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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Maschine, ein Steuersystem für elektrische Anlagen und ein entsprechendes Verfahren.
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Technischer Hintergrund
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Die vorliegende Erfindung wird im folgendem hauptsächlich in Bezug auf Produktionsanlagen beschrieben. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf Produktionsanlagen beschränkt sondern kann mit jeder Art von elektrischer Anlage genutzt werden, in welcher eine zentrale Steuerung mit einer Mehrzahl von Steuervorrichtung der einzelnen Elemente der Anlage gekoppelt ist.
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Ein wichtiges Ziel in modernen Industrieanlagen, auch als Industrie 4.0 bezeichnet, ist die Implementierung autonomer Systeme z.B. im Umfeld flexibler Fertigungssysteme und Roboter. Solche autonomen Systeme sollen in der Lage sein, autark Entscheidungen zu treffen, sodass der Grad fehleranfälliger und zeitraubender menschlicher Entscheidungen minimiert wird.
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Um dieses Ziel zu erreichen, ist es notwendig zunächst einen Überblick über die anstehenden Aufgaben bzw. Probleme und den möglichen Lösungsraum, also alle Entscheidungsalternativen, zu erhalten. Ferner ist in einer zentralen Steuerung oder verteilt in mehreren Steuerungen das Wissen darüber notwendig, zu welchen Leistungen die einzelnen verfügbaren elektronischen Geräte, z.B. die Maschinen eines Fertigungssystems, fähig sind.
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Es existieren heute Komponenten, die auf Anfrage z.B. der zentralen Steuerung vordefinierte Informationen über Ihre eigene Leistungsfähigkeit bereitstellen können. Diese Information ist statisch und wird z.B. bereits bei der Planung und Entwicklung der Maschine festgelegt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine verbesserte autonome Ablaufsteuerung in einem autonomen System zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Steuervorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, ein Steuersystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 8 und ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 9 gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
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Eine Steuervorrichtung für eine Maschine, mit einer Kommunikationsschnittstelle, mit einem Beschreibungsspeicher, welcher ausgebildet ist, eine Funktionsbeschreibung der Maschine zu speichern, wobei die Funktionsbeschreibung die Fähigkeiten der Maschine in einem Normalzustand beschreibt, und mit einer Recheneinrichtung, welche ausgebildet ist, den aktuellen Zustand der Maschine zu überwachen und eine Abweichung der Fähigkeiten der Maschine in dem aktuellen Zustand von den Fähigkeiten der Maschine in dem Normalzustand über die Kommunikationsschnittstelle auszugeben.
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Ferner ist vorgesehen:
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Ein Steuersystem für eine Produktionsanlage, mit einer zentralen Steuereinrichtung, welche ausgebildet ist, von Steuervorrichtungen für Maschinen der Produktionsanlage den aktuellen Zustand der jeweiligen Maschine und eine Abweichung der Fähigkeiten der entsprechenden Maschine in dem aktuellen Zustand von den Fähigkeiten der entsprechenden Maschine in dem Normalzustand abzufragen, wobei die zentrale Steuereinrichtung ferner dazu ausgebildet ist, die Produktionsanlage basierend auf den abgefragten Informationen zu steuern.
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Schließlich ist vorgesehen:
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Ein Verfahren zum Erfassen eines aktuellen Zustands einer Maschine, aufweisend das Bereitstellen einer Funktionsbeschreibung der Maschine in der Maschine, welche die Fähigkeiten der Maschine in einem Normalzustand beschreibt, Bestimmen des aktuellen Zustands der Maschine in der Maschine, Bestimmen in der Maschine einer Abweichung der Fähigkeiten der Maschine in dem aktuellen Zustand von den Fähigkeiten der Maschine in dem Normalzustand, und Ausgeben einer Information über die bestimmte Abweichung von der Maschine an eine zentrale Steuereinrichtung.
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Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass es einen großen Aufwand bedeutet, einer zentralen Steuerung einer elektrischen Anlage alle Informationen für alle in der Anlage befindlichen Systeme zu übermitteln, die nötig sind, um den exakten Zustand und die exakten Fähigkeiten jedes einzelnen Systems zu bestimmen und dass es weiterhin schwierig ist, eine zentrale Steuerung dazu zu ertüchtigen, aus Informationen zum aktuellen Zustand einzelner Komponenten deren aktuellen Fähigkeiten abzuleiten.
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Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Möglichkeit vorzusehen, bei welcher die einzelnen Maschinen selbst ihren aktuellen Zustand und ihre aktuellen Fähigkeiten bestimmen.
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Die in dem Beschreibungsspeicher abgelegte Funktionsbeschreibung kennzeichnet dabei die Maschine bzw. deren Fähigkeiten in einem theoretischen Normalzustand. Unter dem Normalzustand ist dabei ein Zustand der Maschine zu verstehen, in welchem alle Parameter der Maschine die jeweils z.B. vom Hersteller vorgegebenen Werte aufweisen. Dies bedeutet beispielsweise, dass alle Toleranzen, welche für die Maschine vorgegeben sind, eingehalten werden, und beispielsweise alle an der Maschine angebrachten Werkzeuge keinen Verschleiß aufweisen.
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Die Recheneinrichtung kann nun auf Anfrage z.B. einer zentralen Steuereinrichtung die Funktionsbeschreibung an diese übermitteln. Die Funktionsbeschreibung kennzeichnet dabei aber nicht die aktuellen Fähigkeiten der Maschine, da sie sich lediglich auf den Normalzustand bezieht.
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Der Begriff „Fähigkeiten“ der Maschine bezeichnet dabei Funktionale Fähigkeiten der Maschine und die Qualität, z.B. die Maßhaltigkeit, mit der die Maschine die jeweiligen Funktionen ausführen kann. Ist die Maschine z.B. eine Bohrmaschine, können die Fähigkeiten u.a. kennzeichnen, mit welcher Maßhaltigkeit und Genauigkeit bezüglich der Position und der Dimension der Bohrlöcher die Maschine die Bohrlöcher fertigen kann. Ist die Maschine z.B. als eine Fräsmaschine ausgebildet, kennzeichnen die „Fähigkeiten“ z.B. die Maßhaltigkeit und Positionsgenauigkeit der mit einem Fräswerkzeug in einem Werkstück angebrachten Ausnehmungen bzw. Abtragungen.
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Um der zentralen Steuereinrichtung eine bessere Grundlage für die Entscheidungsfindung im Steuerungsprozess z.B. einer komplexen Anlage mit einer Vielzahl von Maschinen zu geben, überwacht die Recheneinrichtung die Maschine bzw. Abweichungen der Maschine vom Normalzustand.
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Dies ermöglicht es der Recheneinrichtung eine Veränderung der Fähigkeiten der Maschine zu bestimmen. Über die Kommunikationsschnittstelle übermittelt die Recheneinrichtung diese Informationen dann zur weiteren Auswertung ebenfalls an die zentrale Steuereinrichtung.
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Die Recheneinrichtung kann die Information über die Abweichung der Fähigkeiten der Maschine von den Fähigkeiten im Normalzustand der Maschine z.B. als Zusatz, auch AddOn, zu der Funktionsbeschreibung an die zentrale Steuereinrichtung übermitteln. Die Funktionsbeschreibung und die Information über eine Abweichung der Maschine bzw. deren Fähigkeiten vom Normalzustand können dabei z.B. in Form einer semantischen Beschreibung, z.B. basierend auf einer Ontologie, ausgebildet sein.
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Die zentrale Steuereinrichtung erhält also von den Steuervorrichtungen der Maschinen einer elektrischen Anlage alle Informationen, die notwendig sind, um unterschiedliche Alternativen z.B. für die Herstellung eines Produkts oder die Bearbeitung eines Werkstücks zu bewerten und z.B. einen Produktionsablauf eines Produkts zu optimieren.
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Dabei wird die Rechenlast zur Bestimmung dieser Informationen auf die einzelnen Steuervorrichtungen verteilt. Die Messwerte und Informationen über den aktuellen Zustand der einzelnen Maschinen werden folglich dort verarbeitet, wo sie erfasst werden. Es kann also darauf verzichtet werden, eine Vielzahl von Informationen und Messwerten aus den einzelnen Maschinen an die zentrale Steuereinrichtung zu übermitteln.
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Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird folglich die aktuelle Leistungsfähigkeit jeder einzelnen Komponente einer elektrischen Anlage in der Komponente selbst dezentral ermittelt. Eine zentrale Steuereinrichtung einer solchen elektrischen Anlage muss daher lediglich übergeordnete Fragestellungen zentral beantworten. Dies führt in der elektrischen Anlage zu einer deutlichen Komplexitätsreduzierung, einem verringerten Verdrahtungsaufwand und einem geringeren Kommunikationsbedarf.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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In einer Ausführungsform kann die Recheneinrichtung ausgebildet sein, über die Kommunikationsschnittstelle eine Aufgabenbeschreibung einer von der Maschine zu bearbeitenden Aufgabe zu empfangen und zu ermitteln, ob die Maschine in ihrem aktuellen Zustand fähig ist, die zu bearbeitende Aufgabe durchzuführen und eine entsprechende Information über die Kommunikationsschnittstelle auszugeben. Beispielsweise kann die zentrale Steuereinrichtung der Recheneinrichtung eine Beschreibung einer Aufgabe übermitteln, die von der jeweiligen Maschine bearbeitet werden soll. Die Beschreibung enthält dabei die Beschreibung einer oder mehrere Funktionen, z.B. Bohren, Fräsen, Löten, etc. Gleichzeitigt enthält die Beschreibung zu jeder Funktion auch die entsprechenden Anforderungen bezüglich Positionen, Dimensionen, Toleranzen und dergleichen. Eine Aufgabe kann es also z.B. sein, an einem Werkstück an vorgegebenen Stellen eine vorgegebene Anzahl von Löchern anzufertigen oder an einer bestimmten Stelle in einem Werkstück eine Nut zu fräsen. Die Recheneinrichtung kann folglich in Kenntnis des aktuellen Zustands der Maschine und der Details der Aufgabe berechnen, ob die Maschine diese Aufgabe unter Einhaltung aller Anforderungen erfüllen kann.
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In einer Ausführungsform kann die Recheneinrichtung ferner ausgebildet sein, zu ermitteln unter welchen Rahmenbedingungen und/oder mit welchem zu erwartenden Ergebnis die Maschine in ihrem aktuellen Zustand fähig ist, die zu bearbeitende Aufgabe durchzuführen und eine entsprechende Information über die Kommunikationsschnittstelle auszugeben. Unter den Rahmenbedingungen ist dabei z.B. zu verstehen, wie die Maschine genutzt werden muss, um die Aufgabe zu erfüllen. Also z.B. ob vorab eine Justierung, ein Werkzeugtausch oder dergleichen notwendig ist, welche Sequenz für die einzelnen Phasen der Abarbeitung der Aufgabe einzuhalten ist, welche Parameter an der Maschine einzustellen sind, z.B. welche Verfahrgeschwindigkeit oder Drehzahl für ein Werkzeug genutzt werden kann, oder dergleichen. Das zu erwartende Ergebnis kennzeichnet z.B. die Qualität, also die Maßhaltigkeit, die Geschwindigkeit oder dergleichen, mit welcher das Ergebnis erzielt werden kann.
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In einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung eine Emulationseinrichtung aufweisen, welche ausgebildet ist, die Maschine zu emulieren. Ferner kann die Steuervorrichtung eine Simulationseinrichtung aufweisen, welche mit der Emulationseinrichtung gekoppelt ist und welche ausgebildet ist, einen Arbeitsvorgang der Maschine basierend auf der emulierten Maschine zu simulieren. Dabei kann die Recheneinrichtung ausgebildet sein, basierend auf der Simulationseinrichtung die zu bearbeitende Aufgabe zu simulieren und basierend auf den Simulationsergebnissen zu ermitteln, ob und/oder unter welchen Rahmenbedingungen und/oder mit welchem zu erwartenden Ergebnis die Maschine in ihrem aktuellen Zustand fähig ist, die zu bearbeitende Aufgabe durchzuführen. Die Emulationseinrichtung ermöglicht eine exakte rechnerische Nachbildung des physikalischen Verhaltens des Systems der Maschine. Eine solche Emulation kann z.B. bereits während der Entwicklung der Maschine erstellt worden sein und kann in der Emulationseinrichtung wiederverwendet werden. Die Emulation muss in diesem Fall also nicht erneut erstellt werden. Die Emulation der Maschine kann als Basis für die Simulation der Abarbeitung einer Aufgabe durch die Maschine genutzt werden. Alternativ kann die Emulation gegebenenfalls auch durch die Steuereinrichtung unter Nutzung des realen Systems durchgeführt werden, wobei die Ein- und Ausgänge des realen Systems dabei vorrübergehend deaktiviert werden können. Mit Hilfe der Simulation kann ermittelt werden, ob die Maschine in ihrem aktuellen Zustand, also unter den aktuell verfügbaren Möglichkeiten bzw. mit ihren aktuellen Betriebsparametern in der Lage ist, die Aufgabe zu erfüllen.
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In einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung eine Anzahl von Sensoren aufweisen, welche ausgebildet sind, Messwerte in der Maschine zu erfassen. Die Recheneinrichtung kann mit den Sensoren gekoppelt sein und ausgebildet sein, den aktuellen Zustand basierend auf den Messwerten zu berechnen. Die Sensoren können jede Art von Sensor sein, welcher physikalische Größen in der Maschine erfassen kann. Beispielsweise kann ein Sensor ausgebildet sein, die Abnutzung eines Werkzeugs zu messen. Ein weiterer Sensor kann beispielsweise ausgebildet sein, eine Temperatur in einem Antrieb der Maschine zu erfassen. Weitere mögliche Sensoren erfassen beispielsweise Schwingungen, den Verlauf von Strömen oder Spannungen. Die Sensoren können dabei direkt messende Sensoren oder indirekt messende Sensoren sein. Beispielsweise kann eine Temperatur einer elektrischen Komponente der Maschine basierend auf dem der Komponente zugeführten elektrischen Strom berechnet werden.
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In einer Ausführungsform kann die Recheneinrichtung ausgebildet sein, der Emulationseinrichtung die Messwerte als Basis für die Emulation der Maschine bereitzustellen. Dies ermöglicht der Emulationseinrichtung eine exakte und korrekte Emulation des aktuellen Zustands der Maschine.
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In einer Ausführungsform kann die Recheneinrichtung ausgebildet sein, die Emulation der Maschine und/oder die Simulation der Aufgabe wiederholt durchzuführen und für jeden Emulationsvorgang und/oder jeden Simulationsvorgang mögliche Anpassungen an den Parametern der Emulation und/oder der Simulation durchzuführen. Mögliche Parameter, die angepasst werden können, sind z.B. Verfahrgeschwindigkeiten, unterschiedliche Strom-, Spannungs- oder Temperaturprofile, oder der Austausch von abgenutzten Werkzeugen. Dies ermöglicht es, zu erkennen, welche Maßnahmen zu ergreifen sind, um das Ergebnis der durch die Maschine durchgeführten Aufgabe zu verbessern. Die Recheneinrichtung kann auch ausgeben, welche der geänderten Parameter zu den besten Ergebnissen geführt haben. Dies ermöglicht es der zentralen Steuereinrichtung zu entscheiden, ob es notwendig ist, z.B. ein Werkzeug zu tauschen, oder ob die Ergebnisse ohne Werkzeugtausch ausreichend gut sind.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Inhaltsangabe der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
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1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
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2 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;
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3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuersystems;
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4 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
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5 ein Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 1-1 für eine Maschine 2 auf. Die Maschine 2 in 1 ist ein Roboterarm, an welchem ein Bohrwerkzeug installiert ist. Es versteht sich, dass die Steuervorrichtung 1-1 auch mit jeder anderen Art von Maschine eingesetzt werden kann.
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Die Steuervorrichtung 1-1 weist eine Kommunikationsschnittstelle 3-1 auf, über welche die Steuervorrichtung 1-1 z.B. mit einem Datennetzwerk eines Steuersystems kommunizieren kann. Beispielsweise kann die Kommunikationsschnittstelle 3-1 als eine Ethernet-, Profibus-, EtherCat-Schnittstelle oder dergleichen sein.
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Die Steuereinrichtung 1-1 weist ferner eine Recheneinrichtung 6-1 auf, die den aktuellen Zustand 9 der Maschine 2 überwacht. Wie in 2 gezeigt, kann die Recheneinrichtung 6-1 dazu z.B. Sensoren 12 und eine physikalische Simulation 11 der Maschine 2 nutzen.
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Basierend auf dem aktuellen Zustand 9 der Maschine 2 bestimmt die Recheneinrichtung 6-1 eine Abweichung 7-1 der Fähigkeiten der Maschine 2 in dem aktuellen Zustand 9 von den Fähigkeiten der Maschine 2 in dem Normalzustand. Die Steuervorrichtung 1-1 weist dazu ferner einen Beschreibungsspeicher 4-1 auf, in welchem eine Funktionsbeschreibung 5-1 der Maschine 2 hinterlegt ist. Die Funktionsbeschreibung 5-1 weist dabei eben die Fähigkeiten der Maschine 2 in dem Normalzustand auf. Die Abweichung 7-1 der Fähigkeiten der Maschine 2 in dem aktuellen Zustand 9 kann die Recheneinrichtung als Zusatz zu der Funktionsbeschreibung 5-1 in dem Beschreibungsspeicher 4-1 hinterlegen.
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Die „Fähigkeiten“ der Maschine 2 bezeichnen dabei unter anderem die Maßhaltigkeit und Genauigkeit bezüglich der Position und der Dimension der Bohrlöcher, welche die Maschine 2 fertigen kann. Ferner können die „Fähigkeiten“ z.B. auch eine Geschwindigkeit bezeichnen, mit welcher die Maschine 2 Bohrlöcher fertigen oder das Werkzeug verfahren kann.
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Über die Kommunikationsschnittstelle 3-1 kann die Recheneinrichtung die Funktionsbeschreibung 5-1 und die Abweichung 7-1 z.B. an eine zentrale Steuereinrichtung einer elektrischen Anlage ausgeben. Diese kann diese automatisiert oder autonom Auswerten und die Steuerung der gesamten elektrischen Anlage entsprechend anpassen.
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2 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 1-2.
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Die Steuervorrichtung 1-2 basiert auf der Steuervorrichtung 1-1 der 1 und unterscheidet sich von dieser dahingehend, dass in der Recheneinrichtung 6-2 eine Emulationseinrichtung 10 vorgesehen ist, welche dazu dient, das physikalische Verhalten der Maschine 2 zu emulieren, also rechnerisch Nachzubilden. Die Recheneinrichtung 6-2 kann hierfür ein geeignetes Emulationsprogramm aufweisen. Mit Hilfe einer solchen Emulation kann ohne eine tatsächliche Betätigung der Maschine 2 deren Verhalten berechnet werden.
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Zusätzlich zu der Emulationseinrichtung 10 weist die Recheneinrichtung 6-2 eine Simulationseinrichtung 11 auf. Mit Hilfe der Simulationseinrichtung 11 kann die Recheneinrichtung 6-2 eine Aufgabe, zu welcher sie eine Aufgabenbeschreibung 8 erhalten hat, simulieren. Dazu nutzt die Simulationseinrichtung 11 die Emulationseinrichtung 10 und die durch die Aufgabenbeschreibung 8 vorgegebenen Rahmenbedingungen.
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Um die Emulationseinrichtung 10 mit den notwendigen Daten zu dem aktuellen Zustand der Maschine 2 zu versorgen, weist die Steuervorrichtung 1-2 ferner Sensoren 12 auf, die an der Maschine 2 angeordnet sein können oder Messwerte für die Maschine 2 indirekt berechnen können. Beispielsweise kann eine Position eines Elements der Maschine 2 direkt erfasst werden, während z.B. die Erwärmung eines Motors der Maschine 2 berechnet werden kann.
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Die Recheneinrichtung 6-2 bestimmt aus den Ergebnissen der Simulation die Abweichung 7-2 der Fähigkeiten der Maschine 2 in dem aktuellen Zustand 9 von den Fähigkeiten der Maschine 2 in dem Normalzustand und fügt diese Abweichung 7-2 der Funktionsbeschreibung 5-2 hinzu.
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Schließlich weist die Recheneinrichtung 6-2 eine Funktion 15 auf, welche den aktuellen Zustand 9 der Maschine 2 aus den Simulationsergebnissen berechnet und über die Kommunikationsschnittstelle 3-2 bereitstellt. Die Funktion 15 fügt dabei zu der Beschreibung über den aktuellen Zustand 9 Informationen über die momentan verfügbaren Merkmale und Fähigkeiten der Maschine 2 sowie die Bedingungen zu deren Nutzung hinzu, welche die Aufgabe betreffen, welche die Aufgabenbeschreibung 8 beschreibt.
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Das Zusammenspiel der Steuervorrichtung 1-2 mit einer zentralen Steuereinrichtung 14 eines Steuersystems 13 für elektrische Anlagen wird in Zusammenhang mit 3 näher erläutert.
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3 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuersystems 13. Das Steuersystem 13 weist die Steuervorrichtung 1-2 der 2 auf. Weitere Steuervorrichtungen sind angedeutet.
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Ferner weist das Steuersystem 13 eine mit der Steuervorrichtung 1-2 gekoppelte zentrale Steuereinrichtung 14 auf.
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Die zentrale Steuereinrichtung 14 ist über die Kommunikationsschnittstelle 16 mit der Steuervorrichtung 1-2 gekoppelt und erhält von dieser die Funktionsbeschreibung 5-2 mit der aktuellen Abweichung 7-2. Die Kommunikationsschnittstellen 3-2 und 16 können dabei als jede Art von Datenübertragungsschnittstelle ausgebildet sein. Beispielsweise können die Kommunikationsschnittstellen 3-2 und 16 drahtgebundene, drahtlose oder optische Kommunikationsschnittstellen oder dergleichen sein. Die Kommunikationsschnittstellen 3-2 und 16 können z.B. auch Ethernet-Schnittstellen, Profinet-Schnittstellen, EtherCat-Schnittstellen oder dergleichen sein.
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Die zentrale Steuereinrichtung 14 weist eine Beschreibung 17 der aktuellen Gesamtaufgabe auf, die durch das Steuersystem 13 bzw. die elektrische Anlage ausgeführt werden soll. Diese trennt die zentrale Steuereinrichtung 14 in Aufgabenbeschreibungen 8 einzelner Teilaufgaben. Dabei nutzt die zentrale Steuereinrichtung 14 die Funktionsbeschreibung 5-2 und die aktuelle Abweichung 7-2, um festzustellen, welche Teilaufgaben die jeweilige Steuervorrichtung 1-2 bzw. die entsprechende Maschine 2 ausführen kann.
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Über die Kommunikationsschnittstelle 16 übermittelt die zentrale Steuereinrichtung 14 die Aufgabenbeschreibung 8 einer Teilaufgabe an die Steuervorrichtung 1-2. Wie zu 2 bereits beschrieben, simuliert die Steuervorrichtung 1-2 die Teilaufgabe basierend auf der Aufgabenbeschreibung 8.
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Daraufhin liefert die Steuervorrichtung 1-2 der zentralen Steuereinrichtung 14 eine Beschreibung ihres aktuellen Zustands 9. Diese Beschreibung des aktuellen Zustands 9 weist Informationen über die momentan verfügbaren Merkmale und Fähigkeiten der Maschine 2 sowie die Bedingungen zu deren Nutzung auf, welche die Teilaufgabe betreffen, welche die Aufgabenbeschreibung 8 beschreibt.
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Schließlich weist die zentrale Steuereinrichtung 14 ein Steuermodul 19 auf, welches ausgebildet ist, die eigentlichen Steuerbefehle 20 für die einzelnen Steuervorrichtungen 1-2 auszugeben und an diese zu übertragen. Um Auszuwählen, welche Steuerbefehle 20 an welche der Steuervorrichtungen 1-2 übermittelt werden, nutzt das Steuermodul 19 die Informationen über den aktuellen Zustand 9 aller vorhandenen Steuermodule 19 und verteilt die einzelnen Aufgaben entsprechenden.
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Für die Zuweisung der Teilaufgaben zu den einzelnen Steuervorrichtungen 1-2 kann in dem Steuermodul ein Optimierungsziel vorgegeben sein. Beispielsweise kann das Ziel eine möglichst schnelle bzw. kostengünstige Produktion eines Werkstücks sein. Das Ziel kann z.B. aber auch die möglichst exakte Produktion eines Werkstücks, also mit geringen Toleranzen, sein. Die eigentliche Zuweisung der Teilaufgaben kann dann als mathematisches Optimierungsproblem dargestellt und gelöst werden.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erfassen eines aktuellen Zustands 9 einer Maschine 2 in der Maschine 2.
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Es versteht sich, dass die Benennung der einzelnen Schritte lediglich deren Unterscheidung dient und keinerlei Rang- oder Reihenfolge darstellt.
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Die Schritte des Verfahrens, welche in Zusammenhang mit 4 dargestellt werden, werden alle in der Maschine 2 bzw. einer Steuervorrichtung 1-1, 1-2 ausgeführt. Befinden sich in einer elektrischen Anlage mehrere Maschinen 2, wird das Verfahren also in jeder der Maschinen 2 separat ausgeführt.
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In einem ersten Schritt sieht das Verfahren das Bereitstellen S1 einer Funktionsbeschreibung 5-1, 5-2 der Maschine 2 vor. Die Funktionsbeschreibung 5-1, 5-2 beschreibt die Fähigkeiten der Maschine 2 in einem Normalzustand. In einem zweiten Schritt S2 wird der aktuelle Zustand 9 der Maschine 2 bestimmt.
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Ist der aktuelle Zustand 9 der Maschine 2 bekannt, wird in dem Schritt S3 eine Abweichung 7-1, 7-2 der Fähigkeiten der Maschine 2 in dem aktuellen Zustand 9 von den Fähigkeiten der Maschine 2 in dem Normalzustand berechnet. Schließlich wird in Schritt S4 eine Information über die berechnete Abweichung 7-1, 7-2 von der Maschine an eine zentrale Steuereinrichtung 14 übermittelt.
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Die zentrale Steuereinrichtung 14 kann diese Information dann verarbeiten und die Steuerung der elektrischen Anlage entsprechend anpassen, siehe Beschreibung zu 3.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren der 5 basiert auf dem Verfahren der 4 und ergänzt dieses um weitere Schritte.
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So werden für das Bestimmen S2 des aktuellen Zustands 9 der jeweiligen Maschine 2 in Schritt S10 eine Anzahl, also einer oder mehrere, von Messwerten in der Maschine 2 erfasst. Der aktuelle Zustand 9 wird dann basierend auf den Messwerten bestimmt.
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Die Abweichung 7-1, 7-2 wird analog zu 4 bestimmt und ausgegeben, Schritte S3 und S4.
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Parallel zu den Schritten S3 und S4 ist in Schritt S5 das Empfangen einer Aufgabenbeschreibung 8 einer von der Maschine 2 zu bearbeitenden Aufgabe vorgesehen.
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In Schritt S8 wird die zu bearbeitende Aufgabe basierend auf einer Emulation der Maschine 2 simuliert. Der Schritt der Emulation ist der Übersichtlichkeit halber nicht separat dargestellt, da dieser in der Simulation beinhaltet ist.
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Basierend auf den Simulationsergebnissen wird in Schritt S9 ermittelt, ob und/oder unter welchen Rahmenbedingungen und/oder mit welchem zu erwartenden Ergebnis die Maschine 2 in ihrem aktuellen Zustand 9 fähig ist, die zu bearbeitende Aufgabe durchzuführen.
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Der Schritt S9 weist zwei untergeordnete Schritte S6 und S7 auf. In Schritt S6 wird ermittelt, ob die Maschine 2 in ihrem aktuellen Zustand 9 fähig ist, die zu bearbeitende Aufgabe überhaupt durchzuführen. In Schritt S7 wird ermittelt, unter welchen Rahmenbedingungen und/oder mit welchem zu erwartenden Ergebnis die Maschine 2 in ihrem aktuellen Zustand 9 fähig ist, die zu bearbeitende Aufgabe durchzuführen.
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Es versteht sich, dass die Emulation der Maschine 2 ebenso wie Schritt S2 basierend auf den Messwerten durchgeführt werden kann. Ferner kann die Emulation der Maschine 2 und/oder die Simulation der Aufgabe wiederholt durchgeführt werden und für jeden Emulationsvorgang und/oder Simulationsvorgang mögliche Anpassungen an den Parametern der Emulation durchgeführt werden. Falls der erste Simulationslauf ergibt, dass die Maschine 2 in ihrem aktuellen Zustand die Aufgabe nicht erfüllen kann, kann dadurch festgestellt werden, welche Maßnahmen, z.B. ein Werkzeugwechsel, eine Kalibrierung oder dergleichen, nötig sind, um die Maschine 2 in die Lage zu versetzen, die Aufgabe zu erfüllen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
