CN113811827A - 基于定位系统对生产进程模拟的生产系统及生产控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生产设备(12)的数字模型(30)。数字模型(30)构造用于产生生产设备(12)的生产流程的模拟。控制装置(20)能够利用模拟来最优地运行生产设备(12)。数字模型(30)构造用于为了完成模拟而使用定位系统(22)的数据。定位系统(22)监测用于运输构件(16)的载体(18)。控制装置(20)能够构造用于：将模拟结果的参数与较早的模拟结果的相应的参数和/或较早的生产流程的实际上取得的参数进行比较。较早的模拟结果的该参数和/或实际上在生产运行时取得的参数能够存储在模型库(32)中。控制装置(20)通过本发明能非常有效地控制生产设备(12)。此外，本发明涉及一种相应地执行的生产控制方法。

Description

基于定位系统对生产进程模拟的生产系统及生产控制方法

技术领域

本发明涉及一种生产系统和一种生产控制方法。

背景技术

已知的是，尤其在金属处理中(优选在板材处理中)，设置具有生产设备的经优化的生产系统用于制造构件，其中，生产设备包括多个生产工具。材料(或构件)在这些生产工具之间的运输通过可移动的载体进行。

由于这些生产工具的不同的加工时间和这些载体的变化的运输路线，经常发生的是，生产工具和/或载体没有得到充分利用。于是，生产系统无效率地工作。

此外，已知建立对生产进程的模拟。然而，这种模拟的建立包含着高耗费。直至模拟发挥作用并且回答相关的问题为止，这可能持续几个月。

发明内容

本发明的任务在于，提出一种有效的生产系统或生产控制方法。

根据本发明，该任务通过一种根据专利权利要求1的生产系统和一种根据专利权利要求9的生产控制方法来解决。从属权利要求给出了优选的拓展方案。

因此，根据本发明的任务通过一种具有以下特征的生产系统解决：

a)生产设备，该生产设备具有用于制造构件的生产工具。该生产设备具有用于在生产工具之间运输构件的载体和/或运输辅助器件。这些载体可以例如以自动式(或自走式)和/或远程控制的车(Wagen)的形式构造。

b)控制装置，该控制装置基于生产数据来控制生产设备；

c)定位系统，该定位系统构造用于确定载体、运输辅助器件、生产工具和/或构件的位置。在此，定位系统构造用于：

i)求取移动单元的位置，和/或

ii)检测被存储在移动单元上的识别信息，

并且，将载体、运输辅助器件、生产工具和/或构件的如此所求取到的位置数据向控制装置传输；

d)生产设备的数字模型，所述数字模型用于模拟生产流程。在此，这种模拟是基于来自定位系统的数据。这应意味着，这种模拟主动地利用了定位系统的数据，以建立数字模型。

生产数据例如是指这样的数据：这些数据确定出构件的生产过程，例如以如下形式：组件A由材料(ST)构成，具有尺寸(x，y，z)，并且在LS型的激光切割设备上按所期望的轮廓进行切割，然后在TP型的折弯机上根据设计图MP进行弯曲等等。

对生产设备进行控制的控制装置设计用于：使用这些生产数据，以便对构件的生产进行控制。在此，可以在控制装置中设置生产步骤的顺序：在生产工具之间的运输、可能必要的中间仓储、重新分类、以及更多诸如此类等。在此，单个生产步骤可以由相应的生产工具全自动地执行。于是，控制装置可以设计用于：(必要时经整理地)给相应的工具机提供相应的数据以供使用。必要时，相应地配备的生产工具可以向控制装置报告由它们执行的生产步骤的状态和成效。对于自动化程度较低的其他生产工具和工作步骤，工人的操作是必要的(例如分类整理、夹紧、材料的供给或者多个弯曲过程)。在这里，频繁地手动反馈生产步骤的状态和(如有必要的)成效。本发明的优点在具有这种生产工具的生产设备中尤其明显，这是因为通过定位系统可以追踪(跟踪)载体和/或构件的位置数据、关于停留时间、状态、成效和工作步骤的情况。

也可以将多个构件联合成一个构件复合体(Bauteilverbund)。构件复合体是指有组织地相互连接的多个构件的集合，这些构件例如属于一个共同的生产任务或者一起经历多个生产步骤。可以有利的是，借助定位系统来分别求取构件复合体的位置数据，并且将这些数据提供给数字模型以供使用。

这些构件(或构件复合体)可以布置在一个或者多个运输辅助器件上或者可以布置在一个或者多个运输辅助器件中。运输辅助器件例如可以是托盘(运输托盘)或者收集容器(运输箱、盒、罐)。这些运输辅助器件可以与载体一同运输。多个构件和/或构件复合体可以布置为用于在运输辅助器件上被运输。附加地或者替代地，可以给每个运输辅助器件配属有用于定位的移动单元。可以有利的是，借助定位系统分别求取运输辅助器件的位置数据并且将这些数据提供给数字模型以供使用。

附加地或替代地，可以给每个载体配属有用于定位的移动单元。可以有利的是，借助定位系统分别求取载体的位置数据并且将这些数据提供给数字模型以供使用。

在许多生产设备中也使用可移动的工具，例如手操纵的工具，例如钻孔机、清毛刺工具、手锯、屈挠机、例如冲压式焊接式或感应式加热单元等这样的可运动的机器。可以有利的是，借助定位系统分别求取可移动的工具的位置数据并且将这些数据提供给数字模型以供使用。为此，也可以给可移动的工具配属有移动单元，并且该移动单元尤其紧固在该工具上。

移动单元可以配属于载体、运输辅助器件、构件和/或构件复合体并且尤其也配属于可移动的工具。这应意味着：

a)这种移动单元布置在工具、载体、运输辅助器件、构件和/或构件复合体的附近，并且

b)这种移动单元也以数据技术方式配属于该工具、载体、运输辅助器件、构件和/或构件复合体，也即例如配属于控制装置的生产数据和/或配属于用于模拟的数字模型。

移动单元可以构造成发送接收单元，所述发送接收单元构造用于：接收和发出电磁信号。在此，这些信号的传播时间可以由定位系统求取，并且可以由此求取在生产设备中的瞬时位置。以这种方式可以实现具有1m或更小(尤其是30cm或更小)的精度的定位。这些单元的定位可以每分钟多次地(尤其是每秒多次地、特别优选每1/10秒多次地)被检测。

在本发明的框架下，已表明有利的是，获得针对模拟的产生和参数化相关的输入数据。这些输入数据可以通过定位系统获得，所述定位系统被引入到数字化程度不断提高的多个生产设备中。载体、运输辅助器件、构件和/或构件复合体的如此所求取到的位置数据可以被使用于：持续地进一步改善用于模拟的数字模型。在此，上述位置确定过程的精度特别适合于使数字模型适合于模拟。

因此，根据本发明的生产系统包括生产设备的能模拟在生产设备中的流程的数字模型。载体的数据及其运动模式的数据被存储在数字模型中。除此之外，数字模型可以构造用于：考虑生产工具的工作过程。由此，数字模型可以生成用于特别有效的生产流程的建议，这些建议考虑到载体、运输辅助器件、构件和/或构件复合体以及可能还有工具的运动。事实表明，定位系统的数据在生产流程的模拟中的考虑促成了出人意料地有效的生产流程。

这种模拟优选以物流模拟的形式存储。这指的是，构件在时间上的位置改变(物流)以模拟的形式存储。

优选地，至少一个生产工具以金属加工工具(尤其板材加工工具、尤其冲压机和/或激光切割机)的形式构造。至少一个构件(或工件)能够以板材件形式构造。

优选地，生产系统的控制装置构造用于：基于模拟来执行对生产设备的控制。由此可以实现生产设备的自动化优化。

这种控制基于生产设备的生产数据进行。如先前所描述地，这些生产数据至少包括载体的定位系统的数据。在本发明的一种优选的构型中，生产数据此外包括：生产工具的以上所提及的工作过程、生产工具的布置、生产工具的特征参数和/或构件数据。生产工具的特征参数可以例如是：激光射束强度、激光射束焦点、所使用的弯曲工具、通过速度、进给速度、在脉冲式运行中的脉冲比例、功率、能量等等，所有这些尤其涉及相应的工作步骤。构件数据的特征参数可以例如是：材料、轮廓、尺寸、变形度(Verformungen)、厚度等等。

在本发明的一种特别优选的构型中，生产系统具有模型库(Modellbibliothek)，该模型库具有经模拟的和/或实际上执行的生产流程。在这种情况下，控制装置可以构造用于：将在数字模型中所模拟的生产流程与模型库的生产流程进行比较。于是，控制装置可以决定或允许使用者决定：是使用新模拟的生产流程，还是采用已存储在模型库中的生产流程。

进一步优选地，模拟、数字模型和/或模型库基于云地构造。这使得能够采用多个生产设备的实际的和/或模拟的生产流程，并且与此同时实现先前所说明的生产设备的非常有效的优化可能性。在这里，云(Cloud)是指尤其在位置上远离的(优选匿名化的)数据处理装置(尤其存储装置)。在该数据处理装置中可以存储多于一个(有利地为数百个或数千个)不同的使用者的数据。由此，各种模拟或者模型可以与生产地点无关地助于优化所述方法。已经认识到的是，如果已读出数百种(尤其数千种)模拟，则可以明显地改善所说明的方法。这种数据量对于单个生产设施而言通常无法在一年内实现。

定位系统可以构造成超宽带系统(Ultra Wideband，UWB)，以便能够实现定位的高精度。例如，在DE 10 2017 120 378 A1中或者在直至申请日尚未公开的具有标题“超宽带的定位系统和方法(Ultra-Wideband Location Systems and Methods)”的申请PCT/FR2019/000057中说明了一种这样的系统作为室内定位系统。如在此所说明地，这种系统可以集成在尚未数字地联网的生产设备中，并且有助于在没有过多投资的情况下推进数字联网。同时，不但在空间上并且同时在时间上能够检测出可由此获得的关于生产流程的数据。以此方式，无需在硬件方面进一步投资就可以获得用于生产流程的模拟的数据。DE 102017 120 378 Al和PCT/FR2019/000057的内容通过引用而完全并入本发明。

特别优选地，定位系统构造用于：以1m或者小于1m(优选小于0.3m)的精度检测移动单元、载体、运输辅助器件、构件和/或构件复合体和可能还有工具的位置。这进一步提高了生产设备的优化可能性。定位系统可以进一步构造用于：三维地检测所述位置。于是，不仅在生产设备的平面内的位置数据而且还有在高度上的位置数据可以被检测并被输入到模拟中。

数字模型可以具有生产设备的一部分的或者整个生产设备的地图。地图可以具有关于生产工具和/或构件以及尤其它们的位置和方位取向的信息。

载体可以具有图像采集模块、尤其分别具有激光扫描仪和/或摄像机，以便检测这些载体的周围环境，尤其以便更新地图。

载体和/或运输辅助器件可以具有至少一个另外的传感器。尤其是，载体可以具有惯性测量单元(“inertial measurement，IMU”)，该惯性测量单元尤其具有多个惯性传感器(如加速度传感器和转速传感器)的组合。

载体和/或运输辅助器件可以具有发射器接收器系统，用于例如基于射频识别(radio-frequency identification，RFID)自动地且无接触地识别且定位所述载体。

控制装置可以具有接口，以便处理生产工具的日志文件。

在本发明的一个构型中，至少一个生产工具可以具有用于对载体进行装载及卸载的装卸区。在这种情况下，生产系统可以具有图像拍摄单元，所述图像拍摄单元构造用于：检测在装卸区中的图像信息。此外，定位系统可以具有图像分析处理单元，所述图像分析处理单元构造用于：在使用图像信息的情况下求取一载体的位置和/或状态(尤其该载体的装载情况)。这些图像拍摄单元可以借助于虚拟现实(virtual reality，VR)系统或者增强现实(augmented reality，AR)系统得以扩展。

此外，根据本发明的任务由生产系统(尤其这里所说明的生产系统)的一种生产控制方法解决，其中，生产控制方法至少具有以下步骤：

A)将载体、运输辅助器件、生产工具和/或构件的位置和/或识别信息进行读入，其中，这种读入通过定位系统进行；

B)对生产流程进行模拟，其中，这种模拟基于定位系统的数据；

D)对生产设备进行控制。优选地，这种控制基于根据步骤B)的生产流程的模拟进行。

该生产控制方法优选在步骤B)和D)之间具有以下步骤：

C)将经模拟的生产流程与存储在模型库中的先前所模拟的和/或实际上执行的生产流程进行比较。

由此，可以特别有效地优化这里所说明的生产控制方法。

为了获得尽可能广泛的模型库，在任何情况下都优选地保存经模拟的生产流程，无论生产过程实际上是用这个经模拟的生产流程执行还是用先前所存储的生产流程执行。

从说明书和附图得出本发明的另外的优点。同样地，以上所提到的和还进一步实施的特征也可以根据本发明就自身而言分别单个地使用或者多个地以任意的组合使用。所示出的和所说明的实施方式不可理解为最终的列举，而更确切地说具有对于本发明的叙述而言示例性的特征。

这种模拟可以将其结果提供给另外的虚拟现实(VR)系统或者增强现实(AR)系统以供使用于进行生产计划。这种模拟可以利用这个另外的虚拟现实(VR)系统或者增强现实(AR)系统的数据以便进行生产计划。

此外，根据本发明的任务通过在这里所说明的定位系统的数据(尤其位置数据)在先前所说明的生产控制方法和/或生产系统中的利用和/或使用来解决。这些位置数据尤其是载体和/或构件和/或运输辅助器件和/或工具的位置数据，所述位置数据在生产设备运行时被检测，以便追踪构件(或工件)。

附图说明

图1示出根据本发明的生产系统或根据本发明的生产控制方法的示意性的视图。

具体实施方式

图1示出具有生产设备12的生产系统10，所述生产设备12包括多个生产工具14。这些生产工具14用于制造构件16。优选地，至少一个生产工具14以金属加工工具或者板材加工工具(尤其冲压机和/或激光切割机)形式构造。至少一个构件16能够以板材件形式构造。

至少一个构件16(尤其多个构件16、尤其组装成构件复合体的多个构件16)由载体18在生产工具14之间运输。载体18由控制装置20控制并由定位系统22追踪(跟踪)或监测。定位系统22可以具有多个发送接收单元，以便通过计算在发送器与载体18之间的信号传播时间来确定载体18在生产设备12中的位置。这些发送接收单元可以构造用于：接收和发出电磁信号。在此，这些信号的传播时间可以由定位系统22求取，并且可以由此求取在生产设备12中的瞬时位置。这些发送接收单元中的多个可以是固定地安装的单元，这些单元的位置对于定位系统22是已知的。在此，载体18在定位系统22中的识别是借助于移动单元24进行，这些移动单元24分别间接地或者直接地布置或者构造在载体18上。替代或者附加地可以将另外的移动单元配属给运输辅助器件、构件和/或构件复合体以及可能地也配属给工具。由此也可以跟踪这些单元的位置。

这些移动单元24本身可以构造成发送接收单元，这些发送接收单元构造用于接收和发出电磁信号(由虚线17标明)。在此，这些信号的传播时间可以由定位系统22求取，并且可以由此求取在生产设备12中的瞬时位置。以这种方式可以实现具有1m或者更小、尤其是30cm或者更小的精度的定位。

这些移动单元24可以配属给载体18、运输辅助器件19和/或单个构件16和/或构件复合体以及工具23。于是，可以进行定位系统22的数据与生产控制的任务之间的配属(Zuordnung)。

载体18的卸载和装载可以(尤其由图像拍摄单元26、例如摄像机)以被监测方式在生产工具14的装卸区28中进行。在此，为了优化生产设备12，控制装置20可以构造用于采用图像拍摄单元26的数据。例如，在文献DE 10 2016 120 131 A1中说明了这种系统。DE 102016 120 131 A1的内容通过引用而全面地并入。

控制装置20采用生产设备12的数字模型30。在数字模型30中可以执行生产设备12的生产流程的模拟。这种模拟基于定位系统22的数据。由此使得这种模拟变得更精确。

在定位系统22的数据被馈送至控制装置20之前，定位系统22的数据可以在数据处理及分析单元21中被处理。数据处理及分析单元21可以对位置数据进行整理，也就是例如将它们与生产工具关联起来，将数据配属给确定的工作步骤，例如：运输A-B、在机器C上进行生产步骤、在机器D上进行生产步骤、在运输辅助器件E上进行分类整理及存放、借助载体F运输至弯曲机G等等。

但是，附加地或者替代地，定位系统22的数据也可以直接被馈送至控制装置20。然后，控制装置20可以在正在进行的生产期间(即在生产运行期间)改善模拟并且更新数字模型30。

但是，附加地或替代地，定位系统22的数据也可以直接被馈送至数字模型30。于是，数字模型30还可以在正在进行的生产期间更快速地改善模拟并且更新数字模型30。

附加地或替代地，定位系统22的数据在其被馈送至数字模型30之前可以由数据处理及分析单元21处理。

除了定位系统22的数据之外，生产工具14和/或图像拍摄单元26的数据可以纳入所述模拟中被考虑。

模拟(也就是模拟结果)可以被提供给控制装置20以供使用。此外，控制装置20可以构造用于访问具有多个模拟(或模拟结果)的模型库32。控制装置20可以构造用于：自动地和/或按照使用者的指令地以选择的方式借助在模拟时所使用的参数或者借助来自模型库32的参数执行对生产设备12的控制。

附加地或替代地，数字模型30可以构造用于：访问具有多个模拟(或模拟结果)的模型库32。数字模型30可以构造用于：自动地和/或按照使用者的指令地使用为了模拟而设置的参数或者使用来自模型库32的参数。

数字模型30和/或模型库32可以在云中构造，以便使多个使用者能够采用大数据集。

结合附图，本发明概括地涉及生产设备12的数字模型30。数字模型30构造用于：产生生产设备12的生产流程的模拟。控制装置20可以采用这种模拟，以便最优地运行生产设备12。数字模型30构造用于：为了建立这种模拟而使用定位系统22的数据。定位系统22尤其监测用于运输构件16的载体18。控制装置20可以构造用于：将模拟结果的参数与较早的模拟结果的相应参数和/或较早的生产流程的实际上所获得的参数进行比较。较早的模拟结果的这些参数和/或实际上所获得的参数可以存储在模型库32中。控制装置20通过本发明能非常有效地控制生产设备12。此外，本发明还涉及一种被相应地执行的生产控制方法。

附图标记列表

10 生产系统

12 生产设备

14 生产工具

16 构件

17 电磁信号

18 载体

19 运输辅助器件

20 控制装置

21 数据处理及分析单元

22 定位系统

23 工具

24 移动单元

26 图像拍摄单元

28 装卸区

30 生产设备的数字模型

32 模型库

Claims (17)

1.一种生产系统(10)，其中，所述生产系统(10)具有如下：

a)生产设备(12)，具有：

i)生产工具(14)，用于生产构件(16)，和

ii)载体(18)和/或运输辅助器件(19)，用于在所述生产工具(14)之间运输所述构件(16)；

b)控制装置(20)，用于基于生产数据控制所述生产设备(12)；

c)定位系统(22)，用于将布置或者构造在所述载体(18)、构件(16)、生产工具(14)或者运输辅助器件(19)上的移动单元(24)进行定位，其中，所述定位系统(22)设置用于：

i)求取所述移动单元(24)的位置，和/或

ii)检测已存储在所述移动单元(24)上的识别信息，

并且，将所述载体(18)、构件(16)、生产工具(14)和/或运输辅助器件(19)的由此所求取到的位置数据传输至所述控制装置(20)；

d)所述生产设备(12)的用于模拟生产流程的数字模型(30)，其中，所述模拟至少基于所述定位系统(22)的数据。

2.根据权利要求1所述的生产系统，在所述生产系统中，所述控制装置(20)构造用于：基于所述模拟的结果，执行对所述生产设备(12)的控制。

3.根据权利要求1或2所述的生产系统，在所述生产系统中，所述生产数据包括：生产流程、所述生产工具(14)的布置方式、所述生产工具(14)的特征参数和/或构件数据。

4.根据权利要求3所述的生产系统，其中，所述生产工具(4)的特征参数为以下项中至少一项：激光射束强度、激光射束焦点、所使用的弯曲工具、通过速度、进给速度、在脉冲式运行时的脉冲比例、功率、能量。

5.根据权利要求3或4所述的生产系统，其中，所述构件数据的特征参数为以下项中至少一项：材料、轮廓、尺寸、变形度、厚度。

6.根据以上权利要求中任一项所述的生产系统，在所述生产系统中，所述载体(18)和/或运输辅助器件(19)具有至少一个另外的传感器。

7.根据以上权利要求中任一项所述的生产系统，在所述生产系统中，所述生产系统(10)具有模型库(32)，所述模型库具有经模拟的和/或实际上执行的生产流程，其中，所述控制装置(20)构造用于：将在所述数字模型(30)中所模拟的生产流程与所述模型库(32)的生产流程进行比较。

8.根据权利要求7所述的生产系统，在所述生产系统中，所述模拟和/或所述模型库基于云地构造。

9.根据以上权利要求中任一项所述的生产系统，在所述生产系统中，所述定位系统(22)构造成超宽带系统。

10.根据以上权利要求中任一项所述的生产系统，在所述生产系统中，所述定位系统(22)设置用于：以小于1m、优选小于0.3m的精度来检测所述载体(18)的位置。

11.根据以上权利要求中任一项所述的生产系统，在所述生产系统中，至少一个生产工具(14)具有用于对载体(18)装载及卸载的装卸区(28)，

其中，所述生产系统(10)具有图像拍摄单元(26)，所述图像拍摄单元设置用于：检测在所述装卸区(28)中的图像信息，并且

其中，所述定位系统(22)具有图像分析处理单元，所述图像分析处理单元设置用于：在使用所述图像信息的情况下求取一载体(18)的位置和/或状态。

12.一种生产系统(10)的生产控制方法，所述生产系统尤其是根据以上权利要求中任一项所述的生产系统，所述生产控制方法包括以下步骤：

A)借助于定位系统(22)检测一载体(18)、运输辅助器件(19)、生产工具(14)和/或构件(16)的位置和/或识别信息；

B)模拟生产流程，其中，所述模拟至少基于由所述定位系统(22)所检测到的数据；

D)由控制装置(20)控制生产设备(12)，其中，所述控制尤其基于所述模拟的结果，尤其借助于所述生产设备(12)的数字模型(30)进行。

13.根据权利要求12所述的生产控制方法，所述生产控制方法包括以下步骤：

C)将经模拟的生产流程与存储在模型库(32)中的经模拟的和/或实际上执行的生产流程进行比较。

14.根据以上权利要求中任一项所述的生产系统或者生产控制方法，在所述生产系统或者所述生产控制方法中，所述模拟以物流模拟的形式存储。

15.根据以上权利要求中任一项所述的生产系统或者生产控制方法，其中，至少一个生产工具以金属加工工具、尤其板材加工工具、尤其冲压机和/或激光切割机的形式构造。

16.根据以上权利要求中任一项所述的生产系统或者生产控制方法，其中，至少一个构件或工件以板材件的形式构造。

17.根据以上权利要求中任一项所述的生产系统或者生产控制方法，其中，所述数字模型(30)具有所述生产设备(12)的一部分的或整个生产设备(12)的地图，并且，尤其是，所述地图具有关于所述生产工具和/或构件以及尤其它们的位置和方位取向的信息。

Images