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Die
Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Monitoren, insbesondere
beim Einsatz in der Prozessautomatisierung, von Anlagen oder Anlagenkomponenten.
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In
heute üblichen Prozessautomatisierungssystemen wird die
Prozessebene durch eine Leitebene mit Hilfe eines Bedien- und Beobachtungssystems
(BuB-System) bedient und beobachtet. Solche Systeme können
durch Augmented Reality („erweiterte Realität”)
Anwendungen ergänzt werden. Dies erfolgt durch eine computerunterstützte
Erweiterung der Realitätswahrnehmung für einen
Benutzer (z. B. Anlagenfahrer), z. B. durch in das Sichtfeld des
Benutzers eingeblendete Information unter Verwendung einer Datenbrille.
Die durch Augmented Reality erweiterte Realitätswahrnehmung
umfasst dabei prinzipiell aber nur die Darstellung zusätzlicher
visueller Informationen über eine industrielle oder automatisierte
Anlage.
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Aus
der
US 6,826,532 B1 ist
es bekannt Technikern über Kopfhörer Handlungsanweisungen mitzuteilen.
Bei diesen Handlungsanweisungen handelt es sich um vorher aufgezeichnete
Informationen, die über Kopfhörer einem Bediener
zur Durchführung bestimmter Tätigkeiten abgespielt
werden. Diese aufgezeichneten Informationen geben aber nicht den aktuellen
Anlagenzustand wieder.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren
bereitzustellen, die es einem Anlagenbediener (z. B. Anlagenfahrer, Wartungspersonal)
ermöglichen, akustische Informationen über die
Lokalisierung und/oder über den aktuellen Zustand einer
Anlagenkomponente zu erhalten.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch ein Beobachtungssystem zum Einsatz
in der Prozessautomatisierung von Anlagen oder Anlagenkomponenten, wobei
ein Modell der Anlage mit eindeutigen Identifikatoren und räumlichen
Koordinaten für zu beobachtende Anlagenkomponenten vorliegt,
und wobei für Zustände einer Anlagenkomponente
im Modell ein spezifisches zugeordnetes akustisches Signal vorliegt,
wobei das System Mittel zur Informationsbereitstellung über
den Status der Anlage oder über den Status von Anlagenkomponenten
umfasst, und wobei einem Bediener binaurale akustische Informationen über
die Lokalisierung und/oder über den aktuellen Zustand einer
Anlagenkomponente mitgeteilt werden. Durch die akustische Mensch-Maschine-Schnittstelle
kann die grafische/visuelle Mensch-Maschine-Schnittstelle durch
die Einbeziehung des Hörsinnes erweitert werden, bzw. die
grafische/visuelle Mensch-Maschine-Schnittstelle kann für
andere Zwecke benutzt werden. über die akustischen Signale
können einem Bediener (z. B. Operateur, Anlagenfahrer,
Wartungspersonal) Positionierinformationen und/oder Informationen über
den Zustand der Anlage oder von einzelnen Anlagenkomponenten mitgeteilt
werden.
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Eine
erste vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung für ein
System besteht darin, dass zur Mitteilung der Informationen über
die Lokalisierung und/oder über den aktuellen Zustand einer
Anlagenkomponente an den Bediener Kunstkopfstereophonie benutzt
wird. Bei der binauralen Tonaufnahme ist es von Vorteil Kunstkopfstereophonie
(z. B. mit Hilfe eines Kunstkopfes) zu verwenden, da dadurch beim Empfänger
(d. h. bei der Wiedergabe der Töne bzw. der Signale) ein
natürlicher Höreindruck erreicht wird und eine
Richtungslokalisation anhand der Empfangenen Töne durch
den Empfänger (Bediener) möglich ist. Insbesondere
bei Kunstkopfaufnahmen mit Ohrmuschel wird bei der Wiedergabe ein
sehr natürlicher Höreindruck erreicht. Die binauralen
akustischen Signale können auch durch einen Computer generiert
werden (durch einen entsprechenden Algorithmus), um die entsprechenden
Informationssignale (Position bzw. Zustand von Anlagenkomponenten) für
den Bediener bereitzustellen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
dass die Mittel zur Informationsbereitstellung einen Kopfhörer
umfassen, der geeignet ist, binaurale akustische Signale zu empfangen.
Binaurale akustische Signale lassen sich insbesondere durch die
Verwendung von Kopfhörern (insb. Stereokopfhörern)
unverfälscht und korrekt wiedergeben. Insbesondere ist
es durch die Verwendung von Kopfhörern möglich
beim Bediener einen räumlichen Höreindruck realitätsnah
wiederzugeben bzw. zu reproduzieren. Dadurch ist eine sehr genaue Positionierung
von Anlagenkomponenten möglich, auch bei Dunkelheit. Der
Bediener kann die Signale über den Kopfhörer wireless
(durch einen Sender oder mobilen Computer) empfangen, während
er sich in der Anlage bewegt, es liegt somit eine Ortsungebundenheit
für den Benutzer (z. B. Anlagenfahrer, Wartungsingenieur)
vor bei Gebrauch des erfindungsgemäßen Systems
vor.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
dass das System Eingabemittel zur Steuerung der Anlage und der Anlagenkomponenten
enthält. Dadurch ist das erfindungsgemäße
System nicht nur auf das Beobachten bzw. Monitoren beschränkt,
sondern es kann als vollständiges Bedien- und Beobachtungssystem
in einer Anlage verwendet werden. Das erfindungsgemäße
System kann somit um weitere Funktionalität flexibel skaliert
und erweitert werden. Die Funktionalität des erfindungsgemäßen
Systems ist auch in ein vorhandenes Bedien- und Beobachtungssystem
integrierbar.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
dass bei mobilen Anlagenkomponenten oder bei mobilen Gütern,
die sich in der Anlage befinden, über ein Positionsbestimmungssystem
die aktuelle Position erfasst wird und im Modell der Anlage die
räumlichen Koordinaten laufend und/oder bei Bedarf aktualisiert
werden. Damit kann z. B. die Position beweglicher Güter
(z. B. der Ablageort von Werkzeugen, die Position fahrerloser Transportsysteme
oder die Position von Gütern auf Förderbändern
etc.) permanent erfasst und vom Bediener überwacht werden
(Tracking). Als Positionsbestimmungssystem kann z. B. ein Indoor-Navigationssystem,
aber auch ein GPS-System verwendet werden. Das System ist somit
innerhalb und außerhalb von Gebäuden einsetzbar.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
dass die Position des Bedieners innerhalb der Anlage erfasst wird.
Im Stereokopfhörer des Bediener kann z. B. ein mobiler
Computer integriert sein, der seine Position durch ein Indoor-Navigationssystem
bestimmen kann. Die Position des Bedieners ist ein Parameter für
den Algorithmus zur Generierung der binauralen akustischen Signale.
Dieser Algorithmus kann durch den mobilen Computer, aber auch durch
ein zentrales Computersystem ausgeführt werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
dass das System in einem Augmented Reality System verwendet wird.
Unter Augmented Reality (Erweiterte Realität) versteht man
die computerunterstützte Erweiterung der menschlichen Realitätswahrnehmung,
insbesondere die visuelle Darstellung und Aufbereitung von Informationen.
Vorhandene Augmented Reality Systeme werden durch das erfindungsgemäße
System insbesondere hinsichtlich akustischer Informationen erweitert
für einen Bediener erweitert. Das erfindungsgemäße
System spielt für einen Benutzer aber nicht nur vorher
aufge nommene Toninformationen ab (wie es z. B. bei Wartungsabläufen
bekannt ist), sondern es versorgt den Bediener mit relevanten und
spezifischen Informationen bezüglich des aktuellen Zustands
einer industriellen Anlage oder von Anlagenkomponenten. Ein Stereokopfhörer
für die Wiedergabe der binauralen Signale und eine Datenbrille,
wie sie von Augmented Reality Systemen bekannt ist, lassen sich
leicht in ein gemeinsam nutzbares Headset integrieren.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
dass vom Benutzer bei Bedarf binaurale akustische Informationen über
Anlagenkomponenten abrufbar sind. Ein Bediener (Anlagenfahrer, Wartungsingenieur,
Qualitätsmanager, etc.) wird somit nicht einer Informations-
und Reizüberflutung bezüglich Anlagendaten ausgesetzt,
sondern er kann dediziert Informationen über spezifische Anlagenteile
erhalten, die er spezifisch anfordert. Die Informationen werden
zeitgenau und bedarfsgenau bereitgestellt (information an demand).
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
dass das System zur Simulation und/oder zur Wartung industrieller
Anlagen verwendet werden kann. Damit ist einfach feststellbar, welche
Teile einer Anlage zu welchem Zeitpunkt welche Aktivität
bei der Simulation eines technologischen Prozesses ausführen.
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Weiterhin
wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Monitoren
von Anlagen oder Anlagenkomponenten, umfassend folgende Schritte:
Modellierung
eines Anlagenmodells in einem komponentenorientierten Paradigma,
wobei einer Anlagenkomponente eine eindeutige Kennung, eine räumliche
Position und bezüglich möglicher Zustände
spezifische akustische Signale zugeordnet wird;
Erfassen der
aktuellen Zustände der Anlagenkomponenten;
Berechnen
eines akustischen Stereosignals zur Repräsentation der
Position und des Zustandes von Anlagenkomponenten mittels Kunstkopfstereophonie;
Senden
des akustischen Stereosignals an Bedienpersonal; und
Empfangen
des akustischen Stereosignals durch das Bedienpersonal. Dadurch
wird die klassische grafische/visuelle Mensch-Maschine-Schnittstelle
(z. B. Leitwarte, Operator Panels) bei der Anlagenüberwachung
durch eine akustische Komponente erweitert, bzw. sie kann für
andere Zwecke benutzt werden.
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Eine
erste vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung für ein
Verfahren besteht darin, dass das Verfahren als weiteren Schritt
das Bestimmen der Position des Bedienpersonals über ein
Positionsbestimmungssystem umfasst. Die Position des Bedieners ist
ein Parameter für den Algorithmus zur Generierung der binauralen
akustischen Signale. Die Positionsdaten des Bedieners werden in
das Anlagenmodell übertragen und permanent oder bei Bedarf
(on demand) aktualisiert. Der Algorithmus zur Generierung der binauralen
akustischen Signale kann somit immer auf aktuelle Positionsdaten
des Bedieners zugreifen und somit in Abhängigkeit vom jeweiligen
Aufenthaltsort des Bedieners (z. B. Anlagenfahrer, Wartungspersonal)
dedizierte Signale generieren.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
dass die Position mobiler Anlagenkomponenten und/oder in der Anlage
befindlicher Güter über ein Positionsbestimmungssystem permanent
erfasst werden. Ein permanentes Tracking der mobilen Anlagenkomponenten
(z. B. fahrerlose Transportsysteme) und der sich in der Anlage befindlichen
Güter (z. B. Koffer auf Förderbändern) ist
dadurch möglich.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
dass die Position mobiler Anlagenkomponenten und/oder in der Anlage
befindlicher Güter über ein Positionsbestimmungssystem auf
Aufforderung durch das Bedienpersonal erfasst werden. Dadurch ist
es möglich, die Informationen zeitgenau, bedarfsgerecht
und skaliert bereitzustellen. Ein Bediener (Anlagenfahrer, Wartungsingenieur,
Qualitätsmanager, etc.) wird somit nicht einer Informations-
und Reizüberflutung bezüglich Anlagendaten ausgesetzt,
sondern er kann dediziert Informationen über spezifische
Anlagenteile erhalten, die er spezifisch anfordert (information
an demand).
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Als
Positionsbestimmungssystem für das Tracking mobiler Anlagenkomponenten,
in der Anlage befindlicher Güter oder des Bedienpersinals
kann z. B. ein Indoor-Navigationssystem, aber auch ein GPS-System
verwendet werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1a–1c das
Prinzip des beidohrigen (binauralen) Hörens in Horizontalebene,
Medianebene und Frontalebene,
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2 eine
beispielhafte Anlagenanordnung mit Bedienpersonal,
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3 eine
beispielhafte Modellierung der Anlagenanordnung des Beispiels aus 2,
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4 Bedienpersonal
mit Datenbrille und Headset, und
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5 ein
beispielhaftes Bedien- und Beobachtungssystem, erweitert zur Bereitstellung
binauraler akustischer Informationen.
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Ein
Bediener von üblicherweise vorhandenen Bedien- und Beobachtungssystemen
(BuB-Systeme) ist beim Beobachten und Monitoren von Anlagen (z.
B. Fertigungseinrichtungen, Kraftwerke) oder anderen technischen
Systemen hauptsächlich auf eine visuelle Wahrnehmung beschränkt,
da diese BuB-Systeme die Informationen über Monitore (Displays)
oft nur grafisch oder textuell zur Verfügung stellen. Akustische
Informationen über Anlagenzustände werden nur
als Alarm- oder Fehlersignale (Sirene) ausgegeben. Das erfindungsgemäße
System und Verfahren ermöglicht es binaurale akustische
Informationen zur Lokalisierung von Anlagenkomponenten und deren
Zustände für einen Bediener bereitzustellen. Inbesondere
durch die Verwendung von Stereokopfhörern ist die Richtungs-
und Entfernungslokalisation von Anlagenkomponenten für
einen Bediener (z. B. Operator, Anlagenfahrer, Wartungspersonal)
möglich.
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In 1a bis 1c wird
das prinzipielle Vorgehen beim Lokalisieren von akustischen Signalen
durch einen Menschen skizziert. In 1a und 1b wird
in einem kopfbezogenen Koordinatensystem die 0°-Achse als
die waagrechte Richtung nach vorne definiert. In 1c wird
als 0°-Achse als die waagrechte Gerade durch die zwei Ohren
(vom rechten zum linken) definiert. In der Horizontalebene wie sie
in 1a dargestellt ist, kann ein akustisches Signal
durch interaurale Signaldifferenzen (Laufzeit- und Pegeldifferenzen)
lokalisiert werden. In der Medianebene wie sie in 1b dargestellt
ist, können keine Laufzeit- oder Pegeldifferenzen zur Lokalisierung
ein akustisches Signals verwendet werden. In der Medianebene werden
zur akustischen Lokalisierung die akustischen Eigenschaften des
Außenohres verwendet. In der Frontalebene wie sie in 1c dargestellt
ist, können prinzipiell Laufzeit- bzw. Pegeldifferenzen
zur Lokalisierung eins akustisches Signals verwendet werden. Für
die Bestimmung der Entfernung einer Signalquelle können
die Schallintensität, Reflexionsmuster und Klangfarben
verwendet werden. Vorteilhafterweise dürfen akustische
Signale für eine Lokalisierung nicht zu schmalbandig sein.
Die akustischen binauralen Signale brauchen nicht direkt von den
entsprechenden Anlagenkomponenten sozusagen als Klangquelle generiert
werden. Die akustischen binauralen Signale können von einer
zentralen Stelle auf Basis der im Anlagenmodell hinterlegten Daten
generiert werden und dem Bediener vorzugsweise über Kopfhörer
(Ausblendung von Störgeräuschen) mitgeteilt werden.
Prinzipiell können binaurale akustische Signale aber auch über
Lautsprecher wiedergegeben werden, z. B. durch transaurale Stereotechnik.
Die Generierung der binauralen akustischen Signale kann z. B. durch
den Root-MUSIC-Algorithmus(Multiple Signal Classification) erfolgen.
Binaurale akustische Signale können aber auch z. B. durch
BRIR(Binaural Room Impulse Response) generiert werden und durch
das akustische Wiedergabesystem „Binaural Sky” wiedergegeben
werden. Wenn sich mehrere Bediener (z. B. Wartungspersonal) in einer
Anlage befinden, werden sinnvollerweise zur Übertragung
der binaurale akustische Signale Kopfhörer eingesetzt,
somit können jedem einzelnen Bediener dediziert und gezielt
auch unterschiedliche binaurale akustische Signale jedem einzelnen
Bediener (in Abhängigkeit seiner jeweiligen Aufgabe) übermittelt
werden.
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2 zeigt
eine beispielhafte Anlagenanordnung mit einem ersten Förderteppich 6 und
einem zweiten Förderteppich 8, wobei zwischen
den beiden Förderteppichen ein Drehtisch 7 angeordnet
ist. Weiterhin befindet sich ein Gepäckstück 9 auf
dem Förderteppich 6. Jeder Anlagenkomponente ist
ein Identifikator 5 zugeordnet. Weiterhin ist in der Abbildung nach 2 schematisch
dargestellt, dass die Anlagenkomponenten 6, 7 und 8 eine
speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) besitzen. Durch die speicherprogrammierbaren
Steuerungen wird das Verhalten der Anlagenkomponenten 6, 7, 8 überwacht und
gesteuert. Dem ersten Förderteppich 6 ist als Identifikator
ID1 zugeordnet, dem zweiten Förderteppich 8 ist
als Identifikator ID3 zugeordnet und dem Drehtisch 7 ist
als Identifikator ID2 zugeordnet. Weiterhin ist in der Abbildung
nach 2 schematisch ein Positionsbestimmungssystem 10 dargestellt,
mit dem die Position des Bedienpersonals 4, aber auch die
Position von mobilen Anlagenkomponenten bzw. Gepäckstücken 9 ermittelt
werden kann. Als Positionsbestimmungssystem 10 kann z.
B. ein Indoor-Navigationssystem oder ein GPS-System verwendet werden.
In 2 ist dargestellt, dass das Bedienpersonal 4 zum
Empfang der binauralen akustischen Signale einen Kopfhörer 2 verwendet.
Ein Kopfhörer 2 ermöglicht einen nahezu
störungsfreien Empfang der binauralen akustischen Signale.
Anlagenlärm oder Umweltgeräusche werden beim Empfang
der binauralen akustischen Signale durch den Kopfhörer 2 nahezu
ausgeblendet. Prinzipiell ist es aber möglich, auch ohne
Kopfhörer binaurale akustische Signale zu empfangen. Ein
mögliches Realisierungsszenario für das erfindungsgemäße
System bzw. Verfahren besteht darin, dass sich in einem Stereokopfhörer 2 des
Bedienpersonals 4 ein mobiler Computer befindet, welcher
seine eigene Position durch ein Indoor-Navigationssystem bestimmen
kann. Außerdem kann der Stereokopfhörer 2 über
Funk die Position eines Gepäckstückes 9 oder
einer mobilen Anlagenkomponente (z. B. fahrerloses Transportsystem, Werkzeuge)
empfangen sowie Zustände (z. B. Betriebs- oder Fehlerzustände) über
die diversen Anlagenkomponenten. Weiterhin besitzt der mobile Computer
alle Informationen über das Modell der Anlage bzw. er hat
Zugriff auf dieses Anlagenmodell. Außerdem kann mit diesem
mobilen Computer auch der Algorithmus zur Erzeu gung des entsprechenden
binauralen akustischen Signals ablaufen.
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3 zeigt
eine beispielhafte Modellierung der Anlagenanordnung des Beispiels
aus 2. Durch ein komponentenorientiertes Paradigma
wird ein zentrales und möglichst einfaches Modell M der Anlage
erstellt. Jeder Komponente der Anlage werden dabei folgende Informationen
zugeordnet:
- 1. Ein eindeutiger Identifikator
ID.
- 2. Die räumlichen Koordinaten der Komponente; falls
die Komponente mobil ist, muss ihre Position gegebenenfalls erfasst
werden können, um die Koordinaten aktualisieren zu können.
- 3. Eine Liste von Paaren: (akustisches Signal, zugeordnete Anlagenaktivität
bzw. zugeordneter Zustand der Anlage). Eventuell kann die Aktivität (bzw.
der Zustand) einen neutralen Wert enthalten, wenn nur ein akustisches
Signal für alle Aktivitäten bzw. Zustände
einer Anlagenkomponente zugeordnet wird. Der obere Teil von 3 zeigt ein
abstraktes Anlagenmodell M zeigt dabei sehr schematisch die Identifikatoren
ID1, ID2, ID3, die die Anlagenkomponenten 6, 7, 8 aus 2 repräsentieren
sowie deren Verschaltung.
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Die
Tabelle im unteren Teil von 3 gehört auch
zum Anlagenmodell M und beinhaltet weitere Informationen zu den
zu modellierenden Komponenten. Jeder Förderteppich- 6, 8 und
Drehtischeinheit 7 wird zusätzlich zu ihrem Identifikator
ID1–ID3, ein akustisches Alarmsignal zugeordnet, für
den Fall, dass sich eine Anlagenkomponente in einem nicht vorgesehenen
Zustand befindet. Dem Gepäckstück 9 wird
ein eigenes akustisches Signal zugeordnet, welches bei Bedarf aufgerufen
werden kann. Die Zeilen der Tabelle repräsentieren Informationen
zu jeder Anlagenkomponente. So wird dem ersten Förderteppich 6 der
Identifikator ID1 zugeordnet, die Position (x1, y1, z1) und das
akustische Signal sign1 bei Alarmzustand bzw. für den Fehlerzustand.
Der Anlagenkomponente Drehtisch 7 wird als Identifikator
ID2 zugeordnet als Position (x2, y2, z2) und das akustische Signal
sign1 bei Alarmzustand. Dem zweiten Förderteppich 8 wird
der Identifikator ID3 zugeordnet, die Position (x3, y3, z3) und
das akustische Signal sign1 bei Alarmzustand. Dem Gepäckstück 9 wird als
Identifikator ID4 zugeordnet und das akustische Signal sign4, das
bei Bedarf aufgerufen werden kann. Außerdem ist das Gepäckstück 9 mobil,
d. h. es kann sich an unterschiedlichen Orten in der Anlage befinden.
Die Position des Gepäckstückes wird daher in Abhängigkeit
von der Zeit (x4(t), y4(t), z4(t)) erfasst. Auch die Position des
Bedienpersonals (Mensch) 4 wird in Abhängigkeit
von der Zeit (x(t), y(t), z(t)) erfasst und im Anlagenmodell M hinterlegt. Weiterhin
wird für das Bedienpersonal 4 die Ausrichtung
dir(t), d. h. insbesondere die Orientierung der Kopfhörer,
erfasst (permanent oder bei Bedarf) und im Anlagenmodell M hinterlegt.
Dieser Parameter ist wichtig, um das richtige akustische Signal
zu erzeugen.
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Die
Position des Bedienpersonals 4 und des Gepäckstückes 9 wird
von einem Indoor-Navigationssystem als Positionsbestimmungssystem 10 permanent
oder bei Bedarf (on demand) erfasst.
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Im
Folgenden wird ein beispielhaftes Szenario für die Anwendung
des erfindungsgemäßen Systems bzw. Verfahrens
aufgezeigt:
Während der Beförderung auf der
Förderteppicheinheit 6 bleibt das Gepäckstück 9 irgendwo
hängen. Durch ein Sensorsystem merkt die Förderteppicheinheit 6 dass
ein Gepäckstück 9 eingegangen ist, das Förderband
aber nicht rechtzeitig verlassen hat. Daraufhin hält die
Förderteppicheinheit 6 an, begibt sich in den
Alarmzustand, und sendet seine Zustandsinformationen an den mobilen
Computer. Durch das Anlagenmodell M kennt der Computer die Position des
Bedienpersonals 4 und er weiß, dass er das akustische
Signal sign1 ausgeben soll, also berechnet er das Signal sign1 so,
dass das Bedienpersonal 4 es aus der Richtung des Förderteppichs 6 hört.
Das Bedienpersonal 4 weiß nun, dass sich eine
Anlagenkomponente im Alarmzustand befindet und in welcher Richtung
sich diese befindet. Das Bedienpersonal 4 kann nun das
Gepäckstück 9 über den mobilen Computer „rufen”.
Das Gepäckstück 9 sendet seine Position
an den mobilen Computer und der mobile Computer berechnet nun ein
akustisches Signal so, dass das Bedienpersonal 4 dieses
Signal sign4 aus der Richtung des Gepäckstücks 9 hört.
So wird das Bedienpersonal 4 direkt zum Gepäckstück 9 geleitet und
kann die Ursache des Problems feststellen und beheben.
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Die
im Anlagenmodell M hinterlegten Informationen ermöglichen
die Berechnung von Raumklanginformationen über die dann
wiederum ein Stereosignal erzeugt wird, welches dem Bedienpersonal 4 ermöglicht
spezifische akustische Signale von Anlagenkomponenten so zu hören,
als kämen sie von diesen Anlagenkomponenten. Durch das
Prinzip der Kunstkopfstereophonie (oder Kopfhörerstereophonie)
kann das Bedienpersonal 4 (z. B. der Anlagenfahrer, Wartungspersonal)
insbesondere mittels Stereokopfhörer Anlagenteile akustisch
im dreidimensionalen Raum lokalisieren. Um die Position von Anlagenkomponenten
zu erfahren, muss das Bedienpersonal somit nicht mehr Pläne
der Anlage studieren oder sich gegebenenfalls vor Ort durchfragen.
Diese akustische Ortung bzw. Positions- oder Aktivitätsbestimmung
ist von großem Vorteil, wenn die visuellen Informationen
gleichzeitig schon für andere Zwecke eingesetzt werden
müssen (z. B. Ablesen technischer Eigenschaften oder Eingeben
von Parametern) an Bildschirmen. Die binaurale akustische Lokalisierung
bzw. Aktivitätsbestimmung von Anlagenteilen ist z. B. in
folgenden Situationen sinnvoll:
- 1. Bei nötiger
Wartung einer Anlagenkomponente muss ein Techniker zu ihr kommen.
- 2. Bei einer Inbetriebsetzung kann ein Inbetriebnahmeprozess
so definiert sein, dass der Inbetriebsetzer gewisse Teile der Anlage
in einer gewissen Reihenfolge in Betrieb nimmt und über ihre
gegenwärtigen Aktivitäten informiert bleibt.
- 3. Bei der Simulation eines technologischen Prozesses auf einer
industriellen Anlage, um zu wissen, welche Teile der Anlage zu welchem
Zeitpunkt welche Aktivität ausführen.
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4 zeigt
ein Bedienpersonal 4 mit Datenbrille und Headset. Dem Bediener 4 werden
dabei Anlageninformationen über die Datenbrille (visuell) und über
einen Kopfhörer (akustisch) mitgeteilt. Der Bediener 4 kann über
den Kopfhörer binaural akustische Informationen zur Lokalisierung
von Anlagenteilen und zur Feststellung ihrer Aktivität
bzw. ihres Zustandes empfangen. Das erfindungsgemäße
System und Verfahren lässt sich somit sehr leicht in ein
vorhandenes Augmented Reality System integrieren, da in Augmented
Reality Systemen Datenbrillen und Headsets übliche Hilfsmittel
sind.
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5 zeigt
ein beispielhaftes Bedien- und Beobachtungssystem 1 zur
Bereitstellung binauraler akustischer Informationen. Beim System 1 von 5 kann
es sich auch nur um ein Beobachtungssystem zum Monitoren von Anlagenkomponenten
handeln. Das in 5 dargestellte System beinhaltet
Mittel zur Informationsbereitstellung 2. Die Informationen
können dabei visuell für einen Bediener 4 bereitgestellt werden über
einen Screen (Bildschirm, Monitor, Display oder Datenbrille) oder über
einen Lautsprecher bzw. Kopfhörer 2. Weiterhin
beinhaltet das System 1 Eingabemittel 3 wie Maus
oder Keyboard, es ist aber auch prinzipiell möglich akustische
Eingaben z. B. über ein Mikrofon vorzunehmen. Weiter beinhaltet das
System 1 Datenverarbeitungsmittel (Computer, PC, Prozessor).
Diese Da tenverarbeitungsmittel stellen ein Rechnersystem dar, das
das Anlagenmodell der Anlage beinhaltet, die Position des Bedienpersonals,
gegebenenfalls die Position mobiler Komponenten, gegebenenfalls
Informationen über den aktuellen Zustand der Anlage (d.
h. die aktuellen Aktivitäten der Anlagenkomponenten) und
einen Algorithmus zur Berechnung des Raumklangs, d. h. zur Berechnung
des akustischen binauralen Stereosignals zur Lokalisierung der Anlagenkomponenten.
Dieses akustische binaurale Stereosignal wird einem Bediener (z.
B. Anlagenfahrer, Bediener, Wartungspersonal) über Lautsprecher
oder insbesondere über Kopfhörer mitgeteilt. Als
Algorithmus zur Erzeugung der binauralen akustischen Signale kann
z. B. der BRIR-Algorithmus verwendet werden (binaural room impulse
response). Dieser BRIR-Algorithmus enthält eine kopfbezogene Übertragungsfunktion
(head related transfer function – HRTF).
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Bei
dem System 1 wie in 5 dargestellt, kann
es sich um ein verteiltes aber auch um ein zentrales Rechensystem
handeln. Weiterhin kann das System 1 mobile Computer beinhalten,
die z. B. in den Headsets oder Kopfhörern des Bedienpersonals integriert
sind. Der Algorithmus zum Generieren des binauralen akustischen
Signals kann an zentraler Stelle des Rechnersystems ablaufen, aber
auch verteilt z. B. in einem oder mehreren mobilen Computern.
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Das
erfindungsgemäße System bzw. Verfahren ermöglicht
es somit zwei Arten von Informationen für den Bediener
bereitzustellen:
- 1. 3D-Lokalisierung einer
oder mehrerer Komponenten (insbesondere durch Kopfhörerstereophonie)
und
- 2. Zustand bzw. Aktivitätsbeschreibungen einer oder
mehrerer Anlagenkomponenten durch spezifisch zugeordnete akustische
Signale.
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System
und Verfahren zum Monitoren von Anlagen oder Anlagenkomponenten
wobei einem Bediener binaurale akustische Informationen über die
Lokalisierung und/oder über den aktuellen Zustand einer
Anlagenkomponente mitgeteilt werden. Durch die zusätzliche
akustische Mensch-Maschine-Schnittstelle kann die grafische/visuelle Mensch-Maschine-Schnittstelle
durch die Einbeziehung des Hörsinnes erweitert werden,
bzw. die grafische/visuelle Mensch-Maschine-Schnittstelle kann für
andere Zwecke benutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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