CN111797446A - 柔性制造系统和方法 - Google Patents

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A·沃琴科
Y·辛金
M·布赖辛
A·蒂巴耶夫
A·巴拉诺娃
K·克林金
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Abstract

系统执行用于创建机器人控制代码的过程以制造产品。设计者用户界面显示虚拟零件，并接收用于处理和组装创建虚拟产品所需的虚拟零件的输入。设计者确定在用户界面上显示的用于处理和组装虚拟零件的选项。选择机器人的能力和选项以优化产品制造的指标。本发明的工具集产生机器人控制代码，该机器人控制代码利用选择的选项执行机器人能力序列以生产产品。操控虚拟机器人和虚拟零件的模拟器使用机器人控制代码来创建虚拟产品，以检查机器人控制代码。经过验证的机器人控制代码用于控制真实的机器人来创建产品。

Description

柔性制造系统和方法
技术领域
本申请涉及机器人制造领域，具体地，涉及一种柔性制造系统和方法。
背景技术
在常规的机器人产品制造中，必须在运行机器人制造过程之前确定设计、零件移动和机加工操作、零件组装和这些产品制造工艺的优化。这个过程可能非常复杂，并且在生产之前可能需要大量时间才能最终完成。除了仅仅考虑产品生产之外，还应基于以下标准对生产工艺进行优化：成本、上市时间、并行组装、设备负荷、节能、生产策略优势等。
将基本产品设计转换为可销售产品的过程非常复杂，需要与产品各方面相关的许多关键设计选择，具体包括材料、工具、机械、零件组装工艺、部件设计和生产实施等。简化的过程包括以下主要阶段：1.产品需求识别阶段，其通常由市场营销部门完成，该阶段制定了产品的一般要求并生成功能设计要求说明文件。2.实施项目设计，具体包括列出具有功能设计要求说明文件中指定的特征的所有模块和组件。3.然后，技术设计者将设计细节映射到可用的技术和工具，以便完全验证产品制造方案的可行性。4.在设计被验证且工具、技术和资源可用以后，制造商可能会开始物理产品的创建。这些使用机器人的制造工艺的设计历来是人工计划的，这导致生产前准备时间较长。
图1示出了设计验证过程的图，该过程使用可用的技术、工具、材料、供应品和其他资源来创建产品设计。规划和设计角色通常在每个阶段的不同人类专家之间分配。在所示的示例中，设计团队可以包括：设计者103、技术人员105和工厂专家107，他们使用的可用的知识(包括可用的技术111、可用的工具113、材料供应115和资源供应117)来扮演其在产品制造设计过程中的角色。
设计者103可以使用计算机辅助设计(computer aided design,CAD)和计算机辅助工程(computer aided engineering,CAE)工具来基于具体的产品要求来创建产品设计。产品设计可以包括诸如材料、紧固件、涂料、粘合剂和电子调节等详细信息。当建议的设计完成时，可能需要昂贵的分析、可用的资源以及实验来验证该设计选择。如果设计者认为可能没有满足产品要求，其可以请求对产品设计进行调整。通过迭代过程，设计人员最终可以创建满足产品要求的产品设计，并且该产品设计可以转发给技术人员105。
技术人员105可以使用计算机辅助制造工具(computer aided manufacturing,CAM)和可用的知识资源来确定在工厂中是否有可用的所需产品制造工具技术。如果技术人员105认为由于工厂中缺少工具或技术而无法制造该设计，则技术人员105可以要求设计者103重新设计产品。替代地，技术人员105也可能要求工厂调整或请求工厂设备升级。技术人员105的工作也可能是一个迭代过程。一旦技术人员105确定产品设计仅需要工厂中可用的制造设备，则将工厂技术同意的设计转发给工厂制造专家107。
工厂制造专家107可以审阅产品设计并请求技术修正，根据可用资源请求开发新技术，向管理部门发出升级工厂设备和/或技术支持的请求，或者查找材料供应渠道。一旦工厂专家批准了设计，就可以在制造该设计之前创建产品的概念原型证明。可以构建这些概念原型并且进行调整，直到工厂制造专家107对产品满意为止。一旦建立了所有工厂流程并且工厂提供了所有资源，就可以开始包括产品创建和组装的产品生产。
该过程可以产生用于产品生产的产品技术文档，其可以包括：加工路线单、流程图、标准设备图表、生产说明、车间数据报表(shop data statement)、设备数据报表和材料数据报表。可以为与产品生产相关的所有类型的工作提供技术文档。加工路线单可以由准备工作文档的所有阶段组成，并且可以包含对具体序列过程中所有产品制造操作的制造工艺的描述，并指定设备、仪器、材料和人工支出。流程图可以提供用于制造产品的技术的图形或示意表示，并包括零部件数据、装配单元数据和材料数据。生产说明包括操作方法、控制生产过程的方法、使用设备或仪器的指导以及规定的安全措施。车间数据报表包含通过制造工厂的物品路线的信息。设备数据报表可以包含制造物品所需的附件和工具的清单。材料数据报表可以包括材料支出率的详细报表和摘要报表。
现有技术中产品生产所需的技术文档的计划是一个非常复杂的问题，上述的设计、批准、验证过程非常耗时。例如，设计一辆汽车并使得工厂准备好汽车生产可能需要五到六年的时间。购买新车时，该车的设计可能已经是五年或更长时间之前的事情了。在大多数情况下，汽车工厂专门针对特定车型的生产，而在产品的重新定位和产品修改上并不灵活。如果工厂环境或产品要求方面发生了意外改变，则必须重新执行上述的产品制造设计过程。
因此，非常需要提供一种能够简化产品设计并自动确定用于产品生产的机器人制造过程的改进系统。
发明内容
本发明涉及一种自动化的设计流程(Design Flow)制造的方法，该方法允许对初始产品设计、技术工艺和制造设计进行实时修改。更具体地，本发明的系统执行：验证，测试并最终规划机器人和软件操作。本发明的系统还可以向设计者提供即时反馈，以便他们可以知道其设计是否适合生产。例如，设计者绘制零件或组件，而本发明的系统可以立即提供反馈，使得设计者了解如何生产该产品，该产品将花费多少钱以及所制造的产品将具有什么特性。
本发明的方法可以由计算机软件控制，并且可以基于不同的产品制造的可能选项(例如估计的产品成本、产品制造时间、产品重量等)向设计者提供产品设计信息。例如，本发明的方法可以分析使用现有工具的产品设计和需要新工艺的产品设计。如果需要开发新技术，则新的机械运输、安装和启动时间会导致时间延迟，这会增加产品的初始成本。但是，在某些情况下，从长期来看，新技术的开发要求在战略上是有利的。如果新技术的开发比使用可用的制造设备具有更多的好处，则设计者用户可以要求新技术的工厂设备升级。
本发明的方法可以执行用于使产品设计过程自动化的各种任务。在一个实施例中，该系统可以确定产品的特点，以确定合适的设计和生产方法。该系统可以对产品进行产品功能分析，从而可以在充分了解产品应如何工作的情况下做出所有设计决策，以便设计的制造工艺将生产出所需功能的产品。通过确定是否可以在不影响所需功能的前提下改进该产品，该系统可以运行可生产性和可用性设计研究来优化产品设计。
该系统可以根据工厂中适用的技术来设计适合产品特定特征的制造工艺。该方法涉及创造合适的零部件创建、操纵、改进和组装序列，识别子组件，集成质量控制以及设计每个零件以使其结构和设计与组装方法兼容。该系统可以创建工厂优化的产品，适应任何工厂的具体能力。该系统可以创建产品制造方案并确定相关的依赖工艺。该系统可以优化任何工厂的现有技术工艺能力。该系统可以根据为了所建议的产品制造而选择的产品设计和技术工艺，创建一组建议的工厂升级。该系统可以将新产品添加到生产线中，以与正在生产的现有产品并行生产。该系统可以使现有产品适合在另一家工厂生产。该系统可以根据最佳设计和选定的技术工艺/依赖(dependencies)来设置对新工厂的要求。该系统的优势可以包括一个工厂系统，其使工人完全参与生产策略，以最少的库存运行，并与供应商的方法和能力集成在一起。
本发明是一种从在CAD工具中绘制设计到组装产品硬件的、用于创建产品的方法。本发明的技术方案具有各种优点，具体包括：减短先前的从产品设计到生产的已知的序列，以及最小化所需的角色和依赖的数量。因此，本发明的系统减少了上市时间和单位成本。
本发明提供一种用于制造产品的方法，其包括一系列工艺步骤。设计者UI分析具有零件、组件的产品设计和产品要求。设计者UI耦接到数据库，该数据库存储描述工厂中可用的机器人工具和机器人工具能力的信息。设计者UI确定使用机器人工具能力来移动、机加工及组装零件和组件，以创建满足一组产品要求的产品的机器人工具能力的序列。设计者UI还确定用于生产产品的机器人工具的可用的制造选项。设计者UI具有一个显示用于生产产品的机器人工具能力序列以及用于机器人工具能力的选项的用户界面(UI)。设计者可以通过设计计算机的用户界面选择一些选项。基于产品设计、产品要求和选择的选项，设计者UI创建控制代码，以通过机器人工具由能力序列来生产产品。通过用于能力序列的控制代码和在模拟器上选中的选项，工具控制代码可以被用于通过虚拟机器人工具模拟虚拟产品的制造。可以使用模拟器来验证该能力序列的控制代码正确地制造了产品。如果检测并识别出错误，则可以输入更正并应用于工具控制代码。一旦工具控制代码通过模拟，便可以被用于实际的机器人工具，以开始生产产品。
设计者UI可以比较使用机器人工具来生产满足产品要求的产品的不同的能力序列。用户界面UI可以显示替代能力序列，并且允许用户选择替代能力序列，而设计者UI可以创建替代控制代码来生产产品。设计者UI可以比较具有替代能力序列和选择选项的不同控制代码的产品的不同制造工艺。可以通过关键性能指标(key performance indicators,KPI)显示和量化不同机器人控制代码之间的差异，例如产品成本、每件产品的生产时间、产品重量、产品性能等。用户可以比较KPI，并基于优先的KPI选择制造工艺和相应的机器人控制代码。
当产品被修改或重新设计时，可以通过设计者工具来分析和处理新的设计信息。可以通过设计者工具确定用于生产满足一组修改产品要求的修改产品的机器人工具能力的修改序列。可以确定新产品设计的额外选项，并在用户界面UI上显示。用户可以通过设计计算机的用户界面选择一些修改选项，而设计者UI可以创建新的修改的控制代码来生产修改产品。通过虚拟机器人工具使用在模拟器上选择的修改选项来制造修改虚拟产品，模拟器可以重新测试修改控制代码。检测到的错误被检测并纠正。一旦模拟器验证了修改能力序列的控制代码，就可以将控制代码应用于机器人工具，以制造实际的修改产品。
本申请还公开了以下实施方案：
项目1：一种制造产品的方法，包括：通过设计者工具分析具有零件和组件的产品设计以及在工厂中的具有机器人工具能力的机器人工具；通过所述设计者工具来确定能力序列，所述能力序列使用所述机器人工具能力来移动及组装所述零件和组件,以创建满足一组产品要求的产品；通过所述设计者工具确定生产产品的机器人工具的选项；在设计计算机的用户界面上显示用于生产产品的机器人工具能力的序列以及用于所述机器人工具能力的选项；通过所述设计计算机的用户界面选择一些选项；创建控制代码，以通过所述机器人工具根据所述能力序列来生产所述产品；通过所述虚拟机器人工具，使用用于所述能力序列的控制代码和在模拟器上选择的选项，来模拟虚拟产品的制造；以及通过所述模拟器，验证用于所述能力序列的控制代码正确地制造所述产品。
项目2：根据项目1所述的方法，所述方法还包括：通过所述设计者工具确定替代能力序列，所述替代能力序列使用所述机器人工具来生产满足产品要求的产品；在所述设计计算机的用户界面上显示所述替代能力序列；通过所述用户界面选择所述替代能力序列；创建替代控制代码，以通过所述机器人工具根据所述替代能力序列来生产产品；通过虚拟机器人工具，使用用于所述替代能力序列的替代控制代码和在所述模拟器上选择的选项，来模拟虚拟产品的替代制造；以及由所述模拟器验证用于所述替代能力序列的替代控制代码正确地制造了产品。
项目3.根据项目2所述的方法，所述方法还包括：确定用于所述能力序列中每个能力的处理时间和用于所述替代能力序列中每个能力的处理时间，其中所述能力序列中的能力的累积处理时间大于所述替代能力序列中的能力的累积处理时间；以及在所述设计计算机的用户界面上，显示用于所述能力序列中每个能力的处理时间和用于所述替代能力序列中每个能力的处理时间；以及使用所述替代控制代码，用工厂中的所述机器人工具来制造产品。
项目4.根据项目2所述的方法，所述方法还包括：确定使用所述能力序列制造的产品的重量和使用所述替代能力序列制造的产品的替代重量，其中使用所述能力序列制造的产品的重量大于使用所述替代能力序列制造的产品的替代重量；在所述设计计算机的用户界面上显示产品的重量和产品的替代重量；以及使用所述替代控制代码，用工厂中的机器人工具来制造产品。
项目5.根据项目3所述的方法，所述方法还包括：确定使用所述能力序列制造的产品的成本和使用所述替代能力序列制造的产品的替代成本，其中使用所述能力序列制造的产品的成本高于使用所述替代能力序列制造的产品的替代成本；在所述设计计算机的用户界面上显示产品的成本和产品的替代成本；以及使用所述替代控制代码，用工厂中的机器人工具来制造产品。
项目6.根据项目1所述的方法，所述方法还包括：通过所述设计者工具来确定替代能力序列，所述替代能力序列使用替代工厂中的替代机器人工具能力来生产满足产品要求的产品；在所述设计计算机的用户界面上显示所述替代能力序列；通过所述用户界面选择所述替代能力序列；创建替代控制代码，以通过所述替代机器人工具根据所述替代能力序列来生产产品；通过虚拟机器人工具，使用用于所述替代能力序列的替代控制代码，来模拟虚拟产品的替代制造；以及通过所述模拟器，验证用于执行所述替代能力序列的替代控制代码使用所述替代工厂中的替代机器人工具正确地制造了产品。
项目7.根据项目6所述的方法，所述方法还包括：通过所述设计者工具来确定第二替代能力序列，所述替代能力序列使用第二替代工厂中的第二替代机器人工具能力来生产满足产品要求的产品；在所述设计计算机的用户界面上显示所述第二替代能力序列；通过所述用户界面选择所述第二替代能力序列；创建第二替代控制代码，以通过所述第二替代机器人工具根据所述第二替代能力序列来生产产品；通过所述虚拟机器人工具，使用用于所述第二替代能力序列的第二替代控制代码，来模拟所述虚拟产品的第二替代制造；以及通过所述模拟器，验证所述第二替代控制代码使用所述第二替代工厂中的第二替代机器人工具正确地制造了产品。
项目8.根据项目1所述的方法，所述方法还包括：通过设计者工具分析第二产品设计以及具有机器人工具能力的机器人工具；通过所述设计者工具来确定第二能力序列，所述第二能力序列使用所述机器人工具能力来生产满足第二组产品要求的第二产品；通过所述设计者工具确定生产所述第二产品的机器人工具的第二选项；在所述设计计算机的用户界面上显示所述第二能力序列、用于生产所述第二产品的机器人工具能力以及用于所述机器人工具的第二选项；通过所述设计计算机的用户界面选择一些第二选项；创建第二控制代码，以通过所述机器人工具根据所述第二能力序列来生产所述第二产品；通过所述虚拟机器人工具，使用用于所述第二能力序列的第二控制代码和在所述模拟器上选中的第二选项，来模拟第二虚拟产品的制造；通过所述模拟器，验证所述第二能力序列正确地制造了所述第二产品；以及使用所述第二控制代码，用工厂中的机器人工具制造所述第二产品。
项目9.根据项目8所述的方法，所述方法还包括：通过设计者工具分析第三产品设计以及具有机器人工具能力的机器人工具；通过所述设计者工具来确定第三能力序列，所述第三能力序列使用所述机器人工具能力来生产满足第三组产品要求的第三产品；通过所述设计者工具确定生产所述第三产品的机器人工具的第三选项；在所述设计计算机的用户界面上显示所述第三能力序列、用于生产所述第三产品的机器人工具能力以及用于所述机器人工具的第三选项；通过所述设计计算机的用户界面选择一些第三选项；创建第三控制代码，以通过所述机器人工具根据所述第三能力序列来生产所述第三产品；通过所述虚拟机器人工具，使用用于所述第三能力序列的第三控制代码和在所述模拟器上选中的第三选项，来模拟第三虚拟产品的制造；以及通过所述模拟器，验证所述第三能力序列正确地制造了所述第三产品；以及使用所述第三控制代码，用工厂中的机器人工具制造所述第三产品。
项目10.根据项目1所述的方法，所述方法还包括：接收用于修改产品的修改产品要求；通过所述设计者工具分析修改产品设计以及所述机器人工具能力；通过所述设计者工具来确定修改能力序列，所述修改能力序列使用所述机器人工具能力来移动及组装所述零件和组件,以创建满足一组修改产品要求的修改产品；通过所述设计者工具确定生产所述修改产品的机器人工具的修改选项；在所述设计计算机的用户界面上显示所述修改能力序列、用于生产所述修改产品的机器人工具能力以及用于所述机器人工具的修改选项；通过所述设计计算机的用户界面选择一些修改选项；创建修改控制代码，以通过所述机器人工具根据所述修改能力序列来生产所述修改产品；通过所述虚拟机器人工具，使用用于所述修改能力序列的修改控制代码和在所述模拟器上选择的修改选项，来模拟所述修改虚拟产品的制造；以及通过所述模拟器，验证用于所述修改能力序列的控制代码正确地制造了所述修改产品。
项目11.根据项目1所述的方法，所述方法还包括：接收第二控制代码，以通过所述机器人工具根据所述第二能力序列来生产第二产品；通过所述虚拟机器人工具，使用用于所述第二能力序列的控制代码和在模拟器上选择的第二选项，来模拟第二虚拟产品的制造；以及通过所述模拟器，验证用于所述第二能力序列的第二控制代码正确地制造了所述第二产品；以及使用所述第二控制代码，用工厂中的机器人工具制造所述第二产品。
项目12.根据项目1所述的方法，所述方法还包括：接收所述工厂中的补充机器人工具的补充能力；通过所述设计者工具创建修改能力序列，所述修改能力序列使用所述机器人工具和所述补充机器人工具,以生产满足所述一组产品要求的产品；创建修改控制代码，以根据所述修改能力序列来生产所述修改产品；通过所述虚拟机器人工具，使用修改控制代码在所述模拟机上模拟所述虚拟产品的制造；通过所述模拟器，验证用于所述修改能力序列的修改控制代码正确地制造了产品；以及使用所述修改控制代码，用所述工厂中的机器人工具制造产品。
项目13.根据项目1所述的方法，所述方法还包括：接收所述工厂中的机器人工具的缩减能力；通过所述设计者工具创建修改能力序列，所述修改能力序列使用所述机器人工具和所述补充机器人工具的缩减能力,以生产满足所述一组产品要求的产品；创建修改控制代码，以根据所述修改能力序列来生产所述修改产品；通过所述虚拟机器人工具，使用修改控制代码在所述模拟机上模拟虚拟产品的制造；通过所述模拟器，验证用于所述修改控制代码正确地制造了产品；以及使用所述修改控制代码，用所述工厂中的机器人工具制造产品。
项目14.根据项目1所述的方法，所述方法还包括：导出产品制造流程。
项目15.根据项目1所述的方法，所述方法还包括：根据用于制造产品的能力序列，使用工厂配置器来设计工厂配置。
项目16.根据项目15所述的方法，所述方法还包括：以预先确定的格式导出所述工厂配置。
项目17.根据项目1所述的方法，所述方法还包括：在技术知识数据库中存储机器人工具能力。
项目18.根据项目17所述的方法，所述方法还包括：导出在所述技术知识数据库中存储的机器人工具能力。
附图说明
图1示出了用于为制造系统创建机器人控制代码的流程图；
图2示出了某个实施例的用于创建机器人控制代码的系统的框图；
图3示出了列出机器人基本功能的用户界面；
图4示出了列出机器人高级功能的用户界面；
图5示出了列出基本功能和机器人控制代码的用户界面；
图6示出了用于机器人拾取操作的机器人控制代码的示例；
图7示出了具有机器人动画和故障报告的用户界面；
图8示出了用于执行组装中央控制台组件的任务的能力序列；
图9至19示出了展示虚拟零件和虚拟零件的对准特征的用户界面；
图20至25示出了设计者工具的用户界面；
图26示出了计算机系统的实施例。
具体实施方式
本发明的系统涉及一种使用软件定义的产品设计流程方法进行柔性产品制造方法。计算机集成制造(Computer integrated manufacturing,CIM)是使用计算机控制整个生产过程的制造方法。CIM允许各个过程相互交换信息并启动可改变产品生产方式的动作。尽管通过CIM可以更快地制造并且不易出错，该方法还具有创建自动化制造工艺的能力。本发明的系统和方法可用于使产品设计和技术验证方法自动化，以缩短新产品或更新产品的上市时间周期。本发明的系统还可以优化并缩短工厂准备产品生产所需的时间，这降低了产品成本并提高了工厂效率。
柔性制造系统能够生产商品，并且能够处理所制造产品在类型、设计和数量方面的变化。工厂中的机器和计算机系统被配置为制造各种零件设计并处理不同的生产水平。柔性制造系统为产品制造商提供了优势，使其能够快速改变制造环境，从而提高工艺效率并降低生产成本。
参考图2，其示出了某个实施例的用于产品制造的系统的框图。可以使用CAD工具创建设计203。设计203被用作工厂内设计流程(Design Flow)过程的初始信息。除了技术和物理参数外，产品设计还可以包括工厂的环境和财务要求。CAD存储器209是数字存储子系统，其保存来自于设计203的设计项目。为了支持版本控制和中间格式存储，可以将版本软件211与存储器209一起使用，并且可以将版本软件241与技术知识库243一起使用。
产品方案构造器(Product Solution Constructor,“PSC”)集成开发环境(Integrated Development Environment,“IDE”)221是软件应用程序，其为计算机程序员提供用于软件开发的综合功能，其中包括设计者UI 223、构造功能求解器(ConstructiveFunction Solver)225和调试助手(Debug Assistant)227。产品方案构造器集成开发环境(“PSC IDE”)221还可以包括源代码编辑器、构造自动化工具和调试器(debugger)。PSC IDE221还可以具有智能代码完成功能，并包含编译器、解释器、版本控制系统、图形用户界面(GUI)等。PSC IDE 221可以具有与构造系统工作室(Constructive System Studio,“CSS”)231交互的设计者UI 223，构造系统工作室231是一个工具集，其分析设计项目和产品制造并确定需要哪些构造系统(组装零件)并能够对其进行设计。根据定义的依赖列表，构造系统工作室231可以自动创建新技术开发任务的待办事项列表。构造功能是可以由物理资源执行简单的不变动作。构造功能也可能是一系列可以由物理资源或虚拟服务执行的动作的复杂序列。构造系统包含执行分配的构造功能的物理资源。构造系统可能包括一系列复杂的构造功能及其资源。在所示的实施例中，构造系统工作室231可以包含两个集成开发环境(“IDE”)：构造功能开发集成开发环境工具(Constructive Functions DevelopmentIntegrated Development Environment Tool,“CFD IDE”)233和场景配置器集成开发环境工具(Scene Configurator Integrated Development Environment Tool,“SC IDE”)235。CSS 231还可以包括可行性检查器237。可行性检查器237是一个工具，其旨在从技术工艺的角度验证依赖并检查产品设计的一致性以及产品创建的可行性。作为产品的构造功能序列，可行性检查器237可以验证和输出制造工艺。
系统可以通过工具模块205的用户界面输入工具信息，所述工具模块可以处理和格式化工具信息。可以在存储器209中存储工具信息并将其提供给CSS 231。当工厂添加新工具时，所描述的过程可以用于新工具信息。当作出产品设计变更时，CSS 231可以向工具模块205发出变更请求。工具模块205可以通过向存储在存储器209中的工具信息提供修正并与CSS 231来响应该变更请求。
在某些情况下，系统可以从第三方技术207获取新技术信息。例如，某些产品制造可以通过不属于工厂一部分的第三方服务执行，或者所述第三方技术可以是由第三方支持服务维护的专有机械。因此，所述系统可能必须在特定条件下提供零件或组件，以便第三方执行附加处理。可以存储所述第三方技术信息在存储器209中并与CSS 231共享所述第三方技术信息。当CSS 231请求变更时，第三方技术207可以通过提供对存储在存储器209中的第三方技术的修改信息并与CSS 231共享来做出响应。所述系统还可以从其他外部来源255接收信息，其他外部来源255可以包括BI、财务、物流、合同、人力资源、采购等。外部来源255信息可以传输到存储器209、CSS 231和技术知识库243。
构造功能开发(Constructive Functions Development,“CFD”)IDE 233允许开发人员为不同类型的机器人设备编写基本的抽象构造功能，并将它们组合为高级功能，所述高级功能也可以是构造功能。CFD IDE 233可以通过模拟器或其他验证手段来验证用于执行机器人功能的代码的质量。CFD IDE 233还存储并显示用于编写和调试新的所需功能的请求。工具的基本功能和高级功能在CFD IDE 233的用户界面(“UI”)中显示给设计者的计算机作为一种连接。应当注意，在一些实施例中，可以由人来执行而不是机器人来执行部分组装功能，CFD IDE 233将包括人可读的执行场景生成功能。
构造功能求解器225和调试助手227也是PSC IDE 221的组件。构造功能求解器225是PSC IDE 221的子系统，其作为存储和管理规则并提供构造系统执行计划的工具。设计者UI 223可以请求一些待提供的制造技术工艺方案部分，构造功能求解器225在技术知识库243中搜索用于制造技术工艺方案部分的相应库程序。所述搜索可以获得或可以不获得先前存储的制造工艺。如果找到了所请求的制造方案，则将其表示为设计者UI 223的用户界面的调色板或下拉菜单上的选项。构造功能求解器225可以类似于软件编程语言中的预处理器、编译器和链接器。
调试助手工具227也是PSC IDE 221的子系统。调试助手工具227的主要任务是通过设计者UI 223的用户界面向设计者提供反馈，并提供纠正检测到的错误的可能选项。调试助手工具将构造功能求解器的输出转换为人类可读的错误报告。
产品制造过程可以从需求识别阶段开始，在此阶段，产品的总体要求被确定并被转换为产品要求说明。基于所述产品要求说明，可以使用CAD工具和CAD文档(例如NX文件)创建产品设计203。产品设计203可被存储在CAD存储器209中。
PSC IDE 221分析产品设计并确定产品特性，以识别最合适的设计和生产方法。PSC IDE 221确定并列出具有产品设计203中指定的所需功能的产品的所有模块和组件。CFD IDE 233的输入可以包括：所生产产品的技术参数、材料需求、设备需求、成本、间距(spacing)、集成限制/计划、市场上可用的构造系统替代品等。CFD IDE 233的输出可以包括构造系统正式说明以及关键性能指标(KPI)估算。CFD IDE 233的输出被存储在数据库中(例如技术知识库243)，并验证所存储的最近/导入的构造系统。
工厂配置器工具261可以从技术知识库243接收工厂信息。工厂配置器工具261可以具有用户界面，该用户界面允许设计者根据工厂工具和工具布局而在每个工厂位置计划、支持和优化生产。在某些情况下，机器人操作(例如产品运送或产品尺寸检查)可能由人工操作者执行或由人工控制。工厂配置器工具261可以分析制造工具的可用性并提出可能的工具选项和依赖。工厂配置器工具261可以请求其他工具或工具/技术修改，或提供与产品生产的人机交互。
PSC IDE 221随后确定用于创建不同产品设计的多个不同产品设计选择以及多个不同制造方法和制造选项，每个产品设计都满足可以在设计者UI 223的用户界面UI上显示的产品需求。在对产品设计203的分析中，PSC IDE 221可以执行产品功能分析，从而可以在充分了解每种不同可能产品配置的优缺点的情况下做出所有设计决策。并非检查单个产品设计，设计者可以比较如设计者UI 223的用户界面上所显示的多个产品设计以及制造工艺和选项。
PSC IDE 221还可以进行可生产性和可用性设计研究，以确定是否可以在不损害功能的情况下改进产品设计。PSC IDE 221可以设计适合产品特定性质的制造工艺。例如，PSC IDE 221可以创建合适的焊接、切割、成型和组装序列、识别子组件、集成质量控制并设计产品的每个零件，以使质量与PSC IDE 221指定的组装方法兼容。
设计项目可以是车辆底盘CAD设计203。必须使用CAD设计模型中建议的制造技术来验证CAD模型设计203在当前位置的可行性。PSC IDE 221可以将工厂中使用现有机器人工具制造的产品与可以在工厂中安装的新机器人工具制造的产品进行比较。此外，PSC IDE221可以为工厂系统创建产品设计和相应的制造工艺，该工厂系统可以基于其它因素优化，具体比如：使工厂工人充分参与产品生产策略、以最小的库存最有效地运行的产品生产过程、车间设备的有效负荷、组件存储、内部物流、和与供应商的方法和能力集成在一起的产品生产设计。
如果产品说明需求使用工厂中的现有工具，则PSC IDE 221可以创建适合工厂能力的产品设计。然后，PSC IDE 221可以使用这些产品设计来创建产品制造方案并确定依赖。PSC IDE 221还可以基于降低产品成本、缩短生产时间等所需的生产目标，优化用于产品制造的现有技术工艺。
如果产品的制造工艺需要将其他工具添加到工厂，则PSC IDE 221可以针对各种可能的工厂升级创建一组要求，以及相应的选择用于产品制造的产品设计和技术工艺。PSCIDE 221可以创建适合工厂和可能改进的不同产品设计。设计者可以在设计者UI 223的用户界面上估算工厂改进的成本和时间，并在选择产品设计时将工厂改进的成本和时间考虑在内。一旦验证了设计并且工具、技术和资源可用，制造商便可以开始生产实物产品。
除了创建用于制造单个产品的设计流程之外，PSC IDE 221还可以将新产品添加到生产线，使其可以与原始产品并行生产。这样可以更好地利用工厂的潜力，使得设备同时负载创建多个产品的操作。因为PSC IDE 221知道工厂工具的时间表和操作需求，其可以确定利用可用的工厂工具的其他零件生产的工艺。如果可用工具不能同时生产多个产品，则PSC IDE 221可以创建交替生产不同产品的时间表。或者，PSC IDE 221可以建议工厂改进，该改进可以是为工厂添加其他机械，以使所述工厂可以构造多个产品。
在某些情况下，产品的生产需求可能会超出工厂的能力，或者是出于分布目的，将产品生产转移到另一个工厂可能是必要的或更有效的方法。在这些情况下，PSC IDE 221可以调整原始工厂的现有产品制造工艺，以在另一个第二工厂生产该产品。如果第二工厂的工具与原始工厂的工具基本相同，则PSC IDE 221只需将相同的工具控制指令应用于第二工厂的工具。但是，如果第二工厂没有相同的工具，则PSC IDE 221可以根据第二工厂可用的工具来修改工具控制指令。PSC IDE 221还可以建议对工具进行改进，向第二工厂添加其他机械，以便可以在第二工厂中生产产品。在其他实施例中，用于产品的部件可以由第三方制造或由另一制造工厂的所考虑工具集的另一实施例来实现。从技术角度来看组件的CAD模型设计203是正确的，并且可以使用PSC IDE 221产生的机器人工具控制代码在另一地理位置的工厂由金属材料制成。
设计流程方法论。本发明的系统为组装产品的设计者的设计提供了机器人制造可行性验证。创建和验证用于目标产品组装和创建的方案可以包括：验证和创建产品制造的新技术(如果需要的话)、进行验证以确定可用工具和机械在制造产品的每个所需部件和组件的能力是否令人满意，以及识别产品制造所需的工具和机械(如果技术需要的话)。本发明的设计者UI可以基于预定义的标准来执行优化，例如：在实现设计的同时，用于制造工艺的单位成本、重量、生产速度、使用的资源等。本发明系统的设计者UI可以处理产品设计和设计需求，并将产品生产选项传输到设计计算机的用户界面。在示例中，所述用户界面可以显示第一产品配置和第二产品配置，二者可以是不同的产品设计，具有不同零件和/或通过工厂中的机器人机器执行的不同制造工艺。
通过在设计者UI 223的用户界面上显示多个优化的产品配置，随后设计者可以基于已知/设置标准估计直接比较权衡可以提供的设计方案和技术。利用这些附加信息，设计者可以选择产品设计配置。一旦选择了产品配置，本发明的系统就可以在模拟器251上运行模拟虚拟工厂中的产品制造。设计者UI 223可以在虚拟环境中创建虚拟组装方案。如果模拟成功，该虚拟产品的将被制造以作为在与模拟的虚拟环境匹配的真实工厂中制造真实产品之前的最终检查。
可以用术语“能力”和“工具”来描述用于制造产品的机械、工具、方法和参与者。能力是由机械设备或人工执行的某些产品制造操作的类比，构造功能(ConstructiveFunction,“CF”)描述了能力。工具和构造系统(Constructive System,“CS”)可能是用于产品生产的机器人设备，工具的功能被描述为工具的能力。例如，自动引导车辆(automaticguided vehicle,“AGV”)机器人可以具有表1所列的众多功能。
Figure BDA0002442981970000141
表1
如表2所示，与自动引导车辆机器人相较，机器人机械手(manipulator)具有完全不同的功能集。
Figure BDA0002442981970000142
Figure BDA0002442981970000151
表2
工具的其他一些示例包括：抓手、胶水混合器、施胶机、提升设备、照相机等。除了具有特定功能的工具外，工具还可能具有一组高级操作，所述高级操作可以是多种工具能力的特定序列。可以在存储在技术知识库243的工具数据库中的数据结构中定义机器人、机器人控制器、机器人控制软件和应用程序的能力。
构造系统(CS)和构造功能可以是复合体，这取决于应用特定实例的抽象层次。在某些层次，功能和对象可能被认为是自动的。例如，从自动引导车辆(AGV)的层次考虑，所需的CS是：摄像头、抓手(gripper)、传感器、充电器。AGV仅要求这些子系统具有特殊能力：视觉、操纵、能源供应。在AGV层上，不关心这些工具的内部和组成。从工厂物流层次的角度来看，AGV是提供所需功能的系统；是原子级的(atomic)；没有实施细节。
参考图3，设计者UI上的UI的实施例显示了用于不同设备类型工具305的基本功能303。在该示例中，UI具有用于应用过滤器的输入，过滤器显示期望的工具功能。过滤后的基本功能在左栏中列出，相应的工具在右栏中列出。UI还可以包括“添加(ADD)”按钮301，当将新工具添加到工厂环境时，可以点击该按钮以添加基本功能。参考图4，显示可被显示的高级功能(High-Level Functions)的用户界面的实施例。这些高级功能可以分别是基本功能的特定序列，可以执行更复杂的功能。例如，单个工具控制解决方案可能包括多个项目以及编译成单个可执行CS的库/模块的组件(assembly)。通过点击任一列出的功能311，与所选功能相对应的代码将被显示。参考图5所示，UI显示基本功能的代码：1.执行轨迹，2.放置，以及3.插入。UI指定这些功能所需的工具是操纵器或抓手。
构造功能开发(Constructive Functions Development，CFD)IDE可以通过向设计者提供所需任务的代码来帮助设计者创建工具功能的代码。参考图6，示出了在CFD IDE中创建的自动拣选功能的代码示例。设计者可以指定将要使用的抓手工具，以及对于要执行的任务的要求(例如拾取位置)和运动要求(例如轨迹、矢量等)。UI可以通过显示必要的工具控制代码来做出响应，该代码提供了用于抓手在特定轨迹中通过拾取航路点移动到特定位置的指令。该代码可以首先由模拟器进行测试，然后由在产品制造过程中使用的抓手使用该代码。
参考图2所示，设计工具223可以与构造系统工作室(Constructive SystemStudio，CSS)231通信，其也可以包括场景配置器工具235，可以提供用于在设计者计算机的用户界面上执行一系列选择功能的虚拟工具的虚拟图形表示。图7示出了UI 351的实施例，其示出了如何在设计者工具上显示未解决的CS场景。在UI的左侧部分是被考虑的一系列工具功能步骤353，而在组装场景355中的相应虚拟工具357在UI 351的右侧部分。虚拟工具357可以根据工具功能步骤353进行移动。在此示例中，最顶层的功能步骤359未通过SC工具235的验证处理。在此示例中，在示出的机器人场景中，机械臂(robotic manipulator)被显示为红色。场景配置器工具235提供故障报告，故障报告通知设计者该工具不具有执行当前功能的能力，因为附接了错误的抓手(如虚拟工具357动画所示)。设计者可以通过更换工具以使抓手与指定功能兼容来纠正错误。可以将纠正应用于最顶层的功能步骤359，并且可以通过虚拟工具357再次模拟该过程。
产品解决方案构造器(Product Solution Constructor，PSC)221是IDE，可帮助设计者实时地基于存储在知识库243中的制造技术的能力知识来做出决策。PSC 221 IDE中的解决方案可能包含复合产品的零件或完整组件的设计，复合产品例如是汽车的车轴、车顶、车身或整车。PSC 221输出描述产品制造/组装场景的每个步骤的基础架构可执行算法(infrastructure-executable algorithm)。知识库243可以仅存储可以由普通公司实体拥有的现有构造系统(CS)的专有信息。可替代地，知识库243可以是信息的共享数据库，其可以是开源的而不是专有的。
在一些实施例中，本发明的系统可以不具有满足产品的制造需求的CS。在这种情况下，PSC 221向CSS 231发出创建CS的请求。然后，CSS 231可以创建记录，以使用构造功能开发IDE 233、场景配置器(Scene Configurator)IDE 235和可行性检查器(FeasibilityChecker)237来启动创建。替代地，可以由PSC 211从第三方CS提供者导入CS。
一般制造场景可以是由PSC IDE 221产生的产品建造计划(product buildingplan)。产品建造计划可以是工具功能的任何序列，其导致产品的创建、组装、或服务。两轮底盘组件的建造计划的一部分的简单示例是构造功能序列：
1.AGV1进入车轮仓库
2.装载机在AGV1上装载两个车轮
3.AGV1将轮子运送到机器人单元
4.AGV2将轴运送到机器人单元
5.机器人用螺栓将车轮固定到车轴上
6.将完整的组件装载到AGV2上
7.AGV2将组件运送到仓库
8.从AGV2卸下组件并将其放在机架上
更复杂的组件将需要更复杂和精细的建造计划。参考图8，示出了中央控制台组件规范的示例，其包括用于工具和功能的CS序列：螺栓固定、胶粘、操纵、安装等。
设计者UI被设计者用来创建产品的3D视觉概念模型。设计者UI 223允许将产品设计分解为子组件和零件。设计者定义构件零件(component part)上的集成点、装配点和表面，以设置约束(Constraints，Siemens NX术语)或配合(Mates)(Solidworks)之间的几何连接，这可能是对产品构件和配合的限制或要求，而这些组件或配合是CAD工具中的连接点。
零件的元信息可以描述模块的连接表面，该表面由设计者在CAD工具中设置，并可以与3D工具中的整个组件一起使用。在本发明的系统中，将元信息的使用扩展为与提议的设计流程的工具一起使用，以定义联结选项和操作，这可从制造过程开始适用。配合定义零件的几何连接，以下将其用于执行机器人操作。件(piece)的配合/约束定义了工艺流程和机器人操作。配合的先前的含义是：附接表面，现在是：执行接合操作(胶粘、螺栓连接、焊接)。
参照图9，简单组件包括第一平面零件401和第二“L”形零件403。设计者可以参照图10所示来操纵这些零件，设计者创建了接触约束，其中第一零件401上的第一接合表面411和第二零件403上的第二接合表面413被高亮显示。接合表面411可以由设计者定义为平面1：[<polygon 1>,<polygon 2>,...，第二接合表面413可以由设计者定义为平面2：[<polygon 1>,<polygon 2>,...]。
一旦在场景的坐标中(在编辑器中)定义了接触约束，则将使用设计者UI接合零件。参考图11所示，系统可以尝试遵守接合指示。然而，在该示例中，UI示出第一零件401和第二零件403未对准，因为第二零件403的位置不正确。为了正确定向零件，设计者选择两个表面，通过它们创建平行约束。参考图12，用户已经选择了第一零件401上的第一平行表面415和第二零件403上的第二平行表面417。参照图13，设计者UI可以使第一平行表面415和第二平行表面417平行对准。然而，第一零件401的第一螺栓孔421和第二零件403的第二螺栓孔423可能未对准。参考图14，设计者然后可以为第一螺栓孔421和第二螺栓孔423输入同心约束。在此示例中，设计者可以指定插入向量(0,0,1)，该插入向量表示纯垂直螺栓插入方向，还可指定配合点(X，Y，Z)来创建同心约束，该同心约束基于两个矢量，这些矢量正交于设计者定义和设置的这些表面。参考图15，在施加了所述约束之后，第一零件401和第二零件403被适当地定位并且以正确的取向接合。
在第一零件401和第二零件403对齐的情况下，设计者UI可用于提供指令，所述指令用于将第一零件401永久接合到第二零件403。存在各种可能的连接机制，例如：粘合剂、胶水、焊接、夹具、螺栓等。如果设计者决定使用胶水，则设计者可以选择联接机构工具并将粘合剂施加到两个接触的表面上，这可以通过执行胶粘功能的胶水工具来执行。
在该示例中，设计者可以选择使用执行螺栓功能的螺栓工具将螺栓插入零件之间的孔中。参考图16所示，设计者已经为轴向引导件定义了两个矢量，即用于螺栓的第一矢量425和用于孔的第二矢量427。参考图17所示，使用设计者UI，通过将螺栓的第一矢量425和孔423的第二矢量427对齐，将螺栓联接的方向和取向对齐。插入矢量可以是(0,0,1)。在此处，对齐/锁定约束被定义。
参考图18所示，设计者可以定义用于将螺栓429插入孔423的接触约束，因此系统知道将螺栓419拧入孔423内多远。在此示例中，设计者可以选择第二零件403的邻近孔423的上表面431，以及螺栓429的帽的底面上的下表面433。参考图19所示，虚拟螺栓拧紧工具可以将螺栓429拧入孔423中，直到帽的下表面433抵靠第二零件403的上表面431。这可以完成组件构造的示例部分，且产生在CAD中定义和存储在产品设计数据库中的几何形状和约束/配合信息。可以将所描述的过程应用于所有其他零件和组件，直到输入了创建产品所需的所有零件和任务为止。
设计者UI可用于显示所有可用的产品制造选项。可用的选项取决于产品制造要求。例如，两个零件的紧固可能需要接合处理，该处理可以有以下选择：螺栓连接、胶粘、焊接和提供给设计者的其他方法。可以在设计者工具的用户界面中说明此选项信息。图20至26示出了了设计者UI的一种UI的其他示例，其中包括产品生产选项。
参考图20，UI包括示出组件451的3D虚拟模型的右侧部分。UI的左上部分包括对组件构件(assembly components)453的描述，其可以包括构件的图片、构件名称、构件的修订号和修订日期。UI的左下部分可以说明在组件451的虚拟模型中显示的任务455。在此示例中，任务455可以是“定义配合”，这是其他构件将要附接于其上的组件的部分。
图21示出了以分解图的形式展现框架组件471的3D设计的UI，其中列出了构造选项475和虚拟仿真477。UI可以具有控件479，该控件479可以在组件的分解图和组装图显示之间改变。UI的左侧部分包括组件中的构件481的列表。UI的右上部分是所选择的机器人处理477的虚拟表示。在此示例中，虚拟机器人工具477包括2分12秒的组件时间模型，120.20英镑的组件成本，以及2至3个月的估计的开发时间。UI的右侧列出了当前选择的机器人处理483中的错误。错误由零件名称和错误说明来标识。在此示例中，第一错误注释指出需要指定用于连接中心节点和角节点的螺栓的位置和类型。第二个错误和第三个错误都指出，胶枪没有足够的空间在角节点和外侧突出部之间注入胶水。
参考图22，UI的另一实施例以公共汽车车顶组件501的分解图的3D模型示出。左侧示出了组件构件503的列表，右侧列出了用于车厢顶部组件501的多个连接点配合505。UI可以具有光标，该光标可以允许设计者点击车厢顶部组件的各个位置，并且UI可以显示与所选位置相关联的操作507。在此示例中，操作列为“插入”和“固定”。
参考图23，示出了UI的另一视图，其示出了公共汽车车顶组件501的组装图，其中连接点“配合”511被高亮显示。3D表达示出了8个外部配合，并且在右侧列出了8个配合的详细信息。UI可以具有控件，用于在12个内部配合和8个外部配合之间切换车厢顶部的3D表达。UI的左侧示出了车厢顶部组件。
在一个实施例中，这些选项包括：设计变更变量和/或新工具/功能(CF/CS)创建请求。如果成功，则调试助手(Debug Assistant)工具将授权进行组装过程的仿真。图24示出了来自调试助手的UI设计验证失败报告。在该示例中，UI的左侧列出了一系列处理步骤521。前两个插入步骤521已经被批准。但是，第三处理步骤525未被批准。用户点击了第三步骤525，这导致设计者UI显示失败报告529，该报告指示中心节点元数据存在错误。
图25示出了用户点击已被批准的第二处理步骤524的UI。设计者UI显示带有第二步524的KPI的反馈报告531。在此示例中，显示的KPI包括组装时间12秒、组装成本1.25英镑和开发时间3-4个月。
设计批准工作流中的某些任务可以启动其他任务。例如，可以在积压的新技术或建设性系统创建待办事务中创建任务。一旦通过静态工具验证了设计，就会自动生成仿真任务。任何制造的自动化都是序列处理(sequential process)，序列处理可以逐步应用于工厂的现有业务流程。一旦决策模块足够成熟，就可以替代人类专家。最终，设计和制造可能会由高级管理层和设计师设置的初始KPI/SLA驱动，他们的工作将完全由软件系统验证和批准。
工厂配置器工具集(Factory Configurator Toolset)261(图2)解决了根据产品设计和技术要求配置新的机器人工厂的任务。工具集的输入由优化标准和限制、SLA、KPI来定义。从制造的角度来看，该工具集的输出是完整的工厂描述：车间空间/布局、路线、机器人、内部物流、能源、工具和材料供应要求。输出还包括某种格式的制造描述过程。
最终，产品设计和生产定量测量提供了制造过程的完整描述。工厂内容物(content)和依赖由工厂配置器261描述。此描述可用于建立新工厂、转移工厂、将制造转移到另一个现有工厂，或形成工厂更新计划。
资源可用性(人、机器人、材料等)确实影响技术制造过程，不同地理位置的工厂配置将不同。同一产品在欧洲、印度和中国的生产方式将有所不同。工厂配置器工具使设计者和决策者可以根据工厂工具来规划、支持和优化在每个位置的产品生产。在某些情况下，机器人操作(例如运送或尺寸检查)可能会由人类操作员(或由人类控制)代替，工厂配置器的任务是分析并提出可能的选项。
根据客户使用案例，所提出的方法论针对不同的问题：1.配置/升级由产品设计驱动的工厂(设计稳定且不变)；2.将设计更改为可用的工厂能力(工厂不变)；3.可变设计、可变工厂；4.根据现有设计规划并创建新工厂。这里的输出是完整的工厂描述。设计可以是灵活的。
本发明的系统可以提供用于在工厂中控制机器人的柔性机器人控制系统。控制系统可以存储有关机器人和机器人功能的信息，这些信息可以存储在系统的存储器中，并在工厂需要修改或重新配置以制造修改后的产品或新产品时使用这些信息。本发明的系统是柔性的，从而可以将附加的机器人添加到系统中，并且可以将用于这些新机器人的控件添加到系统中。例如，可以将外部技术应用于本发明的制造设计流程的系统。这种灵活性非常有益，因为产品设计变更可随时发生。这些设计变更需求可能来自任何子系统或任何依赖。KPI设置和变更请求可能由某些业务流程处理软件或制造需求启动。
另外，可以使用本发明的系统为不同产品工厂中的其他和/或不同机器人创建机器人控制。系统可以具有用于产品制造的具体设计信息。系统可以将产品信息应用于不同工厂中的机器人。在某些情况下，不同的工厂可能拥有可以执行与原始工厂相同的制造工艺的机器人，但是新工厂中机器人的布置和位置可能有所不同。可以应用相同的机器人控制而只为新工厂修改产品组件的运输。在其他实施例中，不同的工厂可以拥有与原始工厂中的机器人具有不同能力的不同机器人。在这些实施例中，将需要为产品制造工艺重新创建机器人控制，以便不同工厂处的工具能够生产产品。
与现有的解决方案相比，本发明提供了多方面的优点。本发明的系统为产品生产的整个设计流程提供了灵活的自动化过程。本发明的系统更加灵活，并且没有针对特定产业和工厂的现有解决方案进行定制或调整。本发明的系统使用的技术工艺和设计易于转移到不同环境并且验证了其适用性，而无需构建整个目标基础设施。对于像汽车这样的复杂客体，从设计到开始制造所花费的时间远远少于几年。本发明的系统简化了验证和批准的程序，并且需要更少的人员以及更少的不同类型的专业知识和权限。
本发明通过最大程度的自动化解决了上市时间的问题，通过为设计者提供先前无法获得的相关信息进行加权决策。本发明通过规避产品特定的基础设施而最小化高资本支出。
本发明包括柔性制造工艺的不同方面，所述柔性制造工艺使得初始产品设计、技术工艺和制造中具有灵活性。当产品组件设计过程发生时，本发明的系统可以实时运行。特别地，本发明旨在使设计流程(机器人、软件或人工操作的验证、测试和最终规划)自动化。
本发明的系统还可以向设计者提供反馈，以便设计者可以立即确定所选择的工艺和变化是否对实际生产来说是合适的或优化的。例如，基于来自PSC IDE 221的反馈，设计者可以绘制零件或组件并立即了解如何生产这些部件、这些部件将要花费多少钱以及部件将具有什么特性。在某些实施例中，设计者甚至可能不了解技术序列、访问层可能会隐藏细节，因为可能不需要这些信息来做出优化的产品生产决策，这在某些情况下对于设计者的工作而言是不必要的。PSC IDE 221可以为设计者提供一些制造选项，这些制造选项具有预估成本、交货时间以及每个选项的其他信息。可以向设计者提供选择“新技术开发请求”的选项。由于在做出产品设计决策时设计具有各种类型的信息，因此应用于产品的新技术可能会增加产品开发制造开始的时间和成本。但是，增加的新技术可能从战略上对公司有利。本发明的创新可以改进用于创建产品的方法论(从在CAD工具中绘图到将产品组装成硬件)。本发明的解决方案可以减少先前已知的从设计到生产的序列，并最小化角色(role)和依赖的数量。因此，本发明的系统既可以减少将产品推向市场所需的时间，又可以减少每个产品单元制造的成本。
在模拟器251中完成项目设计的最终验证。在虚拟环境中重现了全套的参与者(场景中的对象、工具)和序列，以证明解决方案已被正确配置或发现错误。基于3D可视化引擎(虚幻3D引擎)使用目标模拟器工具执行组装场景方式的验证。
一旦产品设计完成，PSC IDE 221可以创建一个物料清单，该清单是用于创建设计产品的部件列表。此列表包含价格、重量和其他信息，这些信息由建议的自动化系统提供给设计者。在附加报告中预估了生产/装配的成本。根据设计规范，将每个产品单元的总成本和生产速度报告给设计者。
在项目设计通过模拟以及产品生产被批准以后，工厂中的机器人可以用机器人指令来生产实际零件。从模拟中预测出的机器人处理时间和成本应与实际零件的真实加工时间和成本相匹配。如果存在差异，可以对模拟器进行校正，以便使将来预测的时间和成本更加准确。
图26示出了通用计算设备900和通用移动计算设备950的示例，其可用于实现本申请所描述的过程，包括用于将计算机程序从移动设备安装到计算机的移动侧和服务器侧过程。计算设备900旨在表示各种形式的数字计算机，如手提电脑、台式电脑、工作站、个人数字助理、服务器、刀锋服务器、大型主机和其他合适的计算机。计算设备950旨在表示各种形式的移动设备，例如个人数字助理、蜂窝电话、智能手机和其他类似的计算设备。这里显示的部件、它们的连接和关系，以及它们的功能均仅仅是实例性的，其非旨在对本文中描述的和/或要求的发明的实施方式进行限制。
计算设备900包括处理器902、存储器904、存储设备906、连接到存储器904和高速扩展端口910的高速接口908，以及连接到低速总线914和存储设备906的低速接口912。处理器902、存储器904、存储设备906、高速接口908、高速扩展端口910和低速接口912中的每一个部件都使用各种总线互连，并且可以根据情况安装在公共主板上或以其它方式安装。处理器902可以处理用于在计算设备900内执行的指令，包括存储在存储器904或存储设备906上的指令，以在外部输入/输出设备(例如耦接到高速接口908的显示器916)上显示GUI的图形信息。在其他实施方式中，可以根据情况使用多个处理器和/或多个总线以及多个存储器和存储器类型。此外，可以连接多个计算设备900，其中每个设备提供部分必要操作(例如，作为服务器组、作为刀锋服务器组或作为多处理器系统)。
存储器904存储计算设备900内的信息。在一种实施方式中，存储器904是一个或多个易失性存储器单元。在另一个实施方式中，存储器904是一个或多个非易失性存储器单元。存储器904还可以是计算机可读介质的另一种形式，例如磁盘或光盘。
存储设备906能够为计算设备900提供大容量存储。在一种实施方式中，存储设备906可以是或包含计算机可读介质，例如软盘设备、硬盘设备、光盘设备或磁带设备、闪存或其他类似的固态存储器设备，或设备阵列(包括存储区域网络或其他配置中的设备)。计算机程序产品可以有形地体现在信息载体中。计算机程序产品还可以包含指令，在执行指令时执行一种或多种方法，例如上面描述的方法。信息载体可以是非暂时性计算机或机器可读存储介质，例如存储器904、存储设备906或处理器902上的存储器。
高速控制器908管理计算设备900的带宽密集型操作(bandwidth-intensiveoperations)，而低速控制器912管理较低带宽密集型操作。这样的功能分配只是示例性的。在一种实施方式中，高速控制器908耦接到存储器904、显示器916(例如，通过图形处理器或加速器)和高速扩展端口910，高速扩展端口910可接受各种扩展卡(未示出)。在该实施方式中，低速控制器912耦接到存储设备906和低速扩展端口914。低速扩展端口914可包括各种通信端口(例如USB、蓝牙、以太网、无线以太网)，其可耦接到一个或多个输入/输出设备，例如与计算机932通信的键盘936、定点设备935、扫描仪931，或者诸如交换机或路由器的网络设备933，例如通过网络适配器。
如图所示，可以以多种不同形式来实现计算设备900。例如，它可以被实现为标准服务器920，或者在一组这样的服务器中被多次实现。它也可以被实现为机架式服务器系统924的一部分。此外，它还可以实现在诸如手提电脑922之类的个人计算机中。可替代地，来自计算设备900的组件可以与移动设备(未示出，例如设备950)中的其他部件结合。每个这样的设备可以包含一个或多个计算设备900、950，并且整个系统可以由彼此通信的多个计算设备900、950构成。
除其他部件之外，计算设备950包括处理器952、存储器964、诸如显示器954的输入/输出设备、通信接口966和收发器968。设备950还可以配备有存储设备，例如微驱动器、固态存储器或其他设备，以提供附加的存储。计算设备950的每个部件，处理器952，存储器964、显示器954、通信接口966和收发器968都使用各种总线互连，并且根据情况，其中一些部件可以安装在通用主板上或以其他方式安装。
处理器952可以在计算设备950内执行指令，包括存储在存储器964中的指令。处理器可以被实现为包括芯片的芯片组，其可以包括分离的多个模拟和数字处理器。处理器可以例如为设备950的其他部件的协同而提供例如对用户界面的控制、由设备950运行的应用以及由设备950进行的无线通信。
处理器952可以通过控制接口958以及耦接到显示器954的显示接口956来与用户通信。显示器954可以是例如TFT LCD显示器(薄膜晶体管液晶显示器)或OLED显示器(有机发光二极管)或其他适当的显示技术。显示接口956可以包括用于驱动显示器954向用户呈现图形和其他信息的适当电路。控制接口958可以从用户接收命令并且对它们进行转换以提交给处理器952。此外，可以提供与处理器952通信的外部接口962，以使得设备950可以与其他设备进行近距离通信。外部接口962可以在一些实施方式中提供有线通信，或者在其他实施方式中提供无线通信，并且也可以使用多个接口。
存储器964存储计算设备950内的信息。存储器964可以被实现为一种或多种计算机可读介质、一个或多个易失性存储单元，或者一个或多个非易失性存储单元中的一种或多种。还可以提供扩展存储器974，其通过扩展接口972连接到设备950，其中扩展接口972可以包括例如SIMM(单列直插式存储器模块)卡接口。这样的扩展存储器974可以为设备950提供额外的存储空间，或者还可以为设备950存储应用或其他信息。具体地，扩展存储器974可以包括用于执行或补充上述过程的指令，并且还可以包括安全信息。因此，例如，扩展存储器974可以作为设备950的安全模块被提供，并且可以使用允许安全使用设备950的指令来编程。此外，可以经由SIMM卡提供安全应用以及附加信息，例如以不可入侵的方式在SIMM卡上放置标识信息。
如下所述，存储器可以包括例如闪存和/或NVRAM存储器。在一种实施方式中，计算机程序产品有形地体现在信息载体中。计算机程序产品包含在执行时实施一种或多种方法(例如上述的方法)的指令。信息载体是计算机可读或机器可读的介质，例如存储器964、扩展存储器974、处理器952上的存储器，或者是可以例如通过收发器968或外部接口962接收的传播信号。
设备950可以通过通信接口966无线通信，通信接口966在必要时可以包括数字信号处理电路。通信接口966可以提供在各种模式或协议下的通信，例如GSM语音呼叫、SMS，EMS或MMS消息收发、CDMA、TDMA、PDC、WCDMA、CDMA2000或GPRS等。例如，这样的通信可以通过射频收发器968进行。此外，可以进行短距离通信，例如使用蓝牙、Wi-Fi或其他这样的收发器(未示出)。此外，GPS(全球定位系统)接收器模块970可以为设备950提供其他与导航相关和与位置相关的无线数据，这些数据可以根据情况用于在设备950上运行的应用。
设备950还可以使用音频编码解码器960以音频方式通信，音频编码解码器960可以从用户接收语音信息，并将其转换为可用的数字信息。音频编码解码器960可以类似地为用户生成可听见的声音，例如通过扬声器(例如在设备950的听筒中)。这种声音可以包括来自语音电话呼叫的声音，可以包括记录的声音(例如，语音消息、音乐文件等)，并且还可以包括由在设备950上运行的应用生成的声音。
如图所示，计算设备950可以以多种不同的形式实现。例如，它可以被实现为蜂窝电话980。它也可以被实现为智能电话982、个人数字助理、平板计算机983或其他类似的移动计算设备的一部分。
可以在数字电子电路、集成电路、专门设计的ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件和/或其组合中实现本申请描述的系统和技术的各种实施方式。这些不同的实施方式可以包括在一个或多个计算机程序中的实施方式，其中计算机程序可以在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解译，该可编程处理器可以是专用或通用的，并且被耦接以从存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备接收数据和指令，以及向存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备传输数据和指令。
这些计算机程序(也称为程序、软件、软件应用或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以以高级程序语言和/或面向对象的编程语言、和/或以汇编/机器语言的形式实现。如本申请中所使用的，术语“机器可读介质”、“计算机可读介质”是指用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何计算机程序产品、装置和/或设备(例如磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑设备(PLD))，包括接收机器指令作为机器可读信号的机器可读介质。术语“机器可读信号”是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。
为了提供与用户的交互，可以在具有显示设备(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)、键盘和定点设备(例如，鼠标或轨迹球)的计算机上实现本申请描述的系统和技术，实施显示设备用于向用户显示信息，用户可以使用键盘和定点设备向计算机提供输入。也可以使用其他种类的设备以提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感觉反馈(例如，视觉反馈，听觉反馈或触觉反馈)，并且可以以任何形式接收来自用户的输入，包括声音、语音或触觉输入。
本申请描述的系统和技术可以在包括后端组件(例如，作为数据服务器)、包括中间设备组件(例如，应用服务器)或包括前端组件(例如，具有图形用户界面或网络浏览器的客户端计算机，其中用户可以通过图形用户界面或网络浏览器与本申请描述的系统和技术的实施方式进行交互)的计算机系统中实现，或在包括此类后端、中间设备或前端组件的任意组合的计算机系统中实现。系统的组件可以通过数字数据通信(例如，通信网络)的任何形式或介质互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”)和因特网。
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离，并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器之间的关系是通过计算机程序产生的，该计算机程序在各自的计算机上运行且彼此具有客户端-服务器关系。

Claims (12)

1.一种用于机器人制造产品的方法，所述方法包括：
通过设计计算机上的设计者工具分析具有零件和组件的产品的产品设计以及一组产品要求，所述设计者工具与数据库相连接，所述数据库存储与工厂中可用的机器人工具和机器人工具能力有关的信息；
通过所述设计者工具，从可用的机器人工具能力中确定机器人工具能力的序列，用于移动、机加工及组装零件和组件，以制造满足一系列产品要求的产品；
通过所述设计者工具确定可用于制造满足所述一组产品要求的产品的机器人工具能力的可用工具选项；
在所述设计计算机的用户界面上显示所确定的用于制造所述产品的机器人工具能力的序列以及所述可用工具选项；
使用户能够通过所述设计计算机的用户界面选择一些显示的选项；
通过所述设计者工具创建控制代码，以使用所述机器人工具能力的序列和选择的选项来通过在所述工厂中的机器人工具制造产品；
通过所述设计计算机上的模拟器，使用创建的控制代码通过虚拟机器人工具模拟产品的制造；
通过所述模拟器验证所创建的控制代码正确地制造了产品；以及
使用所创建的控制代码通过在所述工厂中的机器人工具制造所述产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述设计者工具从所述可用的机器人工具能力中确定所述机器人工具能力的替代序列，以用于制造满足所述一组产品要求的产品；
在所述设计计算机的用户界面上显示所述机器人工具能力的替代序列；
通过所述设计者工具创建替代控制代码，以使用所述机器人工具能力的替代序列和选择的选项，通过在所述工厂中的机器人工具制造所述产品。
在模拟器上使用所述替代控制代码通过虚拟机器人工具模拟所述产品的制造；以及
通过所述模拟器验证所述替代控制代码提供所述产品的正确制造。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
由所述设计者工具确定在所述机器人工具能力的所确定的序列和所述机器人工具能力的替代序列中的机器人工具能力中的每一个机器人工具能力的处理时间，其中所述机器人工具能力的所确定的序列中的机器人工具能力的累积处理时间大于所述机器人工具能力的替代顺序中的机器人工具能力的累积处理时间；
在所述设计计算机的用户界面上显示所述机器人工具能力的所确定的序列和所述机器人工具能力的替代序列中的机器人工具能力中的每一个机器人工具能力的所确定的处理时间；
使用户能够通过所述用户界面选择所述机器人工具能力的替代序列；以及
使用所述替代控制代码通过在所述工厂中的机器人工具制造所述产品。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述设计者工具确定使用所述机器人工具能力的所确定的序列制造的产品的重量，以及使用所述机器人工具能力的替代序列制造的产品的替代重量，其中使用所述机器人工具能力的所确定的序列制造的产品的重量大于使用所述机器人工具能力的替代序列制造的产品的替代重量；
在所述设计计算机的用户界面上显示所述产品的重量和所述产品的替代重量；
使所述用户能够通过所述用户界面选择所述机器人工具能力的替代序列；和
使用所述替代控制代码通过在所述工厂中的机器人工具制造所述产品。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述设计者工具确定使用所述机器人工具能力的所确定的序列制造的产品的成本，以及使用所述机器人工具能力的替代序列制造的产品的替代成本，其中使用所述机器人工具能力的所确定的序列制造的产品的成本大于使用所述机器人工具能力的替代序列制造的产品的替代成本；
在所述设计计算机的用户界面上显示所述产品的成本和所述产品的替代成本；
使所述用户能够通过所述用户界面选择所述机器人工具能力的替代序列；和
使用所述替代控制代码通过在所述工厂中的机器人工具制造所述产品。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述设计者工具分析具有零件和组件的第二产品的第二产品设计以及第二组产品要求；
通过所述设计者工具从所述可用的机器人工具能力中确定所述机器人工具能力的第二序列，用于制造满足所述第二组产品要求的产品；
通过所述设计者工具确定可用于制造满足所述第二组产品要求的第二产品的机器人工具能力的第二可用工具选项；
在所述设计计算机的用户界面上显示用于制造所述第二产品的机器人工具能力的所确定的第二序列以及所述第二可用工具选项；
使所述用户能够通过所述设计计算机的用户界面选择一些显示的第二选项；
通过所述设计者工具创建第二控制代码，以使用所述机器人工具能力的第二序列和选中的所述第二选项来通过在所述工厂中的机器人工具制造所述第二产品；
在所述模拟器上使用所述第二控制代码通过虚拟机器人工具模拟所述第二产品的制造；
通过所述模拟器验证所述第二控制代码正确地制造了所述产品；以及
使用所述第二控制代码通过在所述工厂中的机器人工具以与所述产品的制造并行的方式制造所述第二产品。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述设计者工具分析具有零件和组件的第三产品的第三产品设计以及第三组产品要求；
通过所述设计者工具从所述可用的机器人工具能力中确定所述机器人工具能力的第三序列，用于制造满足所述第三组产品要求的第三产品；
通过所述设计者工具确定可用于制造满足所述第三组产品要求的第三产品的机器人工具能力的第三可用工具选项；
在所述设计计算机的用户界面上显示用于制造所述第三产品的机器人工具能力的所确定的第三序列以及所述第三可用工具选项；
使所述用户能够通过所述设计计算机的用户界面选择一些显示的第三选项；
通过所述设计者工具创建第三控制代码，以使用所述机器人工具能力的第三序列和选中的第三选项来通过在所述工厂中的机器人工具制造所述产品；
在所述模拟器上使用所述第三控制代码通过虚拟机器人工具模拟所述第三产品的制造；
通过所述模拟器验证所述第三控制代码正确地制造了所述第三产品；以及
使用所述第三控制代码通过在所述工厂中的机器人工具以与所述产品及所述第二产品的制造并行的方式制造所述第三产品。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述设计者工具接收用于修改产品的修改产品设计和一组修改产品要求；
通过所述设计者工具分析所述修改产品设计和所述一组修改产品要求；
通过所述设计者工具从所述可用的机器人工具能力中确定所述机器人工具能力的修改序列，用于制造满足所述一组修改产品要求的修改产品；
通过所述设计者工具确定可用于制造满足所述一组修改产品要求的修改产品的机器人工具能力的修改工具选项；
在所述设计计算机的用户界面上显示用于制造所述修改产品的机器人工具能力的所述修改序列以及所述修改工具选项；
使所述用户能够通过所述设计计算机的用户界面选择一些显示的修改选项；
通过所述设计者工具创建修改控制代码，以使用所述机器人工具能力的修改序列和选中的所述修改选项来通过在所述工厂中的机器人工具制造所述修改产品；
在所述模拟器上使用所述第三控制代码通过虚拟机器人工具模拟所述修改产品的制造；
通过所述模拟器验证所述修改控制代码正确地制造了所述修改产品；以及
使用所述修改控制代码通过在所述工厂中的机器人工具制造所述修改产品。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
导出产品制造流程。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据确定的所述机器人工具能力的序列，在所述设计计算机上使用工厂配置器来设计工厂配置，以移动、加工和组装零件及组件，从而制造满足所述一组产品要求的产品。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
以预先确定的格式导出所述工厂配置。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
导出用于移动、加工和组装所述零件及组件以制造所述产品的机器人工具能力。
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