CN101918903A - 规划装置和技术设备规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于规划一技术设备(3)的规划装置(1)，其中，所述技术设备(3)由复数个各具有复数个机械组件(5)和复数个电气组件(7)的模块(9)构成，其中，每个模块(9)均具有一标定功能，设有一程序库(11)，所述程序库中存储有复数个电气组件(7)的集和所述这些组件的特性，通过一分配功能可从所述程序库中选择一组件集(13)分配给一模块(9)，根据所述组件集(13)的以组件参数(17)定义的特性进行推导，从而得出：用所述组件集(13)得出的模块功能是否在一可预定的精度范围内与所述标定功能相符。

Description

规划装置和技术设备规划方法
技术领域
本发明涉及一种用于规划一技术设备的规划装置，所述技术设备由复数个各具有复数个机械组件和复数个电气组件的模块构成，其中，每个模块均具有一标定功能。本发明还涉及一种相应的方法。
背景技术
《Werkstatttechnik Online(车间技术在线)》97年度(2007年)第3册刊登的“Objektorientierte Fabrikplanung(面向对象工厂规划)”一文(G.Schuh著)描述了一种面向对象的工厂规划方法。此文将这种工厂规划方法与软件工程进行了比较，并建议采用一种分级结构来进行工厂规划。工厂模块被设计为多个从粗略的示意性表示到细致的详细表示的分级式逐级执行的规划级。其中的每个模块像面向对象编程那样按封装的原理进行设计，使其在规划方案改变时可方便被更换。模块间的相互作用只有通过那些明确可用的接口才能实现。
技术设备的数字规划具有越来越重要的意义。通过技术设备的虚拟映射，在很早的阶段就可借助模拟技术来确保投资。对于生产设备而言，产品规划可以快得多的速度转化为成品。这种数字规划的所需数据量极大。除了以3D模拟的形式对技术设备的几何结构进行纯数字映射外，还越来越多地尝试以一种虚拟调试的方式来模拟设备的技术功能。除了技术设备组件的几何特性和机械特性外，通过这种方法还可更多地考虑其电气特性。也就是说对于生产设备而言，除了几何特性(例如生产用机械手的几何特性)和制造单元的尺寸外，例如还可考虑电动机的特性，如输出功率或转矩。通常情况下，所有组件都处于相互作用的状态下。为了检验某一组件是否胜任所指定的任务，必须事先选取其他组件，以便通过模拟来确定能否达到预期结果。由于从中可得出大量可能的组合，从而导致测定最佳配置时的规划工作会极其复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以特别简单的方式对技术设备进行规划的规划装置。本发明的另一目的在于提供一种相应的规划方法。
本发明关于规划装置的目的通过一种用于规划技术设备的规划装置而达成，其中，所述技术设备由复数个各具有复数个机械组件和复数个电气组件的模块构成，其中，每个模块均具有一标定功能，设有一程序库，所述程序库中存储有复数个电气组件的集和这些组件的特性，通过一分配功能可从所述程序库中选择一组件集分配给一模块，并根据以组件参数定义的该组件集的特性进行推导，从而得出：用这个组件集得出的模块功能是否在可预定的精度范围内与标定功能相符。
本发明基于可对所用电气组件进行分组这一认识。举例而言，这种分组可以是面向制造商的。相比不同制造商所提供的电气组件，由同一制造商提供的电气组件彼此间通常具有更好的兼容性。此外在选择电气组件制造商方面，技术设备往往也需要符合相应的规定。另一种分组方法依据的是组件功能。举例而言，可根据电气组件的安全等级来进行分组。
通过将电气组件分组成一个组件集，可大幅简化规划过程。模块的功能由标定功能描述。在此使用完整的组件集来实现这种标定功能。从这个意义上来说，组件集在一定程度上可理解为系列商品尤其是系列服装。试穿就是相当于将这个系列的功能与标定功能进行比较。也就是说，规划者的选择范围会受到组件集的限制，但这一方面可大幅简化规划过程，另一方面如果使用的是可靠的系列(即组件集)，就可在质量方面获利。组件集存储在一程序库中。以往的规划方案最多允许从相同类型的不同组件所组成的集合中选择单个电气组件，本发明则是将不同类型的组件分组成一组件集，使得组件集的选择可在规划过程中确定一系列具有不同功能的组件。同一组件集中的组件相互兼容。亦即，组件集具有内在相容性。所述组件集的开发具有与时俱进这一特性，其功能可与尽可能多的模块的标定功能实现相符。
优选通过模拟模块功能来检验相符性，其中，将组件参数作为这种模拟的基础。可以通过对一技术设备上的流程进行模拟来完成对该技术设备的数字规划。通过这种模拟可确定所用组件是否实际提供所需功能。举例而言，通过一种实时模拟可得出所用组件无法以预期速度实现相应处理过程的结论。也就是说，在此情况下，不能将所述组件集原封不动地投入使用。
优选通过将描述标定功能的标定参数与所述组件集的相应组件参数进行比较来检验相符性。亦即，所述标定功能是用参数表示的。一个组件集由那些在类型上至少部分与所述标定功能的参数相符的参数所描述。如果该组件集的各参数在值上也与标定功能的各参数相符，或者说这些参数处于一个相应的区间内，这就表明存在所期望的相符性。
所述电气组件优选采用附带机械功能的机电一体化实施方式。组件中的电气和机械组成部分越来越多地被整合成一体式结构。举例而言，压电部件也可执行机械任务。整合了其电力驱动装置的抓臂也可以算作一个机电一体化组件。采用机电一体化的组件可进一步简化规划过程。
优选可通过一个划分为多个分级层且包含多个逐级执行的规划级的规划过程来实施所述规划，其中，至少第二分级层的一下规划级的机械或电气组件具有该下规划级的上级分级层中的上规划级的机械或电气组件的特性，并且在所述机械或电气组件的特性方面具有更高的详细程度。此外，所述规划装置优选以某种方式具有一个面向对象的体系结构，使得就面向对象编程的规则而言，所述规划级由多个等级描述，这些等级用所述机械组件和电气组件的特性作为所述模块功能的属性和方法来将对象实例化，其中，一个下规划级沿用所述上规划级的属性和方法。
通过一个划分为复数个分级层的规划过程可通过复数个逐级执行的规划级来逐步设定更高的细节层次。通过特性的沿用可用简单的方式将前一规划级的规划具体化。在此情况下，可通过从程序库中选择一个组件集来实现细节化，由此可特别有效地以高细节层次来实施某一规划级的规划。一个组件集在面向对象编程的范围内可用作一个等级集。
所述规划装置优选具有一个可对所述模块进行图示的可视化装置，其中，这种图示的详细程度沿各规划级随分级层的下降而增强，通过将下规划级中的图形元素叠置于它的上规划级的图形元素之上来对该下规划级进行显示。规划技术设备时需要进行可视化处理，这种可视化处理的一般形式是在计算机上进行2D或3D显示。此时可有利地通过将某一规划级的图形元素叠置于前一规划级的抽象元素之上来提高该规划级的细化程度。在这个可视化过程中，通过对某一系列(如衣服)以抽象显示的方式进行扫描就可清楚看出完整组件集的使用情况。从所选系列(即组件集)得出的功能与所述标定功能之间的偏差可由图形元素加以显示。举例而言，可用闪光或使用另一颜色的方式来对所述组件集中引起上述偏差的组件进行显示。所述技术设备优选是一个用于生产一种产品的生产设备。产品生产工厂的数字规划已在很多领域成为现实。这种生产设备的规划极其复杂。电气组件特别是自动化组件的选择通常会受到设备制造商或设备运营商的边界条件的限制。特定而言，进行选择时经常需要考虑制造商因素。
本发明关于方法的目的通过一种用于规划一技术设备的方法而达成，其中，所述技术设备由复数个各具有复数个机械组件和复数个电气组件的模块构成，其中，每个模块均具有一标定功能，且设有一程序库，所述程序库中存储有复数个电气组件的集和这些组件的特性，通过一分配功能从所述程序库中选择一组件集分配给一模块，并根据以组件参数定义的该组件集的特性进行推导，从而得出：用这个组件集得出的模块功能是否在可预定的精度范围内与标定功能相符。
这种方法的优点可从针对所述规划装置的优点进行说明的实施方式中得出。
优选通过将描述标定功能的标定参数与组件参数进行比较来检验相符性。
优选通过模拟模块功能来检验相符性，其中，将组件集的参数作为这种模拟的基础。
附图说明
下面借助附图对本发明进行详细说明。部分附图为示意图且不按比例绘制：
图1为一技术设备；
图2为一技术设备的一模块；
图3为一规划装置和一组件集；
图4为一用于规划一技术设备的方法；以及
图5为一可视化装置。
具体实施方式
图1展示的是一技术设备3。技术设备3具有三个模块9a、9b、9c。图2对模块9予以了详细图示。技术设备3在此实施为生产设备。模块9用于对待制零件进行分类。通过叉车201将托盘61中的待制零件运到另一生产段191。在这个生产段中，由输送带193将这些待制零件送入装配单元95以组装成产品41。规划这种技术设备3时，需要对全部所用组件的特性和功能进行详细描述。如果涉及的是更复杂的技术设备，这就容易导致非常复杂的规划过程。下文将对如何简化这种规划过程进行详细说明。
图2展示的是图1所示技术设备3的其中一个模块9。模块9具有一带一抓持器G的机械手73。抓持器G上装有一个用于进行模式识别的摄像机K。机械手73安装在一输送机75的前面。输送机75具有一个起驱动作用的电动机M，这个电动机安装在一基座71上。机械手73、输送机75和基座71是模块9的机械组件5。抓持器G、摄像机K和电动机M是模块9的电气组件7。抓持器G在此设计为机电一体化组件。除了起驱动作用的电气组件外，该抓持器还具有用于抓持的机械组件。一个可编程控制器S也是另一种电气组件。这个控制器S用于对模块9上的生产流程进行流程控制。借助一计算机91和一显示器93可介入该流程并将其参数化。通过一输送轨道81将各种几何形状的待制零件51、53、55经过输送机75输送给机械手73。在此过程中，这些待制零件会经过一个设计为光栅的接近传感器L。机械手73借助摄像机K识别出待制零件51、53、55的不同几何形状。机械手73用抓持器G将待制零件51、53、55根据具体的几何形状分类到一托盘61中。
模块9的标定功能由参数F加以描述。例如，参数F1说明的是标定通过量。这就对电气组件7的大量标定参数12进行了规定，例如电动机M的参数SM1，还有关于光栅L的分辨率的参数SL1或关于抓持器G的抓持速度的参数SG2。其他用于描述模块9的标定功能的参数F同样也对电气组件7的参数进行规定。
图3展示的是一组件集13。组件集13具有一电动机M、一控制器S、一光栅L、一抓持器G和一摄像机K。这些电气组件7中的每个电气组件都具有一组件参数集17。组件集13连同其他组件集一起存储在一规划装置1的一程序库11中。如前所述用于描述模块9的标定功能的标定参数12同样可供规划装置1使用。通过将组件集13的组件参数17与标定参数12进行比较，可检验模块9的标定功能是否可通过组件集13而实现。另一检验方法是对模块9上的生产流程进行模拟。为此需要借助模拟装置14对模块9通过所用组件集13而形成的生产流程进行模拟。如果这一模拟得出了令人满意的生产流程，那么此次检验就是成功的。
图4展示的是一种用于规划一技术设备3的方法。一个规划过程划分为多个分级层23。在一个第一分级层23a中实施一个第一规划级21c。在这个规划级中只是以2D格式对模块9进行粗略的示意性表示。模块9在第二分级层23b的一个下一个规划级21b中得到具体化的表示。其中，在一个第一方案21b1中，输送机75可设计为一带式输送机。在一个第二方案21b2中，输送机75设计为一链式输送机。这两种方案的采用取决于所述电气组件的不同配置情况。在分级层23c中以规划级21a来对所述电气组件进行配置。此处也同样会产生多种不同的方案。采用一个第一组件集13时产生一个第一方案21a11。采用一个第二组件集13时产生一个第二方案21a12。实施这两种方案时，可以通过对模块9上的生产流程进行模拟来检验有否实现模块9的标定功能。从第二规划级21b的第二方案中同样会产生多种不同的可行方案。此处可以考虑从程序库11中选择用于链式输送机的组件集。链式输送机与带式输送机之间的区别(例如)在于驱动装置数量的不同。
上述规划过程有利地在一个面向对象的体系结构中实施。为每个分级层各分配一个等级27。等级27将对象29实例化。一个下一级分级层23b沿用上一级分级层23a的属性和方法，亦即，一个下一级分级层23b的等级27沿用上一级分级层23a的等级27的属性和方法。
图5展示的是一规划装置1的一可视化装置33。在一图形用户界面101上显示有一个第一窗口103和一个第二窗口105。第二窗口105对技术设备3进行了图示。在第一窗口103中，借助一个输入对话框111来为所述技术设备的一个模块选择一个特定的组件集。通过一个菜单113用所选组件集来模拟所述技术设备的生产流程。当模拟功能与规定的标定功能之间存在偏差时，就会出现错误提示信息107。第一窗口103中会输出一个关于错误提示信息107的错误描述109。图5a用第一阴影线标示一个第一组件集，图5b用与之不同的另一种阴影线来标示另一组件集。使用图5b中的组件集达到了标定功能，图5a所示的组件集则产生了错误提示信息。

Claims (12)

1.一种用于规划一技术设备(3)的规划装置(1)，其中，所述技术设备(3)包括复数个模块(9)，各所述模块具有复数个机械组件(5)和复数个电气组件(7)，其中，每个模块(9)均具有一标定功能，其特征在于，
设有一程序库(11)，所述程序库中存储有复数个电气组件(7)的集和所述这些组件的特性，通过一分配功能可从所述程序库中选择一组件集(13)分配给一模块(9)，并且根据以组件参数(17)定义的所述组件集(13)的特性进行推导，从而得出：用所述组件集(13)得出的模块功能是否在一可预定的精度范围内与所述标定功能相符合。
2.根据权利要求1所述的规划装置(1)，其中，通过将描述所述标定功能的标定参数(12)与所述组件集(13)的相应组件参数(17)进行比较，来检验相符合与否。
3.根据权利要求1所述的规划装置(1)，其中，通过模拟所述模块功能来检验相符与否，其中，所述模拟以所述组件参数(17)为基础。
4.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的规划装置(1)，其中，所述电气组件(7)采用附带机械功能的机电一体化实施方式。
5.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的规划装置(1)，其中，可通过一个划分为复数个分级层(23)且包含复数个逐级执行的规划级(21)的规划过程来实施所述规划，其中，至少第二分级层(23b)的一个下规划级(21a)的所述机械组件(5)或所述电气组件(7)具有该下规划级(21a)的上级分级层(23)中的上规划级(21b)的所述机械组件(5)或所述电气组件(7)的特性，并且在所述机械组件(5)或所述电气组件(7)的特性方面具有更高的细化程度。
6.根据权利要求5所述的规划装置(1)，其中，具有一面向对象的体系结构，使得就面向对象编程的规则而言，一规划级(21)由复数个等级(27)描述，所述等级用所述机械组件和电气组件(7)的特性作为属性并用所述模块功能的方法来将复数个对象(29)实例化，其中，一下规划级(21a)沿用所述上规划级(21b)的属性和方法。
7.根据权利要求5或6所述的规划装置(1)，其中，具有一个可对所述模块(9)进行图示的可视化装置(33)，其中，所述图示的详细程度沿所述规划级(21)随分级层的下降而增强，且其中，通过将所述下规划级(21a)中的图形元素(35)叠置于这个下规划级的所述上规划级(21b)的图形元素(37)之上来对所述下规划级(21a)进行显示，从而通过提高所述下规划级(21a)的细化程度来增强所述上规划级(21b)的示意性。
8.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的规划装置(1)，其中，所述技术设备(3)是一个用于生产一产品(41)的生产设备(3)。
9.一种用于规划一技术设备(3)的方法，其中，所述技术设备(3)包括复数个模块(9)，各所述模块具有复数个机械组件(5)和复数个电气组件(7)，其中，每个模块(9)均具有一标定功能，其特征在于，
设有一程序库(11)，所述程序库中存储有复数个电气组件(7)的集和所述这些组件(7)的特性，通过一分配功能(113)从所述程序库中选择一组件集(13)分配给一模块(9)，根据所述组件集(13)的以组件参数(17)定义的特性进行推导，从而得出：用所述组件集(13)得出的模块功能是否在一可预定的精度范围内与所述标定功能相符合。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，通过将描述所述标定功能的标定参数(12)与所述组件参数(17)进行比较来检验是否相符。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，通过模拟所述模块功能来检验是否相符，其中，所述模拟以所述组件集(13)的所述参数为基础。
12.根据权利要求9至11中任一项权利要求所述的方法，其中，当一组件集(13)与所述模块功能不相符时，创建一个新的组件集(13)以便实现相符。
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