有限公司