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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Computerunterstützung der
Planung industrieller Fertigungsanlagen, wobei die Fertigungsanlage
mindestens teilweise in einer Fertigungsanlagen-Datenbasis quantitativ modelliert ist,
und wobei die in der Fertigungsanlagen-Datenbasis enthaltenen Daten
bezüglich
einer ausgewählten
Bezugsgröße automatisch
quantitativ ausgewertet werden, sowie eine Vorrichtung, ein Datenverarbeitungsprogramm,
Computerprogrammprodukt und Computerdatensignal hierfür.
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Aus
dem Stand der Technik sind Computersysteme zur Planung industrieller
Fertigungsanlagen bekannt, die eine Datenbasis umfassen, in der
ein realistisches, integriertes Computermodell einer Fabrikanlage enthalten
ist. Elemente des Modells reichen von einzelnen Arbeitsprozessen
bis hin zur vollständigen
Fabrikanlage, und das Modell enthält alle notwendigen Funktionen,
um die Planung, die Simulation, die technische Konstruktion, sowie
ferner die Produktion und Steuerung und Wartung automatisiert zu
unterstützen.
Dieser Ansatz ist auch als Digitale Fabrik bekannt.
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Derartige
Systeme nach dem Stand der Technik weisen jedoch den Nachteil auf,
dass sie die Planung zwar in produktionstechnischer Hinsicht, jedoch
nur ungenügend
in Umwelt-, Gesundheitsschutz- und Arbeitssicherheitsgesichtspunkten
(Environment, Health, and Safety, EHS) unterstützen.
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Zwar
sind aus dem Stand der Technik ebenfalls Umweltinformationssysteme
bekannt, jedoch beschreiben diese ein Gefährdungspotential eines technischen
Verfahrens in quantitativer und anderer Hinsicht, enthalten aber
keine Informationen über
die Anordnung der zu den verwalteten Umweltdaten gehörenden Elemente
in der Fertigungsanlage oder im Fertigungsprozess.
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Um
bei der Planung einer Fertigungsanlage und/oder des zugehörigen Fertigungsprozesses
sowohl technische wie auch Umwelt-, Gesundheitsschutz- und Arbeitssicherheitsfaktoren
zu berücksichtigen,
sind Benutzer herkömmlicher
Systeme für
die Planung industrieller Fertigungsanlagen gezwungen, aus unterschiedlichen
Planungs- und Simulationsprozessen stammende Informationen einzelfallbezogen
manuell zusammenzuführen,
was angesichts der De tailfülle
der zu planenden Elemente einer industriellen Fertigungsanlagen praktisch
nicht durchführbar
ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren zur Computerunterstützung der
Planung industrieller Fertigungsanlagen anzugeben, welches die technischen
Daten eines Planungsmodells einer industriellen Fertigungsanlage
derart mit EHS-Daten zusammenführt,
dass das Verfahren eine Planung von Fertigungsanlagen nach Umwelt-,
Gesundheitsschutz- oder Arbeitssicherheitsgesichtspunkten ermöglicht,
sowie eine Vorrichtung, ein Datenverarbeitungsprogramm, Computerprogrammprodukt
und Computerdatensignal hierfür.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1, sowie durch
die Merkmale der Patentansprüche
18, 19, 20 und 21, gelöst.
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Die
Erfindung nach Patentanspruch 1 lehrt ein Verfahren zur Computerunterstützung der
Planung industrieller Fertigungsanlagen, wobei die Fertigungsanlage
mindestens teilweise in einer Fertigungsanlagen-Datenbasis quantitativ
modelliert ist, und wobei die in der Fertigungsanlagen-Datenbasis
enthaltenen Daten bezüglich
einer ausgewählten
Bezugsgröße automatisch
quantitativ ausgewertet werden. Hierzu enthält das erfindungsgemäße Verfahren
die folgenden Schritte:
- – Auswählen mindestens einer Fertigungsprozessoperation
aus der Fertigungsanlagen-Datenbasis;
- – Auswählen eines
der Fertigungsprozessoperation zugeordneten Verarbeitungsparameters
aus der Fertigungsanlagen-Datenbasis;
- – Auswählen mindestens
einer Emissionsquelle, die der Fertigungsprozessoperation zugehörig ist,
aus der Fertigungsanlagen-Datenbasis;
- – Auswählen mindestens
einer Emissionssenke, die der Fertigungsprozessoperation zugehörig ist,
aus der Fertigungsanlagen-Datenbasis;
- – Berechnen
einer Emissionsgröße für die Fertigungsprozess-Operation
hinsichtlich der ausgewählten
Bezugsgröße anhand
der Verknüpfung
des Verarbeitungsparameters mit der Emissionsquelle und anhand des
Beitrags der Emissionssenke.
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Indem
im Laufe des Verfahrens eine Fertigungsprozessoperation ausgewählt wird,
für die
später
eine Emissionsgröße berechnet
wird, leistet das Verfahren eine Emissionsgrößenberechnung für einen
hohen Detailgrad von Modellelementen der Fertigungsanlagen-Datenbasis.
Auf diese Weise kann bei der Planung der Fertigungsanlage für jeden
Fertigungsprozessschritt die Berechnung relevanter EHS-Faktoren
durchgeführt werden.
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Die
an Fertigungsprozessoperationen orientierte Emissionsgrößenberechnung
ermöglicht
ferner eine Zusammenfassung von Emissionsteilberechnungen zu Ergebnissen,
die für
den Produktionsanlagen- und Produktionsablaufplanungsprozess praktikabel
sind. So kann etwa eine Fertigungsprozessoperation mehrere Verarbeitungsparameter
umfassen, die die Fertigungsprozessoperation näher spezifizieren. Ein Verarbeitungsparameter
kann etwa eine in der Fertigungsprozessoperation angewandte Verarbeitungstechnik
sein (beispielsweise Punktschweißen, Kleben, Schleifen).
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Durch
Auswählen
eines der Fertigungsprozessoperation zugeordneten Verarbeitungsparameters
und Auswählen
mindestens einer Emissionsquelle, die der Fertigungsprozessoperation
zugehörig
ist, werden die relevanten technischen Datenelemente der Fertigungsanlagenplanung
sowie EHS-bezogene Datenelemente ausgewählt, so dass sie zusammengeführt für die automatisierte
Berechnung der Emissionsgröße zur Verfügung stehen.
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Im
Rahmen der gesamten vorliegenden Patentanmeldung ist der Begriff
Emissionsquelle so zu verstehen, dass eine Emissionsquelle das zu
verarbeitende Bauteil sein kann (verzinktes Stahlblech), produktbezogenes
Prozessmaterial (etwa Klebstoff) oder Verbrauchs- oder Hilfsmaterial
(z. B. Treibstoff für
den Betrieb eines Aggregats der Fertigungsanlage), welches im Verarbeitungsprozess,
bezogen auf den (oder die) Verarbeitungsparameter, Emissionen freisetzt.
Das System ist ferner in der Lage, Abfälle in die Berechnung einzubeziehen,
indem es Abfälle
als Emissionen, Abfallquellen als Emissionsquellen und Abfallsenken
als Emissionssenken handhabt.
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Indem
eine Emissionssenke ausgewählt
wird, wird bei der Berechnung entstehender Emissionsgrößen die
Möglichkeit
der Planung von versorgungstechnischen Einrichtungen ermöglicht,
die sich mindernd auf eine Emissionsgröße auswirken, etwa Vorrichtungen
zur Abfallbeseitigung oder Absaugung von Stäuben oder Gasen.
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Indem
der Verarbeitungsparameter mit der Emissionsquelle verknüpft wird,
werden die Modelldaten der technischen Fertigungsanlagen mit den
EHS-bezogenen Daten derart in Beziehung gesetzt und verbunden dass
hieraus (unter Subtraktion durch Emissionssenken weggenommener Emissionseinflüsse) eine
Emissionsgröße, bezogen
auf die Fertigungsprozessoperation, berechnet werden kann.
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Durch
das spezifische Zusammenwirken von a) der Auswahl des zu untersuchenden
Planungsdatums, nämlich
der zu untersuchenden Fertigungsprozessoperation und b) der Auswahl
und der Zusammenführung
von technischen Fertigungsplanungsdaten (Verarbeitungsparameter)
und von EHS-bezogenen Daten (anhand der Emissionsquelle), sowie
insbesondere c) der spezifischen Verknüpfung der aus den unterschiedlichen
Datenarten zusammengeführten
Daten und Berechnung einer Emissionsgröße derart, dass die Emissionsquelle
in Verbindung mit dem spezifischen Verarbeitungsparameter einen
bestimmten Emissionsbeitrag leistet, wird der erfindungsgemäße Vorteil
erreicht.
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Auf
diese Weise wird ermöglicht,
schon in frühen
Planungsstadien mit hoher Detailauflösung die Fertigungsanlagenelemente
und -abläufe
zu planen, und jeweils EHS-bezogene Einflussparameter in die technische
Detailplanung einzubeziehen. Nicht nur stellt das vorliegende Verfahren
hierfür
die notwendige Datenbasis bereit, sondern es leistet auch die Selektion
relevanter Einflussdaten und die Verknüpfung der Einflussdaten mit
den technischen Planungselementen, sowie darüber hinaus eine quantitative
Bestimmung der resultierenden Emissionsgrößen für das zu untersuchende Planungsdetail.
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Durch
die Erfindung wird also somit insgesamt die Wirkung erzielt, einen
deutlich erhöhten
Grad an Computerunterstützung
bei der Planung industrieller Fertigungsanlagen und der zugehörigen Fertigungsprozesse
bereitzustellen, indem vom System automatisch technische Elemente
einer Fertigungsanlage mit ausgewählten, für das jeweilige technische
Element relevanten EHS-Größen in Beziehung
gesetzt werden und Emissionsgrößen errechnet
werden, die eine geeignete Einrichtung der technischen Elemente
der Fertigungsanlage, u. a. unter Berücksichtigung existierender
umweltbezogener Grenzwerte, ermöglichen.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind den auf Anspruch
1 rückbezogenen
Ansprüchen
zu entnehmen und werden im Rahmen des Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Die
Erfindung gemäß Anspruch
18 lehrt eine Vorrichtung für
ein Verfahren zur Computerunterstützung der Planung von industriellen
Fertigungsanlagen, mit einer in einem Datenspeicher abgelegten Fertigungsanlagen-Datenbasis,
in der eine Fertigungsanlage mindestens teilweise quantitativ modelliert
ist, und mit einem Prozessor, programmtechnisch eingerichtet zum
automatischen quantitativen Auswerten der in der Fertigungsanlagen-Datenbasis
enthaltenen Daten bezüglich
einer ausgewählten
Bezugsgröße. Hierzu
ist der Prozessor ferner programmtechnisch eingerichtet, die Schritte
des Verfahrens der Erfindung auszuführen.
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Hierfür können beispielsweise
bestehende Systeme der Digitalen Fabrik entsprechend dadurch angepasst
werden, dass geeignete Datenstrukturen in einem solchen System angelegt
werden und das System derart programmtechnisch angepasst wird, dass
es einerseits eine Datenzusammenführung aus Fertigungsanlagendatenquellen
einerseits und EHS-bezogenen Datenquellen andererseits leistet,
ferner die für
die richtige Berechnung der Emissionsgröße zu einer Fertigungsprozessoperation
erforderliche Verknüpfung
von Emissionsquellen und Verarbeitungsparametern durchführt und
schließlich
quantitativ bewertet.
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Die
Erfindung nach Anspruch 19 betrifft ein Datenverarbeitungsprogramm
zur Ausführung
in einer Datenverarbeitungseinrichtung, mit Programmteilen zur Ausführung der
Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die
Erfindung nach Anspruch 20 betrifft ein auf einem computerlesbaren
Datenträger
gespeichertes Computerprogrammprodukt, welches computerlesbare Programmmittel
zur Ausführung
der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
durch einen Computer enthält.
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Die
Erfindung nach Anspruch 21 betrifft ein in einer digitalen Trägerwelle
verkörpertes
Computerdatensignal, welches computerlesbare Programmmittel zur
Ausführung
der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
durch einen Computer enthält.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines detaillierten Ausführungsbeispiels
mit mehreren Figuren veranschaulicht. Es zeigen:
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1 eine
schematische Übersicht über ein
System zur Computerunterstützung
der Planung industrieller Fertigungsanlagen unter EHS-Gesichtspunkten;
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2 ein
schematisches Ablaufdiagramm des im System nach 1 ablaufenden
Verfahrens zur Computerunterstützung
der Planung industrieller Fertigungsanlagen unter EHS-Gesichtspunkten;
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3 ein
schematisches Diagramm des Verfahrensablaufes eines Ausführungsdetails
des Verfahrens nach 2;
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4 eine
schematische Darstellung des Ablaufes eines Verfahrensdetails des
in 2 gezeigten Verfahrens;
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5 ein
Datenstrukturdiagramm für
das System und/oder das Verfahren nach 1 beziehungsweise 2;
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6 eine
schematische Darstellung der Benutzeroberfläche in der Modellplanungsansicht
und
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7 eine
schematische Darstellung einer grafischen Visualisierung von Fertigungsprozessoperationen
mit zugeordneten Emissionsgrößen eines
Teilabschnitts einer Fertigungsanlage.
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1 zeigt
eine schematische Übersicht
eines Systems zur Planung industrieller Fertigungsanlagen unter
EHS-Gesichtspunkten. An den Computer 1 mit Bildschirm 2,
Tastatur 3 und Prozessor 14 ist eine Datenbank 4 angebunden,
welche eine Fertigungsanlagendatenbasis 5 enthält. Diese
Fertigungsanlagen-Datenbasis 5 stellt eine mindestens teilweise
Modellierung einer industriellen Fertigungsanlage 12 dar.
Die Fertigungsanlagendatenbasis 5 umfasst in diesem Beispiel
sowohl quantitative wie qualitative Modelldaten und -informationen über die
Fertigungsanlage 12.
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Der
Computer 1 ist ferner über
eine Schnittstelle mit der Steuerungseinrichtung einer industriellen
Fertigungsanlage 12 verbunden, derart, dass Berechnungsergebnisse
des Planungssystemcomputers 1 direkt auf den Ablauf in
der Fertigungsanlage 12 Einfluss nehmen können. Gegebenenfalls
können
zwischen dem Computer 1 und der Steuerungseinrichtung der
industriellen Fertigungsanlage 12 verschiedene Stufen von Computersystemen
unter Verteilung, Zusammenführung
oder zeitlicher Anordnung (Scheduling) von Daten zwischengeschaltet
sein.
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Die
Fertigungsanlagendatenbasis 5 weist für die modellierte Fertigungsanlage
Inputgrößen 10 und Outputgrößen 11 auf.
Inputgrößen können etwa
in die Fertigungsanlage eingegebene Rohmaterialien, Halbwaren und
andere Zulieferprodukte sein, und eine der Outputgrößen 11 kann
etwa die Menge des in der Fertigungsanlage herzustellenden Produktes
sein. Insbesondere die Inputgrößen 10 und/oder
die Outputgrößen 11 können Bezugsgrößen darstellen,
nach denen die Fertigungsanlagendatenbasis 5 quantitativ
ausgewertet wird, um eine Planung der Fertigungsanlage nach kapazitiven,
räumlichen,
verfahrenstechnischen oder sonstigen Merkmalen auszuführen.
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Die
in der Fertigungsanlagendatenbasis 5 modellierten Fertigungsvorgänge sind
in Fertigungsprozessoperationen 7, 7' untergliedert,
wobei an einem Arbeitsplatz 6 verschiedene Fertigungsprozessoperationen 7, 7' räumlich zusammenhängend stattfinden
können.
Die Fertigungsanlagendatenbasis 5 weist ferner eine Anzahl
von Emissionsquellendatenelementen 8, 8' sowie eine
Anzahl von Emissionssenkendatenelementen 9, 9', 9'' auf, die Fertigungsprozessoperationen 7, 7' und/oder weiteren
Fertigungsprozessoperationen zugeordnet sind. Den Fertigungsprozessoperationen
sind ferner hier nicht näher
dargestellte Verarbeitungsparameter zugeordnet.
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Die
Bedeutung der Modellelemente Fertigungsprozessoperation 7,
Verarbeitungsparameter, Emissionsquelle 8 und Emissionssenke 9 wird
unter Bezugnahme auf eine beispielhafte Verfahrensdurchführung in Zusammenhang
mit 2 näher
erläutert.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Computerunterstützung der
Planung industrieller Fertigungsanlagen unter EHS-Gesichtspunkten,
wie es in dem in 1 gezeigten System zur Anwendung
kommen kann. Für
die Berechnung einer einzelnen, fertigungsprozessoperationsbezogenen,
oder einer aggregierten, arbeitsplatz- oder fertigungsanlagenbezogenen,
Emissionsgröße wird
in Schritt 210 zunächst
eine Fertigungsprozessoperation 7 ausgewählt, im
vorliegenden Beispiel der Fertigungsvorgang des Fügens zweier
Bauteile. Zu dieser Fertigungsprozessoperation werden dann in Schritt 220 zugehörige Verarbeitungsparameter
aus der Fertigungsanlagendatenbasis ermittelt, hier etwa Angaben
zum Fügeverfahren, zur
Fügegeometrie
usw.
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In
Schritt 230 werden dann eine oder mehrere Emissionsquellen 8, 8', 8'', die einen Emissionsbeitrag in
Verbindung mit dem Verarbeitungsparameter in der Fertigungsprozessoperation
leisten können,
ermittelt.
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Solche
Emissionsquellen können
etwa die dem Fertigungsprozess unterzogenen Bauteile sein. Im Falle
eines verzinkten Stahlblechs etwa, das der Fertigungsprozessoperation
des Abschleifens unterzogen wird, wird abhängig von den Verfahrensparametern
der Schleifintensität
und Schleiffläche
eine Emissionsgröße an Zinkstaub
entstehen. Während
in herkömmlichen
Fertigungsanlagenplanungssystemen das Bauteil lediglich unter Fertigungsablaufs-
und Produkt konstruktionsmerkmalen betrachtet wird, wird es im vorliegenden System
zudem als Emissionsquelle modelliert.
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Am
Beispiel des Fügens
durch Punktschweißen
etwa wäre
die Fertigungsprozessoperation des Fügens näher durch Verfahrensparameter über die
Fügeart
(Punktschweißen),
die zu fügenden
Materialien und deren Zusammensetzung (verzinktes Stahlblech), und
die Fügegeometrie
und Anzahl der Schweißpunkte
spezifiziert, so dass hieraus eine Emissionsgröße an Zink- und Eisenstäuben errechnet
werden kann.
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Für den Fall
des Fügens
zweier Bauteile durch Auftragen einer Klebenaht ermitteln sich Art
und Menge der entstehenden Emissionen aus der chemischen Zusammensetzung
(Inhaltsstoffe) des Klebstoffes als produktbezogenes Prozessmaterial,
der Länge
der Klebenaht sowie eventuell weiterer Parameter.
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Sofern
vorhanden, können
in Schritt 240 Emissionssenken, wie beispielsweise Absauganlagen,
die der Fertigungsprozessoperation zugeordnet sind, ausgewählt werden.
Diesen Emissionssenken sind Parameter zugeordnet, wie der Erfassungsgrad
an Emissionen oder der Filterfaktor für die Einbehaltung von die
Senke passierenden Schadstoffen.
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In
Schritt 250 werden schließlich die Fertigungsprozessoperations-
und Verarbeitungsparameterdaten mit der oder den Emissionsquellen
verknüpft
und quantitativ ausgewertet, so dass gegebenenfalls abzüglich des
negativen Beitrags der Emissionssenke ein berechneter Emissionsgrößenwert
entsteht. Wenn eine Fertigungsprozessoperation aus einer Mehrzahl
elementarer Teilprozessoperationen besteht, so wird das Verfahren
gegebenenfalls iteriert. Unter Summation von teilprozessoperationenspezifischen
Emissionsgrößen wird eine
Emissionsgröße für die gesamte
Fertigungsprozessoperation gebildet.
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Die
in 2 durch den Pfeilabzweig aus Schritt 250 nach
Schritt 210 dargestellte Iteration betrifft eine Aggregation
von Emissionsgrößen in Schritt 260.
Hierbei werden durch Iteration und Summation Emissionsgrößen nach
Arbeitsplätzen,
denen mehrere Fertigungsprozessoperationen zugeordnet sind, zu einer
Arbeitsplatzemissionsgröße aggregiert.
In entsprechender Weise kann für
alle Arbeitsplätze
einer Fertigungsanlage auch eine Fertigungsanlagen-Emissionsgröße berechnet
werden. Diese lässt
sich weiter aggregieren bis hin zu den über die Fabrikhalle in die
Umwelt abgegebenen Emissionen über
Dach.
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In
Schritt 270 werden die berechneten Werte visualisiert.
Dies kann einerseits in einer Datenansicht in numerischer Darstellung
erfolgen, oder andererseits in einer anschaulichen 3D-Visualisierung,
wie sie in 7 gezeigt ist und später erläutert wird.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung sind Fertigungsprozessoperationen, Verarbeitungsparameter und
Emissionsquellen statisch einander zugeordnet. Hierdurch wird das
Auswahlverfahren rechentechnisch sehr effizient ausführbar, wodurch
die Systemsimulation beschleunigt wird, oder etwa eine Systemsteuerung unter
Echtzeitbedingungen ermöglicht
wird.
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Ein
Beispiel für
eine matrixhafte statische Zuordnung wird in der folgenden Tabelle
gegeben:
| Operation | Fügen |
| Material
1 | Stahlblech
verzinkt |
| Materialstärke 1 | 1,6 |
| Material
2 | Stahlblech
verzinkt |
| Materialstärke 2 | 1,2 |
| Material
3 | |
| Materialstärke 3 | |
| Fügeverfahren | Punktschweißen |
| Verbindungsart | Zweiblech |
| Fügegeometrie | Überlappend |
| Nahtlänge | |
| Emissionsfaktor | 0,21
mg/Punkt |
| |
| Operation | Kleben |
| Bauteilbezogenes
Prozessmaterial | Klebstoff
Variante A |
| Material
1 | Stahlblech
verzinkt |
| Materialstärke 1 | |
| Material
2 | Kunststoff |
| Materialstärke 2 | |
| Material
3 | |
| Materialstärke 3 | |
| Nahtlänge | |
| Emissionsfaktor | |
| |
| Operation | Schleifen |
| Material
1 | Stahlblech
verzinkt |
| Schleiffläche | |
| Schleifintensität | |
| Emissionsfaktor | |
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Alternativ
kann die Verknüpfung
von ausgewählten
Verarbeitungsparametern mit Emissionsquellen dynamisch erzeugt werden
anhand von Metadaten wie etwa Datentypisierungen oder Meta-Tags,
die in die Fertigungsanlagendatenbasis für die Zuordnung von Verarbeitungsparametern
zu Emissionsquellen hineinmodelliert wurden und vom System zur Laufzeit
des Verfahrens, insbesondere in Schritt 250, ausgewertet
werden. Mit Hilfe solcher Meta-Tags könnten Regeln im System hinterlegt
und automatisch ausgewertet werden, die gewisse Verfahrenskonstellationen
ausschließen,
und somit eine Modellierungstätigkeit
unterstützen,
z. B. der Ausschluss von Laserschweißen auf Kunststoffen, die keine
Thermoplaste sind.
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Am
Beispiel einer Bemessung einer Absauganlage als Emissionssenke kann
die Gesamthöhe
E
ges der an einem Arbeitsplatz entstehenden
Emissionen bei einem Punktschweißvorgang mithilfe der statisch
gespeicherten Informationen rechentechnisch effizient berechnet
werden durch die einfache Summation der Einzelemission je Schweißpunkt,
hier
wobei n die Menge der gesetzten
Schweißpunkte
in der Fertigungsprozessoperation ist und e
i die
Einzelemission, hier im Beispiel jeweils 0,21 mg, wie in der Speicherzuordnung
angegeben.
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Der
Massenstrom MA, das heißt, der Teil der Emissionen,
der durch die Absauganlage entnommenen wurde und der nach Passieren
der Absauganlage als Ausstoß übrig bleibt,
berechnet sich wie folgt, mit eA = Erfassungsgrad der Absauganlage
und fA = Filterfaktor der Anlage: MA =
Eges·eA·(1 – fA)
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Die
Emissionsgröße ERest hingegen, die nach Abzug des durch die
Absauganlage als Emissionssenke entnommenen Teils am Arbeitsplatz
verbleibt, ist Erest =
Eges·(1 – eA)und bildet das Ergebnis der Berechnung
der Höhe
der verbleibenden Emissionsgröße am Arbeitsplatz
während
einer Fertigungsprozessoperation in der beanspruchten Erfindung.
Nach seinen verschiedenen Aspekten kann das System auch weitere
Ergebnisse liefern, etwa die Emissionen über Dach bzgl. einer Menge
von Arbeitsplätzen.
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3 zeigt
ein Ausführungsdetail
des in 2 dargestellten Verfahrens. Nachdem in den Schritten 210 und 220 Fertigungsprozessoperation
und Verarbeitungsparameter ausgewählt wurden, führt das
System, beispielsweise durch eine Join-Operation, Fertigungsanlagendaten
und umweltbezogene Daten in Schritt 310 zusammen, so dass
eine geeignete Menge an Basisdaten zur Verfügung steht, um die Emissionsquellen
mit ihren relevanten Kontextdaten in Schritt 320 zu visualisieren.
Die Erstellung der Visualisierung erfolgt derart, dass der Benutzer
anhand einer die Informationen enthaltenden Benutzeroberfläche im Zusammenhang
mit weiteren dargestellten Daten des Planungssystems zu untersuchende
Emissionsquellen auswählen
kann.
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Die
Auswahl wird in Schritt 330 entgegengenommen und entsprechend
verarbeitet, so dass die durch den Benutzer ausgewählte Emissionsquelle
anstelle von oder im Zusammenhang mit weiteren automatisch ausgewählten Emissionsquellen
zum Gegenstand des Prozessschrittes 230 gemacht werden
kann.
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Die
Datenzusammenführung
in Schritt 410 sowie die Darstellung in Schritt 420 erfolgen
insbesondere auf Grundlage der zu den Emissionsquellen zugeordneten
Informationen, die in 5 näher erläutert werden, und der im Fertigungsanlagendatenmodell
abgelegten Zuordnungen von Emissionsquellen und Verarbeitungsparametern,
wie in der Tabelle gezeigt oder dynamisch bestimmt.
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In ähnlicher
Weise ist eine Weiterbildung des in 2 dargestellten
Verfahrens in 4 dargestellt. Nach der Auswahl
der Emissionsquellen in Schritt 230 werden hier Fertigungsanlagendaten
und Versorgungstechnikdaten in Schritt 410 zusammengeführt und
in Schritt 420 so zur Darstellung gebracht, dass der Benutzer
eine Emissionssenke auswählen
und gegebenenfalls Rahmenparameter bestimmen kann. Am Beispiel einer
Absauganlage kann die Anlage als Emissionssenke nach ihrer Art und
ihrer Leistungsfähigkeit
so durch den Benutzer ausgesucht werden, wie es durch den Benutzer
für erforderlich
gehalten wird.
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Die
durch den Benutzer getroffene Auswahl wird in Schritt 430 entsprechend
verarbeitet und auch hier gegebenenfalls in Zusammenhang mit weiteren
Emissionssenken in Schritt 240 vom Berechnungsverfahren für die weitere
Verarbeitung ausgewählt
und zum Gegenstand des Berechnungsschrittes 250 gemacht.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung der entsprechenden Datenstruktur in
der Fertigungsanlagendatenbasis mit einer Auswahl relevanter Objekttypen
und zugehörigen
Objektparametern.
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Einer
Fertigungsprozessoperation 7 können verschiedene Arten von
Emissionsquellen 81, 83, 85 zugeordnet
sein. Emissionsquellen können
hierbei vom Typ Bauteil 81 sein, oder vom Typ produktbezogenes Prozessmaterial 83 oder
vom Typ Verbrauchs-/Hilfsmaterial 85.
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Objekte
des Typs Bauteil können
als Objektparameter wie dargestellt die Datenfelder Bauteilgewicht, Stoffzusammensetzung,
und/oder Recyclinginformation umfassen. Recyclinginformation bedeutet
hierbei eine Angabe, etwa eine Klassifizierungsangabe, zur umwelttechnischen
Recyclebarkeit, und die stoffliche Zusammensetzung kann hierbei
eine atomare Angabe des Anteils Reinstoff am Material enthalten,
oder ein zusammengesetztes Datenobjekt, welches Beschichtungs- oder
weitere komplexe Werkstoffinformationen beinhaltet.
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Emissionsquellenobjekte
vom Typ Prozessmaterial 83 können neben Daten zur Menge,
zur stofflichen Zusammensetzung, zu Gefahrenhinweisen und/oder zu
Umweltschutzmaßnahmen
noch einen Sicherheitscode enthalten, der Hinweise liefert zum Umgang
mit dem Prozessmaterial sowie auf eventuell erforderliche Kategorien
von Emissionssenken, zum Beispiel Filteranlagen mit besonderen Filtereigenschaften
und Filterfaktor. In diesem Zusammenhang können Ausführungsformen des Verfahrens,
die die Auswahl der Emissionssenke in Schritt 240 von der
in Schritt 230 ausgewählten
Emissionsquelle abhängig
machen, auf dieses Datenfeld zugreifen, um einerseits eine automatische
Auswahl zu treffen, oder andererseits die einem Benutzer in Schritt 420 dargestellten
auswählbaren
Emissionssenken auf die mit den vorhandenen Emissionsquellen kompatiblen
einzuschränken.
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Objekte
des Emissionsquellentyps Verbrauchsmaterial 85 können zusätzliche
Parameterdaten der Kategorien Menge, Zusammensetzung und/oder Gefahrenmerkmale
enthalten.
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Ein
Beispiel für
ein produktbezogenes Prozessmaterial ist Klebstoff. Hier sind primär Lösemittel-Emissionen zu beachten,
die möglicherweise
ab einer bestimmten Konzentration die Gesundheit beeinträchtigen können. Es
sind somit Gefahrenhinweise für
den Umgang anzuzeigen, damit entsprechende Maßnahmen, etwa das Tragen von
Einmal-Schutzhandschuhen und die damit einhergehenden zusätzlichen
Entsorgungskosten, eingeplant werden können.
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Zu
den Verbrauchs- und Hilfsmaterialien zählen diverse Reinigungsmittel
und Säuren,
die bei der Reinigung der Anlagen zum Einsatz kommen können. In
diesem Falle sind insbesondere deren Gefährlichkeitsmerkmale planungsrelevant.
Auch hier kann bspw. das Tragen von Schutzhandschuhen erforderlich
sein.
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Die
entstehenden Emissionen, die einer Operation 7 zugeordnet
sind, lassen sich nach ihren Objekttypen in Schadstoffemissionen 91 und
Abfall 93 differenzieren. Indem im vorliegenden System
Abfälle
als Emissionen behandelt werden, können auch Abfälle in die
Berechnung und Planung mit einbezogen werden. Bei der Berechnung
der Emissionsgröße in Schritt 250 können dabei
den Emissionen vom Typ Schadstoffemission 91 Kennwerte
einer Auswahl der dem Objekt zugeordneten Datenfelder Gefährlichkeitsmerkmal,
Messergebnis, Grenzwert, Zusammensetzung zugeordnet werden, wobei
die Größe Messergebnis
eine quantitative Angabe zur gemessenen oder prognostizierten Menge
der Emission ist, und die Angabe Grenzwert der für die Emissionsart, das heißt ihre
stoffliche Zusammensetzung, rechtlich und/oder technisch und/oder
gesundheitlich zulässige
Grenzwert ist. Das Datenfeld Gefährlichkeitsmerkmal
kann eine R-Satznummer aufweisen und die Zusammensetzung kann eine
skalare oder zusammengesetzte Datenangabe enthalten über die
Inhaltsstoffe der Emission.
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Die
R-Satz-Nummer ist ein kodifizierter Gefahrenhinweis zur Charakterisierung
der Gefahrenmerkmale von einzelnen Gefahrstoffen (Elementen und
chemischen Verbindungen) sowie daraus hergestellten gefährlichen
Zubereitungen, welche sich aus der Einstufung dieser Substanzen
ergibt. R- und S-Sätze
bilden zusammen mit den Gefahrensymbolen und den Gefahrenbezeichnungen
wesentliche Elemente der innerhalb der EU vorgeschriebenen Gefahrstoffkennzeichnung.
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Dementsprechend
können
bei der Berechnung der Emissionsgrößen vom Typ Abfall Angaben
berechnet und/oder zugeordnet werden in den Kategorien Gefährlichkeitseinstufung,
Nettogewicht, Entsorgungstyp, Zusammensetzung, Kosten.
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Auf
diese Weise können
auf Seiten der Emissionsquellen, die einer Fertigungsprozessoperation
zugeordnet sind, für
jede Operation bauteilbezogene Parameter angegeben werden, so dass
die Angaben über
die Inhaltsstoffe der Bauteile sowie deren prozentualen Anteil in
der Materialzusammensetzung wesentliche Hinweise geben können über das
Gefährdungspotential
bei der Bearbeitung der Bauteile gemäß des der Fertigungsprozessoperation
zugeordneten Verarbeitungsparameters. Ein Beispiel bilden hier entstehende
gesundheitsgefährdende
Zink- und Eisenstäube
bei Schweißvorgängen oder
beim Fräsen
von Bauteilen. Wegen der Inhaltsstoffe ist hier zusätzlich die
stoffliche Zusammensetzung von Beschichtungen oder anderen Teilen
eines Komponentenwerkstoffs relevant.
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Verfahrensparameter,
die der jeweiligen Fertigungsprozessoperation zugeordnet sind, können von
unterschiedlicher Art sein. Im Falle eines Schweißvorgangs
als Fertigungsprozessoperation ist die dem Operationsobjekt 7 beigegebene
Verfahrensparameter-Information das angewendete Verfahren (z. B.
Nahtschweißen oder
Punktschweißen,
Laser- oder Schutzgas-Schweißen)
und hierfür
erforderliche Zusatzparameter, die erforderlichenfalls dem Verfahrensparameter
zugeordnet sind – im
Falle des Punktschweißens
sind Anzahl und die räumliche
Anordnung von zu setzenden Schweißpunkten Teil des Verfahrensparameters,
und im Falle des Lasernahtschweißens die Länge und räumliche Lage der Lasernaht.
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Eine
weitere Kategorie von Informationen, die der Operation 7 beigeordnet
sind, ist die räumliche
Anordnung der Operation. Dies ist beispielsweise die Raumkoordinate
des Ortes, an dem die die Fertigungsprozessoperation ausführende Anlage
aufgestellt ist.
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Während für eine gewisse
Gruppe der Parameterdaten der Emissionsgrößen Schadstoffemissionen 91 und
Abfall 93, insbesondere deren Mengenwerte, in Verfahrensschritt 250 berechnet
werden, werden andere Datenfelder bei der Erstellung der Fertigungsanlagendatenbasis
explizit angegeben und durch das System insbesondere in den Auswahlschritten 210 bis 240 dynamisch
berücksichtigt.
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6 zeigt
eine Datenmodellansicht der Fertigungsanlagendatenbasis 5 mit
qualitativen und quantitativen Aspekten. Dieser schematische Beispielscreenshot
zeigt das Modell von fünf
Fertigungsprozessoperationen in einer modellierten Fertigungsanlage.
Beispielhaft ist hier Operation 4 mit drei Emissionsobjekten
verknüpft,
beispielsweise vom Objekttyp Schadstoffemission oder Abfall. Zu
den Emissionsobjekten gehörende Parameter
und quantitative Größen sind
in den links im Bild dargestellten Fenstern mit Zahlenfeldern dargestellt. Über diese
Bildschirmdarstellung können
also leicht Parameter modifiziert und abgelesen werden, wodurch
die EHS- bezogene
Planung einer industriellen Fertigungsanlage mit hohem Detailgrad,
nämlich
auf Basis einer Fertigungsoperation und zu dieser Fertigungsoperation
zugeordneten Verarbeitungsparameter vorgenommen werden.
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Insbesondere
kann der Benutzer EHS-Informationen mit Produkten und Prozessoperationen
korrelieren und diese Informationen schon in der frühen Planungsphase
der technischen Systeme berücksichtigen. 7 zeigt
eine 3D-Visualisierung der in 6 dargestellten
drei Emissionsgrößen, die
mit Operation 4 aus 6 verknüpft sind.
In diesem Fall ist Operation 4 Punktschweißen und
es entstehen in der in 7 dargestellten Fertigungsprozessoperation
drei vom System berechnete Emissionsgrößen, die nunmehr in Schritt 270 visualisiert
wurden. Die Visualisierung wird derart vorgenommen, dass ein zum
Betrag der Emissionsgröße proportional
gestaltetes grafisches Element dargestellt wird, vorliegend Elemente 20, 22 und 24,
wobei die grafischen Elemente in ihrer Größe proportional zum Betrag
der Emissionsgröße sein
können,
wie mit den vorliegenden Säulenhöhen angedeutet,
oder etwa in ihrer Farbe, beispielsweise in einer Flammfarbskala.
Dem grafischen Symbol räumlich
zugeordnet sein können
ferner numerische Angaben zum Betrag der Emissionsgröße, hier 20a, 22a, 24a.
Die dargestellte Ausführungsform
erhöht
die Anschaulichkeit der Emissionsgrößen weiter dadurch, dass die
Emissionsgrößensymbole
räumlich
den die Emissionen verursachenden Prozessschritten beziehungsweise
den die Prozessschritte ausführenden
Anlagen zugeordnet sind, so dass sich im Sinne der dreidimensionalen
Veranschaulichung des Produktionsvorganges die Emission sichtbar
ins Gesamtbild einfügt.
Hier kann wahlweise oder in Kombination die Menge der am Ort entstehenden,
verbleibenden, oder in die Umwelt nach Passieren der Filteranlagen
abgegebenen Emissionen (Emissionsgrößen) angezeigt werden, etwa
indem die Emissionsgrößen durch
einen geeigneten Faktor in eine Pixelgröße oder einen Farbwert umgerechnet
werden.
-
Ferner
kann das System einen automatischen Vergleich vornehmen zwischen
den ermittelten Emissionen und den im System hinterlegten Emissionsgrenzwerten
für Arbeitsplatz
und/oder Emissionen über
Dach.
-
Das
vorliegende System unterstützt
computerbasiert die technische Detailplanung industrieller Fertigungsanlagen
unter Einbeziehung von EHS-Gesichtspunkten. Die Anlagenplanung kann
hierdurch schon in frühen
Planungsphasen nach gesetzlichen Vorlagen erfolgen, es können Gefahrenpotentiale
schon früh
erkannt und berücksichtigt
werden, und es kann die Anlagenplanung nicht nur unter Berücksichtigung
technischer Rahmenparameter, sondern auch unter Umweltrahmenbedingungen
frühzeitig
detailliert und präzise durchgeführt werden.
-
- 1
- Computer
- 2
- Bildschirm
- 3
- Tastatur
- 4
- Datenbank
- 5
- Fertigungsanlagendatenbasis
- 6
- Arbeitsplatz-Datensatz
- 7,
7', 7''
- Fertigungsprozessoperationen
- 8,
8', 8''
- Emissionsquellendatenelemente
- 9,
9', 9''
- Emissionssenkendatenelemente
- 10
- Inputgröße
- 11
- Outputgröße
- 12
- industrielle
Fertigungsanlage
- 14
- Prozessor
- 20
- grafisches
Element Emission
- 20a
- numerische
Angabe Emission
- 22
- grafisches
Element Emission
- 22a
- numerische
Angabe Emission
- 24
- grafisches
Element Emission
- 24a
- numerische
Angabe Emission
- 81
- Datenobjekt
Emissionsquelle Bauteil
- 83
- Datenobjekt
Emissionsquelle Prozessmaterial
- 85
- Datenobjekt
Emissionsquelle Verbrauchsmaterial
- 91
- Datenobjekt
Emissionsgröße Schadstoffemission
- 93
- Datenobjekt
Emissionsgröße Abfall
- 95
- Datenobjekt
Energie
- 210
- Auswählen Fertigungsprozessoperation
- 220
- Auswählen Verarbeitungsparameter
- 230
- Auswählen Emissionsquelle
- 240
- Auswählen Emissionssenke
- 250
- Berechnen
Emissionsgröße
- 260
- Aggregieren
Emissionsgröße
- 270
- Visualisieren
Emission
- 310
- Datenzusammenführung Anlage
und Umwelt
- 320
- Darstellen
Emissionsquellen Benutzeroberfläche
- 330
- Verarbeiten
Benutzerauswahl
- 410
- Datenzusammenführung Anlage
und Versorgungstechnik
- 420
- Darstellen
Emissionssenken Benutzeroberfläche
- 430
- Verarbeiten
Benutzerauswahl
