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Es wird eine Produktionsmaschine mit mindestens einem Touchscreen zur Bedienung beschrieben, ein Verfahren zur Bedienung dieser Produktionsmaschine und ein System mit dieser Produktionsmaschine.
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Die Offenlegungsschrift
WO 2014/008185 A1 behandelt ein TV-System, dessen Anzeige sich der Position des Betrachters anpasst, wobei die Anpassung so vorgenommen wird, dass die Anzeigevorrichtung als Fenster in einen virtuellen Raum angesehen wird und die räumliche Darstellung der Objekte in diesem Raum an den von der Position des Betrachters abhängigen Blickwinkel angepasst wird. Das Patent
US 9 547 412 B1 beschreibt ein Mobilgerät, bei dem die zweidimensional dargestellte räumliche Anordnung der auf dem Display angezeigten Objekte von dem Winkel abhängt, aus dem das Display betrachtet wird. Die Veröffentlichung
US 2014/0 118 255 A1 behandelt ein grafisches Interface, bei dem Position und/oder Blickwinkel eines Benutzers verfolgt wird/werden und bei dem die Größe der angezeigten Objekte mit zunehmendem Abstand und/oder Blickwinkel des Benutzers von dem grafischen Interface zunimmt.
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Die Offenlegungsschrift
WO 2011/079300 A2 behandelt eine Automatisierungseinrichtung mit HMIs, die mit Untermengen an Steuergeräten der Automatisierungseinrichtung interagieren, wobei die Position des HMI berücksichtigt wird.
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In der Offenlegungsschrift
US 2014/0028441 A1 ist ein tragbares Interfacegerät dargestellt, dessen Position relativ zu einer zu bedienenden Maschine anhand optischer Barcodes bestimmt wird, die vom Interfacegerät gescannt werden. Die Veröffentlichung
EP 1 501 062 A1 behandelt ebenfalls ein mobiles Bedien- und Beobachtungsmodul, das anhand seiner Position einer technischen Anlage zugeordnet und in das HMI-Daten der technischen Anlage geladen werden.
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Bei größeren Produktionsanlagen, insbesondere digitalen Druckmaschinen, besteht das Problem, dass die Bedienpersonen sich an verschiedenen Stellen auch in größerem Abstand von der Produktionsmaschine aufhalten. Die Bedienelemente und Anzeigen werden deshalb mehrfach ausgeführt und an verschiedenen Stellen der Produktionsanlage angebracht, um den Bedienpersonen lange Wege zu ersparen und bei Handlungsbedarf ein schnelles Eingreifen zu ermöglichen.
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Es hat sich gezeigt, dass solche separaten Bedienelemente nicht immer ausreichen, um den Bedienpersonen ein schnelles Eingreifen zu ermöglichen. So kann es z. B. bei ortsfesten Benachrichtigungsleuchten (Alarmen) vorkommen, dass diese für die Bedienpersonen durch andere Maschinen, Gebäudeelemente etc. verdeckt sind und nicht wahrgenommen werden können. So kann es dazu kommen, dass trotz einer Alarmanzeige eine erforderliche Reaktion durch eine Bedienperson verspätet erfolgt oder ganz unterbleibt.
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Andere Anzeigeelemente sind oft nicht mehr erkennbar, wenn eine bestimmte Entfernung zwischen Bedienperson und Anzeigeelement überschritten wird.
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Es ist Aufgabe der Erfindung ein Bedienkonzept für eine Produktionsmaschine, eine Produktionsmaschine und ein System zum Bedienen einer Produktionsmaschine bereitzustellen, die solche Nachteile überwinden.
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Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.
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Die Produktionsmaschine wird an mindestens einer Seitenfläche mit einem Touchscreen versehen, der im Sichtbereich einer Bedienperson der Produktionsmaschine liegt. Bevorzugt sind die Touchscreens umlaufend um die Produktionsmaschine angebracht, d. h. an allen Seitenflächen der Produktionsmaschine, die einem Raumbereich zugewandt sind, in dem eine Bedienperson sich gewöhnlich aufhält. Diese Touchscreens dienen der Anzeige eines Bedienfelds, an dem eine Bedienperson zum Beispiel Produktionsaufträge für eine Produktionsmaschine verwaltet oder andere Eingriffe an der Produktionsmaschine vornimmt.
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Bevorzugt werden bei der Erfindung Produktionsmaschinen mit einer Höhe ab ca. 1,20 m verwendet. Die Unterkante der Touchscreen(s) kann sich in einer Höhe von mindestens 80 cm über dem Boden befinden, also in einer üblichen Höhe eines Tisches.
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Je nach der seitlichen Ausdehnung der Produktionsmaschine kann es erforderlich sein, mehrere Touchscreens nebeneinander oder übereinander anzuordnen. Dann ist es sinnvoll, wenn diese Touchscreens keinen äußeren Rahmen aufweisen, sondern randlos ausgeführt sind. So ist es möglich, dass ein angezeigtes Bedienfeld frei über mehrere Touchscreens positioniert werden kann. Insbesondere ist es möglich, die Touchscreens unter Aussparung der Öffnungen für Material und/oder Produkt an den Seitenflächen der Produktionsmaschine umlaufend an den Seitenflächen auf allen Seiten der Produktionsmaschine anzuordnen, die Raumbereichen zugewandt sind, in denen sich eine Bedienperson üblicherweise aufhält.
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Im Gebäude, in dem die Produktionsmaschine aufgestellt ist, wird mindestens ein erstes Sensormodul stationär angebracht, mit dem die räumliche Position mindestens einer Bedienperson erfasst wird. Dieses erste Sensormodul kann zum Beispiel eine Kamera sein, deren Bild zur Erfassung des Aufenthaltsorts der Bedienperson ausgewertet wird.
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Zusätzlich ist ein erstes Sensormodul zum Austausch von Signalen mit einem zweiten, von der Bedienperson mitgeführten Sensormodul ausgeführt. Ein Beispiel für diesen Austausch von Signalen ist bidirektionale Kommunikation mittels Bluetooth LE oder anderer bekannter Techniken, die es zulassen, mittels Messung der Signalstärke und/oder Triangulation (engl. Trilateralization) Rückschlüsse auf Entfernung bzw. Position eines Teilnehmers an der Kommunikation zu ziehen.
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Es kann sich bei dem zweiten Sensormodul um einen iBeacon handeln. Ein solcher iBeacon kann bequem in der Tasche eines Kleidungsstücks verstaut werden. Als erstes Sensormodul wird in diesem Fall mindestens ein zum Empfang der Signale der iBeacons ausgerüsteter Minicomputer wie z. B. Raspberry verwendet. Zur Bestimmung der Position eines iBeacons in zwei Dimensionen sind drei Minicomputer erforderlich. Eine dreidimensionale Bestimmung der Position eines iBeacons erfordert vier Minicomputer. Wenn mehr Minicomputer verwendet werden, erhöht sich die Genauigkeit der Bestimmung der Position der Bedienperson.
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Wenn es sich bei dem zweiten Sensormodul um ein Smartphone handeln sollte, wird mindestens ein iBeacon als erstes Sensormodul verwendet. Dann müssen mehrere stationäre erste Sensormodule verwendet werden (drei zur Bestimmung der Position eines Mobiltelefons in zwei Dimensionen, vier zur Bestimmung der Position in drei Dimensionen). Wenn mehr iBeacons verwendet werden, erhöht sich die Genauigkeit der Bestimmung der Position der Bedienperson.
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Wenn ein Mobiltelefon als zweites Sensormodul verwendet wird, dann kann es über eine Applikation verfügen, mit der es aus den Signalen der iBeacons seine Position ermittelt und diese über ein Mobilfunknetz oder WLAN an eine mit der Produktionsmaschine verbundene Positionsermittlungseinheit überträgt. Alternativ kann das Mobiltelefon die Daten der iBeacons über Mobilfunknetz oder WLAN an eine mit der Produktionsmaschine verbundene Positionsermittlungseinheit weiterleiten, die dann die Position des Mobiltelefons errechnet.
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Es zeigen die
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1 eine schematisch dreidimensionale Abbildung einer Produktionsmaschine
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2–4 verschiedene Bedienfelder
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5a und b zwei perspektivische Darstellungen der Produktionsmaschine von zwei verschiedenen Standpunkten aus
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In 1 ist eine Produktionsmaschine 21 dargestellt, mit einer Bedienperson in verschiedenen Positionen 11, 13, 15 und 17 vor dieser Maschine. An der der Bedienperson zugewandten Seite der Maschine sind mehrere Touchscreens 23, 25, 27, 29 angebracht. Sie dienen zur Anzeige von Zuständen der Produktionsmaschine und zu ihrer Bedienung. Die schematisch dreidimensionale Darstellung der 1 ist nicht perspektivisch. Die drei Raumrichtungen werden durch die drei Koordinatenachsen 41, 43 und 45 angezeigt. Als Koordinatenursprung 40 wurde die linke untere Ecke der Produktionsmaschine gewählt. Die Koordinatenachse für die räumliche Tiefe 45 wurde dabei in Gegenrichtung zur Koordinatenachse 43 für die Dimension der Höhe dargestellt. So ist es möglich, dass in einer Ansicht die Position entlang der Achse 41, also der seitlichen Ausdehnung der Produktionsmaschine 21, übersichtlich sowohl der Dimension der Höhe entlang der nach oben aufgetragenen Achse 43 als auch der Dimension der räumlichen Tiefe entlang der nach unten aufgetragenen Achse 45 zugeordnet werden kann.
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An der der Bedienperson zugewandten Seite der Produktionsmaschine, an der auch die Touchscreens angebracht sind, befinden sich weiter drei erste Sensormodule 18, die zur Bestimmung der jeweiligen Position der Bedienperson dienen. Die schematisch dargestellte Bedienperson trägt jeweils ein zweites Sensormodul 19.
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Wenn sich die Bedienperson, wie unter 11 dargestellt, relativ nahe an der Produktionsmaschine 21 befindet, wird das Bedienfeld auf dem dieser Person am nächsten befindlichen Touchscreen 25 angezeigt, und zwar an der Position 51, in der sich die Bedienperson in Richtung der Ausdehnung der Produktionsmaschine gerade befindet. Wegen des Abstandes 71, in dem sich die Person in der Position 11 von der Produktionsmaschine befindet, wird das Bedienfeld 31 in der dargestellten Größe in der Höhe 61 auf dem Touchscreen 25 angezeigt.
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Wenn sich die Bedienperson in die Position 13 bewegt, befindet sie sich in einem größeren Abstand 73 von der Produktionsmaschine und an der Position 53 in Richtung der Ausdehnung der Produktionsmaschine. Entsprechend wird nun das Bedienfeld 33 auf dem Touchscreen 23 an der Position 53 in Richtung der Ausdehnung der Produktionsmaschine angezeigt. Wegen des größeren Abstands 73 wird das Bedienfeld nun auch in einer größeren Höhe 63 angezeigt.
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Für die Bedienperson in Position 15 bzw. 17 wird das Bedienfeld 35 bzw. 37 in einer Größe entsprechend dem Abstand 75 bzw. 77 auf dem Touchscreen 25 bzw. 27 in der Position 55 bzw. 57 in Richtung der Ausdehnung der Produktionsmaschine und in der Höhe 65 bzw. 67 angezeigt. Hierbei haben die jeweils mit einem Kreuz gekennzeichneten Mittenpositionen der Bedienfelder 31, 33, 35, 37 horizontal gemessen, also in Bezug auf die Koordinatenachsen 41 und 45, den geringsten Abstand zur Bedienperson in der jeweiligen Position 11, 13, 15, 17.
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Die Größe der mit 31 und 35 bezeichneten angezeigten Bedienfelder unterscheidet sich nur wenig, da die Abstände zur Position der Bedienperson 11 und 15 relativ gering sind. In diesen Fällen steht die Bedienperson bereits dicht vor der Produktionsmaschine 21. Insbesondere wird unterhalb eines gewissen festgelegten Mindestabstands die Größe des Bedienfelds nicht weiter verringert.
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Die Position der Bedienperson wird ermittelt, indem drahtlos Signale zwischen der Bedienperson und der Produktionsmaschine ausgetauscht werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden dafür elektrische Sender, sogenannte Beacons verwendet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein iBeacon-Sender, der nach dem Bluetooth Low Energy (BLE) Protokoll arbeitet, von der Bedienperson am Körper, z. B. in einer Tasche eines Kleidungsstücks getragen. Dieser iBeacon wird hier als zweites Sensormodul bezeichnet.
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An der Produktionsmaschine und/oder an mindestens einem anderen Ort des Gebäudes, in dem die Produktionsmaschine aufgestellt ist, ist dann mindestens ein zum Empfang des iBeacon-Signals ausgerüsteter Minicomputer angebracht. Dieser empfangende Computer wird hier als erstes Sensormodul 18 bezeichnet. Der Computer ermittelt dann die Position der Bedienperson aus dem Signal des Beacons, entweder über Triangulation in Zusammenspiel mit den anderen empfangenden Computern oder aus der Signalstärke.
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Die Positionsermittlung muss nicht in einem der Computer 18 erfolgen. Sie kann auch in einem separaten Computer erfolgen oder in einem Programm einer Steuerung für die Produktionsmaschine. Im Beispiel der 1 sind drei Minicomputer gezeigt, weil zur Bestimmung der Position eines iBeacons in zwei Dimensionen drei Minicomputer erforderlich sind. Eine dreidimensionale Bestimmung der Position eines iBeacons erfordert vier Minicomputer. Wenn mehr Minicomputer verwendet werden, erhöht sich die Genauigkeit der Bestimmung der Position der Bedienperson.
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Die Genauigkeit dieser Positionsbestimmung kann durch die Bereitstellung mehrerer Computer beträchtlich erhöht werden, wenn diese Geräte die Informationen des Beacons über ein Netzwerk an einen zur Auswertung der von allen Computer oder Smartphones empfangenen Signale des Beacons bestimmten Computer übermitteln. Dieser Computer kann einer der empfangenden Computer sein, oder auch ein übergeordneter Steuerungscomputer, insbesondere der Steuerungscomputer für die Bedienung der Produktionsmaschine oder der Steuerungscomputer der Produktionsmaschine selbst.
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In einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden ein oder mehrere iBeacon-Sender an der Produktionsmaschine oder an anderen Stellen des Gebäudes, in dem die Produktionsmaschine aufgestellt ist, angebracht. Die Bedienperson der Produktionsmaschine wird mit einem Smartphone ausgestattet. Dieses Smartphone ermittelt dann in einer App anhand des Signals des oder der iBeacons die Position der Bedienperson. Es ist auch möglich, dass das Smartphone Signalstärken und/oder Richtungen, mit bzw. aus denen es die Signale der iBeacons empfängt, an eine Positionsermittlung sendet, die zum Beispiel in einer Steuerung der Produktionsmaschine 21 untergebracht sein kann in Form eines speziellen Rechners oder eines Programms, das von der Steuerung ausgeführt wird. Anstelle von iBeacons können auch andere Beacon-Technologien wie Eddystone oder AltBeacon eingesetzt werden.
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Alternative Funktechnologien zur Positionsbestimmung sind RFID und WiFi.
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Die Position der Bedienperson kann auch ermittelt werden, indem sie mit einem Kamerasystem erfasst wird. Dieses Kamerasystem dient dann als erstes Sensormodul 18. Ein Beispiel für ein solches System ist das von Microsoft unter dem Namen Kinect vertriebene. Es können auch andere Kamerasysteme verwendet werden, die stereoskopisch die Position der Bedienperson ermitteln. Das bedeutet, dass diese Kamerasysteme über mindestens zwei einäugige Kameras verfügen müssen. Bei ausgedehnten Produktionsmaschinen reichen wegen des begrenzten Öffnungswinkels üblicher Kameraobjektive und anderer technischer Beschränkungen zwei Kameras nicht aus. Es müssen also mehrere Kameras eingesetzt werden, die alle Raumbereiche erfassen, in denen sich eine Bedienperson aufhalten kann.
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Zur Unterscheidung der Bedienperson von anderen Personen im Sichtfeld der Kamera können die Kamerabilder mit einer Bildauswertungssoftware zur Personenerkennung ausgewertet werden. Es ist auch möglich, die Bedienperson mit mindestens einem optischen Marker, der als Reflektor, z. B. als Tripelspiegel (engl. cube corner reflector), ausgebildet sein kann, auszurüsten und/oder als Motion Capture oder Eye Capture bezeichnete Technologien einzusetzen. Ein solcher optischer Marker dient dann als zweites Sensormodul 19.
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Marker und/oder Beacons können an einer ggf. erforderlichen Sicherheitsausrüstung der Bedienperson der Produktionsmaschine angebracht werden, z. B. einem Helm.
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Die Position der Bedienperson kann auch mittels eines Lasertrackers als erstes Sensormodul 18 oder einer anderen Tracking-Technologie ermittelt werden.
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Ebenso können Gyroskope (z. B. in MEMS-Technologie) oder andere Akzelerometer zur Bestimmung der Position der Bedienperson verwendet werden, indem die gemessenen Winkelgeschwindigkeiten einmal oder die gemessenen Beschleunigungen zweimal aufintegriert werden. Auch Gyroskope sind in einer Größe verfügbar, dass sie zusammen mit einem geeigneten Sendemodul und einer Batterie zur Energieversorgung in einem Gehäuse verbaut und in einer Tasche eines Kleidungsstücks von der Bedienperson mitgeführt werden können. Dieses Gehäuse mit MEMS-Gyroskopen bzw. Akzelerometern, Batterie und Sender dient dann als zweites Sensormodul. In diesem Fall reicht ein einziger Empfänger als erstes Sensormodul auf der Seite der Produktionsmaschine aus.
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Eine Kombination dieser Technologien zur Bestimmung des Aufenthaltsorts der Bedienperson ist ebenfalls möglich. So kann die Position der Bedienperson ermittelt werden sowohl nach einer der bevorzugten Ausführungsformen mittels elektronischer Beacon(s) und Computer oder Smartphone(s) zum Empfang der Signale des/der Beacon(s) als auch mittels eines Kamerasystems zur Überwachung der Produktionsmaschine. In diesem Fall kann die Bedienperson als zweites Sensormodul z. B. sowohl einen iBeacon als auch einen z. B. am Helm befestigten Marker tragen.
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In 2 ist ein Beispiel eines Bedienfelds einer Druckmaschine dargestellt, einer beispielhaften Produktionsmaschine. Mit 201 sind die Kopfzeile mit dem Programmname sowie die Seitenleiste mit einigen Buttons zur schnellen Bedienung bezeichnet, also Top- und Sidebar. In der Spalte 203 befinden sich allgemeine Angaben. In der Spalte 205 ist eine Liste aller anstehenden Aufträge dargestellt. Die Zeilen 211 der Spalte 205 entsprechen einzelnen Druckaufträgen, die auch Jobs genannt werden. Dunkel hinterlegte Zeilen 213 in dieser Liste bezeichnen Maßnahmen, die die Bedienperson zu ergreifen hat. Solche Maßnahmen können ein Wechsel des Papiers sein oder ein Befüllen mit anderer Tinte für Druckaufträge in einer anderen Qualität. In der Spalte 209 können verschiedene Druckmaschinen ausgewählt werden. Über die Menüsteuerung oder mit der Maus können die Aufträge aus dieser Spalte 205 in die Spalte 207 gezogen werden. So werden sie der Druckmaschine zugeordnet, die zuvor in der Spalte 209 ausgewählt wurde. Die unmittelbar zur Bearbeitung anstehenden Druckaufträge sind in der Darstellung der Felder 225 rot hinterlegt, weil die Druckmaschine nicht aktiv ist. Dies wird auch durch rote Hinterlegung der Felder 221 und 223 angezeigt.
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In 3 ist ein weiteres Beispiel für ein Bedienfeld gezeigt, diesmal mit einer aktiven Druckmaschine. Hier sind die Bereiche 321 und 323, die in 2 mit rot für die Inaktivität der Druckmaschine gekennzeichnet waren, sowie die Bereiche 325 für die anstehenden Druckaufträge grün hinterlegt.
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In 4 wird die Darstellung des Bedienfelds mit einer Box 431 überlagert, die eine Meldungsliste darstellt. Die in 2 bzw. 3 rot bzw. grün dargestellten Bereiche 421 und 423 sind jetzt in einer anderen Farbe hinterlegt, z. B. Gelb, die die bestehende Unterbrechung der Produktion darstellen soll.
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In 5 a und b sind zwei verschiedene Ansichten einer Druckmaschine dargestellt. Hier wird erkennbar, dass die Druckmaschine auf drei Seiten mit Touchscreens versehen ist. Die vierte Seitenfläche ist einer Wand zugewendet, hinter der Servicefunktionen durchgeführt werden. An dieser Seite der Druckmaschine ist kein Touchscreen für die Bedienung der Druckmaschine im Produktionsbetrieb vorgesehen. Dargestellt ist die Produktionsmaschine 21 mit drei ersten Sensormodulen 18, drei Touchscreens 23, 25 und 27 sowie einer Steuerung 85, in die eine Positionsermittlung 81 und eine Bedienfeldsteuerung 83 integriert sind. Weiter ist in einer Ecke des Raums (in 5 rechts oben) ein viertes erstes Sensormodul 18 angebracht.
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Bezugszeichenliste
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- 11, 13, 15, 17
- Bedienperson in verschiedenen Positionen
- 18
- erstes Sensormodul
- 19
- zweites Sensormodul
- 21
- Produktionsmaschine
- 23, 25, 27, 29
- Bildschirm
- 31, 33, 35, 37
- Bedienfelds
- 40
- Koordinatenursprung
- 41, 43, 45
- Koordinatenrichtungen
- 51, 53, 55, 57
- x-Koordinate Position Bedienperson
- 61, 63, 65, 67
- z-Koordinate Höhe der Mitte des Anzeigebereichs
- 71, 73, 75, 77
- y-Koordinate Position Bedienperson
- 81
- Positionserfassung
- 83
- Bedienfeldsteuerung
- 85
- Steuerung der Produktionsmaschine
- 201
- Top- und Sidebar
- 203
- Spalte mit Übersicht
- 205
- Spalte mit allen anstehenden Aufträgen
- 207
- Spalte mit an der Produktionsmaschine anstehenden Jobs
- 209
- Spalte mit Druckmaschinen
- 211
- Zeile mit Druckauftrag
- 213
- Zeile mit Maßnahme
- 221, 223, 225
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- 321, 323, 325
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- 421, 423
- farblich hinterlegtes Feld (Anzeige des Betriebszustands der Maschine)
- 431
- Box mit Meldungsliste