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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein entsprechendes System zur Durchführung einer Umtaktung mindestens eines Arbeitsschrittes in einer Abfolge von Arbeitsschritten an einer Produktionslinie eines Fertigungsprozesses.
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Es ist bekannt, bei Fertigungen, bspw. im Kfz-Bereich, an einzelnen Fertigungsstationen die sog. SPS-Technik einzusetzen. Eine SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) ist eine Vorrichtung, die zur Steuerung oder Regelung einer Maschine oder Anlage eingesetzt wird und auf digitaler Basis programmiert wird. Eine SPS löst in vielen Bereichen die ”fest verdrahtete” verbindungsprogrammierte Steuerung ab. Eine SPS verfügt im einfachsten Fall über Eingänge, Ausgänge, ein Betriebssystem und eine Schnittstelle, über die ein entsprechendes Anwenderprogramm geladen werden kann.
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Das Anwenderprogramm legt fest, wie die Ausgänge in Abhängigkeit von den Eingängen geschaltet werden sollen. Das Betriebssystem stellt sicher, dass dem Anwenderprogramm immer der aktuelle Zustand der Ein- und Ausgänge zur Verfügung steht, so dass das Anwenderprogramm die Ausgänge so schalten kann, dass die entsprechende Maschine oder Anlage in der gewünschten Weise funktioniert. SPSs können bei Einsatz im Bereich der Fertigung an einzelnen Fertigungsstationen innerhalb einer Produktionslinie jeweils für einen Arbeitsschritt programmiert werden, diesen Arbeitsschritt entsprechend ausführen und ggf. auch diese Ausführung überwachen. Eine Anbindung der jeweiligen SPS an die entsprechende Fertigungsstation erfolgt in der Regel mit Sensoren und Aktoren. Sensoren sind an die Eingänge der SPS geschaltet und vermitteln der SPS das Geschehen der jeweiligen Maschine oder Anlage. Die Aktoren sind an den Ausgängen der SPS angeschlossen und bieten die Möglichkeit, die jeweilige Maschine oder Anlage zu steuern. Bei einer Umstrukturierung eines entsprechenden Fertigungsprozesses werden üblicherweise örtlich gebundene Arbeitsmittel und die entsprechende SPS umprogrammiert oder komplett mit ihrer jeweiligen Verkabelung umgezogen.
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Aus der
DE 10 2008 027 846 A1 ist eine Vorrichtung zum automatischen Erfassen der Topologie einzelner Komponenten einer Prozessanlage in der Automatisierungstechnik bekannt. Dabei handelt es sich bei den Komponenten um Feldgeräte, die physikalische und/oder chemische Prozessgrößen bestimmen oder beeinflussen, wobei eine übergeordnete Steuereinheit vorgesehen ist, die mit den Feldgeräten über ein in der Automatisierungstechnik gebräuchliches Feldbus-Protokoll kommuniziert und über das die Feldgeräte bedienbar sind. Jedem Feldgerät ist dabei ein Funketikett zugeordnet, wobei auf dem Funketikett topologierelevante Information des entsprechenden Feldgeräts gespeichert ist und wobei ein Funketikettenleser vorgesehen ist, der die topologierelevanten Information der Funketiketten erfasst und an die übergeordneten Steuereinheit weiterleitet.
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DE 10 2008 043 683 A1 beschreibt ein Feldgerät der Prozessautomatisierungstechnik. Das beschriebene Feldgerät hat eine Feldbus-Schnittstelle, über die das Feldgerät an einen Feldbus anschließbar ist und durch die gemäß einem Feldbus-Protokoll Telegramme sendbar und an das Feldgerät adressierte Telegramme empfangbar sind.
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DE 10 2007 028 841 A1 beschreibt eine Feldbuseinheit und ein Verfahren zur Konfiguration einer Feldbuseinheit. Eine Feldbuseinheit für ein Feldgerät der Prozessautomatisierungstechnik besitzt dabei eine Schnittstelle zum Anschluss eines Feldbusses und eine Mappingeinheit, welche dazu ausgelegt ist, automatisch eine Adressraumbelegung für einen Adressraum des Feldbusses zu generieren.
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DE 10 2007 055 613 A1 betrifft ein Automatisierungssystem, welches insbesondere einem Wartungspersonal ermöglicht, ohne Kenntnis des vollständigen Prozessabbildes vor Ort zu erkennen, an welchen Klemmkontakten von Busteilnehmern Änderungen vorgenommen werden müssen. Hierzu ist ein Automatisierungssystem vorgesehen, welches ein Kommunikationsnetz, eine programmierbare Steuereinrichtung und wenigstens einen modularen Busteilnehmer, die mit dem Kommunikationsnetz verbunden sind, aufweist. Die programmierbare Steuereinrichtung ist zum Bereitstellen einer Signalisierungsinformation ausgebildet.
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DE 101 46 864 A1 betrifft ein Verteilen von Daten bzw. ein Netzwerk, bei dem zur Erhöhung der Übertragungsgeschwindigkeiten und des Übertragungsvolumens ein Verteiler, insbesondere ein Ethernet-Switch eingesetzt wird, an welchem über die Busleitung aktive Abzweiger angeschlossen sind. Hierbei werden zur Kommunikation zwischen einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) und Ein/Ausgabe-Einheiten in bekannter Weise Feldbussysteme, wie Profibus oder Aktor-/Sensor-Interfacebus, eingesetzt.
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DE 196 26 502 A1 betrifft eine Anordnung von mehreren Sensoren und/oder Aktoren in einem Bussystem mit einer zentralen Steuereinheit, welche mit den Sensoren und/oder Aktoren über Busleitungen verbunden ist und diese zur Steuerung des Bussystems zyklisch abfragt. Dabei weisen die Busteilnehmer sowie die Steuereinheit Schnittstellenbausteine auf, über welche Daten zum bidirektionalen Datenaustausch auf die Busleitungen ausgegeben und von den Busleitungen eingelesen werden können. Die Daten werden über die Busleitungen gleichzeitig mit der Versorgungsspannung übertragen, indem die Daten der Versorgungsspannung aufmoduliert werden.
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Im Fertigungsbereich der Kfz-Technik ist es oft erforderlich, vorhandene Produktionslinien an neue Erfordernisse am Markt anzupassen bzw. Optimierungsmaßnahmen vorzunehmen, um stets höheren Anforderungen an die Qualität gerecht zu werden, so dass es dabei häufig erforderlich ist, entsprechende Taktgeschwindigkeiten innerhalb der jeweiligen Produktionslinien zu ändern. Mit Änderungen einer entsprechenden Taktgeschwindigkeit werden jedoch in der Regel Arbeitsumfänge in der entsprechenden Produktionslinie auf die jeweiligen Arbeitstakte neu aufgeteilt. Ziel derartiger Maßnahmen ist es, eine optimale und gleichmäßige Auslastung der jeweiligen Arbeitsmittel in den entsprechenden Takten zu erreichen. Durch diese Umtaktungen ist es. erforderlich, Arbeitsmittel zur Ausführung der Tätigkeiten ebenfalls mit Arbeitsinhalt entsprechend zu verschieben. Da diese Arbeitsmittel, wie bspw. eine in der Produktionsline vorzusehende Schraubtechnik verkabelt und vernetzt sind, bedingt eine Umtaktung stets erhebliche Umbauarbeiten. Derartige Umbauarbeiten an einer Produktionslinie sind in der Regel von sehr hohen Aufwendungen begleitet. Allerdings sind die Anforderungen an eine Bandfertigung, d. h. eine Fertigung mit Hilfe von Produktionslinien und deren Flexibilität sehr hoch, so dass derartige Umtaktungen immer wieder notwendig werden.
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Es war nunmehr eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren vorzusehen, mit dessen Hilfe eine notwendige Umtaktung eines Arbeitsschrittes in eine Abfolge von Arbeitsschritten an einer Produktionslinie vereinfacht und effizienter gestaltet werden kann, so dass die genannten hohen Aufwendungen reduziert werden können. Ferner war es eine Aufgabe, ein System bereitzustellen, welches es ermöglicht, Umtaktungsmaßnahmen kosten- und zeitoptimal durchzuführen.
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und ein System mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
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Es wird ein Verfahren zur Umtaktung mindestens eines Arbeitsschrittes in einer Abfolge von Arbeitsschritten an einer Produktionslinie eines Fertigungsprozesses, vorzugsweise im Kfz-Bereich, vorgestellt. Dabei wird jeder Arbeitsschritt an der Produktionslinie durch durch eine übergeordnete, arbeitsschrittspezifische Steuerung steuerbare Arbeitsmittel zur Ausführung des jeweiligen Arbeitsschrittes repräsentiert. Zur Durchführung eines Arbeitsschrittes werden die jeweiligen Arbeitsmittel an einer der Abfolge der Arbeitsschritte entsprechenden Stelle eines übergeordneten, einen für die Produktionslinie durchgehenden Informations- und Versorgungsfluss bereitstellenden Systems angebunden. Die übergeordnete, arbeitsschrittspezifische Steuerung ist ebenfalls an dieses System angebunden, so dass eine Steuerung der Arbeitsmittel über das System durchgeführt wird. Bei Umtaktung des mindestens einen Arbeitsschrittes werden die den mindestens einen Arbeitsschritt repräsentierenden Arbeitsmittel sodann lediglich zu einer anderen der Umtaktung entsprechenden Stelle des übergeordneten Systems transferiert und dort angebunden.
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Das übergeordnete, einen für die Produktionslinie durchgehenden Informations- und Versorgungsfluss bereitstellende System kann dabei mindestens einen Profibus umfassen, an welchen die jeweiligen arbeitsschrittspezifischen Steuerungen angebunden werden, und über welchen dann die jeweiligen Arbeitsschritte angesteuert werden.
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Ein Profibus (Process Field Bus) ist ein Standard für eine Feldbus-Kommunikation in der Automatisierungstechnik. Dabei existieren mehrere Varianten des Profibusses, wobei Profibus-DP (dezentrale Peripherie) der meistgenutzte Profibus ist und auch bei der Erfindung vorzugsweise zur Anwendung kommt. Profibusse-DP dienen vorzugsweise zur Ansteuerung von Sensoren und Aktoren durch eine zentrale Steuerung, im vorliegenden Fall vorzugsweise durch eine SPS.
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Das übergeordnete, einen für die Produktionslinie durchgängigen Informations- und Versorgungsfluss bereitstellende System kann ferner eine Stromversorgung umfassen sowie auch eine Versorgung anderer bei der Fertigung notwendiger Mittel, wie bspw. Druckluft.
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Das übergeordnete, einen für die Produktionslinie durchgängigen Informations- und Versorgungsfluss bereitstellende System erstreckt sich dabei in der Regel über die gesamte Produktionslinie, so dass an allen Stellen der Produktionslinie, d. h. an allen vorgesehenen Fertigungsstellen der Produktionslinie die Möglichkeit besteht, sowohl Informationen wie auch eine entsprechende Versorgung über das übergeordnete System bereitzustellen, um an den jeweiligen Fertigungsstellen wahlweise einen Arbeitsschritt aus einer Mehrzahl von Arbeitsschritten in der Fertigung vornehmen zu können.
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Dabei ist es ferner denkbar, dass das übergeordnete, einen für die Produktionslinie durchgängigen Informations- und Versorgungsfluss bereitstellende System an ein Kommunikationsnetz, bspw. an ein Fabriknetz bzw. Fabrik-Ethernet angekoppelt ist, so dass wiederum entsprechende Informationen über dieses Kommunikationsnetz an jeder Fertigungsstelle der Produktionslinie über das übergeordnete System erhältlich sind.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass an dem übergeordneten System zur Anbindung der die jeweiligen Arbeitsschritte repräsentierenden Arbeitsmittel geeignete Stellen vorgesehen sind, d. h. entsprechende Fertigungsstellen, die mit entsprechenden geeigneten Anschlüssen ausgestattet sind, so dass die Arbeitsmittel darüber an das übergeordnete System angeschlossen werden können und somit über das übergeordnete System durch die mindestens eine, ebenfalls an das System angekoppelte übergeordnete, arbeitsschrittspezifische Steuerung angesteuert werden können und ferner entsprechende Information und auch eine entsprechende Versorgung erhalten können. Vorzugsweise wird für die arbeitsschrittspezfisiche Steuerung eine SPS gewählt.
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Neben arbeitsschrittspezifischen Steuerungen ist in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung auch mindestens eine Steuerung für die Fördertechnik vorhanden. Diese fördertechnikspezifische Steuerung kann wiederum über einen in dem übergeordneten System integrierten Bus, bspw. einen Profibus an den einzelnen Fertigungsstellen der Produktionslinie ansprechbar sein. Die fördertechnikspezifische Steuerung dient dazu, ein zu fertigendes Produkt, bspw. ein Fahrzeug, in Abstimmung mit den durchzuführenden Arbeitsschritten an den Fertigungsstellen der Produktionslinie, sukzessive entlang der Produktionslinie zu transportieren.
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Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein System bereit, das für eine Produktionslinie eines Fertigungsprozesses, bspw. im Kfz-Bereich, einen durchgehenden Informations- und Versorgungsfluss bereitstellt und dazu konfiguriert ist, eine Umtaktung mindestens eines Arbeitsschrittes in einer Abfolge von Arbeitsschritten an der Produktionslinie dieses Fertigungsprozesses zu ermöglichen. Dabei ist jeder Arbeitsschritt an der Produktionslinie durch eine übergeordnete, arbeitsschrittspezifische Steuerung steuerbare Arbeitsmittel zur Ausführung des jeweiligen Arbeitsschrittes repräsentiert, wobei zur Durchführung eines Arbeitsschrittes die jeweiligen Arbeitsmittel an eine der Abfolge der Arbeitsschritte entsprechenden Stelle des Systems anzubinden sind. Ferner ist die übergeordnete arbeitsschrittspezifische Steuerung an das System anzuschließen. Bei Umtaktung des mindestens einen Arbeitsschrittes sind die den mindestens einen Arbeitsschritt repräsentierenden Arbeitsmittel zu einer anderen der Umtaktung entsprechenden Stelle des Systems zu transferieren und dort anzubinden.
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Das System umfasst vorzugsweise mindestens einen Profibus, an welchen jeweilige Steuerungen anzubinden sind. Ferner umfasst das System vorzugsweise eine Stromversorgung sowie auch Versorgungen anderer Mittel, die zur Durchführung eines Arbeitsschrittes von den entsprechenden Arbeitsmitteln an den jeweiligen Fertigungsstellen benötigt werden. Dabei kann es sich bspw. um Druckluft handeln.
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Ferner ist es denkbar, dass das erfindungsgemäße System an ein Kommunikationsnetz angekoppelt ist, wobei es sich bei dem Kommunikationsnetz um ein Fabriknetz bspw. um ein Fabrik-Ethernet handeln kann.
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Ferner weist das System zur Anbindung der die jeweiligen Arbeitsschritte repräsentierenden Arbeitsmittel Stellen, d. h. Fertigungsstellen auf, die mit Anschlüssen ausgestattet sind, so dass die Arbeitsmittel in geeigneter Weise an das System angekoppelt werden können, so dass sowohl Information wie auch Versorgung an den einzelnen Fertigungsstellen für die jeweiligen Arbeitsmittel zur Verfügung stehen. Ferner werden die Arbeitsmittel über den mindestens einen in dem System eingebundenen Bus, an welchem wiederum die übergeordnete, arbeitsschrittspezifische Steuerung angekoppelt ist, von der übergeordneten arbeitsschrittspezifischen Steuerung angesteuert.
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Eine Ausführungsform der Erfindung schlägt demnach vor, SPS-Technik an einen Profibus anzubinden, welcher als Teil des vorgeschlagenen übergeordneten Systems mit der gesamten Produktionslinie der Fertigung einen durchgehenden Informationsfluss darstellt. Ein solcher Profibus kann ferner Steckverbindungen aufweisen, die die Stromversorgung der einzelnen Arbeitsschritte erlauben. Durch das übergeordnete System, welches als Teil einen Profibus umfasst, ist es nunmehr möglich, eine Umtaktung einzelner Arbeitsschritte in der Abfolge von Arbeitsschritten an einer jeweiligen Produktionslinie relativ schnell durchzuführen. Ein Arbeitsplatz bzw. ein entsprechender Arbeitsschritt kann sehr leicht von einer Fertigungsstelle x an eine Fertigungsstelle y umziehen, so dass der entsprechende Arbeitsschritt dann in einer anderen Reihenfolge bzw. an anderer Stelle in der Abfolge der Arbeitsschritte durchgeführt wird, ohne dass eine zusätzliche Verkabelung der den Arbeitsschritt repräsentierenden Arbeitsmittel bzw. der entsprechenden arbeitsschrittspezifischen Steuerung von Nöten wären. Die übergeordnete, arbeitsschrittspezifische Steuerung, vorzugsweise eine SPS ist mit dem übergeordneten System, insbesondere mit dem Profibus als Teil des übergeordneten Systems verbunden und steuert hierüber die an der entsprechenden Fertigungsstelle lokalisierten Arbeitsmittel an. Gleichzeitig wird über das übergeordnete System als interaktivem Bedieninformationssystem an jeder Fertigungsstelle eine hohe Qualitätssicherung gewährleistet. Vorteil ist, dass auch bei geänderten Parametern keine Umprogrammierung der jeweiligen arbeitsschrittspezifischen SPS notwendig ist, da geänderte Parameter aus jeweiligen Parametrierpunkten in die SPS übertragen werden. Die in der jeweiligen SPS enthaltene Software ist für eine Umtaktung offen gestaltet, so dass es einfach möglich ist, die SPS am Profibus umzustecken und diesen Arbeitsschritt zu einem anderen Zeitpunkt, d. h. an einer anderen Fertigungsstelle in der Produktionslinie der Fertigung durchzuführen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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1 zeigt ein Beispiel einer sog. Fahrstrasse, wie sie in einem Kfz-Fertigungsprozess zum Einsatz kommen kann und auf welcher eine Produktionsline realisiert werden kann.
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2 zeigt eine mögliche erfindungsgemäße Medienanbindung innerhalb einer bspw. in 1 dargestellten Produktionslinie.
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3 zeigt ein durch Medienanbindung gemäß 2 sich ergebendes Netzwerk bei Realisierung der Produktionslinie.
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4 zeigt den Stand an der bspw. in den vorananstehenden Figuren gezeigten Produktionslinie bei einer erstmaligen Eintaktung von entsprechenden Arbeitsschritten an jeweiligen Fertigungsstellen der Produktionsline.
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5 zeigt am Beispiel eines EC-Schraubers eine Taktzuordnung, d. h. eine Zuordnung eines entsprechenden Arbeitsschrittes zu einer an der Produktionsstelle vorgesehenen Fertigungsstelle.
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6 zeigt eine Umtaktung an der bspw. in den voranstehenden Figuren gezeigten Produktionslinie wie sie gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert werden kann.
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7 zeigt eine weitere Umtaktung eines Arbeitsschrittes an der Produktionslinie aus den voranstehenden Figuren wie sie gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden kann.
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8 zeigt eine mögliche Architektur der an der Produktionslinie angekoppelten Systeme, wie sie bei Einsatz einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems realisiert werden kann.
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9 zeigt die jeweiligen Funktionen der in 8 genannten Systeme innerhalb der entsprechenden an der Produktionslinie realisierten Architektur.
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In den nachfolgenden Figuren werden figurenübergreifend bestimmte Symbole verwendet, die in allen Figuren jeweils die gleiche Bedeutung haben. Zum einen ist es das Symbol der 27, welche stellvertretend für eine Ereigniserfassung in Form einer papierlosen Fahrzeugdokumentation steht, die an jeder Fertigungsstelle in die Produktionslinie einzugeben ist, so dass erfasst werden kann, welcher Fahrzeugtyp bspw. an der betreffenden Produktionslinie zu fertigen bzw. zu bearbeiten ist. Ferner wird die Schraubtechnik symbolisiert durch die Symbole 28 und 29, welche auch stellvertretend für die Schraubdatenerfassung stehen, welche nötig ist, um an der Fertigungsstelle, an welcher Schraubtechnik an dem zu fertigenden Fahrzeug erfolgen soll, die Schraubtechnik entsprechend temporär zu implementieren. Durch das Symbol 30 wird ein Handscanner symbolisiert, über welchen an einer entsprechenden Fertigungsstelle eine IPAS-Datenerfassung ermöglicht wird. Das bedeutet, dass hier bspw. ein entsprechender Barcode eingelesen werden kann, welcher bspw. dokumentationspflichtige Informationen am Fahrzeug erfasst. Ferner ist jede Fertigungsstelle in Interaktion mit einem sog. Fertigungs- und Qualitätssystem, was im Folgenden als FuQS abgekürzt wird.
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1 zeigt ein Beispiel einer Produktionslinie eines Fertigungsprozesses bspw. im Kfz-Bereich. Die Produktionslinie weist hierbei mehrere sog. Fertigungsstellen 1 bis 11 auf, an welchen jeweils ein Arbeitsschritt durchzuführen ist, so dass sich eine Abfolge von Arbeitsschritten ergibt, die zeitlich nacheinander durchgeführt werden, da bei Fertigung das zu fertigende Produkt entlang der dargestellten Produktionslinie bzw. Fahrstrasse 100 die einzelnen Fertigungsstellen nacheinander passiert. Jede Fertigungsstelle ist zur Durchführung eines Arbeitsschrittes mit entsprechenden Arbeitsmitteln zu verbinden, die über mindestens eine jeweilige arbeitsschrittspezifische Steuerung, bspw. eine SPS anzusteuern sind. Es ist dadurch möglich, dass sobald das zu fertigende Produkt, bspw. ein Fahrzeug, eine der Fertigungsstellen erreicht, an dieser Fertigungsstelle der dieser Fertigungsstelle aktuell zugeordnete Arbeitsschritt durchgeführt wird, und sobald der Arbeitsschritt vollendet ist, das herzustellende Produkt weitergeleitet wird an die gemäß der Abfolge nachfolgende Fertigungsstelle mit dem entsprechenden dort lokalisierten und implementierten Arbeitsschritt und den den Arbeitsschritt repräsentierenden Arbeitsmitteln. Die Abfolge der Arbeitsschritte wird in der Regel definiert durch die an den Fertigungsstellen lokalisierten Arbeitsmittel, die über die jeweiligen arbeitsschrittspezifischen Steuerungen angesteuert werden.
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Wie eingangs erwähnt, ist es nunmehr oft erforderlich, dass ein Arbeitsschritt in der Abfolge der durchzuführenden Arbeitsschritte umzutakten ist, was bedeutet, dass ein entsprechender Arbeitsschritt an einer anderen Stelle innerhalb der Produktionslinie, d. h. an einer anderen Fertigungsstelle der Produktionslinie anzusiedeln ist, so dass er in der Chronologie an dem zu fertigenden Produkt in einer anderen zeitlichen Abfolge durchgeführt wird wie ursprünglich vorgesehen. Dies kann bspw. der Fall sein, wenn eine Produktionslinie für mehrere bzw. mindestens zwei voneinander leicht sich unterscheidende Fahrzeugtypen genutzt werden soll. Dabei ist es denkbar, dass die meisten der durchzuführenden Arbeitsschritte in der gleichen. Abfolge an dem herzustellenden Fahrzeug durchzuführen sind, jedoch bspw. mindestens ein Arbeitsschritt bei einem der zwei an der Produktionslinie wahlweise herzustellenden Fahrzeugtypen früher oder später durchzuführen ist, so dass hierzu eine Umtaktung des entsprechenden Arbeitsschrittes von Nöten ist.
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Um zu vermeiden, dass dazu eine vollständige Umverkabelung der den entsprechenden Arbeitsschritt repräsentierenden Arbeitsmittel und der arbeitsschrittspezifischen Steuerung vorzunehmen ist, wird nunmehr vorgeschlagen, ein übergeordnetes System vorzusehen, welches für die Produktionslinie des Fertigungsprozesses einen durchgehenden Informations- und Versorgungsfluss bereitstellt. Ein derartiges System ist bspw. in 2 dargestellt und mit Bezugszeichen 20 kenntlich gemacht. Das übergeordnete System 20 umfasst in der hier dargestellten Ausführungsform eine Stromversorgung 21, eine Druckluftversorgung 22, einen Profibus-DP für die Schraubtechnik 23 und einen Profibus-DP für die Anlagentechnik 24. Ferner ist das übergeordnete System 20 an ein Fabriknetz bzw. ein Fabrik-Ethernet 25 angekoppelt. Das übergeordnete System 20 erstreckt sich entlang der Produktionslinie, wie sie bspw. in 1 dargestellt ist, und ermöglicht, dass an jeder Fertigungsstelle Takt X2, Takt X3, ... der Produktionslinie eine entsprechende Versorgung, wie bspw. Stromversorgung und Druckluftversorgung gewährleistet ist. Ferner wird über die mindestens eine vorgesehene Profibuseinheit 23, an welche mindestens eine entsprechende Steuerung für die Schraubtechnik übergeordnet angekoppelt ist, ermöglicht, dass die mindestens eine arbeitsschrittspezifische Steuerung für die Schraubtechnik quasi an jeder beliebigen Fertigungsstelle entlang der Produktionslinie verfügbar ist, so dass der entsprechende Arbeitsschritt quasi an jeder beliebigen Fertigungsstelle innerhalb der Produktionslinie durchgeführt werden kann. Dazu werden an jeder Fertigungsstelle entlang der Produktionslinie entsprechende Anschlüsse vorgesehen, die in 2 durch eine Anschlussbox 36 repräsentiert werden, in welcher verschiedene Anschlüsse 25_1, 25_2 für das Fabriknetz 25, jeweils ein Anschluss 23_1 für den Profibus DP Schraubtechnik 23 und ein Anschluss 24_1 für den Profibus DP Anlagentechnik 24.
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Ferner sind zwei Anschlüsse zur Stromversorgung 21_1 und 21_2 vorgesehen sowie ein Anschluss 22_1 für die Druckluft. Ferner ist an jeder Fertigungsstelle eine optische Signalisation 26 vorgesehen, welche anzeigt, ob ein aus der entsprechenden Fertigungsstelle durchzuführender Arbeitsschritt freigegeben ist zur Durchführung.
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3 zeigt das in 2 näher erläuterte übergeordnete System 20 im Zusammenhang mit den darüber an der Produktionslinie angekoppelten Systemen und deren spezifische Vernetzung. An dem Profibus DP Schraubtechnik 23 ist eine übergeordnete Steuerung Schraubtechnik 34 angebunden, die über den Profibus DP 23 an den einzelnen Fertigungsstellen ansprechbar ist und dort ggf. lokalisierte Arbeitsmittel ansteuern kann. An dem Anlagentechnikprofibus DP 24 ist eine Fördertechniksteuerung 35 angekoppelt, die dann über den Profibus DP Anlagentechnik 24, welcher Teil des übergeordneten Systems 20 ist, ebenso wie der Schraubtechnik Profibus DP 23 an jeder Fertigungsstelle an der Produktionslinie ansprechbar ist. Ferner ist ein Schraubserver 31 vorgesehen, der über einen Switch 33 mit der Steuerung Schraubtechnik 34 via das Fabrik-Ethernet 25 gekoppelt ist. Über den Switch 33 ist ferner auch die Steuerung Fördertechnik 35 sowohl mit dem Schraubserver 31 wie auch mit dem Fabrikserver 32 via Ethernet 25 gekoppelt.
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Die Fertigungsstellen an der Produktionslinie, von denen eine Auswahl in 2 und 3 und auch in den nachstehenden 4, 5, 6 und 7 gezeigt ist, werden bezeichnet als Takt X2, Takt X3, Takt X4 und Takt X5.
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Die Steuerungen 34 und 35 sind vorzugsweise gewählt aus der von Siemens vertriebenen Simatic-Reihe für steuerprogrammierbare Steuerungen. Dabei wird bspw. je ein Simatic S7 gewählt. Die Steuerung 34 betreffend die Schraubtechnik ist gekoppelt mit dem Profibus DP Schraubtechnik 23 und die Steuerung 35 ist gekoppelt mit dem Anlagentechnik Profibus DP 24. Ferner sind die Steuerungen über den Switch 33 mit dem Schraubserver 31 bzw. dem Fabrikserver 32 über das Fabriknetz bzw. Ethernet 25 verbunden.
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4 beschreibt ein erstmaliges Eintakten der Fertigungsstellen an der in den voranstehenden Figuren bereits beschriebenen Produktionslinie. Das übergeordnete System 20 stellt, wie bereits in den voranstehenden Figuren beschrieben, einen für die Produktionslinie durchgehenden Informations- und Versorgungsfluss dar, was u. a. realisiert wird durch die vorgesehenen Profibusse 23 und 24, an die wiederum jeweilige übergeordnete Steuerungen 34 bzw. 35 angekoppelt sind, sowie durch die Stromversorgung 21, die Druckluftversorgung 22 und die Ankopplung an das Fabriknetz 25. Ferner sind an jeder Fertigungsstelle Takt X2, Takt X3, Takt X4 und Takt X5 entsprechende Anschlüsse vorgesehen, über welche Arbeitsmittel jeweils an das übergeordnete System angebunden werden können.
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In einem ersten Schritt wird nun ein jeder Arbeitstakt bzw. eine jede Fertigungsstelle eingerichtet, was einhergeht mit entsprechenden Anschlussarbeiten in dem jeweiligen Takt bzw. an der jeweiligen Fertigungsstelle, wobei zunächst an jeder Fertigungsstelle eine Ereigniserfassung stattfindet, d. h. bspw. eine papierlose Fahrzeugdokumentation des zu fertigenden Fahrzeugs, was hier durch die 27 kenntlich gemacht ist. Darüber wird an jeder Fertigungsstelle erkannt, welches Fahrzeug auf der Produktionslinie zu fertigen ist. Weitere Informationen werden sodann über das Fabriknetz 25 erhalten.
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In einem zweiten Schritt wird bspw. an den Fertigungsstellen Takt X3 und Takt X4 ein dort durchzuführender Arbeitsschritt eingerichtet, wobei es sich in dem hier gezeigten Beispiel in beiden Fällen um eine benötigte Schraubtechnik handelt. Zur Einrichtung der Schraubtechnik an den Fertigungsstellen Takt X3 und Takt X4 werden die entsprechenden Arbeitsmittel 28 und 29 an die vorgesehenen Anschlüsse angekoppelt. Zum einen findet eine Ankopplung an den Schraubtechnik Profibus DP 23 statt und ferner ein Anschluss an die Stromversorgung 21 sowie eine Ankopplung an das Fabriknetz 25. In einem dritten Schritt wird an den Fertigungsstellen Takt X4 und Takt X5 zur Datenerfassung ein Handscanner 30 vorgesehen, der über den Anlagentechnikprofibus DP 24 des übergeordneten Systems 20 mit der Fördertechnik Steuerung 35 kommuniziert.
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5 zeigt nunmehr am Beispiel der Fertigungsstelle Takt X3 wie ein EC-Schrauber, hier symbolisiert durch Arbeitsmittel 28, 29, dieser Fertigungsstelle zugewiesen wird, was einhergeht mit einer Parametrierung von vorzunehmenden Schraubfällen. Das bedeutet, dass hier bestimmt und eingestellt (parametriert) wird, was explizit an der Fertigungsstelle Takt X3 an dem zu fertigenden Fahrzeug durch die vorgesehenen Schraubmittel 28, 29 auszuführen ist. Die Schraubfälle werden allgemein mit SF bezeichnet, wobei die an der Fertigungsstelle Takt X3 spezifisch auszuführenden Schraubfälle SF1 und SF4 bezeichnet werden. Der Durchführungs- bzw. Arbeitsschritt der beiden Schraubfälle SF1 und SF4 ist hier mit PF11 bezeichnet. Im hier gezeigten Beispiel wird von dem Schraubfall SF1 Massepunkt 1 des herzustellenden Fahrzeugs behandelt und von Schraubfall SF4 Türmodul links.
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6 zeigt eine weitere Zuordnung einer Fertigungsstelle, nämlich Takt X4 zu einem EC-Schrauber. Auch hier findet eine Parametrierung der durchzuführenden Schraubfälle statt, welche hier SF2 und SF3 sind. Der in Takt X4 nunmehr auszuführende Arbeitsschritt wird als PF12 bezeichnet. Betroffen von den durchzuführenden Schraubfällen sind hierbei Massepunkt 2 und Türmodul rechts. Das bedeutet, dass in jedem zu fertigenden Fahrzeug an der Fertigungsstelle Takt X4 Massepunkt 2 und Türmodul rechts von Schrauboperationen betroffen sein werden bzw. an diesen entsprechende Schrauboperationen (Schraubfälle) durchgeführt werden.
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7 zeigt nunmehr beispielhaft wie eine Umtaktung eines Arbeitsschrittes von einer Fertigungsstelle an der Produktionslinie zu einer anderen Fertigungsstelle der Produktionslinie mit Hilfe des erfindungsgemäß vorgesehenen übergeordneten Systems vonstatten geht. In dem hier dargestellten Beispiel soll der Arbeitsschritt PF11 von der Fertigungsstelle Takt X3 zu einer anderen Fertigungsstelle, nämlich zu Fertigungsstelle Takt X5 transferiert werden, wie durch Pfeil T angedeutet. Dies geht einher mit einer Entfernung der Parametrierung der Schraubfälle SF1 und SF4 von der Fertigungsstelle Takt X3. Das bedeutet, dass die Zuordnung des Arbeitsschrittes PF11 zu Takt X3 und damit die den Arbeitsschritt repräsentierenden Arbeitsmittel, im hier gezeigten Beispiel die entsprechenden Schraubtechnikmodule 28 und 29 an der Fertigungsstelle Takt X3 zu entfernen sind. Gegebenenfalls kann hier ein beweglicher Medienwagen zum Einsatz kommen, in dem sowohl Schraubtechnik, Scannertechnik, FuQS (Fertigungs- und Qualitätssicherung) und Arbeitsmittel implementiert sind. Sodann werden die Arbeitsmittel zu der neu vorgesehenen Fertigungsstelle Takt X5 transferiert und dort entsprechend wieder an das übergeordnete System 20 angekoppelt. In einem vorgesehenen Parametriertool wird sodann für die ursprünglich an der Fertigungsstelle Takt X3 vorzunehmenden Schraubfälle SF1 und SF4, die neue Taktinformation, d. h. Informationen bezüglich der neuen Fertigungsstelle Takt X5 dem Gesamtsystem übergeben. Sodann erfolgt automatisch ein Datentransfer vom Schraubtechnikserver 31 zu der arbeitsschrittspezifischen Steuerung (vorzugsweise eine SPS) 34 bezüglich der geänderten Informationen. Ferner wird in einem Parametriertool für die Interaktion an den Fertigungsstellen der Produktionslinie die neue Taktinformationen parametriert. Die parametrierte Information wird auch genutzt für eine sog. Bodytrackingfunktion der Fördertechnik Steuerung (vorzugsweise eine SPS) 35, wie bspw. Bandhalt und Ergebnisdaten. Ferner erfolgt ein Datentransfer vom Fabrikserver 32 zu den SPSs 34 und 35 für geänderte Information. Dabei ist keine Programmierung der Fördertechnik SPS 35 und der Schraubtechnik SPS 34 notwendig. Ebenso erfordert es keine neue Version an FuQS (Fertigungs- und Qualitätssicherung).
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8 zeigt nun, dass der Arbeitsschritt PF11, der zuvor an der Fertigungsstelle Takt X3 eingerichtet war, nunmehr an der Fertigungsstelle Takt X5 einzurichten ist, wo dann entsprechende Anschlussarbeiten erfolgen, so dass der Arbeitsschritt PF11 dann an der Fertigungsstelle Takt X5, d. h. in der Chronologie nach dem Arbeitsschritt PF12 der Fertigungsstelle Takt X4 ausgeführt wird.
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9 zeigt ein Beispiel einer möglichen Architektur der in der voranstehenden beschriebenen Produktionslinie angekoppelten Systeme. Beispielhaft sind für die Produktionslinie die Fertigungsstellen Takt X3, Takt X4 und Takt X5 herausgenommen aus der Vielzahl von Fertigungsstellen, die in der Produktionslinie vorhanden sind. An all diesen Fertigungsstellen Takt X3, Takt X4 und Takt X5 sollen im vorliegenden Beispiel Schrauboperationen bzw. sog. Schraubfälle ausgeführt werden können. Demnach sind all diese Fertigungsstellen zur Ausführung von Schraubfällen mit der übergeordneten, arbeitsschrittspezifischen Schraubtechniksteuerung 34 gekoppelt. Die Schraubtechniksteuerung 34 ist über einen Switch 33 und ein entsprechendes Schraubnetz Ethernet 40, welches durch gestrichelte Linie kenntlich gemacht ist, an einen entsprechenden Schraubtechnikserver 31 angekoppelt. Die Fertigungsstellen Takt X3, Takt X4 und Takt X5 sind ebenfalls an das Schraubnetz-Ethernet 40 und den darin vorgesehenen Switch 33 angekoppelt, was durch die gestrichelte Linie kenntlich gemacht ist. Die Schraubtechniksteuerung 34 ist ferner zur Ansteuerung über einen Profibus DP Schraubtechnik 23 mit den entsprechenden Fertigungsstellen Takt X3, Takt X4 und Takt X5 gekoppelt (durchgezogene Linie). Der Schraubserver 31 ist wiederum über ein Fabrik-Ethernet 25 mit dem Fabrikserver 32 vernetzt (gepunktete Linie). Das Fabrik-Ethernet ist durch gepunktete Linien kenntlich gemacht und ermöglicht eine übergreifende Kommunikation zwischen den Systemen, was insbesondere auch zur Interaktion und Fertigungs- und Qualitätssicherung innerhalb des Gesamtsystems und an den einzelnen Fertigungsstellen (wie hier durch Bezugszeichen 41 kenntlich gemacht) notwendig ist.
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Von dem Fabrikserver 32 werden Fahrzeugdaten und Ergebnisdaten an den Schraubserver 31 übertragen. Eine Parametrierung eines Schraubfalls mit entsprechenden Vorlaufdaten erfolgt in dem Schraubtechnikserver 31, der wiederum Aufträge an die Schraubsteuerung 34 übermittelt, welche die Ausführung dieser Aufträge über den Profibus DP 23 an den entsprechend vorgesehenen, über die Parametierung bestimmten Fertigungsstellen steuert.
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Hinsichtlich der Fertigungsstellen an der Produktionslinie ist hier, wie bereits erwähnt, lediglich eine Auswahl der Fertigungsstellen gezeigt in Form der Takte Takt X3, Takt X4 und Takt X5. An all diesen Fertigungsstellen soll im vorliegenden Beispiel eine Schrauboperation durchgeführt werden, wobei anfangs lediglich die Fertigungsstellen Takt X3 und Takt X4 eingerichtet und aktivierbar sind. Alle Fertigungsstellen sind über einen Switch 33 mit der übergeordneten arbeitsschrittspezifischen Steuerung Schraubtechnik 34, vorzugsweise einer SPS, besonders bevorzugt einer Simatic S7 verbunden. Ferner sind die Fertigungsstellen Takt X3, Takt X4 und Takt X5 über den Switch 33 über das Schraubnetz Ethernet 40 mit dem Schraubserver 31 verbunden. Das Ethernet Schraubnetz 40 ermöglicht eine Kommunikation zwischen den entsprechenden Fertigungsstellen, die für Schrauboperationen bzw. Schraubfälle vorgesehen sind und der übergeordneten schraubtechnikspezifischen Steuerung 34 und dem Schraubserver 31. Ferner ist der Fabrikserver 32 über das Fabriknetz Ethernet 25 mit dem Schraubserver 31 sowie einer fördertechnikspezifischen Steuerung 35, die ebenfalls vorzugsweise eine Simatic S7 ist, verknüpft. Über das Fabriknetz 25 lässt sich eine Interaktion bezüglich Fertigung- und Qualitätssicherung ermöglichen. Darüber hinaus ist die übergeordnete schraubtechnikspezifische Steuerung 34 über einen Profibus DP Schraubtechnik 23 mit den einzelnen Fertigungsstellen Takt X3, Takt X4 und Takt X5 verbunden, so dass hierüber eine Steuerung erfolgen kann. Der Profibus 23 sowie Anschlüsse an das Fabrikethernet 25 und die fördertechnikspezifische Steuerung 24 sind erfindungsgemäß in dem übergeordneten, für die Produktionslinie einen durchgehenden Informations- und Versorgungsfluss bereitstellenden System 20 umfasst. Zur Durchführung der Arbeitsschritte werden zunächst von dem Fabrikserver 32 Fahrzeugdaten an den Schraubserver 31 übertragen, so dass erkennbar ist, welches zu fertigende Fahrzeug sich derzeit an der Produktionslinie befindet. Der Schraubserver 31 nimmt entsprechende Parametrierungen vor und vermittelt diese an die Steuerung Schraubtechnik 34. Die Schraubtechnik Steuerung 34 ist in Kommunikation mit der Fördertechniksteuerung 35, so dass hier abgeglichen werden kann, wann das zu fertigende Fahrzeug an welcher Stelle der Produktionslinie, sprich an welcher Fertigungsstelle anzutreffen ist, so dass die Schraubtechniksteuerung 34 zu gegebenem Zeitpunkt über den Profibus DP Schraubtechnik 23 eine entsprechende Steuerung an einer jeweiligen Fertigungsstelle übermitteln kann, die dazu eingerichtet sind, Schraubfälle bzw. -operationen vorzunehmen. Die übergeordnete Steuerung 34 weiß dabei automatisch anhand zuvor erfolgter Parametierung im Schraubserver 31 und entsprechender Übermittlung an Schraubtecknik Steuerung 34, an welcher Fertigungsstelle, welche Schraubfälle bzw. -operationen ausgeführt werden sollen, so dass hier eine zielgerichtete Steuerung über den Profibus erfolgen kann. Das bedeutet, dass über den Profibus 23 sowohl Schraubaufträge abgewickelt, wie eine Kommunikation zwischen Steuerung 34 und Arbeitsmitteln an den entsprechenden Fertigungsstellen abgewickelt werden. Sobald demnach von der Fördertechniksteuerung 35 ein Trigger an die Schraubtechniksteuerung 34 gesendet wird, dass das zu fertigende Fahrzeug sich an der Fertigungsstelle Takt X3 befindet, sendet die Schraubtechniksteuerung 34 über den Profibus DP 23 eine entsprechende Anweisung an die Fertigungsstelle Takt X3 bzw. an die dort angeschlossenen Arbeitsmittel, die durch die Steuerung 34 direkt ansteuerbar sind, so dass die dort vorgesehenen Schrauboperationen durchgeführt werden.
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Gegebenenfalls können an der Produktionslinie bzw. an den einzelnen Fertigungsstellen die einzelnen Arbeitsschritte und die entsprechenden Ergebnisse bzw. der aktuelle jeweilige Status des zu fertigenden Fahrzeugs visualisiert dargestellt werden. Ebenso kann dann eine entsprechende Eintragung auf einer elektronischen Warenbegleitkarte an der Fertigungsstelle durchgeführt werden.
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Es soll nunmehr, wie bereits in den 7 und 8 gezeigt, eine Umtaktung durchgeführt werden, die im vorliegenden Beispiel darin besteht, wie durch Pfeil T angedeutet, dass die Arbeitsmittel von Fertigungsstelle Takt X3 zur Fertigungsstelle Takt X5 transferiert werden sollen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Vernetzung bzw. Architektur der miteinander kommunizierenden Einheiten müssen dabei lediglich die Arbeitsmittel, die die Schraubfälle an der Fertigungsstelle Takt X3 repräsentieren von dem übergeordneten System, insbesondere dem darin enthaltenen Profibus 23 demontiert werden und zu der Fertigungsstelle Takt X5 umgezogen werden, wo sie dann einfach wieder an das übergeordnete System 20 über die dort vorgesehenen geeigneten Anschlüsse angekoppelt werden, so dass sowohl eine ausreichende Stromversorgung wie auch eine Ansteuerung durch die Steuerung 34 über den Profibus 23 gewährleistet ist. Bezüglich der chronologischen Abfolge, die sich durch die Umtaktung ergeben hat, müssen der Schraubserver 31 und der Fabrikserver 32 neu parametrisiert werden, so dass die zeitliche Abfolge der Arbeitsschritte bei Durchlauf des zu fertigenden Produkts an der Produktionslinie klar ist. Demgegenüber ist weder eine Umprogrammierung der Steuerung Schraubtechnik 34 noch der Steuerung Fördertechnik 35 notwendig, da die jeweiligen Steuerungen übergeordnet via jeweiligen Profibus 23 bzw. 24 erfolgt und die Steuerungen über die Umtaktung durch den Schraubserver 31 bzw. Fabrikserver 32 via Ethernet 25 informiert und entsprechend angewiesen werden.
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Vorteile des erfindungsgemäßen Systems und der damit verbundenen Architektur der miteinander interagierenden Einheiten ist es, dass bei Umtaktung eines Arbeitsschrittes nicht die gesamte Steuerung zusammen mit den steuerbaren Arbeitsmitteln von der ursprünglichen Fertigungsstelle demontiert und komplett mit ihrer gesamten Vernetzung an einer neuen Fertigungsstelle angeschlossen werden müssen. Vielmehr sind erfindungsgemäß an jeder Fertigungsstelle die Anschlüsse bereits vorhanden, so dass lediglich die Arbeitsmittel demontiert und an der neuen Fertigungsstelle montiert und entsprechend angeschlossen werden müssen und keine neue komplexe Vernetzung, insbesondere im Hinblick auf die Steuerungen vorgenommen werden muss. Dadurch erscheint eine Umtaktung wesentlich schneller, effektiver und damit auch kostengünstiger als es ursprünglich an einer aus dem Stand der Technik bekannten Produktionslinie möglich war. Weder die Schraubtechniksteuerung 34 noch die Fördertechniksteuerung 35 müssen umprogrammiert werden; es erfolgt lediglich eine leichte Parametrierung der mit den entsprechenden Steuerungen in Kommunikation stehenden Servern, nämlich dem Schraubserver 31 und dem Fabrikserver 32.
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Es ist erkennbar, dass am Beispiel der Umtaktung eines Arbeitsschrittes bezogen auf die Schraubtechnik eine erhebliche Kostenersparnis durch Entfallen von Kabelmontagearbeiten erzielt werden kann, da ausschließlich die Arbeitsmittel demontiert und wiederum montiert werden müssen, während die Steuerungen übergeordnet angeordnet sind und demnach an allen in Frage kommenden Fertigungsstellen über die entsprechend vorgesehenen Profibusse angekoppelt werden können. Dadurch ergibt sich nicht nur eine Kostenersparnis sondern auch eine Fehlerminimierung durch Wegfall von Anschlussarbeiten und Wiederinbetriebnahmen. Darüber hinaus werden durch Durchführung lediglich einer Parametrierung anstelle einer ursprünglich notwendigen Umprogrammierung Fehler minimiert. Es handelt sich im wesentlichen um ein Plug-and-Play-Szenario, welches bei Umtaktung eines Arbeitsschrittes vonstatten gehen muss. Weder an den Serversystemen, noch an den Steuerungen oder den ggf. vorgesehenen Visualisierungen an den jeweiligen Fertigungsstellen ist eine Programmcodeänderung notwendig. Dadurch ist eine schnelle Reaktion auf geänderte Anforderungen an den durchzuführenden Fertigungsprozess möglich. Eine Umtaktung kann in kurzen Produktionsunterbrechungen, wie bspw. auch in Pausen vorgenommen werden, so dass diese mit erheblich kürzeren Realisierungszeiten wie bislang verbunden ist. Es erfolgt durch Umtaktungsmaßnahmen keine negative Beeinflussung des Gesamtfertigungsprozesses und das System ist nach Umtaktung sofort und vollumfassend funktionsfähig. Ferner können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im wesentlichen Standardprodukte, die auf dem Markt erhältlich sind, und untereinander frei austauschbar sind, wie etwa Datenbanksysteme, Visualisierung, Steuerung, Schraubtechniksysteme, Scanner usw. verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008027846 A1 [0004]
- DE 102008043683 A1 [0005]
- DE 102007028841 A1 [0006]
- DE 102007055613 A1 [0007]
- DE 10146864 A1 [0008]
- DE 19626502 A1 [0009]
