CN104603803B - 机器人单元的整体设备效率 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定包括涉及产品生产的至少一个工业机器人(10)的机器人单元(16)的整体设备效率的方法、装置与计算机程序产品。此装置包括有效性确定设备，其继而包括整体设备效率确定单元，其获得机器人单元的理想机器人操作数据、获得机器人单元的实际机器人操作数据，并且根据理想机器人操作数据与实际机器人操作数据确定整体设备效率。

Description

机器人单元的整体设备效率

技术领域

本发明涉及机器人的领域。本发明更特别地涉及用于确定机器人单元的整体设备效率的方法与装置。

背景技术

整体设备效率是重要的需要了解的测度以便观察生产工厂工作得有多好。根据此效率然后能够识别哪里需要改进。整体设备效率也可以在此后被用于跟随改进的结果。

在工业工厂中具有工业机器人的机器人单元通常用于生产中。

因此，对于确定机器人单元的整体设备效率也是感兴趣的。

这通常地利用一件软件完成，其中使用者必须手动地输入以此为计算基础的数据。

如果从机器人单元提供的各种数据可以在确定整体设备效率的中利用那么其在此方面将是有利的。

发明内容

本发明由此涉及提供利用经由机器人单元获得的数据的整体设备效率确定方式机器人单元。

本发明的一个目的是提供用于确定机器人单元的整体设备效率的方法。

根据本发明的第一方面，通过用于确定包括产品生产中涉及的至少一个工业机器人的机器人单元的整体设备效率的方法实现该目的，该方法通过效率确定设备执行并且包括步骤：

获得机器人单元的理想机器人操作数据、获得机器人单元的实际机器人操作数据、以及根据理想机器人操作数据与实际机器人操作数据确定整体设备效率。

本发明的另一个目的是提供用于确定机器人单元的整体设备效率的装置。

根据本发明的第二方面，通过用于确定包括产品生产中涉及的至少一个工业机器人的机器人单元的整体设备效率的装置实现该目的，其中此装置包括效率确定设备并且此效率确定设备包括整体设备效率确定单元，其构造为：获得机器人单元的理想机器人操作数据、获得机器人单元的实际机器人操作数据、以及根据理想机器人操作数据与实际机器人操作数据确定整体设备效率。

本发明具有多个优点。由于自动地获得了需要的大部分数据，因此用户能够通过非常低的努力获得当前整体效率计算。本发明还容易实施，因为它利用与机器人单元相关的已经存在的元件。

应该强调的是当在本说明书中使用术语包括(“comprises”) /包括(“comprising”)时，表示存在所述特征、整数、步骤、组件或其集合，而不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、组件或其集合的存在或添加。

附图说明

现在将参照附图更加详细地描述本发明，在附图中：

图1示意性示出了具有机器人连同具有机器人控制器的机器人单元；

图2示意性示出了经由通信网络单独地与远程服务服务器通信的机器人控制器与客户机；

图3示出了机器人控制器的相关部分的示意性框图；

图4示意性示出了可以是远程服务服务器的效率确定设备的整体设备效率确定单元；

图5示出了在用于确定整体设备效率的方法中执行的以及在整体设备效率确定单元中执行的多个方法步骤；以及

图6示意性示出了包括当加载到处理器中时用于执行效率确定单元的功能性的计算机程序代码的以只读光盘的形式的计算机程序产品。

具体实施方式

在下面的描述中，为了说明而不是限定的目的，阐述了诸如特定架构、界面、技术等的具体细节，以便提供本发明的透彻理解。然而，对于本领域中的技术人员将会显而易见的是可以在与这些特定细节偏离的其它实施方式中实施本发明。在其它实例中，省略了众所周知设备、电路、与方法的详细描述以便不通过不必要的细节使本发明的描述模糊。

图1示意性示出了机器人单元16。单元16包括由围栏围绕的区域并且在此区域中在地基14上具有机器人10，此机器人10装配有工具12以便保持作为产品或者在产品的形成中使用的物体26。在物体26的操作中，这里机器人10利用工具12从第一位置A获取物体 26，执行关于物体的多个活动并且将产品传递在第二位置B处。

在单元16中或单元16处可存在多个传感器。作为实例在围栏中的用于人进入单元16的门处具有第一传感器18，在第一位置A 处具有第二传感器20并且在第二位置B处具有第三传感器22。这些仅仅是可以被使用的传感器的一些实例。在单元16处还存在机器人控制器24。机器人控制器24连接到机器人10以便控制其移动。然而，其还连接到上述传感器。由此其连接到第一传感器、第二传感器与第三传感器18、20和22。

如上所述，机器人10涉及产品的生产。这意味着在第一位置A 处拾取的物体26可以与放置在第二位置B处的不相同。物体26可以已经与其它物体接合或者以其它方式改变以便提供离开机器人单元16的产品。然而，机器人10将从第一位置A沿着一个或多个机器人移动路径移动诸如工具12的一个或多个工具，同时在产品被传送到第二位置B以前执行多个活动。这些路径组成生产周期。然后机器人10将反复地执行此生产周期并且在各周期结束时提供产品。

此外为了简化本发明的理解，仅示出了单元中的一个机器人并且将在下面进行描述。然而应该意识到作为替代可以在单元中的产品的生产中涉及不止一个机器人。然后生产周期可以由单元中的全部机器人的机器人移动路径组成。

图2示意性示出了经由通信网络30与远程服务服务器28通信的机器人控制器24。通信网络30可以是诸如互联网的计算机通信网络，或者诸如LTE、UMTS或GPRS的无线通信网络。远程服务服务器 28提供了用户界面32，客户机34的使用者可以经由它提供并且访问数据。用户界面32可以经由公共通信网络访问，其还可以是互联网、LTE、UMTS或GPRS。这意味着可以通过机器人控制器24与客户机34使用此通信网络30以便与远程服务服务器28通信。可以通过客户机34，例如利用统一资源定位器(URL)访问用户界面32。

图3示出了与本发明相关的机器人控制器24的元件的一部分的示意性框图。应该意识到机器人控制器24可以包括更多元件。然而，由于这些对于本发明的理解来说不是中心，因此省略了它们。

机器人控制器24包括数据收集器36与机器人控制单元38。

数据控制器36收集多个信号。数据收集器收集通过第一、第二、第三传感器发发送的第一、第二和第三信号S1、S2与S3以及通过机器人控制单元38发送与接收的第四、第五、第六与第七信号S4、 S5、S6与S7。数据收集器36还提供或输出实际机器人操作数据AROD，此数据可以由上述信号的全部组成。数据收集器还可以包括用于当接收到信号时时间标识信号的时钟。

机器人控制单元38，作为实例其可以以具有相关计算机程序代码的处理器的形式提供，包括多个机器人指令I1、I2、I3和I4，其中指令是一组包括代码的计算机程序，其当通过处理器运行时致使机器人执行相应的活动。例如可以在快速代码中提供此指令。指令可以提供io信号，其可以用于影响另一个实体。指令还可以是用于读取物理io信号的指令，诸如来自传感器的io信号。指令还可以被用于设定变量以便指示状态，诸如用于生产的产品的数量的计数器或者用于计数在特定位置中的停止数量的计数器。

作为实例第一指令I1可以由此是用于机器人10沿着第一位置与第二位置之间的机器人移动路径执行第一活动的指令，并且第二指令I2可以是用于处理与第一指令I1相关而发生的故障情形，即用于处理其中机器人出于某种原因不能完成由第一指令命令的活动的情形，的指令。第三指令I3可以作为实例是用于机器人沿着机器人移动路径执行最终活动的指令，并且第四指令I4可以是用于处理关于第三指令I3发生的故障情形，即用于处理机器人出于某种原因不能完成由第三指令命令的活动的情形的指令。这里应该意识到，可能在第二与第三指令I2与I3之间存在若干更多此指令。

机器人控制单元38可以进一步设定为根据指令I1、I2、I3、I4 或者当这些指令被处理时产生信号S4、S5、S6和S7。由此当机器人在生产周期中执行活动时产生此信号。这里如果机器人10已经启动第一指令I1的活动那么发出第四信号S4，而如果机器人不能执行由第一指令I1命令的活动并且替代地必须根据第二指令I2进行控制那么就发出第五信号S5。如果机器人已经成功此完成第三指令I3 那么发出第六信号S6，而如果机器人必须执行第四指令I4即不能执行通过第三指令I3命令的活动并且替代地必须根据第四指令I4来控制那么发出第七信号S7。可以通过使用相应指令中的程序代码串或者通过从属于第一、第二、第三或第四指令的附加指令产生每个信号S4、S5、S6和S7。第一指令I1可以由此在开始包括串，这致使一旦处理第一指令I2就发出第四信号S4。第二和第四指令I2和 I4可以同样在此指令中的任何位置包括串但是优选地在开始，此串致使当在相应指令的处理中通过时发送第五或第七信号S5和S7。第三指令I3可以在末端包括串，其致使一旦完成第三指令I3的处理就发送第六信号S6。

除了与指令有关的信号S4、S5、S6和S7以外，机器人控制单元还可以产生其它信号。例如可以可能的是在自动或手动模式中设定机器人，其中自动模式涉及执行程序，诸如产品的生产，并且手动模式是机器人的手动控制。机器人还可以处于“电机打开”或

“电机关闭”模式，其中“电机打开”模式涉及致动机器人的电机被通电。其它模式涉及具有机器人指令的程序在运行或者被停止或者程序在运行但是机器人在等待某种输入。机器人控制单元可以产生与这些模式中的一个或全部相应的信号。

应该认识到，可以以与关于其它机器人控制指令的相同或类似的样式产生若干更多信号。例如可能的是处理偏离机器人行为的指令，可能是全部指令，都将产生信号。

图4示意性地示出了效率确定设备的整体设备效率确定单元40，在本发明的第一实施方式中此设备是远程服务服务器28。整体设备效率确定单元40从数据收集器接收实际机器人操作数据AROD。它还接收可以经由用户界面从客户计算机接收的理想机器人操作数据 IROD。整体设备效率确定单元40继而将整体设备效率报告OEEP提供到客户计算机。根据实际机器人操作数据AROD与理想机器人操作数据IROD提供此报告。

现在将同样参照图5更加详细地描述这如何能完成，图5示出了在用于确定整体设备效率的方法中的并在整体设备效率确定单元中执行的多个方法步骤的流程图。

此方法以步骤42：整体设备效率确定单元40从用户获得理想机器人操作数据IROD开始。此获得可以涉及通过用于经由用户界面32 指定理想机器人操作数据IROD来接收数据。这可以通过利用客户机 34并且利用URL访问由远程服务服务器28提供的网站的用户完成。经由通过此种方式提供的用户界面32，然后用户可以输入此数据。数据可以包括计划好的操作数据，诸如计划好的生产开始与停止时间，即什么时候机器人10是可操作和不可操作以及理想生产周期时间，即理想时间或者在其内应完成生产周期。

整体设备效率确定单元40然后获得机器人单元16的实际机器人操作数据AROD，这可以涉及接收来自机器人控制器24的数据收集器36的实际机器人操作数据AROD，步骤44。由此关于处理周期接收与处理数据。实际机器人操作数据可以更特别地包括产生开始与结束时间。每次从第一位置A取得物体26时第二传感器20可以例如产生第二信号S2并且当产品放置在第二位置B处时第三传感器22 可以产生第三信号S3。这些信号，可能被时间标识，可以然后通过数据收集器36转发以便获得测量的生产周期开始与测量的生产结束时间。作为替代，第四信号S4与通过数据收集器36接收它的时间可以被用作测量的生产开始时间。以类似的方式，第六信号S6以及通过数据收集器36接收它的时间可以提供作为测量的生产结束时间。这些仅仅是关于可以如何获得测量的生产开始与结束时间的一些实例。存在其中可以获得此数据的若干其它方式。

实际机器人操作数据AROD还可以包括机器人停止数据。当到机器人单元16的门打开时第一传感器18可以产生第一信号S1，这意味着人在单元内部。随着它的开始与结束时间的此信号可以是此机器人停止数据，其中当单元门打开时可能不允许操作机器人。当机器人出于一些原因不能执行根据第一或第三指令I1与I3的活动时使用的第二与第四指令I2和I4，还可以用于形成机器人停止数据。由数据收集器36接收第五或第七信号S5与S7的时间与正常机器人操作恢复的时间(其可以是由数据收集器36接收第四信号S4的时间)之间的时间间隔也可以形成机器人停止数据。这些仅仅是关于可以如何获得机器人停止数据的一些实例。存在其中可以或者此种数据的若干其它方式。可以例如根据处于手动模式的机器人获得“电机关闭”模式，机器人指令停止或者程序运行但是机器人等待输入。这里信号涉及自动模式，“电机打开”模式以及具有机器人指令的程序运行的模式可以被用于确定机器人正确地起作用的时间。实际机器人操作数据AROD还可以包括不成功的生产周期的指示。可以通过第五与第七信号S5和S7提供此指示。

实际机器人操作数据AROD还可以包括成功完成生产周期的指示。第六信号S6可以视为这样的信号因为在完成生产周期以后发出此信号。然而，还可能的是第三信号S3可以被用作此指示。还可能的是通过生产周期的各种信号的逻辑组合提供指示。表示生产周期结束的信号，诸如第二或第六信号S2与S6可以与指示不能执行由指令命令的活动的全部信号逻辑地结合，其中第五与第七信号S5和 S7是指示不能的这种信号的实例。如果出现表示生产周期的结束的信号那么仅可以获得成功完成的生产周期的指示，但是没有不能执行活动的指示。通过类似的方式如果存在不能执行活动的至少一个指示可以产生不成功的生产周期的指示，而不考虑是否存在表示生产周期结束的信号。当机器人不能执行由机器人控制指令命令的活动时产生的信号可以由此被用于确定不成功生产周期的指示并且用于确定是否指示是成功完成的生产周期的指示或者不成功生产周期的指示。

这些仅仅是关于可以如何获得指示器的一些实例。存在其中可以获得此种指示器的若干其它方式。可以例如通过使用传感器获得不成功生产周期指示器，该传感器传感机器人不能执行活动或者以错误方式执行活动，诸如传感螺钉未拧入物体中，在粘结过程中涂覆的粘结剂不足量或者在粘结剂的固化过程中已经施加的压力不足量。

当已经获得实际机器人操作数据AROD时整体设备效率确定单元 40继续并且根据理想机器人操作数据与实际机器人操作数据确定机器人单元的整体设备效率。可以反复地作出此确定，其中每个确定都根据关于一个生产周期获得的信号作出。

整体设备效率的确定可以涉及确定可用性值AV，步骤46。可以根据计划的操作数据与机器人停止数据确定此可获得性值AV。值AV 可以更特别地确定为实际生产时间除以计划生产时间，其中实际生产时间可以确定为计划的生产时间减去相关停止时间。然后相关的停止时间是从与在计划的生产过程中发生的停止相关的停止数据获得的停止时间。然后不考虑在计划外发生的停止。因此在可用值的确定中仅考虑在计划操作期间发生的停止数据。

整体设备效率的确定还可以涉及确定性能值PV，步骤48。可以根据理想的生产周期时间、测量的生产周期开始与停止时间与生产周期停止时间确定性能值PV。测量的生产周期开始与停止时间与生产周期停止时间可以被用于确定实际生产周期时间。然后性能值PV 可以确定为实际生产周期时间除以理想生产周期时间。

整体设备效率的确定可以进一步涉及确定质量值QV，步骤50。可以根据成功完成的生产周期的指示与不成功生产周期的指示来确定质量值QV。此值可以更特别地确定为不成功生产周期的数字除以成功地完成生产周期的数字。

整体设备效率的确定可以最终地涉及形成整体设备效率值 OEEV，步骤52。可以通过结合可用性值AV、性能值PV与质量值QV 形成此值。作为示例此组合可以作为涉及这些值彼此相乘。

当整体操作效率确定单元40以此种方式已经确定机器人单元的整体设备效率时，然后其可以继续并且提供报告。在其最简单的形式中此报告可以仅包括整体操作效率值OEEV。作为替代此报告可以是详尽的。报告可以提供为随着时间的各种值的改变，其可以呈现在不同的图表中。

当这已经完成时，然后能够为用户提供报告，步骤56。这可以通过使得报告经由用户界面32可访问来实现。通过此种方式对于用户来说每当有兴趣时能够看到整体效率的报告。

这里应该认识到仅可以输入一次理想操作数据并且然后整体操作效率确定单元持续地收集来自机器人单元的数据并且确定整体效率。当然对于用户来说如果他或她感觉有必要的话能够更新理想操作数据。由于从机器人单元自动地获得需要的部分数据因此用户可以由此通过非常低的努力获得当前整体效率计算。确定的整体设备效率也是容易访问的。不需要用户接近机器人单元，而是无论用户在哪里都可以容易地获得此数据。

本发明还容易实施，因为它利用与机器人单元相关的已经存在的元件。

具有能够进行本发明的多个变型。例如应该认识到如果工厂包括若干机器人单元，那么便能够确定用于单元的集合的聚合值。

另一个可能的变型是效率确定设备是机器人控制器而不是远程服务服务器。在此情形中，整体设备效率确定单元由此设置在机器人控制器中。在此情形中用户可以是将相关数据输入到机器人控制器并且经由机器人控制器的显示器接收整体设备效率报告的机器人操作者。

本发明还涉及用于确定用于至少一个工业机器人的机器人单元的整体设备效率的装置。在此装置的最简单版本中，其仅包括效率确定设备，例如当在机器人控制器中实施效率确定设备时。然而，作为替代此装置可以包括机器人控制器与远程服务服务器。

整体设备效率确定单元可以设置成以一个或多个处理器连同包括用于执行其功能的计算机程序代码的计算机程序存储器的形式。作为替代，可以以应用定制集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列 (FPGA)的形式提供。此计算机程序代码还可以提供在一个或多个数据载体上，当其上的程序代码加载在形成效率确定设备的计算机中时该一个或多个数据载体执行整体设备效率确定单元的功能。在图6中示意性示出了以CD ROM盘的形式的具有计算机编程代码60 的一个此数据载体58。此计算机程序可以作为替代提供在服务器上并且从那里下载到形成效率确定设备的计算机中。应该认识到数据收集器也可以以相同的方式形成。

因此，尽管已经结合目前认为是最实用且优选的实施方式描述了本发明，但是应该理解的是本发明不限于公开的实施方式，而是相反地旨在覆盖多种修改与等效装置。因此本发明仅被下面的权利要求所限定。

Claims (16)

1.一种用于确定机器人单元(16)的整体设备效率的方法，所述机器人单元(16)包括涉及生产产品的至少一个工业机器人(10)，所述方法通过效率确定设备执行并且包括步骤：

收集通过在机器人控制器中的、控制所述至少一个工业机器人的活动的机器人控制指令的处理而产生的信号；

获得(42)所述机器人单元的理想机器人操作数据(IROD)；

获得(44)所述机器人单元的实际机器人操作数据(AROD)，所述实际机器人操作数据包括所收集的信号；以及

基于所述理想机器人操作数据与实际机器人操作数据确定所述机器人单元的所述整体设备效率；

其中收集信号的步骤在所述至少一个工业机器人执行生产周期时被执行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述理想机器人操作数据包括计划的操作数据，所述实际机器人操作数据包括机器人停止数据并且确定所述整体设备效率的步骤包括基于所述计划的操作数据与所述机器人停止数据确定(46)可用性值(AV)，其中仅在计划的操作过程中发生所述机器人停止数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述理想机器人操作数据包括理想生产周期时间，所述实际机器人操作数据包括生产周期开始时间、生产周期结束时间以及生产周期停止时间并且所述整体设备效率的确定包括基于所述理想生产周期时间、测量的所述生产周期开始与结束时间以及所述生产周期停止时间确定(48)性能值(PV)。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述实际机器人操作数据包括成功完成的生产周期的指示和不成功生产周期的指示并且确定所述整体设备效率的步骤包括基于成功完成的生产周期的指示与不成功生产周期的指示确定(50)质量值(QV)。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述确定整体设备效率包括结合(52)所述可用性值、所述性能值与所述质量值以便获得整体设备效率值。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述效率确定设备是远程服务服务器(28)，其经由通信网络(30)而与在所述机器人单元处的所述机器人控制器(24)通信，其中

所述获得所述理想机器人操作数据的步骤包括经由用户界面(32)接收所述理想机器人操作数据的用户说明，并且

所述获得实际机器人操作数据的步骤包括接收来自所述机器人控制器的所述实际机器人操作数据。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，还包括呈现(56)所述整体设备效率。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中至少一个信号(S5，S7)是当所述至少一个工业机器人不能执行由机器人控制指令(I1，I3)命令的活动时产生的信号并且此信号被用于确定不成功生产周期的指示。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述信号被用于确定指示是成功完成的生产周期的指示还是不成功生产周期的指示。

10.一种用于确定机器人单元(16)的整体设备效率的装置，所述机器人单元(16)包括涉及生产产品的至少一个工业机器人(10)，所述装置包括：

效率确定设备，所述效率确定设备包括整体设备效率确定单元(40)，所述整体设备效率确定单元(40)被构造为：

获得所述机器人单元的理想机器人操作数据(IROD)；

获得所述机器人单元的实际机器人操作数据(AROD)；以及

基于所述理想机器人操作数据与所述实际机器人操作数据确定所述整体设备效率；并且

还包括机器人控制器(24)，其具有被构造为收集当所述至少一个工业机器人执行生产周期时产生的信号(S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7)并且供给所述整体设备效率确定单元(40)以包括所述信号的实际机器人操作数据(AROD)的数据收集器(36)，其中所述信号包括通过在所述机器人控制器(24)中的控制所述至少一个工业机器人的活动的机器人控制指令(I1，I2，I3，I4)的处理产生的信号(S4，S5，S6，S7)。

11.根据权利要求10所述的装置，其中至少一个信号(S5，S7)是当所述至少一个工业机器人不能执行由机器人控制指令(I1，I3)命令的活动时产生的信号并且所述整体设备效率确定单元构造为使用所述信号来确定不成功生产周期的指示。

12.根据权利要求11所述的装置，其中所述整体设备效率确定单元构造为当确定指示是成功完成生产周期的指示还是不成功生产周期的指示时使用所述信号。

13.根据权利要求10-12中任一项所述的装置，还包括提供用户界面(32)的远程服务服务器(28)，经由所述用户界面(32)获得所述理想机器人操作数据(IROD)并且呈现所述整体设备效率。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述远程服务服务器(28)是所述效率确定设备。

15.根据权利要求10-12中任一项所述的装置，其中所述机器人控制器(24)是所述效率确定设备。

16.一种用于确定机器人单元(16)的整体设备效率的计算机程序存储器，所述机器人单元(16)包括涉及生产产品的至少一个工业机器人(10)，所述计算机程序存储器包括具有计算机程序代码(60)的数据载体(58)，当在效率确定设备中运行时，所述计算机程序代码(60)致使所述效率确定设备：

收集通过在机器人控制器中的、控制所述至少一个工业机器人的活动的机器人控制指令的处理而产生的信号；

获得所述机器人单元的理想机器人操作数据(IROD)；

获得所述机器人单元的实际机器人操作数据(AROD)，所述实际机器人操作数据包括所收集的信号；以及

基于所述理想机器人操作数据与所述实际机器人操作数据确定所述机器人单元的所述整体设备效率；

其中收集信号是在所述至少一个工业机器人执行生产周期时被执行的。