DE102018110145A1

DE102018110145A1 - Innenraum-ortungssytem für die industrielle fertigung

Info

Publication number: DE102018110145A1
Application number: DE102018110145.7A
Authority: DE
Inventors: Jens Ottnad; Korbinian Weiß; Benjamin Schwarz; Ulrich Schneider
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Current assignee: Trumpf Tracking Technologies De GmbH
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2019-10-31
Also published as: EP3785215A1; WO2019206753A1; CN112020728A; US20210044935A1; US11356811B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zur durch eine Innenraum-Ortung unterstützten Fertigungssteuerung von Prozessabläufen bei der industriellen Bearbeitung von Werkstücken offenbart. Dabei werden mehrere mobile Sende-Empfangseinheiten (15) bereitgestellt, die für die Bestimmung ihrer Positionen im dreidimensionalen Raum zum Aussenden und Empfangen von elektromagnetischen Signalen ausgebildet sind. Ferner wird einer Analyseeinheit (11) bereitgestellt, die dazu ausgebildet ist, aus Laufzeiten der elektromagnetischen Signale zwischen den mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) die Position einer der mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) in einem Positionsbestimmungsvorgang zu bestimmen. Im Verfahren wird eine der mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) als zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit (15') identifiziert, deren Position in einem Positionsbestimmungsvorgang zur Nachverfolgung einer Bewegung eines Zielobjekts zu bestimmen ist. Ferner werden mehrere der mobile Sende-Empfangseinheiten (15) als vorübergehend positionsbekannte mobile Sende-Empfangseinheiten (15) identifiziert, die sich während des Positionsbestimmungsvorgangs vorübergehend örtlich positionsbekannt an Positionen befinden, die der Analyseeinheit (11) bekannt sind. Nun bestimmt man Ortsinformation des Zielobjekts und bindet die bestimmte Ortsinformation des Zielobjekts in die Fertigungssteuerung ein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur durch eine Innenraum-Ortung unterstützten Fertigungssteuerung von Prozessabläufen bei der industriellen Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere in der Metall- und/oder Blechverarbeitung. Ferner betrifft die Erfindung ein Innenraum-Ortungssystem und ein Fertigungssteuerungssystem mit einem derartigen Innenraum-Ortungssystem zur Steuerung von Fertigungsprozessen in einer Produktionsstätte, insbesondere einer metall- und/oder blechverarbeitenden Industriefertigungsanlage.
Beispielhaft für die metallverarbeitende Industrie werden in der industriellen Metall-und/oder Blechverarbeitung oft viele Teile unterschiedlicher Größe verschiedenen Verarbeitungsschritten zugeführt. So werden beispielsweise Werkstücke, z. B. aus einem vorgeformten Grundmaterial erzeugtes Laserschnittgut oder gestanzte Blechteile, an einem Arbeitsplatz mit einer Werkzeugmaschine absortiert und weiteren Verarbeitungsschritten zugeführt. Geschnittene oder gestanzte Werkstücke werden dabei nach dem Bearbeitungsvorgang häufig in einem Verbund dem jeweiligen nachgelagerten Produktionsschritt zur Verfügung gestellt. Dabei können mobile Sende-Empfangseinheiten den Werkstücken zugeordnet werden, um sie während der verschiedenen Verarbeitungsschritte räumlich verfolgen zu können.
Eine Integration einer Innenraum-Ortung, die innerhalb einer Fertigungshalle genutzt werden kann, kann die Überwachung und Steuerung der Verarbeitungsschritte erleichtern. Beispielsweise sind aus den (noch unveröffentlichten) deutschen Patentanmeldungen DE 10 2016 120 132.4 („Werkstücksammelstelleneinheit und Verfahren zur Unterstützung der Bearbeitung von Werkstücken“) und DE 10 2016 120 131.6 („Absortierunterstützungsverfahren und Flachbettwerkzeugmaschine“) mit Anmeldetag 21. Oktober 2016 Verfahren zum Unterstützen des Absortiervorgangs von mit einer Flachbettwerkzeugmaschine erzeugten Werkstücken, allgemein Verfahren zur Unterstützung der Bearbeitung von Werkstücken, bekannt. Ferner ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2017 107 357.4 („Absortierunterstützungsverfahren und Flachbettwerkzeugmaschine“) mit Anmeldetag 5. April 2017 ein Unterstützungsverfahren beim Absortieren von z. B. Schnittgut einer Flachbettwerkzeugmaschine bekannt. Aus der deutschen Patentanmeldung DE 10 2017 120 381.8 („Assistiertes Zuordnen eines Werkstücks zu einer Mobileinheit eines Innenraum-Ortungssystems“) mit Anmeldetag 5. September 2017 ist ferner ein digitales und physisches Zuordnen von Mobileinheiten, Aufträgen und Werkstücken bekannt. Weitere Aspekte zur Verwendung einer Innenraum-Ortung sind in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2017 120 378.8 („Innenraum-Ortung-basierte Steuerung von Fertigungsprozessen in der metallverarbeitenden Industrie“) mit Anmeldetag 5. September 2017 beschrieben. Die genannten deutschen Patentanmeldungen werden hierin vollumfänglich aufgenommen.
Ein Beispiel einer Innenraum-Ortung ist aus der US 2016/0100289 A1 bekannt, in der ein Lokalisierungs- und Verfolgungssystem zum Bestimmen von Positionen mobiler drahtloser Vorrichtungen beispielsweise mithilfe der „Ultra Wide Band“ (UWB)-Technologie beschrieben wird. Dabei werden beispielsweise durch Berechnen von Ankunftszeitunterschieden die Positionen der mobilen Vorrichtungen gewonnen. Auf der UWB-Technologie basierende Bewegungssensoren, die u. a. mit Beschleunigungssensoren erweitert sein können, werden gemäß der US 2015/0356332 A1 beispielsweise für die Leistungsanalyse im Sport offenbart.
Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Systeme vorzuschlagen, die insbesondere im Umfeld der Metall- und/oder Blechverarbeitung eine flexible Innenraum-Ortung bereitstellen. So ist es eine weitere Aufgabe, einen Bereich, in dem ein Innenraum-Ortungssystem Positionen bestimmen kann, flexible formbar auszugestalten, um Fertigungsprozessen folgen zu können.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, durch ein Innenraum-Ortungssystem nach Anspruch 9 und ein Fertigungssteuerungssystem nach Anspruch 13. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einem Aspekt wird ein Verfahren zur durch eine Innenraum-Ortung unterstützten Fertigungssteuerung von Prozessabläufen bei der industriellen Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere an einer Werkzeugmaschine, insbesondere gemäß einem Bearbeitungsplan, beschrieben. Das Verfahren dient, insbesondere in der Metall- und/oder Blechverarbeitung, zur Fertigung von Endprodukten, und umfasst die Schritte:

- Bereitstellen mehrerer mobiler Sende-Empfangseinheiten, die für die Bestimmung ihrer Positionen im dreidimensionalen Raum zum Aussenden und Empfangen, und insbesondere auch zum Verarbeiten und Generieren, von elektromagnetischen Signalen ausgebildet sind und denen im Rahmen von Prozessabläufen jeweils ein Objekt aus einer Gruppe von Objekten, die eigenständig oder angetrieben Bewegungen im dreidimensionalen Raum in einer oder in mehreren Dimensionen ausführen können, räumlich derart zuordbar ist, dass die Position einer mobilen Sende-Empfangseinheit Ortsinformation für das zugeordnete Objekt darstellt.
- Bereitstellen einer Analyseeinheit, die dazu ausgebildet ist, aus Laufzeiten der elektromagnetischen Signale zwischen den mobilen Sende-Empfangseinheiten die Position einer der mobilen Sende-Empfangseinheiten in einem Positionsbestimmungsvorgang zu bestimmen.
- Identifizieren einer der mobilen Sende-Empfangseinheiten als zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit, deren Position in einem Positionsbestimmungsvorgang zur Nachverfolgung einer Bewegung eines Zielobjekts, das der zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit aus der Gruppe von Objekten zugeordnet ist, zu bestimmen ist.
- Identifizieren mindestens einer mobilen Sende-Empfangseinheit als vorübergehend positionsbekannte, insbesondere vorübergehend stationäre, mobile Sende-Empfangseinheit, die sich während des Positionsbestimmungsvorgangs vorübergehend örtlich an einer Position befindet, die der Analyseeinheit bekannt ist. (Die Position kann insbesondere vorübergehend stationär sein.)
- Bestimmen von Ortsinformation des Zielobjekts durch Durchführen einer Positionsbestimmung der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit mit der Analyseeinheit unter Verwendung der Laufzeiten der elektromagnetischen Signale der mindestestens einen positionsbekannten, insbesondere vorübergehend stationären, mobilen Sende-Empfangseinheit und der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit.
- Einbinden der bestimmten Ortsinformation des Zielobjekts in die Fertigungssteuerung.

In den eingangs genannten Offenbarungen werden unter anderem zur Positionsbestimmung der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit die Laufzeiten zwischen stationären, also fest installierten Sende-Empfangseinheit(en), deren Ort der Analyseeinheit bekannt ist, und der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheiten ermittelt. Die Erfinder haben erkannt, dass die Ortsbestimmung eines Zielobjekts verbessert werden kann, wenn die Laufzeiten zwischen einer der mobilen Sende-Empfangseinheiten, die hierin als sogenannte „vorübergehend positionsbekannte mobile Sende-Empfangseinheiten“ bezeichnet wird, und der zu ortenden Sende-Empfangseinheit in die Positionsbestimmung der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit eingebunden wird. Vorteilhafterweise können dabei mehrere mobile Sende-Empfangseinheiten als sogenannte „vorübergehend positionsbekannte mobile Sende-Empfangseinheiten“ mit in die Positionsbestimmung eingebunden werden. Auf diese Weise kann ein sehr dichtes Netz von die Positionsbestimmung unterstützenden Sende-Empfangseinheiten aufgebaut werden. Dies kann die Positionsbestimmung einzelner Zielobjekte verbessern. Dies ist insbesondere in Fertigungsstätten der metallverarbeitende Industrie der Fall, in der - verursacht durch die hohe Anzahl von elektromagnetisch schlecht- oder undurchdringbaren sowie stark reflektierenden Gegenständen - eine Ortung mittels Laufzeitermittlung von elektromagnetischer Strahlung gegebenenfalls unvorhersehbar beeinflusst wird. Die Anzahl der stationären Sende-Empfangseinheiten zur Positionsbestimmung kann überdies reduziert werden (oder diese können auch ganz wegfallen), ohne dass in einigen Ausführungsformen die Positionsbestimmung verschlechtert werden würde.
Die hier offenbarte Fertigungssteuerung und das hier offenbarte Fertigungssteuerungssystem weist ein Innenraum-Ortungssystem und ein MES (Manufacturing Execution System) auf. Das MES kann dazu ausgelegt sein, dass Bearbeitungspläne der zu produzierenden Werkstücke in ihm angelegt und mit ihm abgearbeitet werden können. Dabei kann das MES ferner dazu ausgelegt sein, den Status der Werkstücke darzustellen. Das bedeutet, dass das MES dazu ausgelegt sein kann, sowohl die Reihenfolge der Bearbeitungsschritte als auch die bereits durchgeführten Bearbeitungsschritte auszugeben. Vorteilhafterweise kann das MES zusätzlich dazu ausgelegt sein, einzelne Bearbeitungspläne den Werkzeugmaschinen zuzuordnen. Vorteilhafterweise kann das MES ferner dazu ausgelegt sein, dass jederzeit manuell oder automatisiert in die Bearbeitungsschritte eines Bearbeitungsplans eingegriffen werden kann. Das hat den Vorteil, dass während des Fertigungsablaufs von mehreren unterschiedlichen Bearbeitungsplänen sehr flexibel auf unterschiedliche, insbesondere unerwartet auftretende Ereignisse reagiert werden kann. Diese Ereignisse können z. B. sein: Veränderung der Priorität von Bearbeitungsplänen oder Produktionsaufträgen, ein neuer hoch priorisierter Produktionsauftrag, Stornierung eines Produktionsauftrags, fehlendes Material, z. B. bei Falsch-Lieferung, Ausfall einer Maschine, fehlendes Fachpersonal, Unfälle, Feststellen von fehlerhafter Qualität eines Fertigungsschritts etc.
Mit Generieren von elektromagnetischen Signalen ist hier die Umwandlung von elektrischer Leistung, z. B. von einer Gleichstromleistungsversorgung, insbesondere Batterie oder Akku, in elektromagnetische Signale im Radiofrequenzbereich oder höheren Frequenzen gemeint, die zum Aussenden an weitere mobile Sende-Empfangseinheiten (allgemein zum Kommunizieren) geeignet sind.
Mit Verarbeiten von elektromagnetischen Signalen ist hier das analoge und/oder digitale Umsetzen der elektromagnetischen Signale in Information gemeint, die gespeichert und/oder weiter verarbeitet werden kann und zu weiteren Aktionen der mobilen Sende-Empfangseinheiten führen kann.
Die mobilen Sende-Empfangseinheiten und die stationären Sende-Empfangseinheiten weisen demnach elektronische Schaltkreise und eine elektrische Energieversorgung auf und können ausgelegt sein, Daten, die mit den elektromagnetischen Signalen übertragen werden, zu verarbeiten.
Die hier offenbarte Fertigungssteuerung und das hier offenbarte Fertigungssteuerungssystem können dazu für die metallverarbeitende Industrie ausgelegt sein. In der metallverarbeitenden Industrie können Werkzeugmaschinen, insbesondere Flachbett-Werkzeugmaschinen, dafür ausgelegt sein, dass sie Werkstücke als Ausgangselemente für nachfolgende Bearbeitungsvorgänge (hierein auch als Bearbeitungsschritt bezeichnet) erstellen. Die Werkstücke können z. B. von einer Stanz- oder Laserschneidmaschine gemäß einem Bearbeitungsplan in verschiedenen Formen und Stückzahlen aus einem, insbesondere in einer Tafelform vorliegenden, Flachmaterial, beispielsweise einem Blech oder einem Metallgegenstand, z. B. Rohr, Blech oder Stahlplatte, erzeugt werden. Der Bearbeitungsplan kann in einem die Bearbeitungsvorgänge bzw. -schritte überwachenden und steuernden Fertigungssteuerungssystem oder einer Fertigungssteuerung einer Produktionsstätte, insbesondere digital, hinterlegt sein. Der Bearbeitungsplan kann, beispielsweise bei einer Stanz- oder Laserschneidmaschine, Anweisungen zur Ansteuerung enthalten, wo, z. B. mit einem Stanzwerkzeug oder Laserschneidstrahl, das Material durchtrennt werden soll. Der Bearbeitungsplan kann ferner weite Informationen für folgende Bearbeitungsschritte, wie z. B. Umformen, Zusammenfügen, Schweißen, Oberflächenhandlung, etc. aufweisen. Für die durchgeführte und nachfolgende industrielle Bearbeitung der Werkstücke können im Fertigungssteuerungssystem oder in der Fertigungssteuerung alle auszuführenden Bearbeitungspläne, insbesondere digital, abgelegt sein. In einem digitalen Bearbeitungsplan kann die entsprechende Information entsprechend der Auftragsinformation zur industriellen Bearbeitung von Werkstückverbunden hinterlegt sein. Die Hierin erwähnten Endprodukte haben alle Bearbeitungsschritte gemäß zugeordnetem Bearbeitungsplan durchlaufen.
Die hierin erwähnte Analyseeinheit kann insbesondere ein elektronischer Schaltkreis sein, der Signale verarbeitet, und zwar je einzeln für sich, untereinander kombinierend oder beides. Die Analyseeinheit kann insbesondere gemäß vorgegebener oder einstellbarer analoger oder digitaler Schwellen Analysen durchführen. Die Analyseeinheit kann insbesondere einen Speicher, eine arithmetisch-logische Berechnungsvorrichtung, und Ein- und Ausgangsanschlüsse und/oder Geräte aufweisen.
Die hierin als „vorübergehend positionsbekannte mobile Sende-Empfangseinheit“ beschriebene Sende-Empfangseinheit ist eine Sende-Empfangseinheit aus der Gruppe der mobilen Sende-Empfangseinheiten, deren Position während des Positionsbestimmungsvorgangs der Analyseeinheit bekannt ist. Insbesondere kann die vorübergehend positionsbekannte mobile Sende-Empfangseinheit dazu während des Positionsbestimmungsvorgangs stationär sein, das heißt, sie bewegt sich (im Wesentlichen) nicht im dreidimensionalen Raum. Häufig sind insbesondere in der metallverarbeitenden Industrie viele der mobilen Sende-Empfangseinheit für einen gewissen Zeitraum von Sekunden oder Minuten oder auch Stunden ortsfest, das heißt, stationär. Die Analyseeinheit kann dazu ausgebildet sein, eine oder mehrere solcher mobilen Sende-Empfangseinheiten zu erkennen und diese gezielt zur Positionsbestimmung von zu ortenden Sende-Empfangseinheiten zu verwenden.
Die „vorübergehend positionsbekannte mobile Sende-Empfangseinheit“ muss aber nicht zwingend während des Positionsbestimmungsvorgangs stationär sein. Die Laufzeitbestimmung kann innerhalb weniger Millisekunden erfolgen, so dass insbesondere langsame Positionsänderungen sich nicht störend auswirken. Mit der Laufzeitbestimmung zwischen einer vorübergehend positionsbekannten mobilen Sende-Empfangseinheit und der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit kann der der Abstand zwischen den beiden Sende-Empfangseinheit bestimmt werden. Damit lässt sich die Positionsbestimmung der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit auch dann ermitteln, wenn sich die vorübergehend positionsbekannte mobile Sende-Empfangseinheit im dreidimensionalen Raum bewegt, beispielsweise sehr langsam und berechenbar bewegt. Zumindest kann sich die Positionsbestimmung durch einen derartigen Einsatz und Einbezug der Signale in die Analyse weiter verbessern.
Es können zur Verbesserung der Positionsbestimmung mehrere redundante Positionsbestimmungen vorgenommen werden und miteinander abgeglichen werden, auch wenn nur wenige stationäre Sende-Empfangseinheiten vorgesehen sind.
In einem weiteren Aspekt ist ein Innenraum-Ortungssystem zur Unterstützung der Fertigungssteuerung von Prozessabläufen bei der industriellen Fertigung von Werkstücken, insbesondere in der Metall- und/oder Blechverarbeitung, eingerichtet. Das Innenraum-Ortungssystem umfasst mehrere mobile Sende-Empfangseinheiten, die für die Bestimmung ihrer Positionen im dreidimensionalen Raum zum Aussenden und Empfangen, und insbesondere auch zum Verarbeiten und Generieren, von elektromagnetischen Signalen ausgebildet sind und denen im Rahmen von Prozessabläufen jeweils ein Objekt aus einer Gruppe von Objekten, die eigenständig oder angetrieben Bewegungen im dreidimensionalen Raum in einer oder in mehreren Dimensionen ausführen können, räumlich derart zugeordnet ist, dass die Position einer mobilen Sende-Empfangseinheit Ortsinformation für das zugeordnete Objekt darstellt. Das Innenraum-Ortungssystem umfasst ferner einer Analyseeinheit, die dazu ausgebildet ist, aus Laufzeiten der elektromagnetischen Signale zwischen als vorübergehend positionsbekannte, insbesondere vorübergehend stationäre, mobile Sende-Empfangseinheiten identifizierten mobilen Sende-Empfangseinheiten die Position einer als zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit identifizierten Sende-Empfangseinheit in einem Positionsbestimmungsvorgang zu bestimmen, um eine Nachverfolgung einer Bewegung eines Zielobjekts, das der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit aus der Gruppe von Objekten zugeordnet ist, durchzuführen.
In einem weiteren Aspekt umfasst ein Fertigungssteuerungssystem zur Steuerung von Fertigungsprozessen in einer Produktionsstätte, insbesondere einer metall- und/oder blechverarbeitenden Industriefertigungsanlage, ein derartiges Innenraum-Ortungssystem. Das Innenraum-Ortungssystem ist als Teil des Fertigungssteuerungssystems zum Bereitstellen von Daten zur Position von mindestens einer mobilen Sende-Empfangseinheit in der Produktionsstätte ausgebildet. Das Fertigungssteuerungssystem ist dazu ausgebildet, die gewonnene Position der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit, die mindestens einem Objekt zugeordnet ist, in die Fertigungssteuerung einzubeziehen. Das Fertigungssteuerungssystem kann ferner zur Durchführung der hierin offenbarten Verfahren eingerichtet sein.
Ferner kann das Innenraum-Ortungssystem mindestens eine räumlich fest installierte Sende-Empfangseinheit umfassen, die zur Positionsbestimmung der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit beitragen kann. Entsprechend kann ein Ortungsbereich, in dem die Analyseeinheit Positionsbestimmungsvorgänge durchführen kann, von den mobilen Sende-Empfangseinheiten in Abhängigkeit von den Positionen der vorübergehend positionsbekannten, insbesondere vorübergehend stationären, mobilen Sende-Empfangseinheiten und der mindestens einen räumlich fest installierten Sende-Empfangseinheit aufgespannt werden.
Mindestens eine der mobilen Sende-Empfangseinheiten kann eine Anzeigeeinheit aufweisen, die zum Anzeigen von Information eines Objekts, das einer der mobilen Sende-Empfangseinheiten zugeordnet ist, und/oder zum Anzeigen der Position einer der mobilen Sende-Empfangseinheiten, insbesondere der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit, in einem Lageplan der Produktionsstätte ausgebildet ist.
Die mobilen Sende-Empfangseinheiten können Positionssignalmodule als Teil eines Ortungssystems ausgebildet sind, das im Bereich von 1 bis 200 GHz Sende- und Empfangsfrequenz arbeitet. Das Ortungssystem kann insbesondere auf „Ultra Wide Band (UWB)“-Technologie basieren. Mindestens eines der Positionssignalmodule kann dazu ausgebildet sein, Energie aus einer Energiequelle der zugehörigen Sende-Empfangseinheit für den Betrieb zu empfangen und/oder Zeitverzögerungen zwischen empfangenen und gesendeten Signalen einzustellen. Ein Positionssignalmodul umfasst z. B. eine Signalempfangseinheit, eine Signalsendeeinheit und ein Antennensystem zum Empfangen und Abstrahlen von Signalen. Ferner kann das Positionssignalmodul eine Signalverarbeitungseinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, empfangene Signale zu verarbeiten und die Abstrahlung von Signalen zu veranlassen. Ferner kann es die Energiequelle der zugehörigen Sende-Empfangseinheit umfassen.
In einigen Ausführungsformen kann mindestens eine der mobilen Sende-Empfangseinheiten ein Sensorsystem umfassen. Das Sensorsystemkann dazu eingerichtet sein, ein Zustandssignal zu erzeugen, wenn ein Zustand der mobilen Sende-Empfangseinheiten erfasst wird, bei dem die mobile Sende-Empfangseinheit zu einer Positionsbestimmung beitragen kann.
Für einen Positionsbestimmungsvorgang können die Positionen der insbesondere nichtbewegten, vorübergehend positionsbekannten, insbesondere vorübergehend stationären, mobilen Sende-Empfangseinheiten in einem Produktionsstätten-Koordinatensystem referenziert werden, wodurch die Position der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit im Produktionsstätten-Koordinatensystem bestimmt wird.
In einigen Ausführungsformen kann ein Ortungsbereich, in dem die Analyseeinheit Positionsbestimmungsvorgänge für die zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit durchführen kann, in Abhängigkeit von den Positionen der vorübergehend positionsbekannte, insbesondere vorübergehend stationären, mobilen Sende-Empfangseinheiten aufgespannt werden. Dabei kann mindestens eine räumlich fest installierte Sende-Empfangseinheit zur Positionsbestimmung der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit beitragen. Ein Ortungsbereich, in dem die Analyseeinheit Positionsbestimmungsvorgänge für die zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit durchführen kann, kann in Abhängigkeit von den Positionen der vorübergehend positionsbekannte, insbesondere vorübergehend stationären, mobilen Sende-Empfangseinheiten und der mindestens einen räumlich fest installierten Sende-Empfangseinheit aufgespannt werden. Die Positionen der mobilen Sende-Empfangseinheiten können von der Analyseeinheit vermessen werden. Dies geschieht insbesondere nach Abschluss von Bewegungen der mobilen Sende-Empfangseinheiten. Zugehörige Positionsdatensätze von vorübergehend positionsbekannte, insbesondere vorübergehend stationären, mobilen Sende-Empfangseinheiten werden in der Analyseeinheit abgelegt, wodurch der Ortungsbereich dynamisch in seinen Ausmaßen, und insbesondere auch eine Messgenauigkeit der Innenraum-Ortung, in Abhängigkeit von den Positionen der vorübergehend positionsbekannte, insbesondere vorübergehend stationären, mobilen Sende-Empfangseinheiten variiert.
Ein Beginn und ein Ende einer Bewegung der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit kann mit den vorübergehend positionsbekannte, insbesondere vorübergehend stationären, mobilen Sende-Empfangseinheiten und/oder mit einem Sensorsystem erfasst werden, das in der jeweiligen zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit vorgesehen ist.
In Weiterbildungen kann ein Untergruppen-Ortungsbereich von einer Untergruppe von mobilen Sende-Empfangseinheiten aufgespannt werden. Der Untergruppen-Ortungsbereich kann durch Übertragen von Positionsinformation der Untergruppe der mobilen Sende-Empfangseinheiten an eine weitere Analyseeinheit eines weiteren Ortungssystems übergeben werden. Sie können dort mit mobilen Sende-Empfangseinheiten der weiteren Analyseeinheit einen Ortungsbereich der weiteren Analyseeinheit vergrößern/aufspannen.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Schritt des Einbindens der bestimmten Ortsinformation des Zielobjekts in die Fertigungssteuerung ein räumlich festes Zuordnen der mobilen Sende-Empfangseinheiten zu je einem Objekt einer Gruppe von Objekten. Die mobile Sende-Empfangseinheit kann insbesondere am Objekt befestigt werden oder sie kann in einem räumlichen Umgebungsbereich des Objekts abgelegt werden. Die Gruppe von Objekten umfasst z. B. ein Werkstück, ein Transportmittel für Werkstücke, eine, insbesondere mobile, Werkzeugmaschine, ein, insbesondere mobiles, Werkzeug oder einen an der Fertigung beteiligten Werker. Die Position einer mobilen Sende-Empfangseinheit kann so spezifische Ortsinformation für das zugeordnete Objekt im Ortungsbereich, insbesondere in einem Produktionsstätten-Koordinatensystem, darstellen.
Die hierin vorgeschlagene Vorgehensweise überkommt die strikte Trennung zwischen positionsbekannte, insbesondere vorübergehend stationären (ortsfesten), Einheiten und zu lokalisierenden ortsveränderlichen Einheiten. Dies wird durch ein initiales Einmessen der Positionen von mobilen Sende-Empfangseinheiten in ein Koordinatensystems einer Produktionsstätte, z. B. einer Fertigungshalle möglich, nach dem sie als vorübergehend positionsbekannte, insbesondere vorübergehend stationäre mobile Sende-Empfangseinheiten für die Ortung zur Verfügung stehen.
Durch die Universalität der mobilen Sende-Empfangseinheiten entfällt ferner die aufwändige initiale Installation von stationären (ortsfesten) Einheiten und es werden prinzipiell weniger Gerätearten (nur noch eine Art, und zwar die mobile Sende-Empfangseinheit) benötigt. Zudem kann eine vollständige Abdeckung der Produktionsstätte über die Menge der sich im Umlauf befindenden mobilen Sende-Empfangseinheiten realisiert werden.
Es ergibt sich ein robusteres Innenraum-Ortungssystem durch die große Redundanz der vielen mobilen Sende-Empfangseinheiten. Überdies ist eine einfache Ausdehnung des Ortungsbereiches möglich, da über die mobilen Sende-Empfangseinheiten eine Fortsetzung der Signalkette erfolgen kann, beispielsweise in einen Bürobereich (z. B. in den Steuerungsbereich 30 in 4) oder in eine benachbarte Halle.
Weitere Vorteile von hierin offenbarten Aspekten betreffen die erleichterte, energiesparende Einbindung einer auf mobilen Sende-Empfangseinheiten basierenden Innenraum-Ortung in Fertigungsprozesse.
Derartige Innenraum-Ortungssysteme erlauben die detaillierte Abbildung von Materialflüssen in der Fertigung innerhalb einer Fertigungshalle in die digitale Prozessverarbeitung. Die Ortungssysteme vereinfachen dabei die Lokalisierung der an der Fertigung teilnehmenden Objekte/Personen im Produktionsumfeld. So können zeitaufwändige Suchvorgänge von Werkstücken, Werkzeugen oder Personen durch das Innenraum-Ortungssystem verringert werden.
Die hierin offenbarten Konzepte basieren auf der Verwendung eines 2D-/3D-Innenraum (in-door)-Ortungssystems als Ausgangsbasis für die ortsabhängige Informationsverarbeitung. Das Innenraum-Ortungssystem übermittelt an das Fertigungssteuerungssystem, das ein MES (Manufacturing Execution System) umfasst kontinuierlich Positionsdaten von mobilen zu ortenden Einheiten, wenn diese in einem Ortungsmodus betrieben werden.
Hierin werden Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

1 eine beispielhafte schematische Darstellung eines Fertigungssteuerungssystems mit einem Innenraum-Ortungssystem,
2 eine Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit,
3 eine Darstellung einer weiteren beispielhaften zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit auf einem Transportwagen für Werkstücke,
4 einen beispielhaften digitalen Lageplan einer Fertigungshalle und
5 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des energieoptimierten Betriebs von mobilen Sende-Empfangseinheiten.

Innenraum-Ortungssysteme können auf verschiedenen Technologien aufbauen. Diese umfassen unter anderem: Ultra Wide Band (UWB)-Ortungssysteme, Bluetooth Low Energy (BLE)-Ortungssysteme und WLAN-basierte Ortungssysteme. Die Technologien unterscheiden sich unter anderem in ihrer Genauigkeit und Schnelligkeit bei der Positionsbestimmung sowie im Aufwand der Installation oder Integration in eine Fertigungsstätte. Einige Technologien bestimmen auf Basis von Feldstärkenmessung und Triangulation die Position von mobilen Sende-Empfangseinheiten im Raum. Andere Technologien nutzen Laufzeitverfahren zur Positionsbestimmung von mobilen Einheiten. Die Verfahren können sich hinsichtlich Genauigkeit, Robustheit und Stromverbrauch unterscheiden.
Befindet sich die zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit jedoch im Umfeld eines beispielsweise manuellen Arbeitsplatzes und wird sie dort zum Nachverfolgen der Bewegung beispielsweise eines Werkers eingesetzt, wird eine hohe Abtastrate der Position benötigt, um eine ausreichende Datendichte zu realisieren. Verlässt die zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit die Fertigungsstätten und wird zum Beispiel auf ein Transportmittel, wie ein Lastkraftwagen oder ein Zug, verladen, so verliert die zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit den Kontakt zum UWB-Ortungssystem und aktiviert das GPS-Ortungssystem bis zum nächsten Kontakt mit einem UWB-Ortungssystem, das z. B. mit einem BLE-System hergestellt wurde.
Eine im Transportmittel vorgesehene Sende-Empfangseinheit eines BLE- oder UWB-Systems kann die bloße Anwesenheit der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit registrieren und die Zuordnung zum Transportmittel herstellen. Damit kann während des Transports die Ortung durch das GPS-Ortungssystem des Tramsportmittels durchgeführt werden.
In Zusammenhang mit den Figuren wird nachfolgend die hierin vorgeschlagene Unterstützung der Fertigungssteuerung von Prozessabläufen bei der industriellen Fertigung von Werkstücken mit hinsichtlich des Energieverbrauchs angesteuerten mobilen Sende-Empfangseinheiten beispielhaft erläutert.
1 zeigt schematisch ein Fertigungssteuerungssystem 1, das ein MES (Manufacturing Execution System) 3 und ein Innenraum-Ortungssystem 5 (hierin kurz Ortungssystem) umfasst.
Allgemein dient das MES 3 der Steuerung von Prozessabläufen/Fertigungsschritten bei der industriellen Fertigung von Werkstücken mit Werkzeugmaschinen 7. Das MES 3 ist z. B. mit einer oder mehreren in einer Fertigungshalle positionierten Werkzeugmaschinen 7 über kabellose oder kabelgebundene Kommunikationsverbindungen 9 verbunden. Dazu empfängt das MES 3 Informationen über die Prozessabläufe/Fertigungsschritte sowie Statusinformationen der Werkzeugmaschinen 7. Das MES 3 kann in einer Datenverarbeitungsvorrichtung implementiert sein. Bei dieser kann es sich um eine einzelne elektronische Datenverarbeitungsvorrichtung (Server) oder um einen Verbund von mehreren Datenverarbeitungsvorrichtungen (Serververbund/Cloud) handeln. Die Datenverarbeitungsvorrichtung oder der Verbund kann örtlich in der Fertigungsstätte vorgesehen werden oder außerhalb dezentral aufgebaut werden.
Das Ortungssystem 5 ist dazu ausgebildet, eine Innenraum-Positionsbestimmung mithilfe von mobilen Sende-Empfangseinheiten (auch als Mobileinheiten des Ortungssystems bezeichnet) durchzuführen, wobei eine der mobilen Sende-Empfangseinheiten in seiner Position bestimmt werden soll. Beispielsweise ist in 1 eine zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit 15' gezeigt. Das Ortungssystem 5 verwendet hierzu mehrere mobile (d.h., örtlich bewegliche, aber vorübergehend positionsbekannte, insbesondere vorübergehend stationäre) Sende-Empfangseinheiten 15 und optional zusätzlich stationäre (d.h., räumlich fest installierte) Sende-Empfangseinheiten 13. Das Ortungssystem 5 wirkt mit dem MES 3 hinsichtlich der Fertigungssteuerung zusammen. Die zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit 15' wird über die Sende-Empfangseinheiten 13, 15 z. B. mittels Laufzeitanalyse geortet. Die mobilen Sende-Empfangseinheiten 15, deren Positionen bekannt sind und die sich vorübergehend nicht bewegen, werden als quasi stationäre Sende-Empfangseinheiten eingesetzt. Vorübergehend betrifft in diesem Zusammenhang einen Zeitraum, der benötigt wird, ein Positionsbestimmungsvorgang durchzuführen. Dieser Zeitraum kann hier zusätzlich zur reinen Messzeit die Zeit umfassen, die für die Kommunikation und Einbindung von Information über die vorübergehend positionsbekannte, insbesondere vorübergehend stationäre, Sende-Empfangseinheit benötigt wird. Dies ebtrifft z. B. die Übertragung/Gewinnung der Positionsinformation zur vorübergehend positionsbekannte, insbesondere vorübergehend stationären, mobilen Sende-Empfangseinheit, d. h., wo diese sich befindet, sowie von evtl. zeitlichen Aspekten, wie seit wann ist sie stationär und wie lange wird sie evtl. stationär bleiben.
Im Unterschied zu den mobilen Sende-Empfangseinheiten 15, deren Positionen sich in Abhängigkeit des Betriebs der Fertigungsstätte immer wieder ändern, sind stationäre Sende-Empfangseinheiten 13 üblicherweise an der Hallendecke, an Hallenwänden, Werkzeugmaschinen 7, Lagerstrukturen etc. ortsfest in der Fertigungsstätte installiert. Die Positionen dieser stationären Sende-Empfangseinheiten 13 sind zum Beispiel in einem digitalen Lageplan der Fertigungshalle hinterlegt (siehe auch 4).
Mithilfe der eingangs angesprochenen UWB-Technologie kann die Positionsbestimmung mit einer Genauigkeit von z. B. unter 30 cm auch in einer von GPS-Satellitensignalen nicht erreichbaren Fertigungshalle erfolgen. Für eine lokal erhöhte Genauigkeit kann in einzelnen Bereichen eine erhöhte Dichte von Sende-Empfangseinheiten 13 für eine genauere Ortung vorliegen.
Für die Positionsbestimmung weist das Innenraum-Ortungssystem 5 ferner eine Analyseeinheit 11 auf. Die Analyseeinheit 11 ist z. B. dazu ausgebildet, Laufzeiten von elektromagnetischen Signalen zwischen den Sende-Empfangseinheiten 13, 15 und der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit 15' zu bestimmen. Aus den Laufzeiten leitet die Analyseeinheit 11 die Position der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit 15' in der Fertigungshalle ab und stellt die Daten zur Position der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit 15' (Positionsdaten) dem MES 3 zur Verfügung. Beispielsweise kann die Analyseeinheit 11 als ein Teil des MES 3 ausgebildet sein, in dem die gemessenen Positionen mit im MES 3 ebenfalls vorliegenden Datensätzen abgeglichen werden. Das Innenraum-Ortungssystem zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die Positionsbestimmung der mobilen Sende-Empfangseinheiten allein durch die Analyseeinheit, also ohne manuelle Interaktion, erfolgen kann.
Die mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 (und optional die stationären Sende-Empfangseinheiten 13) können beispielsweise dazu eingerichtet sein, an die zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheiten UWB-Radiosignale zu senden und von diesen UWB-Radiosignale zu empfangen. Werden die Distanzen von einer zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit zu mehreren Sende-Empfangseinheiten 15 ermittelt, deren Ort jeweils zum Zeitpunkt der Messung bekannt ist, kann der räumliche Ort der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit in Bezug zu den Sende-Empfangseinheiten 15 z. B. durch Triangulation bestimmt werden. Die Distanz zwischen einer zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit 15' und einer vorübergehend positionsbekannten, insbesondere vorübergehend stationären, Sende-Empfangseinheit 15, kann durch die Zeit bestimmt werden, die das Signal zum Überwinden der Distanz zwischen den beiden Einheiten benötigt.
Für eine Laufzeitbestimmung können die Sende-Empfangseinheiten 13, 15 über hochgenaue Uhren verfügen, die die Zeit auf wenige oder sogar nur Bruchteile von ns genau bestimmen können. Auch wenn die Uhren in den Sende-Empfangseinheiten 13, 15 hochgenau sind, so sind die Uhren noch nicht zwingend synchronisiert. Es können unterschiedliche Verfahren der Synchronisation von Uhren oder der Elimination von Fehlern folgend aus dem asynchronen Uhrenverlauf eingesetzt werden. So kann beispielsweise eine der Sende-Empfangseinheiten 13, 15, z. B. als Master-Positionsbestimmungseinheit, ein Signal zu einer ersten Zeit T1 und ein zweites Signal zu einer zweiten Zeit T2 versenden. Den mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 kann der Zeitunterschied T2-T1 bekannt sein oder zusammen mit den Signalen übermittelt werden, so dass sie sich mit der Zeit der anderen Sende-Empfangseinheiten 13, 15 synchronisieren können. Alternativ kann die Master-Positionsbestimmungseinheit zwei Signale in einem vorbekannten zeitlichen Abstand Ta senden. In diesem Fall kann die Sende-Empfangseinheit 13, 15 (oder die Analyseeinheit 11) anhand ihrer eigenen Zeitmessung mit ihrer eigenen Uhr vom Empfang des ersten Signals bis zum Empfang des zweiten Signals die Synchronisationsabweichung ermitteln und aus der Distanzmessung herausrechnen. Der zeitliche Abstand zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal sollte gering sein, sodass sich die zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit 15' in dieser Zeit nicht örtlich wesentlich bewegt hat. Der zeitliche Abstand kann von der mobilen Sende-Empfangseinheit so gewählt werden, dass er ein vorgegebenes Vielfaches oder ein vorgegebener Bruchteil der Zeit ist, die die mobile Sende-Empfangseinheit benötigt vom Empfang eines Signals, auf das es antworten soll, bis zur Ausgabe des ersten Signals.
Ortsfest installierte Sende-Empfangseinheiten 13 können ferner über kabellose oder kabelgebundene Kommunikationsverbindungen mit der Analyseeinheit 11 verbunden sein. Mobile Sende-Empfangseinheiten können beispielsweise (nur) über stationäre Sende-Empfangseinheiten 13 kommunizieren. Alternativ oder zusätzlich können sie eigenständig über weitere Kommunikationsverbindungen 9 (zum Beispiel eine WLAN-Verbindung oder eine BLE-Verbindung) mit der Analyseeinheit 1 1/dem MES 3 kommunizieren.
Die Analyseeinheit 11 kann beispielsweise als eine zentrale Master-Positionsbestimmungseinheit (auch als „Server“ bezeichnet) dienen. Diese definiert beispielsweise einen Kommunikationsrahmen für die UWB-Kommunikation. Der Kommunikationsrahmen beinhaltet u. a. die Sendezeit des Rahmens/der UWB-Radiosignale. In einer beispielhaften Umsetzung der Innenraum-Ortung übermittelt eine der Sende-Empfangseinheiten 13, 15 als Master-Positionsbestimmungseinheit für eine Positionserfassung einer zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit 15' den Kommunikationsrahmen an die Sende-Empfangseinheiten 13, 15. Dieser Kommunikationsrahmen wird für den Signalaustausch des Positionsbestimmungsvorgangs zwischen den z. B. nur mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 genutzt. Die Position der stationären Sende-Empfangseinheiten 13 bezüglich der Master-Positionsbestimmungseinheit ist den Sende-Empfangseinheiten beispielsweise durch eine Abfrage einer zentralen Datenbank bekannt, sodass den Sende-Empfangseinheiten sowie der Analyseeinheit 11 der Zeitversatz zwischen Senden und Empfangen des UWB-Radiosignals über die Signallaufzeit bekannt ist.
Nach einem vorbestimmten Zeitintervall, z. B. 100 ms, übermittelt die Master-Positionsbestimmungseinheit einen zweiten Kommunikationsrahmen, der von den Sende-Empfangseinheiten empfangen wird. Durch Erfassung der Zeit vom Beginn des Empfangs des ersten Rahmens bis zum Beginn des Empfangs des zweiten Rahmens ist den Sende-Empfangseinheiten bekannt, was die Master-Positionsbestimmungseinheit z. B. genau unter 100 ms versteht. Die Sende-Empfangseinheiten können so die Frequenz ihrer Zeitbestimmungseinheiten mit der Master-Positionsbestimmungseinheit synchronisieren.
Nach unterschiedlichen, vorher konfigurierten Zeitintervallen (gemessen ab dem Empfang des zweiten Frames) senden mobile Sende-Empfangseinheiten 15 einen Antwortframe. Beispielsweise sendet ein „Tag 1“ nach 10 ms, ein „Tag 2“ nach 20 ms, ein „Tag 3“ nach 30 ms, etc. Diese Funkübertragung wird von den Sende-Empfangseinheiten empfangen und der exakte Empfangszeitpunkt in Bezug auf den Sendebeginn des zweiten Frames der Master-Positionsbestimmungseinheit an die Analyseeinheit 11 übermittelt. Die Analyseeinheit 11 ermittelt dann z. B. über Trilaterationsverfahren die Positionsdaten der Positionen der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheiten 15' und gibt diese an das MES 3 weiter.
Über die beispielhaft zuvor beschriebene Analyse von Laufzeiten und Trilateration kann das Innenraum-Ortungssystem 5 die Position einer oder mehrere zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheiten 15' über die Sende-Empfangseinheiten 13, 15 unter Verwendung der UWB-Technologie erfassen. Die UWB-Technologie nutzt Frequenzbereiche von z.B. 3 GHz bis 5 GHz, wobei die UWB-Technologie einen relativ großen Frequenzbereich zur Ausbildung von zeitlich scharf begrenzten Signalverläufen (Kommunikationsrahmen) nutzt. Um nämlich ein Objekt, das Radiowellen aussendet, möglichst exakt lokalisieren zu können, benötigt man ein Signal mit sehr steilen Flanken. D. h., das Signal stellt eher einen rechteckförmigen Signalverlauf über die Zeit dar als einen sinusförmigen Verlauf. Dazu benötigt man ein Signal, bei dem mehrere sinusförmige Signale mit unterschiedlichen Frequenzen überlagert sind. Denn aus mehreren Sinussignalen mit unterschiedlichen Frequenzen kann ein Signal geformt werden, das eine steile Flanke besitzt und einem im Wesentlichen rechteckförmigen Verlauf über die Zeit angenähert werden kann. Das bedeutet, dass mehrere Frequenzen aus einem breitbandigen Frequenzspektrum zur Verfügung stehen müssen, um ein Signal zu formen. Entsprechend eignet sich für die exakte Lokalisierung insbesondere die UWB-Technologie, die über ein breitbandiges Frequenzspektrum verfügt. Die Technologie und die verwendbaren Frequenzbänder der UWB-Technik sind beispielsweise in dem Standard „IEEE 802.15 -2015“ beschrieben.
Die 2 und 3 zeigen beispielhafte mobile Sende-Empfangseinheiten 15A, 15B, die zum einen geortet werden können und zum anderen als vorübergehend positionsbekannte, insbesondere vorübergehend stationäre, mobile Sende-Empfangseinheiten 15A, 15B in einem Positionsbestimmungsvorgang eingesetzt werden können. Die mobilen Sende-Empfangseinheiten 15A, 15B können als unabhängige Einheiten im Prozessablauf bei der Fertigung eingesetzt werden. Allgemein können mobile Sende-Empfangseinheiten von Personen in der Fertigung getragen oder an Hilfsmitteln wie Transportwagen, Maschinen und Werkzeugen angebracht werden, um Vorgänge zu unterstützen und/oder zu erfassen. Z. B. können sie einem oder mehreren Werkstücken 23 räumlich zugeordnet, auf einem Ablagebereich 24 eines Transportwagens 21 abgelegt (siehe 3) und dann von einem Bediener zusammen mit den zugeordneten Werkstücken 23 von Bearbeitungsschritt zu Bearbeitungsschritt/von Werkzeugmaschine 7 zu Werkzeugmaschine 7 mitgeführt werden.
Zur Interaktion eines Bedieners mit den mobilen Sende-Empfangseinheiten 15A, 15B weisen diese z. B. eine elektronisch ansteuerbare Anzeige 17, beispielsweise ein E-Ink-Display (auch als elektronische Papier-Anzeige bezeichnet) auf. Dieses dient zur Ausgabe von z. B. Informationen zum Auftrag, lesbar für Mensch und/oder Maschine, codiert und/oder in Schriftform und/oder als Figur. Beispielsweise empfängt die mobile Sende-Empfangseinheit 15B Informationen über die Anzahl der abgelegten Werkstücke 23, noch fehlende Werkstücke, einen nachfolgenden Bearbeitungsschritt, einen zugrundeliegenden Auftrag (Kunde), Soll-Material etc. und gibt diese auf einer Anzeige 17 aus. Die Anzeige 17 kann ferner als Signalabgabevorrichtung für eine Rückmeldung an den Benutzer genutzt werden. Weitere Beispiele von Signalabgabevorrichtungen sind LEDs und Lautsprecher.
Üblicherweise wird die Elektronik der mobilen Sende-Empfangseinheiten 15A, 15B mit einer Batterie oder einem Akku betrieben.
Während der Fertigung stellen die mobilen Sende-Empfangseinheiten 15A, 15B zu ortende oder zur Ortung beitragende mobile Sende-Empfangseinheiten dar, wenn ihre Position erfasst und verarbeitet werden soll oder sich vorübergehend nicht ändert. Ferner können sie, wenn sie vorübergehend nicht bewegt werden, als quasi stationäre Sende-Empfangseinheiten zu einem Positionsbestimmungsprozess beitragen.
Eine mobile Sende-Empfangseinheit kann in ihrer allgemeinen Form eine Signalausgabevorrichtung 18 aufweisen. Dies kann eine lichtemittierende Vorrichtung, z.B. eine LED, eine schallemittierende Vorrichtung, z.B. ein Signalgeber, Piezosummer, Lautsprecher, Ultraschallsender, ein Sender für elektrische, magnetische oder elektromagnetische Signale etc. sein.
Eine mobile Sende-Empfangseinheit kann ferner in ihrer allgemeinen Form eine Vorrichtung zum Durchführen taktiler Bewegungen aufweisen, wie z.B. vibrieren, klopfen, zucken.
Eine mobile Sende-Empfangseinheit kann ferner in ihrer allgemeinen Form eine Vorrichtung zum Erkennen von Bewegungen aufweisen, wie z.B. Schütteln, Stoßen, Klopfen, Gestenerkennung, z. B. einen Beschleunigungssensor, MEMS oder Gyrometer.
Des Weiteren kann in mobilen Sende-Empfangseinheiten eine Signaleingabevorrichtung 19 zur Eingabe von Parametern integriert werden. Ein Benutzer kann zur Signaleingabe beispielsweise eine Taste der mobilen Sende-Empfangseinheit 15 drücken oder einen Code mit einer Kamera 20 der mobilen Sende-Empfangseinheit aufnehmen. Die Signaleingabevorrichtung 19 kann allgemein ein Sensor, insbesondere Lichtsensor, IR-Sensor, Temperatursensor, Drucksensor, insbesondere auch Taster oder Schalter, Geräuschsensor, z.B. Mikrophon oder Ultraschallsensor, oder Sensor für andere elektrische, magnetische oder elektromagnetische Signale etc. sein.
Wie in den eingangs aufgeführten Patentanmeldungen der Anmelderin beispielhaft beschrieben ist, kann die Bereitstellung von mobilen Sende-Empfangseinheiten in der Fertigung vielfältig genutzt werden.
Z. B. verdeutlicht 1 ferner schematisch, dass im Fertigungssteuerungssystem 1 Bearbeitungspläne 37 digital abgelegt sind, in denen jeweils Auftragsinformation zur industriellen Bearbeitung von Bearbeitungsplan-spezifischen Werkstücken hinterlegt ist. Ein Bearbeitungsplan 37 umfasst allgemein Auftragsinformation, die beispielsweise in Form von Geometriedatensätzen 37A der dem Auftrag zugrundeliegenden Werkstücke und/oder einem den Auftrag identifizierenden Codierungsdatensatz 37B vorliegt. Ferner kann der Bearbeitungsplan 37 einen oder mehrere Bearbeitungs- und Werkstückparameter der Werkstücke sowie einen digitalen Bearbeitungszeitplan 37C des Auftrags umfassen. Diese Daten können auch einzeln, in Kombination oder alle auf der Anzeige 17 der mobilen Sende-Empfangseinheit angezeigt werden. Zusätzlich können weitere Informationen 37', 37", 37"' (siehe 2) - z. B. über Status, Material, Auftrag, Kunden, Anzahl der Teile, Fertigungsprozessschritte, insbesondere den aktuellen Fertigungsprozessschritt und/oder den nächsten Fertigungsprozessschritt, Fehlermeldung etc. angezeigt werden.
Überdies sind in 1 Positionsdatensätze 39 angedeutet, die mit einem Innenraum-Ortungssystem für die mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 erfasst wurden.
In 1 wird ferner schematisch verdeutlicht, wie das Innenraum-Ortungssystem 5 mit mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 betrieben werden kann. Wie z. B. in Zusammenhang mit 3 erläutert wurde, kann einer mobilen Sende-Empfangseinheit 15 im Rahmen von Prozessabläufen jeweils ein Objekt (wie ein Transportwagen oder eine Untergruppe von Objekten wie Werkstücke eines Auftrags) räumlich zugeordnet werden, sodass die Position der mobilen Sende-Empfangseinheit 15 Ortsinformation für das zugeordnete Objekt darstellt. Eine mobile Sende-Empfangseinheit 15 erlaubt es so, das zugeordnete Objekt (die Untergruppe von Objekten) nachzuverfolgen, wenn dieses sich eigenständig oder angetrieben im dreidimensionalen Raum (in einer oder in mehreren Dimensionen) bewegt.
Die Objekte können allgemein aus einer Gruppe von beweglichen Objekten stammen, wie sie im Rahmen der industriellen Fertigung von Werkstücken in Produktionsstätten vorliegen. Die Gruppe von Objekten umfasst somit beispielsweise Werkstücke, Transportmittel für Werkstücke, mobile Werkzeugmaschinen, ein mobiles Werkzeug und an der Fertigung beteiligte Werker.
Positionssignalmodule der mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 dienen der Innenraum-Ortung. Ein Positionssignalmodul wird in einem Ortungsmodus zum Empfangen, Verarbeiten, Generieren und Aussenden von elektromagnetischen Signalen 63 betrieben, falls die zugehörige mobile Sende-Empfangseinheit 15 zur Bestimmung der Position mindestens einer der mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 im dreidimensionalen Raum in Rahmen der Innenraum-Ortung beitragen soll. Die mobile Sende-Empfangseinheit, deren Position zu bestimmen ist, wird hierin auch als die zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit bezeichnet.
Die Analyseeinheit 11 des Ortungssystems ist dazu ausgebildet ist, in einem Positionsbestimmungsvorgang die Position einer zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit 15' aus Laufzeiten der elektromagnetischen Signale 63 zwischen der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit und anderen Sende-Empfangseinheiten zu bestimmen. Dabei können die anderen Sende-Empfangseinheiten eine oder mehrere mobile Sende-Empfangseinheiten 15 umfassen, die sich zumindest vorübergehend für den Positionsbestimmungsvorgang nicht im Raum bewegen. Ferner können die anderen Sende-Empfangseinheiten stationäre Sende-Empfangseinheiten 13 umfassen, die fest in der Fertigungshalle installiert sind. Der Positionsbestimmungsvorgang dient beispielsweise dazu ein Zielobjekt aus der Gruppe von Objekten, dem die zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit zugeordnet ist, in seiner Bewegung in der Fertigungshalle zu folgen.
In einigen Ausführungsformen ist ein Positionssignalmodul 61 als Teil eines auf „Ultra Wide Band (UWB)“-Technologie basierenden Ortungssystems ausgebildet.
Das Positionssignalmodul 61 ist mit einer Energiequelle 67A der zugehörigen Sende-Empfangseinheit 15 verbunden, von der es Energie für den Betrieb des (insbesondere UWB-) Ortungsmodus erhält. Insbesondere kann das Positionssignalmodul 61 selbst die Energiequelle, beispielsweise einen aufladbaren Akku, umfassen.
Ferner kann ein Positionssignalmodul 61 eine Signalempfangseinheit 62A, eine Signalsendeeinheit 62B und ein Antennensystem 62C zum Empfangen und Abstrahlen von (insbesondere UWB-) Signalen aufweisen.
Ferner kann ein Positionssignalmodul 61 eine Signalverarbeitungseinheit 67B aufweisen, die dazu eingerichtet ist, empfangene (insbesondere UWB-) Signale zu verarbeiten und die Abstrahlung von (insbesondere UWB-) Signalen zu veranlassen sowie Zeitverzögerungen zwischen empfangenen und gesendeten (insbesondere UWB-) Signalen 63 einzustellen.
Wie ferner in 1 beispielhaft angedeutet ist, kann eine der mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 ein Sensormodul 73 aufweisen. Das Sensormodul 73 ist dazu eingerichtet, ein Zustandssignal zu erzeugen, wenn ein Zustand der mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 erfasst wird, bei dem die mobile Sende-Empfangseinheit 15 zu einer Positionsbestimmung beitragen kann.
Beispielsweise kann das Sensormodul 73 ein Zustandssignal 75 an das Positionssignalmodul 61 abgeben, damit dieses dann aktiv der Analyseeinheit 11 meldet, dass es zur Positionsbestimmung als quasi-stationäre Einheit eingesetzt werden kann. Das Sensormodul 73 kann einen oder mehrere Sensoren, wie ein Beschleunigungssensor, ein Lagesensor, ein Magnetsensor aufweisen. Das Sensormodul 73 kann beispielsweise zum Erfassen eines räumlich stationären Ruhezustands der mobilen Sende-Empfangseinheit 15 ausgebildet sein, wobei es während des Erfassens des räumlich stationären Ruhezustands kontinuierlich das Zustandssignal 75 ausgibt.
4 zeigt eine Aufsicht eines digitalen Lageplans 25 einer beispielhaften Fertigungshalle mit mehreren Arbeitsstationen und Werkzeugmaschinen 7. Man erkennt, wie eine große Anzahl von über die gesamte Fertigungshalle verteilte mobile Sende-Empfangseinheiten 15 (optional in Zusammenspiel mit fest installierten Sende-Empfangseinheiten 13) einen Ortungsbereich 34 über die gesamte Fertigungshalle spannt (inklusive z. B. Büroräume).
Beispiele für Werkzeugmaschinen 7 in der Metall-und Metallverarbeitung sind Schneid-, insbesondere Laserschneidmaschinen, Stanz-, Schleif-, Biegemaschinen etc. Man erkennt in 4 mehrere stationär montierte Sende-Empfangseinheiten 13 und mehrere momentane Positionen von mobilen Sende-Empfangseinheiten 15.
Beispielhaft ist im Lageplan 25 ein zu einem sehr geringen Grad vernetzter Arbeitsplatz 26A gezeigt, wie beispielsweise ein Handarbeitsplatz mit einfachen Maschinen, z. B. zum Bohren, Sägen, Fräsen, Biegen, der keine Vernetzung oder nur eine Vernetzung über ein Überwachungssystem aufweist. Ferner erkennt man in 4 einen Lagerbereich 26B, in dem Werkstücke, Transportmittel und diesen zugeordnete mobile Sende-Empfangseinheiten 15 für einen Zeitraum zwischengelagert werden können.
Ferner erkennt man im Lageplan 25 (virtuelle - digital eingerichtete) Zonen 27 und (virtuelle - digital eingerichtete) Schranken 29. Die Zonen 27 und Schranken 29 wurden von einem Bediener hinsichtlich der Benutzung der Werkzeugmaschinen 7 und zugehöriger Arbeitsabläufe definiert. Die Schranken 29 erstrecken sich räumlich (beispielsweise linear) in der Fertigungshalle und definieren Grenzen, deren Übertreten durch eine mobile Sende-Empfangseinheit spezifische Aktionen auslösen kann. Den Zonen 27 und Schranken 29 können allgemein Werkstück-spezifische bzw. Gegenstand/Bediener-spezifische Eigenschaften zugeordnet werden.
Mit dem Innenraum-Ortungssystem können die Positionen der mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 erfasst und im Lageplan 25 angezeigt werden, vorausgesetzt die dem Lageplan 25 zugrundeliegende Fertigungshalle wird vom Ortungsbereich des Innenraum-Ortungssystems umfasst.
In einem im Lageplan 25 eingezeichneten Steuerungsbereich 30 ist die Lage einer Fertigungssteuerungseinrichtung des Fertigungssteuerungssystems 1 angedeutet. Im Steuerungsbereich 30 kann sich die Analyseeinheit 11 befinden sowie Komponenten/Steuerungsprotokolle des Energiebedarferkennungsmoduls. Im Steuerungsbereich 30, als ein Beispiel für Büroräume, kann sich auch eine Datenverarbeitungsvorrichtung 30A (z. B. ein PC) mit einem Bildschirm (Monitor) befinden, auf dem z. B. der in 4 dargestellte digitale Lageplan 25 angezeigt wird.
5 zeigt in einem Flussdiagramm beispielhaft Verfahrensschritte zur Verdeutlichung einer mit einem Innenraum-Ortungssystem unterstützten Fertigung.
Für das Verfahren wird entsprechend eine wie zuvor beschriebene Innenraum-Ortung bereitgestellt. Zum Beispiel werden im Schritt 51A mehrere mobile Sende-Empfangseinheiten 15 bereitgestellt, die für die Bestimmung ihrer Positionen im dreidimensionalen Raum zum Aussenden und Empfangen von elektromagnetischen Signalen ausgebildet sind. Den mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 wird im Rahmen von Prozessabläufen jeweils ein Objekt aus einer Gruppe von Objekten räumlich derart zugeordnet. Dabei können die Objekte eigenständig oder angetrieben Bewegungen im dreidimensionalen Raum in einer oder in mehreren Dimensionen ausführen. Die Zuordnung bewirkt, dass die Position einer mobilen Sende-Empfangseinheit 15 Ortsinformation für das zugeordnete Objekt darstellt.
In einem Schritt 51B wird einer Analyseeinheit 11 bereitgestellt, die dazu ausgebildet ist, aus Laufzeiten der elektromagnetischen Signale zwischen den mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 die Position einer der mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 in einem Positionsbestimmungsvorgang zu bestimmen.
In einem Schritt 53A wird eine der mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 als zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit 15' bestimmt. D. h., die Position der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit 15' wird in einem Positionsbestimmungsvorgang bestimmt, der so zur Nachverfolgung einer Bewegung eines Zielobjekts genutzt werden kann. Das Zielobjekt ist hier das Objekt, das der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit 15' aus der Gruppe von Objekten zugeordnet wurde.
In einem Schritt 53B werden mehrere der mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 als vorübergehend positionsbekannte, insbesondere vorübergehend stationäre, mobile Sende-Empfangseinheiten 15 identifiziert. Diese befinden sich während des Positionsbestimmungsvorgangs örtlich stationär an Positionen, die der Analyseeinheit 11 bekannt sind.
Im Schritt 55 wird die Ortsinformation des Zielobjekts bestimmt, indem eine Positionsbestimmung der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit 15' durchgeführt wird und zwar mit der Analyseeinheit 11 unter Verwendung der Laufzeiten der elektromagnetischen Signale zwischen den vorübergehend positionsbekannten, insbesondere vorübergehend stationären, mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 und der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit 15'.
Im Schritt 57 wird die bestimmte Ortsinformation des Zielobjekts in die Fertigungssteuerung eingebunden.
In den hierin beschriebenen Ortungsverfahren vereint eine mobile Sende-Empfangseinheit zwei Funktionen in einem Gerät: Zum einen kann die Position jeder mobilen Sende-Empfangseinheit mit Hilfe der anderen mobilen Sende-Empfangseinheiten bestimmt werden. Zum anderen kann jede mobile Sende-Empfangseinheit selbst als Ankerpunkt für die Positionsbestimmung anderer mobiler Sende-Empfangseinheit dienen. Dadurch ergeben sich zwei Anwendungsszenarien für eine mobile Sende-Empfangseinheit: Eine mobile Sende-Empfangseinheit wird ortsveränderlich eingesetzt (z. B. auf einem Transportmittel befestigt), um dieses zu orten. Nachfolgend wird es regelmäßig, insbesondere bei bzw. nach Anschluss von Bewegung, neu eingemessen und somit im Koordinatensystem des Ortungssystems referenziert. Ein beispielhaftes Koordinatensystem 33 ist in 4 in Bezug zum Lageplan 25 angedeutet. Dadurch kann sie wieder als „Ankerpunkt“ (vorübergehend positionsbekannte, insbesondere vorübergehend stationäre, mobile Sende-Empfangseinheit) zur Messung von weiteren mobilen Sende-Empfangseinheiten eingesetzt werden.
Durch diese dynamische Veränderung von Ankerpunkten lässt sich der Ortungsbereich, in dem eine gute Ausleuchtung durch mobile Sende-Empfangseinheiten gegeben ist, dynamisch definieren. Der Ortungsbereich kann so den spezifischen Anforderungen in einer momentanen Produktionsumgebung angepasst werden. Insbesondere können mit dieser Art der Verkettung von Signalen auch schwer zugängliche oder abgeschattete Bereiche ausgeleuchtet werden und damit eine umfassende Abdeckung der Produktionsstätte sichergestellt werden.
Die lokale Sensorik der mobilen Sende-Empfangseinheiten in Kombination mit relativen Messungen zwischen mobilen Sende-Empfangseinheiten erlaubt eine robuste Schlussfolgerung, welche mobilen Sende-Empfangseinheiten gerade ortsfest sind und welche gerade in Bewegung sind. Ortsfeste Geräte dienen zur Referenzierung (Positionsbestimmung) zum Koordinatensystem der Produktionsstätte, während bewegliche Geräte in diesem Koordinatensystem jeweils neu referenziert werden, d. h., in ihrer Position in der Produktionsstätte bestimmt werden. In diesem Sinne umfasst die hierin offenbarte Ortung eine kontinuierliche Messung von Positionen zur Kalibrierung der Ortungsfunktion.
Dies erlaubt eine einfache Ausdehnung des Ortungsbereichs. Am Ursprungskoordinatensystem der Produktionsstätte referenzierte mobile Sende-Empfangseinheiten reichen als Grundlage um ein referenziertes Koordinatensystem in einem neuen Arbeitsraum aufzuspannen und in diesem wiederum dynamische Ortungssysteme aufzubauen.
Dieser neue Arbeitsraum kann unter anderem auch ein Transportmittel wie ein Lastkraftwagen oder ein Eisenbahnwaggon sein. Über die anschließende Verkettung mit z. B. GPS-Messungen lässt sich die Messkette durch ganze Lieferketten hindurch aufrechterhalten. Entsprechend können auch Ortungsbereiche von einem Ortungssystem zu einem anderen Ortungssystem übergehen.
Dies wird in 1 mit einem weiteren MES 3' angedeutet, das ein eigenes Ortungssystem 5' umfasst. Dieses wird durch eine weitere Analyseeinheit 11' verdeutlicht, die mit eigenen mobilen Sende-Empfangseinheiten 15 zusammenwirkt.
Untergruppen 35 von mobilen Sende-Empfangseinheiten des Ortungssystems 5 können an das Ortungssystem 5' übergeben werden. Entsprechend werden zugeordnete Objekte, deren Positionsinformation und weitere Informationen an das weitere MES 3' übergeben. Die mobilen Sende-Empfangseinheiten können in die weitere Fertigungssteuerung eingebunden werden.
Beispielsweise werden fünf Warensendungen jeweils mit einer mobilen Sende-Empfangseinheit versehen und auf einen LKW verladen. Durch Kontakt mit einem lokalen Ortungssystem des LKW vergrößern die mobilen Sende-Empfangseinheiten den Ortungsbereich um das neue lokale und zum LKW referenzierte Koordinatensystem. Damit sind die relativen Lagen der Waren im LKW eindeutig definiert. Durch die Redundanz der fünf mobilen Sende-Empfangseinheiten können Bewegungen einzelner Waren im Laderaum bei Einräumen detektiert werden.
Überführt der LKW nun die Ware zu einer weiteren Produktionsstätte, wird während der Bewegung durch die mobilen Sende-Empfangseinheiten ein lokales Koordinatensystem im LKW aufgebaut und z. B. mit Hilfe von GPS-Tracking relativ zum initialen Hallensystem verfolgt. Bei Ankunft sind alle Waren im LKW noch immer eindeutig zueinander und sogar zum initialen Hallensystem referenziert.
Nun können die mobilen Sende-Empfangseinheiten zusammen mit den Waren an eine die Bearbeitung fortführende Produktionsstätte übergeben werden. Dabei werden die mobilen Sende-Empfangseinheiten in das weitere Ortungssystem 5' und das MES 3' übergeben. Dort ergänzen die mobilen Sende-Empfangseinheiten dynamisch den bereits existierenden Ortungsbereich des weiteren Ortungssystem 5'.
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder jede mögliche Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016120132 [0003]
DE 102016120131 [0003]
DE 102017107357 [0003]
DE 102017120381 [0003]
DE 102017120378 [0003]
US 2016/0100289 A1 [0004]
US 2015/0356332 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur durch eine Innenraum-Ortung unterstützten Fertigungssteuerung von Prozessabläufen bei der industriellen Bearbeitung von Werkstücken (23), insbesondere in der Metall- und/oder Blechverarbeitung, zur Fertigung von Endprodukten, mit den Schritten: Bereitstellen (Schritt 51A) mehrerer mobiler Sende-Empfangseinheiten (15), die für die Bestimmung ihrer Positionen im dreidimensionalen Raum zum Aussenden und Empfangen von elektromagnetischen Signalen ausgebildet sind und denen im Rahmen von Prozessabläufen jeweils ein Objekt aus einer Gruppe von Objekten, die eigenständig oder angetrieben Bewegungen im dreidimensionalen Raum in einer oder in mehreren Dimensionen ausführen können, räumlich derart zuordbar ist, dass die Position einer mobilen Sende-Empfangseinheit (15) Ortsinformation für das zugeordnete Objekt darstellt, Bereitstellen (Schritt 51B) einer Analyseeinheit (11), die dazu ausgebildet ist, aus Laufzeiten der elektromagnetischen Signale, die von den mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) empfangen und versandt werden, die Position einer der mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) in einem Positionsbestimmungsvorgang zu bestimmen, Identifizieren (Schritt 53A) einer der mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) als zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit (15'), deren Position in einem Positionsbestimmungsvorgang zur Nachverfolgung einer Bewegung eines Zielobjekts, das der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit (15') aus der Gruppe von Objekten zugeordnet ist, zu bestimmen ist, Identifizieren (Schritt 53B) mindestens einer der mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) als vorübergehend positionsbekannte mobile Sende-Empfangseinheit (15), die sich während des Positionsbestimmungsvorgangs örtlich an Positionen befinden, die der Analyseeinheit (11) bekannt sind, Bestimmen (Schritt 55) von Ortsinformation des Zielobjekts durch Durchführen einer Positionsbestimmung der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit (15') mit der Analyseeinheit (11) unter Verwendung der Laufzeiten der elektromagnetischen Signale zwischen der mindestens einen vorübergehend positionsbekannten mobilen Sende-Empfangseinheit (15) und der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit (15') und Einbinden (Schritt 57) der bestimmten Ortsinformation des Zielobjekts in die Fertigungssteuerung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Ortungsbereich, in dem die Analyseeinheit (11) Positionsbestimmungsvorgänge für die zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit (15') durchführen kann, in Abhängigkeit von den Positionen der vorübergehend positionsbekannten mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) aufgespannt wird, und/oder wobei mindestens eine räumlich fest installierte Sende-Empfangseinheit (13) zur Positionsbestimmung der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit (15') beiträgt, und ein Ortungsbereich, in dem die Analyseeinheit (11) Positionsbestimmungsvorgänge für die zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit (15') durchführen kann, in Abhängigkeit von den Positionen der vorübergehend positionsbekannten mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) und der mindestens einen räumlich fest installierten Sende-Empfangseinheit (13) aufgespannt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Positionen der mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) von der Analyseeinheit (11), insbesondere nach Abschluss von Bewegungen der mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) erneut, vermessen und zugehörige Positionsdatensätze von vorübergehend positionsbekannten mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) in der Analyseeinheit (11) abgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Untergruppen-Ortungsbereich von einer Untergruppe (35) der mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) aufgespannt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Untergruppen-Ortungsbereich durch Übertragen von Positionsinformation der Untergruppe (35) der mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) an eine weitere Analyseeinheit (11') eines weiteren Ortungssystems (3') übergeben wird, um mit mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) der weiteren Analyseeinheit (11') einen Ortungsbereich der weiteren Analyseeinheit (11') aufzuspannen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Beginn und ein Ende einer Bewegung der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit (15') mit den vorübergehend positionsbekannten mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) und/oder mit einem in der jeweiligen zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit (15') vorgesehenen Sensorsystem (73) erfasst wird, wobei das Sensorsystem (73) optional einen Beschleunigungssensor, einen Lagesensor oder einen Barometer-Sensor umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für einen Positionsbestimmungsvorgang die Positionen der vorübergehend positionsbekannten mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) in einem Produktionsstätten-Koordinatensystem (33) referenziert werden, sodass die Position der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit (15') im Produktionsstätten-Koordinatensystem (33) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einbinden (Schritt 57) der bestimmten Ortsinformation des Zielobjekts in die Fertigungssteuerung bei der Fertigung von Endprodukten umfasst: ein räumlich festes Zuordnen der mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) zu einem Objekt einer Gruppe von Objekten, und insbesondere ein Befestigen am Objekt oder ein Ablegen in einem räumlichen Umgebungsbereich des Objekts, und/oder wobei die Gruppe von Objekten umfasst: - ein Werkstück (23), - ein Transportmittel (21) für Werkstücke (23), - eine, insbesondere mobile, Werkzeugmaschine, - ein, insbesondere mobiles, Werkzeug und - einen an der Fertigung beteiligten Werker (31), sodass die Position einer mobilen Sende-Empfangseinheit (15) spezifische Ortsinformation für das zugeordnete Objekt im Ortungsbereich, insbesondere in einem Produktionsstätten-Koordinatensystem, darstellt.
Innenraum-Ortungssystem (5) zur Unterstützung der Fertigungssteuerung von Prozessabläufen bei der industriellen Fertigung von Werkstücken (23), insbesondere in der Metall- und/oder Blechverarbeitung, mit mehreren mobilen Sende-Empfangseinheiten (15), die für die Bestimmung ihrer Positionen im dreidimensionalen Raum zum Aussenden und Empfangen von elektromagnetischen Signalen ausgebildet sind und denen im Rahmen von Prozessabläufen jeweils ein Objekt aus einer Gruppe von Objekten, die eigenständig oder angetrieben Bewegungen im dreidimensionalen Raum in einer oder in mehreren Dimensionen ausführen können, räumlich derart zugeordnet werden kann, dass die Position einer mobilen Sende-Empfangseinheit (15) Ortsinformation für das zugeordnete Objekt darstellt, und einer Analyseeinheit (11), die dazu ausgebildet ist, aus Laufzeiten der elektromagnetischen Signale der mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) die Position einer als zu ortende mobile Sende-Empfangseinheit (15') identifizierten mobilen Sende-Empfangseinheit in einem Positionsbestimmungsvorgang zu bestimmen, um eine Nachverfolgung einer Bewegung eines Zielobjekts, das der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit (15') aus der Gruppe von Objekten zugeordnet ist, durchzuführen.
Innenraum-Ortungssystem (5) nach Anspruch 9, ferner mit mindestens einer räumlich fest installierten Sende-Empfangseinheit (13), die zur Positionsbestimmung der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit (15') beitragen kann, sodass ein Ortungsbereich, in dem die Analyseeinheit (11) Positionsbestimmungsvorgänge durchführen kann, von den mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) in Abhängigkeit von den Positionen der vorübergehend positionsbekannten mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) und der mindestens einen räumlich fest installierten Sende-Empfangseinheiten (13) aufgespannt wird.
Innenraum-Ortungssystem (5) nach Anspruch 9 oder 10, wobei mindestens eine der mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) eine Anzeigeeinheit aufweist, die zum Anzeigen von Information eines Objekts, das einer der mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) zugeordnet ist, und/oder zum Anzeigen der Position einer der mobilen Sende-Empfangseinheiten (15), insbesondere der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit, in einem Lageplan (25) der Produktionsstätte ausgebildet ist.
Innenraum-Ortungssystem (5) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) Positionssignalmodule (61) als Teil eines im Bereich von 1 bis 200 GHz Sende- und Empfangsfrequenz arbeitenden, insbesondere auf „Ultra Wide Band (UWB)“-Technologie basierenden, Ortungssystems ausgebildet sind und mindestens eines der Positionssignalmodule (61) dazu ausgebildet ist: - Energie aus einer Energiequelle (67A) der zugehörigen Sende-Empfangseinheit (15) für den Betrieb zu empfangen und/oder - Zeitverzögerungen zwischen empfangenen und gesendeten Signalen einzustellen, und das eine der Positionssignalmodule (61) umfasst: - eine Signalempfangseinheit (62A), eine Signalsendeeinheit (62B) und ein Antennensystem (62C) zum Empfangen und Abstrahlen von Signalen, - eine Signalverarbeitungseinheit (67B), die dazu eingerichtet ist, empfangene Signale zu verarbeiten und die Abstrahlung von Signalen zu veranlassen, und/oder - die Energiequelle (67A) der zugehörigen Sende-Empfangseinheit (15, 15A, 15B); und/oder wobei mindestens eine der mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) ein Sensorsystem (73) umfasst, wobei das Sensorsystem (73) dazu eingerichtet ist, ein Zustandssignal zu erzeugen, wenn ein Zustand der mobilen Sende-Empfangseinheiten (15) erfasst wird, bei dem die mobile Sende-Empfangseinheit (15) zu einer Positionsbestimmung beitragen kann, und wobei das Sensorsystem (73) optional einen Beschleunigungssensor, einen Lagesensor und/oder einen Barometer-Sensor umfasst.
Fertigungssteuerungssystem (1) zur Steuerung von Fertigungsprozessen in einer Produktionsstätte, insbesondere einer metall- und/oder blechverarbeitenden Industriefertigungsanlage, mit einem Innenraum-Ortungssystem (5) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Innenraum-Ortungssystem (5) als Teil des Fertigungssteuerungssystems (1) zum Bereitstellen von Daten zur Position von mindestens einer mobilen Sende-Empfangseinheit in der Produktionsstätte ausgebildet ist, und das Fertigungssteuerungssystem (1) dazu ausgebildet ist, die gewonnene Position der zu ortenden mobilen Sende-Empfangseinheit (15), die mindestens einem Objekt zugeordnet ist, in die Fertigungssteuerung einzubeziehen.
Fertigungssteuerungssystem (1) nach Anspruch 13, wobei das Fertigungssteuerungssystem (1) ferner dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.