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Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungssystem aufweisend mehrere Systemeinheiten. Das Bearbeitungssystem verwendet für einen aktuellen Betrieb mehrere oder alle der vorhandenen Systemeinheiten und ist dazu eingerichtet, während des aktuellen Betriebs einen Bearbeitungsprozess zur Bearbeitung eines Werkstücks auszuführen. Der Bearbeitungsprozess kann einen oder mehrere Bearbeitungsschritte des Werkstücks umfassen. Das Bearbeiten des Werkstücks beinhaltet insbesondere das Umformen und/oder das Stanzen und/oder das Schneiden des Werkstücks.
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Das Bearbeitungssystem kann Hardwarekomponenten und/oder Softwarekomponenten aufweisen. Es ist in vielen Fällen wünschenswert, ein Bearbeitungssystem an geänderte Anforderungen, äußere Bedingungen oder andere Randbedingungen anpassen zu können. Beispielsweise ist es üblich, bei Bedarf Softwareaktualisierungen auszuführen, um Fehler zu beheben, die Sicherheit zu verbessern oder zusätzliche Funktionen bereitzustellen.
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US 9,798,763 B2 offenbart ein Verfahren zur Verwendung von Kennzeichnungen, um Software über ihren Lebenszyklus zu verwalten. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn die Software als eine Dienstleistung („Software as a Service“) bereitgestellt wird. Mittels der Kennzeichnungen werden der Client-Software statische Informationen und/oder dynamische Attribute zugeordnet. Über eine Kennzeichnung auf einem Client-Computer kann ein Server die Softwareaktivitäten nachverfolgen, überwachen oder verifizieren während der gesamten Lebensdauer der Software auf dem Client-Rechner. Die Kennzeichnung kann durch den Server erweitert, modifiziert oder geändert bzw. ausgetauscht werden. Durch solche Kennzeichnungen können Raubkopien der Software vermieden werden und sichergestellt werden, dass die auf dem Client-Rechner arbeitende Software entsprechend ihrer Version auf dem aktuellen Stand ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bearbeitungssystem bereitzustellen, dass dynamisch angepasst werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch das Bearbeitungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Bearbeitungssystem weist mehrere Systemeinheiten auf. Für den jeweils aktuellen Betrieb des Bearbeitungssystems können alle oder lediglich ein Teil der vorhandenen Systemeinheiten verwendet werden. Das Bearbeitungssystem ist dazu eingerichtet, während des aktuellen Betriebs einen Bearbeitungsprozess zur Bearbeitung eines Werkstücks auszuführen, d.h. zu steuern und/oder zu regeln und/oder zu überwachen. Der Bearbeitungsprozess ist bevorzugt ein sich zyklisch wiederholender Prozess mit einer Periodendauer. Ein solcher Prozess kann das Umformen eines Werkstücks umfassen, wie etwa das Tiefziehen und/oder Fließpressen und/oder Abstreckgleitziehen und/oder Prägen des Werkstücks. Zusätzlich oder alternativ kann ein Werkstück bei dem Bearbeitungsprozess auch durch Stanzen und/oder Schneiden bearbeitet werden. Der Bearbeitungsprozess kann einen oder mehrere Prozessschritte aufweisen, wobei die im Takt des sich periodisch wiederholenden Bearbeitungsprozesses ausgeführt werden können.
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Das Bearbeitungssystem kann zum Beispiel eine oder mehrere Stationen, beispielsweise Pressen oder Pressenstufen aufweisen. Beispielsweise kann in jeder der Station des Bearbeitungssystems genau ein Werkstück innerhalb jeder Periodendauer bearbeitet, abtransportiert und ein weiteres Werkstück zugeführt werden.
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Jede Systemeinheit einer Station bzw. des Bearbeitungssystems kann eine Hardwarekomponente, eine Softwarekomponente oder eine kombinierte Hardware- und Softwarekomponente sein. Dabei kann es sich beispielsweise um Komponenten einer oder mehrerer Pressen, Pressenanlagen, Umformvorrichtungen oder dergleichen handeln. Eine Systemeinheit kann beispielsweise ein Motor, eine Pumpe, ein Ventil, ein Sensor, eine Transfereinrichtung zum Werkstücktransfer, eine Steuerung, eine Einrichtung zur Vorgabe eines virtuellen Pressenleitwinkels, eine Überwachungseinrichtung, ein sogenannter Watchdog, ein Überwachungs- und/oder Steuerungsrechner, usw. sein. In der wenigstens einen Station bzw. dem Bearbeitungssystem wird zumindest ein Teil der verfügbaren Systemeinheiten oder es werden alle Systemeinheiten für den aktuellen Betrieb zu einem Beobachtungszeitpunkt verwendet. Alle oder wiederum nur ein Teil der verwendeten Systemeinheiten sind dabei mittels eines Echtzeit-Kommunikationssystems kommunikationsverbunden.
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Das Echtzeit-Kommunikationssystem hat einen Kommunikationsverteiler. Jede Systemeinheit des Bearbeitungssystems und/oder einer Station ist ein Kommunikationsteilnehmer im Echtzeit-Kommunikationssystem. Der Kommunikationsverteiler ist mit jedem Kommunikationsteilnehmer verbunden. Die Verbindung zwischen dem Kommunikationsverteiler und dem jeweiligen Kommunikationsteilnehmer kann drahtgebunden und/oder drahtlos sein.
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Der Kommunikationsverteiler ist konfigurierbar, insbesondere zur Bereitstellung von Kommunikationsverbindungen zwischen mehreren Kommunikationsteilnehmern. Abhängig von seiner Konfiguration wird die Kommunikation zwischen einzelnen Kommunikationsteilnehmern ermöglicht bzw. unterbunden. Der Kommunikationsverteiler ist dazu eingerichtet, Konfigurationsdaten zu empfangen. Die Konfigurationsdaten charakterisieren die für den zukünftigen, weiteren Betrieb des Bearbeitungssystems zu verwendende Konfiguration des Echtzeit-Kommunikationssystems. Der Kommunikationsverteiler ist dazu eingerichtet, die Kommunikationsverbindungen zwischen mehreren oder allen angeschlossenen Kommunikationsteilnehmern entsprechend den empfangenen Konfigurationsdaten herzustellen. Die Konfigurationsdaten können insbesondere definieren, welcher der an den Kommunikationsverteiler angeschlossenen Kommunikationsteilnehmer zum Senden und/oder Empfangen von Nachrichten berechtigt ist.
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Das Bearbeitungssystem weist außerdem eine Steuereinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, die Konfigurationsdaten zu erzeugen. Die Steuereinrichtung ist für den Empfang von Betriebszustandsdaten und/oder weiteren Daten, wie etwa historischen Daten bzw. historischen Betriebszustandsdaten und/oder Musterdaten eingerichtet. Basierend auf den Betriebszustandsdaten und/oder anderen Daten überprüft die Steuereinrichtung, ob eine Änderung der aktuellen Konfiguration des Echtzeit-Kommunikationssystems erforderlich und/oder vorteilhaft ist, um die Echtzeitkommunikation sicherzustellen oder zu verbessern. Wenn die Überprüfung zum Ergebnis kommt, dass die Änderung der aktuellen Konfiguration des Echtzeit-Kommunikationssystems erforderlich oder vorteilhaft ist, werden geänderte Konfigurationsdaten erzeugt und für den Empfang durch den Kommunikationsverteiler bereitgestellt. Zu einem geeigneten Zeitpunkt, wenn der Bearbeitungsprozess ein Ändern der Konfiguration ermöglicht, veranlasst die Steuereinrichtung, dass der Kommunikationsverteiler entsprechend der geänderten Konfigurationsdaten neu konfiguriert wird, so dass die zukünftige Kommunikation über das Echtzeit-Kommunikationssystem entsprechend der geänderten Konfigurationsdaten erfolgen kann.
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Über ein derartiges Echtzeit-Kommunikationssystem kann sehr einfach sichergestellt werden, dass die erforderliche Kommunikation ausreichend schnell in Echtzeit erfolgt. Die Steuereinrichtung kann die Konfigurationsdaten derart definieren, dass die Anzahl der jeweils kommunizierenden Kommunikationsteilnehmer ausreichend gering ist, um die Nachrichten ausreichend schnell über den Kommunikationsverteiler weiterzuleiten. Durch diese Ausgestaltung ist es nicht erforderlich, dass der Kommunikationsverteiler selbst über Möglichkeiten zur Auswertung bzw. Priorisierung der eingehenden Nachrichten verfügt. Die Steuereinrichtung kann anhand der empfangenen Betriebszustandsdaten festlegen, welche Kommunikationsteilnehmer in einem zukünftigen Zeitabschnitt Nachrichten senden bzw. empfangen können müssen und die entsprechenden Berechtigungen anhand der Konfigurationsdaten festlegen. Die Überprüfung der Konfiguration im Hinblick auf erforderliche bzw. vorteilhafte Änderungen kann bei einem periodisch ablaufenden Bearbeitungsprozess mehrmals pro Periodendauer erfolgen, insbesondere zyklisch, Die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Überprüfungen kann im Bereich von weniger als 100 Millisekunden liegen, beispielsweise kann eine Überprüfung alle 10 Millisekunden erfolgen.
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Es ist bevorzugt, wenn der Kommunikationsverteiler dazu eingerichtet ist, die von den aktuell verwendeten Kommunikationsteilnehmern eingehenden Nachrichten nach einer vorgegebenen Reihenfolge an den oder die zum Empfangen bestimmten Kommunikationsteilnehmer weiterzuleiten. Insbesondere ist die vorgegebene Reihenfolge der Weiterleitung der eingehenden Nachrichten nicht ereignisabhängig. Es ist bevorzugt, wenn die eingehenden Nachrichten nach einer festen Vorschrift weitergeleitet werden. Beispielsweise können die eingehenden Nachrichten nach dem FIFO-Prinzip weitergeleitet werden, so dass die Nachrichten in der Reihenfolge ihres Eingangs am Kommunikationsverteiler vom Kommunikationsverteiler weitergeleitet werden. Auf diese Weise ist es nicht notwendig, dass die Nachrichten Kennzeichnungen enthalten, die ihre Priorisierung angeben und die bei der Weiterleitung zunächst ausgewertet werden müssen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel können die Konfigurationsdaten ausschließlich definieren, welche Kommunikationsteilnehmer zum Senden und/oder Empfangen von Nachrichten berechtigt sind. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel können die Konfigurationsdaten weitere Informationen enthalten. Beispielsweise können die Konfigurationsdaten Eigenschaften eines oder mehrerer Kommunikationsteilnehmer definieren. Bei den Eigenschaften eines Kommunikationsteilnehmers kann es sich beispielsweise um einstellbare Parameter und/oder Betriebseigenschaften und/oder das Betriebsverhalten charakterisierende Einstellungen handeln. Zum Beispiel können die Eigenschaften eines Kommunikationsteilnehmers Sollwerte und/oder eine Kennlinie und/oder ein Kennfeld und/oder Grenzwerte und/oder Abtastraten, usw. sein.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Konfigurationsdaten unter der Bedingung zu erzeugen, dass nur die Kommunikationsteilnehmer zur Kommunikation berechtigt sind, die während eines zukünftigen bzw. für den nächsten bevorstehenden Zeitabschnitts für den Betrieb des Bearbeitungssystems erforderlich sind. Der Zeitabschnitt kann dabei insbesondere kleiner sein als die Periodendauer eines sich zyklisch wiederholenden Bearbeitungsprozesses. Der Zeitabschnitt kann der Zeitdauer entsprechen, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Überprüfungen der Konfiguration des Echtzeit-Kommunikationssystems durch die Steuereinrichtung liegt.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Konfigurationsdaten unter der Bedingung zu erzeugen, dass die Anzahl der Kommunikationsteilnehmer einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
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Die vorstehend genannten Bedingungen können einzeln oder in Kombination verwendet werden und dienen dazu, die Kommunikation über das Echtzeit-Kommunikationssystem zu beschränken, so dass die Echtzeitfähigkeit beim Betrieb des Bearbeitungssystems nicht beeinträchtigt wird.
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Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Übertragungsdauer zwischen dem Senden einer Nachricht und dem Empfang dieser Nachricht über das Echtzeit-Kommunikationssystem auszuwerten. Beispielsweise können die von der Steuereinrichtung empfangenen Betriebszustandsdaten entsprechende Informationen enthalten, aus denen sich die Übertragungsdauer der Nachrichten beim Übertragen über das Echtzeit-Kommunikationssystem ergibt. Wird beispielsweise erkannt, dass die durchschnittliche Übertragungsdauer und/oder maximale Übertragungsdauer zunehmen, kann die Konfiguration angepasst werden, um den Nachrichtenverkehr zu reduzieren und daher die Übertragungsdauern zu minimieren.
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Bei einem Ausführungsbeispiel können die Kommunikationsteilnehmer dazu eingerichtet sein, Nachrichten beim Versand und/oder beim Empfang einen Zeitstempel zuzuordnen. Die Nachrichten können der Steuereinrichtung als Betriebszustandsdaten bereitgestellt werden, so dass aus den Zeitstempeln zum Beispiel die jeweilige Übertragungsdauer einer Nachricht ermittelt werden kann.
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Es ist bevorzugt, wenn die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, bei der Überprüfung, ob eine Änderung der aktuellen Konfiguration des Echtzeit-Kommunikationssystems erforderlich und/oder vorteilhaft ist, zusätzlich zu den Betriebszustandsdaten historische Daten und/oder Muster zu berücksichtigen. Die Steuereinrichtung kann bei einer vorteilhaften Ausführungsform dazu eingerichtet sein, die Betriebszustandsdaten und/oder historischen Daten und/oder Muster mittels KI-Modulen bzw. KI-Algorithmen (KI = künstliche Intelligenz) auszuwerten. Dabei können KI-Module und/oder KI-Algorithmen zur Big-Data-Verarbeitung verwendet werden.
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Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung KI-Module und/oder KI-Algorithmen aufweist, die zur Mustererkennung und/oder Musteranalyse und/oder Mustervorhersage eingerichtet sind. Die empfangenen Betriebszustandsdaten und/oder weitere Daten können zumindest teilweise mit bekannten Mustern oder Vorlagen verglichen und daraus gegebenenfalls unter zusätzlicher Verwendung von historischen Daten/ Betriebszustandsdaten ausgewertet werden. Beispielsweise kann daher eine Vorhersage für einen zukünftigen Betriebszustand und/oder für das Bearbeitungsergebnis des Werkstücks abgeleitet werden. Basierend auf dieser Vorhersage kann prädiktiv die Konfiguration des Echtzeit-Kommunikationssystems - optional einschließlich wenigstens einer Eigenschaft eines Kommunikationsteilnehmers - angepasst werden, wenn aufgrund der Vorhersage festgestellt wird, dass eine solche Änderung erforderlich oder vorteilhaft ist. Beispielsweise kann eine Änderung dann erforderlich oder vorteilhaft sein, wenn bei der Überprüfung durch die Steuereinrichtung festgestellt wird, dass ohne Änderung der Konfiguration die geforderte Echtzeitfähigkeit bei der Nachrichtenübertragung und/oder die Toleranz bei der Bearbeitung eines Werkstücks zukünftig nicht mehr eingehalten werden kann und/oder dass die Qualität (z.B. geringere Rauheit, geringere Dimensionsschwankungen, usw.) bei der Bearbeitung des Werkstücks durch eine Änderung verbessert werden kann. Diese Aufzählung ist nicht abschließend. Durch eine prädiktive Änderung der Konfiguration kann die Effizienz des Bearbeitungssystems erhöht und/oder die Qualität der bearbeiteten Werkstücke verbessert und/oder der Anteil an Ausschuss reduziert bzw. eliminiert werden.
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Die Steuereinrichtung kann außerdem dazu eingerichtet sein, neue Muster zu generieren und/oder vorhandene Muster zu modifizieren, wenn die empfangenen Betriebszustandsdaten keine ausreichende Ähnlichkeit mit einem bekannten Muster haben. Bei der Musteranalyse und/oder der Mustererkennung und/oder der Mustervorhersage können die empfangenen Betriebszustandsdaten und/oder andere Daten im Hinblick auf ihre Ähnlichkeit mit vorhandenen Mustern verglichen werden.
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Insoweit kann das Bearbeitungssystem selbstlernend sein und neue Muster erzeugen bzw. von einer externen Einrichtung neue Muster und dazugehörige Konfigurationsdaten empfangen. Jedem vorhandenen Muster sind bevorzugt die dazugehörigen, einzustellenden Konfigurationsdaten zugeordnet.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung eines beispielhaften Bearbeitungssystems mit mehreren Systemeinheiten und einer Steuereinrichtung,
- 2-4 jeweils eine blockschaltbildähnliche Darstellung eines Kommunikationssystems des Bearbeitungssystems, wobei die Systemeinheiten jeweils einen Kommunikationsteilnehmer bilden,
- 5 eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs und der jeweiligen Berechtigungen der einzelnen Kommunikationsteilnehmer bei der Kommunikation über das Kommunikationssystem,
- 6 eine schematische Darstellung, wie Nachrichten, die an einem Kommunikationsverteiler des Kommunikationssystems eingehen, bei einem Ausführungsbeispiel zeitlich weitergeleitet werden.
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1 veranschaulicht beispielhaft ein Bearbeitungssystem 10, das zur Bearbeitung eines Werkstücks 11 eingerichtet ist. Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das Bearbeitungssystem 10 zur Umformung des Werkstücks 11 ausgebildet. Unter dem Umformen des Werkstücks 11 kann beispielsweise das Bearbeiten des Werkstücks 11 durch Tiefziehen und/oder Fließpressen und/oder Abstreckgleitziehen und/oder Prägen umfasst sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Werkstück 11 durch Stanzen und/oder Schneiden bearbeitet werden.
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Ein Bearbeitungsprozess, während dem das Werkstück 11 bearbeitet wird, läuft beim Ausführungsbeispiel als zyklischer Prozess mit einer Periodendauer T ab. Ein Werkstück 11 wird innerhalb einer Periodendauer T in einer Station 12 des Bearbeitungssystems 10 bearbeitet. Alternativ zu der in 1 dargestellten Ausführungsform kann das Bearbeitungssystem 10 mehrere separate Stationen 12 aufweisen. Innerhalb der Periodendauer T findet vorzugsweise auch der Werkstücktransfer in bzw. aus der betreffenden Station statt. Beispielsweise ist in 1 das Bearbeitungssystem 10 mit einer einzigen Station 12 veranschaulicht. Die Station 12 weist beim Ausführungsbeispiel eine Presse 13, eine Transfereinrichtung 14 und eine Leitwinkelsteuerung 15 auf. Die Leitwinkelsteuerung 15 kann einen virtuellen Leitwinkel für die Station 12 und/oder das Bearbeitungssystem 10 vorgeben oder von einer externen Vorgabeeinheit empfangen. Die Leitwinkelsteuerung 15 dient beim Ausführungsbeispiel der Steuerung der Station 12. Mehrere Stationen 12 können jeweils separate Steuerungen aufweisen. Mittels eines gemeinsamen virtuellen Leitwinkels kann der Prozessablauf innerhalb einer Station 12 und/oder mehrerer Stationen 12 oder Teilen davon zeitlich koordiniert werden. Anstelle des virtuellen Leitwinkels können auch andere übergeordnete Signale zur Steuerung bzw. Koordination bereitgestellt werden.
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Die Presse weist einen Antriebsmotor 16 zum Antrieb eines Pressenstößels 17 auf. Der Pressenstößel 17 wird zum Umformen des Werkstücks 11 bewegt. Die Presse 13 bzw. die Station 12 hat wenigstens einen und vorzugsweise mehrere Sensoren 18, um entsprechende Sensordaten, die den aktuellen Betrieb des Bearbeitungssystems 10 und beispielsgemäß der Station 12 beschreiben, zu erzeugen und an die Leitwinkelsteuerung 15 und/oder eine Steuereinrichtung 19 zu übermitteln. Die Sensordaten bilden zumindest einen Teil von Betriebszustandsdaten D, die den aktuellen Betrieb des Bearbeitungssystems 10 charakterisieren und an die Steuereinrichtung 19 übermittelt werden.
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Die in 1 veranschaulichten Sensoren 18 sind hierzu lediglich beispielhaft. An der Presse 13 ist ein Sensor 18 vorhanden, um ein den Motorstrom des Antriebsmotors 16 beschreibendes Motorstromsignal I zu erzeugen. Weitere Sensoren können zum Beispiel ein eine Position des Pressenstößels 17 beschreibendes Positionssignal P, ein die Presskraft beschreibendes Presskraftsignal F und ein Vibrationen des Pressengestells der Presse 13 beschreibendes Vibrationssignal V erzeugen und als zumindest einen Teil der Betriebszustandsdaten D bereitstellen. Die Betriebszustandsdaten D ändern sich insbesondere dynamisch während der Bearbeitung und/oder des Transfers des Werkstücks 11 und beispielsgemäß auch innerhalb einer Periodendauer T. An der Transfereinrichtung 14 kann ein Sensor 18 vorhanden sein, um die Position und/oder Bewegung der Transfereinrichtung 14 zu erfassen und ein entsprechendes Transfersignal S zu erzeugen und als Teil der Betriebszustandsdaten D bereitzustellen.
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Das Bearbeitungssystem 10 bzw. jede Station 12 weist mehrere Systemeinheiten 23 auf, die einzelne Bestandteile des Bearbeitungssystems 10 bzw. der Station 12 bilden. Die Systemeinheiten 23 können beispielsweise der Antriebsmotor 16, die Sensoren 18, die Leitwinkelsteuerung 15, die Transfereinrichtung 14 oder dergleichen sein. Als Systemeinheit 23 kommen Sensoren, Aktoren oder andere Komponenten in Betracht, die ein elektrisches Signal erzeugen und/oder empfangen können. Eine Systemeinheit 23 kann auch ein reines Softwaremodul oder ein Softwarealgorithmus sein, z.B. innerhalb der Leitwinkelsteuerung 15. Eine Systemeinheit 23 kann somit eine Hardwarekomponente, eine Softwarekomponente oder auch eine kombinierte Hardware- und Softwarekomponente sein.
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Jede Systemeinheit 23 stellt einen Kommunikationsteilnehmer 24 in einem Echtzeit-Kommunikationssystem 25 dar. Die Kommunikationsteilnehmer 24 bzw. Systemeinheiten 23 sind an einen Kommunikationsverteiler 26 angeschlossen bzw. mit diesem verbunden. Die Verbindung zwischen dem Kommunikationsverteiler 26 und den Kommunikationsteilnehmern 24 kann drahtgebunden und/oder drahtlos erfolgen. Blockschaltbilder eines Ausführungsbeispiels eines Echtzeit-Kommunikationssystems 25 sind in den 2-4 veranschaulicht. Es versteht sich, dass die Anzahl der Kommunikationsteilnehmer 24 entsprechend der Anzahl der Systemeinheiten 23 abhängig von der Gestalt des Bearbeitungssystems 10 variieren kann.
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Die Steuereinrichtung 19 ist dazu eingerichtet, Konfigurationsdaten K zu erzeugen und in einen Pufferspeicher 27 zu schreiben. Über den Pufferspeicher 27 werden die Konfigurationsdaten K zum Auslesen für den Kommunikationsverteiler 26 bereitgestellt. Der Kommunikationsverteiler 26 ist daher dazu eingerichtet, die Konfigurationsdaten K zu empfangen. Anstelle eines Pufferspeichers 27 können die Konfigurationsdaten K auch anderweitig für den Kommunikationsverteiler 26 bereitgestellt werden, beispielsweise auch direkt von der Steuereinrichtung 19 an den Kommunikationsverteiler 26 übertragen werden. Der Kommunikationsverteiler 26 ist dazu eingerichtet, basierend auf den jeweils empfangenen Konfigurationsdaten K eine Konfiguration des Echtzeit-Kommunikationssystems 25 einzurichten, die durch die Konfigurationsdaten K definiert wird. Über die Konfigurationsdaten K wird dabei vorgegeben, welche Kommunikationsteilnehmer 24 in einem zukünftigen Zeitabschnitt miteinander kommunizieren können und der Kommunikationsverteiler 26 stellt daraufhin die entsprechenden Kommunikationsverbindungen her. Insbesondere können die Konfigurationsdaten K vorgeben, welcher der Kommunikationsteilnehmer 24 in einem zukünftigen Zeitabschnitt berechtigt ist, Nachrichten N zu senden und/oder Nachrichten N zu empfangen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel können die Konfigurationsdaten K zusätzlich auch eine oder mehrere Eigenschaften wenigstens eines Kommunikationsteilnehmers 24 für den zukünftigen Zeitabschnitt definieren. Beispielsweise können die Konfigurationsdaten K einen oder mehrere Parameter aufweisen, die in einem Kommunikationsteilnehmer 24 abgelegt sind und die den Bearbeitungsprozess des Werkstücks 11 in einer Station 12 kennzeichnen. Ein solcher Parameter kann beispielsweise eine Funktion, eine Kennlinie oder ein Kennfeld sein, um beispielsweise die Position und/oder Bewegung einer Komponente zu definieren, wie etwa die Position und/oder Bewegung des Pressenstößels 17 oder eines Greifers der Transfereinrichtung 14. Die Konfigurationsdaten K können auch Sollwerte, Grenzwerte und beliebige andere Parameter oder Einstellungen für einen oder mehrere Systemeinheiten 23 bzw. Kommunikationsteilnehmer 24 aufweisen.
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In den 3 und 4 sind schematisch unterschiedliche Beispiele dargestellt, wie der Kommunikationsverteiler 26 die Kommunikationsverbindung zwischen zumindest einigen der angeschlossenen Kommunikationsteilnehmern 24 herstellt. Die Konfigurationsdaten K werden derart erzeugt, dass nur diejenigen Kommunikationsteilnehmer 24 berechtigt sind, Nachrichten N zu senden und/oder zu empfangen, die für den betreffenden Zeitabschnitt des Betriebs des Bearbeitungssystems 10 bzw. einer Station 12 erforderlich sind. Während einzelnen Phasen bzw. Zeitabschnitten des Bearbeitungsprozesses müssen nicht sämtliche Kommunikationsteilnehmer 24 ihre Daten weiterleiten können. Wenn beispielsweise ein Kommunikationsteilnehmer 24 ein Temperatursensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur ist, ist es ausreichend, wenn die Temperatur in größeren Zeitabständen abgefragt wird, um etwaige Dimensionsschwankungen durch Temperaturänderungen berücksichtigen zu können. Daher kann es zum Beispiel sinnvoll sein, das Übermitteln des Temperaturwertes während des Bearbeitens bzw. Umformens eines Werkstücks 11 zu unterbinden und diese Abfrage auf einen Zeitabschnitt zu beschränken, in dem beispielsweise ein Werkstücktransfer stattfindet. Demgegenüber wird die Übermittlung von aktuellen Positionssignalen des Pressenstößels 17 während des Umformens eines Werkstücks 11 in der Presse 13 ermöglicht, so dass die Positionswerte des Pressenstö-ßels 17 in Echtzeit für Regel- oder Steuermodule, die einen Kommunikationsteilnehmer 24 bilden, zur Verfügung gestellt werden können.
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Das Anpassen der Konfiguration des Echtzeit-Kommunikationssystems 25 kann mehrmals innerhalb einer Periodendauer T erfolgen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung 19 dazu eingerichtet, eine Überprüfung mehrmals pro Periodendauer T durchzuführen, ob eine Änderung der Konfiguration des Echtzeit-Kommunikationssystems 25 notwendig oder vorteilhaft ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Änderung der Konfiguration des Echtzeit-Kommunikationssystems 25 dann notwendig oder vorteilhaft, wenn dadurch die Effizienz des Bearbeitungssystems 25 erhöht und/oder die Qualität der bearbeitenden Werkstücke 11 gesteigert und/oder die Ausschussrate beim Bearbeiten von Werkstücken 11 reduziert werden kann. In der Steuereinrichtung 19 können entsprechende Kriterien hinterlegt und ausgewertet werden.
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Die Steuereinrichtung 19 ist dazu eingerichtet, die Betriebszustandsdaten D zu empfangen. Sämtliche Betriebszustandsdaten D, die den aktuellen Betrieb des Bearbeitungssystems 10 charakterisieren stellen einen großen und sich innerhalb einer Periodendauer T ändernden Datenstrom dar, der in der Steuereinrichtung 19 beispielsgemäß mit Mitteln der künstliche Intelligenz (KI) und/oder Big-Data-Verarbeitung ausgewertet wird. Hierzu kann die Steuereinrichtung 19 über entsprechende KI-Algorithmen bzw. KI-Module verfügen, die insbesondere Verfahren zur Mustererkennung und/oder Musteranalyse und/oder Mustervorhersage verwenden. Die Steuereinrichtung 19 kann über die Eigenschaft verfügen, große Datenmengen in Echtzeit zu verarbeiten und hierzu insbesondere eine Big-Data-Funktionalität aufweisen.
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Zusätzlich zu dem Strom an Betriebszustandsdaten D können der Steuereinrichtung 19 für die Mustererkennung und/oder Musteranalyse und/oder Mustervorhersage historische Daten X und/oder Musterdaten M bereitgestellt werden. Zu den historischen Daten X gehören beispielsgemäß historische Betriebszustandsdaten D, die optional jeweils mit einer dazugehörigen historischen Konfiguration des Echtzeit-Kommunikationssystems 25 verknüpft sein können. Zusätzlich oder alternativ können auch Musterdaten M abgespeichert sein, auf die die Steuereinrichtung 19 zugreifen kann. Musterdaten M können anhand der historischen Daten X und/oder durch externe Einheiten erzeugt oder bereitgestellt werden, beispielsweise auch aufgrund von Betriebszustandsdaten, die von einem identischen oder ähnlichen Bearbeitungssystem 10 gewonnen wurden und/oder durch Bedienpersonen manuell hinterlegt wurden.
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Die Steuereinrichtung 19 kann die aktuellen Betriebszustandsdaten D mit Musterdaten M und/oder historischen Daten X vergleichen und überprüfen, ob eine Identität oder eine Ähnlichkeit vorliegt. Wird eine Identität oder Ähnlichkeit festgestellt, können die entsprechend zugehörigen Konfigurationsdaten K, die zu den identischen oder ähnlichen historischen Daten X bzw. Musterdaten M gehören, über den Pufferspeicher 27 für den Kommunikationsverteiler 26 bereitgestellt werden. Diese Konfigurationsdaten K entsprechen einer Konfiguration des Echtzeit-Kommunikationssystems 25 und/oder Einstellungen der Kommunikationsteilnehmer 24, das bzw. die sich für einen zukünftigen Zeitabschnitt des Bearbeitungsprozesses des Bearbeitungssystems 10 eignen. Über die Steuereinrichtung 19 kann daher prädiktiv eine optimierte Einstellung des Bearbeitungssystems 10 auf Basis der Auswertung aktueller Betriebszustandsdaten D vorgenommen werden. Das System kann auch die erreichten Ergebnisse bei der Werkstückbearbeitung auswerten und auf diese Weise lernen, um den Betrieb des Bearbeitungssystems 10 zu verbessern.
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5 veranschaulicht schematisch für unterschiedliche Zeitabschnitte Δt1, Δt2, Δt3, Δt4, Δt5, usw. die Berechtigungen einzelner Kommunikationsteilnehmer 24, die zur Unterscheidung mit den Bezeichnungen KT1 bis KTn versehen wurden. Über die Steuereinrichtung 19 wird für jeden der Zeitabschnitte Δt1 bis Δt5 überprüft, ob eine geänderte Konfiguration notwendig bzw. vorteilhaft ist. Dementsprechend können die Berechtigungen für das Senden bzw. Empfangen von Nachrichten für die einzelnen Kommunikationsteilnehmer KT1 bis KTn individuell für jeden Zeitabschnitt Δt1 bis Δt5 vergeben werden. Die Darstellung in 5 ist lediglich beispielhaft. Das Kürzel Tx steht für die Sendeberechtigung, das Kürzel Rx steht für die Empfangsberechtigung und das Kürzel X steht dafür, dass keine Berechtigung zum Senden oder Empfangen vorliegt. Wie es in 5 auch zu erkennen ist, muss die Konfiguration nicht nach jedem Zeitabschnitt geändert werden, sie kann gegebenenfalls auch für mehrere Zeitabschnitte unverändert bleiben. Dies hängt von der Auswertung der aktuellen Betriebszustandsdaten D durch die Steuereinrichtung 19 ab.
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Die Steuereinrichtung 19 stellt die geänderten Konfigurationsdaten K für einen zukünftigen Zeitabschnitt im Pufferspeicher 27 bereit. Zum nächstmöglichen geeigneten Zeitpunkt steuert die Steuereinrichtung 19 den Kommunikationsverteiler 26 an und veranlasst diesen, die aktualisierten Konfigurationsdaten K auszulesen und die Konfiguration des Echtzeit-Kommunikationssystems 25 entsprechend der neuen Konfigurationsdaten K aus dem Pufferspeicher 27 einzustellen. Wie bereits erwähnt, können die Konfigurationsdaten K zusätzlich zu den Informationen, ob ein Kommunikationsteilnehmer 24 zum Senden und/oder Empfangen von Nachrichten N berechtigt ist, auch weitere Informationen beinhalten, insbesondere Eigenschaften eines oder mehrerer Kommunikationsteilnehmer 24.
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Die Anzahl der während eines jeweiligen Zeitabschnitts Δt1 bis Δt5 zum Senden und/oder Empfangen berechtigten Kommunikationsteilnehmer 24 kann auf einen jeweiligen Maximalwert begrenzt werden.
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Die Überprüfung, ob die aktuelle Konfiguration des Kommunikationsverteilers 26 geändert werden soll, kann mehrmals pro Periodendauer T durchgeführt werden, beispielsweise in Abständen von maximal 100 Millisekunden, beispielsgemäß alle 10 Millisekunden. Für einen zukünftigen Zeitabschnitt, der beispielsweise der Zeitdauer zwischen zwei Überprüfungszeitpunkten entsprechen kann, werden die Konfigurationsdaten K derart definiert, dass nur diejenigen Kommunikationsteilnehmer 24 zum Senden und/oder Empfangen von Nachrichten N berechtigt sind, die für den Betrieb des Bearbeitungssystems 10 erforderlich sind. Auf diese Weise ist es möglich, die Echtzeitkommunikation über das Echtzeit-Kommunikationssystem 25 sicherzustellen, obwohl eine Vielzahl von Kommunikationsteilnehmern 24 vorhanden ist.
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Der Kommunikationsverteiler 26 selbst führt beispielsgemäß keine Auswertung oder Priorisierung der eingehenden Nachrichten N bei der Weiterleitung durch. Insbesondere ist eine fest vorgegebene Reihenfolge oder ein fest vorgegebenes Prinzip für die Weiterleitung von eingehenden Nachrichten N im Kommunikationsverteiler 26 hinterlegt. Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden die eingehenden Nachrichten N in der Reihenfolge weitergeleitet, in der sie eingegangen sind. Dieses Prinzip der Datenweiterleitung wird auch als FIFO-Prinzip bezeichnet, wobei „FIFO“ die Abkürzung für die englische Bezeichnung „First-In-First-Out“ ist. Dieses Prinzip ist schematisch in 6 veranschaulicht. Die Nachrichten N1, N2, N3 bis Ni werden in der zeitlichen Reihenfolge durch den Kommunikationsverteiler 26 weitergeleitet, in der sie eingegangen sind.
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In 3 ist beispielhaft veranschaulicht, wie der Kommunikationsverteiler 26 eine Kommunikationsverbindung zwischen den Kommunikationsteilnehmern 24 herstellen kann, die für den betreffenden Zeitabschnitt zum Senden und/oder Empfangen von Nachrichten N berechtigt sind.
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In 4 ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit zur Herstellung der Kommunikationsverbindung veranschaulicht. Die Konfigurationsdaten K können bei einem Ausführungsbeispiel auch Informationen darüber beinhalten, welche zum Senden und/oder zum Empfangen von Nachrichten N berechtigten Kommunikationsteilnehmer 24 direkt miteinander kommunizieren dürfen. Dadurch können sich beispielsweise mehrere voneinander getrennte Kommunikationsnetzwerke ergeben. In 4 sind lediglich beispielhaft zwei getrennte Kommunikationsnetzwerke veranschaulicht. In jedem Kommunikationsnetzwerk können Nachrichten unabhängig von der Übertragung von Nachrichten in einem anderen Kommunikationsnetzwerk übertragen werden, so dass auch eine zeitlich simultane Nachrichtenübertragung in mehreren Kommunikationsnetzwerken stattfinden kann.
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Bei der Nachrichtenübertragung kann eine eingehende Nachricht zum Beispiel an alle zum Empfang berechtigten Kommunikationsteilnehmer 24 bereitgestellt oder weitergeleitet werden, wobei die Kommunikationsteilnehmer 24 dann prüfen, ob sie der richtige Adressat der gesendeten Nachricht N sind und die Nachricht N dementsprechend berücksichtigen oder verwerfen.
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Wie es in den 2-4 schematisch veranschaulicht ist, können einige Kommunikationsteilnehmer 24 eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikationsverbindung mit einer Peripherieeinrichtung 32 aufweisen. Die Betriebszustandsdaten D können auch Informationen über die betreffende Peripherieeinrichtung 32 und/oder die Kommunikation, insbesondere Übertragungsdauern, zwischen der Peripherieeinrichtung 32 und dem betreffenden Kommunikationsteilnehmer 24 aufweisen. Diese Informationen werden dann beim Erzeugen der Konfigurationsdaten K im Datenstrom der Betriebszustandsdaten D berücksichtigt.
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Um der Steuereinrichtung 19 Informationen über die Übertragungsdauer zwischen dem Senden einer Nachricht N und dem Empfang dieser Nachricht N bereitzustellen, sind die Kommunikationsteilnehmer 24 beim Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet, jeder Nachricht N wenigstens einen Zeitstempel zuzuordnen, der den Zeitpunkt des Sendens dieser Nachricht N bzw. den Zeitpunkt des Empfangs dieser Nachricht N angibt. Die Nachrichten N einschließlich der zugeordneten Zeitstempel können der Steuereinrichtung 19 als Betriebszustandsdaten bereitgestellt werden, so dass Informationen über die Übertragungsdauern der Nachrichten N vorliegen, insbesondere über die durchschnittliche und/oder maximale Übertragungsdauer von Nachrichten N.
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Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungssystem 10 zur Bearbeitung eines Werkstücks 11. Das Bearbeitungssystem 10 hat mehrere Systemeinheiten 23, die jeweils einen Kommunikationsteilnehmer 24 in einem Echtzeit-Kommunikationssystem 25 darstellen. Jeder Kommunikationsteilnehmer 24 ist mit einem zentralen Kommunikationsverteiler 26 verbunden. Die Kommunikationsteilnehmer 24 sind vorzugsweise nur mittels des Kommunikationsverteilers 26 untereinander verbunden und weisen keine direkte Kommunikationsverbindung untereinander auf. Der Kommunikationsverteiler 26 ist über Konfigurationsdaten K konfigurierbar, die zum Empfangen für den Kommunikationsverteiler 26 bereitgestellt werden. Betriebszustandsdaten D, die den aktuellen Betrieb des Bearbeitungssystems 10 kennzeichnen, werden einer Steuereinrichtung 19 bereitgestellt, die diese Daten überprüft, um festzustellen, ob eine Änderung der Konfiguration des Echtzeit-Kommunikationssystems 25 erforderlich oder vorteilhaft ist. Ist dies der Fall, werden aktualisierte Konfigurationsdaten K erzeugt und für den Abruf durch den Kommunikationsverteiler 26 bereitgestellt. Durch die Anpassung der Konfiguration des Echtzeit-Kommunikationssystems 25 soll insbesondere sichergestellt werden, dass zu jedem Zeitpunkt eine Kommunikation in Echtzeit gewährleistet ist, auch wenn eine Vielzahl von Kommunikationsteilnehmern 24 vorhanden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bearbeitungssystem
- 11
- Werkstück
- 12
- Station
- 13
- Presse
- 14
- Transfereinrichtung
- 15
- Leitwinkelsteuerung
- 16
- Antriebsmotor
- 17
- Pressenstößel
- 18
- Sensor
- 19
- Steuereinrichtung
- 23
- Systemeinheit
- 24
- Kommunikationsteilnehmer
- 25
- Echtzeit-Kommunikationssystem
- 26
- Kommunikationsverteiler
- 27
- Pufferspeicher
- 31
- Kommunikationsschnittstelle
- 32
- Peripherieeinrichtung
- D
- Betriebszustandsdaten
- F
- Presskraftsignal
- I
- Motorstromsignal
- P
- Positionssignal
- Rx
- Empfangsberechtigung
- S
- Transfersignal
- T
- Periodendauer
- Tx
- Sendeberechtigung
- V
- Vibrationssignal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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