CN112005179B - 用于安装模块化构建的开关柜设备的项目的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于将模块化构建的开关柜设备的项目安装在开关柜壳体(6)中的系统和方法，该开关柜壳体配备有用于多个电气型和/或电子型安装模块(5‑5”’)和另外可选的技术部件的紧固装置，包括：计算机辅助的辅助单元(1)，其用于通过对规划构建(2)进行解析并分解为彼此依赖并由装配工(M)或机器人装置(R)执行的独立安装步骤(A，B，C，D)来确定在生产上高效的安装步骤次序；用于图像和/或文本信息项目的至少一个显示单元(11‑11’)，该显示单元被安装在安装场地，从而为至少一个装配工(M)显示确定的安装步骤次序的手动安装步骤(A；B；D)；至少一个输入单元(12‑12’)，用于由装配工(M)确认已完成的安装步骤(A；B；D)，使得辅助单元(1)记录该完成并调用下一个规划的安装步骤。

Description

用于安装模块化构建的开关柜设备的项目的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于装配电气型和/或电子型内置模块的系统和方法，以在开关柜壳体中完成模块化开关柜设备，该开关柜壳体配备有用于多个电气型和/或电子型内置模块以及另外的可选部件的紧固装置。此外，本发明还涉及一种实现所述工序的计算机程序产品以及一种由其生成的用于执行所述装配的特殊数据格式。

背景技术

本发明的领域涉及开关柜技术。开关柜有时用于家用领域，但主要在工业应用中用于电气型和/或电子型部件的受保护的壳体。本文所关注的这种类型的开关柜容纳电气型和电子型部件，它们通常被设计为标准化的内置模块的形式，从而优选控制自动化生产设备、过程工程设备、机床等。因此，控制柜中的内置模块是不作为被直接设置在机器中的现场装置的控制部件。作为内置模块，例如，可编程逻辑建立针对电源以及要进行控制的机器和系统的连接。根据应用特定的设计进行带有开关柜装配件的开关柜的装配。

如今，用于外壳设备的概念性设计和构建的这种设计是基于软件的，在本申请的范围内例如由所谓的EPLAN Pro类型的规划设计创建。这种规划设计特别是包括电气型和电子型安装模块(如果需要的话还有其他部件)的布局、虚拟布线形式的三维安装布局，以及用于针对要被输入和分配的电力而特制的柔性配电系统的铜制汇流排构造等。电气或电子安装模块例如可以通过顶帽式(top-hat)导轨固定在开关柜的内部。为了完成开关柜，还可以设计可选部件，例如风扇、过滤器、通风设备、热交换器、空调单元、内部照明系统、电缆入口等。此外，规划设计的数据技术信息范围还可以包括与结构边界条件有关的附加信息，例如特殊的电缆进入方向、紧固所必要的螺钉拧紧扭矩、必要的附加保护帽等。

在现代开关装置和控制系统构建中，可以通过为其应用创建规划的软件支持的客户来创建规划设计。这种构建步骤也可以由开关柜制造商根据客户要求来执行。作为规划辅助，可以使用附加有对象库的辅助系统，通过该辅助系统可以在将几何尺寸和有效标准考虑在内的情况下创建开关柜构造。然后，所得到的规划设计被发送给开关装置和控制柜制造商，该制造商在加工服务的范围内从专家的角度检查该规划设计，然后指示在其电气车间中完成开关柜。在开关装置和控制系统厂家的电气车间中，一个或多个装配工利用其专业知识和专业经验来接管开关柜的装配。通常，开关柜以在客户场地进行安装、连接和调试的预装配和预测试产品的形式离开电气车间。

特别地，在装配工序中，对通常可以作为整体布局结合零件清单供装配工使用的设计的实施可能会发生错误。为了实现构建需要装配工的足够的知识和经验，以最大程度地减少错误风险和装配时间。

发明内容

本发明的目的是进一步改进用于装配模块化开关柜设备的工序和系统，从而可以在将尤为省时的装配步骤次序考虑在内的情况下对应用上独立配置的开关柜设备实现技术支持的无错装配。

本发明包括的系统工程学教导是，对于通用类型的模块化开关柜设备的装配，计算机辅助的辅助单元通过解析规划设计并将其分解为彼此依赖的独立装配步骤来确定高效生产的装配步骤次序。辅助单元确定独立的装配步骤是否最好由装配工或机器人来执行。这种决定首先涉及优选基于装配工和机器人设备的资源对各种可能的装配替代方案进行确定以及从中选择最高效的装配替代方案。作为效率标准，主要使用用于整体装配工序的计算装配时间，其应为最小。为了实施由计算机辅助的辅助单元确定的高效生产的装配步骤次序，在装配场地安装用于至少一个装配工的、图像和/或文本信息的至少一个显示单元，通过所述显示单元使确定的装配步骤次序的独立装配步骤可视化。这为优选的无错实施构建提供了保障措施。此外，在安装场地安装输入单元，以供装配工确认完成的安装步骤，使得辅助单元可以记录该完成并调用下一个规划的安装步骤。显示单元也可以与输入单元组合，例如作为具有输入感应显示器的平板电脑。

如果辅助单元对规划设计进行的解析表明至少一个装配步骤适合作为自动装配步骤执行，则作为计算机辅助的辅助单元进行的解析的结果的进一步的装配步骤也可以由机器人装置代替装配操作员执行。

为了进行对本发明至关重要的解析活动，在计算机辅助的辅助单元中实施解析算法，其将规划构建(至少包括以连接结构设置在开关柜中的安装模块的三维布局以及规划的安装模块的零件列表)分解为相互依赖的独立的装配步骤，解析算法通过访问知识数据库将要进行装配的安装模块以限定的顺序分配给装配步骤以及相关联的装配指令。例如，如果在规划设计中标识了电源安装模块并且知识数据库指示必须首先对其进行安装，则将电源安装模块分配给安装步骤A。此外，知识数据库提供电源安装模块将由安装人员手动安装的安装指令。根据布局，电源安装模块必须安装在开关柜的左上角。

可使用包含此信息的数据集来唯一地描述每个装配步骤。数据记录包括用于装配步骤的标识符、装配对象的名称、与装配对象如何进行装配(装配指令)以及是由机器人装置还是由装配工执行该装配步骤有关的文本或图像形式的信息。该数据记录还可以包括优先级，其指示优选应使机器人装置执行装配步骤并且在机器人装置不可用的情况下用装配工替代。因此，数据格式包含与分配有关的特定信息：

1.何时？(装配步骤A，B，C，D)，

2.何物？(安装对象x，y)，

3.如何做？(装配指令方案)，

4.何人？(机器人/安装人员R/M)。

这种特殊的数据格式具有的优点是对于可以具有以文本或图像信息形式显示的装配指令的装配工以及机器人设备的控制都具有普遍可用性，装配指令由此被存储于至少在这种情况下可读的机器中。同时，这种数据格式被限制于集中的数据内容，其可以由计算机快速处理并集成到关系数据库模型中。

如果将装配指令发送给装配工以手动执行装配步骤，则根据进一步改进本发明的方法提出的是计算机辅助的辅助单元访问存储有装配步骤库的数据记录的可视化数据库，其中以可检索的方式存储了用于安装模块的独立的装配步骤的图像和/或文本信息。辅助单元访问可视化数据库的各条数据记录，从而根据解析结果向安装人员发送适当的装配指令。

根据改进创造性步骤的另一种方法，提出的是计算机辅助的辅助单元与评估装置交互，以在将特定的安装公差考虑在内的情况下测试具有目标规格的已安装的安装模块和所有部件的传感器记录的实际安装位置。同样，在进行控制柜的自动布线时特别重要的是实际安装位置在较窄的安装公差范围内偏离规划设计所规定的目标安装位置。例如，如果作为后续装配步骤进行布线，则这种公差检查确保了正确执行自动装配步骤。这种公差检查的结果通常可以在相邻的工作步骤之间传递，从而能够以公差补偿的方式将先前的装配步骤的结果考虑在内。

根据另一种发明改进方法，提出的是将计算机辅助的辅助单元连接至制造设备的制造控制系统，从而将与装配工和/或机器人装置的可操作获得的制造资源相关的信息考虑在内。在此基础上，计算机辅助的辅助系统能够确定适于当前生产工作量的装配步骤次序。例如，如果从生产控制系统获得的信息显示布线机器人装置由于故障而失效或者在规划的时间内已满载其他装配任务，则计算机辅助的辅助系统可以确定替代地由装配工实施手动执行布线的装配步骤。在这种背景下，计算机辅助的辅助系统可以在将生产规划的考虑在内的情况下将原先规划为自动装配步骤的装配步骤转换为手动装配步骤，并对此发出不是用于机器人装置的控制命令的形式而是支持装配工的图像和/或文本信息的形式的装配指令。

根据本发明的用于装配通用模块化开关柜设备的方法优选被设计为计算机程序产品，其程序代码用于执行该方法。可以在中心位置对用作输入信息的规划构建进行解析，而在装配场地分散地执行针对装配工的独立的装配步骤的可视化或自动执行装配步骤的机器人设备的控制。由于装配工或机器人装置对完成的装配步骤的预期确认，因此装配场地与中央辅助单元之间的通信是双向进行的，由此在这种分布式系统内执行各个处理步骤。

附图说明

下面将使用附图结合对如何实施本发明的例子的说明来更详细地描述用于改进本发明的另外的手段。附图示出：

图1：用于装配模块化控制柜设备的系统的示意性框图；

图2：要通过所述系统执行的装配程序的各个步骤的流程图；

图3a：由计算机辅助的辅助单元输出的用于启动装配步骤A的示例性数据集；以及

图3b：由计算辅助单元输出的用于启动装配步骤D的示例数据集。

具体实施方式

根据图1，用于装配模块化控制柜设备的系统包括用于确定高效生产的装配步骤次序的计算机辅助的辅助单元1。这是基于规划设计2完成的，其以文件形式被发送到辅助单元1。规划设计2包含与将被安装在开关柜壳体6中的紧固件7(例如，顶帽式导轨)上的所有安装模块5至5”’和其他部件的三维布局3和零件清单4有关的信息。

为了确定高效生产的装配步骤次序，计算机辅助的辅助单元1将规划设计2分解为相互依赖并由装配工M或机器人装置R执行的独立的装配步骤。为此目的，在解析10的范围内在计算机辅助的辅助单元1中实施解析算法，其将根据规划设计2进行安装的安装模块5至5”’按照限定次序分配给装配步骤A-D以及相应的装配指令。通过访问连接的知识数据库W进行所述解析，在知识数据库W中存储有与必要的工序知识有关的信息，例如装配内容、装配次序、装配专业知识。

此外，计算机辅助的辅助单元1包括可视化数据库V，其中存储有装配步骤库的数据记录。这些数据集包含各个装配步骤A-D的图像和/或文本信息，它们可以由装配工M在装配场地使用以帮助其执行在此处指示的装配步骤。

此外，计算机辅助的辅助单元1配备有评估装置8，其与已安装的安装模块5至5”’的实际安装位置进行检查交互，这些实际安装位置经由在将特定的安装公差考虑在内的情况下具有目标规格的摄像机单元13而通过传感器记录。

另外，计算机辅助的辅助单元1还从ERP/PPS形式的上级生产控制系统9接收与装配工M和/或机器人装置R可操作获得的生产资源有关的信息，以确定高效的装配步骤次序。在这种信息的背景下，计算机辅助的辅助单元1确定适于设备当前生产能力利用率的装配步骤次序A至D。

如果计算机辅助的辅助单元1确定装配步骤A、B和D将由装配工M手动执行，则在安装在装配场地的显示单元11上以图片和/或文本信息的形式显示对应的工作指令。随后的显示单元11’和11”被设置为使由计算机辅助的辅助单元1确定的装配步骤次序的其他手动装配步骤C和D可视化。此外，输入单元12至12”也被安装在安装场地以通过装配工手动安装，装配工由此必须至少确认完成的安装步骤以使计算机辅助的辅助单元1例如可以根据该信息的结果来记录安装步骤A的完成，从而随后调用下一个规划的安装步骤B。这可以在车间中的同一装配场地或相邻的装配场地进行。

下面使用图2说明由所述系统执行的装配程序的基本次序：

作为初始步骤a)的一部分，可以将使用诸如EPLAN Pro的软件创建的规划设计用于计算机辅助的辅助单元进行解析。规划设计至少包括三维布局的数据以及要安装的外壳的外壳设备所关联的物料信息清单。因此，规划设计文件描述了控制柜的应用特定的构造。

在步骤b)中，通过使用解析算法来处理规划构建的数据，从而将规划构建分为彼此依赖的独立的装配步骤A、B、C、D。解析算法在分解的情况下通过求助于知识数据库来确定是装配工还是机器人装置应执行相应的装配步骤并进行对应的分配。

如果解析表明必须手动执行通过规划构建的分解而产生的装配步骤A，则在步骤c)中在安装在装配工的工作场所的显示单元上使确定的装配步骤次序的手动装配步骤A对于装配工可视化。显示单元包含作为装配指令的图像和/或文本信息，这些信息已由计算机辅助的辅助单元从可视化数据库中提取。

然后，在步骤d)中，装配工执行显示的手动装配步骤A，其中例如将用于可编程逻辑控制器的装置适配器作为内置模块附接至控制柜的顶帽式导轨。

如果装配步骤A由装配工完成，则装配工在一个步骤e)中通过安装在装配场地的输入单元确认专业执行的装配，该输入单元在此执行例子中被设计为键盘，从而不仅能够输入二进制确认信息而且还能够输入在执行装配过程中对特殊情况的评论，这些评论将反馈给计算机辅助的辅助单元。所述信息被送回到计算机辅助的辅助单元。这种安装困难可能是由于以下事实造成的：要放置在外壳左上角的电气安装模块由于可能的较大几何尺寸而难以附接至附接在开关柜后壁上的安装板的顶帽式导轨。然后，利用该信息和类似信息，可以在信息技术方面丰富计算机辅助的辅助单元的知识数据库，从而可以改善未来装配步骤的规划。如果前述关于安装困难的反馈信息被评估为是相关的，则可以在未来防止在开关柜中的该关键安装位置设置相同或相似的安装模块。在这方面，这种反馈也对利用开头提到的软件支持的规划的工具的未来的CAD设计产生影响。

一旦安装完成，必要时就进行确认和评论，在接下来的步骤f)中对已安装的安装模块的安装公差通过传感器在技术上进行检查。这例如可以通过图像采集系统的摄像机单元来完成，该摄像机单元记录所安装的内置模块的实际安装位置。

在后续的步骤g)中，在目标/实际比较之后的下一个装配步骤期间，计算机辅助的辅助单元将公差信息考虑在内并在必要时进行传递。这样，随后的装配步骤、尤其是自动装配步骤可以接收与该步骤是否由于实际安装位置而完全可以由机器人装置执行或者其是否必须首先重做有关的信息。

在装配步骤次序的步骤h)中对特定公差范围内的偏差的允许性进行这种评估。然后调用下一个装配步骤B。

如果在步骤b)中将装配步骤A、B、C、D中的一个定义为自动装配步骤C，则在步骤c’)中通过辅助单元将该自动装配步骤C以机器可读装配指令的形式输出到机器人装置，以用于装配开关柜设备。这样的机器人装置例如可以是用于电气型和电子型安装模块的布线机器人。通过装配这些内置模块，由于规划构建、特别是已知布局，电连接引脚的位置是已知的。这些引脚可以根据同样属于规划构建的布线图在柜内自动进行布线。

这在接下来的步骤d’)中完成，其中机器人装置根据机器人控制来执行自动装配步骤C。机器人控制单元的控制命令是从辅助单元的机器可读装配指令中获得的。

在完成自动装配步骤C之后，还在步骤e’)中对其进行确认，使得计算机辅助的辅助单元可以记录自动装配步骤C的完成并调用下一个规划的装配步骤D。

但是，在此之前，按照步骤f)至h)执行安装公差测试。

在图3a中，示出了计算机程序产品的示例性输出数据集，其根据通过计算机辅助的辅助单元执行的解析的结果将规划设计分解为独立的装配步骤A、B、C、D。为了描述装配步骤次序，输出数据集的数据格式包括用于示例性装配步骤“A”的至少一个关键标识符，为其分配装配对象的名称“安装模块xy”，并且在手动执行装配步骤的情况下以图像和/或文本信息“计划表”的形式为其分配用于此目的装配指令以及在特定的装配位置将该装配步骤分配给手动装配“M”的标识符。

根据图3b，由机器人装置自动执行的装配步骤的输出数据集包括装配步骤“C”的关键标识、装配对象的名称“安装模块yz”、机器可读信息“代码”形式的相关联的装配指令以及用于通过特定机器人装置分配给自动装配R的标识。

本发明不限于上述优选的设计例子。例如，也可以执行手动和自动装配步骤的其他次序。根据本发明的方案的原理甚至也可以是纯手工的装配步骤次序或纯自动的装配步骤次序。

Claims (10)

1.一种在开关柜壳体中安装模块化开关柜设备的方法，所述开关柜壳体配备有用于多个电气型和/或电子型内置安装模块和其他可选部件的紧固装置，所述方法包括以下步骤：

a)向计算机辅助的辅助单元提供用于开关柜设备的应用特定的构造的规划设计，

b)通过借助于计算机辅助的辅助单元对规划设计进行解析并将其分解为彼此依赖并由装配工或机器人装置执行的独立的装配步骤确定高效的装配步骤次序而进行装配准备，其中在指定装配工执行装配步骤次序的装配步骤的情况I中执行以下步骤：

c)在装配场地安装用于装配工的将图像和/或文本信息作为装配指令的显示单元，使确定的装配步骤次序的手动装配步骤可视化，

d)装配工根据显示的图像和/或文本信息执行手动装配步骤，

e)通过在装配场地安装的用于装配工的输入单元确认完成的装配步骤，以记录这种完成并通过计算机辅助的辅助单元调用下一个规划的装配步骤，

其中，除了根据所述情况I由装配工手动执行的各个步骤c)至e)之外，还根据通过计算机辅助的辅助单元进行解析的结果在情况II中限定借助于机器人执行的至少一个自动装配步骤，在步骤c’)中通过辅助单元将所述自动装配步骤以机器可读的装配指令的形式输出到机器人装置，以用于装配开关柜设备，之后在步骤d’)中机器人装置根据机器人控制执行自动装配步骤，并且在步骤e’)中在完成自动装配步骤之后通过辅助单元确认自动装配步骤以记录其完成并调用下一个规划的装配步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，辅助单元根据装配工和/或机器人装置的可用生产资源的协调来确定高效的装配步骤次序以执行装配步骤，从而在自动执行所需的机器人装置不可用的情况下将规划的自动装配步骤转换为手动装配步骤。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，辅助单元基于最短的可行装配时间和/或装配开关柜设备所需的装配资源在不同的多种装配步骤次序之间进行选择。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确认完成手动或自动装配步骤的步骤e)或e’)之后，在步骤f)中通过传感器检查已安装的安装模块的安装公差，所述安装公差在步骤g)中作为公差信息通过辅助单元传递到下一个装配步骤，从而在步骤h)中在下一个装配步骤发布之前对特定公差范围内的偏差允许性进行评估。

5.一种用于通过根据权利要求1至4中任一项所述的方法来安装电气型和/或电子型内置安装模块的系统，其用于在开关柜壳体中完成模块化开关柜设备，所述开关柜壳体配备有用于多个电气型和/或电子型内置安装模块和其他可选技术部件的紧固装置，所述系统包括：

-计算机辅助的辅助单元，其用于通过对规划设计进行解析并将其分解为彼此依赖并由装配工或机器人装置执行的独立的装配步骤确定高效生产的装配步骤次序，

-图像和/或文本信息的至少一个显示单元，其被安装在装配场地，以针对至少一个装配工使确定的装配步骤次序的手动的装配步骤可视化，

-至少一个输入单元，其用于至少通过装配工确认完成的装配步骤，以使辅助单元记录这种完成并调用下一个预定的装配步骤。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，在计算机辅助的辅助单元中实施解析算法，其将至少包括规划的安装模块的数字化的三维布局和零件清单信息的规划设计解析为彼此依赖的独立的装配步骤，所述解析算法通过访问至少一个知识数据库将按照限定的次序进行装配的安装模块以限定的顺序分配给装配步骤和相关联的装配指令。

7.根据权利要求5或6所述的系统，其特征在于，计算机辅助的辅助单元访问存储有装配步骤库的数据对象的可视化数据库，在所述装配步骤库中存储有独立的装配步骤的图像和/或文本信息。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，用于步骤次序控制的计算机辅助的辅助单元与公差评估装置交互，以在将特定的安装公差考虑在内的情况下对具有标称规格的传感器检测到的已安装的安装模块的实际安装位置进行检查。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，计算机辅助的辅助单元处理来自生产控制系统的与装配工和/或机器人装置的可操作获得的生产资源有关的信息，以确定与当前的生产能力利用率匹配的装配步骤次序。

10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序具有程序代码工具，所述程序代码工具用于在所述计算机程序在根据权利要求5至9中任一项所述的系统的计算机辅助的辅助单元上运行的情况下完成根据权利要求1至4中任一项所述的方法。