СИСТЕМА БЕСПРОВОДНОГО МОНИТОРИНГА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ МАШИНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
SYSTEM FOR WIRELESS MONITORING OF EXPLOITATION AND PRODUCTION PARAMETERS OF A MACHINE FOR PRODUCTION OF FOOD PRODUCTS

Настоящее изобретение относится к системе беспроводного мониторинга эксплуатационных и производственных параметров машины для производства пищевых продуктов, например, машины для клипсования.
В частности, настоящее изобретение относится к системе, которая позволяет пользователю получать доступ к эксплуатационным и производственным параметрам машины посредством беспроводной связи между устройством беспроводной связи, находящимся в герметизированном корпусе машины, и интеллектуальным устройством.
Из практики известно, что точная оценка предстоящих циклов обслуживания машины для производства пищевых продуктов экономит деньги не только потому, что простой машины во время проведения обслуживания неизбежен, но также и потому, что гарантируется функционирование машины, что в целом означает, что машина сможет достичь своего расчетного жизненного цикла. В этой связи важен всесторонний мониторинг эксплуатационных параметров машины. То же самое справедливо для производственных параметров, таких, как, например, количество зажимных клипс в случае машины для клипсования, которые должны быть своевременно перезаряжены.
Данные, полученные во время работы машины, то есть эксплуатационные параметры и/или производственные параметры, могут отображаться на устройстве отображения, поставляемом с машиной. Однако если эти данные должны сохраняться для управления производством и выбора времени обслуживания, необходимо передавать эти данные в базу данных управления производством. На практике это делается посредством кабельных соединений, с помощью которых машина может быть связана с соответствующей внутренней сетью производственного объекта, и, таким образом, с упомянутой базой данных. Кроме того, необходимы дополнительные кабельные соединения, если машина является частью поточной линии, где сама машина или предшествующая или последующая машина управляет производственным процессом по меньшей мере на части поточной линии.
Кабельные соединения, необходимые для вышеупомянутых целей, требуют, чтобы корпус машины имел соответствующие отверстия для кабелей или по меньшей мере соответствующие отверстия для вставки разъемов.
Однако во время производства пищевых продуктов тратится большое количество воды, вследствие чего машины непрерывно находятся во влажной окружающей среде. В частности, из гигиенических соображений чистка машин осуществляется с использованием большого количества воды и, отчасти, с использованием агрессивных чистящих средств, вследствие чего чувствительные электронные компоненты машины для производства пищевых продуктов должны быть особенно защищены. Это находит свое отражение в том, что электронные компоненты размещают в герметичном корпусе, который защищает по меньшей мере от любого вида влаги.
Отсюда следует, что дополнительные отверстия в корпусе машины для кабелей или разъемов требуют дополнительных мер герметизации, чтобы предотвращать проникновение влаги в чувствительную для влаги область в машине, то есть, в частности, в область, где размещена электроника машины. Это увеличивает производственные затраты при изготовлении машины не только из-за дополнительных компонентов, но также и из-за увеличения объема сборочно-монтажных работ.
Поэтому задачей изобретения является предложение системы улучшенного и надежного доступа к эксплуатационным и производственным параметрам машины для производства пищевых продуктов, позволяющей пользователю контролировать состояние машины.
Вышеупомянутая задача, касающаяся системы мониторинга эксплуатационных и производственных параметров машины для производства пищевых продуктов, решается в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения. Полезные конфигурации изобретения, относящиеся к упомянутой системе, описаны в пунктах 2–12 формулы изобретения.
В настоящем изобретении предлагается система беспроводного мониторинга эксплуатационных и производственных параметров машины для производства пищевых продуктов, в частности, машины для клипсования, имеющей корпус, герметизированный по меньшей мере от проникновения влаги. Система включают в себя по меньшей мере одно устройство измерения и управления для управления производственным процессом, выполняемым машиной, и измерения эксплуатационных и производственных параметров машины, причем по меньшей мере одно упомянутое устройство измерения и управления размещено в герметизированном корпусе. Система, кроме того, включают в себя средство определения эксплуатационных параметров для определения эксплуатационных параметры машины, причем средство определения эксплуатационных параметров установлено в машине и связано по меньшей мере с одним устройством измерения и управления, и средство определения производственных параметров для определения производственных параметров машины, причем средство определения производственных параметров установлено в машине и связано по меньшей мере с одним устройством измерения и управления. Кроме того, система включает в себя по меньшей мере одно устройство беспроводной связи, которое установлено в герметизированном корпусе и связано по меньшей мере с одним устройством измерения и управления и устройством интерфейса пользователя и отображения, которые устанавливаются вне герметизированного корпуса, при этом устройство интерфейса пользователя и отображения связано по меньшей мере с одним устройством измерения и управления. Кроме того, система включают в себя по меньшей мере одно интеллектуальное устройство, оснащенное оптическим считывающим устройством, при этом по меньшей мере одно устройство беспроводной связи предназначено для генерации учетных данных для беспроводной связи и кодировки учетных данных двоичным кодом. Такой двоичный код может считываться оптическим считывающим устройством интеллектуального устройства с устройства интерфейса пользователя и отображения.
Эксплуатационные параметры – это параметры, связанные с быстроизнашивающимися деталями машины. Соответственно, средство определения эксплуатационных параметров может быть любым датчиком, способным определять износ соответствующего компонента, причем процент или степень износа преобразуются в электронный сигнал, который принимается по меньшей мере одним устройством измерения и управления. Например, оптический датчик может контролировать износ критической части подшипника, но также и подача смазки или гидравлическое давление в приводе, измеряемое, например, пьезоэлектрическим датчиком, могут относиться к категории эксплуатационных параметров.
Производственные параметры – это параметры, непосредственно связанные с производством пищевых продуктов, например, количество или потребление расходных материалов, которыми может быть количественно охарактеризован объем произведенных продуктов питания. Другая количественная характеристика произведенных продуктов питания может быть получена путем подсчета количества циклов некоторых машинных компонентов, например, подсчета количества ходов цилиндра при нанесении логотипа на произведенную продукцию.
Как уже упоминалось выше, производство пищевых продуктов тесно связано с большим потреблением воды, будь то вода для производства конкретного продукта питания или вода, необходимая для чистки машины. Следовательно, машины для производства пищевых продуктов, как правило, находятся во влажной окружающей среде, так что необходимо защищать чувствительные электронные компоненты от влаги. Следовательно, необходим герметизированный корпус, который позволяет разместить в нем все чувствительные электронные компоненты и обеспечивает защиту от влаги.
В то же время герметизированный корпус гарантирует исключение несанкционированных манипуляций с электронными компонентами.
Одна из возможностей обеспечить беспроводной доступ к эксплуатационным и производственным параметрам машины состоит в создании горячей точки, а именно, в оснащении машины шлюзом, который может создать горячую точку. Однако большие производственные объекты, как правило, содержат сотни машин, вовлеченных в производство пищевых продуктов, так что если бы каждая машина была в состоянии создать свою собственную горячую точку, то был бы доступ к сотням различных горячих точек. Быстрый индивидуальный контроль машины становился бы сложной задачей.
Вот почему желательно, чтобы, с одной стороны, машина могла оптически или акустически сигнализировать о превышении или скором превышении эксплуатационным и/или производственным параметром установленного порогового значения, и, с другой стороны, пользователь должен иметь возможность легкого доступа к эксплуатационным и производственным параметрам машины посредством беспроводной связи, например между машиной и интеллектуальным устройством, таким как смартфон, который в последнее время получил широкое распространение.
Здесь необходимо также принять во внимание, что машина для производства пищевых продуктов одного изготовителя может использоваться совместно с машинами других изготовителей, что означает, что на производственном объекте может присутствовать различный сервисный технический персонал. Это, в свою очередь, приводит к требованию, чтобы беспроводной доступ к эксплуатационным и производственным параметрам машины был предпочтительно закодирован, чтобы исключать несанкционированный доступ.
Соответственно, по меньшей мере одно устройство беспроводной связи, которое например, может быть пограничным шлюзом умного предприятия на базе персонального компьютера, создающим горячую точку или точку доступа к локальной сети и генерирующим случайный идентификатор набора служб (SSID) и пароль. Эти данные вместе с IP-адресом по меньшей мере одного устройства беспроводной связи формируют учетную запись для получения доступа к горячей точке. Затем учетные данные преобразуются в двоичный код, подобный QR коду, благодаря чему учетные данные становятся по существу зашифрованными. Эти зашифрованные учетные данные передаются посредством связи, например, проводной связи, по меньшей мере одному устройству измерения и управления. По меньшей мере одно устройство измерения и управления передает зашифрованные учетные данные в форме двоичного кода, например, QR кода, устройству интерфейса пользователя и отображения, на котором отображается двоичный код.
Таким образом, можно исключить ситуацию, в которой пользователь, стоящий перед машиной, эксплуатационные и производственные параметры которой должны быть проверены, вынужден иметь список, содержащий по меньшей мере номер машины или что-то подобное для идентификации машины, соответствующий идентификатор SSID и соответствующий пароль для доступа, вместо этого имеет возможность просто считывать QR код и расшифровывать учетные данные, зашифрованные в виде QR кода посредством интеллектуального устройства, оснащенного оптическим считывающим устройством и подходящим программным приложением. Это может рассматриваться как более приемлемое и экономящее время пользователя решение, так как пользователю нет необходимости повторно вводить учетные данные каждый раз, когда он пытается получить доступ к эксплуатационным и производственным параметрам машины. Предполагается, что исходя из упомянутых выше соображений безопасности, необходимо менять учетные данные через заданные интервалы времени.
Еще одним требованием к устройству беспроводной связи является способность к модернизации, то есть имеющиеся машины для производства пищевых продуктов без какого-либо коммуникационного устройства должны обеспечивать возможность легкой модернизируемыми путем простой установки устройства беспроводной связи в герметизированном корпусе и соединения его по меньшей мере с одним устройством измерения и управления.
Устройство измерения и управления берет на себя задачу управления производственными процессами машины и измерения эксплуатационных и производственных параметров. С этой целью могут использоваться промышленные персональные компьютеры, которые предпочтительно настраиваются как контроллеры реального времени посредством соответствующего программного обеспечения.
С помощью оптического считывающего устройство, такого как камера или лазерный сканер, интеллектуального устройства, такого как смартфон, может быть считан двоичный код, отображаемый на устройстве интерфейса пользователя и отображения. Программное приложение, установленное на интеллектуальном устройстве и предпочтительно верифицированное, расшифровывает зашифрованные учетные данные в форме двоичного кода и устанавливает связь между интеллектуальным устройством и по меньшей мере одним устройством беспроводной связи. Установление связи может происходить автоматически или зависеть от введенных пользователем данных при подтверждении соединения на интеллектуальном устройстве.
Установив соединение между интеллектуальным устройством и по меньшей мере одним устройством беспроводной связи, программное приложение, установленное на интеллектуальном устройстве, в состоянии отобразить эксплуатационные и производственные параметры машины для производства пищевых продуктов. Программное приложение, как правило, позволяет получать доступ ко всем определяемым с помощью электроники параметрам машины. Однако не все они имеют одинаковое значение для поддержания функциональности и производственных возможностей машины. Например, общее устройство измерения и управления машине клипсования, используемой для производства колбасовидных изделий, таких как сосиски, в состоянии определять более двух миллионов параметров. Контроль и анализ такого количества параметров может оказаться очень неэффективным, вот почему должен осуществляться предварительный отбор соответствующих параметров. Однако пользователь всегда должен иметь возможность исправить и адаптировать такой предварительный отбор, что будет описано ниже.
Чтобы гарантировать, что существенные машинные параметры будут всегда отображаться программным приложением на интеллектуальном устройстве, даже если предварительный отбор был откорректирован, программное приложение обеспечивает особую область на экране интеллектуального устройства, специально зарезервированную для отображения существенных параметров машины.
Программное приложение на интеллектуальном устройстве также может быть способно напоминать пользователю об очередном цикле контроля.
Устройство интерфейса пользователя и отображения в предпочтительном варианте осуществления может представлять собой сенсорный экран, но в то же время возможны варианты осуществления, такие как экран и клавиатура. Однако важным является минимум периферийного оборудования, устанавливаемого на машине. Сенсорный экран, с одной стороны, отображает - помимо зашифрованной в виде двоичного кода учетной записи - некоторые заранее заданные виртуальные кнопки ускоренного набора, присвоенные конкретным функциям, а с другой стороны, позволяет перейти к определенным меню и параметрам настройки, проводя или скользя пальцем по экрану. Дополнительно предоставляется возможность ввода отдельных команд с помощью виртуальной клавиатуры, так что могут корректироваться заранее отобранные эксплуатационные и производственные параметры, которые должны передаваться в интеллектуальное устройство. Расположение информации на экране может настраиваться, чтобы соответствовать индивидуальным предпочтениям пользователя.
Кроме того, в другом предпочтительном варианте осуществления, для повышения уровня сигнала устанавливают антенну вне герметизированного корпуса, связанную с устройством беспроводной связи.
В зависимости от материала, использованного для изготовления герметизированного корпуса (машины для производства пищевых продуктов по гигиеническим соображениям обычно изготавливаются из нержавеющей стали), может так случиться, что радиосигнал, излучаемый устройством беспроводной связи, ослабляется или даже блокируется герметизированным корпусом, так что установление беспроводного соединения становится невозможным. В этом случае антенна может монтироваться или устанавливаться на машине вне герметизированного корпуса. Кроме того, благодаря антенне могут обеспечиваться большая дальность связи между интеллектуальным устройством и машиной.
В еще одном варианте осуществления данного изобретения, устройств интерфейса пользователя и отображения или интеллектуальное устройство сконфигурированы для инициирования процедуры самопроверки машины.
После обслуживания, для которого машина, как правило, должна выключаться, или отказа машины, приводящему к выходу ее из строя, желательно автоматически проверять работоспособность машины, прежде чем возобновлять производство пищевых продуктов. Поэтому, может выполняться процедура самопроверки, чтобы проверить функциональность по меньшей мере всех существенных компонентов машины. Эта рутина самопроверки может быть инициирована функцией, выполняемой программным приложением на интеллектуальном устройстве, или при помощи устройства интерфейса пользователя и отображения. Последнее может иметь виртуальную кнопку ускоренного набора, чтобы запускать процедуру самопроверки.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления параметры, определенные средством определения эксплуатационных параметров и средством определения производственных параметров, адаптированы для сохранения во внешней памяти.
Так как емкость памяти промышленного персонального компьютера, используемого в качестве устройства измерения и управления, ограничена, удобно, если определенные эксплуатационные и производственные параметры будут дополнительно сохраняться во внешней памяти, такой как сетевая память или облачное пространство. В этой связи, определенные параметры должны иметь соответствующий формат данных, который может обрабатываться платформой самостоятельно, чтобы избегать потери информации из-за преобразования данных.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления, устройство беспроводной связи конфигурируется для беспроводной отправки эксплуатационных и производственных параметров во внешнюю память.
Чтобы отправить определенные эксплуатационные и производственные параметры во внешнюю память, устройство беспроводной связи должно сначала установить связь, причем связь устанавливается в заданных временных интервалах или непрерывно, чтобы предотвращать любую потерю информации.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления, устройство беспроводной связи конфигурируется для входа в интранет и поддержания этого соединения.
Многие компании имеют внутреннюю сеть, называемую интранетом, защищенную от любого доступа снаружи сети компании и используемую для сетевого взаимодействия сотрудников. Беспроводный контроль парка машин компании может интегрироваться в такую IT инфраструктуру, а именно, в интранет, исключая необходимость тщательно продуманной прокладки кабельной инфраструктуры. Устройства беспроводной связи уже обеспечивают беспроводную интеграцию в сеть, так что от IT подразделения компании требуется только обеспечить регистрацию машин в интранете.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения устройство беспроводной связи конфигурируют для беспроводной отправки заказов на запасные части для машины.
Благодаря периодическому или непрерывному мониторингу машины для производства пищевых продуктов могут выявляться сломанные или износившиеся детали или компоненты машины. На этом фоне было бы желательно, чтобы запасная часть прибывала в тот самый момент, когда соответствующая эксплуатируемая деталь машины выходит из строя. Таким образом могло бы быть минимизировано время простоя машины, и уменьшен размер складских помещений.
В качестве альтернативы, предлагаемая в настоящем изобретении система должна быть по меньшей мере способной автоматически заказывать запасные части, если необходимо сэкономить время.
Для осуществления процесса автоматического заказа, в устройстве измерения и управления или в интеллектуальном устройстве может храниться цифровой каталог запасных частей, доступный для программного приложения. Так как средство определения эксплуатационных параметров уже приписано к конкретной детали или компоненту машины, требуется всего лишь выполнить рутину компьютерной программы, чтобы найти соответствующий номер запасной части или каталожный номер сломанной детали или компонента с помощью цифрового каталога запасных частей.
Затем определенный номер запасной части либо вызывается из устройства измерения и управления в устройство беспроводной связи и оттуда пересылается в интеллектуальное устройство, которое, как правило, связано с интернетом, либо идентификатор вышедшей из строя детали отправляется программному приложению, где программная рутина осуществляет поиск соответствующего номера запасной части. Определенные таким образом запасные части могут быть заказаны через интернет.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, устройство беспроводной связи сконфигурировано для беспроводной отправки заказов на расходные материалы, зависящие от поставки.
Аналогично описанному выше процессу автоматического заказа запасных частей, предлагаемая в настоящем изобретении система может быть приспособлена для заказа расходных материалов, израсходованных в процессе производства продуктов питания. Поэтому текущее потребление расходных материалов, определенное средством определения производственных параметров, сравнивается компьютерной программой с начальной поставкой, чтобы вычислить оптимальный момент для размещения заказа. Компьютерная программа может выполняться либо устройством измерения и управления, либо интеллектуальным устройством. То же самое справедливо для объема начальной поставки, который может сохраняться в устройстве измерения и управления или в интеллектуальном устройстве. Кроме того, если машина для производства пищевых продуктов связана с внутренней сетью компании, в которой доступны данные о текущей поставке, выполнение компьютерной программы будет независимо от любой начальной поставки.
В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, двоичный код, отображаемый на устройстве интерфейса пользователя и отображения, может быть QR кодом.
QR код предпочтителен из-за его быстрой считываемости и большей емкости по сравнению со стандартным штриховым универсальным кодом продуктов (UPC).
Другие преимущества и варианты осуществления предлагаемой в настоящем изобретении системы описаны со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. В связи с этим выражения "слева", "справа", "ниже" и "выше" соотнесены с ориентацией, показанной не чертежах, обеспечивающей нормальное считывание номеров ссылочных позиций.
На чертежах показано:
на Фиг. 1 – схематичный вид машины для производства пищевых продуктов, оборудованной для беспроводного мониторинга эксплуатационных и производственных параметров;
на Фиг. 2A – вид спереди интеллектуального устройства, имеющего оптическое считывающее устройство; и
на Фиг. 2B – вид сечения вдоль линии А-А интеллектуального устройства, имеющего оптическое считывающее устройство.
Подвижная машина 10 для производства пищевых продуктов, например, машина для клипсования, используемая в производстве колбасовидных продуктов, оборудованная для беспроводного мониторинга эксплуатационных и производственных параметров, схематично показана на Фиг. 1.
Машина 10 имеет герметизированный корпус 12, в котором размещены по меньшей мере одно устройство 14 измерения и управления и по меньшей мере одно устройство 16 беспроводной связи, связанное по меньшей мере с одним устройством 14 измерения и управления.
Герметизированный корпус 12 защищает по меньшей мере от влаги, окружающей машину 10. Для доступа к электронным компонентам, расположенным в герметизированном корпусе 12, в герметизированном корпусе 12 имеется повторно герметизируемое отверстие, такое как дверь с резиновым уплотнением вдоль краев. Герметизированный корпус 12 является отдельной частью машины 10 и не вовлечен в производственный процесс.
Связанные кабелем по меньшей мере с одним устройством измерения 14 и управления, в машине 10 имеются средство 18 определения эксплуатационных параметров, а также средство 20 определения производственных параметров, расположенные вне герметизированного корпуса 12. Ввод кабеля в герметизированный корпус 12 герметизируется отдельно. Средство 18 определения эксплуатационных параметров, а также средство 20 определения производственных параметров крепятся к контролируемым деталям и компонентам машины 10.
Вне герметизированного корпуса 12 на машине 10 установлено устройство 22 интерфейса пользователя и отображения, связанное с устройством 14 измерения и управления, и здесь снова ввод кабеля герметизируется отдельно. Устройство 22 интерфейса пользователя и отображения в предпочтительном варианте осуществления представляет собой сенсорный экран, который отображает контролируемые элементы и содержание. Кроме того, устройство 22 интерфейса пользователя и отображения рассчитано на взаимодействие с пользователем, то есть устройство 22 интерфейса пользователя и отображения может не только отображать данные, но и представляет собой средство ввода пользователем данных. Кроме того, устройство 22 интерфейса пользователя и отображения, среди прочего, отображает кодированные учетные данные, полученные от устройства 14 измерения и управления в форме QR кода 24, и кнопки 26 ускоренного набора, присвоенные конкретным командам. Кроме того, можно вводить отдельные команды, например, посредством виртуальной клавиатуры.
На Фиг. 2A и 2B показан смартфон 30, как воплощение интеллектуального устройства, анфас и в поперечном сечении вдоль линии A-A, соответственно. Смартфон 30 включают в себя сенсорный экран 32 на лицевой стороне и оптическое считывающее устройств 34 на тыльной стороне. Оптическое считывающее устройство 34 способно считывать QR код 24. Программное приложение, которое должно быть загружено, установлено и верифицировано, преобразует QR код 24 в декодированную учетную запись и устанавливает беспроводное соединение между смартфоном 30 и устройством 16 беспроводной связи, чтобы получить доступ к эксплуатационным и производственным параметрам.
Устройство 16 беспроводной связи, создавшее горячую точку, преобразует учетные данные для шифрованного беспроводного соединения в двоичный код, такой как QR код. Учетные данные включают в себя по меньшей мере идентификатор SSID и IP-адрес устройства 16 беспроводной связи и пароль. Упомянутый QR код отправляется из устройства 16 беспроводной связи посредством кабеля через устройство 16 измерения и управления в устройство 22 интерфейса пользователя и отображения, где QR код 24 отображается постоянно.
Во время производства пищевых продуктов средство 18 определения эксплуатационных параметров, а также средство 20 определения производственных параметров определяют эксплуатационные параметры и производственные параметры, соответственно. Определенные эксплуатационные и производственные параметры передаются в устройство 14 измерения и управления, которое управляет этапами производства пищевых продуктов машиной 10. Устройство 14 измерения и управления хранит определенные параметры в своей кэш памяти или внутренней памяти, в которой могут храниться все определенные параметры или только предварительно отобранные параметры.
Чтобы контролировать эксплуатационные и производственные параметры машины 10, пользователь должен считать QR код 24 посредством оптического считывающего устройства 34 своего смартфона 30. Программное приложение, которое было установлено и верифицировано на смартфоне 30 пользователя, расшифровывает QR код 24 и, используя расшифрованные учетные данные, устанавливает беспроводное соединение с устройством 16 беспроводной связи. Будучи успешно связанным с устройством 16 беспроводной связи, пользователь в состоянии получить доступ к эксплуатационным и производственным параметрам, загруженным с устройства 14 измерения и управления через устройство 16 беспроводной связи.