用于自动化和/或电气工程项目中的工作流程的自动化操控的系统和方法

摘要

本发明提出用于自动化和/或电气工程项目中的工作流程的至少一个工作步骤的自动化操控的系统和方法，其中该系统包括：数据输入接口(1)；处理单元(3)；以及数据输出接口(2)，连接到处理单元(2)，以用于将由数据输入接口(1)所读入或者由处理单元(3)所生成的任何数据传送给数据资料库(13)、另一个处理单元(PC3)和/或显示单元(14，15)中的至少一个。数据输入接口(1)设置成不仅读入属于工作流程的至少一个工作步骤的输入值(ns，pt，sc)，而且还读入表征输入值(ns，pt)的至少一个的可能或容许范围的至少一个输入不确定性(u_ns，u_pt)，处理单元(3)设置成不仅从至少一个输入值(ns，pt，sc)来生成工作步骤的至少一个输出值(nc)，而且还通过考虑工作步骤的参数(22)和/或技术条件，从至少一个输入值(ns，pt，sc)和至少一个输入不确定性(u_ns，u_pt)来计算表征输出值(nc)的可能或容许范围的至少一个输出不确定性(u_nc)。

说明书

本发明涉及一种用于自动化和/或电气工程项目中的工作流程的至少一个工作步骤的自动化操控的系统，其中该系统包括：数据输入接口，用于读入属于项目的工作流程的至少一个工作步骤的至少一个输入值；处理单元，连接到用户接口，用于从至少一个输入值来生成至少一个输出值，其中至少一个输出值表示至少一个工作步骤的结果；以及数据输出接口，连接到处理单元，用于将由数据输入接口所读入或者由处理单元所生成的任何数据传送给数据资料库、另一个处理单元和/或显示单元中的至少一个。

自动化项目或电气工程项目是针对用于自动化技术过程或设施或者向其提供电力的技术装置或系统的投标、规划、设计、安装、调试和维修的项目，其中技术装置或系统能够是例如用于工厂的过程自动化系统或者用于建筑群的发电站或供电系统的控制系统。

这种项目通常经历可接着或并行发生的各种阶段，例如投标、要求的收集、信息信号的规划、电力布线和/或通信网络的规划、控制逻辑的工程、人机接口(HMI)的配置和系统集成。阶段本身能够再次分为一定数量的工作步骤。工作步骤被理解为包括至少一个活动，其生成至少一个输出信息和/或至少一个物理结果。在项目的工作流程内部，至少一个输出信息和/或物理结果分别表示后续工作步骤的至少一个输入信息和/或先决条件。工作步骤的示例是信息信号的规划期间的跨控制器通信、HMI的配置期间的过程图形的设计、控制逻辑工程期间的序列控制逻辑的实现或者系统集成期间的控制器的参数化以及这些活动的子部分。

当今，一个目标是由计算机工具自动执行这些工作步骤的至少一部分。当前已知自动化工作步骤的示例是基于模板的装置的配置、I/O板的控制代码的自动生成以及基于材料清单的订单请求的自动生成。将来的另一目标是使越来越多的这些计算机工具能够相互通信，使得不仅单一工作步骤而且工作步骤的整个序列能够自动执行。

在阶段的执行及其对应工作步骤期间，大量不同专业、不同计算机工具和不同类型的信息必须同时进行，并且需要经过协调，以便确保所产生技术装置或系统正确起作用。一些工作步骤不能在其它工作步骤顺利完成之前或者在某些输入信息可用之前执行。

工作步骤之间的这些相互关系能够通过工作流程图来可视化，例如图3所示，其中编号矩形101至113各表示工作步骤。左边的四个输入圆圈示出内部输入，其是执行通过到输入圆圈的箭头所连接的工作步骤101、102和104所需的。工作步骤101和104各接收两个外部输入。在右边，由工作步骤110、112和113所生成的外部输出通过再次通过到对应工作步骤的箭头所连接的三个输出圆圈示出。工作步骤103、105至109和111仅具有内部输入和输出连接，即，它们从工作流程的一个或多个在前工作步骤来接收其输入，并且将其输出传递给工作流程的一个或多个后续工作步骤。

一般来说，对/来自工作步骤的输入/输出一方面能够是数据、信息或判定，而另一方面能够是诸如文档、工具或者所安装设备之类的物理对象，而不管它们是外部还是内部输入或输出。

图3的工作步骤的至少一部分可通过使用如图1所示的系统自动执行。第一计算装置PC1包含用于读入工作步骤的输入信息的数据输入接口1，其中输入信息由第二计算装置PC2(其可执行了一个或多个在前工作步骤)、由第一数据资料库12(其例如定位在中央数据服务器上)或者通过经由例如声输入装置10、指针装置11和/或键盘与用户的交互来传递。输入信息由一个或多个输入值来表示，其中输入值可以是常数或变量、预定义或连续变化，并且输入值可作为数值直接给出或者采取文本形式给出，其稍后变换为数字。第一计算装置PC1还包括：处理单元3，用于通过在分配给该工作步骤的预定义任务的执行期间处理输入信息，来生成工作步骤的输出信息；以及数据输出接口2，用于将输入以及输出信息传送给其它装置，供进一步处理和/或数据存储和/或声或图形可视化。其它装置可以是设置用于执行后续工作步骤的第三计算装置PC3、可位于与第一数据资料库12相同的中央数据服务器上或者位于另一个存储装置上的第二数据资料库13、图形显示单元14或者声显示单元15。输出信息通过再次可以是常数或变量的一个或多个输出值来表示，或者可采取文本形式或者直接作为数字给出。第二和第三计算装置PC2、PC3均可包含与第一计算装置PC1相同的组件，即分别为数据输入接口4或7、处理单元6或9以及数据输出接口5或8。

如从图3清楚地看到，自动化和/或电气工程项目的工作流程可包含大量紧密交织的工作步骤，其中各工作步骤可以仅在所有必要输入为可用时并且在外部输入或在前工作步骤的输出的变化可影响相当大量的后续工作步骤时执行。

在自动化和/或电气工程项目的现实生活执行中，所需输入信息的收集会是繁重的任务，并且可导致延迟。另外，项目的事实和数据以及物理环境通常不是静态的，这引起频繁变化。这些变化引起进一步延迟，因为多个已经完成的工作步骤必须再次执行。

本发明的目的是提出用于自动化和/或电气工程项目中的工作流程的至少一个工作步骤的自动化操控的系统和方法，通过其能够降低项目执行期间的输入收集和变化的上述副作用。

这个目的通过如独立权利要求所述的系统和方法来实现。

在按照本发明的系统中，数据输入接口设置成读入表征输入值的可能可容许范围的至少一个输入不确定性，处理单元设置成通过考虑工作步骤的参数和/或技术条件，从至少一个输入值和至少一个输入不确定性来计算表征至少一个工作步骤的输出值的可能或容许范围的至少一个输出不确定性。

如以上所述，术语“工作步骤”用于在项目的执行期间所执行的至少一个活动，其中至少一个活动生成至少一个输出信息。至少一个输出信息最优选地是量的指示，其中该量例如可作为装置的数量或通信信号的数量或者作为缆线的长度或机柜的大小给出。在该备选方案中，输出信息也可作为可从几个选择中选取的特定类型的设备(例如要使用的特定类型的现场总线、控制器装置、信号传输协议或者软件工具)的指示给出。

工作步骤的参数或技术条件是对输出不确定性的幅值具有最高影响的那些参数和条件。例如，一定类型的技术设备可指定为能够在正常工作条件期间操控物理实体的预定义最佳量，并且结合工作条件中的降级而高达这个物理实体的最大数或者下至最小数，即，仅在较短时间期间或者以操作速度为代价等。当这个一定类型的技术设备在工作步骤期间起作用时，即，当处理单元具有要确定需要这个技术设备的多少装置来操控物理实体的不定量的任务时，上述指定由处理单元来考虑，以便评估输入不确定性是否能够由特定数量的装置来操控，而无需指定装置数量的不确定性。

通过允许输入值伴随对应不确定性值，并且通过在执行分配给工作步骤的任务时考虑不确定性以使得输出值或多个输出值也连同不确定性值一起生成，甚至在并非所有所需输入信息为可用时也变得有可能运行或执行工作步骤。在这类情况下，可从可用知识、例如可在公式或表格中记下的、来自先前项目的估计或直观推断或经验，来创建输入值。

自动化和/或电气工程项目领域的示例是与要在技术装置或系统内部传送的信息信号的数量有关的外部输入信息。当这个数量不能准确地、而是以位于适当极限之内的不确定性给出(即，具有5%不确定性的5000个信息信号)时，就变得有可能已经计划所需计算机服务器和/或控制器装置的数量，而无需担心这些数量将必须校正。相应地，计划计算机和/或控制设备的工作步骤能够及早执行，甚至在并非所有外部输入信息存在时，从而产生时间节省。

要求外部输入值的工作步骤的另一示例是用于属于技术装置或系统的信息管理系统的存储容量的规划。外部输入值在这里是要存储在例如信息管理系统的历史服务器中的数据信号的数量、类型和取样频率。当这些输入值的上限和下限为已知时，对所需存储容量的估计能够在项目中及早进行，这然后可允许预期数量和取样频率的迭代调整。

后续工作步骤也可在没有所有外部输入值完全可用的情况下执行，因为后续工作步骤接收在前工作步骤或者先前步骤的输出值连同成为新输入不确定性的对应输出不确定性作为其输入值。

对于一些后续工作步骤，不确定性可能根本不影响其输出，只要在前工作步骤的输出不确定性位于某些极限之内。自动化和/或电气工程项目中的这种在前工作步骤的示例是跨控制器通信、即控制器装置之间的信号通信的规划。输出值是要在控制器装置之间传递的信号的预计数量的指标。即使这个指标能够仅作为近似值、即作为具有对应输出不确定性的输出值来生成，这也可足以在后续工作步骤中设计通信网络的拓扑。在准确指标变为可用之后，网络拓扑的重新设计在大多数情况下将不是必需的，因为同一个网络拓扑通常可适用于大范围的实际通信实现。这样，能够再次节省时间，因为更多工作步骤能够并行执行，即使在前工作步骤没有绝对完成或者所需输入信息尚未百分之百可用。

不仅单工作步骤因考虑不确定性而可及早执行，自动化和/或电气工程项目的整体阶段也能够完全执行，从而允许后续阶段的执行。例如，电力布线的规划可生成后续设备安装阶段所需的电力缆线的预计长度的初步指标，其中这个初步指标再次伴随某个不确定性值。即使这个指标尚未准确，但是它给予至少订购电力缆线的最小长度的可能性，使得后续安装阶段可比等到输入信息完整相比要早许多开始。另一方面，如果常见方式是订购充分的材料和设备，以便为变化作好准备，则本发明允许按照输出不确定性所给出的最大量来限制这个量。这产生项目的硬件成本的降低。

如所述，关于执行工作步骤尽管输入值不准确也是否能够执行的判定取决于相应不确定性的值。如果给定不确定性超过适当极限、例如成为大于对应输入值的30%，则它可能更适合等到不确定性降低到低于这个极限或者等到准确输入信息是可用的。相应地，本发明提供自动管理项目的及时执行的附加手段，其中不确定性信息帮助进行关于何时要执行哪一个工作步骤的合理判定。

本发明的另一优点在于，外部输入值以及工作步骤的参数或技术条件的变化没有自动引起所有后续工作步骤的重新执行。参数或技术条件的变化引起工作步骤的输出不确定性的变化。对于在已变化外部输入值或者已变化输出不确定性之后的那些工作步骤，必须简单地检查该变化是否落入输入不确定性范围(其先前在较早时间点执行相应后续工作步骤时被考虑)之内，以及在这个较早时间点，后续工作步骤的所确定输出不确定性是否为零。零输出不确定性表示，只要不超过输入不确定性范围，则后续工作步骤的输出值保持不变，即，对于这种后续工作步骤，不要求更新。相应地，自动化和/或电气工程项目中的变化请求因本发明而能够以较小工作量来处理和运行。

工作步骤的不必要更新的示例是控制器机柜、即其中要安装控制器装置的壳体的规划。对工作步骤的输入值例如是控制器的数量和类型以及信息信号的数量和类型。输出值是数量以及大小，并且由此是控制器机柜的容量。这些能够规划成使得在机柜内部按照与输入值的至少一个对应的输入不确定性的上限留下一定量的空余空间。只要这个输入值保持低于其上限，则输入值的变化不影响输出值，使得控制器机柜的规划的工作步骤需要仅执行一次。

按照本发明的方法包含由系统的元件之一、即由数据输入接口、处理单元和数据输出接口所执行的上述所有步骤。

在本发明的一实施例中，工作流程包含至少两个工作步骤，至少一个输入值表示至少两个工作步骤的至少一个的输入值，以及至少两个工作步骤的每个定义成生成至少一个对应输出值，并且其中处理单元设置成预测至少一个输入不确定性是否传播经过工作流程的至少两个工作步骤。

换言之，处理单元设置成检查输入不确定性是否影响将这个输入不确定性指配给其输入值之一的工作步骤的输出变量或者多个变量，即，输出变量是否也能够仅以上限和下限给出。处理单元按照工作流程的逻辑序列对工作步骤执行这个检查工作步骤，直到输出不确定性将为零。在这个检查期间，不运行工作步骤本身。处理单元而是使用查找表、直观推断、公式、神经网络或模糊逻辑中的一个或多个来预测输入不确定性的传播。作为这个实施例的结果所生成的定量陈述可由处理单元经由数据输出接口提供给推理引擎，其中判定工作流程的工作步骤的一部分是否可开始运行。这些工作步骤将优选地是不受输入不确定性影响的那些工作步骤。

能够通过将处理单元设置成能够通过计算至少两个工作步骤的每个的对应输出不确定性来预测至少一个输入不确定性传播经过工作流程的至少两个工作步骤的程度，来进一步扩展本实施例，其中再次可使用上述方法。代替如上所述的定量陈述，在这里生成一种定量陈述，其可帮助判定对于工作流程的哪些工作步骤，对应输入不确定性是足够小以开始执行。这样，与输入不确定性的传播的仅q质量陈述的生成相比，更多工作步骤可在更早时间点来运行。

处理单元还可设置成通过将已变化输入变量与先前给定输入不确定性进行比较，和/或通过预测至少两个工作步骤的每个的输出值的变化，来预测至少一个输入变量的变化是否传播经过工作流程的至少两个工作步骤和/或到何种程度。形成至少两个工作步骤的至少一个的输入值的那些已变化输出值也与先前确定的输入不确定性进行比较。在那些情况下，在已变化输入值不超过其对应先前给定输入不确定性的情况下，处理单元向数据输出接口发送陈述该变化不影响这些工作步骤、即它们无需重新执行的消息。

处理单元还可设置成评估该变化经过至少两个工作步骤的传播是否引起至少两个工作步骤的输出值的至少一个超过其对应输出不确定性(其在该变化之前被计算)和/或到何种程度。结果反映该变化所引起的增加工作量，因为输出不确定性的扩展表示所有后续工作步骤无疑必须重新执行。推理引擎然后可判定增加的工作量相对预定义项目约束是否可接受，即，是否可接受变化请求。

在其中至少一个输入变量的变化归因于项目的客户的已变化请求和/或其中处理单元预测输出值无疑在发生变化的那些情况下，关于变化请求的暗示的报告可由处理单元或者由经由数据输出接口所连接的外部装置自动生成。已变化请求例如可引起降低量的所需材料或设备，其中可能已经基于先前规划数量订购了材料或设备。该报告则可反映材料或设备的非预期过剩以及项目执行的增加工作量。这个报告则形成要连同客户一起采取的其它判定的基础。

数据输入接口还可设置成读入表征至少一个预定义输出值的可能或容许范围的至少一个限制值，并且其中处理单元设置成检查包括其对应输出不确定性的输出值是否落入通过至少一个限制值所定义的范围之内。限制值可反映对自动化和/或电气工程项目的约束或者从经验已知的输出值的可能波动。因此，处理单元设置成通过设置成检查是否超过极限值，来提供对输出值的质量的判定支持。

更进一步，处理单元可设置成将至少一个输出不确定性与另一个自动化和/或电气工程项目的外部输出不确定性相结合，以便计算要求要保持有库存的硬件组件的数量，其中硬件组件的数量小于至少一个输出不确定性和外部输出不确定性之和。

例如，对于三个不同项目，可确定各项目需要安装10 ± 3个控制器装置。单独与各项目有关，可取的是，在实际需要所有最多13个控制器装置的情况下，使3个控制器装置有库存，以节省时间。但是，当全部三个项目并行运行时，不需要使总共9个控制器装置有库存。而是较少数量、例如5个可以是充分的，并且降低总体成本。

如上所述，处理单元设置成将其处理结果传送给数据输出接口，从其中，它们传送给其它装置单元。这些其它单元之一可以是推理引擎，其可得出进行相对项目的执行的判定所需的信息。还有可能将处理单元本身设置用于基于至少一个输入和/或输出不确定性来确定项目的成功执行的风险。

数据输入接口可连接到用户接口，其能够是视觉、声和/或触觉接口，其中用户接口设置成查询用户以用于输入至少一个输入不确定性。

为了支持用户执行至少一个工作步骤或者对后续工作步骤进行判定，处理单元可设置成生成其处理结果的至少一个的视觉和/或声表示，例如颜色代码、图形标记或符号、动画、声音等。

通过以下结合附图所述的示例，本发明及其实施例将变得显而易见，附图示出：

图1是用于运行项目的工作步骤的系统，

图2是具有输入和输出值的工作步骤，

图3是项目工作流程的示例，

图4是图3的工作步骤，其在理论上受到外部输入值的变化影响。

图5是图3的工作步骤，其实际上因本发明而受到图4的变化影响，

图6a、b是超过限制值的图形表示的示例，

图7是在不同时间、用于图1的电动机的转速和转矩的幅度与时间图。

以上针对现有技术已经描述了图1和图3。

按照本发明来执行的工作步骤16的示例在图2中示出，其中指配给工作步骤16的任务是确定控制器装置的类型和数量。输入值和对应输入不确定性17至19如下所述：

·要传送的信息信号17的数量为ns ± u_ns = 5000 ± 500，能够经由同一个信号传输通路、即缆线来传送的这些信息信号的百分比18为pt ± u_pt= 40 % ± 5 %，

·每个控制器的信号的操控的预期备用容量19为sc = 20%。此外，技术条件或参数22对工作步骤给出，其陈述类型xyz的每个控制器装置能够操控总共nc=200个信息信号。

如上所述，输入值和不确定性17至19经由数据接口单元1来读入。对于可能在较早时间点作为工作步骤16的预定义值已经读入的技术条件或参数22，同样的情况也成立。这些数据由处理单元2来处理，以便确定输出值20和21，输出值是控制器装置的数量nc及其对应类型xyz，其中输出值nc伴随具有上限u_nc,up和下限u_nc,low的对应输出不确定性u_nc。处理例如能够基于以下公式：

。

因此，所产生的控制器数量估计为nc ± u_nc = 18 ± 3。

除了图2所示的之外，技术条件或参数22也可采用不确定性给出，例如作为nc=200±60，其中这个不确定性也由处理单元2在生成输出不确定性u_nc时考虑。

图4示出与以上针对图3所述相同的工作流程。当外部输入值A从12±4变化成时，在变化之前、在这些工作步骤的执行期间没有考虑不确定性时，直接接收这个输入值的所有工作步骤、即工作步骤101和104必须重新执行。对于工作步骤101和104之后的所有工作步骤、即工作步骤103、106、108、109、111、112和113，同样的情况也成立。总共九个工作步骤必须重新执行。

作为本发明的结果和有利效果，这个数量能够极大地减少。如图5所示，与图3相比，工作步骤101的输出值是确定的、即3，只要输入值A不超过先前考虑的16的上限和8的下限。由于已变化输入值A仍然在这个范围之内，所以工作步骤101无需重新执行。以及由于工作步骤101的输出值保持不变，所以后续工作步骤103、106、108和111不必再次运行。这将待重复的工作步骤的数量减少到4，即工作步骤104、109、112和113，这表示项目执行时间的极大节省。

图6a和图6b示出能够如何可视化处理单元3所生成并且经由数据输出接口2传送给显示单元14的结果的示例。

图6a中，示出两个控制器机柜，其中其数量和内容对应于不同工作步骤的输出值。机柜分别的颜色或色型指示这些输出值是否落入对应预定义极限值、即预定义项目约束之内。左侧的机柜为白色，指示所有输出值落入范围之内，而右侧的机柜为灰色，指示输出值的至少一个接近其对应极限值。这向用户或决策者给出关于项目执行仍然能够继续进行、但是接近风险区的信息。

图6b示出在运行项目的下一批工作步骤之后的相同的两个机柜。左侧的机柜变灰，因为新生成或更新的输出值的至少一个这时接近其极限值。颜色的这个颜色变化向例如监控最后续个工作步骤的执行的工程师给出有关于应当优化工作步骤的某个方面的帮助信息。这例如可以是工作步骤的参数或者所使用的公式。如果其中改进是不可能的，则机柜的颜色变化能够当作是使项目的外部输入值变化的可能必要请求的指示符。

图6b中右侧的机柜采用条纹样式来可视化，从而指示极限值的至少一个被新生成或更新的输出值超过。相应地，项目有风险，并且需要进行关于如何使项目执行重新恢复到安全区的判定。这个判定能够由推理引擎自动进行，或者推理引擎可处理所有可用项目信息，以便对人类操作员进行关于项目以及特别是其外部输入值或者其约束、例如时间或成本如何需要变化、以便能够再次保证项目的成功的建议。

图7与图6b的不同之处仅在于，右侧的机柜以其开启状态示出，从而示出两排控制输入/输出板(I/O板)。右边行采用条纹样式示出，以便阐明这是其中一个或多个极限值、例如I/O板的最大容许数量被超过的机柜的部分。这简化用于查找其中需要进行变更或调整、以便重新落入极限值范围中的项目部分的决策实例的任务。