CN107683440A - 计算优化轨迹的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种借助于模拟程序(S)和优化程序(Opt)来计算轨迹(T_opt)的方法。在该方法中，借助于模拟程序(S)提供轨迹(T、T1、Tw)并且使其适配于边界条件(RB)。该方法具有循环，其中，循环具有以下各个步骤：‑提供第一轨迹(T1)；‑修改(另外的)轨迹(T1、Tw)；‑以及根据边界条件(RB)来调整(另外的)轨迹(Tw、T)。优化轨迹(T_opt)是根据极限参数或者预定参数(v’、v_ex)提供的轨迹(T、Tw)。在控制装置(11)进行计算以用于移动用于部件(9)的保持件(7)的之后提供优化轨迹(T_opt)，其特征在于，至少一个部件(9)以及生产机器(1)在3D显示器(VRD)中示出。

Description

计算优化轨迹的方法
技术领域
本发明涉及一种用于计算部件的优化轨迹的方法。此外，本发明涉及一种用于执行这种方法的计算机程序包。此外，本发明涉及一种执行这种方法的控制装置，以及一种具有这种控制装置的生产机器，尤其是压力机。
背景技术
压力机被广泛地用于工业生产中，以用于加工部件，特别是板材，例如用于在汽车工业中生产车身部件。生产机器，特别是压力机通常自动化地装载。为生产机器装载部件通过保持件来进行，其中，保持件拾取部件并将其送入到生产机器中。在生产机器中完成生产过程之后，同一个保持件或另一个保持件再次将部件取出。
特别是在压力机的情况下，在借助于保持件自动地送入部件时出现如下问题，即只能在很窄的范围内将部件送入到压力机中。为了防止部件与压力机、特别是压模碰撞，需要适当的轨道曲线。在为压力机装载部件之前，通常必须手动创建这样的轨道曲线。为此，压力机的几何参数和可能的其他参数被用作用于借助模拟程序来计算轨道曲线的边界条件。为了改善模拟的轨道曲线，由有资格的人员改变轨道曲线。然而，改善轨道曲线是麻烦的，并且需要有经验的、有资格的人员。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于自动地优化轨道曲线或轨迹的计算的方法。
本发明的另一个目的是设计对于用户直观且简单的优化轨迹创建。
该目的借助于根据权利要求1所述的方法来实现。此外，该目的借助于根据权利要求10的计算机程序产品来实现。
该方法的有利的设计方案在从属权利要求中描述。
生产机器被理解为压力机，特别是伺服压力机、压接装置、加工机器和/或包装机器。本发明也可以应用在机床中。有利地，为这样的生产机器分配有输送装置。
特别地，部件被理解为板材、工件、半成品、塑料部件或未完成的产品，其被输送给生产机器以便改变其性能。部件尤其可以是例如机动车辆的、优选仍待改型的车身部件。在改变特性、优选地改变部件的形状之后，再次从生产机器中移出部件。为了装载和/或取出部件而设置有输送装置。
轨迹被理解为保持件和/或部件的空间走向，特别是进入到生产机器中或从生产机器移出的空间走向。轨迹此外描述了部件的空间取向和/或保持件的空间取向。借助于保持件也可以输送多个部件，并且由此将其送入生产机器中或再次从生产机器中移出。
轨迹是空间曲线，其中，空间曲线的各个点与其他参量相关联，其中，空间曲线可以有利地保存和存储在文件中，其中，空间点具有保持件的和/或部件的位置、保持件的和/或部件的取向。另外的参量例如是与空间曲线的各个点相对应的时间点和/或速度。
有利地，通过可能与其他变量相对应的离散点或通过函数的系数、特别是函数的级数表示的展开系数来表示和/或存储轨迹。展开系数是如下的系数，其是由轨迹的预先定义的级数表示得出，例如轨迹的泰勒级数、洛朗级数或傅里叶级数。在下文中，术语“轨迹”表示第一轨迹、另外的轨迹或优化轨迹。
第一轨迹被理解为是在没有模拟的情况下或者在利用模拟程序进行第一次模拟中创建的轨迹。特别地，借助适当的计算机程序、例如CAD程序使第一轨迹适配于边界条件。有利的是，第一轨迹例如手动地生成和/或借助于模拟程序适配于边界条件。例如，如下地创建第一轨迹，使得部件刚好不冲撞生产机器的边缘，必要时以较小的取向改变将部件引入到生产机器中和/或以低速置入到生产机器中或者从生产机器中移出。
另外的轨迹是借助于优化程序(routine)和/或借助于模拟程序被改变的轨迹。另外的轨迹可以对应有改变的参数。另外的轨迹通过修改由第一轨迹或另外的轨迹产生。
优化轨迹被理解为已经从极限参数生成的轨迹，例如最大可达到的速度或最大可达到的冲程数，并且必要时已经适配于边界条件。优化轨迹通常由另外的轨迹产生，该另外的轨迹已经被改变/优化至少一次。借助于模拟程序实现对边界条件的适配。优化轨迹的特征例如在于，沿着极限的轨迹，可以将部件特别快速地置入到生产机器中和/或从生产机器取出。
优化轨迹的特征还可以在于，将部件输送到生产机器中和/或从生产机器取出部件和/或将部件传送到其他位置所需的时间是最小的。
优化轨迹的特征还可以在于，将部件输送到生产机器中和/或从生产机器取出部件和/或将部件传送到其他位置的时长刚好相当于生产机器在最高运行速度的情况下对于一个周期所需要的时长。
优化轨迹的形状可能取决于部件和/或保持件经过轨迹的速度。在此，部件被固定在保持件上。因为在部件和/或保持件上的负载由于部件和/或保持件的加速度而通过力作用改变了部件和/或保持件的形状和/或位置，因此轨迹的形状和/或部件和/或保持件的有利的取向形成可以改变。
边界条件以下述为导向：生产机器、部件和/或保持件的尺寸和大小；以及可能的从部件到生产机器表面的要保持的安全距离。可以将边界条件表述为空间内的、部件不能进入其中的区域。边界条件也可以是以下区域，在该区域中可以改变第一轨迹、另外的轨迹和优化轨迹。例如，根据这里描述的实例，边界条件被表述为允许(改变的)参数在其间浮动的最大和最小参数。在此可能地，存在(改变的)参数的最大值和最小值与另外的(改变的)参数的值的相关性。轨迹然后有利地在由(改变的)参数的最小值和/或最大值定义的区域中延伸。
如果生产机器的工具在将部件送入到生产机器中或从生产机器移出期间移动，则边界条件取决于时间。
例如，如果压力机的冲压模执行周期性移动，并且该移动在将部件送入压力机中和/或从压力机移出的期间不停止，则边界条件具有周期性的时间相关性。
边界条件还可以具有马达的最大转速、压力机的最大冲程数、部件和/或保持件的最大加速度、保持件和/或部件的最小经过时间以及与移动相关的变形。
不遵守边界条件可能导致部件与生产机器，特别是生产机器的工具发生意外碰撞。
参数被理解为一个可优化的量或者是多个可优化的量，量是上面列举的轨道曲线的特性。参数可以是保持件和/或部件经过轨迹的速度、经过时间和/或压力机中的冲程数。
可以有利地布置参数或者参数的组成部分以及改变的参数或者改变的参数的组成部分。参数的或改变的参数的组成部分的数量有利地以轨迹为导向并且可以逐个轨迹地波动。
改变的参数被理解为从另外的轨迹产生的和/或特别是通过优化程序改变的参数。借助另外的参数，借助合适的流程创建另外的轨迹。
改变的参数可以是从第一轨迹和/或另外的轨迹产生的并且借助优化程序的计算规则产生的数字或数字元组。
计算规则例如是遗传算法，泛型算法，基于神经网络的计算方法或基于预定的数列的计算方法。
有利地，根据上面列举的计算规则借助优化程序来得出改变的参数。
极限值被理解为以下参数，其是与多个改变的参数相比较的最大值、最小值或优化值。例如，极限值是最大速度或最大冲程数或最小的可实现时长。
因此，预定值是保持件的预定的最大速度或优选为压力机的生产机器的最大可执行冲程数。
优化程序是以下计算规则，其根据一个接收到的轨迹、例如另外的轨迹，计算出另外的轨迹或优化轨迹。借助优化程序创建的另外的轨迹输送给模拟程序。优化程序也可以写成脚本，例如shell脚本。因此，不是必然需要改变现有的模拟程序。优化程序也可以作为独立程序、作为脚本、作为插件和/或优选作为模拟程序的子程序存在。
在有利的设计方案中，优化程序从存储器加载第一轨迹或另外的轨迹。从第一轨迹确定参数。从另外的轨迹确定改变的参数。借助于计算规则，对参数或被改变的参数进行改变。计算规则有利地具有可能在之前执行时已经创建的轨迹和/或已经计算出的(改变的)参数作为输入量。利用这些输入量，借助于计算规则计算(新的)改变的参数和/或另外的轨迹。在计算改变的参数时，可以由改变的参数生成另外的轨迹。然后将该另外的轨迹存储和/或输送给模拟程序。
有利的是，利用优化程序生成多个另外的轨迹，其中，或者选择另外的轨迹的其中一个以用于传输到模拟程序，或者模拟程序对于多个另外的轨迹执行模拟并且之后将另外的轨迹再次传输到优化程序，该优化程序通过模拟被证实是最适合的。也可以从多个轨迹中选择另外的轨迹，将其传送到模拟程序。此外，也可以借助于模拟程序将多个轨迹适配于边界条件并在另外的流程中执行选择。例如，这样设计的方法被应用在遗传算法。最适合的是另外的轨迹中的与极限参数相对应的那些。有利的是，只将计算的改变的轨迹中的一次选取、优选是具有最佳的改变的参数的、改变的轨迹传输到模拟程序。
模拟程序模拟将部件送入生产机器和/或将其移出。在此，根据边界条件检查，第一轨迹或由优化程序创建的另外的轨迹是否满足边界条件。如果另外的轨迹不满足边界条件，则将轨迹稍微改变和/或传输到具有相应属性的优化程序。如果另外的轨迹满足边界条件，则将其传输到优化程序以进行进一步的改变/优化。如果优化轨迹满足边界条件，则将其以一个属进行存储和/或以系数形式和/或函数值形式传输给控制装置。
模拟程序还可以根据边界条件计算部件的轨道曲线，从而可以以规定的速度将部件送给机器。模拟程序可以是优化程序的一部分。在此，至少一个部件的形状和尺寸、生产机器的形状和尺寸、特别是冲压模的形状和尺寸作用为边界条件。边界条件负责为生产机器无碰撞地装载至少一个部件。
基于优化轨迹的改进计算，这样的计算方法是有利的。特别地，如果将多个改变的轨迹相互比较，根据本发明可以找到极限轨迹，即使是本领域技术人员也不能通过手工方式将其找到。
另外有利的是，通过这里描述的方法也可以找到时间相关的极限轨迹。
附加地，优化轨迹所需的时间是明显较少的。
在一个有利的设计方案中，第一轨迹、另外的轨迹和优化轨迹具有时间作为组成部分或者取决于时间。
在本文中，如果轨迹是指其特性由此处列出的所有轨迹共享，则第一轨迹、另一轨迹和优化轨迹被称为轨迹。
轨迹可以直接取决于时间。此时，部件的走向直接取决于时间。这例如是如下情况，即如果部件经过一个轨迹的时间与沿着时间上后续的轨迹运行的部件不同。同样地，在轨迹的一个部段内，保持件和/或部件对于轨迹的该部段所需要的时间可以不同于该保持件和/或部件对于相同长度但不同的轨迹部段所需要的时间。因此，可能需要降低在轨迹强烈弯曲的区域中的轨迹经过的速度。时间可以是绝对的时间、周期性的时间段或保持件的固有时间。
但是，轨迹也可能取决于本身与时间有关的参数。
轨迹的时间相关性的公式表达有利地取决于优化程序和/或模拟程序的设计方案。
下面解释用于计算优化轨迹的方法的其他可能实施例。
轨迹也可能取决于相关于时间的参数。
轨迹的时间相关性的公式表达有利地取决于优化程序和/或模拟程序的设计方案。
在另一个有利的设计方案中，部件的尺寸和形状、生产机器的尺寸和形状、保持件的尺寸和形状、和/或部件和/或保持件的变形作为边界条件来讨论。
边界条件服务于模拟程序，以用于避免保持件和/或部件与生产机器、尤其是压力机的冲压模中的一个发生碰撞。如果生产机器具有可能与保持件和/或部件碰撞的可移动的部件，则边界条件有利地与时间相关。边界条件也可以理解为对保持件和/或部件的移动的限制和/或对轨迹的形状的限制。通过边界条件的时间相关性扩大了可行轨迹的空间。
在另一个有利的设计方案中，第一轨迹、另外的轨迹和优化轨迹是关于部件和/或保持件的位置的、部件和/或保持件的取向的和/或时间的函数。
保持件和/或部件的取向被理解为部件和/或保持件相对于竖直方向所成的(空间)角度。位置是以下点，在该点处保持件和/或部件处于空间中的规定点。保持件或部件的规定部分经过的空间点的集合可以被定义为轨迹。除了区域、时间和取向之外，在轨迹的描述中还可以讨论另外的相关性，如部件和/或保持件的经过速度或者加速度。
轨迹可以通过空间中的各种点或通过规定函数(空间曲线)的系数来给出。有利地，在由点进行表示时，可以对轨迹进行特别精确且灵活的说明。相反，在由系数表示轨迹时，可以实现对轨迹的特别精简的表示。
特别有利的是以两种表示式来提供轨迹。因此，大量的控制装置可以获取和进一步处理轨迹，即以便控制对生产机器的装载。
在另一个有利的设计方案中，将优化轨迹作为函数值和/或作为系数传送到控制装置。
控制装置用于驱控电机，其中，借助于电机装载或者再次清空生产机器。控制装置例如可以是用于控制多个彼此协调的马达的马达控制器，例如西门子公司的SIMATIC或SINUMEKIK。
在另一个有利的设计方案中，参数和改变的参数是至少一种速度，其中，极限值是最大速度。
在优化程序中，由第一轨迹和/或另外的轨迹计算参数或改变的参数。为此，首先在指派给优化程序的轨迹中推导出参数或改变的参数。然后改变该参数。由改变的参数确定或计算出另外的轨迹。参数或改变的参数是(另外的)轨迹的优化程度的量度。有利地，该参数接近极限参数或预定参数。在通过另外的参数达到极限参数或预定参数时，由极限值或预定参数产生的轨迹被优化。
(改变的)参数可以是速度、冲程数或部件和/或保持件到生产机器的最小距离。极限参数可以是最大速度，从而保持件和/或部件在尽可能短的时间内经过轨迹。该参数或改变的参数也可以是尤其是压力机的冲程数或者经过次数。
在计算机程序包的对用户特别友好的设计方案中，上述方法在选择至少一个选项之后特别是通过点击按钮后自动启动。
在该方法的一个有利的设计方案中，借助于3D显示器(VRD)在三维虚拟空间中示出生产机器和至少一个部件。
生产机器，特别是压力机以及至少一个部件的显示通过3D显示器来实现，该3D显示器适于在虚拟空间中显示过程，特别是用于显示虚拟现实。适用于显示的是人机界面(HMI)。这样的3D显示器的工业实施方式是全息显示方法，或者特别有利地是用于虚拟现实的设备，如VR显示设备(虚拟现实HMI)。这样的VR显示设备可以具有取向传感器，从而用户可以在空间内来回观看，从而通过视窗完全覆盖虚拟空间。
因此，用户可以有利地观察整个生产机器和部件沿着轨迹的整个移动。
在使用多个VR显示设备时，多个用户可以同时观察生产机器和/或部件，特别是在其沿着优化轨迹的移动中。用户不必停留在相同空间中。
通过互联网或内部网连接，用户可以处于不同地点。
通过移动的图像得出有利的展示，该移动的图像示出了生产机器、特别是压力机和处于所设置的其移动中的至少一个部件。
在此，其中一个部件可以沿着优化轨迹定位到为部件设置的位置。
为了说明部件的移动，可以将优化轨迹作为可见路径一同示出。
虚拟现实眼镜、Google眼镜，银幕，屏幕(各自具有3D显示的可行性)和/或头戴式显示器适合作为VR显示设备。
通过在3D空间中的显示，用户可以有利地获得生产机器的、特别是其各个工具的以及至少一个部件的移动关系的快速和直观的介绍。因此，能够容易和直观地了解到移动过程中的问题和改进可行性。
在另一个有利的设计方案中，示出了至少一个部件沿着优化轨迹移动。
对移动的部件的优化轨迹的显示例如可以通过实线来实现，部件在该线上移动。如果根据优化轨迹，部件正交于移动方向地旋转，则优化轨迹也可以作为拓宽的线、例如带来示出。带可以通过改变表面的指向来说明旋转。
有利地，用户能够通过优化轨迹的展示而识别在哪个区域中表现出能够和/或需要对生产机器的移动过程的和/或对其装载至少一个部件进行进一步优化。
在另一个有利的设计方案中，示出在移动部件时生产机器对边界条件的不符合情况。
在这种情况下，碰撞可以由部件或生产机器的区域的改变了的彩色标记来表示。有利的是，使用亮色标记来表示碰撞，该标记比其他的表示显得醒目，并且因此不会被一个或多个用户忽略。
通过适时的示出部件的碰撞，特别是与生产机器的碰撞，用户可以识别，用于部件的优化轨迹是否满足关于碰撞的边界条件。因此，还可以检查边界条件的改变和/或优化轨迹的改变具有哪些影响。
在该方法的另一个设计方案中，至少一个用户可以借助于显示设备观察将部件移入或移出生产机器的移动。
至少一个部件的移动可以同时由多个用户观察。可以从单个用户的不同位置或观察取向实现对移动过程的同时观察。因此，第一用户可以从一侧观察该部件，并且第二用户可以从另一侧或从另一个位置观察相同的部件。
有利地，用户可以观察且可选地评估生产机器的行为和移动中的部件。
播放速度可以由每个用户独立选择。因此，每个用户的个人需求可以被单独考虑。
在该方法的另一个有利的设计方案中，示出了在部件移动时生产机器对边界条件的不符合情况。
另外有利的是，将边界条件例如以柱状图的形式示出给用户。显示可以在视窗中示出。特别适合于显示的边界条件是：生产机器的驱动装置的马达功率、工具和/或部件之一的速度、牵引力。
在该方法的另一个有利的设计方案中，至少一个用户借助于至少一个VR输入设备来改变优化轨迹，其中，通过改变优化轨迹，优化轨迹被转换成第一轨迹，其中，利用用于计算优化轨迹的方法根据前述的实施方式再次优化和示出第一轨迹。
优化轨迹的改变例如利用光标实现，该光标借助VR输入装置选择优化轨迹的点或区域。借助于光标的移动，可以改变优化轨迹的点或区域。改变可以示出给用户。
操纵杆、具有3D运动传感器的3D鼠标或数据手套适合作为VR输入装置。此外，可以通过语音控制实现输入。已经证实，使用一个操纵杆或多个操纵杆对于本发明是特别有利的。因此，在下文中，VR输入装置和操纵杆可以同义地使用。
借助光标，轨迹的区域或点被选择并随后由用户移动。
逐点或逐区域地推移的优化轨迹形成了在用于计算优化轨迹的方法中的第一轨迹，在考虑边界条件的情况下借助于优化程序再次将其优化成优化轨迹。
有利地，通过这样的措施可以通过直观地察觉和思考的用户来影响用于提供优化轨迹的方法。因此，有经验的用户可以在对用于提供优化轨迹的方法进行改进的优化方向上加以促进。
同时，用户可以加强其对于以下的直观感受，即如何在优化轨迹的走向上表现出优化轨迹的逐点/逐区域的改变。
通过彩色地标记生产机器和/或部件(的部分)的区域来示出部件与生产机器的碰撞，这有利地增强了用户对在此描述的过程的直观感受。
有利地，通过引入一个或多个用户，可以得到对用于计算优化的方法的方法的改进。用户可能识别出在轨迹的优化时的仅局部的最小值，并且可以通过手动干预来改进优化轨迹的计算。如果模拟程序和/或优化程序具有自学习部分，例如神经网络，那么可以通过这种交互整体地改进/训练该方法。
在另一个有利设计方案中，至少透明地示出生产机器和至少一个部件。
对部件和/或生产机器的透明或部分透光性示出可以通过借助线条来示出边缘和/或角来实现，特别是以透视图实现。表面可以以不同透明度示出。在此，不透明地显示线条(棱边)。
通过至少部分的、透明的生产机器和/或至少部分的、示出的部件，至少一个用户可以透过生产机器和/或透过部件观看。因此，用户也可以看到隐藏在部件和/或生产机器之后和/或之下的过程。
在该方法的一个有利的设计方案中，生产机器和/或部件的视图可以从多个视点和/或从多个取向来示出，其中，用户可以选择视点和/或取向。
从不同视点的展示还包括从部件内部和/或生产机器内部的视图。通过显示来自多个视点的移动过程，用户可以从在生产机器的实际的、真实的模型中不可能的视角来观察移动。
因此，根据本发明的至少一个方面，该展示非常适合稍后要操作生产机器的用户熟悉工作。
有利地，通过用户的头部的取向来改变对于用户的视窗的取向。有利地，通过VR输入设备或通过语音输入可以改变视窗的起始点。
在另一个有利的设计方案中，将生产机器和/或至少一个部件示出给至少两个用户，其中，将不遵守边界条件的情况，尤其是部件与生产机器的碰撞示出给至少一个用户。
例如，借助于多个VR显示设备、特别是VR眼镜，为多个用户同时示出至少一个部件与生产机器的碰撞。
在有多个用户的情况中，所示出的移动过程的速度可以是不同的。第一用户可以选择与第二用户的显示速度不同的显示速度，即生产机器的移动过程的速度和/或部件沿(优化)轨迹的速度。
通过将在这里描述的移动过程同时示出给多个用户，用户可以实现交换。这种交换可以有利地用于训练一个用户。
该方法有利地由计算单元、特别是个人计算机来执行。在此，计算单元具有3D显示器或具有至少一个用于3D显示器的连接可行性。特别有利的是，计算单元具有至少一个VR显示设备和可选的至少一个VR输入设备，至少对此具有接口。通过将计算机程序产品加载到计算单元的存储器中并借助于CPU(中央处理单元)来执行，执行该方法。该计算机程序有利地具有以下部分：
-文件，其中预定了生产机器和至少一个部件的位置、大小和形状。可选地，文件也可以具有轨迹和边界条件以及移动过程。
-优化程序，特别是所谓的求解器。
-接口，其中，借助于计算单元的硬件提供用于展示移动过程的接口。该接口用于借助于3D显示器展示得出的移动过程。
有利地，计算机程序包用于实施上述方法，其中，模拟程序至少已经作为该计算机程序包的一部分存在。优化程序可以有利地集成到模拟程序中。在模拟程序的操作界面(人机界面)上，可以有利地选择上述方法作为菜单项。在引入优化程序的这种连接的情况下，可以借助按钮来生成启动。例如，在点击这样的按钮时，开始并运行该方法，直到轨迹成为优化轨迹为止。随后，以上述形式将优化轨迹传输到控制单元。
附图说明
下面借助附图中所示的实施例来详细描述和解释本发明。其示出：
图1示出了生产机器、部件和轨迹，
图2示出了用于计算优化轨迹的方案，
图3示出了用户对用于提供优化轨迹的方法的影响，
图4示出了第一用户和第二用户的影响，
图5还示出了对于用户的可能展示，以及
图6显示了对于两个用户的可能展示。
具体实施方式
图1示出了生产机器1、部件9和轨迹T_opt。在时刻t1，部件9被保持件7拾取并沿着轨迹T_opt输送到生产机器1中。在此，部件9和保持件7沿着轨迹T_opt运行。在时刻t2，部件9借助于保持件对准其取向Phi_2。在时刻t2，部件9和保持件7具有速度v。速度有利地是关于时间t和/或部件的位置或取向Phi的函数。部件9被保持件7置入到生产机器1中，特别是置入到生产机器1的下部工具5中。在生产机器1中，利用上部工具3加工部件9。在这里，上部工具3是钻头3或铣床3的一部分。在生产机器1中进行加工后，保持件7在时刻t3再次拾取部件9并且将该部件沿着优化轨迹T_opt从生产机器1中引导出。在时刻t4，部件9正在到新的工作点的路上。在每个时刻t1、t2、t3、t4，部件都具有速度v。在时刻t2，部件9和保持件7具有取向Phi_2。在时刻t4，部件9和保持件7具有取向Phi_4。在此，速度v是参数v、v'，其显著地影响生产速度。工具9和/或保持件7的取向在任何时刻都通过取向Phi预先确定。
图2示出了用于计算优化轨迹T_opt的方案。示出的是计算单元13，例如个人计算机13，模拟程序S安装在该计算单元上并在其上运行。优化轨迹T_opt的计算借助于模拟程序S和/或优化程序Opt来进行。另外，优化程序Opt也安装在计算单元13上。虽然优化程序Opt可以是模拟程序S的一部分，但是优化程序Opt与模拟程序S分开示出。该方法以预定第一轨迹T1开始，该预定例如通过用户手动进行。第一轨迹T1也可以通过用户利用模拟程序S进行预定来创建。另外，预定边界条件RB，其中，该边界条件RB也有利地由生产机器1的、至少一个部件9的CAD图以及由可能的其他尺寸借助于模拟程序S来得出。在第一次执行该方法时得出参数V，在此有利地通过模拟程序S来得出。也可以借助于优化程序Opt来确定参数v。在计算(第一)轨迹T1之后，将(第一)轨迹T1和可能的参数v或另外的参数vi传送到优化程序Opt。在优化程序Opt中，以有利的方式提供轨迹T(a1、a2、...)的表示式，例如级数表示式。轨迹T(a1、a2、…)的级数表示式的系数ai，i＝1、...、N在另外的步骤中根据确定性或概率模型而改变。例如，各个系数a1被增加ai+△ai或减少ai-△ai。由如此改变的系数ai±△ai，创建改变的轨迹T(a1±△a1、a2±△a2、...)。有利地，将改变的轨迹T(a1±△a1、a2±△a2、...)再次归一化到第一轨迹T(a1、a2、...)。
然后将改变的轨迹Tw＝T(a1±△a1、a2±△a2、...)传输到模拟程序S。模拟程序调整改变的/另外的轨迹Tw以遵循边界条件RB。有利的是，模拟程序S能够根据另外的轨迹的新的特性将另外的轨迹Tw与先前的轨迹T进行比较。例如，参数vi、vi+1、v、v'用作为比较标准。如果参数vi、vi+1、v、v'例如是将部件9引入到生产机器1中和/或再次从生产机器中移出的速度vi、vi+1、v、v'，那么将轨迹T、Tw的改变评估为在朝着优化轨迹T_opt的形状的正确方向上的一个步骤。
持续执行上述循环，直到在执行循环之后改变的参数vi、vi+1的变化△ai下降到低于预定值或者一旦改变的参数低于预定范围为止。轨迹T和另外的轨迹能够以参数v、v+1的形式作为轨迹T、Tw和/或以系数a1，a2的形式在模拟程序S与优化程序Opt之间传输。
在达到极限参数v_ex时，在最后执行的循环中获得的优化轨迹T_opt以系数a1，a2，...的形式被传送到控制装置11。控制装置11对生产机器1装载部件进行控制，特别是通过对用于部件9的保持件7的所执行的优化轨迹T_opt进行控制11。
为了计算或提供优化轨迹，如图1和图2所示，还应注意以下内容。
尤其是在图2中公开了用于计算优化轨迹T1的循环的第一次运行的方案。从第一轨迹T1开始，借助于模拟程序S确保，第一轨迹T1是否满足边界条件RB。如果通过第一轨迹T没有满足边界条件RB，则借助于模拟程序S调整第一轨迹T1。然后将第一轨迹T1传送到优化程序Opt。借助优化程序，由第一轨迹T1(和/或另外的轨迹Tw)得出参数v。借助于优化程序Opt，将参数v改变成改变的参数v'。借助于改变的参数v'生成另外的轨迹Tw。将另外的轨迹Tw传输到模拟程序S。借助于模拟程序S，使另外的轨迹适配于边界条件RB。在完成对改变的轨迹Tw的调整之后，再次将其传输到优化程序，其中，利用优化程序Opt在另外的轨迹Tw中生成参数v。借助于优化程序Opt，将参数v转换成改变的参数v'。至少借助改变的参数v'来创建另外的轨迹Tw。
在创建另外的轨迹Tw和/或改变的参数v'时，也可以考虑(改变的)参数v、v'和/或已经生成的和可能的所存储的(另外的)轨迹T1、Tw。
一旦改变的参数v'已经达到特定的一个值v_ex或多个值v_ex，就可以由另外的轨迹Tw计算出优化轨迹T_opt。必要时，再次对照边界条件RB检查优化轨迹。然后将优化轨迹提供给生产机器1的控制装置11。
所提出的方法尤其可以有利地用于执行对于压力机的模拟，例如执行西门子公司的软件“冲压线仿真”。
在此，借助于模拟程序实现对模拟场景的展示。模拟场景的实例是建立压力机1或生产机器1或碰撞分析。参数v、v'的改变有利地在考虑传递曲线(轨迹T，另外的轨迹Tw或优化轨迹T_opt)的情况下进行。
这里提出的方法的结果例如是碰撞报告、要利用保持件7输送的部件9的物品清单、编程值的清单和/或模拟视频或图像序列。
用于计算优化轨迹的方法有利地分两步进行：
-一方面，改变例如轨迹T、Tw、T_opt的大小，直到不再会发生部件9和/或保持件与另外的元件的碰撞，特别是与生产机器1和/或压力机1的碰撞。
-另一方面，优化沿着这种轨迹T、Tw，尤其是优化轨迹T_opt的部件9的速度v、v’、v_ex，和/或优化压力机1或者生产机器1的冲程数v、v’、v_ex。
有利地，使用所谓的求解器作为优化方法的基础。求解器优选地是一个开源软件，其包含通用的优化算法并且可以针对相应的情况进行调整。通过给出所有类型的参数、影响求解器的值以及通过将特有的程序代码添加给该求解器软件，有利地实现这种调整。添加还可以在所谓的软件插件中实现。
轨迹T、T1、Tw、T_opt通常还被称为传递曲线或输送曲线。在模拟期间，借助于模拟程序S必要时借助在此提出的优化程序Opt来持续地调整轨迹，直到达到最佳值为止。有利地，可以在建立具有生产机器1的生产设施之后实现在此描述的方法。在生产设施的运行中，随后只对优化轨迹再进行微调。
对于参数或边界条件有利的量是在部件9/保持件7与另外的元件(例如生产机器1)之间要保持的距离值。还有利的是，另外的参数以沿着(优化的)轨迹T、Tw、T_opt运行期间部件9的取向(旋转值)、部件9和/或保持件7的开始时间ti、t和/或结束时间ti、t为导向。
有利地，(优化的)轨迹T、T_opt、Tw的所谓的节点的数量也发生变化。节点是限定/撑开(优化的)轨迹T、T1、Tw、T_opt的空间点。
在下面的附图中，带阴影的箭头表示用户B、B1、B2对所示的生产机器1、所示的部件9和/或所示的优化轨迹T_opt的直接影响的可行性。该影响可以通过光标、与操作系统MSWindows的操作类似地来进行。
图3示出了用户B1、B2对用于提供优化轨迹T_opt的方法的影响。在中间示出的是计算单元13，其例如通过计算机13实施。模拟程序S安装在计算单元上。模拟程序S用于执行用于提供优化轨迹T_opt的方法。如也在图2中示出的，通过优化程序Opt和模拟程序S的相互作用来计算优化轨迹。优化程序Opt也可以集成在模拟程序S中。
模拟程序的输入量是边界条件RB和可能的第一轨迹T1。模拟程序S将优化轨迹提供给3D显示器VRD、特别是VR显示设备VRD。虚拟3D显示器VRD可以是虚拟现实眼镜VRD(virtual reality Brille，头戴式显示器)或3D屏幕/带有相应银幕的具有3D能力的投影仪。3D显示器VRD为用户B示出部件1，尤其是部件1的所设置的移动。有利地，也为用户B示出生产机器1和可选的优化轨迹T_opt。有利地，示出部件9沿着优化轨迹T_opt移动。另外有利的是，为用户示出在移动状态中的生产机器1。优化轨迹T_opt说明了部件1的移动。用户B可以借助于VR输入设备VRID、例如操纵杆VRID、数据手套等来影响优化轨迹T_opt的走向。
语音控制、手势控制等也适合作为VR输入设备。
如果用户B至少区域性地改变优化轨迹T_opt，则模拟程序S再次优化(区域性地改变的)优化轨迹T_opt。在此，用于计算优化轨迹T_opt的方法在计算单元和模拟程序上重复运行。轨迹T_opt的优化过程如下地进行，即用于部件1的所示的优化轨迹T_opt再次满足边界条件。在被优化的(至少区域性地改变的)优化轨迹T_opt(还)不满足边界条件RB之前，前述可以通过展示、特别是通过彩色高亮在部件9与生产机器1之间的碰撞位置来示出。
模拟程序再次处理(至少区域性地)改变的优化轨迹T_opt，像处理第一轨迹T1一样。借助根据本发明的方法，计算新的优化轨迹T_opt。最佳地，优化轨迹T_opt可以从模拟程序S转发出和/或存储到数据载体上。
图4示出了第一用户B1和第二用户B2的影响。从已经由第一用户B1和/或第二用户B2改变的优化轨迹T_opt出发，优化轨迹T_opt如上面所指出的那样被再次处理成第一轨迹T1或作为这种第一轨迹。借助于模拟程序S，将第一轨迹T1转换为优化轨迹T_opt。将(重新计算的)优化轨迹T_opt在3D显示器(VRID)中示出给第一用户B1和/或第二用户B2。在另外的步骤中确定，优化轨迹是否满足(可能改变的)边界条件RB。如果不是这种情况，例如由于优化轨迹T_opt的不充分优化，可以将可能的碰撞示出给用户B1，B2。如果优化轨迹T_opt满足边界条件RB，那么将其示出给第一用户B1和/或第二用户B2同样是有利的。用户B1，B2可以在用户侧借助VR输入设备VRID(Virtual Reality Input Device)改变优化轨迹。之后，可以重新运行在此示出的方法。
在优化轨迹T_opt的优化程度不充分的情况下，即不满足边界条件RB，特别是关于部件9与生产机器1的可能碰撞，将不满足边界条件RB的情况示出给第一用户B1和/或第二用户B2。该示出可以通过彩色地标记部件9与生产机器1的可能碰撞的位置或区域来实现。
因为优化轨迹T_opt不满足边界条件RB的情况应该是例外，所以该示出在图4中仅以虚线示出。当在通过模拟程序S执行用于计算优化轨迹T_opt的方法之后实现优化轨迹T_opt并且满足边界条件RB时，则选择路径“OK”。
图5示出了对于用户B的可能展示。图5和图6中的展示可以对应于用户B或用户B、B1、B2看到的内容。用户B佩戴VR显示设备VRD，例如虚拟现实眼镜(头戴式显示器)。VR显示设备VRD向用户B示出视窗SF。视窗SF向用户B示出生产机器1的截面和/或沿着优化轨迹T_opt移动的部件1的截面。用户B可以例如通过移动他的头部或通过语音命令来改变视窗SF的取向/位置。因此，用户B可以从多个取向和/或从多个位置观察生产机器1和/或部件1。语音控制也可以用于使视窗SF取向。
优化轨迹T_opt由计算单元13提供。在这里，模拟程序S也用于计算优化轨迹，其中，模拟程序具有优化程序Opt。计算单元13此外具有用于3D显示器和/或VR显示设备、特别是虚拟现实眼镜的接口VRM。计算单元13此外具有用于操纵杆VRID(Virtual RealityInput Device)的接口。借助于操纵杆WVID，用户B可以移动光标。通过光标，用户B可以改变优化轨迹T_opt。此外，用户B可以借助于操纵杆VRID改变部件9的位置和取向、和/或生产机器1的位置以及可选地改变生产机器1的工具的位置和/或取位。
生产机器1的工具的和/或优化轨迹T_opt的移动在图中由箭头P表示。视窗SF的变化同样以类似于三脚架来布置的箭头表示。
为用户B示出改变的效果、特别是优化轨迹T_opt的改变的效果。将部件1与生产机器1的碰撞通过彩色地标识标记K来示出给用户。可选地，可以将用户的视窗SF自动地转向到碰撞的标记。
图6示出了对于两个用户B1、B2的可能展示。类似于图5，图6示出了用户B1、B2与所示的优化轨迹T_opt、所示的生产机器1和所示的部件1的交互。
生产机器1和两个部件9在视窗SF中示出给第一用户B1和/或在视窗SF中示出给第二用户B2。有利地，这两个用户B1、B2都佩戴VR显示设备VRD，使得他们通过虚拟现实眼镜VRD的取向来控制相应的视窗SF。
第一用户B1和/或第二用户B2可以各自借助于操纵杆VRIP或另一个VR输入设备：
-至少区域性地改变优化轨迹T_opt的走向，
-改变部件9的位置和/或取向，以及
-改变生产机器的工具的位置和/或取向。
改变随后引起对新的优化轨迹T_opt的计算。如果在上述改变之后轨迹T_opt、T1不再满足可能改变的修改的边界条件RB，则将此展示给一个用户B1、B2或两个用户B1、B2。该展示可以通过彩色地标识与不符合边界条件RB相关的区域来实现。
综上，描述了一种特别是通过计算机程序执行的方法，在该方法中在三维空间中示出生产机器1、特别是压力机系统。
计算机程序产品的用户B、B1、B2可以直接与示出的生产机器1交互。
用户B、B1、B2可以从生产机器1的内部来观察生产机器1和/或部件9的所进行的移动，特别是通过至少部分透明地展示生产机器1和/或至少一个部件1来观察。
代替移动鼠标，用户B、B1、B2可以在3D空间中利用操纵杆VRID，特别是带有移动传感器的操纵杆VRID交互。
生产机器的工具理解为切刀、冲头、操纵设备。如果生产机器实施为压力机，则该工具例如是滑板，传动齿轮，压紧装置或拉深垫。
借助于拖放方法，用户B、B1、B2可以改变部件1的轨迹T1、T_opt以及有可能地改变生产机器1的工具的行进曲线。
在三维(3D)空间中计算部件9的优化轨迹(作为空间曲线)T_opt。
可以将用于计算优化轨迹T_opt的方法的进展示出给用户B、B1、B2。
部件9与生产机器1、特别是冲压工具1的碰撞被直接展示给用户B、B1、B2或用户B1、B2。通过借助清晰的高亮来标记能够实现这样的展示。
有利地，用户B、B1、B2借助于VR显示设备直接识别出他在虚拟空间中的操作的效果。
生产机器的工具之间也可能发生碰撞。这些也有利地同样被示出。在生产机器的工具中的碰撞尤其发生在生产机器中的部件没有正确地取向/定位的情况下发生。
本发明的用户B、B1、B2可以有利地如下地辅助优化轨迹T_opt的计算，其中用户借助于对优化轨迹T_opt的手动修改，特别是借助拖放措施，从仅局部的最小值高亮优化轨迹T_opt并由此对其进一步优化。
有利的是，通过应用，能够对用户B、B1、B2在其对于与生产机器1有关的移动过程的理解方面进行培训。
作为VR显示设备或3D显示器，可以使用例如是Google Glass，Oculus Rift，Microsoft Hololens或类似设备的虚拟现实显示设备。在此，是否将虚拟现实、增强现实或全息影像用于显示并不重要。有利地，使用多个操纵杆VRID，特别是SixenseEntertainment公司或Razer公司的“Razer Hydrae型号。
特别地，用这种操纵杆VRID进行非接触式控制是有利的。
本发明的可能的应用领域是工具制造、工程规划、特别是工厂设施规划、对压力机1或冲压线的装载。本发明的其他使用领域可以是维护和/或维修工作，特别是对压力机1的维护和/或维修工作。本发明特别有利地适用于训练在压力机1领域中的操作人员/用户B、B1、B2和工程师。
基本上，本发明涉及一种用于借助模拟程序S和优化程序Opt来计算和提供优化轨迹T_opt的方法。在该方法中，借助于模拟程序S提供轨迹T、T1、Tw并使其适配于边界条件RB。该方法具有一个循环，其中，该循环具有以下各个步骤：
-提供第一轨迹T1，
-修改(另外的)轨迹T1、Tw，
-以及根据边界条件RB来调整(另外的)优化轨迹Tw、T。
优化轨迹T_opt是基于极限或预定参数v'，v_ex提供的轨迹T、Tw。在控制装置11进行计算以移动用于部件9的保持件7之后，提供优化轨迹T_opt，其特征在于，借助于3D显示器为用户B、B1、B2示出在优化轨迹T_opt上移动的部件(9)和/或生产机器1。

Claims (10)

1.一种用于计算至少一个部件(9)的优化轨迹(T_opt)以便将该部件(9)输送到生产机器(1)中和/或从生产机器(1)中移出的方法，其中，为模拟程序(S)分配至少一个优化程序(Opt)，其中，利用所述模拟程序(S)根据边界条件(RB)计算第一轨迹(T1)，在所述优化程序(Opt)中由所述第一轨迹(T1)计算出参数(v)，特别是速度(v)，其中，借助所述优化程序(Opt)得出改变的参数(v’)，并且根据所述改变的参数(v’)生成至少一个另外的轨迹(Tw)，其中，所述另外的轨迹(Tw)在一个循环中被改变，其中，所述循环至少具有以下步骤：
其中，在一个步骤中借助于所述模拟程序(S)使所述另外的轨迹(Tw)适配于所述边界条件(RB)并且所述另外的轨迹被指派给所述优化程序(Opt)，
其中，在一个步骤中基于所述另外的轨迹(Tw)得出所述参数(v)，
其中，在一个步骤中基于所述参数(v)得出所述改变的参数(v’)，
其中，在一个步骤中基于所述改变的参数(v’)计算出所述另外的轨迹(Tw)并且将所述另外的轨迹(Tw)指派给所述模拟程序(S)，
其中，一直执行所述循环直到所述改变的参数(v’)达到预定值(v_ex)或极限值(v_ex)为止，其中，由所述极限值(v_ex)或所述预定值(v_ex)计算出所述优化轨迹(T_opt)，并利用所述模拟程序(S)使所述优化轨迹适配于所述边界条件(RB)，其特征在于，至少一个所述部件(9)以及所述生产机器(1)在3D显示器(VRD)中示出。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述生产机器(1)和至少一个所述部件(9)借助所述3D显示器(VRD)在三维虚拟空间中示出。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，至少示出所述部件(9)沿着所述优化轨迹(T_opt)移动。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，示出在移动所述部件(9)时所述生产机器(1)对所述边界条件(RB)的违反情况。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，为一个用户(B、B1、B2)或多个用户(B、B1、B2)示出所述部件(9)的移动以及可选的、所述生产机器(1)的移动。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，至少一个用户(B、B1、B2)借助于至少一个VR输入设备(VRIP)改变所述优化轨迹(T_opt)，其中，通过所述改变将所述优化轨迹(T_opt)转换为第一轨迹(T1)，其中，利用用于计算优化轨迹(T_opt)的、根据权利要求1所述的方法再次优化并示出该第一轨迹(T1)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，至少部分透明地示出所述生产机器(1)和至少一个所述部件(9)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，能够从多个视点和/或多种取向示出所述生产机器(1)和/或所述部件(1)的视图，其中，用户(B、B1、B2)能够选择所述视点和/或所述取向。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，为至少两个用户(B、B1、B2)示出所述生产机器(1)和/或至少一个所述部件(9)，其中，将未遵守所述边界条件(RB)的情况、特别是所述部件(9)与所述生产机器(1)的碰撞示出给所述用户(B、B1、B2)中的至少一个。
10.一种计算机程序产品，用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述计算机程序产品设置在计算单元(13)上以用于所述执行。
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