用于提高食品生产工厂效率的方法和装置与流程

1.本发明涉及食品生产中的软件技术。更特别地，其涉及用于提高食品生产工厂的效率的方法和装置、被配置为提高食品生产工厂效率的服务器，以及创建待用于提高食品生产工厂效率的工厂辅助库的方法。


背景技术：

2.今天的食品生产工厂很复杂。一个原因是，构成食品生产工厂一部分的食品生产单元，如热交换器、分离器、均质器和填充机，可有不同的布置，一个食品生产单元的设置不仅可影响食品生产单元本身，而且可影响放置于下游的其他食品生产单元。此外，食品生产单元可以按不同的顺序放置。此外，食品生产工厂还可以布置有平行的生产单元，例如罐，使得一个罐可以用于生产，而另一个罐被清洁。因此，设计食品生产工厂既需要了解各个食品生产单位，这些单位可能互相影响的方式，又需要了解食品生产工厂在整体水平上的可能运作方式。
3.除了规定将食品生产工厂布置成能够生产食品之外，最经常要求的还是将设备布置成使得在产品浪费、能量以及时间方面有效生产。因此，今天在食品生产行业中，不断寻求提高工厂效率的新方法。通过这种方式在产品、加工介质或能量上实现的节约既能节约成本，又能节约环境。
4.改进效率的一种方法是优化食品生产单元。为了改进在线水平或工厂水平，可以对控制系统进行更改。然而，要识别可能的改进并不是一项容易的任务，而且存在这些更改导致不必要副作用的风险。因此，测试生产工厂的可能改进可能是一个困难且耗时的过程，并且存在影响正在进行的生产的风险。
5.基于上述，需要一种用于优化生产工厂的方法或工具，从而可以实现更有效的生产。


技术实现要素：

6.本发明的目的是至少部分地克服现有技术的一个或多个上述限制。特别地，本发明的目的是提供一种通过提供包括生产场景的工厂辅助库来提高食品生产工厂效率的方法。
7.已经认识到，通过为生产工厂创建数字模型(有时称为数据模型)，并随后在所谓的工厂辅助库的帮助下识别生产场景(称为初始生产场景)形式的可能改进，以及如何改变这些场景(称为推荐生产场景)以改进效率，可以高效地共享在建立或运行一个生产工厂时所得的知识。工厂辅助库可以包括初始生产场景以及推荐生产场景。这两者都可以包括关于设备(即食品生产单元)如何布置(分别称为初始设备对象布置和推荐设备对象布置)以及如何使用这些布置(分别被称为初始系列动作和推荐系列动作)的信息。通过具有这些工厂辅助对象并具有用于生产工厂的数字模型，因此有可能识别可能的改进，并建议如何重新布置食品生产单元(这可以通过使用阀门重新引导产品流来使用)以及如何设置食品生
产单元。
8.根据第一方面，提供了一种用于提高食品生产工厂效率的方法，所述方法可以包括：从食品生产工厂的控制系统提取工厂数据，其中控制系统可以通信地连接到放置在食品生产工厂中的食品生产单元中的控制单元，基于从控制系统提取的工厂数据生成食品生产工厂的数字模型，其中数字模型可以包括具有与其链接的动作的设备对象、设备对象之间的连接以及与设备对象布置链接的一系列动作，下载可包括多个辅助对象的工厂辅助库，每个辅助对象可包括：初始生产场景，其包括与初始设备对象布置链接的初始系列动作，以及包括与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作的推荐生产场景，其中与初始生产场景相比，推荐生产场景可以使得食品生产工厂的效率提高，识别数字模型中可以与匹配辅助对象的初始生产场景的初始设备对象布置相对应的当前设备对象布置，用数字模型中的匹配辅助对象的推荐设备对象布置和推荐系列替换当前设备对象布置以及与当前设备对象布置链接的当前系列活动，向控制系统传输更新数据，该更新数据可以对应于数字模型中的推荐设备对象布置和推荐系列，基于更新数据更新食品生产工厂。
9.具有如上所述的用于提高效率的数字模型的优点在于，该方法可以是独立于控制系统的。换言之，控制系统中的可能缺点不会阻碍数字模型，因为如果不可能或不方便经由控制系统检索工厂数据，数字模型则可以直接从食品生产单元中的传感器或控制单元检索该数据。与该控制系统独立性相关的又一个优点在于，可以在使用不同类型控制系统的食品生产工厂之间共享知识。具有大量的食品生产工厂使得可以实现更全面的工厂辅助库。
10.另一个优点在于，可以将其添加到现有的食品生产工厂中。这是有利的，因为能够以低成本将其添加到已安装和运行的食品生产工厂中，因为当添加该额外功能时，该工厂可以继续运行，至少在很大程度上是这样。
11.可以从连接到具有数字模型的多个食品生产工厂的中央服务器检索工厂辅助库，所述中央服务器可以被配置为连续记录来自数字模型的数据并基于该数据创建辅助对象。
12.数字模型可以是独立于控制系统类型的。
13.为了使得能够有效地管理不同类型的控制系统，已经认识到可以基于经由控制系统检索的食品生产工厂的特性来形成数字模型。为了避免控制系统类型依赖性，可以将特性转换为数据模型特性，基于该数据模型特性构建数据模型。因此，如果使用中央服务器来托管数据模型，则中央服务器中用于将特性转换为数据模型特性的软件足以支持不同类型的控制系统。
14.初始生产场景和推荐生产场景可以包括正在生产的食品，以及与正在生产的食品相关联的食品特性。
15.将食品作为初始生产场景和推荐生产场景的一部分的优点在于，不同的食品可能需要不同的处理。例如，包含果肉的橙汁产品可导致使用不带挡板的管状热交换器以避免
纤维被卡在挡板中，而不含果肉的果汁产品可用于带挡板的管状热交换器中。
16.该方法还可以包括确定当前设备对象布置和当前系列活动的当前食品转换，以及与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作的推荐食品转换。
17.由于不同的处理(也称为加工)可能会导致食品特性受到不同的影响，因此可在工厂辅助对象中添加关于这一点的信息。这样做的一个优点是可以提供对食品生产工厂的更高的控制。
18.该方法还可以包括确定当前设备对象布置和当前系列活动的当前能量使用，以及与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作的推荐能量使用。
19.这样做的一个优点是可以容易地考虑到节能，这是有利的，因为例如可以在食品质地的微小差异与节能之间进行权衡。换言之，这使得食品生产工厂可以在考虑到广泛方面的情况下进行优化。
20.该方法还可以包括确定当前设备对象布置和当前系列活动的当前生产时间，以及与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作的推荐生产时间。
21.如上所述，这使得在优化食品生产工厂时可以考虑广泛的方面。
22.在初始生产场景中使用食品生产单元的初始顺序可能不同于在推荐生产场景中使用食品生产单元的推荐顺序。
23.识别数字模型中与匹配辅助对象的初始生产场景的初始设备对象布置相对应的当前设备对象布置的步骤可以由基于人工智能(ai)的软件进行，其中基于ai的软件在食品生产工厂的经批准的数字模型上进行训练。
24.识别对应的设备对象布置可以是所谓的一对一匹配，也就是说，需要相同的设备布置才能被认为是匹配的，但也可以不要求它们完全相同，而是本质上相同。为了能够处理这种情况，基于ai的软件可能会派上用场。在推荐生产场景被认为是成功的，或者换言之被批准并引入该食品生产工厂的情况下，可以在更新步骤前后基于数字模型对软件进行训练。
25.根据第二方面，提供了一种被配置为提高食品生产工厂效率的服务器，该服务器包括：收发器，其被配置为：向控制系统传输与数字模型中的推荐设备对象布置和推荐系列相对应的更新数据，控制电路，其被配置为执行：提取功能，其被配置为从食品生产工厂的控制系统提取工厂数据，其中控制系统通信地连接到放置在食品生产工厂中的食品生产单元中的控制单元，生成功能，其被配置为基于从控制系统提取的工厂数据生成食品生产工厂的数字模型，其中数字模型包括具有与其链接的动作的设备对象、设备对象之间的连接以及与设备对象布置链接的一系列动作，下载功能，其被配置为下载包括多个辅助对象的工厂辅助库，每个辅助对象包括：初始生产场景，其包括与初始设备对象布置链接的初始系列动作，以及包括与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作的推荐生产场景，其中与初始生产场景相比，推荐生产场景使得食品生产工厂的效率提高，
识别功能，其被配置为识别数字模型中与匹配辅助对象的初始生产场景的初始设备对象布置相对应的当前设备对象布置，替换功能，其被配置为用数字模型中的匹配辅助对象的推荐设备对象布置和推荐系列替换当前设备对象布置以及与当前装备对象布置链接的当前系列活动，更新功能，其被配置为基于更新数据更新食品生产工厂。
26.控制电路还可以被配置为执行：第一确定功能，其被配置为确定当前设备对象布置和当前系列活动的当前食品转换，以及与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作的推荐食品转换。
27.控制电路还可以被配置为执行：第二确定功能，其被配置为确定当前设备对象布置和当前系列动作的当前能量使用，以及与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作的推荐能量使用。
28.控制电路还可以被配置为执行：第三确定功能，其被配置为确定当前设备对象布置和当前系列活动的当前生产时间，以及与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作的推荐生产时间。
29.根据第三方面，提供了一种创建待用于提高根据第一方面的食品生产工厂(100)的效率的工厂辅助库的方法，其中该方法包括：接收关于食品生产工厂的数字模型，识别数字模型中的对应生产场景，基于第一需求集在对应生产场景中选择初始生产场景，以及基于第二需求集在对应场景中选择推荐生产场景。
30.具有用于初始生产场景的第一需求集和用于推荐生产场景的第二需求集的优点在于，可以将这些设置为使得仅建议将在高于某一阈值的效率方面提供改进的改变。第一需求集和第二需求集可以部分地彼此对应。
31.根据第四方面，提供了一种包括用于实现第一方面的方法的指令的计算机程序。
32.本发明的其他目的、特征、方面和优点将从以下详细描述以及附图中显现。关于一个方面描述的相同特征和优点适用于其他方面，除非另有明确说明。
附图说明
33.现在将参考附图以示例的方式描述本发明的实施方案，其中：图1是食品生产工厂的示意图；图2示出了配置为提高食品生产工厂效率的服务器；图3是示出提高食品生产工厂效率的方法的步骤的流程图；图4是示出创建待用于提高食品生产工厂效率的工厂辅助库的方法的步骤的流程图。
具体实施方式
34.图1举例示出了食品生产工厂100的概况。食品生产工厂100可以通过可经由控制系统104提供的工厂数据102描述。控制系统104可以连接到放置在食品生产单元106a-e中的控制单元105a-e。控制单元105a-e可以是可编程逻辑控制器(plc)或可用于食品生产工
厂中的控制的其他类似类型的设备。食品生产单元106a-e可以是食品加工设备，例如热交换器、分离器、均质器，而且还是不直接参与食品加工的管道、阀门和泵。此外，食品生产单元106a-e可以是包装设备，例如填充机，但也可以是所谓的下游设备，例如包膜机、吸管施加器和托盘堆垛机(palletizer)。
35.如图所示，食品生产单元106a-e可以被布置为使得可以实现不同的食品生产线。换言之，食品生产单元106a-e可以被布置成使得食品可以通过食品生产单元106a-e的不同子组并且也以不同的顺序被进给。为了使食品能够以不同的方式通过食品生产单元106a-e进给，可以使用阀门装置。
36.可以从控制系统104提取的工厂数据102可以被馈送到服务器107。在服务器107中，可以生成食品生产工厂100的数字模型108。数字模型108可以包括对应于食品生产单元106a-e的设备对象a-e。设备对象a-e可以具有链接的动作i-xii。在设备对象是罐的情况下，动作i-xii可以例如是填充罐、用搅拌器以第一速度搅拌罐中的食品、用搅拌器以第二速度搅拌罐中的食品、排空罐等。可以提供不同设备对象a-e之间的连接i-v，以反映食品可以如何通过食品生产工厂100进给。
37.为了改进食品生产工厂100的效率，可以下载工厂辅助库110。如果仅认为工厂辅助库110的一部分是相关的，则可以仅下载工厂辅助库110的这一部分。
38.工厂辅助库110可以包括多个不同的工厂辅助对象，这些工厂辅助对象包括连接到推荐生产场景的初始生产场景。初始生产场景中的每一个可包括与初始设备对象布置链接的初始系列动作，并且推荐生产场景中每一个可以包括与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作。
39.可以将当前对象布置(即，当前使用的食品生产单元106a-e以及它们的使用顺序)与不同的初始设备对象布置进行比较，从而可以识别初始生产场景112，其中存在与当前对象布置相对应的初始设备对象布置。链接到初始生产场景112，提供了推荐生产场景114，并且可以说这两者形成了匹配辅助对象116，即，与食品生产单元106a-e的当前使用相匹配的工厂辅助对象。
40.在识别了匹配辅助对象116之后，可以将推荐生产场景114提供给服务器107，该服务器107继而可以以更新数据118的形式向控制系统104提供与匹配辅助对象116的推荐生产场景114相关的信息。更新数据118可以是能够使得食品生产被改变以根据推荐生产场景114执行的信息。
41.如图1中通过示例提供的，初始生产场景112以及当前生产场景可以涉及设备对象a-c-d-d-e和动作i-v-vii-viii-x，并且推荐生产场景可以涉及设备对象a-b-d-e和动作i-iv-vii-x。因此，当根据更新数据118改变生产时，食品将经由食品生产单元106a-106b-106d-106e的不同组而不是先前使用的食品生产单元106a-106c-106d-106e传送。
42.工厂辅助库110可以保存在中央服务器120中。以这种方式保存工厂辅助库120的优点在于，这可以由不同的食品生产工厂共享，这使得在一个食品生产工厂中进行的成功优化可以容易地与其他工厂共享。
43.图2示出了服务器107的示意图。服务器107可以被配置为提高食品生产工厂100的效率。服务器107可包括收发器202、控制电路204和存储器208。
44.收发器202可以被配置为使服务器107能够与其他设备(例如食品生产工厂100的
控制系统)通信。收发器202可以被配置为将与数字模型108中的推荐设备对象布置和推荐系列相对应的更新数据118传输到控制系统104。
45.控制电路204可被配置为执行服务器107的功能和操作的控制。控制电路204可以包括处理器206，例如中央处理单元(cpu)。处理器206可以被配置为执行存储在存储器208中的程序代码，以便执行服务器107的功能和操作。
46.控制电路204可以执行提取功能210。提取功能210可以被配置为从食品生产工厂100的控制系统104提取工厂数据102，其中控制系统104可以通信地连接到放置在食品生产工厂100中的食品生产单元106a-e中的控制单元105a-e。
47.控制电路204可以执行生成功能212。生成功能212可以被配置为基于从控制系统104提取的工厂数据102生成食品生产工厂100的数字模型108，其中数字模型108可以包括具有与其链接的动作i-xii的设备对象a-e、设备对象a-e之间的连接i-v以及与设备对象布置链接的一系列动作。
48.控制电路204可以执行下载功能214。下载功能214可以被配置为下载包括多个辅助对象的工厂辅助库110，每个辅助对象包括：初始生产场景112，其包括与初始设备对象布置链接的初始系列动作，以及推荐生产场景114，其包括与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作，其中与初始生产场景112相比，推荐生产场景114使得食品生产工厂100的效率提高。
49.控制电路204可以执行识别功能216。识别功能216可以被配置为识别数字模型108中与匹配辅助对象116的初始生产场景112的初始设备对象布置相对应的当前设备对象布置。
50.控制电路204可以执行替换功能218。替换功能218可以被配置为用数字模型108中的匹配辅助对象的推荐设备对象布置和推荐系列替换当前设备对象布置以及与当前设备对象布置链接的当前系列活动。
51.控制电路204可以执行更新功能220。更新功能220可以被配置为基于更新数据118更新食品生产工厂100。
52.可选地，控制电路204可以执行第一确定功能222。第一确定功能222可以被配置为确定当前设备对象布置和当前系列活动的当前食品转换，以及与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作的推荐食品转换。
53.可选地，控制电路204可以执行第二确定功能224。第二确定功能224可以被配置为确定当前设备对象布置和当前系列活动的当前能量使用，以及与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作的推荐能量使用。
54.可选地，控制电路204可以执行第三确定功能226。第三确定功能226可以被配置为确定当前设备对象布置和当前系列活动的当前生产时间，以及与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作的推荐生产时间。
55.图3是示出用于提高食品生产工厂效率的方法300的步骤的流程图。
56.在第一步骤302中，可以从食品生产工厂的控制系统提取工厂数据，其中控制系统可以通信地连接到放置在食品生产工厂中的食品生产单元中的控制单元。
57.在第二步骤304中，基于从控制系统提取的工厂数据可以生成食品生产工厂的数字模型，其中数字模型可以包括具有与其链接的动作的设备对象、设备对象之间的连接以
及与设备对象布置链接的一系列动作。
58.在第三步骤306中，可以下载工厂辅助库，其包括多个辅助对象，每个辅助对象包括：初始生产场景，其包括与初始设备对象布置链接的初始系列动作，以及推荐生产场景，其包括与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作，其中与初始生产场景相比，推荐生产场景可以使得食品生产工厂的效率提高。
59.在第四步骤308中，可以识别数字模型108中与匹配辅助对象116的初始生产场景112的初始设备对象布置相对应的当前设备对象布置。
60.在第五步骤310中，可以用数字模型108中的匹配辅助对象的推荐设备对象布置和推荐系列替换当前设备对象布置以及与当前设备对象布置链接的当前系列活动。
61.在第六步骤312中，可以向控制系统104传输与数字模型108中的推荐设备对象布置和推荐系列相对应的更新数据118。
62.在第七步骤314中，可以基于更新数据118更新食品生产工厂100。
63.可选地，在第八步骤316中，可以确定当前设备对象布置和当前系列活动的当前食品转换，以及与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作的推荐食品转换。
64.可选地，在第九步骤318中，可以确定当前设备对象布置和当前系列活动的当前能量使用，以及与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作的推荐能量使用。
65.可选地，在第十步骤320中，可以确定当前设备对象布置和当前系列活动的当前生产时间，以及与推荐设备对象布置链接的推荐系列动作的推荐生产时间。
66.即使以特定顺序描述，这些步骤也可以按其他顺序执行。
67.图4是示出用于创建待用于提高如上所述的食品生产工厂100效率的工厂辅助库110的方法400的步骤的流程图。
68.在第一步骤402中，可以接收关于食品生产工厂的数字模型。
69.在第二步骤404中，可以识别数字模型中的对应生产场景。
70.在第三步骤406中，可以基于第一需求集在对应生产场景中选择初始生产场景112。
71.在第四步骤408中，可以基于第二需求集在对应场景中选择推荐生产场景114。
72.从上面的描述可以看出，虽然已经描述和示出了本发明的各种实施方案，但是本发明不限于此，而是也可以在以下权利要求中限定的主题的范围内以其他方式实施。