CN107438802A - 加工系统和方法、用于控制带有机床的加工系统的控制设备和计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括第一工具库和第二工具库的机床，其中，用于加工工件的工具能从第一工具库接收，且来自第二工具库的工具能够被转移到第一工具库中，以及其中，所述工具中的一个包括能够在加工之前装配有多个工具的多用工具。一种用于控制机床的方法包括如下步骤：检测待加工的工件、确定加工检测到的工件所需要的工具和确定将利用其装配多用工具的工具。在这种情况下，工具以使得遍及所有待加工的工件加权和l*LC+w*TP被最小化的方式被确定，LC是从第二工具库转移到第一工具库中以用于加工工件的工具的数目，TP是在工具库中的一个中将被装配以用于加工工件的工具的数目，l和w表示预定加权因子。

Description

加工系统和方法、用于控制带有机床的加工系统的控制设备 和计算机程序产品
本发明涉及根据权利要求1所述的用于控制机床的方法、根据权利要求7所述的用于执行所述方法的带有程序代码装置的计算机程序产品、根据权利要求8所述的用于机床的控制设备，以及根据权利要求9所述的包括机床的加工系统。
建立一种机床以使用不同的工具相继加工工件。尤其，机床能够包括冲压机，其加工平坦工件，诸如金属片材。出于该目的，机床能够包括工具库，其具有用于存储预定数目的工具的空间。机床能够从工具库捡取工具中的一个，并且使用该工具来对工件执行一个或多个加工步骤。
还能提供所谓的多用工具，其从工具库的视角来看被当作标准工具，但是其能够例如配备有多达五个或多达十个单独的工具，这些单独的工具然后可用于加工工件。
此外，能够提供两个交错的工具库，其中，机床能够相对迅速地从第一工具库存取工具。如果要使用未定位在第一工具库中的工具，那么该工具能够从第二工具库转移到第一工具库中。同时，另一工具能够从第一工具库至第二工具库被替换。然而，这样的存取花费相对长的时间，例如大约20-30秒，且这通常不仅不得不在加工单个工件时执行，而且也不得不在加工包含类似工件的任务中的每一个工件时执行。通过使用多用工具，能够增加第一工具库的容量，因此在第一和第二工具库之间可以不需要那么频繁的工具更换。
本发明的目的是改善多用工具在机床的工具库中的使用。本发明借助于独立权利要求的主题实现该目的。从属权利要求再现优选实施例。
一种机床包括第一工具库和第二工具库，其中，能够从第一工具库领取用于加工工件的工具，且工具能够从第二工具库转移到第一工具库中，以及其中，工具中的一个包括多用工具，其能够在加工之前配备有多个工具。一种用于控制机床的方法包括如下步骤：识别待加工的工件、确定加工所识别的工件所需的工具，以及确定将利用其装配多用工具的工具。以如下方式确定所述工具，即使得遍及所有待加工的工件，加权和l*LC+w*TP被最小化，其中，LC是从第二工具库转移到第一工具库中以用于加工工件的工具的数目，TP是将被装配在工具库中的一个中以用于加工工件的工具的数目，以及l和w表示预定的加权因子。
使用所定义的标准，能够简单且可靠地确定将用于多用工具的工具。这能够涉及使用数学优化程序，例如，其中，所述标准能够被简单且可靠地表示并且在优化程序中形成。优选地使用混合整数规划（MIP）方法形成用于多用工具的工具。
上述和还能利用相等的加权因子l和w形成，且尤其两个加权因子能够是一个，因此实际上使用未加权的和。在另一实施例中，两个加权因子中的一个是零，因此仅根据另一个标准执行优化。还能提供多个多用工具，其工具能够按照说明确定。多用工具对于工具的保持能力能够相同或不同。能够考虑的另外的因素是在哪个多用工具中可以使用工具中的哪一个。在这种情况下，优化标准能够保持不变。能够因此在机床上以改善的方式实施工具至多用工具的特定分配。
所述确定还能包括工具或多用工具至工具库的分配。在确定之后，工具通常在借助于机床加工工件之前装配在多用工具和/或工具库中。还能通过该方法控制加工。
在一个变型中，存在将两个或更多相同的工具装配在不同的多用工具上的可能性。在这种情况下，以如下方式控制工件的加工，即使得每次仅使用相同的工具中的一个。然后利用同一工具来执行利用相同的工具中的一个对同一工件的每一个操作。这意味着，在一些情况下，能够省去额外的工具更换。
在另一变型中，假定工具可以装配在不多于一个多用工具上。如果多用工具的工具可用于工件，那么该多用工具优选地也用于该工件。
在两种变型中，能够考虑带有已经装配的工具的多用工具的数量。在第一变型中，对于现有多用工具当前不被用于其的工件的类型，能够禁止现有多用工具的使用。通过这一点实现的结果在于，非必要时不使用来自新的多用工具的工具，且能够保持低的必须被改变的生产程序的数目。
一种计算机程序产品包括程序代码装置以用于在其在执行设备上运行或者被存储在计算机可读介质上时执行上述方法。
一种用于上述机床的控制设备被配置成执行上述方法的步骤。
一种加工系统包括上述机床和上述控制设备。
结合示例性实施例的以下描述，上文中描述的本发明的性能、特征和优势以及实现这些的方式将变得更清楚且更全面，示例性实施例被结合附图更详细地解释，在附图中：
图1示出带有机床的加工系统。
具体实施方式
图1示出用于加工工件105的加工系统100。加工系统100包括带有控制设备115的机床110。机床能够包括尤其冲压机，例如Trumatic 5000或Trumatic 7000。
机床110包括第一工具库120（线性库）和可选地第二工具库125（圆形库，Toolmaster），每一个均用于保持预定数目的工具130。如果机床110例如是Trumatic 5000，那么第一工具库120的保持容量目前是21个工具130，且第二工具库125的保持容量是50个工具130。在Trumatic 7000的情况下，第一工具库120目前保持25个工具130，且第二工具库125保持70个工具130。
机床110被配置成借助于一个或多个工具130加工工件105，机床110能够从第一工具库120一个接一个自动地领取工具130。这种工具更换相对迅速地进行，通常花费估计大约1-10秒。工具130能够从第二工具库125转移到第一工具库120中，其中，不同的工具130通常被替换从第一工具库120至第二工具库125。该过程通常花费显著更长的时间，例如大约20-30秒，且也称为线性库更换。
如果工件105将被加工且其需要比能够在第一工具库120中保持的工具更多的工具130，则这样的更换是必要的。如果相继地加工若干相同的工件105，那么必须针对每个个体工件105执行该更换-以及在适当的时候，执行对应的替换。
第二工具库125能够被配置成在使用机床110加工工件105期间用工具130改装或重新装配，其中，能够从第二工具库125移除或添加个体工具130。第二工具库125能够例如以圆形方式安排，其中，在第一扇区中，能够执行改装或重新装配，而在不同于第一扇区的第二扇区中，能够发生工具130与第一工具库120的交换。
为了减少在工具库120、125中提供用于工具130的空间的数目，能够提供多用工具135，其中每一个仅在工具库120、125中占据单个工具130的空间，但是反而能够容纳多个工具130。多用工具135的存储容量在这种情况下被限制，例如，多用工具135能够提供用于最多五个或最多十个工具130。
由于其尺寸，通常的情况是，并非所有的工具130都适于容纳在多用工具135中。工具130在多用工具135中的可用性能够基于工具130在多用工具135中的包装密度，所以能够装配在10-梭道多用工具（10-fach Multiwerkzeug）135中的工具130也通常能够被装配在5-梭道多用工具135中，但是可能并不是反之亦然。
工具130中的一些还能由两个或更多部分140组成。例如，对于冲压、压花或深拉过程，一个部分140能够包括模具，且另一部分140能够包括印模。对于在工件105上的预定义加工操作，所需的工具130能够需要不同的部分140，例如，取决于工件105的材料厚度，以确保预定余隙。余隙依赖于在工具130的部分140之间的距离，工件105在被加工时位于其中。工具130还能用于一定参数范围，例如用于具有大约0.8至1.5 mm的材料厚度的工件105。取决于工件105的材料或任何其他参数，还可能需要不同的部分140来形成合适的工具130。
个体部分140能够保持在例如实施为存储系统的库存145中。如果准备好的组装工具130也保持在库存145中，则当用工具130装备工具库120、125时，仅其一部分需要被提前安装。
为了将工具130装配在工具库120、125中的一个中或装配在多用工具135中，其所需要的所有部分140必须通常被确定并从库存145获得；然后部分140必须接合至工具130，这大体手动地执行。通常，在装配工具130时，另一个必须也被移除以在工具库120、125或多用工具135中空出空间。所移除的工具130通常被拆开回到其多个部分140，且多个部分140被移回到库存145中。该移除还能被理解为工具装配的一部分。整个过程也被称为工具准备或单个-工具准备，且能够在专用的预装配区域中发生，该区域通常比第二工具库125更远离机床110。从库存145的部分140提供工具130是耗时且劳动密集的。提供工具的过程通常花费几分钟至几十分钟。
机床110通常不仅用于加工个体工件105，而且还用于多个任务150，其中，以相同方式，即使用相同的工具130被加工的一批相同工件105被分配到每个任务150。为了生产单个工件105，用于关联任务150的单元的数目还能够等于一。在装配的工具130的数目不改变的情况下，任务150的工件105通常被相继地加工。
在没有更换装配在工具库120、125中的工具130的情况下，能够使用机床110加工的任务150、或工件105能够被称为设置组155。以这种方式装配的工具130的数量也被称为工具集160。
对于加工工件105，能够提供输送机单元（未示出），其将未加工的工件105一个接一个自动地供给到机床110中和/或移除已加工的工件105。机床110能够因此在相当长的期间无人值守操作。
本发明的基础思想是以如下方式选择装配在多用工具135中的工具130，即使得机床110能够尽可能高效地操作，且工具库120、125的装配或重新装配操作尽可能最小化。为此目的，具体目标是使用基于整数的或混合整数规划（MIP）的方法将工具130分配至多用工具135。
现在将以数学方式更详细地解释本发明。
（I）符号
在以下MIP公式中，使用如下项。
目录
C在机床110上待加工的工件105的数量
T所有工具印模140的数量
T C 类型c的工件105所需的工具印模140的数量
MT将被新组装的多用工具135（压花和冲压多用工具135二者）的数量
MT C 能够用于类型c的工件105的新的多用工具135的数量（冲压多用工具135仅能够用于0.8和1.5 mm之间的工件105的材料厚度，而压花多用工具135能够用于所有的材料厚度）
T mt 可以在多用工具130 mt中使用的工具印模140的数量（例如，冲压工具130可以仅在冲压多用工具135中使用，且压花工具130仅在压花多用工具135中使用）
S可能的余隙值
S c 对于类型c的工件105的可能的余隙值。
参数
nBoardsc待制造的类型c的工件105的数目
nSetupc重新装配的类型c的工件105的数目
linCap给定机床110的线性库120的容量
nToolsmt能够容纳在多用工具130 mt中的工具130的数目
W Lin目标“最大限度地节省线性库更换”的权重
W Prep目标“最大限度地节省工具准备成本”的权重。
二进制变量
Assignt,s,mt指示带有余隙s的工具印模140 t是否能够装配在多用工具135 mt上的变量。(在这种情况下，其取值1，否则取值0)
IsUsedc,mt指示多用工具135 mt是否用于类型c的工件105的变量。(在这种情况下，其取值1，否则取值0)
Processc,t,mt指示冲压操作是否通过多用工具135 mt进行的变量，该冲压操作对于工件105 c必须利用工具印模140 t执行。(在这种情况下，其取值1，否则取值0)。
额外辅助变量
NToolMTsc在用于类型c的工件105的多用工具135中的个体工具130的数目
SavedToolsC生产类型c的工件105所需的，已节省的物理工具130的数目
NLinChangesc在加工类型c的工件中所使用的线性库更换的数目
NToolPrepsc用于加工类型c的工件的工具准备的数目。
（II.）用于带有独特的工具印模分配的模型的IP公式
在该模型中，最多一个工具印模140可以被装配在一个多用工具135上。如果多用工具135的工具130可用于工件105，那么该多用工具135也用于工件105。
解释：
对于（1）：不多于指定数目的个体工具130可以安装在多用工具135 mt上。取决于多用工具135的类型，通常存在5个或10个个体工具130。
对于（2）：如果工具印模140 t装配在多用工具135 mt上，那么多用工具135在需要该工具印模140的余隙方面用于每一个可能的工件105。
对于（3）：工具印模140必须装配在不多于一个多用工具135上。
对于（4）：每个工件105、或每种类型的工件105，在多用工具135中使用的工具130的数目是装配在多用工具135中的带有匹配的印模140和匹配的余隙的所有工具130的和。
对于（5）：每个工件105、或每种类型的工件105，所需的工具130的节省对应于装配在多用工具135中的可使用个体工具130（带有可允许余隙的工具印模140）的数目减去所使用的多用工具135的数目。
对于（6）：如果工件105或工件105的类型所需的工具印模140的数目（=/T C /- SavedTools c ）小于或等于线性库120的容量，那么不存在线性库更换。在另一种情况下，线性库更换的数目是所需的工具印模140的数目和线性库120的容量之间的差异乘以待制造的工件105的单元的数目。
对于（7）：每个工件105，个体工具准备的数目对应于不装配在多用工具135中的所需的工具印模140的数目乘以重新装配的工件105的数目。该后者数目能够对应于在任务150中待加工的工件105的数目。
对于（8）：工具印模140可以仅装配到可允许用于其的多用工具135上。示例：冲压工具130可以仅装配在冲压多用工具135上。在10-梭道多用工具135上，仅可以装配允许用于10-梭道多用工具的工具印模140。
对于（9）：多用工具135可以仅用于其还被允许用于的工件105（参考MTc的定义）。
（III.）其中一个工具印模可以装配在多个多用工具上的模型的IP公式
在该模型中，能够将两个相同的工具130装配到两个不同的多用工具135上。这意味着，在一些情况下，能够省去额外的线性库更换。
如果在多用工具上存在用于工件105的可用工具130，那么明确地使用多用工具135中的一个。还必须确定，这样的工件105与哪一个多用工具135一起使用。因此，还需要Processc,t,mt变量。
解释：
对于（1）：在多用工具135 mt上，仅能够装配有限数目的工具130，取决于多用工具135的类型，其通常是5个或10个工具130。
对于（2）：对于类型c的工件105所需的工具印模140 t，可以使用仅一个多用工具135mt，带有该印模140且带有可允许余隙的工具130装配在该多用工具135上。
对于（3）：如果多用工具135的至少一个工具130用于类型c的工件105，则多用工具135mt用于类型c的工件105。
对于（4）：必须利用工具印模140 t执行的在类型c的工件105上的操作可以不被多于一个的多用工具105使用。
对于（5）：每种类型的工件105，在多用工具135中使用的工具130的数目是装配在多用工具135中的带有匹配的印模140和匹配的余隙的所有工具130的和。
对于（6）：每种类型的工件105，所需的工具130的节省对应于装配在多用工具135中且用于多用工具135的个体工具130（带有可允许余隙的工具印模140）的数目减去所使用的多用工具135的数目。
对于（7）：如果一种类型的工件105所需的工具印模140的数目（=|Tc|-SavedToolsc）小于或等于线性库120的容量，那么不存在线性库更换。在另一种情况下，线性库更换的数目是所需的工具印模140的数目和线性库120的容量之间的差异乘以待制造的类型的工件105的单元的数目。
对于（8）：每种类型的工件105，个体工具准备的数目对应于未装配在多用工具135中的所需的工具印模140的数目乘以所述类型的工件105的装配的数目。
对于（9）：在多用工具135上不可以装配不允许的工具印模140。示例：冲压工具印模140可以仅装配在冲压多用工具135上。在10-梭道多用工具135上，仅可以装配允许用于10-梭道多用工具135的工具印模140。
对于（10）：多用工具135必须不用于其不允许用于的工件105的类型（参考MTc的定义）。
对于（11）：如果在多用工具135 mt上不允许工具130，或者如果原则上多用工具135 mt不允许用于工件105 c，则必须利用工具130 t对工件105 c执行的冲压操作不能通过多用工具135 mt执行。
（IV.） 3.2扩展：对现有多用工具的考虑
实际上存在的应用情况还在于，配置好的多用工具135已经存在，且此外，一个或多个额外的新的多用工具135将被配置。两种在先模型（参考II和III）能够被修改成还能够处理这种情况。
如果工具印模140多次不被装配在现有多用工具135上，且如果意图不是改变当前多用工具135的使用，即，其将继续用于其当前被用于的类型的工件105，那么部分3.2的模型可以如下扩展：
•多用工具135的数量现在由已经存在的多用工具135的数量和新的多用工具135的数量组成。
•已经存在的多用工具135的配置已经存在。用于这些多用工具135的变量Assign t,s,mt 必须被设置为在额外约束中的对应值。
在部分III的模型中，其中一个工具印模140可以装配在多个多用工具135上，还能考虑现有多用工具135。如果用户想要允许装配在现有多用工具135中的工具印模140也装配在新的多用工具135上，那么模型必须如下修改：
•多用工具135的数量现在由已经存在的多用工具135的数量和新的多用工具135的数量组成。
•已经配置的多用工具135的配置已经存在。用于这些多用工具135的变量Assign t,s,mt 必须被设置为在额外约束中的对应值。
•如果期望的话，对于现有多用工具135的工具印模140当前不被用于其的工件105的类型，能够禁止现有多用工具135的工具印模140的使用。对应的Processc,t,mt变量然后必须被设置为0。
•使用如下额外的目标函数部分，优先使用当前的多用工具135（wsmall在这种情况下是小的正实数）：
。
因此，非必要时不使用来自新的多用工具135的工具130，且对生产程序所需改变的数目保持较小。
在没有该目标函数部分的情况下，还可发生如下：对于其中先前使用旧的多用工具135的工件105，根本不再使用任何多用工具135。如果，例如，线性库更换的最小化是唯一的目标函数，那么对于需要比在线性库120中可用的容量更少的工具130的工件，先前使用的旧的多用工具135也将不再使用。
尽管已经借助于优选的示例性实施例更详细地示出和描述了本发明，但是本发明不受所公开的示例约束，且在不脱离本发明的保护范围的情况下，本领域技术人员能够从其得到其他变型。

Claims (9)

1.一种用于控制带有第一工具库（120）和第二工具库（125）的机床（110）的方法，其中，用于加工工件（105）的工具（130）能够从所述第一工具库（120）领取，且工具（130）能够从所述第二工具库（125）转移到所述第一工具库（120）内，以及其中，所述工具（130）中的一个包括多用工具（135），其能够在所述加工之前配备有多个工具（130），所述方法包括如下步骤：
- 识别待加工的工件（105）；
- 确定加工所识别的工件（105）所需要的工具（130）；
- 确定将利用其装配所述多用工具（135）的工具（130），
- 其中，所述工具（130）以使得遍及所有待加工的工件（105），加权和l*LC+w*TP被最小化的方式被确定，
- 其中，LC是从所述第二工具库（125）转移到所述第一工具库（120）中以用于加工所述工件（105）的所述工具（130）的数目，
- TP是将被装配在所述工具库（120、25）中的一个中以用于加工所述工件（105）的所述工具（130）的数目，以及
- l和w是预定加权因子。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括借助于所述机床（110）加工所识别的工件（105）的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，提供多个多用工具（135），多个相同的工具（130）能够装配在不同的多用工具（135）上，且利用所述相同的工具（130）中的仅一个执行待利用所述相同的工具（130）中的一个加工的工件（105）的加工。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，提供多个多用工具（135），且没有两个相同的工具（130）可以被装配在不同的多用工具（135）中。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，使用混合整数规划方法形成用于所述多用工具（135）的所述工具（130）。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，带有已装配的工具（130）的多用工具（135）的数量被考虑。
7.一种带有程序代码装置的计算机程序产品，其用于在其在执行设备（115）上运行或者被存储在计算机可读介质上时执行根据前述权利要求中的任一项所述的方法。
8.一种用于机床（110）的控制设备（115），所述机床（110）具有用于工具（130）的工具库（120、125），所述机床（110）能够一次领取所述工具（130）中的一个以用于加工工件（105），其中，所述控制设备（115）被配置成执行权利要求1的方法的步骤。
9.一种加工系统（100），其包括具有用于工具（130）的工具库（120、125）的机床（110）和根据权利要求8所述的控制设备（115），所述机床（110）能够一次领取所述工具（130）中的一个以用于加工工件（105）。
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