專利名稱：用于在技術(shù)設(shè)備中放置熱電發(fā)電機的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在技術(shù)設(shè)備中放置熱電發(fā)電機的方法和工程系統(tǒng)。另外，本發(fā)明涉及用于執(zhí)行該方法的計算機程序產(chǎn)品和計算機可讀介質(zhì)。
背景技術(shù)：
在熱電發(fā)電機的情況下利用以下事實，即在溫度降時在兩個電導(dǎo)體之間出現(xiàn)電壓，所述電壓可以被用于獲得能量。電熱發(fā)電機自較長時間以來被使用在宇宙航行和測量技術(shù)中并且不久以來嘗試地也被使用在汽車技術(shù)中。在制造技術(shù)設(shè)備(例如生產(chǎn)設(shè)備或裝配線)或處理技術(shù)設(shè)備(例如提煉設(shè)備或酒廠)的自動化中，除了所使用的控制設(shè)備(例如存儲器可編程的控制裝置、自動化系統(tǒng))或者現(xiàn)場設(shè)備(例如執(zhí)行器、傳感器)的通信連接之外，用于這些設(shè)備的能量供應(yīng)也是重要的方面，該方面在設(shè)備工程范疇中必須被考慮。在對這樣的設(shè)備的能量供應(yīng)時，必須注意故障安全性、電安全性、電纜線路的占用、所需要的隔離以及法律規(guī)定等。由于關(guān)于電能量供應(yīng)的這些高要求，在技術(shù)設(shè)備中優(yōu)選地使用常規(guī)的能量供應(yīng)， 例如通過外部能量供應(yīng)器和內(nèi)部備用發(fā)電機組。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種用于在技術(shù)設(shè)備中放置和使用熱電發(fā)電機的有效率的和安全的方法。該任務(wù)利用包括以下步驟的方法來解決
a)在設(shè)備工程的范圍中將技術(shù)設(shè)備表示為設(shè)備模型，所述設(shè)備模型由互相作用的機電對象組成，其中
機電對象包含類型特定的熱力學(xué)先決條件和后置條件；
b)給機電對象補充設(shè)備特定的熱力學(xué)條件；
c)從設(shè)備工程中確定能量鏈，其中能量鏈由串聯(lián)連接的機電對象組成；
d)為能量鏈的每個機電對象確定能量平衡；和
e)在用于使用熱電發(fā)電機的必要熱力學(xué)條件的滿足上檢驗?zāi)芰挎湹臋C電對象的能量平衡。熱電發(fā)電機的廣泛使用迄今在工業(yè)設(shè)備中由于與之相關(guān)聯(lián)的用于建模的高耗費(例如由于要考慮的參數(shù)的復(fù)雜性)或者由于使用的限制(例如能量源的足夠的可用性和可用性的生效)是不可能的?，F(xiàn)有工程原理基于“機電對象”的概念，所述機電對象在工業(yè)設(shè)備中被使用用于對熱電發(fā)電機的使用和分布建模。機電對象能夠提供集成形式的設(shè)備的所有基本方面并且這已經(jīng)在設(shè)備的項目進展的早期階段中就能夠?qū)崿F(xiàn)。因此存在機會來以有效的方式應(yīng)付熱電發(fā)電機在工業(yè)應(yīng)用中的使用的復(fù)雜性。本發(fā)明的第一有利擴展方案在于，所述方法進一步包括以下步驟
e)通過適當?shù)妮敵鲅b置在設(shè)備模型中自動地表示具有用于熱電發(fā)電機的足夠能量勢的使用地點。通過(例如通過彩色編碼)自動地表示熱電發(fā)電機在工程系統(tǒng)的(例如在輸出設(shè)備(例如打印機、屏幕)上的)設(shè)備計劃中的可能使用地點，向用戶指明，在設(shè)備的什么位置原則上可以使用熱電發(fā)電機。本發(fā)明的另一有利的擴展方案在于，所述方法進一步包括以下步驟
f )將熱電發(fā)電機建模為機電對象并且在設(shè)備模型中集成該機電對象。將熱電發(fā)電機設(shè)計為機電對象并且將其集成到由機電對象組成的設(shè)備模型中保證，在設(shè)備工程中不進行方法和媒體中斷(Medienbruch )。本發(fā)明的另一有利擴展方案在于，在自動地表示熱電發(fā)電機的使用地點時考慮以下條件所使用的能量源的故障安全性和/或材料不兼容性和/或設(shè)備拓撲和/或空間條件和/或時間性能和/或標準和/或方針和/或可維護性和/或熱電發(fā)電機的物理特性。 通過考慮這些條件，在確定熱電發(fā)電機的使用地點時也順便提及經(jīng)濟準則。對條件的列舉不是最后的，也可以定義可能的其他條件。本發(fā)明的另一有利的擴展方案在于，所述方法此外包括以下步驟
g)在能量產(chǎn)生器鏈中計算對于作為機電對象所建模的熱電發(fā)電機可用的能量；和
h)如果對于作為機電對象所建模的熱電發(fā)電機可用的能量不足夠，則通過在設(shè)備模型中建模的能量源將能量專用地輸送到能量產(chǎn)生器鏈中。如果沒有熱能或者沒有足夠的熱能可用于已經(jīng)規(guī)劃的或放置的熱電發(fā)電機，則通過將附加的能量輸送到設(shè)備過程中或通過將所述能量提供到確定的設(shè)備位置可以實現(xiàn)使設(shè)備位置可利用于熱電發(fā)電機。因此可以以簡單和有針對性的方式訓(xùn)練設(shè)備用于使用熱電發(fā)電機。本發(fā)明的另一有利的擴展方案在于一種用于在技術(shù)設(shè)備中對熱電發(fā)電機進行地點確定的方法，包括以下步驟
a)在設(shè)備工程的范圍中將技術(shù)設(shè)備表示為設(shè)備模型，所述設(shè)備模型由互相作用的機電對象組成，其中
機電對象包含類型特定的熱力學(xué)先決條件和后置條件；
b)給機電對象補充設(shè)備特定的熱力學(xué)條件；
c)為機電對象確定相應(yīng)的熱量差需求；
d)在設(shè)備模型中確定能量鏈；
e)將熱電發(fā)電機建模為機電對象，其中熱電發(fā)電機的熱量差需求被存儲在機電對象
中；
f)將作為機電對象所建模的熱電發(fā)電機集成到設(shè)備模型的能量鏈中；
g)計算能量鏈中的對于作為機電對象所建模的熱電發(fā)電機可用的能量；和
h)如果對于作為機電對象所建模的熱電發(fā)電機可用的能量不足夠，則通過在設(shè)備模型中建模的能量源將能量專用地輸送到能量鏈中。如果沒有熱能或者沒有足夠的熱能可用于已經(jīng)列入計劃的或放置的熱電發(fā)電機，則通過改變設(shè)備參數(shù)可以實現(xiàn)將附加的能量輸送到設(shè)備過程中，以便在設(shè)備中的適當?shù)奈恢脤τ跓犭姲l(fā)電機利用所述能量。因此可以以簡單方式訓(xùn)練設(shè)備用于使用熱電發(fā)電機。本發(fā)明的另一有利的擴展方案在于，當在設(shè)備模型中集成作為機電對象所建模的熱電發(fā)電機時考慮以下條件所使用的能量源的故障安全性和/或材料不兼容性和/或設(shè)備拓撲和/或空間條件和/或時間性能和/或標準和/或方針和/或可維護性和/或熱電發(fā)電機的物理特性。由此當在設(shè)備模型中集成熱電發(fā)電機時也考慮得出的經(jīng)濟上和安全性有關(guān)的準則。在確定工業(yè)設(shè)備中的適當?shù)牡攸c用于使用熱電發(fā)電機時的行動因此可以標度地(skaliert)或逐級地進行。首先確定能量平衡對于使用熱電發(fā)電機原則上足夠的地點 (必要條件)，然后檢查其他要求或條件(充分條件)。這種逐級的行動增加了該方法的效率并且已經(jīng)在設(shè)備工程的早期階段中就避免了在放置熱電發(fā)電機時的誤決定。條件的列舉不是最后的。也可能定義其他條件。本發(fā)明的另一有利的擴展方案在于，機電對象代表技術(shù)設(shè)備的技術(shù)組件并且包含刻面(Facette)，其中給刻面分配學(xué)科(Disziplin)。概念機電一體化描述諸如(根據(jù)分科和需求)機械學(xué)、電學(xué)、自動化以及關(guān)于以不同方式支持工程或項目進展(例如營銷、核算、 項目管理等)的活動的其他信息的不同學(xué)科的互相配合。所有這些機電信息可以涉及使用的技術(shù)組件。該互相配合經(jīng)由對象的數(shù)字代表、所謂的機電對象(MO)來描述。MO在此可以包含不同的所謂刻面，例如針對每個學(xué)科的刻面。所述刻面是相應(yīng)學(xué)科的數(shù)據(jù)。由此以簡單的方式考慮軟件技術(shù)原理、例如局部性原理和數(shù)據(jù)封裝(encapsulation)。本發(fā)明的另一有利的擴展方案在于，可以分配下面的學(xué)科機械學(xué)和/或電學(xué)和/ 或自動化和/或營銷和/或核算和/或項目管理和/或維護和/或安全性和/或運轉(zhuǎn)維護和/或建筑技術(shù)(土木工程(Civil Engineering))和/或工程。如已經(jīng)提及的那樣，機電對象描述不同學(xué)科的互相配合，所述不同的學(xué)科支持設(shè)備工程或項目進展。通過集中于相應(yīng)的機電對象中的所述學(xué)科的分別有關(guān)的方面(例如數(shù)據(jù)、觀點、方法、屬性、文檔)，所述信息不是被分布在設(shè)備的任意位置，而是存在于所述信息邏輯上所屬于的地方。這例如有助于保證設(shè)備一致性?？赡艿膶W(xué)科的列舉不是最后的。根據(jù)領(lǐng)域和使用范圍可分配其他學(xué)科。該任務(wù)此外通過適用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的用于對技術(shù)設(shè)備建模的工程系統(tǒng)來解決。工程系統(tǒng)可以是商業(yè)上通用的計算機(例如PC或工作站)，具有帶有用于執(zhí)行該方法的建模工具(例如UML工作環(huán)境)的相應(yīng)軟件。根據(jù)要求和工作環(huán)境，也可以使用相應(yīng)設(shè)計的工業(yè)PC作為計算機。另外，該任務(wù)通過促使在程序控制裝置上執(zhí)行該方法的計算機程序產(chǎn)品或計算機可讀介質(zhì)來解決。這有助于使用的靈活性并也有助于根據(jù)本發(fā)明的方法的分布和商業(yè)銷 售。


本發(fā)明的實施例在附圖中示出并且在下面闡述。在此
圖1示出技術(shù)設(shè)備的示范性示意圖，
圖2示出機電對象的抽象總覽圖示，
圖3a示出機電對象的示范性樹，
圖3b示出具有刻面的機電對象的示意圖示，
圖4示出機電對象以UML標記法的面向?qū)ο蟮拇淼睦樱?br> 圖5示出用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的示范性裝置。
具體實施方式
圖1示出具有用于執(zhí)行諸如輸送、安裝、測量、混合之類的子過程TP的機械和電組件AG (機組(Aggregate))的技術(shù)設(shè)備A的示范性示意圖。熱電發(fā)電機TEG使用消耗裝置 VB的能量勢EP (例如不同的溫度勢或熱量勢)中的差來獲得能量。當在技術(shù)設(shè)備(例如生產(chǎn)設(shè)備、工藝過程設(shè)備)中通過熱電發(fā)電機TEG獲得能量時，除了前置和后置的消耗裝置的勢差之外，應(yīng)該考慮設(shè)備A的系統(tǒng)特性SE和環(huán)境條件UB0特別是設(shè)備拓撲、對可靠性和安全性的要求屬于系統(tǒng)特性SE。特別是所在地或者所在地的基礎(chǔ)設(shè)備、而還有環(huán)境溫度或環(huán)境的熱量勢屬于環(huán)境條件UB。在工業(yè)設(shè)備A的自動化情況下，使用大量電子組件AG，所述電子組件必須可靠地在交變的環(huán)境條件UB和運行條件SE時被供以電能。當前追求不同的方案，以便借助于新的或者改善的物理方法從迄今不能經(jīng)濟地利用的能量勢差異EP中獲得電能并且尤其是用于分散式和/或無電纜式信號處理。除了經(jīng)濟方面(“能量獲得”，“可更新的能量源”)之外，還有有效地構(gòu)造技術(shù)系統(tǒng)方面，其中聚焦于通過排除全部子系統(tǒng)(例如用于有電纜的電流供應(yīng))來簡化系統(tǒng)。在此原則上的問題是以下情況，即在能量勢的可用性和消耗裝置的需求之間的相關(guān)性大多數(shù)小，也即在不需要能量時能量存在，或者在恰好沒有勢時需要能量。常用的方案是使用能量存儲器，例如汽車(PKW)中的蓄電池(“電池組”)。但是，該方案碰到極限，例如汽車電池組在城市交通中以很多起動過程而快速被排空。另外，能量存儲器經(jīng)常具有差的效率并且遭受老化。尤其是在“能量獲得”的周圍環(huán)境中發(fā)展時試圖通過“能量管理”來應(yīng)付所述問題。這在實際中導(dǎo)致可利用性方面的巨大折衷(小的生產(chǎn)量、偶發(fā)的或者不可預(yù)見的可用性)。所述折衷相對于當今所使用的網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備是關(guān)于可利用性和安全性的巨大限制。除了該集中的問題之外，還存在由典型的工業(yè)設(shè)備A的復(fù)雜性得出的一系列其他疑問。用于在工業(yè)設(shè)備A中使用熱電發(fā)電機TEG的傳統(tǒng)的“離散式”工程過程將會典型地面向詳細疑問的優(yōu)先化序列，例如搜索充分的熱量勢差、其預(yù)料的時間可用性、搜索具有適當電纜路徑的固定可能性、安裝可能性(可達性、幾何形狀、材料成對、導(dǎo)熱膏等)等?；诠烙嫳仨氉鞒鼍薮髷?shù)量的所述決定，因為有關(guān)的信息不存在或以不適當?shù)男问酱嬖诨蛘邇H有可能以高耗費確定所述信息。作為結(jié)論可以理解
為工業(yè)自動化的目的對熱電發(fā)電機的使用迄今大部分地基于在能量供應(yīng)的可用性和到整個設(shè)備中的嵌入方面的估計(或者“希望原則(Prinzip Hoffrumg)”)。由于存在的不安全性，尤其是在關(guān)鍵設(shè)備中經(jīng)常原則上排除使用熱電發(fā)電機并且代替之選擇傳統(tǒng)的能量供應(yīng)。對于工程和對熱電發(fā)電機TEG的使用迄今不存在準備好的解決方案，其能夠有效地和安全地被裝入到工業(yè)設(shè)備的整個模型中。因此，每個當今所實現(xiàn)的解決方案是具有少的再使用可能性和由此得出的勢的單個解決方案。原則上，迄今對于在技術(shù)設(shè)備A中使用熱電發(fā)電機TEG選擇以下解決途徑 限制于具有對可用性的小要求的使用目的，
耗費地對使用目的建模并且明確地提供附加信息(運行計劃等)。廣泛地使用熱電發(fā)電機迄今在工業(yè)設(shè)備中由于用于建模、對使用強烈限制和與之相關(guān)聯(lián)的必要的風險估計的與之相關(guān)聯(lián)的高耗費而不能被期望。一般，迄今在工業(yè)設(shè)備中優(yōu)選傳統(tǒng)的能量供應(yīng)解決方案，以便相反能夠創(chuàng)建工業(yè)設(shè)備的簡單的規(guī)劃和基于迄今的經(jīng)驗的總解決方案。在對總解決方案的壽命成本觀察過程中，這不是最佳的。為了解決在設(shè)備A中使用和分布熱電發(fā)電機的問題，以下認識是重要的，即后來的或附加的結(jié)合“事后(ex post)”大多由于關(guān)系的復(fù)雜性和實施耗費而不是適宜的，或者至多在特殊情況下可靠地起作用。但是原則上，這在設(shè)備的現(xiàn)代化范圍中同樣是可能的。本發(fā)明以該觀點為出發(fā)點，使用創(chuàng)新的工程概念例如“機電對象”的概念用于解決在工業(yè)設(shè)備A中分布熱電發(fā)電機的問題。機電對象能夠提供集成形式的設(shè)備的所有基本方面并且這已經(jīng)在設(shè)備A的項目進展的早期階段中就能夠?qū)崿F(xiàn)。因此存在機會來以有效的方式應(yīng)付熱電發(fā)電機在工業(yè)應(yīng)用中使用的復(fù)雜性。該問題通過在機電工程系統(tǒng)范圍中將熱電發(fā)電機TEG設(shè)計為機電對象來解決。本發(fā)明基于機電概念，所述機電概念基本上基于不同學(xué)科或行會的結(jié)合。作為不同學(xué)科的信息深度結(jié)合成對象的結(jié)果，首先預(yù)期解決方案的大大改善的質(zhì)量、減小的工程時間和成本。術(shù)語和概念機電一體化描述諸如(根據(jù)分科和需求)機械學(xué)、電學(xué)、自動化以及關(guān)于以不同方式支持工程或項目進展(例如營銷、核算、項目管理等)的活動的其他信息的不同學(xué)科的互相配合。所有這些機電信息可以涉及使用的技術(shù)組件。該互相配合經(jīng)由對象、 所謂的機電對象(MO)的數(shù)字代表來描述。MO在此可以包含不同的所謂刻面，例如針對每個學(xué)科的刻面。刻面包含學(xué)科的數(shù)據(jù)，而MO結(jié)構(gòu)聚集所述數(shù)據(jù)并且使所述數(shù)據(jù)邏輯連接。圖2示出機電對象MOl的抽象總覽圖示。機電對象MOl優(yōu)選地代表真實世界(例如技術(shù)領(lǐng)域)的組件。在工藝范圍中，這例如可以是泵、容器、閥、管、加熱元件或攪動器。在工業(yè)控制上下文中，這例如可以是機床或?qū)Ｓ脵C床的組件。機電對象MOl提供所定義的技術(shù)的獨立的功能。所述機電對象能夠相互接線，以便實現(xiàn)復(fù)雜的技術(shù)任務(wù)。此外，可以由用戶非常容易地在不同的應(yīng)用中將機電對象MOl作為軟件技術(shù)單元來重新使用。用戶在利用機電對象MOl時可以從其實施中概括。由用戶在其用戶程序中直接可使用的機電對象MOl 通過其實例化而從對象類型中產(chǎn)生。從一次定義的對象類型中可以獲得機電對象的任意多個實例。根據(jù)圖4的圖示以示范性示意圖示的方式示出機電對象M01、也即對象類型的實例的用戶觀點。通過實線與下面部分分開的最上面的部分(“對象”)包含基礎(chǔ)的機電對象的類型(M0類型)和MO標識符，也即實例化的項目明確的或設(shè)備明確的名稱。緊接著的部分包含配置數(shù)據(jù)。經(jīng)由配置數(shù)據(jù)，機電對象MOl在其原理作用方式方面被調(diào)整。經(jīng)由配置數(shù)據(jù)實現(xiàn)機電對象MOl的參數(shù)化。在根據(jù)圖2的圖示中，通過線將配置數(shù)據(jù)與機械信息(例如冊，設(shè)備)分開。下一段是電信息(電氣設(shè)備、電流供應(yīng)等)。機電對象MOl的在圖2中的下一段是自動化信息(例如用于存儲器可編程的控制的程序)。用于機電對象的其他信息可以是警報、系統(tǒng)變量、而還是關(guān)于銷售、核算、項目管理、維護或文檔的信息。圖3a示出機電對象M02 - M06的示范性樹。機電對象M02 - M06描述工程中的元件，例如設(shè)備或機器。如果設(shè)備或機器例如被集成在子設(shè)備或作業(yè)線中，則所分配的機電對象M03 - M06也可以被聚集在子設(shè)備或作業(yè)線的上級的機電對象M02中。該概念一般決
8定了機電對象M02 - M06的定義的接口，其中所述機電對象可以經(jīng)由所述接口相互邏輯連接，以便實現(xiàn)信息的封裝。圖3a中的實線表示在機電對象M02 - M06之間的聚集關(guān)系。通過虛線表明，可以表示在機電對象M02 - M06之間的其他關(guān)系，例如功能方面、結(jié)構(gòu)方面、安全性方面(安全和防護)。通過機電對象M02 - M06中的矩形表明，機電對象可以包含刻面。圖3b示出具有刻面的機電對象M07的示意圖示。機電對象M07描述工程中的元件，例如設(shè)備或機器。如果設(shè)備或機器例如被集成在子設(shè)備或作業(yè)線中，則所分配的機電對象也可以被聚集在子設(shè)備或作業(yè)線的上級的機電對象中(參見圖3a中的M02)。該概念一般決定了機電對象M07的定義的接口，其中所述機電對象可以經(jīng)由所述接口相互邏輯連接， 以便實現(xiàn)信息的封裝。在機電對象M07中所存儲的數(shù)據(jù)于是包含關(guān)于機電對象的一般熱力學(xué)特性的信息，例如對于機電對象“容器”而言，允許被引入到容器中的液體的最小和最大溫度以及諸如流量、壓力等其他信息。所述通常的熱力學(xué)信息對于設(shè)備特定地用其他數(shù)據(jù)補充例如被引入到容器中的液體的實際溫度以及液體在容器中“處理”之后的溫度也是有關(guān)的。概括地說，機電對象的熱力學(xué)先決條件和后置條件對于“能量獲得”是有關(guān)的，但是也對于工業(yè)設(shè)備的“傳統(tǒng)的”規(guī)劃起作用，因為所述先決條件和后置條件被需要用于設(shè)計設(shè)備?；跈C電對象M07的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，相應(yīng)的工程系統(tǒng)將從MO結(jié)構(gòu)(例如基于機電對象的設(shè)備模型)計算對于熱電發(fā)電機(TEG ；圖1)可用的熱能，所述MO結(jié)構(gòu)完全或部分地代表所述設(shè)備如果機電對象的熱量需求小于在MO結(jié)構(gòu)中直接位于前面的機電對象的可用的熱流，則差能夠?qū)崿F(xiàn)熱電發(fā)電機的使用。該差通過工程系統(tǒng)顯示為可利用的能量并且對于設(shè)計者給出提示熱電發(fā)電機(TEG ；圖1)的基于能量勢的使用在何處是可能的。根據(jù)本發(fā)明的方法在選擇用于在設(shè)備中放置熱電發(fā)電機的地點時考慮(來自過程中的)能量源，但是也考慮能量阱(例如原則上也可以作為機電對象來理解和建模的環(huán)境)。如果例如環(huán)境的溫度與要分接的熱量源/熱量阱(設(shè)備過程的位置)的溫度一樣高，于是在該位置處不能合理地安置熱電發(fā)電機。對于設(shè)計者的表示于是例如可以采取以下形式，即設(shè)備的可以使用具有希望的特性的熱電發(fā)電機的區(qū)域可視地在計劃數(shù)據(jù)中被標記為“綠色區(qū)域”或者“綠色云”并且(例如在監(jiān)視器上或者在輸出打印中)被顯示，具有限制的這樣的區(qū)域被標記為黃色等。設(shè)計者于是可以基于關(guān)于所需要的熱電發(fā)電機的使用地點的這些建議決定并且直接在機電工程系統(tǒng)中放置機電對象，所述機電對象作為熱電發(fā)電機的代理對象起作用并且包含熱電發(fā)電機的數(shù)據(jù)(例如在刻面中)。關(guān)于不同的使用地點的合適性的所計算的數(shù)據(jù)通過工程系統(tǒng)表示給設(shè)計者，使得所述設(shè)計者例如也可以根據(jù)能量源的可靠性進行決定。可替代地，該TEG-MO (代表熱電發(fā)電機的機電對象)的信息可以被用于進一步限定熱電發(fā)電機的使用?；蛘呖赡艿氖牵呀?jīng)實例化但是還沒有被放置的機電對象M07通過設(shè)計者在工程系統(tǒng)中產(chǎn)生，其中消耗裝置MO雖然可以已經(jīng)被定義，但是所屬的能量產(chǎn)生器 MO還不必被分配，或者可以總地針對所選擇的或者所有在工程系統(tǒng)中存在的TEG類型搜索使用地點(見上)。只要熱電發(fā)電機由于其使用可能性(和數(shù)據(jù))不同，對于熱電發(fā)電機的每個類型，在此就需要MO類型。在機電對象或MO類型中，在此包含用于使用熱電發(fā)電機的先決條件。例如，這可以是所需要的功率，此外也可以是熱電發(fā)電機的材料特性、幾何形狀(包括端子)等(見上)。
為了完全計劃具有熱電發(fā)電機的總解決方案，在設(shè)備項目中實例化 (instanzierOTEG類型并且作為函數(shù)直接分配給一個或多個能量消耗裝置M0。從對能量消耗裝置MO的分配中得出關(guān)于熱電發(fā)電機的要求的其他信息例如對于能量源的故障安全性的能量消耗裝置MO的設(shè)定，其中必須在其基礎(chǔ)上確定熱電發(fā)電機的可用性。在基于可用的能量標識了可能的裝入地點之后(如上所述)，可以由TEG-MO (作為機電對象建模的熱電發(fā)電機)以及能量產(chǎn)生器MO來利用關(guān)于所使用的材料、機械設(shè)計的幾何形狀、熱流的時間性能、空間條件、有效的標準和方針、解決方案的可維護性等的附加信息，用以從中更準確地確定在所計劃的設(shè)備中安裝的實際可能性。對此的例子是
材料不兼容性管道的材料可能不適用于連接TEG，因為管道和TEG連接的兩種材料 “合不來”(例如由于腐蝕)。在該情況下，不能連接熱電發(fā)電機(TEG)或者可能可以設(shè)置連接件，對于所述連接件又必須在環(huán)境中存在足夠的位置。必要時必須使用導(dǎo)熱膏，這可能影響服務(wù)等?！缀涡螤頣EG的連接在幾何形狀上是可能的？也即在尺寸、形狀和管彎曲等方面？
空間條件在整體觀察設(shè)備時，必要時TEG的附加的位置需求可能不被滿足。因此裝入對于確定的MO是不可能的。或者TEG的裝入可以在空間上僅非常遠離所產(chǎn)生的電能的使用地點地發(fā)生(倘使是已知的)_在鋪設(shè)電纜方面的節(jié)省因此可能不能實現(xiàn)，代替之，電纜敷設(shè)明顯更耗費并且僅能困難地實現(xiàn)?！r間性能如何可靠地實現(xiàn)所說明的熱力學(xué)特性？這例如可以從設(shè)備的存在的行駛時刻表中得出，相反地從TEG (熱電發(fā)電機)的使用地點或者從設(shè)備的總策略中得出通過TEG需要的可靠性或者必要的時間性能。這些條件可以或者集中地在工程系統(tǒng)中預(yù)先給定或者首先總地假設(shè)，較高的可用性也意味著較高的合適性并且聽憑設(shè)計者作出最終的決定?！藴屎头结橆A(yù)先給定確定的標準和方針(例如FDA)可以出于安全性原因而排除TEG的使用(完全地或在設(shè)備部分區(qū)域中)?！た删S護性TEG的可維護性被保證？如果TEG例如必須定期地被維護，則提出疑問這是否由于空間情況可能僅能夠以非常高的耗費實現(xiàn)。 其他限制例如由于TEG的其他物理特性而是可能的在所力求的地點處由于TEG 的重量和能量產(chǎn)生器(例如管或容器)的承載能力能夠裝入TEG嗎？
工程系統(tǒng)可以將這些限制一起包括在計算中并且因此已經(jīng)自動化地排除TEG的首先決定為適合的裝入地點。在此保持聽任工程系統(tǒng)的設(shè)計在什么規(guī)模上已經(jīng)自動化地考慮這些準則。圖4示出機電對象以UML標記法的面向?qū)ο蟮拇淼睦?。原則上，可以使用每種面向?qū)ο蟮臉擞浄?。機電對象可以由使用者借助于工程系統(tǒng)或者支持面向?qū)ο蟮姆独?例如類、類型、遺傳等)的軟件開發(fā)環(huán)境來設(shè)計和實施。圖4中的矩形表示所涉及的對象或者子對象，具有相應(yīng)標記法的線表示在對象之間的關(guān)系(“具有(has)”、“從(from)”，“是(is
a)等)。在軟件開發(fā)環(huán)境中可以例如以面向?qū)ο蟮木幊陶Z言(例如C-+)實施機電對象并且首先定義基本類“M0”，所述基本類實現(xiàn)機電對象的基礎(chǔ)概念并且提供標準化接口。這樣的類可以例如定義種屬刻面并且已經(jīng)定義標準刻面并且包含對任意刻面的種屬訪問方法。對于技術(shù)設(shè)備的技術(shù)組件的任意類型，于是可以從所述基本類推導(dǎo)出其他類并且必要時擴展以其他刻面和添加信息。對于TEG，首先可以定義類“TEG”，所述類“TEG”包括所有TEG的一般特性和刻面。對于特定的TEG類型X，于是從該類“TEG”推導(dǎo)出類“TEG_x”并且用該 TEG類型的特定特性和必要時刻面來擴展或者填充。如果將該類型的TEG放置設(shè)備項目中， 則在所屬的工程系統(tǒng)中在設(shè)備項目中最后對所述類“TEG_x”進行實例化，并且必要時參數(shù)化(例如利用地點標記、設(shè)備標記、必要的可靠性)。在實例或?qū)ο笾g的關(guān)系經(jīng)由在對象之間的指針或經(jīng)由對明確的身份的參考來實現(xiàn)?？梢允褂脴?gòu)架格式和特定格式用于對象和關(guān)系的數(shù)據(jù)存放或者用于數(shù)據(jù)交換?？蚣芨袷绞遣煌念I(lǐng)域和學(xué)科的集成基礎(chǔ)并且適用于集成特定的格式。特定格式包括特定領(lǐng)域或?qū)W科的信息和關(guān)系。作為框架格式的數(shù)據(jù)格式例如可以使用PLM XML.AutomationML, CAEX, STEP等。作為特定格式的數(shù)據(jù)格式例如可以使用JT、Collada, PLCopen XML、STEP AP214、AP210、eClass、ProList0圖5示出用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的示范性裝置ES (例如工程系統(tǒng))。該方法通過軟件(C、C++、Java等)實現(xiàn)并且可以通過計算機程序產(chǎn)品實施，所述計算機程序產(chǎn)品在程序控制裝置C上促使執(zhí)行該方法。此外，可以在計算機可讀介質(zhì)(例如軟盤、CD、智能媒體卡、USB棒)上存儲軟件，包括指令，其中當所述指令在適當?shù)挠嬎銠CC上被執(zhí)行時所述指令使計算機C實施該方法。裝置ES包括用于圖形表示機電對象或設(shè)備模型的屏幕M、用于選擇和操縱對象的輸入裝置EA (例如鼠標、鍵盤、觸控筆)、用于對所創(chuàng)建的對象或模型存檔的存儲裝置DB以及處理單元C。處理單元C可以是市場上常見的計算機(例如膝上型電腦、 PC)，但是也可以是也適用于在車間區(qū)域(例如在車間中)應(yīng)用的魯棒性工業(yè)PC。但是該方法原則上也可以通過分布式計算機架構(gòu)(集群、云計算)或者基于網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。工程系統(tǒng)ES可以將上述限制(材料不兼容性、幾何形狀、時間性能、標準和方針、 可維護性等)一起包含在計算中并且因此已經(jīng)自動化地排除熱電發(fā)電機的首先表現(xiàn)為適當?shù)难b入地點中的一些。在此保持聽任工程系統(tǒng)ES的設(shè)計在什么規(guī)模上已經(jīng)自動化地考慮這些準則，例如通過由操作者的參數(shù)化或者配置。參數(shù)化例如可以以領(lǐng)域特定的方式進行。關(guān)于裝入熱電發(fā)電機的最后決定通常對設(shè)計者保留，對于每個熱電發(fā)電機向所述設(shè)計者顯示最好的裝入地點(例如在選擇熱電發(fā)電機時與上面類似地將最佳的裝入地點以綠色標記，其他可能的裝入地點以“黃色”標記等)。但是在工程系統(tǒng)ES中實施的優(yōu)化策略也是可能的，所述優(yōu)化策略根據(jù)技術(shù)準則如上所述地并且根據(jù)預(yù)期的壽命成本來評估在可能的能量施主MO處熱電發(fā)電機的使用的優(yōu)點和缺點并且自動地創(chuàng)建完整的解決方案(所述解決方案于是必要時再次可以通過設(shè)計者修改)。作為擴展，工程系統(tǒng)ES可以附加地提供選項如果沒有熱能或者沒有足夠的熱能可用于在該解決方案中已經(jīng)規(guī)劃的/放置的熱電發(fā)電機，則這可以通過改變解決方案參數(shù)來實現(xiàn)，也即將附加的能量輸送到過程中，以便以后可以將所述能量在適當?shù)奈恢糜糜跓犭姲l(fā)電機。工程系統(tǒng)ES對于該選擇于是沿著MO能量產(chǎn)生器鏈自動地計算以MO-TEG (熱電發(fā)電機，其被建模為機電設(shè)備對象)為出發(fā)點需要的能量。這從MO-TEG直至能量源的角度發(fā)生并且積累在那里需要的能量(必要時包括MO鏈中的可能的能量損耗)。工程系統(tǒng)ES能夠計算多個可替代的可能性并且向設(shè)計者表示所述替代方案用于選擇。工程系統(tǒng)ES在此原則上考慮技術(shù)邊緣條件并且不拋棄可實現(xiàn)的解決方案(例如過程中的不允許被超過的熱學(xué)極限)。工程系統(tǒng)ES的每個新解決方案在此可以附加地基于運行經(jīng)濟準則和在機電對象中可用的信息通過工程系統(tǒng)ES評估并且用作設(shè)計者的決定基礎(chǔ)(例如基于附加的能量饋入，增加的能量成本多高)。工程系統(tǒng)ES附加地可以給設(shè)計者關(guān)于系統(tǒng)中技術(shù)瓶頸的指示， 也即哪個機電對象由于技術(shù)極限值而妨礙提高的能量輸送。在最高的擴建階段中，工程系統(tǒng)ES可以附加地為所述“瓶頸”MO建議可替代的機電對象(MO)并且提供給設(shè)計者用于選擇。設(shè)計者于是可以采取解決方案替代方案或者保留原始解決方案并且在工程系統(tǒng)ES中對其解決方案相應(yīng)地進行手動改變。因此，隱含地通過工程概念實現(xiàn)信息深度和信息質(zhì)量，所述信息深度和信息質(zhì)量以可認為正當?shù)暮馁M和對于使用目的適度的可靠性允許具有熱電發(fā)電機復(fù)雜性的組件的工程。通過這種方式例如直接保證對邊界條件的注意和產(chǎn)生的設(shè)備結(jié)構(gòu)的一致性。基于大量在此產(chǎn)生的關(guān)系信息和邏輯連接信息(Verknilpfungsinformationen)，同時顯著加深對設(shè)備結(jié)構(gòu)的描述，使得例如大大簡化設(shè)備能量平衡的詳細化和優(yōu)化。因此，設(shè)計者能夠如此調(diào)整計劃參數(shù)例如輸入功率，使得能夠?qū)崿F(xiàn)對熱電發(fā)電機的使用。工程系統(tǒng)ES的所述的擴展可以在機電工程系統(tǒng)的附加模塊內(nèi)或者作為機電工程系統(tǒng)的附加模塊或者也可以作為分開的系統(tǒng)實現(xiàn)。用于在技術(shù)設(shè)備中放置熱電發(fā)電機的方法和系統(tǒng)，其中從互相作用的機電對象創(chuàng)建設(shè)備模型，其中所述機電對象包括類型特定的和設(shè)備特定的熱力學(xué)先決條件和后置條件，并且基于在機電對象之間的相應(yīng)的熱能差來確定熱電發(fā)電機在設(shè)備中的可能的使用地
點ο附圖標記
A設(shè)備 TP子過程 AG機組 EP能量勢 TEG熱電發(fā)電機 VB消耗裝置 SE系統(tǒng)特性 UB環(huán)境條件 M01-M07機電對象 ES能量系統(tǒng) M監(jiān)視器 C計算機 DB數(shù)據(jù)庫 V連接 EM輸入裝置
1權(quán)利要求
1.用于在技術(shù)設(shè)備(A)中放置熱電發(fā)電機(TEG)的方法，包括以下步驟a)在設(shè)備工程的范圍中將技術(shù)設(shè)備(A)表示為設(shè)備模型，所述設(shè)備模型由互相作用的機電對象(MO1-M07 )組成，其中機電對象(M01-M07)包含類型特定的熱力學(xué)先決條件和后置條件；b)給機電對象(M01-M07)補充設(shè)備特定的熱力學(xué)條件；c)從設(shè)備工程中確定能量鏈，其中能量鏈由串聯(lián)連接的機電對象(M01-M07)組成；d)為能量鏈的每個機電對象(M01-M07)確定能量平衡；和e)在用于使用熱電發(fā)電機(TEG)的必要熱力學(xué)條件的滿足上檢驗?zāi)芰挎湹臋C電對象 (M01-M07)的能量平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括以下步驟e)通過適當?shù)妮敵鲅b置(M)在設(shè)備模型中自動地表示具有用于熱電發(fā)電機(TEG)的足夠能量勢的使用地點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，進一步包括以下步驟f)將熱電發(fā)電機(TEG)建模為機電對象(M01-M07)并且在設(shè)備模型中集成所述機電對象。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在自動地表示熱電發(fā)電機(TEG)的使用地點時考慮以下條件所使用的能量源的故障安全性和/或材料不兼容性和/或設(shè)備拓撲和/或空間條件和/或時間性能和/或標準和 /或方針和/或可維護性和/或熱電發(fā)電機(TEG)的物理特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進一步包括以下步驟g)在能量產(chǎn)生器鏈中計算對于作為機電對象(M01-M07)所建模的熱電發(fā)電機(TEG)可用的能量；和h)如果對于作為機電對象(M01-M07)所建模的熱電發(fā)電機(TEG)可用的能量不足夠， 則通過在設(shè)備模型中建模的能量源將能量專用地輸送到能量產(chǎn)生器鏈中。
6.用于在技術(shù)設(shè)備(A)中對熱電發(fā)電機(TEG)進行地點確定的方法，包括以下步驟a)在設(shè)備工程的范圍中將技術(shù)設(shè)備(A)表示為設(shè)備模型，所述設(shè)備模型由互相作用的機電對象(MO1-M07 )組成，其中機電對象(M01-M07)包含類型特定的熱力學(xué)先決條件和后置條件；b)給機電對象(M01-M07)補充設(shè)備特定的熱力學(xué)條件；c)為機電對象(M01-M07)確定相應(yīng)的熱量差需求；d)在設(shè)備模型中確定能量鏈；e)將熱電發(fā)電機建模為機電對象(M01-M07)，其中熱電發(fā)電機(TEG)的熱量差需求被存儲在機電對象(M01-M07)中；f)將作為機電對象(M01-M07)所建模的熱電發(fā)電機(TEG)集成到設(shè)備模型的能量鏈中；g)計算能量鏈中的對于作為機電對象(M01-M07)所建模的熱電發(fā)電機可用的能量；和h)如果對于作為機電對象(M01-M07)所建模的熱電發(fā)電機(TEG)可用的能量不足夠， 則通過在設(shè)備模型中建模的能量源將能量專用地輸送到能量鏈中。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的方法，其特征在于，當在設(shè)備模型中集成作為機電對象所建模的熱電發(fā)電機(TEG)時考慮以下條件所使用的能量源的故障安全性和/或材料不兼容性和/或設(shè)備拓撲和/或空間條件和/或時間性能和/或標準和/或方針和/或可維護性和/或熱電發(fā)電機(TEG)的物理特性。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，機電對象(M01-M07)代表技術(shù)設(shè)備(A)的技術(shù)組件并且包含刻面，其中給刻面分配學(xué)科。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，可以分配下面的學(xué)科機械學(xué)和/或電學(xué)和/或自動化和/或營銷和/或核算和/或項目管理和/或維護和/或安全性和/或運轉(zhuǎn)維護和/或建筑技術(shù)和/或工程。
10.計算機程序產(chǎn)品，其促使在計算機控制裝置上執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的方法。
11.計算機可讀介質(zhì)，包括指令，其中當所述指令在適當?shù)挠嬎銠C(C)上被執(zhí)行時所述指令使計算機(C)實施根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的方法。
12.用于對技術(shù)設(shè)備建模的工程系統(tǒng)(ES)，適用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在技術(shù)設(shè)備中放置熱電發(fā)電機的方法和系統(tǒng)，其中從互相作用的機電對象創(chuàng)建設(shè)備模型，其中所述機電對象包括類型特定的和設(shè)備特定的熱力學(xué)先決條件和后置條件，并且基于在機電對象之間的相應(yīng)的熱能差來確定熱電發(fā)電機在設(shè)備中的可能的使用地點。
文檔編號G06F17/50GK102483769SQ201080038571
公開日2012年5月30日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者伯姆 B., 迪爾 M., 特茨納 T. 申請人:西門子公司