CN109564416B - 一种用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法、系统和可读介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，所述方法包括以下步骤：输入用于至少一个要机械加工的产品的标准过程参数，并且基于标准过程参数来生成操作数据。将操作数据与经优化的操作性能标准进行比较，并且将操作数据呈现给决策实体。可以使得该实体能够修改过程参数，以改善金属加工过程的操作。

Description

一种用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程 参数的方法、系统和可读介质
技术领域
本发明涉及用于基于工业机械加工操作如金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法、工业机器系统、计算机程序产品和非暂态计算机可读介质。
背景技术
当今的工业机器系统通常包括具有用于在机器部件或操作装置与工件之间提供相对运动的致动器系统的机器。现有技术的工业机器系统被高度专业化以执行诸如射束切割、铣削、车削、钻削、镗削、冲压(punching)、冲压压制(punch pressing)、压断(press-breaking)、弯曲、焊接和装配操作的操作。对于大多数潜在客户特别是对于较小或中型车间而言，机器系统是实质性投资，，这是机器系统为业务贡献的多功能性和生产率是制定投资决定时的关键因素的原因。一旦做出投资，提高生产率的主要因素之一就是确保机器系统得到最大程度的利用。
工业机器系统通过一起用于向致动器系统提供指令来执行所需的移动以执行预期的工业操作的CNC(计算机数控)单元、NC(数控)单元、 PLC(可编程逻辑控制)单元和/或相关的感测和处理设备来控制。机器系统还包括机器控制器，该机器控制器本质上是具有处理器和诸如Windows 或Linux的常规操作系统的计算机，其被配置成基于机器控制器指令如G 代码或XML来控制CNC/NC/PLC单元。机器控制器包括或连接到HMI (人机接口)，并且被配置成读取程序和收集诸如切割参数的机械加工参数。这使得机器控制器能够向CNC/NC/PLC单元发出用于由机器中包含的致动器系统执行的完整指令。通常，CNC/NC/PLC单元和机器控制器二者均被物理地包括在工业机器中，并且工业机器形成独立且自包含的工业机器系统，其中，机器控制器形成机器的基本且物理连接的部件。
CNC系统可以被定义成包括：在本文中被称为机器的机床；部件程序，其是机器所遵循的详细命令集；以及机器控制器(或机器控制单元)，其是存储程序并将其命令执行为机床的动作中的计算机。
对由工业机器执行的操作的管理、控制和监测需要来自机器操作员的专业知识和经验以及基于软件的支持系统来实现。为了生成用于例如制造特定金属产品的操作的程序，程序不仅需要基于预定原理集诸如基于优化技术或最短路径原理的操作顺序的计算，而且需要基于操作员的专有知识即从更实际的角度来看什么将是最佳顺序。要考虑和控制的变量可能与材料特性、物流有关，并且当然还与实际的几何结构、形状、尺寸和维度以及产品生产的次序有关。
根据现有技术的制造过程基于或多或少的线性顺序，包括如下步骤：构造和设计产品，然后购买所需的生产材料，预留生产能力以及分配资源。然后，制造产品并将其交付给库存或客户。传统的制造过程往往相当严格，因此无法充分利用生产资料。因此，无法贯穿制造过程实现全效率和生产率，原因是该过程中的步骤不能同步。其原因之一是，进一步优化制造过程所需的数据诸如动态生产变量被存储在不同的位置处。由于数据的不同位置阻止过程参数的交换和比较，因此对于具有一定的可用生产资料集的给定制造过程，将无法获得最大生产率。
如上所述，工业机械加工操作以及相关的设计和构造过程(包括参数化设计的选项)、材料的选择、购买、物流等均基于大量的动态生产变量和变化的先决条件，所有这些均影响工业操作的结果。因此，当试图优化涉及大量变量的操作时，人类操作员将面临显著的复杂性。操作员可能知道实际需要什么，只是在确定获得期望结果、辅助或优选地自动服务的最有效方式方面需要帮助，这目前无处可寻。
因此，在设置和执行工业机械加工操作时需要考虑的相关问题是管理该复杂性和大量的影响参数。如果管理不当，则无论影响参数是与物流、材料特性、生产质量、目前使用的工具、可用工具有关还是与操作员的需求有关，其可能会对工业机械加工操作的效率、精度、质量和生产率产生不利影响。如果管理得当，则预期生产率和效率显著提高。
发明内容
因此，本发明的目的是通过提供用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法、工业机器系统、计算机程序产品和非暂态计算机可读介质来减轻所提及的与现有技术相关联的问题，所述方法包括以下步骤：
输入用于至少一个要机械加工的产品的标准过程参数，
基于标准过程参数来生成操作数据，
选择至少一种优化技术并限定函数，所述函数包括标准过程参数，
通过使用标准过程参数作为限定性能变量的范围和/或过程参数的范围的基础来生成用于优化的函数，
将优化技术应用于所述函数，由此确定最佳操作性能标准，以获得要用于控制金属加工过程的命令集，
将所生成的操作数据与最佳操作性能标准进行比较，以及
向决策实体呈现最佳操作性能标准，并且使得决策实体能够基于所呈现的金属加工过程的最佳操作性能标准来修改标准过程参数。
标准过程参数在此是指在没有事先优化并且没有事先比较与金属加工过程有关的各种信息源的情况下输入的变量。操作数据通常是在应用预定义机械加工过程和机器系统时将原材料转换为最终产品所需的机器设置。优化技术是可以取决于环境使过程参数最大化或最小化的任何方法。当应用优化技术时，可以生成预定范围内的操作数据，这提供了用于执行金属加工过程的替选方案。除非考虑了若干过程参数并且从而提供了进一步提高生产率的机会，否则这些替选方案不能被实现。
如提及的，本发明使得决策实体诸如人类操作员或计算机化的装置能够使用来自各种源的数据来提高效率和生产率。通过将本发明用作被配置成从各种源收集信息的监督服务——其机器可以是一个——所有已被输入的标准过程参数均可以通过使用所有可用信息被修改。其他信息源的示例可以是经由物联网(IoT)启用元件、企业资源计划系统(ERP)、制造执行系统(MES)、客户关系管理系统(CRM)、采购管理系统(SMS)、计算机辅助设计/制造系统(CAD/CAM)和相关数据库与机器或机器控制器连接的元件。
根据本发明的实施方式，经由工业机器系统和/或其他信息源来获得所有相关信息。这使得可以使用敏捷迭代过程来提前或在根据实际设置和机器配置执行过程时优化每个步骤。优化过程还可以用于设计、购买、订购和生产计划。例如，可以利用可用工具来修改产品设计，可以根据现有库存来修改材料，可以利用机器可用性来修改交付时间，并且可以修改产品设计以达到一定质量。取决于具体情况，该质量可以低于和高于最初预期，但将始终在指定的范围内。
可以使用根据本发明的装置和方法而修改的过程参数的另外示例如下：
生产过程可以从集成的组合机器诸如冲压/弯曲被修改成单独过程例如激光切割和压断的组合。该示例将是旨在降低用于制造相同或几乎相同的产品的生产成本的修改。
可以修改像个体单元的自由形态形状的射束切割，以根据其间的切割射束将自由形态形状切割为具有仅一个单个切口的簇。可以通过互换或改变它们的相对位置和/或形状来修改部件几何结构区段和/或部件切向区段，优选地导致在从金属片切割部件时部件质量的改善。
可以修改材料厚度以及材料类型和/或质量，以减少每个产品单元的重量和成本。可替选地，可以修改产品几何结构以减少材料浪费，从而降低生产成本。出于与上述相同或相似的原因，可以减小材料尺寸、形状、形式和维度。
可以修改部件和/或产品几何结构以使设置时间和成本最小化，减少是由于可以减少或甚至消除改变工具的需要而实现的。也可以修改材料尺寸、形状、形式和维度，以需要较少量的库存材料。
可以调整批大小以降低成本，可以导致机器配置的可能变更的调整取决于批大小。还可以修改实际的机器配置，以获得制造过程中的各种增益和简化。
与金属加工过程有关的过程参数通常是用于制造特定产品的预定义或预定的参数，诸如生产订单、批产量、产品几何结构和预定义容差。它们还可以是所需的金属加工操作、所需的加工配置、用于抓握和/或拾取和放置和/或堆叠生产的部件的自动配置、生产的物品的堆叠模式以及/或者来自先前操作的过程参数数据。过程参数通常与机械加工参数无关，机械加工参数是用于控制机械加工操作的不同类型的参数。
另一方面与金属加工过程有关的性能变量通常是诸如确定的生产物品的容差、过程时间、工具可用性、工具寿命、材料去除率、操作员工作环境、订单库存、交付时间、所需压制位置和/或来自先前操作的性能变量数据的变量。性能变量是动态的并且可以在一定范围内调整，以实现预定义的产品特性。
所确定的生产物品的容差(参见上文，与预定义容差相对)是与产品的质量相关的参数，并且包括以下性能变量中的任何性能变量：材料特性，诸如硬度、韧性、尺寸和厚度；产品几何结构，诸如半径、角度和维度；以及生产缺陷，诸如凸起、弯曲线、压力变形、引入标记、微小接合标记和其他视觉属性。
修改的数据还可以用于不同的应用，诸如CAD、CAM、ERP、MES、 CRM、采购管理等。本发明适用于诸如购买以及机器性能标准的优化的领域。这些标准可以被定义为指令或用于控制诸如CNC机床的工业机器的指令程序。
传统的线性调度的示例是是产生第一类型的冲压还是第二类型的冲压的任务。这通过传统的调度或制造执行系统来解决。另一示例是需要在弯曲之前从材料中冲压出的部件，该决定也可以在线性流程管理系统中做出。第三示例是在射束切割操作中是使用一个还是更多个切割头，这是基于机器上的切割头的默认数量除以要生产的部件的数量的线性决定。此外，该第三任务借助于传统的调度系统或制造执行系统来解决。当然，所有上述示例也可以借助于本发明的方法来解决。
然而，本发明不同于传统的线性调度系统。它允许利用来自多个源的信息，以确定例如是否应当通过激光切割和压断技术而不是冲压和弯曲技术的组合来生产某种产品。这便于降低生产成本并且同时实现提高产品质量。这可以通过基于所呈现的金属加工过程的最佳操作性能标准来修改标准过程参数来实现。
附图说明
现在将参照附图来描述与本发明有关的各种实施方式和示例，在附图中：
图1是描绘通过输入标准过程参数、然后修改和呈现最佳操作性能标准来优化工业机器系统等的操作顺序的流程图。
图2图示了根据一个实施方式的工业机器系统。
图3显示了根据本发明的工业机器系统的另一实施方式。
具体实施方式
详细描述和其所参照的附图仅作为示例给出。来自不同附图的相同附图标记指代相同元件。
图1是描绘连接到或至少能够连接到多个信息源的工业机器系统或制造支持系统中的操作顺序的优化的流程图。该系统可以被配置成通过输入标准过程参数然后修改和呈现最佳性能标准来为与设计和构造过程(包括参数设计的选项)、材料的选择、购买、物流等相关的业务操作提供支持。
序列开始(S10)于操作员人工或自动输入(S20)与要机械加工或要评估的产品有关的标准过程参数。在此上下文中的产品指的是要生产的单个物品或者可以被组装的多个部件。标准过程参数的输入可以在任何位置处进行。一个示例是将针对移动终端诸如所谓的智能电话开发的应用 (“app”)用作用于输入标准过程参数的工具。然后可以在生产过程中沿价值链上向所有利益相关者例如设计者、购买者、物流专业人员、制造专家等提供该应用。在下一个步骤中，根据本发明的计算系统基于标准过程参数来生成(S30)操作数据。
在生成操作数据之后，还与多个信息源连接或能够与多个信息源连接的计算系统选择(S40)至少一种优化技术来限定包括标准过程参数的函数。接下来，通过使用标准过程参数作为限定性能变量的范围和/或过程参数的范围的基础来生成(S50)用于优化的函数。与过程参数和性能变量相关的信息可以经由集成的多个数据源来检索。
生成的用于优化的函数被应用(S60)于包括标准过程参数的函数，由此可以为标准过程参数和性能变量确定最佳操作性能标准，以获得要用于控制金属加工过程的命令集。与标准过程参数和性能变量相关的信息可以经由集成的多个信息源来检索。
一旦确定了最佳操作性能标准，就将操作数据与最佳操作性能标准进行比较(S70)，并且在存在差异并且最佳性能标准为操作员提供性能优势的情况下，结果被呈现(S80)给决策实体。可以使得该决策实体——无论是否是人类操作员、计算机化、完全自动化或半自动化的服务层——能够基于所呈现的金属加工过程的最佳操作性能标准来修改标准过程参数。决策实体还可以以用于智能电话的app的形式来实现，优选地以与结合输入标准过程参数的步骤提及的相同或相似的app的形式来实现。
如果决策实体在评估(S90)标准过程参数与最佳操作性能标准之间的差异时返回要修改的建议或决定(是)，则所提议的操作顺序中包括的至少一个过程参数被修改(S95)并且被工业机器系统采用并用作修改的操作数据。在决策系统返回不接受该提议的建议或决定的情况下(否)，序列继续，其中最初生成的操作数据被应用(S100)。无论做出哪种决定，序列均继续到起点(S10)或终点(S110)。修改的数据还可以用于不同的应用，诸如CAD、CAM、ERP、MES、CRM、采购管理等中。本发明还适用于诸如购买和机器性能标准的优化的领域，该机器性能标准可以被定义为用于控制工业机器诸如CNC机床的指令和/或指令程序。
图2图示了本发明的第一实施方式。该系统包括机器1，机器1可以是用于射束切割(2维或3维)、冲压、冲压压制、压断、弯曲、胶合、缝合、带和纤维放置、铣削、钻削、车削、路由、拾取和放置的机器以及这些机器的组合。射束切割包括诸如激光、焊接、摩擦搅拌焊接、超声焊接、火焰和等离子切割、钉扎和锯切的技术。
该机器包括用于执行工业操作的致动器系统2。致动器系统包括至少一个致动器，即用于线性或旋转运动的马达。通常，致动器系统被配置成用于执行机器的操作部件与工件相对于彼此的二维或三维运动。
致动器系统由以CNC/NC/PLC单元和/或相关感测和处理设备形式的致动器控制器3控制。致动器控制器在低水平上控制致动器，即通过发送用于致动器系统的致动的低水平控制命令来控制致动器。致动器系统经由例如包括通信总线的机器内部通信网络4连接到致动器控制器。
该机器可选地包括其他系统，诸如用于感测机器的各种过程参数的传感器系统10以及用于传送数据和做出决定的处理器、网络、通信链路或其他计算装置的其他控制器11。这些系统还可以连接到机器公共内部通信网络4并且连接到与机器连接的计算系统，使得机器控制器9连接到传感器系统以接收传感器数据。机器控制器还可以被配置成响应于传感器数据而远程地控制机器的致动器系统。
作为替选配置，CNC/NC/PLC单元和/或相关的感测和处理设备以及/ 或者所提及的机器控制器可以物理地附接到或以其他方式连接到工业机器。然后，工业机器形成独立且自包含的工业机器系统，其中，机器控制器形成机器的基本且物理连接的部件。工业机器系统的两个替选实施方式均具有它们各自的优点，并且出于本发明的目的，传感器系统和致动器控制器的集成配置或远程配置均同样适用。
机器在根据远程替选方案被配置时还可以包括连接到致动器控制器3 的通信客户端5，用于与和机器连接的计算系统6建立通信。然后，通信客户端是使得机器或机器的任何子部件能够与机器控制器进行通信的功能单元。与机器连接的计算系统可以是连接到互联网的基于云的计算系统。与多个数据源连接或能够连接到多个数据源的在中央布置的计算机是替选实施方式。通信客户端5和与机器连接的计算系统可以被配置成例如通过初始化HTTPS/TSL的加密通信或通过建立VPN(虚拟专用网络)来在互联网上建立与彼此的安全通信7。可替选地，可以通过防火墙或代理服务器8来建立通信。作为另一替选方案，机器的任何子部件诸如致动器控制器3可以被配置成自身连接到计算系统6，或者可替选地连接到所提及的访问多个数据源的中央计算机，但如上所述，远程配置和集成配置二者同样适用于此目的。
所提及的与机器连接的计算系统6包括机器控制器，该机器控制器可以远程连接到机器，并且其中，机器控制器可以被配置成通过修改致动器控制器的操作参数经由致动器控制器来远程地控制机器的致动器系统。
机器控制器9托管在远程计算系统6中的虚拟机中。以这种方式，可以以有效的方式利用机器控制器资源。机器控制器可以例如被配置成读取和执行机器程序代码，控制机器参数，允许人工控制或调整机器参数，并且用作相关联的系统的接口。机器控制器连接到HMI(人机接口)单元 12，其可以经由互联网连接13远程连接到机器控制器并且在另一实施方式中与机器集成。无论哪种方式，机器的操作员均可以从远程位置监督和控制机器的操作，例如，连接到互联网。HMI单元12和/或远程计算系统 6可以被配置成例如通过要求密码或其他识别手段来要求对操作员的用户识别。
图2中示出了本发明的实施方式。本地地在机器1上包括致动器系统 2，该致动器系统2包括用于执行机械加工操作的致动器。致动器控制器 3是致动器系统2的一部分或连接到致动器系统2。致动器控制器被配置成从远程机器控制器接收指令并且在闭环系统中逐块地执行指令。因此监测由致动器执行的每个任务，并且在完成的子操作之后，致动器将执行下一个子操作，直到整个操作完成。这意味着机器的致动器的操作由致动器控制器在低水平上控制。致动器控制器通常包括存储器和处理器，以保存和执行指令以及记录数据。致动器系统不包括常规机器控制器或HMI。因此，机器的致动器系统依赖于从远程机器控制器接收指令。一旦接收并验证了完整的工作指令集或其定义的子集，就可以在没有来自机器控制器的其他指令的情况下执行它。工作指令的子集可以是完整的机器操作的一部分，但至少包括用于致动器系统执行操作的至少一部分的充分信息。该操作优选地在机器内的闭环系统中逐步执行，需要来自操作员的最少的人工活动。该机器仅配备简单的功能，诸如紧急停止按钮和开/关按钮。除此之外，机器依赖于来自远程机器控制器的命令来进行操作。
机器控制器物理上被定位成远离机器，通常在云中。可以仅在远程机器控制器处进行对正在进行的过程的监测、指令的加载、指令的修改和创建新指令。因此，本发明的机器控制器对应于常规的机器控制器，只是它不是机器的物理部分，而是远程连接到机器。由机器控制器和互连的HMI 监测和控制的指令包括操作参数，诸如切割速度、切割深度、压力等。
机器控制器不是致动器控制器的闭环系统的一部分。因此，除非从机器控制器发送新指令，否则机器上的致动器系统将结束完全接收的操作指令而不等待其他指令，除非从机器控制器接收到结束或改变操作的特定指令。但通常，指令仅被提供用于完整操作，并且因此新指令仅对后续操作有价值，而不是对正在进行的操作有价值。这可以被设置为安全布置，但由操作员决定应当实施哪种类型的操作安全性。
机器控制器被配置成发送指令，当时的一个指令或若干批指令。可以利用任何常规的发送信息的方式。机器控制器还被配置成接收信息并且基于所述信息做出决定。例如，机器控制器可以对反馈数据起作用并基于所述反馈做出决定和/或发送新指令。
本发明的系统提供了工业机器的远程控制的可能性，而没有由于例如互联网连接中的时延而引起不良通信不良而丢失命令的风险。这例如因为在致动器控制器处完全接收并确认操作而得以确保。因此，将立即发现通信故障，并且在必要时可以重复操作命令。
为了便于监督，机器包括用于监测机器的操作的监督单元14，诸如摄像机、视频摄像机或其他图像捕获装置。监督单元经由通信客户端5连接到远程计算系统6，并且被配置成向远程计算系统提供操作信息。操作信息被处理并被发送到HMI 12。
机器控制器被配置成从CAD/CAM系统接收机器程序或者通过操作员例如经由HMI单元12的人工输入来接收机器程序。
根据一个实施方式，远程计算系统被配置成监测机器的操作参数，并且当操作参数超过阈值时，禁用通过机器控制器对机器的致动器系统的远程控制。这样的操作参数可以是操作时间、由机器执行的操作循环的数量等。因此，可以通过限制对机器控制器的访问来控制和限制操作成本和机器的使用。
远程计算系统被配置成收集机器和/或生产数据并且将数据传输到另外的系统(未示出)，以用于数据分析和/或优化。机器数据可以用于例如优化供应链(购买、制造、配送)、需求链(营销、销售、服务)、机器维护或用于其他大数据应用。
监督单元还可以被配置成用于监测生产的物品及其各种特性，包括它们的容差。计算机视觉是行业中用于识别与几何结构相关的特性的另一术语。容差是指材料特性，诸如硬度、韧性、尺寸、形状；产品几何结构，诸如半径、角度和维度；以及产品缺陷，诸如凸起、弯曲线、压力变形和 /或其他视觉属性。监督单元还可以经由通信客户端5连接到与机器连接的计算系统6，并且被配置成向计算系统提供操作信息。
在一个实施方式中，与机器连接的计算系统被配置成监测机器的操作参数，并且当操作参数超过阈值时，禁用通过机器控制器对机器的致动器系统的远程控制。这样的操作参数可以是操作时间、由机器执行的操作循环的数量等。
计算系统被配置成收集机器和/或生产数据并且将数据传输到另外的系统，以用于数据分析和/或优化。该系统可以是任何类型的制造执行系统(MES)的企业资源计划系统(ERP)。机器数据可以用于例如优化：供应链，即购买、制造和配送；需求链，即营销、销售和服务；以及机器或其集成部件或远程部件的维护。机器数据也可以用于其他系统，诸如被设计成合并数据并基于大量信息得出结论的大数据应用，这降低了得出错误结论的可能性。
图3显示了根据本发明的工业机器系统的替选实施方式。该工业机器系统与关于图1描述的工业机器系统的不同之处在于：机器不包括致动器控制器。致动器控制器3'在物理上与机器断开并且被包括在与机器连接的计算系统6中。计算系统经由可以被加密的一条或更多条数据线7例如通过互联网连接到机器。机器1包括用于在机器与和机器连接的计算系统6 之间建立通信的至少一个通信客户端15。该通信客户端15连接到机器的致动器系统2，因此被称为致动器客户端。客户端被配置成将来自致动器控制器的低水平通信发送至致动器系统并且接收来自致动器控制器的低水平通信。类似地，机器可以可选地包括用于传送来自传感器系统10的任何传感器数据的传感器通信客户端16以及用于与机器中的其他控制器 11进行通信的任何其他控制器客户端17。类似于关于图2所示的，可以通过防火墙或代理服务器来建立机器与和机器连接的计算系统之间的通信。
下面将遵循本发明的示例，旨在进一步阐明功能和工作原理。如结合本发明的背景所说明的，传统的生产计划过程是按其性质顺序进行的。这意味着：从本地数据库收集用于控制生产过程的信息，并且响应于从本地存储的信息发出的指令来进行生产计划。其示例可以是：1)检索订单，2) 选择或创建至少一个控制算法，3)生产某种原材料质量的部件，以及4) 通过弯曲、铣削、车削等形成某一部件，5)根据订单规格将部件交付给客户。该过程是按其性质顺序进行的，并且在本地收集用于控制过程的数据。
如前所述，本发明利用各种源通过所提及的中央计算机收集信息，诸如包括几何图纸的一批订单、一批材料、一批工具和机器的现有配置。与根据本说明书的生产过程有关的信息通常来自不同的源，例如ERP/MES、机器、IoT启用单元、CAD/CAM以及一个或更多个监督单元。借助于中央计算机来收集信息，该中央计算机被配置为中间装置并且位于各个端点之间。端点通常是可能影响或可能不影响生产过程的信息源，并且包括例如前面提及的ERP/MES、机器、IoT信息、CAD/CAM和监督单元。与过程参数和性能变量相关的信息可以经由集成的多个信息源来检索。
中央计算机可以是通用计算机或被配置成用作机器控制的计算机。中央计算机将始终连接到或能够连接到包括数据的至少两个端点，以获得经受优化的信息。这被认为是最低要求，以对多个变量执行并完全完成非顺序优化过程。可以基于组合学、动态变化、多变量分析等来使用若干优化方法。任何方法均允许非顺序和非线性优化，并且非常适合在具有大量动态变量的复杂系统中使用。
本发明利用非顺序优化，与传统处理相比，非顺序优化是既非顺序也非线性的数值处理或方法。生产过程中的若干步骤可能经受优化。一个示例是要生产的部件的几何结构，几何结构可以被修改以减少工具变化。另一示例是：假如从例如机器、监督单元和/或从IoT启用单元来检索信息，则可以改变机械加工活动的调度以减少设置时间。第三示例和第四示例是：机械加工活动的调度，假如从至少两个端点收集信息，则可以调整所述机械加工活动的调度以减少材料变化；以及可以从先前的过程步骤中检索和重新使用的信息，例如经由监督单元的视觉属性或工具组合的修改或部件在其表面上的旋转。其他可想到的示例是重新配置机床，例如背缘尺定位、压力、压制位置等或者订购工具、材料、维护、用于减少生产中断的备件。
进行这种类型的优化的先决条件之一是使得能够从多个数据源例如 ERP/MES、机器及其配置、IoT信息、CAD/CAM和机器监督单元来检索数据。然后，由中央计算机来检索信息并且使信息从中央计算机可用，以允许优化与其当前状态有关的若干单独的过程步骤。这包括因为可能取决于不可及的情况诸如管理系统中的更新而因此不可控制的动态影响。
本发明还可以在包含诸如ERP/MES、机器及其配置、IoT、CAD/CAM (二者均关于设计和配置)的信息的各种端点和至少一个监督单元中引入对所谓的可修改性和可定制性的控制。例如，借助于本发明，可以改变材料规格作为用于潜在地减少材料和工具更换、强制容差间隔以及强度和坚固性的相关范围的措施。根据本发明的另一实施方式，还可以改变产品几何结构/形状，以最小化工具更换但是仍然保持图纸的容差，或者作为替选方案，在其上坐标视觉标记的可以是背缘尺定位的以进行完全规避。还可以调度作业以减少材料/工具更换，同时保持交付时间。这允许与顾客进行通信，以可能使得交付时间是影响所生产物品的价格的变量。为了实现这些选项和新机会，两个或更多个端点必须能够例如经由机床、经由IoT 信息和ERP/MES中的数据库以非顺序方式进行控制，以调度订单、工具、材料改变以及改变产品几何结构。例如，可以根据图纸中的任何形式的容差间隔来检查可能导致工具更换的减少或最小化的对几何结构的修正，这些容差间隔可以作为影响生产成本与市场价格之间的比率的变量在 ERP/MES中获得或者甚至可以在客户或设计者处获得。
如基于上述而变得明显，本发明与执行生产调度的传统过程计划系统 (MES)、被配置成从本地数据库检索信息的系统不同。这些系统甚至可能依赖于在订购和交付时键入数据的操作员，然后是顺序调度。本发明基于完全不同的优化级别，该完全不同的优化级别基于实际甚至实时数据、检索的中央计算机、在某些情况下也可以共享信息的计算机。根据本发明，中央计算机连接到、能够连接到多个端点或任何其他可想到的信息源(诸如ERP、MES、CAD、CAM、机器、IoT连接、至少一个客户和/或至少一个提供者、至少一个CRM管理系统和/或监督单元)或者与多个端点或任何其他可想到的信息源(诸如ERP、MES、CAD、CAM、机器、IoT 连接、至少一个客户和/或至少一个提供者、至少一个CRM管理系统和/ 或监督单元)集成。
除此之外，中央计算机还可以与和影响生产的多个变量诸如材料、工具、备件、维护、设计、规格或部件、构造和/或产品的客户有关的信息的其他提供者相关联。与过程参数和性能变量有关的信息可以通过集成的多个数据源(通常是如上所述的源)来检索。不同数量的连接、能够连接或集成的端点导致不同的优化优势以及集成系统的不同成本和/或复杂性。
在一个实施方式中，能够从两个端点来检索数据。在一个示例中，能够从两个端点诸如ERP系统和机器来检索数据。从两个端点诸如ERP系统和机器来检索数据的优点在于：可以修改产品几何结构，以在使用当前机器配置时满足期望的容差。
在一个实施方式中，能够从三个端点检索数据。在一个示例中，能够从三个端点诸如MES、机器和IoT来检索数据。当能够从三个端点诸如 MES、机器和IoT来检索数据时的另外优点在于：它可以通过IoT来控制附加工具的可访问性，并且利用包括当前和可访问的工具的组合的完整工具配置来配置机器。此外，可以修改产品几何结构，以在使用当前工具配置的一部分时满足期望的容差。
在一个实施方式中，能够从四个端点检索数据。在一个示例中，能够从四个端点诸如MES、机器、IoT和客户来检索数据。当能够从四个端点诸如MES、机器、IoT和客户来检索数据时的另外优点在于：它可以整合客户，以接受所述产品几何结构的修改。此外，可以修改产品几何结构，以在使用当前工具配置的一部分时满足期望的容差。此外，可以通过IoT 来控制附加工具的可访问性，并且利用包括当前和可访问的工具的组合的完整工具配置来配置机器。
在一个实施方式中，能够从五个端点检索数据。在一个示例中，能够从五个端点诸如MES、机器、IoT、客户和设计者来检索数据。当能够从五个端点诸如MES、机器、IoT、客户和设计者来检索数据时的另外优点在于：它可以整合客户和设计者二者，以接受所述产品几何结构的修改。此外，可以修改产品几何结构，以在使用当前工具配置的一部分时满足期望的容差。此外，可以通过IoT来控制附加工具的可访问性，并且利用包括当前和可访问工具的组合的完整工具配置来配置机器。
在一个实施方式中，能够从多于五个端点检索数据。在一个示例中，能够从六个端点诸如MES、机器、IoT、客户、设计者和片材提供者来检索数据。当能够从六个端点诸如MES、机器、IoT、客户、设计者和片材提供者来检索数据时的另外优点在于：它可以整合片材提供者，以修改片材的尺寸以适合多个所述修改的产品几何结构，提供所述修改的片材并从所述修改的片材中产生所述修改的产品几何结构。此外，可以修改产品几何结构，以在使用当前工具配置的一部分时满足期望的容差。此外，可以通过IoT来控制附加工具的可访问性，并且利用包括当前和可访问的工具的组合的完整工具配置来配置机器。此外，可以整合一个客户和一个设计者，以接受所述产品几何结构的修改。
中央计算机的替选定义是：诸如ERP、MES、CAD、CAM、机器、 IoT、客户、提供者、信息源、至少一个CRM管理系统和/或监督单元的不同端点彼此集成在一起，以交换数据和做出决定。

Claims (26)

1.一种用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，所述方法包括以下步骤：
从作为影响或不影响生产过程的信息源的至少两个端点输入(S20)用于至少一个要机械加工的产品的标准过程参数，
基于所述标准过程参数来生成(S30)操作数据，
选择(S40)至少一种优化技术来限定函数，所述函数包括所述标准过程参数，
通过使用所述标准过程参数作为限定性能变量的范围的基础来生成(S50)用于优化的函数，
将所生成的用于优化的函数应用(S60)于包括所述标准过程参数的所述函数，由此确定最佳操作性能标准，以获得要用于控制所述金属加工过程的命令集，其中所获得的命令集构成替选操作数据，
将所生成的操作数据与所述最佳操作性能标准进行比较(S70)，以及
在所述比较指示差异并且所述最佳操作性能标准为操作员提供性能优势的情况下，向计算机化的决策实体呈现(S80)所述最佳操作性能标准，并且使得所述决策实体能够基于所呈现的所述金属加工过程的最佳操作性能标准来修改所述标准过程参数。
2.根据权利要求1所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，修改过程参数的步骤包括总结过程参数。
3.根据权利要求1所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，如果需要获得最佳性能标准，则准备包括材料、工具、备件、维护和/或物流的向外部合作者提议的订单。
4.根据权利要求1所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，操作数据包括性能变量质量、交付时间和总成本中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，所述最佳操作性能标准包括标准生产成本、废物的量、质量、交付精度中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，所述金属加工过程是基于激光、火焰、等离子体、水射流、离子、空气、弯曲、压制、冲压压制、压断、焊接、铣削、钻削和车削的任何工业适用的切割技术。
7.根据权利要求1所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，所述金属加工过程涉及金属片的机械加工。
8.根据权利要求1所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，对所述过程参数和性能变量进行动态地监测和控制。
9.根据权利要求8所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，实时地对所述过程参数和性能变量进行动态地监测和控制。
10.根据权利要求1所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，还包括以下步骤：
从与所述金属加工过程有关的不同源来检索过程参数，
从与所述金属加工过程有关的不同源来检索性能变量，
将所述过程参数和性能变量存储在与计算系统相关联的统一存储器中，以及
使所述过程参数和或性能变量可用于机器控制器或计算系统，以应用优化技术来选择最佳操作性能标准。
11.根据权利要求10所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，所述过程参数包括生产订单、批产量、产品几何结构和预定义容差、所需金属加工操作、所需工具配置、生产物品的堆叠模式和/或来自先前操作的过程参数数据。
12.根据权利要求10所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，所述性能变量包括确定的生产物品的容差、过程时间、工具可用性、工具寿命、材料去除率、操作员工作环境、订单库存、交付时间、所需的压制位置和/或来自先前操作的性能变量数据。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，所述计算系统包括企业资源计划ERP或制造执行MES系统。
14.根据权利要求10至12中任一项所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，工具和/或生产物品和/或沿生产线的源和/或物流流程内的源被嵌有电子器件、软件、传感器和/或网络连接，使得这些对象能够与所述计算系统交换数据。
15.根据权利要求14所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，所交换的数据包括过程参数和/或性能变量。
16.根据权利要求11或12所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，生产物品的预定义的和/或确定的容差包括以下性能变量中的任何性能变量：
材料特性，产品几何结构，以及
生产缺陷。
17.根据权利要求16所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，所述材料特性包括硬度、韧性、尺寸、形式和厚度。
18.根据权利要求16所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，所述产品几何结构包括半径、角度和维度。
19.根据权利要求16所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，所述生产缺陷包括凸起、弯曲线、压力变形和其他视觉属性。
20.根据权利要求11所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，所述产品几何结构包括关于弯曲曲线、拉伸、应变、补偿因子和工具偏好的数据。
21.根据权利要求11所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，除了工具配置之外，过程参数还包括其他启用要求。
22.根据权利要求21所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，所述其他启用要求包括备件、工具、维护、材料、形状和/或维度。
23.根据权利要求1至12中任一项所述的用于基于金属加工过程的最佳操作性能标准来修改过程参数的方法，其中，所述方法适于在计算机数控CNC/NC或可编程逻辑控制器PLC系统中使用。
24.一种工业机器系统，包括：
机器(1)，其包括用于执行工业操作的致动器系统(2)，
与所述机器连接的计算系统(6)，其包括机器控制器(9)，并且
所述机器控制器适于执行根据权利要求1至23中任一项所述的方法。
25.根据权利要求24所述的工业机器系统，其中，所述计算系统(6)被配置成收集数据并且将所述数据用于数据分析和/或优化以及/或者将所述数据传输到另外的系统以用于数据分析和/或优化。
26.非暂态计算机可读介质，其包括表示编码指令集的数据，所述编码指令集被配置成用于由计算机中的处理器执行，所述指令包括根据权利要求1至23中任一项所述的方法。
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