CN113204217A - 便于车间重新配置的可部署移动运输机 - Google Patents

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肯尼士·叶什
安东尼·马里奥·达马托
尚卡尔·纳拉扬·默汉
马里奥·安东尼·桑蒂洛
格雷戈里·P·林可夫斯基
梅克纳·梅农
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Abstract

本公开提供了“便于车间重新配置的可部署移动运输机”。一种用于重新配置工厂的系统和方法，所述工厂在整个所述工厂内的不同工作站处具有装备，所述系统包括多个移动运输机，所述移动运输机被配置为接合所述装备并且将所述装备运输到在整个所述工厂内的所述不同工作站。每个移动运输机包括发射器、接收器、至少一个接近传感器和用于接合所述装备的接合机构。工厂配置模块包括所述工厂的3D模型和多个预定的工厂配置。监控控制模块与所述多个移动运输机、所述装备和所述工厂配置模块通信。所述多个移动运输机被配置为从所述监控控制模块接收指令，以基于所述预定的工厂配置和动态输入在整个所述工厂内接合并且重新定位所述装备。

Description

便于车间重新配置的可部署移动运输机
技术领域
本公开涉及工业制造，并且更具体地，涉及重新配置制造车间以适应多种产品(包括举例来说，不同型号的机动车辆)的生产。
背景技术
本部分中的陈述仅提供了与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
制造车间通常被配置用于生产许多不同的产品型号。当要在同一装配生产线上制造不同的产品型号时，多种不同的零件和工具位于同一制造/装配站中，以适应这些不同的产品型号。例如，一个特定的制造车间可以被配置用于装配多个不同的汽车/机动车辆型号。更具体地，Ford Mustang、Lincoln Continental和Ford Fusion都是在密歇根州底特律市的Flat Rock中的同一生产线上装配的。为了在同一装配生产线上装配不同的车辆，用于所有车辆型号的型号特定的机架、零件和工具在最终装配中始终位于生产线侧。例如，在任何给定的时间，对于从Flat Rock装配生产线下来的每十(10)辆车，七(7)辆是Mustangs，两(2)辆是Fusions，并且一(1)辆是Continental。配置这种类型的装配生产线的逻辑是一个挑战，由于生产线侧和制造方面两者的限制，导致使得无法构建各种车辆特征。
本公开解决了与在同一装配生产线上制造多个产品型号相关联的这些问题，以及与在同一车间中制造不同产品配置相关的其他问题。
发明内容
本部分提供对本公开的一般概述而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
在一种形式中，提供了一种用于重新配置工厂的系统，所述工厂在整个工厂内的不同工作站处具有装备。所述系统包括：多个移动运输机，其被配置为接合装备并且将装备运输到整个工厂内的不同工作站，每个移动运输机具有发射器、接收器、至少一个接近传感器和用于接合装备的接合机构；工厂配置模块，其具有工厂的3D模型和多个预定的工厂配置；以及与多个移动运输机、装备和工厂配置模块通信的监控控制模块。多个移动运输机被配置为从监控控制模块接收指令，以基于预定的工厂配置和动态输入在整个工厂内接合并且重新定位装备。
在所述系统的变型中，工厂配置模块还包括工厂配置规划模块，所述工厂配置规划模块具有基于预定的工厂配置和动态输入来确定装备的新位置的算法，并且监控控制模块还包括路径规划模块，所述路径规划模块具有基于由工厂配置模块确定的新位置来确定多个移动运输机的行进路径的算法。
在另一个变型中，多个模块化发电站位于工厂内的离散工作区域处，其中装备中的至少一些被配置为连接到多个模块化发电站和从多个模块化发电站断开。多个模块化发电站被配置为供应电和加压流体中的至少一者。在一种形式中，模块化发电站包括：电源连接件，其凹陷在工厂地板内；以及至少一个接地垫，其设置在工厂地板内。电源连接件具有内螺纹，并且多个移动运输机中的每个包括：外螺纹电源管脚；下表面，其具有至少一个接地垫；以及内部马达，其中内部马达旋转外螺纹电源管脚，以将外螺纹电源管脚固定到地板中的电源连接件，这将每个移动运输机的下表面拉向地板，使得接地垫形成物理接触。多个移动运输机中的每个包括具有锥形突起的下表面，并且地板包括对应的锥形凹部，以定位并且接收每个移动运输机的锥形突起。
在另一个变型中，移动运输机中的每个包括无线电源，所述无线电源选自由电池和自供电装置组成的组。在另一种形式中，提供了充电站，其中多个移动运输机被配置为当电力水平达到预定阈值时将其自身重新定位到充电站。
所述装备可以包括被配置为与监控控制模块通信的机器人。在另一种形式中，多个传感器设置在整个工厂内，所述传感器被配置为将几何、热、声学、振动和光学数据中的至少一者传输到监控控制模块。几何数据包括工厂内的对象的静态和动态位置。
在本公开的另一种形式中，提供了一种操作工厂的方法，所述工厂在整个工厂内的不同工作站处具有装备。所述方法包括：在监控控制模块处接收来自所述装备的状态信息和动态输入；将状态信息和动态输入与工厂的3D模型和工厂配置模块中的多个预定的工厂配置进行比较以确定装备的新位置；将新位置从工厂配置模块传送到所述监控控制模块；以及将控制信号从监控控制模块传输到多个移动运输机，以接合并且重新定位从比较步骤中识别的需要重新定位的装备，其中多个移动运输机接合装备并且将装备运输到整个工厂内的新位置。
在所述方法的变型中，来自装备的状态信息直接从装备、从人机接口或其组合传输，移动运输机将状态信息传输到监控控制模块，状态信息包括位置、电力水平和系统状态，监控控制模块确定用于装备重新定位的顺序和路径，当电力水平达到预定阈值时，多个移动运输机自动地移动到充电站，装备的新位置选自由新工作站、维护位置和备用位置组成的组，并且监控控制模块从工厂配置模块接收指示生产停工时间的输入，并且将控制信号传输到多个移动运输机以在生产停工时间期间接合并且重新定位装备。
根据本文中提供的描述，更多适用领域将变得显而易见。应理解，描述和具体示例仅意图用于说明目的，并且不意图限制本公开的范围。
附图说明
为了可很好地理解本公开，现在将参考附图通过举例的方式描述本公开的各种形式，在附图中：
图1是其中采用本公开的教导的示例性工厂的透视图；
图2是根据本公开的教导的用于重新配置工厂及其关系的系统的部件的示意性功能框图；
图3是根据本公开的教导的工厂配置模块的示意性功能图；
图4是根据本公开的教导的监控控制模块的示意性功能图；
图5是根据本公开的教导的设置在工厂地板上的移动运输装置和一件装备的示意图；
图6是根据本公开的教导的模块化发电站的示意性横截面视图；以及
图7是示出根据本公开的教导的方法的流程图。
本文中描述的附图仅用于说明目的，而非意图以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，而非意图限制本公开、应用或用途。应理解，贯穿附图，对应的附图标记指示相似或对应的零件和特征。
参考图1，示出了在不同工作站处具有装备的代表性工厂，并且总体上由附图标记10指示。示出了多个不同的工作站12、14、16、18和20，以及许多不同的装备22。如本文所使用的，术语“装备”应被解释为意指用于制造或装配被制造产品(例如，机动车辆)的任何工具、零件、机器人、工作台、工具、原材料、零件箱等。此外，尽管本文详细描述了机动车辆，但是本公开的教导也适用于其他类型的产品，诸如，举例来说，飞行器、动力传动系统、涡轮发动机、商用和家用电器、家具和船只、以及多种行业中的许多其他类型的产品。
通常，本公开存在三(3)个高级部件。第一部件涉及将工厂10的3D模型(也称为“数字孪生”)和动态输入转换为用于移动平台车队将装备22从其所在的位置移动到其需要去的位置的命令的软件。第二部件覆盖移动平台可以通过其物理地移动装备22的手段。第三部件涉及在交付后将装备连接在一起，包括提供必要的电力/系统。
现在参考图2，示出了用于重新配置工厂(诸如图1中示出的工厂)的系统，并且在功能框图中总体上用附图标记30指示。系统30包括多个移动运输机40，所述多个移动运输机40被配置为接合装备22并且将装备22运输到整个工厂10内的不同工作站。移动运输机40与监控控制模块50通信，监控控制模块50向移动运输机40发送指令，以基于预定的工厂配置和动态输入在整个工厂10内接合并且重新定位装备22，如下文更详细阐述的。系统30还包括工厂配置模块60，所述工厂配置模块60包括工厂10的3D模型和预定的工厂配置。
预定的工厂配置可以是已经被设计成适应特定生产输出的任何数量的配置。例如，工厂10可以配置有机器人24，所述机器人24将零件从箱装载到工作台上，用于工作站12和14中针对特定生产数量的车辆的手动操作，然后被重新被配置为移动到另一个工作站，用于从箱装载用于不同型号车辆的零件用于其生产操作。在另一个示例中，可在两个工作站之间配置临时检查站以解决意外的紧急问题。在另一个示例中，可以用新装备更换故障装备，同时减少停工时间。在又一个示例中，可以调整装配生产线的宽度以适应不同车辆的零件几何形状的变化，从而减少工厂对车辆的限制。本领域技术人员可以理解，预定的工厂配置的可能变化和细节的数量是无限的，并且因此本文提供的示例仅是示例性的，并且不应被解释为限制本公开的范围。
动态输入可以来自多种来源，并且举例来说由以下提供：
-装备22，并且更具体地说，装备22的状态，诸如，举例来说，装备22是否：空闲还是在使用中；需要维护；需要充电或荷电水平(如果特定装备22是电池供电的)；工厂10内的位置；在去往不同工作站的途中；因此，每件装备22包括至少一个发射器，并且可选地包括至少一个接收器，以便将其状态传送给监控控制模块50和移动运输机32；
-移动运输机40，并且更具体地说，移动运输机40的状态，诸如，举例来说，移动运输机40是否：空闲还是在使用中；需要维护；需要充电或荷电水平；工厂10内的位置；在与特定装备22一起和/或去往特定装备22的途中；因此，每个移动运输机40还包括至少一个发射器和接收器，以便与监控控制模块50通信；
-来自位于整个工厂10内的3D相机的输出，包括整个工厂10内的对象的静态和动态位置；
-来自设置在整个工厂10内的传感器的输出，包括热数据、声数据、振动数据和光学数据；
-来自整个工厂10内移动的任何其他对象的全球定位数据；
-手动输入的输入，例如，当按需需要特定的工厂配置时，来自用户的输入；
-生产线状态(例如，停止、运行、试验运行等)；
-智能标签的信号强度(RFID、BLE等)；
-当移动运输机40的实际位置不确定时的估计位置；
-安全区域的状态(即，清除或占用)；
-大业务量区域；以及
-已知的入口/出口位置。
如进一步示出的，一种形式的系统30包括位于工厂10内的离散工作区域处的模块化电力/流体源70。通常，这些模块化电力/流体源70为各种制造/装配操作提供必要的电/电力或流体(例如，压缩空气)，并且在下文中更详细地描述。
现在参考图3，工厂配置模块60通常是包括工厂62(包括固定和可移动装备)的3D模型的计算装置，所述工厂62的3D模型还包括工厂10内的几何对象，诸如墙、柱/梁、门、HVAC装备，以及根据本文的教导为了高效地重新配置工厂10通常所需的任何几何对象。如进一步示出的，取决于正在制造/装配的(一种或多种)产品，工厂62的3D模型还包括多种预定的工厂配置。例如，在车辆生产工厂中，配置A可以是装配Mustangs的配置，配置B可以是装配Mach-E Mustangs的配置，配置C可以是装配Continentals的配置，并且配置D可以是装配Fusions的配置。这些配置中的每个都需要特定的装备，并且根据预定的工厂配置处于特定的顺序。此外，3D模型还包括模拟，以便可视化、测试和验证特定的工厂配置。
如进一步示出的，工厂配置模块60还包括工厂配置规划模块64，所述工厂配置规划模块64具有基于如上面阐述的预定的工厂配置和动态输入来确定装备22的新位置的算法。工厂配置模块60还维护所有移动运输机40及其配置/能力的数据库68，所述数据库被用作工厂配置规划模块64的输入以重新配置工厂10。取决于特定的工厂布局和要求，确定用于装备22的新位置的算法可以有很大的不同，然而，此类算法可以包括美国专利号10,532,885和9,409,711中公开的那些，其内容通过引用整体并入本文。
工厂配置模块60还可以包括车队协调模块66，在所述车队协调模块66中可以管理和协调整个移动运输机车队40。例如，如果具有特定提升能力的移动运输机40下降，则其状态被传输到监控控制模块50，所述监控控制模块50向工厂配置模块60传输信号。车队协调模块66然后确定哪个更换移动运输机40可用于更换下行移动运输机40，然后向监控控制模块50发送信号以激活所述特定更换移动运输机40。车队协调模块66还可以被配置为根据维护安排和其他操作条件(诸如，举例来说，电池荷电水平)来管理移动运输机40的使用。
参考图4，监控控制模块50通常是被编程为基于从装备22和移动运输机40接收的动态输入以及来自工厂配置模块60或任务分配52的命令来执行特定程序的计算装置。例如，当移动运输机40已经完成将一件装备22从一个工作站移动到另一个工作站时，移动运输机40向监控控制模块50传输信号，所述信号指示装备22已经被移动并且移动运输机40空闲并且准备好执行另一个任务。工厂配置模块60发送命令以重新定位附加装备22来完成工厂10的重新配置，并且监控控制模块50根据来自工厂配置模块60的命令向空闲移动运输机40发送控制信号以移动另一件装备22。
在一种形式中，监控控制模块50包括路径规划模块54，所述路径规划模块54包括用于确定移动运输机40的行进路径的算法。路径规划模块54还从工厂配置模块60接收动态输入和数据(包括来自3D工厂模型的相关几何形状)，并且为移动运输机40规划路径来以最高效的方式移动装备22。导航模块56与装备22和移动运输机40通信，所述移动运输机40接收全球定位数据并且从路径规划模块54发送新位置连同路径(在适用的情况下)。
现在参考图5，更详细地示出了示例性移动运输机40，其定位在一件装备22(在所述示例中其是工作台23)的下方。每个移动运输机40包括发射器42、接收器44(其可在相同的装置中，而不是如图所示的单独的装置)、至少一个接近传感器46和用于接合装备22以进行运输的接合机构48。如上面阐述的，发射器42将移动运输机40的状态的动态输入传输到监控控制模块50，并且接收器44从监控控制模块50接收命令信号。命令信号通常包括停止命令和开始命令以及路径命令等。
接近传感器46可以是多种传感器(包括光学、机械、磁性)中的任一种及其组合。通常，接近传感器46用于相对于装备22或者相对于工厂10内的任何其他对象(无论是静态的还是动态的)定位移动运输机40。
接合机构48可以采取任何数量的配置，并且在所述示例性形式中包括线性垫，所述线性垫沿着箭头A的方向上下移动。线性垫48向上移动以接合工作台23的下表面，并且将工作台从工厂地板上提起，以便重新定位到另一个工作站。当然，应理解，取决于要重新定位的装备，可以采用任何数量和类型的接合机构48。例如，可以存在多个接合机构48，包括闩锁/钩，并且接合机构48可以是机械的、磁性的或其组合，同时保持在本公开的范围内。此外，移动运输机40可以采取任何数量的形式，并且可以是完全移动的或部分移动的(例如，具有末端执行器的高架起重机或机械臂)。移动运输机40还可以包括“引擎”，诸如Kuka KMP1500移动平台，其可以被修改以与本文描述的系统30的各种部件通信。
一种形式的移动运输机40包括无线电源(未示出)，其可以是电池或自供电装置，诸如热电振动装置。当移动运输机40穿过工厂时，它们可以通过此类自供电装置产生一些电力。尽管未示出，但是本公开还设想充电站，其中移动运输机40被配置为当电力水平达到预定阈值时将其自身重新定位到充电站。移动运输机40可以重新定位自身，或者命令可以通过工厂配置模块60及其相关联的车队协调模块66来自监控控制模块50。
有利地，本公开还包括位于工厂10内的离散工作站处的模块化发电站，其中装备22中的至少一些被配置为连接到模块化发电站并且从模块化发电站断开。通常，模块化发电站被配置为供应电和/或加压流体。如本文所使用的，术语“流体”应被解释为指液体、气体或等离子体。例如，在一种情况下，加压流体可以是加压空气(或“车间空气”)来操作气动工具。
参考图6，示出了模块化发电站的一个此类示例，并且总体上由附图标记100指示。在这种形式中，模块化发电站100包括凹陷在工厂10的地板104内的电源连接件102。这种形式的电源连接件102是具有内螺纹的中空导电柱。移动运输机40还包括电源管脚106，在这种形式中，电源管脚106具有外螺纹，并且与内部马达(未示出)接合，用于电源管脚106的旋转以及与地板104中的电源连接件102接合。此外，移动运输机40和地板104两者上的接地垫108提供其间的电接地。随着移动运输机40的电源管脚106旋转并且向下平移，与电源连接件102的螺纹接合将移动运输机40拉向地板104，直到接地垫108形成物理接触。
如进一步示出的，移动运输机40包括具有锥形突起112的下表面110，并且地板104包括对应的锥形凹部114。因此，移动运输机40可以更容易地定位并且与模块化发电站100接合。应理解，模块化发电站100的这种特定布置仅是示例性的，并且不应被解释为限制本公开的范围。
在本公开的另一种形式中，移动运输机40和装备22(例如，机器人)被配置用于无线电力传送。换句话说，如果一个部件(例如，装备22)上的电力水平低于阈值并且另一个部件(例如，移动运输机40)的电力水平高于上限阈值，则移动运输机40和装备22中的一者或两者能够彼此充电用于充电的命令可以来自监控控制模块50，或者充电可在移动运输机40和装备22本地进行。
现在参考图7，示出了根据本公开的教导的方法，并且总体上由附图标记200指示。方法200包括如先前阐述的操作在整个工厂内的不同工作站处具有装备的工厂，并且包括：在监控控制模块处接收来自所述装备的状态信息和动态输入；将状态信息和动态输入与工厂的3D模型和工厂配置模块中的多个预定的工厂配置进行比较以确定装备的新位置；将新位置从工厂配置模块传送到所述监控控制模块；以及将控制信号从监控控制模块传输到多个移动运输机，以接合并且重新定位从比较步骤中识别的需要重新定位的装备，其中多个移动运输机接合装备并且将装备运输到整个工厂内的新位置。
来自装备的状态信息(其是如上面阐述的动态输入的一部分)直接从装备、从人机接口或者其组合传输。此外，监控控制模块确定如先前阐述的用于装备重新定位的顺序和路径，并且在一种形式中，利用先前描述的路径规划模块。装备的新位置可以包括新工作站、维护位置或备用位置等。
在所述方法的一个变型中，监控控制模块接收来自工厂配置模块的指示生产停工时间的输入，并且将控制信号传输到多个移动运输机，以在生产停工时间期间接合并且重新定位装备。
有利地，根据本公开的教导的系统被配置用于根据装备的状态、制造需求、自由空间、移动装备的时间和距离以及工厂/车间内的其他约束来自主地重新配置工厂/车间。以下用例的示例被提供来展示系统30的灵活性和敏捷性，并且为了进一步的实现，并且不应被解释为限制本公开的范围。
示例1：同一装配生产线上的多种车辆型号
为了在同一装配生产线上完成装配多个车辆，用于所有车辆和型号变化的正确支架、零件和工具(“装备”)在最终装配时应始终保持在生产线侧(并且这甚至不考虑喷漆或车身操作)。型号混合可以使得对于从装配生产线下来的每十辆轿车，七个是一个型号，两个是另一个型号，并且一个是又一个型号。对此从逻辑上进行设置是一个挑战，由于生产线和制造方面两者的限制，导致使得无法构建各种车辆特征。
根据本公开的教导，可在短时间(例如，在周末)内重新配置工厂，因此一周构建一个型号，然后在下一周构建另一个型号，可能会在周中进行一夜之间的重新配置。然后可在下周将工厂重新配置回不同的型号装配。在任何给定的时间，工厂都致力于构建一个车辆型号，从而允许针对每个车辆装配生产线的更加多样化的专业化。
示例2：按需制造
本公开的教导还使得能够基于对供应商/客户的需求和位置来改变工厂构建的东西。目前，许多工厂被设计成制造单一辆车，但是随着车辆需求的增加或减少，制造商可能希望拥有更多或更少的工厂来生产车辆。如果重新配置的成本和时间显著地减少，则可在停工期间完成大修，以开始生产新的车辆生产线。
示例3：推出新车辆
推出新车辆型号，尤其是畅销车辆，提出了独特的挑战。在过渡期间，存在保持生产线尽可能长时间运行和尽可能短时间关闭的强烈动机。本公开的教导提供一种快速地重新配置工厂的方式，潜在地使得工厂能够在新的和旧的型号生产线类型之间快速地转换(例如，周末或其他正常停工时间)。以这种方式，可在整条生产线上生产若干测试生产车辆，但是随着新车辆过程的问题被调查和解决，生产然后可以切换回标准车辆生产。
示例4：实时重新配置
本公开的教导还使得在工人仍在装配生产线上工作时能够对工厂进行重新配置，从而减少停工时间。最极端的情况是使得能够为每辆车重新配置车间，使得能够在任何车间以任何顺序生产任何车辆。
示例5：快速更换故障装备
本公开的教导还使得能够快速更换故障装备。当装配生产线上的装备出现故障时，可以快速将更换装备调度到所述位置，并且可以将损坏的装备转移到服务中心进行维修。
示例6：即时(JIT)工厂重新配置
通过利用本公开的教导快速地重新布置工厂的能力，可以重新构想工厂布局，其中当其他车辆需要导航通过空间时，零件/工具“及时”地从生产线移开。这为车间布局设计提供独特的灵活性。
附加示例
以下是本公开的各种形式以及使用本公开的教导可以配置工厂的不同方式的其他非限制性示例。
由于当前的车辆供应或客户需求，工厂可以决定转而生产特定的车辆，诸如，举例来说，Mustang。车间管理人员将为Mustang装配生产线选择预定的工厂配置。工厂配置模块60然后将开始比较工厂中当前可用的装备。如果所有装备都可用，则工厂配置模块60随后继续为移动运输机40创建所有移动路线连同完成工厂重新配置的估计时间。如果所需装备22丢失，工厂配置模块60警告车间管理人员，所述车间管理人员可以相应地执行纠正措施。一旦完成转换，车间管理人员就可以指示系统30执行所述改变。无论是通过(1)人、(2)移动运输机40、(3)机械臂(装备22的一种形式)、还是(4)装备22能够自我分离，系统30都将开始断开过程。一旦足够数量的装备22被断开，监控控制模块50就部署移动运输机40连同辅助自主牵引机和叉，以开始重新布置装备。当第一组装备22被移动/放置时，其他的装备22可以被断开。一旦装备22到达其最终目的地，就可在装备22的其余部分被移动/放置时开始被钩住并且固定它。重新配置完成后，工人在周末或长时间休息后返回工作岗位。
在工厂开始销售其制造能力的同时，新的车辆型号(诸如，举例来说，新的Bronco)变得非常受欢迎并且超出了所有的预期。根据本公开的教导，用于先前型号(诸如Escape)的车间的3D模型可以被重新设计成Bronco工厂。一旦完成，可以将规划发送给车间管理人员进行审查。车间管理人员可以将规划加载到系统30中，所述系统30将对照新工厂配置所需的装备22来检查现有装备22的可用性。在重新配置发生之前，任何丢失的装备22都可以被运送到工厂。一旦所有装备22可用，就可以按照先前示例中大体上相同的步骤来重新配置工厂。最后，雇员返回工作岗位，开始装配Bronco，弥补供应短缺，同时不再过度生产Escape。
随着新型号/车辆的推出，测试新的工厂配置将如何工作是一项挑战，因为它对在工厂制造的现有产品是破坏性的。一旦对装配生产线进行了改变，它们就可能是永久性的，这意味着旧车辆可能无法在同一装配生产线上制造，至少不能以与以前相同的方式制造。为了减少与新型号/车辆的推出相关联的低效率，系统30可以用于在定期安排的休息期间在旧的和新的装配生产线之间切换。工程师可以设计新型号车辆的工厂配置，将其提交给车间管理人员以用于工厂重新配置过程的批准和初始化。在重新配置回原始装配生产线之前，工厂可在测试期间制造新的车辆。工程师可在这段较短的测试时间内收集数据，以确定对工厂布局的潜在改善，以供将来进行测试。这种在新旧之间切换的过程(其中每次迭代都不同)允许敏捷开发和潜在工厂改变的反馈。一旦准备好推出车辆，许多不同的潜在工厂配置可能已经被测试，使得在用于执行推出的最终重新配置之前能够选择更优化的配置。
尽管非常具有挑战性，但是本公开的教导的变型可以用于在主动操作期间改造工厂。由于车辆是分阶装配的，因此仅需要在车辆到达之前完成车辆制造的下一分阶的工厂配置。系统30可在较短的停工时间(例如，午餐时间)期间执行部分车间重新配置。以这种方式，可在继续构建车辆时逐段地重新配置工厂。例如，系统30将开始调度移动运输机40，使得当工人的午餐开始时，移动运输机40在装配生产线处。当工人外出吃午饭时，在他们的装配生产线的部分上发生工厂重新配置过程。当工人吃完午饭回来时，他们将构建完全不同的车辆。工人甚至可以基于新的规划和工作配置被安排到新的工作地点或获得大量文本消息。
在一些情况下，移动运输机40可以按顺序移下装配生产线，从而针对每辆车调整过程。所述过程可以使得能够为极其可定制的车辆构建单元，并且循环使用诸如特殊贴花的改装店中的装备。对于少量车辆，可以将机器人带到工作，而不是将工作移动到机器人。
本公开设想了当机器人操纵器在装配生产线上发生故障时的又一个应用。当发生这种情况时，暂停生产，直到可以维修或更换操纵器。使用本文概述的系统30，当向车间管理人员发出关于装备故障的呼叫时，她可以简单地在工厂配置模块60中标记要更换的装备22。然后，系统30使移动运输机40断开并且移除故障的机器人操纵器，同时调度一个或多个移动机器人以安装更换操纵器。以这种方式，由于在装配期间不需要在生产线侧对故障装备进行维修，因此可以减少装配生产线的总停工时间。
本公开的自动化工厂重新配置系统30相对于传统解决方案的优点在于几乎没有人为错误的空间。还实现了在不需要拆卸和重新铺设混凝土或其他基础设施的情况下保留改变工具和过程位置的能力。当工人下班时(例如，休息时或季节性停工时)，工厂可以改变配置。更加敏捷的工厂环境允许工人更容易、更快、更便宜地实现流程改善。本公开提供更完整的端到端解决方案，包括规划阶段、装备的物理移动和安装以及工厂的完全重新配置。
在附图中，如箭头所指示的箭头的方向通常展示了图示所感兴趣的信息流(诸如数据或指令)。例如，当要素A和要素B交换多种信息，但是从要素A传输到要素B的信息与图示相关时，箭头可从要素A指向要素B。该单向箭头并不暗示没有其他信息从要素B传输到要素A。此外，对于从要素A发送到要素B的信息，要素B可向要素A发送对信息的请求或对信息的接收确认。
在本应用中，术语“模块”和/或“控制器”可指代以下项、是以下项的一部分或包括以下项：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字离散电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；可组合的逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用或群组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用或群组)；提供所描述的功能性的其他合适的硬件部件；或者上述的一些或全部的组合，诸如在片上系统中。
术语“存储器”是术语“计算机可读介质”的子集。如本文所使用的术语计算机可读介质不涵盖通过介质(诸如在载波上)传播的暂时性电信号或电磁信号；因此，术语计算机可读介质可被认为是有形的和非暂时性的。非暂时性的有形计算机可读介质的非限制性示例为非易失性存储器电路(诸如，快闪存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读电路)、易失性存储器电路(诸如，静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁性存储介质(诸如，模拟磁带或数字磁带或硬盘驱动器)以及光学存储介质(诸如，CD、DVD或蓝光光盘)。
本申请中所描述的设备和方法可由专用计算机部分地或完全地实现，所述专用计算机通过将通用计算机配置为执行计算机程序中体现的一种或多种特定功能来创建。功能框、流程图组成部分和上述其他元件用作软件规范，所述软件规范可通过技术人员或程序员的常规工作而被转译成计算机程序。
除非本文另有明确指示，否则指示机械/热性质、组成百分比、尺寸和/或公差或其它特性的所有数值在描述本公开的范围时应理解为由词语“约”或“大约”修饰。出于各种原因期望进行这种修改，所述原因包括：工业实践；材料、制造和装配公差；以及测试能力。
如本文所使用，短语A、B和C中的至少一个应被解释为使用非排他性逻辑或表示逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为表示A中的至少一个、B中的至少一个、以及C中的至少一个。
本公开的描述本质上仅是示例性的，并且因此不脱离本公开的实质的变型意图在本公开的范围内。不应将此类变型视为脱离本公开的精神和范围。
根据本发明，提供了一种用于重新配置工厂的系统，所述工厂在整个工厂内的不同工作站处具有装备，所述系统具有：多个移动运输机，其被配置为接合装备并且将装备运输到整个工厂内的不同工作站，每个移动运输机具有发射器、接收器、至少一个接近传感器和用于接合装备的接合机构；工厂配置模块，其具有工厂的3D模型和多个预定的工厂配置；以及与多个移动运输机、装备和工厂配置模块通信的监控控制模块，其中多个移动运输机被配置为从监控控制模块接收指令，以基于预定的工厂配置和动态输入在整个所述工厂内接合并且重新定位装备。
根据实施例，工厂配置模块还包括工厂配置规划模块，所述工厂配置规划模块具有基于预定的工厂配置和动态输入来确定装备的新位置的算法。
根据实施例，监控控制模块还包括路径规划模块，所述路径规划模块具有基于由工厂配置模块确定的新位置来确定多个移动运输机的行进路径的算法。
根据实施例，本发明的特征还在于位于工厂内的离散工作区域处的多个模块化发电站，其中装备中的至少一些被配置为连接到多个模块化发电站和从多个模块化发电站断开。
根据实施例，多个模块化发电站被配置为供应电和加压流体中的至少一者。
根据实施例，模块化发电站包括：电源连接件，其凹陷在工厂地板内；以及至少一个接地垫，其设置在工厂地板内。
根据实施例，电源连接件具有内螺纹，并且多个移动运输机中的每个包括：外螺纹电源管脚；下表面，其具有至少一个接地垫；以及内部马达，其中内部马达旋转外螺纹电源管脚，以将外螺纹电源管脚固定到多个模块化发电站中的模块化发电站的在地板中的电源连接件，这将每个移动运输机的下表面拉向地板，使得移动运输机的接地垫和模块化发电站形成物理接触。
根据实施例，多个移动运输机中的每个包括具有锥形突起的下表面，并且地板包括对应的锥形凹部，以定位并且接收每个移动运输机的锥形突起。
根据实施例，移动运输机中的每个包括无线电源。
根据实施例，本发明的特征还在于充电站，其中所述多个移动运输机被配置为当电力水平达到预定阈值时将其自身重新定位到充电站。
根据实施例，装备包括被配置为与监控控制模块通信的机器人。
根据实施例，本发明的特征还在于在整个工厂内设置的多个传感器，所述传感器被配置为将几何、热、声学、振动和光学数据中的至少一者传输到监控控制模块。
根据实施例，几何数据包括工厂内的对象的静态和动态位置。
根据本发明，一种操作工厂的方法，所述工厂在整个工厂内的不同工作站具有装备，所述方法包括：在监控控制模块处接收来自所述装备的状态信息和动态输入；将状态信息和动态输入与工厂的3D模型和工厂配置模块中的多个预定的工厂配置进行比较以确定用于装备的新位置；将新位置从工厂配置模块传送到所述监控控制模块；以及将控制信号从监控控制模块传输到多个移动运输机，以接合并且重新定位从比较步骤中识别的需要重新定位的装备，其中多个移动运输机接合装备并且将装备运输到整个工厂内的新位置。
在本发明的一个方面，直接从装备、从人机接口或其组合传输来自装备的状态信息。
在本发明的一个方面，移动运输机将状态信息传输到监控控制模块，所述状态信息包括位置、电力水平和系统状态。
在本发明的一个方面，监控控制模块确定用于装备重新定位的顺序和路径。
在本发明的一个方面，当电力水平达到预定阈值时，多个移动运输机自动地移动到充电站。
在本发明的一个方面，装备的新位置选自由新工作站、维护位置和备用位置组成的组。
在本发明的一个方面，监控控制模块接收来自工厂配置模块的指示生产停工时间的输入，并且将控制信号传输到多个移动运输机，以在生产停工时间期间接合并且重新定位装备。

Claims (15)

1.一种用于重新配置工厂的系统，所述工厂在整个所述工厂内的不同工作站处具有装备，所述系统包括：
多个移动运输机，其被配置为接合所述装备并且将所述装备运输到整个所述工厂内的所述不同工作站，每个移动运输机具有发射器、接收器、至少一个接近传感器和用于接合所述装备的接合机构；
工厂配置模块，其具有所述工厂的3D模型和多个预定的工厂配置；以及
监控控制模块，其与所述多个移动运输机、所述装备和所述工厂配置模块通信，
其中所述多个移动运输机被配置为从所述监控控制模块接收指令，以基于所述预定的工厂配置和动态输入在整个所述工厂内接合并且重新定位所述装备。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述工厂配置模块还包括工厂配置规划模块，所述工厂配置规划模块具有基于所述预定的工厂配置和所述动态输入来确定所述装备的新位置的算法。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中所述监控控制模块还包括路径规划模块，所述路径规划模块具有基于由所述工厂配置模块确定的所述新位置来确定所述多个移动运输机的行进路径的算法。
4.根据权利要求1所述的系统，其还包括位于所述工厂内的离散工作区域处的多个模块化发电站，其中所述装备中的至少一些被配置为连接到所述多个模块化发电站和从所述多个模块化发电站断开。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述多个模块化发电站被配置为供应电和加压流体中的至少一者。
6.根据权利要求4所述的系统，其中所述模块化发电站包括：
电源连接件，其凹陷在所述工厂的地板内；以及
至少一个接地垫，其设置在所述工厂的所述地板内。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述电源连接件具有内螺纹，并且所述多个移动运输机中的每个包括：
外螺纹电源管脚；
下表面，其具有至少一个接地垫；以及
内部马达，
其中所述内部马达旋转所述外螺纹电源管脚，以将所述外螺纹电源管脚固定到所述多个模块化发电站中的模块化发电站的在所述地板中的所述电源连接件，这将每个移动运输机的所述下表面拉向所述地板，使得所述移动运输机的所述接地垫和所述模块化发电站形成物理接触。
8.根据权利要求6所述的系统，其中所述多个移动运输机中的每个包括具有锥形突起的下表面，并且所述地板包括对应的锥形凹部，以定位并且接收每个移动运输机的所述锥形突起。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述移动运输机中的每个包括无线电源。
10.根据权利要求1所述的系统，其还包括充电站，其中所述多个移动运输机被配置为当电力水平达到预定阈值时将其自身重新定位到所述充电站。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述装备包括机器人，所述机器人被配置为与所述监控控制模块通信。
12.根据权利要求1所述的系统，其还包括设置在整个所述工厂内的多个传感器，所述传感器被配置为将几何、热、声学、振动和光学数据中的至少一者传输到所述监控控制模块。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述几何数据包括所述工厂内的对象的静态和动态位置。
14.一种操作工厂的方法，所述工厂在整个所述工厂内的不同工作站处具有装备，所述方法包括：
在监控控制模块处接收来自所述装备的状态信息和动态输入；
将所述状态信息和动态输入与所述工厂的3D模型和工厂配置模块中的多个预定的工厂配置进行比较，以确定用于所述装备的新位置；
将所述新位置从所述工厂配置模块传送到所述监控控制模块；以及
将控制信号从所述监控控制模块传输到多个移动运输机，以接合并且重新定位从比较步骤识别的需要重新定位的装备，其中所述多个移动运输机接合所述装备并且将所述装备运输到整个所述工厂内的所述新位置。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述移动运输机将状态信息传输到所述监控控制模块，所述状态信息包括位置、电力水平和系统状态。
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