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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für Maschinenanlagen, insbesondere Produktionsanlagen, mit mehreren räumlich verteilt angeordneten Maschineneinheiten, die mittels einer Bedieneinheit vor Ort durch eine Bedienperson steuerbar sind.
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Eine derartige Steuerungsvorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 10 2008 038 968 A1 bekannt. Die bekannte Steuerungsvorrichtung benutzt beispielsweise Mobiltelefone zur Eingabe von Steuerbefehlen durch die Bedienperson und überträgt diese über das Mobilfunknetz an eine zentrale Steuerungseinheit für die Steuerung der Maschinen.
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Bei Maschinenanlagen wie beispielsweise der Produktionsanlage eines Zementwerkes sind eine Vielzahl unterschiedlicher technologischer Einheiten verbaut, beispielsweise Antriebe. Diese Einheiten werden im Normalfall automatisch betrieben und zentral gesteuert. Für besondere Anwendungsfälle, beispielsweise Wartung oder Reparatur, muss eine Maschineneinheit aber auch per Hand gesteuert werden können. Für den Handbetrieb bedarf es einer Bedieneinheit vor Ort, denn aus sicherheitstechnischen Gründen muss sichergestellt sein, dass die Bedienperson Aktionen im Handbetrieb nur dann durchführen kann, wenn sie sich vor Ort befindet und Sichtkontakt zu der jeweiligen Maschineneinheit und deren Aktionsradius besteht. Diese Anforderung wird nach dem heutigen Stand der Technik durch vor Ort fest installierte Bedieneinheiten erfüllt, die die Bedienung der Maschineneinheit im Handbetrieb ermöglichen, wobei die Bedienperson gezwungen wird, die Bedienung vor Ort mit Sichtkontakt zum jeweiligen Maschinenelement durchzuführen. Bei einer Produktionsanlage eines Zementwerkes können durchaus 1.000 Antriebseinheiten verbaut sein. Nach dem Stand der Technik benötigt man daher auch 1.000 feste Bedieneinheiten vor Ort, um die jeweilige individuelle Ansteuerung der Maschineneinheiten im Sichtbereich der Bedienperson zu gewährleisten. Eine solche Vielzahl von Bedieneinheiten verursachen aber erhebliche Kosten.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerungsvorrichtung für Maschinenanlagen anzugeben, die bei geringeren Kosten dennoch eine sichere Bedienung der Maschineneinheiten gewährleistet.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Bedieneinheit als mobiles Gerät ausgestaltet ist, welches von der Bedienperson mitgeführt werden kann, und dass im Bereich der Maschineneinheiten vor Ort jeweils eine Andockstation mit einer maschinenseitigen Datenübertragungsschnittstelle vorgesehen ist, die mit einer geräteseitigen Datenübertragungsschnittstelle der mobilen Bedieneinheit im Nahbereich der jeweiligen Maschineneinheit zur Datenübertragung in Verbindung bringbar ist. Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass nur so viele Bedieneinheiten erforderlich sind, wie Bedienpersonen gleichzeitig an der Maschinenanlage arbeiten. Beim oben genannten Beispiel der Produktionsanlage eines Zementwerkes dürften einige Bedieneinheiten, jedenfalls weniger als 10 Stück, ausreichen. Da die im Bereich der Maschineneinheiten vor Ort jeweils angeordneten Andockstationen wesentlich kostengünstiger sind als komplette Bedieneinheiten, können durch die Erfindung erhebliche Kosten eingespart werden. Dabei ist die Sicherheit während der Bedienung der jeweiligen Maschineneinheit vor Ort genauso gewährleistet wie bei fest eingebauten Bedieneinheiten, denn die Bedienperson wird gezwungen, die Bedieneinheit in den Nahbereich der jeweiligen Maschineneinheit zu bringen, um den Datenfluss zwischen der Bedieneinheit und der Maschineneinheit zu bewirken. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass die Steuerung der jeweiligen Maschineneinheit nur dann geschehen kann, wenn sich die Bedienperson mit der Bedieneinheit im Nahbereich der Maschineneinheit, also im Sichtkontakt mit dieser, befindet.
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Ein weiterer Sicherheitsaspekt kann bei der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung viel leichter verwirklicht werden als beim Stand der Technik. Indem man die mobile Bedieneinheit einer bestimmten berechtigten Bedienperson zuordnet oder vor der Aktivierung der Bedieneinheit die Identifizierung der Bedienperson, beispielsweise durch Eingabe eines Passwortes, fordert, ist stets sichergestellt, dass nur die berechtigte Bedienperson die jeweilige Maschineneinheit bedient und keine nicht autorisierten Personen. Eine solche Sicherungsmaßnahme ist bei einer oder wenigen mobilen Bedieneinheiten viel kostengünstiger zu verwirklichen als bei beispielsweise 1.000 fest eingebauten Bedieneinheiten der Maschinenanlage.
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Die erfindungsgemäße Maßnahme, dass die mobile Bedieneinheit mit der jeweiligen Maschineneinheit nur in deren Nahbereich Daten und Steuerbefehle austauscht, kann der Fachmann auf vielerlei Arten verwirklichen, wobei er als Übertragungsmedium auf Licht, insbesondere infrarotes Licht, Funkwellen, direkte induktive Übertragung oder auch Schallwellen zurückgreifen kann. Es muss dabei lediglich gewährleistet sein, dass die Datenübertragung nur im Nahfeldbereich bis ca. 1 m funktioniert, um den Sichtkontakt der Bedienperson mit der zu steuernden Maschineneinheit zu gewährleisten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Datenübertragungsschnittstellen jeweils eine Funkvorrichtung zur drahtlosen Datenübertragung im Nahfeldbereich umfassen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Funkvorrichtung einen an der jeweiligen Andockstation angeordneten NFC-Chip umfasst, der mit einer Sende-Empfänger-Einheit der mobilen Bedieneinheit zur bidirektionalen Datenübertragung in Verbindung treten kann, wenn sich die Bedieneinheit in unmittelbarer Nähe des jeweiligen NFC-Chips befindet. Die Reichweite einer solchen Funkverbindung ist bei NFC-Chips üblicherweise auf maximal 4 cm begrenzt. Damit ist die NFC-Chip-Technologie für die vorliegende Erfindung optimal geeignet. Zudem handelt es sich um eine bewährte, verbreitete und kostengünstige Technologie. Die NFC-Chips sind leicht zu beschaffen.
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Die Erfindung wird noch verbessert, indem die Andockstation eine Ablagefläche zur Ablage der Bedieneinheit aufweist, wobei die Datenübertragungsschnittstelle in oder unmittelbar unter der Ablagefläche angeordnet ist. Durch Ablage auf der Ablagefläche kann die Bedieneinheit zum Einen komfortabel bedient werden, ohne dass die Bedienperson sie in der Hand halten müsste, und zum anderen wird die Kontaktaufnahme der beiden Datenübertragungsschnittstellen im Nahbereich von wenigen Millimetern oder Zentimetern automatisch sichergestellt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Andockstation als Stehpult mit pultartig angeordneter Ablagefläche zur Ablage der Bedieneinheit ausgestaltet ist. Eine pultartige Ablagefläche ermöglicht eine besonders sichere und bequeme Bedienung der darauf abgelegten Bedieneinheit, wobei die Ausführungsform als Stehpult besonders gut für die üblicherweise vorkommende Bedienung im Stehen geeignet ist. Eine stehende Bedienperson ist außerdem in der Regel aufmerksamer als beispielsweise eine sitzende und sie kann in der Regel die Reaktionen der jeweiligen Maschineneinheit besser überblicken.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die mobile Bedieneinheit einen Bildschirm aufweist, auf dem ein Dialog zur Durchführung von Steuerungsverfahren darstellbar ist. Aufgrund der übersichtlichen Darstellung eines Dialogs auf dem Bildschirm können Fehlbedienungen weitgehend ausgeschlossen werden, da die Bedienperson durch den Dialog geführt wird.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Bedienperson die für die jeweilige Maschineneinheit relevanten Daten angezeigt werden. Die Bedienperson braucht daher die erforderlichen Daten nicht im Gedächtnis zu haben oder umständlich in Bedienungsanleitungen oder Maschinenbeschreibungen nachzulesen. Zudem erhält die Bedienperson keine überflüssigen Daten oder für die jeweilige Maschineneinheit oder den jeweiligen Wartungsfall nicht relevanten Daten. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit von Fehlbedienungen aufgrund von Verwechslungen vermindert und der Ablauf der Wartungsarbeiten beschleunigt.
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Die Sicherheit bei der Handsteuerung der jeweiligen Maschineneinheit kann noch verbessert werden, indem nur solche Steuerungsprogramme durchführbar sind, die für die jeweilige Maschineneinheit geeignet sind.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die mobile Bedieneinheit eine Eingabevorrichtung, insbesondere Tastatur oder Touchscreen, zur Eingabe von Daten oder Kommandos durch die Bedienperson aufweist, wobei nur solche Kommandos durchgeführt werden, die für die jeweilige Maschineneinheit geeignet sind. Diese Maßnahme ermöglicht eine übersichtliche und bequeme Eingabe von Daten oder Kommandos durch die Bedienperson und schließt gleichzeitig Fehlbedienung durch Eingabe von ungeeigneten Kommandos aus.
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Um die Bedienung der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung durch unbefugte Personen zu verhindern, weist die mobile Bedieneinheit eine Einrichtung zur Identifikation der Bedienperson auf. Hierbei kann es sich um eine Einrichtung zur Eingabe einer Schlüsselnummer oder eines Passwortes durch die Bedienperson handeln, aber auch um einen Chipkartenleser zum Auslesen von Chipkarten, die von der Bedienperson mitgeführt und als Schlüssel für die mobile Bedieneinheit verwendet werden. Auch ein drahtloser Schlüssel, beispielsweise in Form eines von der Bedienperson mitgeführten RFID-Chips oder eine verschlüsselte Funkfernbedienung wie bei Automobilen üblich, fallen unter den Umfang der Erfindung. Selbstverständlich kann auch ein mechanischer Schlüssel Verwendung finden, wobei die mobile Bedieneinheit ein dafür geeignetes Schloss aufweisen muss.
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Zur Verhinderung von Fehlbedienung bei der Handsteuerung dient auch die Maßnahme, dass die mobile Bedieneinheit nur solche Kommandos durchführt, für die die Bedienperson eine Berechtigung besitzt. Dabei können verschiedene Bedienpersonen verschiedene Berechtigungen besitzen. Der jeweilige Umfang von Berechtigungen einer Bedienperson kann in der jeweiligen mobilen Bedieneinheit oder der die jeweilige Maschineneinheit steuernde Steuereinheit oder in dem von der Bedienperson verwendeten Identifikationsschlüsseleinheit gespeichert sein.
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Die oben beschriebene Steuerungsvorrichtung kann mit Vorteil auch für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung der Einsatzorte von Servicepersonal für Serviceleistungen an einer ausgedehnten Maschinenanlage mit einer Vielzahl von räumlich verteilt angeordneten Maschineneinheiten verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass die Orte, an denen sich die im Einsatz befindlichen Bedieneinheiten und die mit ihnen jeweils arbeitenden Servicepersonen befinden, zentral erfasst werden und dass die Zuordnung des jeweils nächsten Einsatzortes zu der jeweils zur Verfügung stehenden freien Serviceperson unter Minimierung des Anfahrtsweges erfolgt. Dieses Verfahren ist besonders vorteilhaft in Verbindung mit sehr ausgedehnten Maschinenanlagen anwendbar, beispielsweise einer Gepäckförderanlage eines großen Flughafens, denn Teile dieser Anlage sind über viele hundert Meter verteilt angeordnet. Außerdem arbeiten im Normalfall mehrere Servicepersonen an verschiedenen Einsatzorten. Ist der Service an einem Einsatzort abgeschlossen, wird die jeweilige Serviceperson frei und kann an einen anderen Einsatzort beordert werden. Stehen mehrere weitere Einsatzorte zur Verfügung, die sich in der Priorität nicht wesentlich unterscheiden, lassen sich unnötige Wegezeiten einsparen, indem die frei gewordene Serviceperson an den strategisch günstigsten neuen Einsatzort beordert wird. Dies wird im Normalfall der zum vorherigen Einsatzort nächstgelegene neue Einsatzort sein.
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Das Verfahren kann aber auch die Wegezeiten mehrerer Servicepersonen als Gesamtheit optimieren, beispielsweise indem nahe beieinander liegende Einsatzorte als Untergruppe zusammengefasst und nacheinander von ein und derselben Serviceperson abgearbeitet werden, auch wenn dadurch eine in der Nähe befindliche zweite Serviceperson von ihrem derzeitigen Einsatzort zu einem wesentlich weiter entfernten Einsatzort geschickt werden müsste.
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Mit Vorteil bedient sich das Verfahren dabei der vorhandenen erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung zur Ortung der jeweiligen Serviceperson über deren an der jeweiligen Andockstelle der zugehörigen Maschineneinheit angedockten mobilen Bedieneinheiten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend näher beschrieben.
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In einer Zementfabrik verfügt die Produktionsanlage über ca. 1.000 Antriebseinheiten, die regelmäßig überprüft, gewartet oder repariert werden müssen. Auch bei Störungen müssen die einzelnen Antriebe per Hand steuerbar sein. Deshalb sind die Antriebe jeweils mit einer Andockstation verbunden, die im Bereich der jeweiligen Maschineneinheit vor Ort so angeordnet ist, dass eine an der Andockstation befindliche Bedienperson Sichtkontakt mit der jeweiligen Maschineneinheit bzw. Antriebseinheit hat einschließlich der Maschinenkomponenten, auf die die jeweilige Antriebseinheit einwirkt. Die einzelnen Maschineneinheiten und Andockstationen sind über die gesamte Produktionsanlage verteilt und erstrecken sich über mehrere hundert Meter.
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Jede Andockstation ist als Stehpult mit einer pultartigen Ablagefläche ausgestaltet, auf die eine von der Bedienperson mitgeführte mobile Bedieneinheit auflegbar ist. Eine Datenübertragungsschnittstelle der jeweiligen Maschineneinheit ist in die Ablagefläche des zugehörigen Stehpultes eingearbeitet. Sie besteht aus einem NFC-Chip, abgekürzt für Near Field Communication-Chip, der unmittelbar unter der Ablagefläche des Stehpultes angeordnet ist. In der mobilen Bedieneinheit ist eine Sende-Empfänger-Einheit integriert, die mit dem NFC-Chip in Funkverbindung treten kann, sowie die Bedienperson die Bedieneinheit auf die Ablagefläche des Stehpultes aufgelegt hat. Dabei ist die Ablagefläche des Stehpultes so ausgestaltet, dass die Bedieneinheit nur in korrekter Position zu dem in der Ablagefläche befindlichen NFC-Chip aufgelegt werden kann, denn die Reichweite der Funkverbindung ist auf wenige Zentimeter beschränkt.
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Durch die Beschränkung der Reichweite der Funkverbindung wird sichergestellt, dass die jeweilige Maschineneinheit durch die Bedieneinheit nur dann bedient werden kann, wenn sich die Bedieneinheit auch auf der Ablagefläche des Stehpultes befindet. Da wiederum die Bedienperson die auf dem Stehpult liegende Bedieneinheit nur durch Berührung der Bedieneinheit bedienen kann, ist der Sichtkontakt der Bedienperson zur gesteuerten Maschineneinheit sichergestellt.
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Die mobile Bedieneinheit besitzt einen Bildschirm zur Anzeige der für die jeweilige Bedieneinheit relevanten Daten und zur Anzeige eines Dialogs zur Durchführung von Steuerungsverfahren durch die Bedienperson. Dabei ist durch eine geeignete Programmierung sichergestellt, dass keine nicht relevanten oder unnötigen oder gar falschen Daten angezeigt werden und dass kein Steuerungsprogramm abläuft, welches nicht zur jeweiligen Maschineneinheit gehört oder für den vorliegenden Zweck ungeeignet ist. Beispielsweise wird ein Wartungsprogramm nur die Durchführung der jeweils erforderlichen Wartungsarbeiten ermöglichen, nicht aber beispielsweise den Notlauf oder den Betrieb zum Aufspüren von Fehlfunktionen.
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Zur Eingabe von Daten oder Steuerungsbefehlen besitzt die mobile Bedieneinheit eine Tastatur, die von der Bedienperson zur Eingabe benutzt wird. Dabei ist durch geeignete Software die Ausführung von Kommandos ausgeschlossen, die für die jeweilige Maschineneinheit oder für den jeweiligen Zweck der durchgeführten Aktion ungeeignet sind. Dies erhöht die Sicherheit vor Fehlbedienung.
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Ein weiteres Sicherheitsmerkmal besteht darin, dass die mobile Bedieneinheit eine Einrichtung zur Identifikation der Bedienperson aufweist. Diese Identifikation muss bei jeder Inbetriebnahme der mobilen Bedieneinheit erfolgen und kann im Bedarfsfall nach jedem Andocken an die im Stehpult der jeweiligen Maschineneinheit befindliche Andockstation neu angefordert werden. Dabei sorgt eine geeignete Software dafür, dass nur solche Kommandos der Bedienperson durchgeführt werden, für die diese auch eine Berechtigung besitzt. Die Identifikation kann durch Eingabe eines Passwortes bzw. einer PIN erfolgen oder auch durch Einstecken einer Identifikationskarte, auf deren Mikrochip die Identifikationsdaten der jeweiligen Bedienperson verschlüsselt gespeichert sind. Die Identifikationskarte kann für die Dauer der Benutzung im Bediengerät verbleiben, so dass jede weitere Abfrage der Identifikationsdaten automatisch erfolgen kann.
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Mit der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung können einzelne Maschinenelemente einer ausgedehnten Maschinenanlage, insbesondere Produktionsanlage, bedient, gewartet, in Stand gehalten und repariert werden. Insbesondere zentral gemeldete Störungen können schnell vor Ort behoben werden, wobei das Servicepersonal über die mobilen Bedieneinheiten Zugriff auf alle benötigten Dokumente für die Bedienung und Instandhaltung zugreifen kann.
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Auch in Archiven abgelegte Dokumentationen können zur Verfügung gestellt werden. Diese Dokumente können sehr umfangreich sein. Beispielsweise ist die elektrotechnische Umsetzung der Gepäckförderanlage des neuen Berliner Flughafens auf ca. 25.000 Seiten Stromlaufplänen dargestellt. Des Weiteren gibt es mehrere Millionen Zeilen Quellcode der die Automatisierungsgeräte steuernden Software und diverse andere Unterlagen. Auf DIN-A-4- ausgedruckt, würden diese Unterlagen eine Regallänge von 50 m benötigen. Die Erfindung stellt sicher, dass die Bedienperson nicht nur auf alle benötigten Unterlagen zugreifen kann, sondern hilft ihr auch bei der Auswahl der für das vorliegende Problem erforderlichen Unterlagen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Einsatzorte von Servicepersonal für Serviceleistungen an einer ausgedehnten Maschinenanlage mit einer Vielzahl von räumlich verteilt angeordneten Maschineneinheiten kann die beschriebene Steuerungsvorrichtung mit Vorteil Verwendung finden. Insbesondere am Beispiel der Zementfabrik und/oder der Gepäckförderanlage eines Flughafens wird klar, dass mit einem solchen Verfahren die Wegezeiten zwischen verschiedenen Einsatzorten des Servicepersonals optimiert werden können. Hierfür sind die Orte, an denen sich die im Einsatz befindlichen Bedieneinheiten und die mit ihnen jeweils arbeitenden Servicepersonen befinden, zentral erfasst. Hat eine Serviceperson die ihr zugewiesene jeweilige Aufgabe vor Ort erledigt, ordnet ihr eine geeignete Software sofort den nächsten Einsatzort zu, wobei auf die Minimierung der Anfahrtswege Rücksicht genommen wird. Die Zuordnung kann aber selbstverständlich auch nach Priorität des jeweiligen Einsatzzweckes erfolgen, insbesondere bei Störfällen, die zum Stillstand der Anlage oder von Anlagenteilen führen. Auch kann die Zuordnung zu bestimmten Aufgaben von der Qualifikation und den Berechtigungen der jeweiligen Serviceperson abhängig gemacht werden.
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Im einfachsten Fall werden alle zuständigen Servicepersonen gleichzeitig über Status und etwaige Störfälle informiert. Die Servicepersonen, die dem Ort des Störfalls am nächsten sind, übernehmen den Auftrag. Alle anderen Teammitglieder werden informiert. Eskalations- und Delegationsfunktionen bilden Workflows sinnvoll ab und stellen echte Teamarbeit sicher. Das erfindungsgemäße Verfahren dient dabei der Teamkoordination. Die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung kann aber auch zur Information des Managements über alle ablaufenden Serviceeinsätze dienen.
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Die Kosteneinsparungen durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens können enorm sein. Geht man aus von einem Stand der Technik, bei dem beispielsweise die Produktionsanlage eines Zementwerkes etwa 1.000 vor Ort Bedieneinheiten für die Bedienung von ungefähr 1.000 Antrieben aufweist, wobei im Rahmen einer Inbetriebnahme pro Einheit ein entsprechender Signaltest durchgeführt werden muss, so ergeben sich beim Stand der Technik die folgenden Kosten:
Hardware: 200 EUR
Montage: 30 EUR
Signaltest: 30 EUR
Summe für eine vor Ort installierte Bedieneinheit: 260 EUR
Kosten für 1.000 Bedieneinheiten: 260.000 EUR
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Im Gegensatz dazu verursacht die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung die folgenden Kosten:
Hardware (Chip) 50 EUR,
Montage: 30 EUR,
Signaltest: 0 EUR,
Summe für eine Andockstation vor Ort: 80 EUR
Gesamtkosten für 1.000 Andockstationen: 80.000 EUR.
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Man erhält also eine Kostenreduzierung von ungefähr 70%.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008038968 A1 [0002]