-
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Optimieren der Interaktion von cyber-physischen Produktionseinheiten.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Traditionelle Produktionssysteme sind auf die Produktion spezifischer Produkte ausgerichtet. Sie sind daher in Produktionslinien oder Produktionszellen gegliedert. Deren Architektur und die Ausgestaltung der entsprechenden Kontrollsysteme werden durch Ingenieure durchgeführt, die durch entsprechende Hilfsmittel, wie Softwaretools unterstützt werden. Eine enge Synchronisierung der verschiedenen Geräte ist gewöhnlich nicht das Ziel dieser Ingenieurtätigkeit. Für gewöhnlich wartet ein Gerät A darauf, dass ein anderes Gerät B, C, etc. ihre vorgelagerten Aufgaben bzw. Tasks beenden, bevor Gerät A seine Tätigkeit aufnehmen kann, um die ihr zugeteilte Task zu beenden.
-
In den letzten Jahren werden vermehrt die vorgenannten traditionelle Produktionssysteme durch cyber-physische Systeme erweitert oder ersetzt.
-
Ein cyber-physisches System (CPS) bezeichnet den Verbund informatischer, softwaretechnischer Komponenten mit mechanischen und elektronischen Teilen. Diese können über eine Dateninfrastruktur, wie beispielweise eine lokale Dateninfrastruktur oder auch über das Internet kommunizieren. Die Vernetzung kann über drahtgebundene oder drahtlose Kommunikation erfolgen. Diese Systeme sind für die Konstruktion neuartiger Industrieproduktionsanlagen geeignet, die sich hochdynamisch an die jeweiligen Produktionserfordernisse anpassen können. CPS-Systeme umfassen zwei getrennte Domänen. Physikalische Elemente, die die Geräte (wie z.B. Maschinen, Geräte, Roboter etc.) einschließen, die die Umgebung oder die Werkstücke verändern, können als der physikalischen Domäne zugehörig angesehen werden. Dieser Domäne gehören auch Aktuatoren und Sensoren an. Die zweite Domäne ist die sogenannte Cyber-Domäne. Der Cyber-Domäne gehören die computertechnischen Elemente an, die für die Vernetzung und/oder die Kontrolle der Geräte verantwortlich sind.
-
Ein CPS weist cyber-physische Produktionseinheiten (CPPU)auf, die elementare Produktionsfähigkeiten, wie z.B. Bohren, Zusammenbau, Transport, Filtrieren etc. zur Verfügung stellen. Die Effizienz des Produktionssystems kann signifikant verbessert werden, wenn die Aktivitäten mehrerer CPPUs synchronisiert werden. In CPSs werden die CPPUs basierend auf ihren Fähigkeiten (elementaren Produktionsfähigkeiten) und den für die Herstellung des jeweiligen Produkts erforderlichen Verfahrensschritten (Bill of Process, BOP) zusammengeschlossen. Diese Systemarchitektur wird durch ein Optimierungsverfahren bestimmt, das die Fähigkeiten den Anforderungen der BOP zuordnet. Das Ergebnis ist eine oder mehrere Routen von Produkten durch das Produktionssystem. Jedoch berücksichtigt dieser Ansatz nur Sequenzen von Fähigkeiten und keine anderen Faktoren, die ebenfalls die Effizienz des Herstellungsprozesses beeinflussen können.
-
AUFGABE DER ERFINDUNG
-
Es liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde die Synchronisierung von CPPUs innerhalb eines CPS zu verbessern.
-
LÖSUNG GEMÄß DER ERFINDUNG
-
Diese Aufgabe wird gelöst gemäß der in den Ansprüchen definierten Erfindung. Insbesondere, wird die Aufgabe gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Synchronisierung von cyber-physischen Produktionseinheiten umfassend:
- a. Feststellen, dass die Aktivität von mindestens zwei cyber-physischen Produktionseinheiten in einer cyber-physischen Produktionsanlage (CPPE) synchronisiert werden muss, um aus mindestens einem Werkstück mit einem ersten Zustand mit mindestens einem Gerät mindestens ein Werkstück mit einem zweiten Zustand in einer Umgebung herzustellen, wobei jede cyber-physische Produktionseinheit (CPPU) eine Sequenz von Tätigkeitsschritten durchführt und jeder Tätigkeitsschritt durch einen Satz von Tätigkeitsparametern definiert wird;
- b. Bereitstellen eines Modells für jede der cyber-physischen Produktionseinheiten, für jedes der Geräte, jedes der Werkstücke, und für die Umgebung, wobei jedes Modell den Status jeder der cyber-physischen Produktionseinheiten, jedes der Geräte, jedes der Werkstücke, und für die Umgebung in Abhängigkeit von der Zeit beschreibt; und jedes der Modelle Modell-Eingangs- und Ausgangsparameter bereitstellt, wobei die Modellausgangsparameter eines Modells als Eingangsparameter in einem anderen Modell verwenden werden können;
- c. Erstellen eines Modells für die CPPE basierend auf den bereitgestellten Modellen, des zeitabhängigen Status der Modelle und der Modell-eingangs- und ausgangsparameter der Modelle aus Schritt b.;
- d. Basierend auf dem Modell für die CPPE bestimmen aller möglichen Kombinationen von sequentiellen und parallelen Herstellungsschritten, die benötigt werden, um aus dem mindestens einem Werkstück mit einem ersten Zustand das mindestens eine Werkstück mit einem zweiten Zustand herzustellen;
- e. Basierend auf dem Modell für die CPPE und den in Schritt d. bestimmten möglichen Kombinationen bestimmen einer optimalen Kombination von sequentiellen und parallelen Herstellungsschritten in Hinblick auf einen oder mehrere vorgegebene Optimierungsparameter, die auf den im Modell für die cyber-physische Produktionsanlage verwendeten Parameter beruhen.
-
Schritt a. des erfindungsgemäßen Verfahrens kann voraussetzen:
- Bestimmen, dass die vorgegebenen Herstellungsverfahren mindestens zweier verschiedener Werkstücke ein wiederkehrendes Muster aufweisen, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Sequenz von Tätigkeiten von beiden Herstellungsverfahren erbracht wird;
- Zusammenstellen der cyber-physische Produktionseinheiten zu einer CPPE, die die Fähigkeit bereitstellen, die Sequenz von Tätigkeiten durchzuführen.
-
Schritt a. des erfindungsgemäßen Verfahrens kann voraussetzen:
- Bestimmen, dass eine CPPU nicht in der Lage ist, eine Tätigkeit alleine durchzuführen;
-
Zusammenstellen der cyber-physische Produktionseinheit mit mindestens einer weiteren cyber-physischen Produktionseinheit zu einer CPPE, die die Fähigkeit bereitstellt, die Tätigkeit durchzuführen.
-
Dabei kann die CPPE aus einer Liste von vorab definierten cyber-physischen Produktionsanlagen ausgewählt werden, die verschiedene cyber-physische Produktionseinheiten umfassen, und die Liste die Fähigkeiten der jeweiligen cyber-physischen Produktionsanlagen angibt, Tätigkeiten auszuführen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Tätigkeitsparameter eine Dauer des Tätigkeitsschrittes, einen Energieverbrauch des Tätigkeitsschrittes, einen Status des Werksstücks, einen Status der cyber-physischen Produktionseinheiten nach Ende der Tätigkeit sind, oder eine Kombination daraus, aufweisen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Modelle der cyber-physischen Produktionseinheiten die Ausgangsparameter der Modelle der Geräte, der Werkstücke, und der Umgebung berücksichtigen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Modelle der Geräte die Ausgangsparameter Position, geometrische Form, und/oder Fähigkeit an die Modelle der der cyber-physischen Produktionseinheiten bereitstellen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Modelle der Werkstücke die Ausgangsparameter geometrische Form, Gewicht, Farbe und/oder Materialumsetzung an die Modelle der cyber-physischen Produktionseinheiten bereitstellen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Modelle der Werkstücke eine Beschreibung aller Fähigkeiten enthalten, die notwendig sind, um eine Werkstück mit dem zweiten Status herzustellen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Modell der Umgebung die Ausgangsparameter Position und geometrische Form von Hindernissen und/oder Ausgangsparameter über die Beschaffenheit des Raumes an die Modelle der cyber-physischen Produktionseinheiten bereitstellen.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Schritte c. und d. durch eine Anfrage für eine Fähigkeit, ein Werkstück aus einem ersten Zustand in ein Werkstück mit einem zweiten Zustand, eingeleitet werden.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Bestimmen einer optimalen Kombination von sequentiellen und parallelen Herstellungsschritten in Hinblick auf einen oder mehrere vorgegebene Optimierungsparameter aus Schritt e. durch Anwendung von Optimal Control durchgeführt werden.
-
Ferner wird ein Datenträger mit darauf kodierten Instruktionen offenbart, die, wenn sie auf einem oder mehreren Computersystemen ausgeführt werden, bewirken, dass das oben beschriebene Verfahren gemäß Ansprüchen 1-12 auf einem oder mehreren Computersystemen durchgeführt wird.
-
In einem weiteren Aspekt wird ein Computersystem offenbart, das einen Prozessor und einen Computer-Datenträger mit darauf kodierten Instruktionen umfasst, die, wenn sie auf dem oder mehreren Computersystemen ausgeführt werden, dazu führen, dass das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt ein Modell einer cyber-physischen Produktionsanlage (CPPE), das die Modelle der cyber-physischen Produktionseinheit, der Geräte, der Werkstücke und der Umgebung kombiniert.
- 2 zeigt ein Flussdiagramm zur Zustandsänderung eins Werkstückes. Ein Verhalten wird durch alle Pfeile dargestellt, die in einem Zustand enden.
- 3 zeigt eine Sequenz von Verhalten, bei der ein Werkstück von einer Position in eine andere bewegt wird.
- 4 zeigt eine Kombination von Verhalten, bei der zwei Werkstücke von einer Position in eine andere bewegt werden, bis sie so zu einander positioniert (fixiert) sind, dass sie zusammengebaut werden können.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
-
Die Erfindung verbessert die Effizienz von cyber-physischen Produktionssystemen (hier auch als cyber-physischen Produktionsanlage, CPPE bezeichnet) durch eine autonome Synchronisierung von cyber-physischen Produktionseinheiten (CPPUs). Dazu wird ein Verfahren verwendet, das im Wesentlichen aus zwei Hauptschritten besteht, wobei im ersten Hauptschritt festgestellt wird, ob Synchronisierungsbedarf besteht und im zweiten Hauptschritt eine Abstimmung der CPPUs vorgenommen wird.
-
Demgemäß wird zunächst festgestellt, ob die Aktivität von mindestens zwei CPPUs in einer CPPE synchronisiert werden muss.
-
Die Aktivität von mindestens zwei CPPUs in einer CPPE kann dann synchronisiert werden, wenn einer von zwei Fällen vorliegt:
- a) es wird eine Fähigkeit höheren Levels häufig angefragt oder b)eine Fähigkeit kann nicht durch eine CPPU alleine durchgeführt werden.
-
Zu Fall a)
-
Eine Fähigkeit höheren Levels ist eine Fähigkeit, die von zwei CPPUs nur zusammen durch sequentielles Hintereinanderschalten der CPPUs bewirkt werden kann.
-
Die Anforderungen an das Herstellungsverfahren für verschiedene (End-)Produkte (Werkstücke in einem bestimmten Zustand) können automatisch daraufhin analysiert werden, ob wiederkehrende Muster auftreten, also ob Sequenzen von bestimmten Verfahrensschritten in verschiedenen vorgegebenen Herstellungsverfahren häufiger auftreten. Zum Beispiel, besteht die Fahrzeugherstellung aus dem Anbringen der Achsen an dem Fahrgestell, Anbringen des Motors an das Fahrgestell und schließlich Anbringen der Fahrzeugkabine an das Fahrgestell. Dieses Muster kann bei grundsätzlich jeder Fahrzeugherstellung beobachtet werden. Diese wiederkehrenden Muster können bei verschiedenen Herstellungsverfahren, die beispielsweise auf ähnliche oder nicht ähnliche Endprodukte gerichtet sein können, bestimmt werden. Sobald ein solches Muster bestimmt wurde, können die relevanten CPPUs, die die entsprechenden Fähigkeiten zur Verfügung stellen, automatisch zu einer CPPE zugeordnet werden. Diese CPPE kann diese Fähigkeit eines höheren Levels bereitstellen, und stellt auch die Fähigkeiten der individuellen CPPUs bereit, die Teil der Fähigkeit höheren Levels sind, aber auch anderen Aufgaben als der Fähigkeit höheren Levels dienen können. Die oben genannten Schritte, die zum Zusammenstellen der CPPE führen, können manuell durch einen Fachmann, wie einen Ingenieur, durchgeführt werden, oder auch automatisch durch ein entsprechend Computer-implementiertes Verfahren, das Teil des Verfahren zur Synchronisierung von cyber-physischen Produktionseinheiten ist.
-
Zu Fall b)
-
Dass eine Fähigkeit nicht durch eine CPPU bereitgestellt werden kann, kann auch dann vorliegen, wenn ein Verfahrensschritt nur durch zwei CPPUs gemeinsam durchgeführt werden kann. Beispielsweise soll einem mobilen Roboter die Task übertragen werden, ein Werkstück von einem Ort X an einen Ort Y zu transportieren, jedoch ist das Werkstück zu schwer für den einen Roboter. Entsprechend kann der mobile Roboter aus der ersten CPPU mit einem Roboter aus einer zweiten CPPU zu einer CPPE zusammengeschaltet werden. Ein anderes Beispiel ist, dass eine Task darin besteht, zwei Werkstücke zusammenzubauen, wobei für jedes Werkstück ein separater Roboter aus zwei unterschiedlichen CPPUs benötigt wird. Daher werden die zwei CPPUs zu einer CPPE zusammengeschaltet. Die Zusammenschaltung von zwei oder mehreren CPPUs zu einer CPPE kann durch ein Anfrage eines Geräts, das Teil der CPPU ist, oder durch die CPPU selber initiiert werden, sobald festgestellt wurde, dass eine CPPU alleine nicht in der Lage ist die Task zu bewältigen. Somit wird vorteilhafterweise eine autonome Anpassung der Herstellungsverfahrens erreicht.
-
Der Anzahl der CPPUs, die synchronisiert werden, ist hierbei keine spezielle Grenze nach oben gesetzt, und hängt von der Anzahl der CPPUs ab, die synchronisiert werden sollen.
Der durch die CPPUs aufzusetzende Herstellungsprozess ist darauf gerichtet aus mindestens einem Werkstück mit einem ersten Zustand mindestens ein Werkstück mit einem zweiten Zustand herzustellen.
-
Der erste Zustand und der zweite Zustand können hierbei beschreiben, dass das Werkstück in irgendeiner Form physisch oder chemisch verändert wurde, oder transportiert wurde. Ein Werkstück kann ein Festkörper, eine Flüssigkeit, oder ein Gas sein, und der Aggregatszustand des Werkstücks kann sich in Abhängigkeit von den Herstellungsschritten auch ändern. Dabei kann der erste Zustand eine Ausgangszustand des Werkstück sein und der zweite Zustand der Endzustand des Werkstücks (was auch als Endzustand des Produktes angesehen werden kann). Der zweite Zustand kann sich auch auf ein Zwischenprodukt beziehen. Der Herstellungsprozess kann auch über mehrere Zwischenstufen erfolgen, wobei das Werkstück mit anderen weiteren Zuständen assoziiert sein kann.
-
Der aufzusetzende Herstellungsprozess wird durch Geräte durchgeführt, wobei ein oder mehrere Geräte einer CPPU zugeordnet sind. Geräte können alle Arten von Maschinen (wie auch Roboter) sein, also Maschinen zum Umformen, Fräsen, Bohren, Erhitzen, Abkühlen, Bewegen, Transportieren etc. Die Maschinen können mobil sein oder stationär, autonom oder nicht autonom.
-
Der Herstellungsprozess findet in einer Umgebung bzw. einem oder mehreren Räumen statt, z.B. einer oder mehreren Werkshallen, zwischen denen auch größere Distanzen sein können. Diese Umgebung hat bestimmte physische Ausmaße und kann Obstruktionen enthalten, die baubedingt sein können oder auf die Präsenz von Vorrichtungen zurück zu führen sind, die Teil einer CPPU sein können oder nicht.
-
Jede cyber-physische Produktionseinheit CPPU kann eine Tätigkeit durchführen oder kann eine Sequenz von Tätigkeitsschritten („Verhalten“) durchführen, wobei jedes Verhalten durch einen Satz von Parametern definiert sein kann. Eine Sequenz von Tätigkeitsschritten einer CPPU bestimmt die Tätigkeit der CPPU insgesamt und damit die Fähigkeit einer CPPU eine ihr gestellte Task mittels seines Verhaltens durchzuführen. Jeder dieser Tätigkeitsschritte kann durch einen Satz von Parametern charakterisiert werden, die ihre Durchführung bestimmen. Diese Parameter können Dauer, Energieverbrauch, und abschließender Status der CPPU oder des Werkstücks umfassen.
-
Sobald festgestellt wird, dass die Aktivität von mindestens zwei cyber-physischen Produktionseinheiten CPPUs in einer cyber-physischen Produktionsanlage CPPE synchronisiert werden muss, können die CPPUs das auf ihnen vorgesehene Herstellungsverfahren auf einem in der CPPE enthaltenem Computersystem autonom optimieren. Alternativ kann ein entsprechendes Optimierungsverfahren auf einem Computersystem durchgeführt werden, das nicht Teil der zu optimierenden CPPU ist. Das Computersystem kann ein lokales Computersystem sein oder ein externes Computersystem, z.B. ein von einer Cloud bereitgestelltem Computersystem. Dieser Optimierungsvorgang kann durch eine Anfrage ausgelöst werden, eine bestimmte Task durchzuführen. Das Optimierungsverfahren führt ein Simulationsverfahren unter Berücksichtigung von Modellen der CPPUs, ihrer Geräte, ihrer Umgebung und der Werkstücke durch.
Jede CPPU besitzt in einem Simulationsverfahren eine digitale Entsprechung, die ein Modell beinhaltet, oder ist, welches die Dynamik der CPPU (d.h. die Veränderung des Status der CPPU über die Zeit) und/oder die Dynamik der CPPU für jedes oben definierten Verhalten beschreibt. Diese Modelle können von der Wahl des Gerätes, der physikalischen oder chemischen Eigenschaften der Werkstücke und der Umgebung abhängen. Insbesondere, können die CPPU-Modelle die von den Geräten, Werkstücken, und der Umgebung Werte der bereitgestellten Ausgangsparameter in der Berechnung der CPPU-Modelle berücksichtigen.
-
Auch jedes Gerät besitzt in dem Simulationsverfahren eine digitale Entsprechung, die ein Modell beinhaltet oder ein Modell bildet. Diese Geräte-Modelle berücksichtigen die Parameter, die von den CPPU-Modellen benötigt werden, wie Position, geometrische Form, und/oder Fähigkeiten der Geräte, und stellen diese gegebenenfalls als Ausgangsparameter an die CPPU Modelle zur Verfügung. Die Gerätemodelle berücksichtigen auch die Veränderung des Status der jeweiligen Geräte über die Zeit.
-
Jedes Werkstück besitzt in dem Simulationsverfahren ebenfalls eine digitale Entsprechung, die ein Modell beinhaltet oder ein Modell bildet. Diese Werkstück-Modelle berücksichtigen die geometrische Form, Gewicht, Farbe und/oder Materialzusammensetzung der Werkstücke, und stellen diese gegebenenfalls als Ausgangsparameter an die CPPU Modelle zur Verfügung. Die Gerätemodelle berücksichtigen auch die Veränderung des Status der Werkstücke über die Zeit.
-
Die Umgebung besitzt ebenfalls im Simulationsverfahren eine digitale Entsprechung, die ein Modell beinhaltet oder ein Model bildet. Dieses Umgebungs-Modell berücksichtigt die Ausgestaltung des Raumes und aller relevanten Objekte im Raum, der die Geräte, die in den CPPUs enthalten sind, enthält. Diese Informationen stellt das Umgebungsmodell gegebenenfalls als Ausgangsparameter an die CPPU Modelle zur Verfügung. Die Gerätemodelle berücksichtigen auch die Veränderung des Status des Raums über die Zeit. Die für die Erstellung des Raum-Modells notwendigen Daten können über Sensoren zur Verfügung gestellt werden, die Teil der CPPU und/oder CPPE seien können.
-
Alle Modelle können Schnittstellen für Eingangs-und Ausgangsparameter besitzen, wobei die Werte der Ausgangsparameter eines Modells als Werte für die Eingangsparameter in einem Modell verarbeitet werden können. Dazu kann eine semantische Beschreibung der Parameter und/oder eine Spezifizierung der physikalischen Einheiten erfolgen, auf die sich die Werte beziehen.
-
Aus diesen Einzelmodellen kann ein Gesamtsimulationsmodell 100 für die gesamte CPPE erstellt werden, das die Einzelmodelle, insbesondere den zeitabhängigen Status der Modelle und die Werte der Modell-Eingangs- und Ausgangsparameter berücksichtigt.
-
1 zeigt schematisch dieses Gesamt-Simulations-Modell. Die CPPU-Modelle 106, 109, die Geräte-Modelle 112, die Werkstück-Modelle 115, und das Umgebungs-Modell 118 liegen zunächst in einem ersten Status zum Zeitpunkt t vor. Ebenso können Kontroll-Modelle 101 der Geräte-Modelle 112 vorliegen, die eine Statusaktualisierung der Geräte-Modelle 112 bewirken können. Ebenso können Kontroll-Modelle 102, 103 der CPPUs 106, 109 vorliegen, die eine Statusaktualisierung der CPPU-Modelle 106, 109 bewirken können. Auch die Werte der Ausgangsparameter der CPPU-Modelle 106, 109, der Geräte-Modelle 112, der Werkstück-Modelle 115, des Umgebungs-Modells 118 können bei der Statusaktualisierung eines CPPU-Modells 107 berücksichtigt werden. Auch die Werte der Ausgangsparameter der CPPU-Modelle 106, 109 werden bei der Statusaktualisierung der Geräte-Modelle 113, der Werkstück-Modelle 116, des Umgebungs-Modells 118 berücksichtigt. Daraus ergibt sich eine aktualisierte Status der jeweiligen CPPU-Modelle 108, 111, der Geräte-Modelle 114, der Werkstück-Modelle 117, und des Umgebungsmodells 120.
-
Basierend auf den Modellen zum Zeitpunkt t und zum Zeitpunkt t+1 können die Kosten für die Statusveränderung jeweils geschätzt werden 124 - 128. Aus diesen lassen sich die Gesamtkosten 129 bestimmen, aus denen sich bei optionaler Hinzunahme eines Modells für die Konfiguration 104 der Kosten 105 die Gesamtkosten zum Zeitpunkt t+1 schätzen lassen. Optional ist auch möglich die Entwicklung der Statusaktualisierungen zu beobachten, indem die geschätzte Beobachtung zum Zeitpunkt t 121 und die Beobachtung 122 in die Statusaktualisierung der jeweiligen Modelle 107, 110, 113, 116, 119 einfließt, und dann aus den jeweiligen Statusaktualisierungen 107, 110, 113, 116, 119 wieder als Werte zu einem Modell für die geschätzte Beobachtung zum Zeitpunkt t+1 (123) herangezogen wird.
-
Dieses auf den Modellen beruhende Simulationsverfahren wird nun in zwei weiteren Schritten optimiert, um die optimale sequentielle und parallele Kombination der Verhalten der CPPUs zu bestimmen, die das Werkstück aus einem ersten Zustand (Ausgangszustand) in ein Werkstück mit einem zweiten Zustand (Endzustand) überführen.
-
Im ersten Schritt werden basierend auf dem Modell für die CPPE alle theoretisch möglichen Kombinationen von sequentiellen und parallelen Verhalten (Tätigkeitsschritten) bestimmt, die benötigt werden, um aus dem mindestens einem Werkstück mit einem ersten Zustand das mindestens eine Werkstück mit einem zweiten Zustand herzustellen. Es werden ausschließlich die Fähigkeiten des Verhaltens der CPPUs berücksichtigt, jedoch nicht die Geräte-, Werkstück- und Umgebungs-Modelle, wie sie oben beschrieben wurden, in ihrer Gesamtheit.
-
Zur näheren Erläuterung dieser möglichen Kombination von Verhalten werden wir nun den Inhalt der 2-4 diskutieren.
-
2 beschreibt grundsätzlich, dass eine Status B erst erreicht werden kann, wenn ein Status A vorliegt. Ein Tätigkeitsschritt wird durch einen Pfeil dargestellt, der in einem neuen Status endet.
-
3 ist ein Beispiel für eine Sequenz von Tätigkeitsschritten, die einen ersten Zustand eines Werkstücks in einen anderen zweiten Zustand des Werkstückes, über eine Reihe von Zustandsänderungen überführen, die jeweils in einen neuen Zwischenzustand münden Um von dem ersten Zustand „A in Position X“ zu dem Zustand „A in Position X""“ zu gelangen, sind Tätigkeitsschritte der CPU notwendig, die sequentiell zu den Zwischenzuständen „A in Position X'“, „A gelagert an X““ und „A in Position X''''“ führen. Die Tätigkeitsschritte werden durch ein oder mehrere CPPUs durchgeführt. Die Zwischenlagerung kann auch mehrfach hintereinander ausgeführt werden (rechter Pfeil nach oben).
-
4 zeigt ein Beispiel für den Zusammenbau zweier Teile A und B durch zwei CPPUs. Wie man aus 4 erkennt sind die Schritte, die entweder zum Status „A fixiert“ oder zum Status „B fixiert“ führen, notwendig, um das anschließende Verhalten auszulösen, das zum Status „B in A gesteckt“ führt.
-
Es ist die Aufgabe des ersten Tätigkeitsschrittes, alle möglichen Kombinationen von sequentiellen und parallelen Tätigkeitsschritten (Herstellungsschritten) aufzufinden, die benötigt werden, um aus dem mindestens einem Werkstück mit einem ersten Zustand das mindestens eine Werkstück mit einem zweiten Zustand herzustellen.
-
In einem zweiten Tätigkeitsschritt wird basierend auf dem Modell für die cyber-physische Produktionsanlage CPPE und den zuvor bestimmten theoretisch möglichen Kombinationen eine optimale Kombination von sequentiellen und parallelen Verhalten aufgefunden. Dies erfolgt in Hinblick auf einen oder mehrere vorgegebene Optimierungsparameter, die auf den im Modell für die cyber-physische Produktionsanlage, CPPE, verwendeten Parameter beruhen. Hierfür können bekannte Optimierungsverfahren wie Optimal Control verwendet werden.
-
Vorzugsweise werden die Gesamtkosten als Optimierungsparameter genommen.
-
Ferner betrifft die Erfindung einen Datenträger mit darauf kodierten Instruktionen, die, wenn sie auf einem oder mehreren Computersystemen ausgeführt werden, bewirken, dass das oben beschriebene Verfahren auf einem oder mehreren Computersystemen durchführt wird.
-
Das Verfahren kann hierbei als Computer-implementiertes Verfahren, insbesondere ein Softwareprogramm sein.
-
Das Softwareprogramm kann auf Datenträger gespeichert sein, der sich lokal im Computersystem befindet oder, oder der über ein drahtgebundenes oder drahtloses Netzwerk, zum Beispiel einem lokalen Netzwerk oder dem Internet, zugänglich ist.
-
Offenbart wird auch ein Computersystem umfassend einen Prozessor und einen Datenträger mit darauf kodierten Instruktionen, die, wenn sie auf dem Computersystem ausgeführt werden, dazu führen, dass das oben beschriebene Verfahren durchgeführt wird.
-
Das Computersystem kann in der CPPE enthalten sein oder in einem Computersystem, das nicht Teil der CPPE ist.
-
Das Computersystem kann ein Mainframe, Personal Computer (PC), mobiler Computer, oder Server etc. sein.
-
Das Computersystem kann einen Prozessor, einen Arbeitsspeicher (RAM), eine Schnittstelle für einen Drucker, einen Bildschirm, einen Kontroller für die Datenübertragung über ein lokales Netzwerk (LAN), eine LAN-Schnittstelle, einen Netzwerkkontroller, einen internen Bus, und ein oder mehrere Eingabegeräte, z.B. eine Tastatur, eine Maus etc. enthalten. Das System kann mit einem Datenspeicherungsgerät zum Beispiel einer Festplatte operative verbunden sein.
-
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang zu verlassen.
