ITMI20010491A1

ITMI20010491A1 - Sistema computerizzato per la gestione degli ordini di produzione di un processo industriale

Info

Publication number: ITMI20010491A1
Application number: IT2001MI000491A
Authority: IT
Inventors: Vladimir Filipov
Original assignee: Abb Ricerca Spa
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2002-09-08
Also published as: WO2002071207A3; AU2002237329A1; CN1514969A; WO2002071207A2; EP1384143A2

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema computerizzato per la gestione degli ordini di produzione per un processo industriale.

La presente invenzione sarà descritta nel seguito facendo particolare riferimento ad un sistema computerizzato per la gestione degli ordini di produzione per un processo industriale di laminazione. Non s'intende con questo limitare in alcun modo l'ambito inventivo: infatti, il sistema computerizzato secondo la presente invenzione può essere utilizzato con successo per la gestione degli ordini di produzione per processi industriali di qualunque tipo (sia di tipo discreto sia continuo).

E' noto che la gestione di un processo industriale può avvenire su diversi livelli operativi. Un primo livello operativo è rappresentato dal sistema computerizzato di controllo (detto anche Open Control System o, per brevità, sistema OCS). Il sistema OCS comprende, in genere, una pluralità di dispositivi di campo atti ad interagire con una o più porzioni del processo industriale da controllare. Ad esempio, in un processo industriale di laminazione, questi dispositivi di campo comprendono motori per l'attuazione dei cilindri di laminazione, dispositivi sensori per rilevare la velocità del nastro di laminazione e dispositivi similari. I dispositivi di campo sono connessi mediante una rete di comunicazione (ad esempio una rete Fieldbus) a controllori, i quali sono in grado di regolare il funzionamento dei dispositivi di campo, secondo le esigenze.

Un secondo livello operativo (di ordine più elevato) è rappresentato dal sistema computerizzato per la gestione degli ordini di produzione (detto anche Manufacturing Execution System o, per brevità, sistema MES). Il sistema MES riceve in ingresso informazioni/dati riguardanti gli ordini da eseguire (ad esempio su base giornaliera) e fornisce in uscita istruzioni riguardanti i passi da effettuare per pervenire all'adempimento/esecuzione di un ordine (cioè per ottenere il prodotto finale al quale l'ordine stesso si riferisce). Il sistema MES può comunicare queste istruzioni direttamente ai controllori del sistema OCS (ad esempio mediante una rete TCP/IP), i quali a loro volta, in base alle istruzioni ricevute, regolano il funzionamento dei dispositivi di campo interagenti con il processo industriale. In questo modo, le varie porzioni del processo industriale controllato saranno condizionate così da ottenere il prodotto finale che costituisce l'oggetto dell'ordine di produzione.

Un sistema computerizzato MES è in genere deputato ad eseguire anche altre funzionalità di gestione quali, ad esempio, funzionalità di supervisione riguardanti la sequenza di ordini da eseguire, il monitoraggio dello stato di avanzamento di un ordine, funzionalità di reportistica, funzionalità di analisi statistica, funzionalità di gestione e simili.

Nella gestione di un processo industriale, possono essere presenti anche livelli operativi di ordine superiore. Ad esempio, un terzo livello operativo può essere rappresentato da un sistema computerizzato di pianificazione delle risorse (detto anche Enterprise Resource Planning System o sistema ERP) che comprende in genere piattaforme SAP o similari. Il sistema ERP consente di formulare pianificazioni di tipo strategico relativamente al processo industriale, effettuare la gestione amministrativa, etc.. E' compito del sistema ERP fornire in ingresso al sistema MES la sequenza degli ordini di produzione da portare a compimento, la quale viene essere autonomamente generata in base alle pianificazioni strategiche ed economiche formulate.

Per svolgere le funzionalità di gestione richieste, un sistema computerizzato MES esegue uno o più programmi applicativi normalmente codificati secondo i principi della programmazione strutturata (utilizzando linguaggi di programmazione come, ad esempio, C o C<++>). L'insieme di questi programmi applicativi è organizzato secondo una determinata architettura software, la quale può essere considerata come una struttura logica che determina le modalità logico-temporali per l'esecuzione dei programmi applicativi e per l'interazione tra le varie porzioni di ciascun programma applicativo, tra i programmi applicativi stessi o tra uno o più programmi applicativi e programmi applicativi esterni, etc..

Le architetture software tradizionali utilizzate nei sistemi computerizzati MES noti sono generalmente di tipo monolitico. Sono, cioè, architetture software in cui l'esecuzione delle funzionalità di gestione risulta svolta con un relativamente ridotto livello di modularità ed, in pratica, in modo sostanzialmente centralizzato, mediante un numero ridotto di programmi applicativi relativamente complessi (comprendenti cioè un numero relativamente elevato di righe di codice eseguibile).

Il sistema computerizzato MES può essere organizzato secondo una struttura del tipo "client-server" che prevede l'utilizzo di un'unità centrale (l'unità "server") che comunica con il sistema OCS e di un'interfaccia uomo-macchina (l'unità "Client"), accessibile all'utente. In questo caso, i programmi applicativi utilizzati possono essere variamente dislocati sia sull'unità "Client" sia sull'unità "server", secondo le esigenze, le architetture software con cui questi programmi applicativi sono organizzati sono però ancora sostanzialmente di tipo monolitico.

I sistemi computerizzati MES di tipo tradizionale, presentano alcuni inconvenienti .

Un primo inconveniente deriva dal fatto che, data la struttura monolitica delle architetture software adottate, i programmi applicativi utilizzati presentano spesso una complessità elevata, la quale rende difficoltosi il loro sviluppo, implementazione e manutenzione. Questi problemi di complessità risultano oltremodo critici qualora si debbano utilizzare, per svolgere alcune funzionalità di gestione (come, ad esempio, la gestione dell'interfaccia utente), linguaggi diversi tra loro (ad esempio Visual Basic e C<++>). Inoltre, le architetture software tradizionali risultano sovente, a causa del loro ridotto livello di modularità, poco flessibili e difficilmente adattabili alle esigenze dell'utente. Operazioni e funzionalità di gestione simili sono spesso eseguite ripetutamente in varie parti di uno o più programmi applicativi.

Sempre a causa del ridotto livello di modularità, le architetture software, comunemente utilizzate nei sistemi MES tradizionali, presentano sovente un elevato livello di correlazione tra le varie porzioni dei programmi applicativi utilizzati. Pertanto, se una certa porzione del programma applicativo viene modificata (ad esempio per introdurre nuove funzionalità di gestione), possono insorgere effetti indesiderati in altre porzioni del programma applicativo. Questi effetti indesiderati sono difficilmente prevedibili e rintracciabili e possono portare a gravi malfunzionamenti del sistema computerizzato MES. Questo fatto limita notevolmente la possibilità di modificare/migliorare i programmi applicativi utilizzati, inserendo nuove funzionalità/operazioni di gestione o modificando le funzionalità/operazioni di gestione già esistenti.

Un altro inconveniente risiede nel fatto che le architetture software comunemente utilizzzate, dato il loro ridotto livello di modularità, possono incorporare con difficoltà programmi software sviluppati "ex-novo" e richiedono una relativamente onerosa attività di sviluppo per interagire in modo soddisfacente con programmi applicativi esterni.

Compito precipuo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema computerizzato per la gestione degli ordini di produzione per un processo industriale, che consenta di superare gli inconvenienti descritti.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema computerizzato per la gestione degli ordini di produzione per un processo industriale, che comprenda un'architettura software caratterizzata da un elevato livello di modularità nell'esecuzione delle varie funzionalità di gestione richieste.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema computerizzato per la gestione degli ordini di produzione per un processo industriale che consenta di integrare agevolmente nuove funzionalità di gestione e/o modificare/cancellare funzionalità di gestione già esistenti.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema computerizzato per la gestione degli ordini di produzione per un processo industriale, che permetta, nello svolgimento delle funzionalità di gestione, di interagire agevolmente con programmi applicativi esterni.

Non ultimo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema computerizzato per la gestione degli ordini di produzione per un processo industriale, che sia di facile implementazione, gestione e manutenzione per l'utente.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un sistema computerizzato per la gestione degli ordini di produzione per un processo industriale comprendente un'unità computerizzata almeno parzialmente accessibile all'utente e comunicante con un sistema di controllo di detto processo industriale, detta unità computerizzata comprendendo almeno un'architettura software che include:

uno o più primi moduli software atti ad eseguire una o più operazioni di gestione, detti primi moduli software comprendendo uno o più componenti software predefiniti; e

un secondo modulo software atto a gestire le operazioni di detti primi moduli software;

primi mezzi computerizzati atti a memorizzare dati/informazioni, detti primi computerizzati essendo accessibili da detta unità computerizzata;

caratterizzato dal fatto che uno o più detti primi moduli software comprendono almeno uno di:

un primo componente software per realizzare un'interfaccia utente, un secondo componente software per implementare un insieme di regole logiche per l'esecuzione di dette operazioni di gestione, un terzo componente software per la gestione e la memorizzazione di dati e informazioni;

e comprendono inoltre:

un quarto componente software atto a gestire le operazioni di almeno uno di detto primo componente software, di detto secondo componente software e di detto terzo componente software ed a comunicare con detto secondo modulo software.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva del sistema computerizzato, secondo la presente invenzione, illustrata a titolo indicativo e non limitativo negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 illustra schematicamente una forma realizzativa del sistema computerizzato secondo la presente invenzione;

la figura 2 illustra schematicamente un dettaglio del sistema computerizzato secondo la presente invenzione; e

la figura 3 illustra schematicamente un ulteriore dettaglio del sistema computerizzato secondo la presente invenzione;

la figura 4 illustra schematicamente un'ulteriore forma realizzativa del sistema computerizzato secondo la presente invenzione.

Con riferimento alla figura 1, il sistema computerizzato per la gestione degli ordini di produzione per un processo industriale (sistema MES), secondo la presente invenzione comprende un'unità computerizzata 200, almeno parzialmente accessibile all'utente e comunicante con un sistema di controllo 101 del processo industriale controllato. Il sistema MES, secondo la presente invenzione, comprende anche primi mezzi computerizzati 13 atti a memorizzare dati/informazioni. I primi mezzi computerizzati 13 sono vantaggiosamente accessibili dall'unità computerizzata 200 e possono comprendere vantaggiosamente uno o più database, preferibilmente uno o più database di tipo ORACLE. L'unità computerizzata 200 comprende un'architettura software 1 che comprende uno o più primi moduli software 2 (figura 2) atti ad eseguire una o più funzionalità di gestione. Ogni primo modulo software 2 comprende, in pratica, un programma applicativo indipendente ed orientato all'esecuzione di una certa sequenza di operazioni di gestione predefinite. La sequenza di operazioni è necessaria per l'esecuzione di una certa funzionalità di gestione che deve essere espletata dal sistema MES, secondo le esigenze. Pertanto, vi possono essere moduli software che sono adibiti a svolgere funzionalità di gestione dell'ordine, di reportistica, di pre-settaggio, di supervisione, etc..

Con riferimento alla figura 2, l'architettura 1 comprende anche un secondo modulo software 3, il cui compito peculiare consiste nel gestire l'attività dei primi moduli software 2. In pratica, il secondo modulo software 3 comprende un programma applicativo a cui è affidato il compito di assicurare la corretta esecuzione delle funzionalità di gestione affidate all'intero sistema computerizzato MES. Ad esempio, il secondo modulo software 3 può essere deputato a curare la sincronizzazione temporale dell'attività dei primi moduli software 2, controllare l'esecuzione delle operazioni di gestione affidate ai primi moduli software 2, gestire la comunicazione tra i primi moduli software 2, etc.. All'interno di ciascun modulo software 2 sono presenti uno o più componenti software, che comprendono, in pratica, sotto-programmi applicativi aventi tipologia predefinita per lo svolgimento di specifiche operazioni di gestione. In particolare, i primi moduli software 2 comprendono un primo componente software 4 per implementare funzionalità di interfaccia utente e/o un secondo componente software 5 per implementare un insieme di regole logiche per l'esecuzione delle operazioni di tipo funzionale assegnate e/o un terzo componente software 51 per implementare funzionalità di archiviazione e memorizzazione di dati e informazioni. All'interno di ciascun modulo software 2 possono essere presenti uno o più dei componenti software descritti, secondo le esigenze. Inoltre, uno o più dei componenti software descritti può comprendere vantaggiosamente uno o più sotto-componenti software da utilizzare secondo le esigenze.

Una delle peculiarità dell'architettura software 1 risiede nel fatto che il primo modulo software 2 comprende anche un quarto componente software 6, atto a controllare l'attività del primo componente software 4 e/o del secondo componente software 5 e/o del terzo componente software 51. Al quarto componente software 6 è inoltre affidato il compito di comunicare con il secondo modulo software 3. Pertanto, al quarto componente software 6 è affidata la gestione del funzionamento operativo di ogni componente software incluso in un modulo software 2 e la gestione della comunicazione interna ed esterna a ciascun modulo software 2 (funzionalità di "component management").

In una forma realizzativa particolarmente vantaggiosa, il secondo modulo software 3 comprende un quinto componente software 7 atto a comunicare con il quarto componente software 6. Al quinto componente software 7 è affidato il compito esclusivo di comunicare con il quarto componente software 6 (funzionalità di "message dispatching"). Il quarto componente software 7 può essere realizzato in modo da gestire la comunicazione con il quarto componente software di uno o più primi moduli software 2, secondo le esigenze.

Con riferimento ora alla figura 3, la comunicazione tra il quinto componente software 7 ed il quarto componente software 6 avviene vantaggiosamente tramite un'unica interfaccia, rappresentata dal terzo modulo software 8. Anche il terzo modulo software 8 può essere realizzato in modo da interfacciare uno o più primi moduli software 2 con il secondo modulo software 3, secondo le esigenze.

L'architettura software 1, secondo la presente invenzione, comprende anche elementi di interfaccia tra i vari componenti software di un primo modulo software 2. In particolare, un primo modulo software 2 può comprendere preferibilmente un sesto componente software 9 atto a porre in comunicazione il quarto componente software 6 con il primo componente software 4. Analogamente, un primo modulo software 2 può comprendere un settimo componente software 10 atto a porre in comunicazione il quarto componente software 6 con il secondo componente software 4. Infine, un primo modulo software 2 può comprendere un ottavo componente software 52 atto a porre in comunicazione il terzo componente software 51 con il quarto componente software 6. La comunicazione di ciascun modulo software 2 può avvenire anche con l'esterno, in particolare con i databases inclusi nei primi mezzi computerizzati 13. Cosi, preferibilmente, l'architettura software 1 comprende anche un quarto modulo software 11 atto a porre in comunicazione uno o più dei componenti software di uno o più dei primi moduli software 2 con primi mezzi computerizzati 13 atti a memorizzare dati/informazioni (ad esempio un database). Pertanto si può costituire un'interfaccia tra i primi moduli software e i secondi mezzi computerizzati, in modo che tutti i dati e le informazioni memorizzate siano accessibili a ciascuno dei primi moduli 2.

L'architettura software 1, secondo la presente invenzione, presenta notevoli vantaggi. L'architettura software 1 risulta infatti completamente modulare. Le funzionalità di gestione degli ordini di produzione non sono affidate a pochi programmi applicativi ma sono separate logicamente e affidate ad una pluralità di moduli software specializzati. L'interazione tra differenti moduli software viene gestita da un unico modulo software dedicato. Anche, l'interazione tra vari componenti di uno stesso modulo software viene gestita in modo preordinato. Questo fatto assicura una notevole facilità di sviluppo, implementazione e manutenzione dei programmi applicativi di gestione. Ciascun modulo software 2 può essere infatti realizzato in modo sostanzialmente indipendente utilizzando i linguaggi di programmazione più indicati. Devono essere solo rispettate le modalità di interazione predefinite tra i vari componenti software previsti dall'architettura software 1. Pertanto, l'architettura software 1, secondo la presente invenzione, risulta estremamente flessibile e adattabile alle esigenze dell'utente. Ciascun modulo software 2 può essere modificato/migliorato o sviluppato "ex novo", secondo le esigenze, senza effetti indesiderati su comportamento complessivo del sistema MES. Ciascun modulo software 2 può interagire, mediante il modulo software 3 di controllo, con programmi applicativi esterni. L'architettura software 1, secondo la presente invenzione, risulta inoltre di facile implementazione pratica con tecnologie software note come tecnologie "COM" o "ActiveX". Possono inoltre essere utilizzati linguaggi di programmazione (strutturata o non strutturata) come ad esempio C<++ >o visual Basic.

Con riferimento ora alla figura 4, la piattaforma computerizzata 200 può comprendere vantaggiosamente una struttura "client-server" che comprende secondi mezzi computerizzati 14 (unità "server") atti a comunicare con il sistema OCS 102 ed ad eseguire una prima serie predefinita di funzionalità di gestione degli ordini. I secondi mezzi computerizzati 14 possono ad esempio essere costituiti da un server di tipo API (Application Programming Interface) provvisto di interfaccia virtuale dedicata per il sistema OCS e comunicano con i primi mezzi computerizzati 13. La piattaforma computerizzata 200 può comprendere anche terzi mezzi computerizzati 103 comunicanti con i secondi mezzi computerizzati 14 ed i primi mezzi computerizzati 13. I terzi mezzi computerizzati (unità "Client") sono atti a costituire un'interfaccia uomo-sistema (Human System Interface) ed ad eseguire una seconda serie predefinita di funzionalità di gestione degli ordini. L'architettura software 1, secondo la presente invenzione, è inclusa vantaggiosamente nei terzi mezzi computerizzati 103 e/o nei secondi mezzi computerizzati 14.

Alternativamente, la piattaforma computerizzata 200 può comprendere, una struttura "stand-alone" (cioè non organizzata secondo modalità del tipo "client-server"), la quale è in grado di interfacciarsi con l'utente e di comunicare con il sistema OCS (vedi figura 1).

Il sistema computerizzato per la gestione degli ordini di produzione per un processo industriale così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.

Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema computerizzato per la gestione degli ordini di produzione per un processo industriale comprendente: un'unità computerizzata almeno parzialmente accessibile all'utente e comunicante con un sistema di controllo di detto processo industriale, detta unità computerizzata comprendendo almeno un'architettura software che include: uno o più primi moduli software atti ad eseguire una o più funzionalità di gestione, detti primi moduli software comprendendo uno o più componenti software predefiniti; e un secondo modulo software atto a gestire le operazioni di detti primi moduli software; primi mezzi computerizzati atti a memorizzare dati/informazioni, detti primi computerizzati essendo accessibili da detta unità computerizzata; caratterizzato dal fatto che uno o più di detti primi moduli software comprendono almeno uno di: - un primo componente software atto a implementare funzionalità di interfaccia utente, un secondo componente software atto ad implementare un insieme di regole logiche per l'esecuzione di dette operazioni di gestione, un terzo componente software atto a implementare funzionalità di archiviazione e memorizzazione di dati e informazioni; e comprendono inoltre: un quarto componente software atto a gestire le operazioni di almeno uno di detto primo componente software, e di detto secondo componente software, e di detto terzo componente software, e atto a comunicare con detto secondo modulo software.
2. Sistema computerizzato, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto secondo modulo software comprende almeno un quinto componente software atto a comunicare con detto quarto componente software.
3. Sistema computerizzato, secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta architettura software comprende un terzo modulo software atto a porre in comunicazione detto quinto componente software con detto quarto componente software, in modo da costituire un'interfaccia tra detto almeno un primo modulo software e detto secondo modulo software.
4. Sistema computerizzato, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che uno o più di detti primi moduli software comprendono un sesto componente software atto a porre in comunicazione detto quarto componente software con detto primo componente software.
5. Sistema computerizzato, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che uno o più di detti primi moduli software comprendono un settimo componente software atto a porre in comunicazione detto quarto componente software con detto secondo componente software.
6. Sistema computerizzato, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che uno o più di detti primi moduli software comprendono un ottavo componente software atto a porre in comunicazione detto quarto componente software con detto terzo componente software .
7. Sistema computerizzato, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta architettura software comprende un quarto modulo software atto a porre in comunicazione almeno uno di detto primo componente software, detto secondo componente software e detto terzo componente software con detti primi mezzi computerizzati.
8. Sistema computerizzato, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta piattaforma computerizzata comprende una struttura di tipo "client-server" che include: secondi mezzi computerizzati atti a comunicare con il sistema di controllo di detto processo industriale ed ad eseguire una prima serie predefinita di funzionalità di gestione degli ordini; e terzi mezzi computerizzati atti ad implementare un'interfaccia uomo-sistema ed ad eseguire una seconda serie predefinita di funzionalità di gestione degli ordini; uno o più di detti secondi mezzi computerizzati e detti terzi mezzi computerizzati comprendendo detta architettura software.
9. Sistema computerizzato, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di essere utilizzato per la gestione degli ordini di produzione per un processo industriale di laminazione.