CN113557485A - 使用计算机***之间的通信通过控制回路控制生产 - Google Patents

Abstract

计算机***(130、120、230)支持一种生产过程，其中第一子过程在生产现场处理化学物质，第二子过程在实验室现场分析化学物质的物理样品。过程控制***(120)提供第一类型数据(A)以识别物理样品，并且制造***(130)提供控制生产过程所需的第二类型数据(B)。连接器模块(105、205)将消息(150)中的数据(A、B)传输到实验室***(230)以获得实验室数据，作为分析结果。与实验室***(230)相关联的连接器模块(205)根据类型分配数据。控制信号模块(139)导出用于控制生产过程的控制信号(136/138)。该控制信号关闭用于调整第一子过程的控制回路，直到实验室数据显示合规为止。

Description

使用计算机***之间的通信通过控制回路控制生产

技术领域

一般而言，本公开涉及计算机***之间的通信，并且更具体地，其涉及与生产现场和实验室现场相关联的计算机***之间的通信，其中所述通信包括与从生产现场传递到实验室现场的物理样品相关的数据。

背景技术

在化学工业中，存在生产现场和实验室现场。双方均采用计算机***，两者之间的通信越来越多地采用计算机实现的通信。

然而，计算机不能对一切进行通信。生产现场的操作者采集材料(和/或产品)的物理样品并将样品传递到实验室现场。实验室分析样品并提供分析结果作为实验室数据。实验室数据包括测量数据以及元数据，元数据标识样品和采集样品的条件。然后，操作者可以使用实验室数据来控制生产过程，例如通过调整生产参数，使得产品最终符合预定义的规范。

计算机根据标准中列出的预定义约定相互交互。一个例子是IEC 62264系列“企业控制***集成”，第1部分：模型和术语(2013-05)，第2部分：企业控制***集成的对象和属性(2013-06)，第3部分：制造运营管理活动模型(2016-12)，第4部分：制造运营管理集成的对象和属性(2015-12)，以及更多部分。

根据这些标准，计算机***被分为多个级别。仅列举一些计算机***，第3级的制造执行***(MES)属于生产现场，控制生产或制造设备(如机器和化学反应器)的运行。在第2级有分布式控制***(DCS)和过程控制***(PCS)。第3级的实验室信息和管理***(LIMS)属于实验室，并协助跟踪样品和实验室数据。

还有其他***，例如企业资源规划(ERP)***(在第4级)，其向操作者提供关于生产(例如，材料的可用性)的指导并接收与制造有关的数据(例如，在生产过程中使用材料)。质量保证(QA)***(第4级)根据产品标准和/或产品规范聚合实验室数据，并得出合规或不合规声明。

应最小化在计算机***(和设备)之间的接口处涉及的人工操作者。在这里举个例子，物理样品由LIMS分配的样品识别号(“样品ID”)标识。样品ID印在附接在样品(或装载样品的容器)上的标签(或签条)上。这种方法减少了操作者可能引入的错误的可能性(例如，当物理样品到达实验室时不小心混淆了它们)。

然而，样品ID必须从LIMS(在实验室中)传送到标签打印机(在生产现场)。标签打印机可以与MES相关联，也可以是独立设备。也可能发生通信错误。

此外，由于技术***(即，生产和/或分析设备，以及计算机)确实偶尔会出现故障或显示出与预期和预定义操作的偏差，因此计算机***必须是稳健的并且在对这种情况和/或生产干扰作出反应时相对较快。再次仅举一个例子，如果特定设备出现故障，生产可能被中断。因此，取样也需要调整(例如，开始新的样品周期，忽略样品和样品相关数据)。由于此类调整可能涉及LIMS，因此必须将有关生产中断和恢复生产的信息传达给LIMS。

尽管标准化，但计算机到计算机的交互需要提前适应。例如，一个计算机***中的“样品”在另一个***中可能被编码为“探针”或“测试件”。需要在减少延迟时间、避免由于不同惯例和/或偶尔的人机交互引起的数据通信障碍以及降低通信参与者的复杂性方面使计算机实现的控制更高效。

US 2004/200574 A1(Davis等人)描述了一种用于半导体衬底的生产设施(或“晶片厂”)。该设施包括处理单元，例如蚀刻反应器和计量工具。由于无法从半导体晶片上取样，计量工具的位置靠近处理单元。***控制器同时作用于单元和工具。

WO 02/14965A2涉及制造执行***(MES)。该文档描述了一个适配器接口，即使标准化不足，它也允许MES和其他工具之间进行通信。

Norbert Spangler于Automatisierungstechnische Praxis 35，1993年11月发表的论文“Laborinformations-und Managementsysteme.Konzeption und Umsetzung einerUnternehmensstrategie”描述了为化工行业的大公司部署实验室信息和管理***(LIMS)的战略方法。

发明内容

计算机***支持具有在生产现场处理化学物质的第一子过程和在实验室现场分析化学物质的物理样品的第二子过程的生产过程。

过程控制***提供第一类型数据(A)来识别物理样品，并且制造***提供控制生产过程所需的第二类型数据(B)。连接器模块以消息形式将数据(A，B)传输到实验室***，以获得实验室数据，作为分析的结果。

此外，与实验室***相关联的连接器模块根据类型分配数据。控制信号模块导出用于控制生产过程的控制信号。该控制信号关闭控制回路，以便可以调整第一子过程，直到实验室数据显示合规为止。

根据本发明的实施例，计算机实现的方法为生产过程提供控制信号。生产过程具有第一子过程和第二子过程，生产单元通过第一子过程在生产现场处理化学物质，通过第二子过程在实验室现场由分析仪器分析化学物质的物理样品。

在生产现场有一个或多个计算机***——统称为生产***——例如一个或多个过程控制***和一个或多个制造***。实验室现场也有计算机***——统称为实验室***——例如一个或多个实验室数据***，以及可选的一个或多个仪器控制***。

该方法包括操作与一个或多个生产***相关联的第一连接器模块，以及操作与一个或多个实验室***相关联的第二连接器模块。连接器模块通信耦合以实现计算机***之间的通信。

第一类型数据(A)包括特定物理样品的标识符。标识符使生产***和实验室***能够访问与特定物理样品相关的数据(通过在两个***中作为参考)。第二类型数据(B)包括在物理样品已经被分析仪器分析的时间点之后导出控制信号以控制生产单元的操作所需的数据。

第一连接器模块从一个或多个过程控制***接收第一类型数据(A)并且从一个或多个制造***接收第二类型数据(B)。第一连接器模块用第一类型数据(A)和第二类型数据(B)组成消息。第一连接器模块将消息传输到第二连接器模块。第二连接器模块接收消息。第二连接器模块通过一个或多个实验室***向分析仪器发送第一类型数据(A)，使分析仪器对物理样品进行分析，并获得与样品相关的实验室数据。第二连接器模块向控制信号模块发送第二类型数据(B)。控制信号模块导出用于控制生产现场的生产单元的操作的控制信号。控制信号模块通过使用实验室数据和第二类型数据(B)来导出控制信号。

通常不需要第二类型数据(B)来执行分析，但是将其在消息中传输(与(A)一起)允许控制信号模块在不询问生产***的情况下导出控制信号。这种方法可以减少控制和使用控制回路所固有的整体延迟。由于传输数据比传递物理样品更快，因此分析仪器可以准备好在物理样品到达时立即开始分析，而不会出现明显延迟。

可选地，第一连接器模块根据ITU-T X.200(07/94)在开放***互连(OSI)层的应用层组成消息。可选地，第一连接器模块通过超文本传输协议安全(HTTPS)协议传输消息。

可选地，第一连接器模块通过使用具有拥有预定义字段的预定义数据结构的预定义模板来组成消息。可选地，第一连接器模块通过使用预定义模板来组成消息，通过预定义模板，预定义数据结构指示与生产单元相关的状态数据。

可选地，控制信号模块应用验证器功能，该验证器功能参考预定义的规范验证实验室数据并且导出控制信号作为验证控制信号，在符合预定义规范的情况下该验证控制信号指示生产单元继续处理化学物质，或在其他情况下中断处理。

可选地，控制信号模块应用校正器功能，该校正器功能参考预定义的规范而使用实验室数据和第二类型数据(B)，参考预定义的规范导出控制信号作为指示生产单元根据由校正控制信号传达的特定技术参数继续处理化学物质的校正控制信号。

可选地，控制信号模块通过第二连接器模块将控制信号传送到生产现场的制造***。

可选地，第二连接器模块在取样之前发送具有第一类型数据(A)的消息。此选项考虑到为物理样品分配标识，即样品ID，这是一项专门由属于实验室***的实验室数据***执行的活动。

可选地，控制信号模块在导出控制信号后，将其发送至生产现场的生产单元，从而闭合反馈回路。

一种计算机程序产品，当加载到计算机的存储器中并由计算机的至少一个处理器执行时，该计算机程序产品执行计算机实现的方法的步骤。

一种用于为生产过程提供控制信号的计算机***包括连接器模块并且包括控制信号模块。计算机***适于执行计算机实现的方法。

附图说明

图1示出了生产现场和实验室现场的概述；

图2示出了生产现场和实验室现场的概述，以及更多的计算机***；

图3示出了以下计算机***的概述：ERP***、QA***、制造***和实验室数据***；

图4示出了伴随从生产现场的生产***到实验室现场的实验室***的数据流的时间图；

图5示出了通过使用生产现场和实验室现场处的连接器模块来实现数据流；

图6示出了连接器模块在相反的通信方向上通信的实现方式；

图7示出了在生产现场控制生产单元的操作的方法的流程图；以及

图8示出了可以与这里描述的技术一起使用的通用计算机设备和通用移动计算机设备的示例。

具体实施方式

介绍

描述开始于生产现场和实验室现场以及计算机***的概述。概述显示了传统方法中可能出现的日益增加的复杂性以及其他限制和技术问题。然后描述将解释技术解决方案。有时，这些解决方案会使用协同效应。

写作约定

诸如“110-1/2/3”之类的引用是“110-1、110-2和110-3”的简称。水(WATER)或盐(SALT)等大写字母表示物质。计算机***可以通过交换消息来传送数据。可以按照上述标准(例如IEC 62264)中概述的格式对消息进行编码。为简单起见，描述中偶尔会使用伪代码示例，例如<time>...</time>指示表示时间点的数据(例如，年yyyy、月mm、日dd、小时hh和分钟mm)，如<sample ID>...</sample ID>指示样品ID等。伪代码示例类似于实现中使用的约定，其中包括XML(可扩展标记语言)和JSON(JavaScript对象表示法)。术语“样品”是指材料样品，即有限数量的物质。

术语“数据类型”根据数据的功能(标识样品、控制生产)区分数据。“样品数据”、“实验室数据”等术语根据不同计算机***之间的数据流进行区分。

图1示出了生产现场100(例如车间、工厂或制造设施)和实验室现场200的概述。该概述考虑了化学工业的细节并且示出了第一用例场景。

计算机***130与生产现场100相关联。为了简单起见，假设***130物理地位于生产现场100内，但这不是必需的。为方便起见，计算机***130可被视为制造计算机***，并可通过市售***实现，例如通过上述制造执行***(MES)之一。为简单起见，***130被称为“制造***”。

计算机***230与实验室现场200相关联。为了简单起见，假设***230位于实验室现场200，但这也不是必需的。为方便起见，计算机***230可以被视为“实验室数据***”(参见附图中的签条)，并且可以实现为市售***，例如通过实验室信息和管理***(LIMS)。

生产现场100包括生产单元110-1、110-2和110-3(统称为单元110)。仅举几个例子，生产单元可以是化学反应器(加热或冷却物质，让物质相互反应，混合物质，测量数量等)、储罐、包装机械、车辆等。生产单元110的操作由人类用户(以下称为“操作者”)监督。为简单起见，图中省略了操作者。

生产单元110可以以不同的模式运行，例如批量生产、流动生产或连续生产。

生产单元110允许操作者采集物理样品(或测试材料)。为此，操作者可以使用特殊工具(例如取样勺或取样杓)，操作者可以从设备的专用开口或以其他方式采集样品。为了使概述尽可能简单，生产单元110-1/2/3被图示为具有开口111-1/2/3，其允许操作者分别采集样品115-1/2/3。技术人员可以安排自动采集样品的实施方式。在图中，开口111-1/2/3仅表示来自特定生产单元110-1/2/3的样品的来源。假设在连续时间点t1、t2等处随时间采集多个样品。

实验室现场200包括分析仪器210(即，分析设备)。对于该概述示例，假设分析仪器210是具有光谱仪210-i(例如测量颜色和/或物质内组分的比率)、粘度计210-ii(测量粘度)和pH计210-iii的一组仪器或一系列仪器。流程(材料、样品、控制、数据)

在图中，箭头指示不同的流(并且至少隐含地指示设备件之间的物理连接)。

存在材料流(粗箭头)，这里进入生产单元110-1，从生产单元110-1到110-2，从110-2到110-3，进入生产单元110-3，以及作为来自生产单元110-3的材料流。简化后，生产现场100将材料加工成中间产品，并且生产现场100将中间产品加工成最终产品。可选地，也正在处理其他材料。运送最终产品(远离生产现场100)被认为是以符合预定义的规范和/或质量标准为条件的。有时，材料被称为物质，但这两个术语用作同义词。

材料流可以与在由生产单元110-1/2/3执行的过程之前、之中或之后发生的进一步过程相关。为了保持简化的示例，存在将材料运送到生产现场100的预处理，并且在许多情况下还有测试材料。或者，存在后处理(或后续处理)以将最终产品物理运输出生产现场。后处理可以包括准备活动。例如，一辆油罐车可以开到生产现场准备装载。

在该示例中，存在样品流，其中样品115-1/2/3分别采集自生产单元110-1/2/3，并被传递到分析仪器210(即，到实验室现场200)。T SAMPLE代表采集样品(从生产现场100的生产单元110)并将样品从生产现场100传递到实验室现场200的总持续时间。T SAMPLE可以特定于样品115-1/2/3。T SAMPLE不可忽视，不可缩短。然而，正如下面将要解释的，TSAMPLE的影响可以被最小化。

应注意的是，即使在所提及的预处理或后处理的执行期间也可以采集样品。材料样品(在输入端处)和最终产品样品(在输出端处)也可以送到实验室。

控制流指示控制信号(点划线)。该图将控制信号图示为从计算机***130到生产单元110-1的信号。图示已简化。控制信号可以从其他计算机***到达生产单元(参见图2中的过程控制***120，从***120/130经由图5中的参考135/137)。为简单起见，省略了进一步的控制信号。控制信号有很多功能，其中包括

·使得生产单元开始和/或停止运行，

·使得生产单元内的致动器运行(例如，打开或关闭阀门以允许或拒绝进出生产单元的材料刘，打开开口111-1/2/3，等等)，以及

·使得传感器将测量数据(例如，温度读数)传送到计算机***(例如，到***130)。

控制信号的示例是将在下面解释的校正控制信号136和验证控制信号138。控制信号136/138到达生产现场100(到达生产单元，仅由单元110-1示出)。

对生产现场100没有限制。可选地，控制信号136/138可以去往在预处理或后处理中有效的设备。例如，控制信号可以指示特定材料可以运输到现场100(预处理)，或者特定最终产品可以从现场100运送(后处理，例如通过已经到达的油罐车)。

在计算机***130和110之间存在数据流。制造***130将样品数据515发送到实验室数据***230。样品数据包括与样品有关的数据(例如样品ID和技术参数)。实验室数据***230将实验室数据570发送到制造***130。还有从分析仪器210(在实验室现场200内)到实验室数据***230的数据流，其具有测量数据550。数据流被理解为涉及计算机到计算机通信。但偶尔，分析仪器210的操作者仍可手动与实验室数据***230交互。为简单起见，图中没有使用进一步的指数1/2/3，但下面将解释属于特定样品和特定分析仪器等的特定数据示例。

从整体的角度来看，还有离开***的数据流：质量数据590指示产品的质量。更准确地说，质量数据590指示产品符合所概述的预定义标准是预定义规范或质量标准。期望质量数据590在一处变得可用。图1将这一位置图示为右上角的计算机(此处：实验室数据***)。

注意，数据515、570、550、590可以包括具有两种类型的数据：第一类型数据(A)和第二类型数据(B)。简而言之并在下文详述，样品数据515不仅包括样品ID(第一类型数据(A))，而且包括导出控制信号(以控制生产)所需的数据(第二类型数据(B))。其他数据流也可以包括(A)和(B)。

仍参考图1并使用大写字母表示物质，以具有互连反应器链(即生产单元110-1/2/3)的示例的方式介绍第一个生产示例。

·在第一处理步骤中，第一反应器110-1应将特定的盐1混合到水2中以得到溶液3(作为中间产物)。

·在第二处理步骤中，第二反应器110-2应该将溶液3加热到特定范围内的温度，以使得发生特定的化学反应。加热的溶液4也是中间产物。

·在第三处理步骤中，第二反应器110-3应添加颜色5，以便最终产物是有色溶液6。

计算机***130通过转发控制信号来控制反应器，例如填充水(通过阀)、缩放特定量的盐和颜色、将反应器110-2加热到特定温度，等等。箭头从***130到生产单元110-1(即反应器)是双向的，因此象征着信号在另一个方向上也到达***130(例如，携带来自传感器的测量结果的信号)。

在生产过程中的某些时间点，可以采集物理样品(或样本)并将其物理带到实验室现场，以获得以下：

·水质数据(例如，鉴于阈值的细菌数量)

·溶液质量数据(例如，溶解在水中的盐分比例、pH值)

·有色溶液质量数据(例如颜色)

本领域技术人员理解相应地使用分析仪器210。无需分析每个样品的所有内容。例如，在添加颜色之前不使用光谱仪210-i。样品115-1/2/3到分析仪器210-1/2/3的分配可以在矩阵中预先定义。分配信息可以在数据流中传达，或者预定义的分配信息可以存储在实验室数据***230中。

本领域技术人员可以应用触发器，以便在符合预定义条件时采集样品。例如，当盐和水已经混合了最短持续时间T MIX(例如，T MIX＝30分钟)时(从反应器110-1)采集样品115-1，并且当反应器110-2内的温度达到预定值时采集样品115-2。

应注意，关于条件的数据(例如，实际混合持续时间25分钟或35分钟)也可以作为样品数据515传送(由控制信号模块139处理，参见图5)。

实验室数据的双重用途

制造商(即，操作者)有两个相互关联的目标：

·成为控制生产的目标，以适应生产过程中的技术偏差(技术参数的偏差，例如有关生产单元的参数、材料参数、时间参数等)，以及

·作为QA目标，运送不偏离预定义规范的产品。

控制目标主要影响生产现场内部，QA目标主要影响离开生产现场的产品。现在从实验室数据570的两个角度讨论这两个目标。将表明实验室数据具有双重用途。

控制回路以适应生产过程中的技术偏差

制造商(在该示例中为反应器的操作者)的第一视角是要确保即使在生产过程中出现偏差，有色溶液也符合预定义的规范。实验室现场提供实验室数据(例如，通过***130给操作者)，并且实验室数据允许确定合规或不合规(参见质量数据590的概念)。

在该示例中，假设仅当样品115-2通过合规测试(例如，预定义的粘度、水/盐比等)时，反应器110-2才将溶液传送到反应器110-3。在示例中，此方法可防止将颜色添加到不合规的溶液中。第一视角涉及可以在操作期间控制的特定生产步骤(此处为反应器)。修正是可能的。例如，如果特定分析揭示了不适当的盐/水比率，则可以通过添加盐或根据情况添加水来纠正这一点。或者，如果反应器110-3(光谱仪210-i)内有色物质不足，则可以添加颜色。

并非所有偏差都可以被校正，但是可以检测到不可校正的偏差，从而控制导致取消生产。例如，高于预定义阈值的比率可能导致取消(生产)。

在这个意义上，实验室200可以被认为是控制回路或反馈回路的一部分。实验室提供的测量数据可用于计算致动器的操作(例如，反应器中的阀门以添加水、盐、颜色等)，以便可以达到预先定义的设定点(例如，盐/水比、颜色等)。

总结这个视角：实验室数据570可用于控制产品的生产。

在最广泛的视野上，控制回路跨越***边界：该回路涉及制造***130(生产现场)和实验室数据***230(实验室现场)。

质量保证

存在(制造商的)第二视角以仅当预定义的分析步骤(在实验室中)表明合规时，允许运送产品(例如，有色溶液)。例如，在将溶液传送到反应器110-2之前，盐/水比(样品115-1)必须在公差带内。加热的溶液的粘度必须在公差带内，等等。正在聚合个体分析数据(在检查规范中的合规点的意义上)。这并不排除保留有关生产过程中发生的各种盐/水比率等的记录的选项。

该(第二)视角可以被视为通过质量数据590增强产品(例如，有色溶液)的质量保证QA。

质量数据590与产品(正在运送，或最终未运送)相关。本领域技术人员(数据绑定)可以添加元数据。质量数据590可以具有不同的形式，范围从合规/不合规声明到(自动生成的)文档。但是质量数据590描述了一个技术***(例如，生产单元和计算机)。

本领域技术人员可以使用技术措施来确保文档的完整性、真实性等。在图1的示例中，质量保证QA可以由实验室数据***230提供。然而，它可以由另外的计算机***提供，如下所述。

总结这个视角：实验室数据570也可以用于确保产品的合规性(具有预定义的规范)。

约束

满足这两个目标需要收集实验室数据570并处理成控制信号136/138，以及需要被处理成质量数据590的实验室数据570。控制信号控制生产单元。在该示例中，生产单元是反应器，控制信号让反应器阀门持续特定的持续时间。简言之，实验室数据570被聚合为质量数据570。

控制回路固有地表现出延迟T DELAY。在这种情况下，T DELAY包括(至少)样品传递时间T SAMPLE、分析样品并获得实验室数据的时间TANALYSIS、计算校正控制信号136(通过使用实验室数据)的时间T CALC以及将控制信号传送到特定生产单元所需的时间TSIGNAL。这4个时间段连续发生，T DELAY可以估计为T DELAY>＝T SAMPLE+T ANALYSIS+TCALC+T SIGNAL。

如前所述，T SAMPLE不能缩短。将样品传递到实验室伴随着通过消息传输数据(并行)，如结合图5-6所解释的。由于传输数据本质上比移动物理样品更快，因此可以忽略数据传输时间。

可以缩短T ANALYSIS(参见图4)。T CALC可以通过提前收集数据来缩短(参见图5-6，其中数据(B)在不需要的时间点进行传送)。当特定生产单元由控制信号识别时(例如，在寻址报头中)和/或如果控制信号的路由被优化，则T SIGNAL可以被缩短，类似于T CALC。将消息作为推送消息转发进一步减少了T SIGNAL。信号传播时间(作用于T SIGNAL)可以忽略不计。

如将解释的，并非在所有情况下都需要计算校正控制信号136(即，TCALC＝0)。

不正确地传送实验室数据570阻止有效地控制生产(通过信号136/138)，并阻止质量保证文件的正确性(参见质量数据590)。

进一步的复杂性

此外，制造并不像图1中解释的那样容易。正如将要解释的，更多的计算机***提供和消费更多的数据(参见图2，发送数据和接收数据)。扩大生产规模通常可能涉及操作带有制造***的另外的生产现场和/或带有实验室***的另外的实验室。预计该***是不同的(参见图3)。

鉴于以上给出的关于生产单元(例如，反应器、罐、车辆)的解释，另外的制造现场可以是参与预处理和后处理的设备。例如，可以控制将盐和水输送到生产现场100，就好像输送设备(例如，储存、车辆)是生产单元一样。如果盐样品或水样品表明不符合特定质量标准，则可以相应地控制制造现场100内的进一步加工(例如，改变配方，停止生产)。此外，如果需要，可以防止有色溶液的运送。

还有计时的一个方面：控制信号还可以触发与前处理和后处理相关的活动。例如，这样的活动将是有足够的SALT存储，或者让运输车辆(例如，油罐车)在适当的时间(即，在生产完成之前)到达生产现场100。计时可能与质量保证QA相关。例如，如果车辆在生产期间到达(例如，有色溶液尚未准备好)并且QA拒绝发货，则车辆将空车返回。

另外的计算机***

图2示出了具有另外的计算机***的生产现场100和实验室现场200的概述。图2重复示出制造***130和实验室数据***230(均在级别3)，但也示出处于级别4(以上)和级别2(以下)的***。

制造***130与企业资源规划(ERP)***140(级别4)通信，并且实验室数据***230与质量保证(QA)***240(级别4)通信。

简化的，ERP***140具有多个功能。在这种情况下，EPR***140通过接收材料和运送产品来确保生产现场100(参见图1，及其生产单元)运行。QA***240提供QA功能。存在关注点分离：实验室数据***230专门提供实验室数据(即，与样品有关的测量数据，加上上面介绍的元数据)，而QA***240专门用于汇总实验室数据、质量文档或诸如此类，如上所述。***230和240两者可以在物理上一起实现。

设想QA***240向ERP***140发送合规声明。因此ERP***140可以触发运送(或阻止运送)。但至少上面提到的收集和传输质量数据的约束仍然存在。合规声明指示已经生产了产品的技术***(例如，与计算机结合的生产单元)的状态。

可选地，制造***130还与过程控制***(PCS)120(级别2)通信。***120可以是具有与生产单元110相关联的控制器的分布式控制***(DCS)。控制信号(例如，打开或关闭阀门，或传送测量值)也可以通过PCS120。

可选地，实验室数据***230还与仪器控制***220通信。***220可以是具有与分析仪器210相关联的控制器的分布式控制***(DCS)。分析仪器210可以由具有操作***、固件、运行分析的软件等的计算机来控制。分析仪器210的计算机可以属于仪器控制***220。仪器控制***220的主要功能是将测量值从分析仪器210传送到实验室数据***230。

应注意，***之间的数据流符合IEC-62264-级别约定。

图2介绍分类，通过分类，制造***130和过程控制***120属于(一个或多个)生产***101，并且通过分类，实验室数据***230和仪器控制***220属于(一个或多个)实验室***202。

虽然生产***101通常被设计用于控制生产(参见第一视角)，但实验室***201通常被设计用于获得实验室数据。跨***的不同数据约定也是约束。

图3示出了计算机***的概述：ERP***140、QA***240、制造***130-1、130-2、130-3和实验室数据***230-1、230-2和230-3。

通过添加另外的反应器，对第一生产实施例稍作修改。图1示出了生产现场100中的第一组反应器110-1、110-2和110-3，而图2只是符号化在另外的地点的另外的反应器。更为简化而言，生产现场100-1与制造***130-1相关联，生产现场100-2与制造***130-2相关联，生产现场100-3与制造***130-3相关联。

为了避免对于高效控制生产而言太长的样品传递时间T SAMPLE，生产现场100-1/2/3可以拥有他们自己的实验室200-1/2/3和他们自己的实验室数据***230-1/2/3。或者，一个实验室可以服务于多个生产现场。除此之外，实验室还可以配备有不同的分析仪器。例如，可能只有一个实验室拥有光谱仪210-i。因此，一个物理样品(或样品的一部分)必须从一个实验室传递到另一个实验室。此外，实验室可能具有使用不同数据约定的实验室数据***(和/或过程控制***)。

在这样的约束下，客户应该订购了这样数量的有色溶液，该数量只能由图3的生产现场(即3套3个反应器，3个制造***)生产(在从下订单到发货的预定时间段内，生产单元的技术限制)。客户应该与特定的客户计算机***(例如，与ERP***140交互的***)相关联。ERP***140与制造***130-1、130-2和130-3通信，使得有色溶液的生产在所有反应器之间共享。据了解，不同的现场由不同的人工操作者操作。

关于质量保证QA(第二视角)，实验室应该发送与订单相关的实验室数据570(参见图1)，以便当所有3个现场都已经完成生产时可以发布质量数据590(参见图1)。尽管拆分生产，但产品必须符合相同的技术规范。

制造***130和实验室数据***230之间的通信可以由诸如路由器、交换机等的通信工具160支持。本领域技术人员能够实施它们。

值得注意的是，图3在未示出过程控制***(参见图2中的***120和220)的意义上被简化。

尽管简化了，但附图显示了数据交换中的复杂性和潜在约束。

针对约束的解决方案：抽象和组合

图4示出了伴随数据流的时间图，从生产现场100(或多个现场)处的生产***101之一到实验室200(或多个实验室)处的实验室***201之一，从而示出了抽象和组合的概念。时间从左到右前进。在这一点上，描述不区分特定***。生产***101可以是制造***130和/或过程控制***120；实验室***201可以是实验室数据***230和/或仪器控制***220。

为了解决不同数据约定的约束，***之间的通信使用抽象：传输数据包括将数据从(传输计算机***的)***特定格式编码为***非特定格式，以及接收数据包括从***非特定格式解码为(接收计算机***的)***特定格式。

图4通过给出由不同计算机***(例如制造***130-1/2/3)使用来识别特定样品的(虚构的)描述符“Probe Nr.”、“sample#”和“item ID”的示例来符号化这一点。这些描述符显示***特定的格式。编码为***非特定格式，这里用“<sample ID>”表示。

可选地，存在解码，但为了便于解释，假设“<sample ID>”是所有实验室数据***230-1/2/3都能理解的***非特定格式，即使他们是不同的。在另一外的示例中，***特定的描述符“罐内容(tank content)”和“体积(vol.)”被概括(即抽象)为“<volume>”。

编码和解码可以通过映射表等来实现。

为了解决实验室数据的双重目的，数据以两种数据类型组合进行通信。在实验室数据570(参见图1)变得可用之前进行组合。

第一类型数据(或第一类型的数据)是用于均属于生产***101(即，制造***130，以及可选的过程控制***120)的***和用于属于实验室***201(即，实验室数据***230，以及可选的仪器控制***220)的计算机的参考数据。第一类型数据(A)包括特定物理样品115的标识符。第一类型数据(A)使***能够访问与特定物理样品115相关的数据。要访问的数据可以是属于不同数据流的数据，例如样品数据515、实验室数据570和测量数据550。

在图4的示例中，第一类型数据(A)包括<sample ID>(从T SAMPLE的开端就知道)并且指的是该特定样品的实验室数据。当<sample ID>可用时，不需要要访问的数据可用。在该示例中，<sample ID>所指的数据由<ratio>(代表物质的比率)进行符号化，该数据在执行分析时变得可用。

因为质量数据590是聚合的结果，所以不需要特定物理样品的识别，因此质量数据590不一定包括第一类型数据(A)。

将第一类型数据(A)说明为<样品ID>便于示出。然而，可以以其他方式识别样品。属于生产***101并且请求实验室数据***230分配<sample ID>的计算机发送具有诸如特定生产单元、特定批次、特定时间等的标识的数据的请求。这样的数据也被认为是第一类型数据(A)。

第二类型数据(B)包括在样品已经被分析的情况下控制控制回路(包括取样的回路)中的生产所需的数据。在图4的示例中，第二类型数据(B)包括从样品中获取的物质体积的表示：<volume>。该体积与第一类型数据(A)一起传送到实验室。假设可以通过使用<volume>和<ratio>的函数来计算校正控制信号136，其中该函数返回关于要添加的物质(例如，添加特定量的特定物质)的数值。

如本文所用，<volume>是技术参数的示例，例如以下：特定生产单元(和/或组件)的标识、批次ID、样品开口的位置等。

从数据量的视点来看，传达对于特定目的不需要的第二类型数据(B)似乎是矛盾的(例如，为了进行分析，实验室数据***不需要用于体积的数据)。然而，从提供校正控制信号136的视点来看(即使在相对较短的TCALC中)，将第二类型数据(B)与第一类型数据(A)一起转发可以加快过程，减少T DELAY，从而加快生产速度(生产现场100)。

数据类型的相互关联

编码/解码(通过抽象)适用于(A)和(B)。此外，编码/解码使区分两种类型变得容易。

第一类型数据(A)关联于第二类型数据(B)。在示例中，<sample ID>关联于<volume>，并且<sample ID>和<volume>两者一起传送。

协同效应

相同的数据可以包括-作为第二类型数据(B)-用于控制生产的数据(参见第一视角控制回路)，第一类型数据(A)可以用于加速控制(即减少TDELAY)。

该方法显示出协同效应。首先，当数据通过实验室数据***230(或多个***)时，可以在时间t1、t2等内收集类型(A)和(B)的数据。它可以用于聚合(参见第二视角)。无需重新收集数据(例如，通过QA***向MES***询问质量数据590中的文档所需的数据)。由于相同的数据包括-作为第二类型数据(B)-用于控制生产的数据(参见第一视角控制回路)，该数据可用于加速控制(即减少T CALC，因为在控制信号模块139实际需要数据之前，数据收集已完成)。

连接器模块

图5示出了通过连接器模块105(在生产现场)和连接器模块205(在实验室现场)实现抽象和组合的概念的实现方式。连接器模块105/205可以被视为生产***101和实验室***201之间的中间件。

该图还示出了另外的计算机模块：校正器135接收实验室数据、第一类型数据(A)和第二类型数据(B)并且可以计算校正控制信号136。验证器137接收相同的数据并且可以计算验证控制信号138。两个信号之间的区别在于功能：校正控制信号136指示生产单元110(可选地通过***130/120)根据由信号传达的特定技术参数继续生产，并且验证控制信号138指示生产单元110继续生产(即处理化学物质)，或中断生产，视情况而定。这种功能区分方便说明，可以修改实现方式。例如，用于纠正的指令意味着用于继续的指令。

校正器135和/或验证器137可以被实施为实验室数据***230的一部分和/或制造***130的一部分，或者作为单独的实体。

连接器模块105从过程控制***120接收第一类型数据(A)并从制造***130接收第二类型数据(B)。数据源之间的这种区别是方便的，但不是必需的。注意，***被分类为不同的IEC-62264级别，但是连接器模块105可以访问来自两个***(并因此来自不同级别的***)的数据。连接器模块105/205执行抽象和组合(如图4和下面要解释的进一步示例)。本领域技术人员可以将连接器模块通信地连接到***。

连接器模块105将具有第一类型数据(A)和第二类型数据(B)的消息150(或数据包)传输到连接器模块205。消息150-t1/t2/t3简单地指示消息的后续传输。

如果需要(取决于数据约定)，连接器模块205执行去抽象(即转换、解码为实验室***特定格式)，并且连接器模块205将数据进行拆分，其中第一类型数据(A)进入实验室数据***230(如果可用，也进入仪器控制***220)，第二类型数据(B)进入校正器135和/或验证器。校正器135是一个计算机模块，它通过使用实验室数据和来自生产过程的数据来计算控制信号。

校正器135将校正控制信号136转发到生产现场(即到制造***130，以及任选地到过程控制***120)。

连接器模块是具有计算机指令的计算机模块。它们在哪台物理计算机上执行并不重要。例如，连接器模块105/205可以由安装在生产现场处和实验室现场处的计算机实现。也可以通过单个计算机实现两个连接器模块。此外，随着使用远程计算机(“云计算”)的趋势，计算机(用于连接器模块)可能相对于生产现场和/或实验室是远程的。

作为旁注，***130/230、140/240也可以在远程计算机(不是本地)上实现。

虽然图5显示了从左到右的数据流，从生产现场到实验室，但是连接器模块可以任选地以反向操作(从实验室到生产现场)。图2给出了反向的说明。

使用第一类型数据(A)和第二类型数据(B)发送数据(在消息中)、计算控制信号和应用校正(到生产单元110)的所描述的方法对应于控制回路(如上所述)。

没有必要在所有消息中传达(A)和(B)，一些消息可以仅是(A)，一些仅是(B)。

连接器模块的数量可以对应于不同计算机***的数量。例如，在3个不同的制造***的情况下，可以有3个连接器模块。可以对***使用的数据约定采用抽象(即限制复杂性)(例如，最终将“项目ID”映射到“样品ID”，但不映射“探针编号”)。

场景1

在简化的用例场景中，该描述说明了用于测量盐/水比并对与预定比的偏差作出反应的样品的协同效应。纠正动作将是配方更改。

实验室数据***230关于特定处理步骤而分配样品ID(例如，反应器110-1中的第一步，混合盐和水并将样品ID(作为数据<sample ID>)转发到制造***130(MES，图6反方向，数据(A)))相关的样品ID。在分配时，尚未采集物理样品，但两个现场的***(在此示例中，至少是实验室数据***230和制造***130)可以识别与特定样品相关的数据。

一旦操作者已经采集了物理样品(例如，在tl的样品115-1)，消息150就进入实验室数据***230。消息150由连接器模块105组成并且包含具有第一类型数据(A)的块：样品ID<sample ID>1234567</sample ID>和时间戳<time>2019 02 02 15.00</time>。该消息还包含具有关于反应器中水的体积的第二类型数据(B)数据的块<volume>1000</volume>。体积数据与分析无关。反应器中装有1000升(如示例中所示)还是100升并不重要。盐/水比是相同的。

连接器模块205接收消息150并且区分第一类型数据(A)和第二类型数据(B)。当实验室数据***230接收(A)时，连接器模块105和205之间的消息的传播延迟应该被忽略，它加上T SAMPLE(例如，2小时)并且确定(物理样品的)到达时间在17:00小时。实验室数据***230相应地向分析仪器210发送控制信号(例如，如果需要，对其进行加热、校准等)。样品仍在运往实验室途中的提前通知可以缩短T ANALYSIS，参见图4(与未准备好的仪器相比)。

在大约17:00时-确切时间无关紧要-分析仪器210(参见图1)开始测量(例如，光谱仪210-i)并完成测量。

在大约18:00小时-T ANALYSIS小于小时-实验室数据***230已接收测量数据550(来自分析仪器)，并提供实验室数据：

换句话说，实验室数据570不仅包括测量数据而且还包括关于体积的数据。

实验室数据***230将实验室数据570发送到校正器135，校正器135确定比率太小(不符合0.002的规格)并且确定(使用体积)要添加的额外量的盐。校正器135然后将校正控制信号136发送到反应器110-1(参见图5，到***130，进一步到***120，进一步到反应器110-1)。信号136指示反应器110.1接收特定量的盐。

图6示出了连接器模块105和205在相反的通信方向上操作的实现方式。图6类似于图5，但显示了从实验室到生产现场的数据流箭头。消息250从连接器模块205到连接器模块105。

连接器模块的实施方式

留在图5-6，连接器模块105/205根据标准ITU-T X.200(07/94)在开放***互连(OSI)层的应用层传输消息150/250。

连接器模块105/205可以在PUSH模式下彼此通信：连接器模块105通过发送来发起消息150的通信，并且连接器模块205通过发送来发起消息250的通信。连接器模块205是消息150的被动接收器，而连接器模块105是消息250的被动接收器。通信耦合到连接器模块的计算机***也接收消息，不一定采用相同的格式(由于编码/解码)，但他们接收内容(即数据(A)(B))。

在PUSH模式中，接收模块(即连接器模块105或205，视情况而定)触发计算机***立即开始活动，和/或单独执行活动。例如，此类活动可以是：

·通过计算机***或连接器模块的接口通知操作者消息已到达(可选地作为警报，让操作者无延迟地作出反应)；

·向生产单元110转发控制信号(如果在消息250中传达，则参见信号136/138)；以及

·更改计算机***中的状态变量(例如，让***准备仪器，让***使生产单元做某事情，等等)。

在实现方式中，连接器模块105/205可以被实现为针对主机计算机***的插件(有时称为“附加件”)。例如，连接器模块105可以被实现为制造***130(或可选地，过程控制***120)的插件，并且连接器模块205可以被实现为实验室数据***230的插件。

本领域技术人员还可以通过分离的计算机***来实现任何连接器模块105/205。

看消息150/250，它们可以由预定义的模板组成，具有预定义的数据结构和预定义的字段，其中：“Production_Event”和“Sample_on_demand”、“Unplanned_sample”

模板可用于频繁或典型发生的情况。

为了保持模板的数量相对较少，可以对状态信息进行编码。状态信息可以与生产单元110、过程控制***120等有关。

另外的计算机设备(在现场100和200)

为了提供与操作者(生产现场100和/或实验室200)的交互，连接器模块105/205可以与各种信息技术(IT)设备通信。留在上面提到的OSI应用层很方便。例如，该设备包括以下：

·由运营商在一个现场携带的移动设备(“智能手机”)，具有用户界面，以传达细节，例如与采集样品相关的细节(第一类型数据(A)，将事件传达给连接器模块105(例如，样品实际上被采集过，时间戳<time>等)

·扫描仪(从条形码、二维码中读取)

·打印机(将样品ID打印到标签上以便将其附加到样品上)

·通过增强现实技术与操作者交互的界面(例如在与生产单位的交互中)。

使用这些和其他计算机可以减少T DELAY，尤其是在其组成部分TSAMPLE和TSIGNAL中。所提到的设备可以帮助操作者采集样品(减少T SAMPLE)并与生产现场100处的生产***101交互(参见图2，减少TSIGNAL)。

另外的计算机设备(现场100和200之间)

这些图省略了在应用层以下的层中参与数据通信的IT设备(参见OSI模型)。这种设备在本领域中是众所周知的。然而，在本公开的上下文中，一些设备可以响应在连接器模块105和205之间交换的消息150/250。这在采用多个***的场景中变得尤其相关(参见图3)。

通常，可以根据在消息中编码的第一类型数据(A)和/或第二类型数据(B)在连接器模块105/205已经传输消息150/250的时间点对消息150/250进行路由。

举例来说，连接器模块105可以在不知道接收消息的特定实验室数据***的情况下组成消息105(参见图6)。通信工具160(参见图3)可以被实现为可以读取消息105(即在OSI模型的应用层中)并且可以基于(A)或(B)识别什么实验室***是接收***的代理。这与传统的在较低OSI层的路由(例如，在网络层使用IP协议)不同。

当连接器模块205已经发送消息250(参见图6)时，选择接收连接器模块(即，生产现场100处的接收***)对于代理也是可能的。

这种方法可以固有地增加处理时间(例如，到T CALC，到T SIGNAL)，但是可以减少计算机到计算机交互以通过较低OSI层(例如，OSI中的IP4)的地址来识别接收计算机的数量。

在这个意义上，消息150/250中的数据被使用——类似于在控制信号模块139中——来控制通信、数据流。换句话说，由于至少一些消息包括用于控制生产的第二类型数据(B)，因此也可以使用第二类型数据(B)来优化消息传递。

计算机实现的方法

图7示出了在生产现场100控制生产单元110的操作的方法400的流程图。更详细地，方法400是用于提供用于生产过程的控制信号136/138(参见图5)的计算机实施的方法。生产过程具有第一子过程，通过该第一子过程生产单元110在生产现场100处处理化学物质(例如，如结合图1所解释的)。生产过程具有第二子过程，通过该第二子过程由分析仪器210在实验室现场200处分析化学物质的物理样品。根据方法400，第一连接器模块105和第二连接器模块205正在运行。模块105/205使能生产***101(即，在生产现场的计算机***，如图2所示)和实验室***201(即，在实验室现场的计算机***)之间的通信。

第一连接器模块105接收410来自生产现场100处的过程控制***120第一类型数据(A)和来自同样在生产现场(100)处的制造***130的第二类型数据(B)。如上所述，第一类型数据(A)包括特定物理样品115的标识符，其中该标识符使生产***101和实验室***201能够访问与特定物理样品115相关的数据。第二类型数据(B)包括导出控制信号136/138以控制生产单元110的操作所需的数据。该控制适用于特定物理样品115已经由分析仪器110分析的时间点。

第一连接器模块105用第一类型数据(A)和第二类型数据(B)组成420消息150。

第一连接器模块105向第二连接器模块205传输430消息150。

第二连接器模块205接收440消息150。

第二连接器模块205通过实验室现场200处的计算机***(至少一个)向分析仪器210发送450个第一类型数据(A)。由此，使分析仪器210分析物理样品115并获得实验室数据570。

第二连接器模块205向控制信号模块139(参见图5)发送460第二类型数据(B)。

控制信号模块139导出470控制信号136/138，用于控制生产现场100处的生产单元110的操作。

可选地，第一连接器模块105通过根据ITU-T X.200(07/94)在开放***互连(OSI)层的应用层处组成消息150来执行组成步骤420。

可选地，第一连接器模块105通过经由HTTPS协议传输消息150来执行传输步骤430。

可选地，连接器模块105通过使用具有拥有预定义字段的预定义数据结构的预定义模板来执行组成步骤420。

可选地，第一连接器模块105通过使用预定义模板来执行组成步骤420，通过该预定义模板，预定义数据结构指示与生产单元110相关的状态数据。

可选地，控制信号模块139应用验证器功能137(参见图5)，其参考预定义规范验证实验室数据570并且导出控制信号138作为验证控制信号138，验证控制信号138指示生产单元110在符合预定义规范的情况下继续处理化学物质或在其他情况下中断处理。可选地，控制信号模块139应用参考预定义规范使用实验室数据570和第二类型数据(B)的校正器功能135。校正器功能135导出控制信号作为校正控制信号136，校正控制信号136指示生产单元110根据由校正控制信号136传达的特定技术参数继续处理化学物质。

可选地，控制信号模块139经由第二连接器模块205将控制信号136/138传送到生产现场100处的制造***130。

可选地，在获取物理样品115之前，第二连接器模块205经由第一连接器模块105发送具有第一类型数据(A)的消息250。

可选地，在导出控制信号136/138之后，控制信号模块139将其发送到生产现场100处的生产单元110。

计算机程序

图7还图示了计算机程序或计算机程序产品。计算机程序产品，当被加载到计算机的存储器中并由计算机的至少一个处理器执行时，执行计算机实现的方法的步骤。因此，换句话说，图7中的块示出了该方法可以在程序的控制下由计算机(或由多台计算机)实现。

***

回到图5，粗体示出的组件可以被认为是用于为生产过程提供控制信号136、138的控制***105/205/139。如前所述，生产过程具有第一子过程和第二子过程。控制***105/205/139包括连接器模块105和205以及控制信号模块139。

连接器模块105适于接收410来自生产现场100处的过程控制***120的第一类型数据(A)和来自生产现场100处的制造***130的第二类型数据(B)，具有上述数据的功能。连接器模块105还适于用第一和第二类型数据(A)(B)组成420消息150并将430消息150传输到连接器模块205。

连接器模块205适于接收440消息150并通过实验室现场200处的计算机***201、230、220中的至少一个向分析仪器210发送450第一类型数据(A)，使其分析物理样品115并获得实验室数据570。连接器模块205还适于向控制信号模块139发送460第二类型数据(B)。控制信号模块139适于导出470控制信号136/138(通过使用实验室数据，第二类型数据(B))，用于控制生产现场100处的生产单元110的操作。

进一步的用例场景

该描述现在通过解释化学工业中的进一步用例示例来解释使用抽象和组合的优点。

场景2

继续该示例，实验室数据***230可以执行测试计划(或取样计划)并且可以为特定处理步骤(例如，反应器110-1中的第一步，混合盐和水)分配另外的样品ID并且可以将另外的样品ID也转发到制造***130(反向)。换言之，另外的样品ID可以用作操作者采集另外的样品115-1-t2、115-1-t3等的通知。

实验室数据***230使用连接器模块205在一个或多个消息250中将样品ID作为数据(A)传输。可以有多个消息250，每个消息具有一个样品ID，或者可以有单个消息，其具有多个样品ID。

仅传送样品ID是一种方便的简化，但是消息250可以包括另外的数据。需要注意的是，可以考虑特定的处理要求，例如上述的工艺参数T MIX。在这种情况下，实验室数据***可以在T MIX结束时传输样品ID(即，通知)。

假设采集另外的样品(在t2＝19:00时)并且消息150-t2将被传输(从连接器模块105经由连接器模块205到***230)。

分析将产生以下数据(参见图4)：

接收该数据的验证器137确定合规性(可选地根据规则执行合理性检查)将验证控制信号138发送到反应器110-1以将溶液传递到反应器110-2。同样，该控制信号来自实验室数据。虽然在这个示例中，不需要提供校正控制信号136，也不需要处理体积指示(数据(B))。然而，第二类型数据(B)已准备就绪且可用，并且在不符合的情况下，数据(B)可以立即用于计算校正控制信号136。

场景3

观察生产现场100，过程控制***120向制造***130发送信号(具有测量数据等)。***130确定生产正在开始。***130使用连接器模块105相应地通知该实验室数据***230。在该示例中，消息150是根据Production_Event模板(为简单起见省略</..>，逗号代替换行符)组成的：<production-start>，<time>，<unit>，<status>，<material>、<volume>、<sample ID>

使用来自***130的数据，连接器模块105将消息150组成为：

作为第一类型数据(A)的样品ID尚不知道，但作为占位符给出。这同样适用于作为第二类型数据(B)的<volume>。因此，实验室数据***230在“开始模式”下应用测试计划并在取样之间以相对较短的间隔(t1至t2至t3等)分配相对大量的样品ID。

接下来，样品到达，伴随着消息150-t1/t2/t3等。消息正在更新，消息150-t2如下例所示：

校正器135和/或验证器137相应地提供控制信号136/138直到生产稳定为止(根据预定义的标准，例如关于盐/水比)。稳定性再次被传送(消息150，Production_Event)到实验室数据***230。作为结果，实验室数据***230将测试计划改变为“正常模式”(每次取样较少)。

在生产过程中发生不期望事件的情况下，连接器模块交换消息，最终再次将测试计划更改为“启动模式”或“失真模式”(生产过程不按计划进行)。

场景4

在场景3的变体(生产开始)中，也可以检测生产过程的结束。接收消息(例如，<production ended>)的实验室数据***230停止创建样品ID(针对特定产品)并且在已经接收并分析最后一个样品之后，将实验室数据转发到QA***。

在这方面，使用第二类型数据(B)是有利的。第二类型数据(B)可以包括关于材料消耗的细节(例如，反应器110-1使用的水的体积)和产品细节(例如，反应器110-3的输出处的有色溶液的值)。实验室数据***230和QA***240可以使用该数据来评估生产并允许(或拒绝)装运。也可以相应地对产品进行分类，例如分为一类产品和二类产品。

场景5

假设操作者(生产现场100)检测到与预定义的计划的偏差(例如，反应器110-2过热)，他与制造***130交互以触发异常样品130-2。***130通知连接器模块105。(预期操作者可以直接与连接器模块105交互)。连接器105使用采样信息模板，其中字段<ProvideProposal>＝YES。实验室数据***230返回(经由消息250)对用于检查样品的可能方法的选择(即通过分析仪器、光谱仪和/或粘度计)。参考图1，这将是对不同的反应器110-2处的开口111-2和反应器110-3处的开口111-3(即对于样品130-3)的指示。操作者选择一个或多个选项。下一条消息(消息150)相应地通知实验室数据***230。假设操作者选择了两个选项，实验室数据***230将经由连接器105/205返回消息250以将样品ID发送到制造***130。

根据上述测试计划之一而采集样品可能是不够的，尤其是当生产偏离计划(由***130给出)时。操作者可以与连接器模块105交互以要求新的样品ID。根据预定义的模板(例如，“sample_on_demand”或“unplanned_sample”)，连接器模块105可以从操作单元收集参数。参数可以包括关于单元(单元运行或单元停止)的状态信息、关于单元的测量值(<unit>标识单元，<temperature>作为测量值)，关于生产(<batch>将该数据链接到ERP***中的数据，<material>或<volume>与材料相关)。连接器模块105可以将消息150转发到实验室数据***230(经由连接器模块205)。实验室数据***230可以添加样品ID<sample ID>并且可以添加选项，例如识别特定单元<unit>、单元的特定开口(<sample opening>)。实验室数据***230可以根据将生产计划考虑在内的规则来选择选项。继续上面的示例，规则可以代表生产的基础(通过使用反应器110-1/2/3，盐、材料等到有色溶液中)。实验室数据***230(与连接器模块205合作)然后可以增强模板并将消息250中的(增强的)模板返回到制造***130(和/或连接器模块105)。然后操作者可以选择其中一个选项并采集样品。需要注意的是，每个选项都可以与一个样品ID相关。例如，第一选项意味着从所有反应器110-1/2/3采集样品，第二选项意味着仅从反应器110-2采集样品。在下一通信中，消息被再次增强，指示操作者的选择(例如，第二选项)并且至少隐含地指示来自反应器110-2的物理样品115-2正在前往实验室现场100的途中，并且必须取消剩余的两个样品ID。

场景6

在先前场景4的变型例中，不仅存在操作者到***的交互以异常地采集样品，而且存在对具有生产计划参数(来自***130)的测量数据(来自***120，具有生产处理参数)的数据处理。作为结果，采样请求(即，分配样品ID的请求)被增强(通过第二类型数据(B))。接收具有增强请求的消息150的实验室数据***230可以确定具有更多细节的所提议的选项。例如，虽然从反应器110-2采集样品130-2仍然是推荐的选项，但实验室数据***230可以添加另外的、更合适的选项：再次从110-2采集样品，但在样品和操作加热器开关之间的5分钟的等待时间内。在此示例中，这里使用数据(B)，并且类似于校正器135，实验室数据***230确定适当的取样方法。这类似于校正控制信号136，但应用于采集样品。

场景7

有时，实验室数据***230已分配样品ID，但由于某些原因，样品没有被采集。在这种情况下，需要取消样品ID。这可以从任何***(与连接器模块通信)触发。然而，取消包括对取消样品采集的确认或登记。

在消息中使用预定义的字段是方便的，例如状态字段。

因为，如上所述，实验室数据也潜在地被QA***240使用，该取消可以从实验室数据***230扩展到QA***240。

跨***的控制回路

现在描述鉴于上述现有技术参考文献Davis等讨论了一些方面。Davis描述了一种用于半导体衬底的生产设施(或“晶片厂”)。测量结果(例如厚度测量)用于计算处理参数。例如，处理步骤“蚀刻”改变了(特定层的)厚度，使得需要测量以达到期望的厚度。Davis提到了控制回路(以厚度作为目标)和蚀刻工艺参数(如温度、蚀刻剂等)。控制回路仅限于单个装置。

相比之下，本文的公开内容涉及适应生产期间的技术偏差的控制回路，但其中控制回路跨越不同计算机***的边界(参见图2)。

Davis提及进入(和离开)蚀刻反应器的晶片。在半导体工业中，晶片有时被称为“基板”。由于由硅制成，因此这种晶片非常敏感。它们必须用特殊的容器运输，并且不可能采集样品(就事物的一部分而言)。换句话说，切掉一块晶片进行分析是不可能的。采集样品会破坏晶片。传输敏感性与样品的不可用性相结合，使晶片加工设备能够在反应器内进行测量和检查。晶片仍然是晶片，因此没有样品从晶片上取走。

相比之下，本文描述的方法通过样品标准区分位置：存在提供样品的现场(生产现场)并且存在接收样品的不同现场(实验室现场)。

必须在已经分析了物理样品的时间点控制生产，从而获得控制信号，必须考虑进一步的数据，并且存在在需要时使数据准备好的问题。来自制造***的第二类型数据(B)被转发到控制模块(图的右侧)。该数据使控制模块能够在短时间内识别正确的校正等。不需要耗时的搜索等。

进一步的实施细节

由于样品ID通常由实验室数据***230(而不是由生产现场100处的***101)分配，因此用于准备样品采集的数据经由连接器模块205和105被传送到制造***130，并最终进一步经由过程控制***120转发到设备110。这样的准备数据可以包括第一类型数据(A)(例如，<sample ID>123456<sample ID>)和第二类型数据(B)(例如，<opening>XYZ</opening><temperature>100</temperature>作为指示特定设备的特定开口以及温度条件的技术参数)。

由于消息150/250可以被编码到上述应用层中，并且由于传输(双向)可以使用因特网，所以可以使用诸如加密的安全措施。HTTPS协议的使用就是一个例子。

图8图示了可以与这里描述的技术一起使用的通用计算机设备900和通用移动计算机设备950的示例。计算设备900旨在代表各种形式的数字计算机，例如膝上型电脑、台式机、工作站、个人数字助理、服务器、刀片服务器、大型机和其他合适的计算机。计算设备950旨在代表各种形式的移动设备，例如个人数字助理、蜂窝电话、智能电话和其他类似的计算设备。例如，计算设备950可以包括如图1所示的代理设备的数据存储组件和/或处理组件。此处所示的组件、它们的连接和关系以及它们的功能仅是示例性的，并不意味着限制本文档中描述和/或要求保护的发明的实施方式。

计算设备900包括处理器902、存储器904、存储设备906、连接到存储器904和高速扩展端口910的高速接口908、以及连接到低速总线914和存储设备906的低速接口912。组件902、904、906、908、910和912中的每一个使用各种总线互连，并且可以适当地安装在公共主板上或以其他方式安装。处理器902可以处理用于在计算设备900内执行的指令，包括存储在存储器904或存储设备906上的指令，以在外部输入/输出设备例如耦合到高速接口908的显示器916上显示GUI的图形信息。在其他实施方式中，可以视情况使用多个处理单元和/或多个总线以及多个存储器和存储器类型。此外，可以连接多个计算设备900，每个设备提供必要操作的部分(例如，作为服务器组、一组刀片服务器或处理设备)。

存储器904在计算设备900内存储信息。在一种实现方式中，存储器904是一个或多个易失性存储器单元。在另一实施方式中，存储器904是非一个或多个易失性存储器单元。存储器904也可以是另一种形式的计算机可读介质，例如磁盘或光盘。

存储设备906能够为计算设备900提供大容量存储。在一种实现方式中，存储设备906可以是或包含计算机可读介质，例如软盘设备、硬盘设备、光盘设备，或磁带设备，闪存或其他类似的固态存储设备，或设备阵列，包括存储区域网络或其他配置中的设备。计算机程序产品可以有形地体现在信息载体中。计算机程序产品还可以包含在被执行时执行一种或多种方法的指令，例如上述方法。信息载体是计算机或机器可读介质，例如存储器904、存储设备906或处理器902上的存储器。

高速控制器908管理计算设备900的带宽密集型操作，而低速控制器912管理较低带宽密集型操作。这种功能分配只是示例性的。在一种实施方式中，高速控制器908耦合到存储器904、显示器916(例如，通过图形处理器或加速器)以及高速扩展端口910，其可以接受各种扩展卡(未示出)。在实施方式中，低速控制器912耦合到存储设备906和低速扩展端口914。低速扩展端口可以包括各种通信端口(例如，USB、蓝牙、以太网、无线以太网)可以是例如通过网络适配器耦合到一个或多个输入/输出设备，例如键盘、定点设备、扫描仪或诸如交换机或路由器之类的联网设备。

计算设备900可以以多种不同的形式来实现，如图所示。例如，它可以被实现为标准服务器920，或者在一组这样的服务器中多次实现。它也可以作为机架服务器***924的一部分来实现。此外，它可以在诸如膝上型计算机922之类的个人计算机中实现。或者，来自计算设备900的组件可以与诸如设备950之类的移动设备中的其他组件(未示出)相结合。这样的设备中的每一个可以包含计算设备900、950中的一个或多个，并且整个***可以由彼此通信的多个计算设备900、950组成。

计算设备950包括处理器952、存储器964、诸如显示器954的输入/输出设备、通信接口966和收发器968，以及其他组件。设备950还可以配备有存储设备，例如微驱动器或其他设备，以提供额外的存储。组件950、952、964、954、966和968中的每一个使用各种总线互连，并且组件中的几个组件可以安装在公共主板上或以其他适当的方式安装。

处理器952可以执行计算设备950内的指令，包括存储在存储器964中的指令。处理器可以实现为芯片的芯片组，该芯片包括单独的和多个模拟和数字处理单元。例如，处理器可以提供设备950的其他组件的协调，例如用户界面的控制、设备950运行的应用程序和设备950的无线通信。

处理器952可以通过控制接口958和连接到显示器954的显示接口956与用户通信。显示器954可以是例如TFT LCD(薄膜晶体管液晶显示器)或OLED(有机发光二极管)显示器或其他适当的显示技术。显示接口956可以包括用于驱动显示器954以向用户呈现图形和其他信息的适当电路。控制接口958可以接收来自用户的命令并且将它们转换以提交给处理器952。另外，可以提供与处理器952通信的外部接口962，以便实现设备950与其他设备的近区域通信。外部接口962可以提供例如在一些实现中的有线通信，或在其他实现中的无线通信，并且也可以使用多个接口。

存储器964在计算设备950内存储信息。存储器964可以被实现为一个或多个计算机可读介质、易失性存储器单元或非易失性存储器单元中的一个或多个。还可以提供扩展存储器984并通过扩展接口982连接到设备950，其可以包括例如SIMM(单列直插式存储器模块)卡接口。这种扩展存储器984可以为设备950提供额外的存储空间，或者也可以为设备950存储应用程序或其他信息。具体地，扩展存储器984可以包括执行或补充上述过程的指令，并且还可以包括安全信息。因此，例如，扩展存储器984可以充当设备950的安全模块，并且可以用允许安全使用设备950的指令编程。此外，可以通过SIMM卡提供安全应用程序以及附加信息，例如以不可破解的方式将识别信息放在SIMM卡上。

存储器可以包括例如闪存和/或NVRAM存储器，如下所述。在一个实现中，计算机程序产品有形地体现在信息载体中。计算机程序产品包含在执行时执行一种或多种方法的指令，例如上述方法。信息载体是计算机或机器可读介质，例如存储器964、扩展存储器984或处理器952上的存储器，其可以例如通过收发器968或外部接口962接收。

设备950可以通过通信接口966进行无线通信，通信接口966在必要时可以包括数字信号处理电路。通信接口966可以提供各种模式或协议下的通信，例如GSM语音呼叫、SMS、EMS或MMS消息传递、CDMA、TDMA、PDC、WCDMA、CDMA2000或GPRS等。例如，这种通信可以通过射频收发器968发生。此外，短距离通信可以发生，例如使用蓝牙、WiFi或其他这样的收发器(未示出)。此外，GPS(全球定位***)接收器模块980可以向设备950提供附加的导航和位置相关的无线数据，这些数据可以由设备950上运行的应用程序酌情使用。

设备950还可以使用音频编解码器960可听地通信，音频编解码器960可以从用户接收语音信息并将其转换为可用的数字信息。音频编解码器960可以类似地为用户生成可听声音，例如通过扬声器，例如，在设备950的手持机中。这种声音可以包括来自语音电话呼叫的声音，可以包括录制的声音(例如，语音消息、音乐文件、等等)并且还可以包括由在设备950上运行的应用程序生成的声音。

计算设备950可以以多种不同的形式实现，如图所示。例如，它可以被实现为蜂窝电话980。它也可以被实现为智能电话982、个人数字助理或其他类似移动设备的一部分。

这里描述的***和技术的各种实现可以在数字电子电路、集成电路、专门设计的ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件和/或它们的组合中实现。这些各种实现可以包括在一个或多个计算机程序中的实现，这些计算机程序在包括至少一个可编程处理器的可编程***上可执行和/或解释，可编程处理器可以专用的或通用的，耦合以接收来自存储***、至少一个输入设备和至少一个输出设备的数据和指令以及向存储***、至少一个输入设备和至少一个输出设备发送数据和指令。

这些计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以以高级过程和/或面向对象的编程语言和/或以汇编/机器语言来实现。如本文所用，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”是指使用来向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何计算机程序产品、装置和/或设备(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑设备(PLD))，包括接收机器指令作为机器可读信号的机器可读介质。术语“机器可读信号”是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。

为了提供与用户的交互，这里描述的***和技术可以在具有用于向用户显示信息的显示设备(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)和用户可以用来向计算机提供输入的键盘和定点设备(例如，鼠标或轨迹球)的计算机上实现。也可以使用其他类型的设备来提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感官反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)；并且可以以任何形式接收来自用户的输入，包括声学、语音或触觉输入。

这里描述的***和技术可以在包括后端组件(例如，作为数据服务器)或包括中间件组件(例如，应用服务器)，或包括前端组件(例如，具有图形用户界面或Web浏览器的客户端计算机，用户可以通过它与此处描述的***和技术的实现进行交互)，或此类后端、中间件或前端组件的任何组合的计算设备中实现。***的组件可以通过任何形式或媒介的数字数据通信(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”)和互联网。

计算设备可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系是由于在各自的计算机上运行的计算机程序而产生的，并且彼此之间具有客户端-服务器关系。

此外，图中描绘的逻辑流程不需要所示的特定顺序或序列的顺序来实现期望的结果。此外，可以从所描述的流程中提供其他步骤，或者可以从所描述的流程中消除步骤，并且可以向所描述的***添加其他组件，或从所描述的***移除其他组件。因此，其他实施例在所附权利要求的范围内。

Claims (12)

1.一种用于为生产过程提供控制信号(136、138)的计算机实现的方法(400)，所述生产过程具有第一子过程和第二子过程，其中，通过所述第一子过程，生产单元(110)在生产现场(100)处处理化学物质(1、2、3、4、5、6)，并且其中，通过所述第二子过程，在实验室现场(200)处由分析仪器(210)分析所述化学物质的物理样品(115)，所述方法(400)操作第一连接器模块(105)和第二连接器模块(205)，以实现作为所述生产现场(100)处的计算机***(120、130)的生产***(101)与作为所述实验室现场(200)处的计算机***(220、230)的实验室***(201)之间的通信，所述方法(400)包括：

通过所述第一连接器模块(105)，接收(410)来自所述生产现场(100)处的过程控制***(120)的第一类型数据(A)以及来自所述生产现场(100)处的制造***(130)的第二类型数据(B)，所述第一类型数据(A)包括特定物理样品(115)的标识符，其中，所述标识符是供所述生产***(101)和所述实验室***(201)访问与所述特定物理样品(115)相关的数据的参考，并且所述第二类型数据(B)包括在所述物理样品(115)已被所述分析仪器(110)分析的时间点之后导出控制信号(136、138)以控制所述生产单元(110)的操作所需的数据；

通过所述第一连接器模块(105)，用第一类型数据(A)和第二类型数据(B)组成(420)消息(150)；

通过所述第一连接器模块(105)，将所述消息(150)传输(430)到所述第二连接器模块(205)；

通过所述第二连接器模块(205)，接收(440)所述消息(150)；

通过所述第二连接器模块(205)，通过所述实验室现场(200)处的计算机***(201、230、220)中的至少一个向所述分析仪器(210)发送(450)第一类型数据(A)，使得所述分析仪器(210)分析所述物理样品(115)并获得实验室数据(570)；

通过所述第二连接器模块(205)，向控制信号模块(139)发送(460)第二类型数据(B)；以及

通过所述控制信号模块(139)，通过使用实验室数据(570)和第二类型数据(B)而导出(470)所述控制信号(136、138)，以控制在所述生产现场(100)处的所述生产单元(110)的操作。

2.根据权利要求1所述的方法(400)，其中，所述第一连接器模块(105)通过根据ITU-TX.200(07/94)在开放***互连(OSI)层的应用层处组成所述消息(150)来执行所述组成步骤(420)。

3.根据权利要求2所述的方法(400)，其中，所述第一连接器模块(105)通过经由HTTPS协议传输所述消息(150)来执行所述传输步骤(430)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(400)，其中，所述第一连接器模块(105)通过使用具有拥有预定义字段的预定义数据结构的预定义模板来执行所述组成步骤(420)。

5.根据权利要求4所述的方法(400)，其中，所述第一连接器模块(105)通过使用预定义模板来执行所述组成步骤(420)，通过所述预定义模板，所述预定义数据结构指示与所述生产单元(110)相关的状态数据。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(400)，其中，所述控制信号模块(139)应用验证器功能(137)，所述验证器功能(137)参考预定义规范来验证所述实验室数据(570)并且所述验证器功能(137)导出所述控制信号(138)作为验证控制信号(138)，所述验证控制信号(138)指示所述生产单元(110)在符合所述预定义规范的情况下继续处理所述化学物质(1、2、3、4、5、6)，或在其他情况下中断处理。

7.根据权利要求6所述的方法(400)，其中，所述控制信号模块(139)应用校正器功能(135)，所述校正器功能(135)参考所述预定义规范来使用所述实验室数据(570)和第二类型数据(B)，并导出所述控制信号(136)作为校正控制信号(136)，所述校正控制信号(136)指示所述生产单元(110)根据通过所述校正控制信号(136)传送的特定技术参数而继续处理所述化学物质(1、2、3、4、5、6)。

8.根据权利要求7所述的方法(400)，其中，所述控制信号模块(139)经由所述第二连接器模块(205)将所述控制信号(136、138)传送到所述生产现场(100)处的所述制造***(130)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法(400)，其中，所述第二连接器模块(205)在采集物理样品(115)之前发送具有第一类型数据(A)的消息(250)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法(400)，其中，所述控制信号模块(139)在已经导出所述控制信号(136、138)之后将所述控制信号发送到所述生产现场(100)处的所述生产单元(110)。

11.一种计算机程序产品，当被加载到计算机的存储器中并由所述计算机的至少一个处理器执行时，所述计算机程序产品执行根据权利要求1-10所述的计算机实现的方法的步骤。

12.一种用于为生产过程提供控制信号(136、138)的控制***(105/205/139)，所述生产过程具有第一子过程和第二子过程，其中，通过所述第一子过程，生产单元(110)在生产现场(100)处处理化学物质(1、2、3、4、5、6)，并且其中，通过所述第二子过程，在实验室现场(200)处由分析仪器(210)分析所述化学物质的物理样品(115)，所述计算机***包括第一连接器模块(105)和第二连接器模块(205)，所述第一连接器模块(105)和所述第二连接器模块(205)适用于实现作为所述生产现场(100)处的计算机***(120、130)的生产***(101)与作为所述实验室现场(200)处的计算机***(220、230)的实验室***(201)之间的通信，所述控制***(105/205/139)的特征在于：

所述第一连接器模块(105)适用于接收(410)来自所述生产现场(100)处的过程控制***(120)的第一类型数据(A)以及来自所述生产现场(100)处的制造***(130)的第二类型数据(B)，第一类型数据(A)包括特定物理样品(115)的标识符，其中，所述标识符是供所述生产***(101)和所述实验室***(201)访问与所述特定物理样品(115)相关的数据的参考，并且第二类型数据(B)包括从所述物理样品(115)已被所述分析仪器(110)分析的时间点起导出控制信号(136、138)以控制所述生产单元(110)的操作所需的数据，所述第一连接器模块(105)进一步适用于：用第一类型数据(A)和第二类型数据(B)组成(420)消息(150)；将所述消息(150)传输(430)到所述第二连接器模块(205)；

所述第二连接器模块(205)适用于接收(440)所述消息(150)并且通过所述实验室现场(200)处的计算机***(201、230、220)中的至少一个向所述分析仪器(210)发送(450)第一类型数据(A)，使得所述分析仪器(210)分析所述物理样品(115)并获得实验室数据(570)；

所述第二连接器模块(205)进一步适用于向控制信号模块(139)发送(460)第二类型数据(B)；以及

所述控制信号模块(139)适用于从实验室数据(570)和第二类型数据(B)导出(470)所述控制信号(136、138)，以控制所述生产现场(100)处的所述生产单元(110)的操作。

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