DE102019130324A1

DE102019130324A1 - Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsprozesses

Info

Publication number: DE102019130324A1
Application number: DE102019130324.9A
Authority: DE
Inventors: Henrik Theodor Wasemann; Fares Gamal Abdullah Ali; Frederik Birk; Ferdinand Hartinger; Matthias Weigold
Original assignee: Sudholt Wasemann GmbH; Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Sudholt Wasemann GmbH; Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2021-05-12

Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsprozesses, der Arbeitsprozess umfassend mindestens ein Betonelement (1), das mindestens eine, an einer Messstelle (2) in eine Betonmatrix (3) des Betonelements (1) eingegossene Messeinrichtung (4) zur Erfassung mindestens eines Zustandsparameters des Betonelements (1) aufweist.Um ein Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsprozesses bereitzustellen, mittels dessen eine höhere Flexibilität erreichbar ist, werden erfindungsgemäß die folgenden Verfahrensschritte vorgeschlagen:a) Mittels der Messeinrichtung (4) wird über eine Betriebszeit des Arbeitsprozesses hinweg eine Mehrzahl von Datensätzen betreffend den mindestens einen Zustandsparameter des Betonelements (1) erfasst und an eine Auswerteinheit (5) geleitet.b) Mittels der Auswerteinheit (5) wird mittels zumindest eines Teils der Datensätze der mindestens eine Zustandsparameter bestimmt und unter Verwendung des Zustandsparameters mindestens eine Zustandsinformation des Arbeitsprozesses erzeugt.c) Die Zustandsinformation wird dazu verwendet, mindestens einen Arbeitsparameter des Arbeitsprozesses zu bestimmen und/oder zu verändern.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsprozesses gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Der Arbeitsprozess wird unter Verwendung mindestens eines Betonelements betrieben. Das Betonelement kann grundsätzlich von einem stationären bzw. in sich ruhenden oder einem beweglichen Betonelement gebildet sein, wobei letzteres beispielsweise mittels einer Bewegungseinrichtung im Raum, beispielsweise in einer Fabrikhalle, bewegt werden kann. Weiterhin kann das Betonelement insbesondere von Ultrahochfestem Beton (UHPC) gebildet sein.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist es bereits bekannt, Arbeitsprozesse, beispielsweise im Rahmen von Herstellungsverfahren in der Industrie, automatisiert zu betreiben. Hierbei ist insbesondere der Einsatz programmierter Steuerungen denkbar, die gemäß einer entsprechenden Vorgabe Prozessteile verarbeiten. Eine solche Verarbeitung kann in einer Bearbeitung bestehen wie beispielsweise einer Umformung oder einer reduzierenden Bearbeitung wie beispielsweise Fräsen oder Schleifen. Weiterhin kann eine Verarbeitung in einem Transport eines jeweiligen Prozessteils von einer Ausgangsposition in eine Endposition bestehen. Grundsätzlich ist eine Vielzahl von Lageänderungen von Prozessteil im Rahmen eines Arbeitsprozesses denkbar.
Die Automatisierung von Arbeitsprozessen hat in der Praxis oftmals zur Folge, dass der Aufwand zur Einrichtung eines hohen Automatisierungsgrades sich in aller Regel lediglich für Arbeitsprozesse lohnt, die eine hohe Auslastung versprechen. Somit ist eine hohe Automatisierung vor allem im Zuge der Herstellung von Großserien oder in der verarbeitenden Industrie bei Produktionsstraßen sinnvoll, die fortwährend einen bestimmten Arbeitsablauf aufweisen.
Derartigen Arbeitsprozessen mangelt es typischerweise an Flexibilität, die eine Umstellung von zumindest einzelnen Schritten eines jeweiligen Arbeitsprozesses für einen begrenzten Zeitraum verlangt. Dies kann insbesondere im Zuge der Herstellung von Kleinserien der Fall sein oder bei der Verarbeitung fortwährend wechselnder Prozessteile mittels einer einzelnen Arbeitseinrichtung. Ein hohes Maß an Veränderung betreffend die Art herzustellender Güter ist folglich im Hinblick auf den zu betreibenden Aufwand zur Erreichung eines hohen Automatisierungsgrades hinderlich.
Aufgabe
Der vorliegenden Anmeldung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsprozesses bereitzustellen, mittels dessen eine höhere Flexibilität des Arbeitsprozesses erreichbar ist.
Lösung
Die zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 12.
Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet ein Betonelement, das mindestens eine, an einer Messstelle in eine Betonmatrix des Betonelements eingegossene Messeinrichtung zur Erfassung mindestens eines Zustandsparameters des Betonelements aufweist. Die Messeinrichtung ist innerhalb der Betonmatrix positioniert und mithin nicht von einer Umgebung des Betonelements her unmittelbar zugänglich. Eine Positionierung der Messeinrichtung in der Betonmatrix kann insbesondere während einer Herstellung des Betonelements erfolgen, wobei die Messeinrichtung mittels mindestens eines Fixierelements an einer bestimmten Messstelle positioniert werden kann, an der die Messeinrichtung während der Herstellung des Betonelements verbleiben soll und sich sodann nach Fertigstellung des Betonelements innerhalb desselben befindet. Die Messeinrichtung kann beispielsweise dazu geeignet sein, eine innerhalb des Betonelements an der Messstelle auftretende Dehnung, eine an der Messstelle vorliegende Temperatur und/oder eine an der Messstelle wirkende Beschleunigung des Betonelements zu erfassen. Die Erfassung anderer Zustandsparameter des Betonelements ist selbstverständlich ohne Weiteres denkbar.
Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet:

a) Mittels der Messeinrichtung wird über eine Betriebszeit des Arbeitsprozesses hinweg eine Mehrzahl von Datensätzen betreffend den mindestens einen Zustandsparameter des Betonelements erfasst und an eine Auswerteinheit geleitet.
b) Mittels der Auswerteinheit wird unter Verwendung zumindest eines Teils der Datensätze mindestens eine Zustandsinformation des Arbeitsprozesses erzeugt.
c) Die Zustandsinformation wird dazu verwendet, mindestens einen Arbeitsparameter des Arbeitsprozesses zu bestimmen und/oder zu verändern.

Die Betriebszeit, über die hinweg Datensätze erfasst werden, kann insbesondere eine komplette Prozesszeit des Arbeitsprozesses sein. Mit anderen Worten ist es vorteilhaft, wenn mittels der Messeinrichtung fortwährend über den gesamten Arbeitsprozess hinweg Datensätze erfasst werden, vorzugsweise mit einer konstanten Frequenz.
Die Leitung der Datensätze an mindestens eine Auswerteinheit kann sowohl kabelgebunden als auch kabellos erfolgen. Da die Messeinrichtung in die Betonmatrix des Betonelements eingebettet ist, ist insbesondere eine kabellose Datenübertragung vorteilhaft. Gleichwohl ist es ebenso denkbar, dass mindestens eine Datenleitung ausgehend von der an der Messstelle befindlichen Messeinrichtung zu einer Oberfläche des Betonelements geführt ist, sodass eine kabelgebundene Datenübertragung zwischen einer außerhalb des Betonelements vorliegenden Auswerteinheit und der Messeinrichtung stattfinden kann. Auch ist es grundsätzlich denkbar, dass mindestens eine Auswerteinheit innerhalb des Betonelements angeordnet ist, insbesondere ebenfalls an der Messstelle. Hierbei ist es denkbar, dass die Messeinrichtung und eine zugehörige Auswerteinheit baulich zusammengefasst sind.
Die Auswerteinheit kann insbesondere mindestens einen Datenspeicher umfassen, mittels dessen Informationen speicherbar sind. Weiterhin ist es denkbar, dass auf dem Datenspeicher mindestens eine Auswertlogik hinterlegt ist, mittels der eine Auswertung der den mindestens einen Zustandsparameter betreffenden Datensätze erfolgen kann. Auch ist es denkbar, dass zwecks Dokumentation des Arbeitsprozesses fortwährend zumindest ein Teil der erfassten Datensätze auf dem Datenspeicher gespeichert wird, vorteilhafterweise unter Verwendung eines jeweils zugehörigen Zeitstempels. Auf diese Weise ist der Arbeitsprozess im Nachhinein lückenlos nachvollziehbar. Ferner ist es möglich, die Erzeugung der Zustandsinformation in Abhängigkeit von der zeitlichen Entwicklung des jeweiligen Arbeitsprozesses vorzunehmen. Die zur Erzeugung der Zustandsinformation herangezogen Datensätze können mithin von verschiedenen Zeitpunkten des Arbeitsprozesses stammen.
Der mindestens eine Arbeitsparameter, kann insbesondere mittels der Auswerteinheit bestimmt und/oder verändert werden. Ferner ist eine Übermittlung des Arbeitsparameters an mindestens ein Arbeitselement des Arbeitsprozesses, beispielsweise einen Antrieb einer Bewegungseinrichtung, denkbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat viele Vorteile. Insbesondere bietet es eine zusätzliche Möglichkeit, einen Ist-Prozesszustand des jeweiligen Arbeitsprozesses zu überwachen. Dies erfolgt mittelbar mittels der Erfassung mindestens eines Zustandsparameters des im Rahmen des Arbeitsprozesses verwendeten Betonelements, in das die Messeinrichtung eingegossen ist. Auf diese Weise ist es möglich, während des laufenden Arbeitsprozesses über den Weg der Erfassung eines Zustandsparameters des Betonelements letztlich einen Arbeitsparameter des Arbeitsprozesses zu bestimmen. Dies wird anhand des folgenden Beispiels erläutert:
Der Arbeitsprozess besteht in diesem Beispiel in der Zuführung von Prozessteilen, die an einer Ausgangsposition liegen, zu einer Bearbeitungsmaschine, der Bearbeitung des jeweiligen Prozessteils mittels der Bearbeitungsmaschine und schließlich der Bewegung des bearbeiteten Prozessteils von der Bearbeitungsmaschine zu einer Endposition. Der Arbeitsprozess ist ein Teil eines übergeordneten Arbeitsprozesses zur Verarbeitung der Prozessteile. Die Bewegung des Prozessteils von der Ausgangsposition zu der Bearbeitungsmaschine sowie ausgehend von der Bearbeitungsmaschine zu der Endposition erfolgt mittels eines beweglichen Fahrständers, an dem eine Greifeinrichtung zur Greifung des Prozessteils angeordnet ist. Der Fahrständer verfügt über eine vertikal orientierte Stütze, die von dem Betonelement gebildet ist. Der Fahrständer ist mittels einer Bewegungseinrichtung, die insbesondere eine Schienenführung umfasst, auf eine Maschinenbett beweglich. In das Betonelement ist eine Messeinrichtung eingegossen, die insbesondere dazu geeignet ist, an der Messstelle eine in dem Betonelement auftretende Dehnung zu erfassen.
Sobald nunmehr mittels der Greifeinrichtung des Fahrständers ein Prozessteil gegriffen und angehoben wird, lastet die Gewichtskraft des Prozessteils an dem Fahrständer. Dies führt zu einer Verformung des Betonelements, mittels dessen die auf den Fahrständer einwirkenden Kräfte in das Maschinenbett abgetragen werden. Anhand der Erfassung von Daten, die den Zustandsparameter „Dehnung“ betreffen, ist es unter Verwendung der Auswerteinheit möglich, eine Zustandsinformation zu erzeugen. Diese kann insbesondere darin bestehen, dass auf die an der Greifeinrichtung wirkende Gewichtskraft, die durch das Prozessteil bedingt ist, rückgeschlossen wird. Für die Erzeugung dieser Zustandsinformation wird als eine Eingangsgröße der jeweilige Datensatz verwendet, der den Zustandsparameter „Dehnung“ betrifft. Hierbei ist es ohne Weiteres denkbar, dass eine Reihe weiterer Eingangsparameter herangezogen wird, um die jeweilige Zustandsinformation zu ermitteln. Bei dem geschilderten Beispiel kann dies insbesondere eine Position der Greifeinrichtung relativ zu dem Betonelement sein. Der Fahrständer kann entsprechend zusätzlich zu der in das Betonelement eingegossenen Messeinrichtung mit weiterer Sensorik ausgestattet sein.
Basierend auf der Zustandsinformation „wirkende Gewichtskraft“ besteht nunmehr die Möglichkeit, festzustellen, welches Prozessteil mittels der Greifeinrichtung gegriffen ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen bestimmten Typ von Prozessteil aus einer vorgegebenen Auswahl an Prozessteil in handeln. Das Prozessteil bildet hierbei den Arbeitsparameter, der unter Verwendung der Zustandsinformation bestimmt wird.
Dieser Arbeitsparameter kann sodann für den Arbeitsprozess dahingehend verwendet werden, dass der Fahrständer eine bestimmte Bearbeitungsmaschine oder eine bestimmte Stelle der einen Bearbeitungsmaschine ansteuert, um das jeweilige Prozessteil bestimmungsgemäß bearbeiten zu können. Bei einem folgenden Umlauf kann ein anderes Prozessteil gegriffen werden, das gleichermaßen in der geschilderten Weise bestimmt wird, woraufhin der Fahrständer das jeweilige Prozessteil an eine abweichende Position liefert. Der beschriebene beispielhafte Arbeitsprozess veranschaulicht, auf welche Weise das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Mehrzahl verschiedener Prozessteile flexibel umgehen kann.
Ein weiteres Szenario zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst einen Arbeitsprozess, bei dem Prozessteile reduzierend bearbeitet werden, insbesondere mittels Fräsens. Eine jeweilige Fräseinrichtung, mittels der ein Prozessteil bearbeitet wird, ist beweglich ausgebildet, wobei die Fräseinrichtung an einem beweglichen Betonelement gelagert ist. Die in diesem Fall in das Betonelements eingegossene Messeinrichtung ist dazu geeignet, an der jeweiligen Messstelle innerhalb der Betonmatrix eine Temperatur des Betonelements zu erfassen. Der Zustandsparameter „Temperatur“ wird dazu verwendet, mittels der Auswerteinheit die Zustandsinformation „Streckung/Stauchung“ des Betonelements zu bestimmen. Hierbei wird berücksichtigt, dass Beton einen Wärmedehnungskoeffizienten aufweist, wodurch das Betonelements in Gegenwart sich ändernder Temperaturen unterschiedliche äußere Abmessungen aufweist. Derartige Abweichungen können für eine feine Bearbeitung von Prozessteilen ausschlaggebend sein. Die erzeugte Zustandsinformation wird entsprechend dazu verwendet, die Steuerung der Fräseinrichtung dahingehend anzupassen, dass die Änderung der Abmessungen des Betonelements bei der Bearbeitung des jeweiligen Prozessteils kompensiert wird. Entsprechende Arbeitsparameter der Fräseinrichtung, die folglich auch Arbeitsparameter des Arbeitsprozesses sind, werden dementsprechend verändert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mittels der Messeinrichtung Datensätze betreffend eine Mehrzahl von Zustandsparametern erfasst, die sich voneinander unterscheiden. Insbesondere ist es denkbar, dass als Zustandsparameter

- eine Temperatur des Betonelements;
- eine mechanische Dehnung des Betonelements;
- eine mechanische Spannung des Betonelements;
- eine Beschleunigung des Betonelements; und/oder
- eine Lage des Betonelements

Als Arbeitsparameter des Arbeitsprozesses, die bestimmt und/oder verändert werden, kommen insbesondere die Folgenden infrage:

- eine Art eines zu verarbeitenden Prozessteils;
- eine Masse eines zu verarbeitenden Prozessteils;
- ein Zustand eines zu verarbeitenden Prozessteils;
- eine Position des Betonelements im Raum;
- eine Bewegung des Betonelements;
- eine Bewegung eines Maschinenteils, mittels dessen das Betonelement gelagert ist; oder
- eine Bewegung eines Maschinenteils, das an dem Betonelement gelagert ist.

Weiterhin ist ein solches Verfahren vorteilhaft, bei dem die Bestimmung mindestens eines Arbeitsparameters darin besteht, mindestens ein Prozessteil und/oder mindestens eine Eigenschaft eines Prozessteils zu bestimmen, das unter Verwendung des Betonelements verarbeitet wird. Ein entsprechendes Beispiel ist vorstehend angeführt, bei dem in Abhängigkeit einer mittelbar auf das Betonelement einwirkenden Gewichtskraft bestimmt wird, welcher Typ von Prozessteil an dem Betonelement gelagert ist.
Weiterhin kann ein solches Verfahren von Vorteil sein, bei dem die Veränderung mindestens eines Arbeitsparameters darin besteht, eine Position eines unter Verwendung des Betonelements verarbeiteten Prozessteils zu verändern. Ein solches Vorgehen kann beispielsweise bei dem vorgenannten Beispiel sinnvoll sein, bei dem eine Temperaturbeeinflussung zu Veränderungen von Abmessungen des Betonelements führt, die es sodann zu kompensieren gilt.
Das erfindungsgemäße Verfahren weiter ausgestaltend wird der mindestens eine Arbeitsparameter dazu verwendet, einen Ist-Prozesszustand des Arbeitsprozesses zu erfassen, wobei vorzugsweise im Falle einer Abweichung des Ist-Prozesszustands von einem Soll-Prozesszustand eine Mitteilung abgesetzt und/oder eine Korrektur des Ist-Prozesszustands in Richtung des Soll-Prozesszustands vorgenommen wird. Somit bietet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, den Ist-Prozesszustand des jeweiligen Arbeitsprozesses fortwährend zu überwachen und im Falle von Abweichungen von einem vorgegebenen Soll-Prozesszustand entsprechend zu reagieren.
Beispielsweise ist es denkbar, dass mittels der Messeinrichtung eine ungewöhnlich hohe Vibration eines mittels einer Bewegungseinrichtung angetriebenen Betonelements festgestellt wird, die beispielsweise auf eine Wartungsbedürftigkeit der Bewegungseinrichtung oder sonstige hinderlich Umstände hinweisen können. In diesem Fall bestünde der Zustandsparameter in einer Beschleunigung des Betonelements an seiner Messstelle, die beispielsweise mittels eines Beschleunigungssensors der Messeinrichtung erfasst werden kann. Unter Verwendung dieses Zustandsparameters wird die Zustandsinformation erzeugt, dass das Betonelement einer Vibration unterliegt. Diese Zustandsinformation kann wiederum beispielsweise dazu genutzt werden, den Arbeitsparameter „Antriebsgeschwindigkeit der Bewegungseinrichtung“, mit der das Betonelement bewegt wird, zu reduzieren, um eine Reduktion der Vibrationen zu erzielen. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass automatisiert eine Warnung ausgegeben wird, die einen Betreiber des Arbeitsprozesses über die erhöhte Vibration informiert, sodass gegebenenfalls Wartungsarbeiten vorgenommen werden können. Auf diese Weise ist langfristig einem übermäßigen Verschleiß der einem Arbeitsprozess beteiligten Arbeitselemente vorgebeugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ferner dann besonders vorteilhaft, wenn der Arbeitsprozess eine Bewegung des mindestens einen Betonelements mittels einer Bewegungseinrichtung sowie eine Bewegung mindestens eines Prozessteils unter Verwendung des Betonelements von einer Ausgangsposition zu einer Endposition umfasst. Hiervon zu unterscheiden ist ein Betonelement, das in Form eines in sich ruhenden, sich nicht planmäßig beweglichen Lagers ausgebildet ist, das beispielsweise in Form eines Maschinenbetts. Dabei ist es selbstverständlich denkbar, dass ein und derselbe Arbeitsprozess mehrere Betonelemente umfasst, die jeweils mit einer eingegossenen Messeinrichtung ausgestattet sind. Die Betonelemente können derart verschieden ausgebildet sein, dass mindestens eines der Betonelemente mittels einer Bewegungseinrichtung beweglich ist, während das andere Betonelement als ruhendes Betonelement ausgebildet ist.
Sofern das Betonelement von einem beweglichen Betonelement gebildet ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn es von einer beweglichen Stütze oder einer beweglichen Traverse gebildet ist. Ein derartiges Betonelement ist besonders gut geeignet, im Rahmen eines Arbeitsprozesses Prozessteile von einer Ausgangsposition zu einer Endposition zu bewegen.
Figurenliste
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt:

1: Einen horizontalen Querschnitt durch eine Schalung für die Herstellung eines Betonelements,
2: Einen vertikalen Querschnitt durch die Schalung gemäß 1,
3: Der Querschnitt gemäß 2, wobei die Schalung mit Beton gefüllt ist,
4: Eine Ansicht eines in einen erfindungsgemäßen Arbeitsprozess eingebundenen Betonelements und
5: Eine weitere Ansicht des Betonelements gemäß 4.

Ein Ausführungsbeispiel, das in den 1 bis 5 gezeigt ist, befasst sich mit einem erfindungsgemäßen Arbeitsprozess, der unter Verwendung eines Betonelements 1 durchgeführt wird. Das Betonelement 1 ist in dem gezeigten Beispiel von einem beweglichen Fahrständer gebildet, der mittels einer Bewegungseinrichtung 9 auf einem Maschinenbett 10 beweglich gelagert ist. An einer innerhalb einer Betonmatrix 3 des Betonelements 1 angeordneten Messstelle 2 befindet sich eine Messeinrichtung 4, die entsprechend in die Betonmatrix 3 eingegossen ist. Zwecks Eingießens der Messeinrichtung 4 in das Betonelement 1 wird im Zuge der Herstellung desselben die Messeinrichtung 4 mittels einer Mehrzahl von Fixierelementen 13 an der vorgesehenen Messstelle 2 positioniert. Dies ist besonders gut anhand der 1 und 2 erkennbar. Eine äußere Kontur des herzustellenden Betonelements 1 ist mittels einer Schalung 11 definiert, die aus einer Mehrzahl von Schalungselementen 12 gebildet ist. Die Schalungselemente 12 sind untereinander in Kraft übertragender Weise verbunden, sodass sie einen hydrostatischen Druck, den der zum Zeitpunkt des Einfüllens in die Schalung 11 noch fließfähige Beton ausübt, abtragen können. Die Schalung 11 wird sodann mit dem fließfähigen Beton befüllt, sodass die Messeinrichtung 4 an der Messstelle 2 in die Betonmatrix 3 eingegossen wird. Dies ergibt sich besonders gut anhand der Darstellung gemäß 3. Der Beton ist hier von einem Ultrahochfesten Beton gebildet und weist als solcher in diesem Beispiel eine Druckfestigkeit von ca. 125 N/mm² und einen w/z-Wert von kleiner 0,25 auf.
Ein auf diese beispielhafte Weise hergestelltes Betonelement 1 ist nunmehr dazu geeignet, in dem erfindungsgemäßen Arbeitsprozess zur Anwendung zu kommen. Der hier beispielhaft veranschaulichte Arbeitsprozess umfasst eine Bewegung des Betonelements 1 mittels der Bewegungseinrichtung 9 auf dem Maschinenbett 10. Hierzu umfasst die Bewegungseinrichtung 9 eine Fahrschiene 19, entlang der das Betonelement 1 unter Verwendung eines Antriebs 18 bewegbar ist. An einer Seite des Betonelements 1 befindet sich ein Maschinenteil 8, das hier von einem Ausleger gebildet ist. An diesem Ausleger ist wiederum eine Greifeinrichtung 14 angeordnet, die über eine Greifzange 15 zur Greifung von Prozessteilen 6 geeignet ist. Letztere sind in dem gezeigten Beispiel von lang gestreckten Zylindern gebildet. Das Maschinenteil 8 ist mittels einer vertikal an einer Seitenfläche des Betonelements 1 orientierten Fahrschiene 20 auf und ab bewegbar. Das Maschinenteil 8 wirkt mit einem Antrieb 17 zusammen. Ferner ist Greifeinrichtung 14 mittels eines Antriebs 16 in horizontale Richtung entlang einer Fahrschiene 21 an dem Maschinenteil 8 gelagert. Die auf diese Weise geschaffenen, insgesamt drei Freiheitsgrade, nämlich die Bewegung des Betonelements 1 entlang der Fahrschiene 19, die Bewegung des Maschinenteils 8 entlang der Fahrschiene 20 und die Bewegung entlang der Greifeinrichtung 14 entlang der Fahrschiene 21, ermöglicht einen besonders einfachen Transport von Prozessteilen 6 von einer Ausgangsposition zu einer Endposition.
Die Messeinrichtung 4 ist in dem gezeigten Beispiel von einem in die Betonmatrix 3 eingegossenen Tragquader gebildet, der mit einer Mehrzahl von Sensoren ausgestattet ist. In dem gezeigten Beispiel umfasst die Messeinrichtung 4 insbesondere insgesamt sechs Dehnungsmessstreifen, mittels derer Dehnungen des Betonelements 1 in allen drei Raumebenen erfasst werden können. Ferner umfasst die Messeinrichtung 4 einen Temperatursensor, mittels dessen eine Temperatur des Betonelements 1 an der Messstelle 2 erfassbar ist. Schließlich umfasst die Messeinrichtung 4 in dem gezeigten Beispiel eine Mehrzahl von Beschleunigungssensoren, die einen Beschleunigungszustand des Betonelements 1 an der Messstelle 2 erfassen können.
Während einer Betriebszeit des Arbeitsprozesses werden mittels der Messeinrichtung 4 fortwährend Datensätze betreffend verschiedene Zustandsparameter des Betonelements 1 erfasst. Die Erfassung dieser Datensätze erfolgt in dem gezeigten Beispiel mit einer Frequenz von 2000 Hz. Als Zustandsparameter werden - entsprechend den an der Messeinrichtung 4 vorhandenen Sensoren - Dehnungen, die Temperatur und Beschleunigungen erfasst. Die zugehörigen Datensätze werden sodann an eine außerhalb des Betonelements 1 angeordnete Auswerteinheit 5 geleitet. Dies erfolgt in dem gezeigten Beispiel mittels einer kabellosen Datenübertragung. Mittels der Auswerteinheit 5, die insbesondere von einer Datenverarbeitungsanlage gebildet sein kann, werden die erfassten Datensätze zumindest teilweise herangezogen, um mindestens eine Zustandsinformation des Arbeitsprozesses zu erzeugen. Die Erzeugung der Zustandsinformation basiert dabei typischerweise nicht ausschließlich auf den genannten Datensätzen, sondern zieht zudem weitere Maschinendaten mit ein, die beispielsweise von den Antrieben 16, 17, 18 oder sonstigen Arbeitselementen des Arbeitsprozesses stammen können. Eine Erzeugung der Zustandsinformation ausschließlich basierend auf einem oder mehreren Zustandsparametern des Betonelements 1 ist gleichwohl ebenfalls denkbar. Schließlich wird die mindestens eine Zustandsinformation dazu verwendet, mindestens einen Arbeitsparameter des Arbeitsprozesses zu bestimmen und/oder zu verändern.
In dem gezeigten Beispiel wird als Arbeitsparameter der Typ des jeweils gegriffenen Prozessteils 6 bestimmt. Hierzu wird mittels der Messeinrichtung 4 fortwährend der Zustandsparameter „Dehnung“ des Betonelements 1 erfasst. Streng genommen handelt es sich hierbei um eine Mehrzahl von Zustandsparametern, da die Dehnungen - wie vorstehend beschrieben - in verschiedenen Richtungen und verschiedenen Ebenen erfasst werden. Im Zuge des Greifens eines Prozessteils 6 sowie eines Anhebens desselben wird dessen Gewichtskraft, die proportional zu einer Länge 7 des Prozessteils 6 ist, fortan über die Greifeinrichtung 14 in das Maschinenteil 8 und schließlich in das Betonelement 1 eingeleitet. Letzteres trägt die Gewichtskraft in das Maschinenbett 10 ab. Infolge der Gewichtskraft des Prozessteils 6 erfährt das Betonelement 1 eine Dehnung, die insbesondere infolge eines auf das Betonelement 1 wirkenden Drehmoments bedingt ist. Dieses ergibt sich zu dem Produkt aus der Gewichtskraft des Prozessteils 6 und einem Hebelarm bezogen auf das Betonelement 1. Dabei versteht es sich, dass die mittels der Messeinrichtung 4 erfassten Dehnungen des Betonelements 1 an der Messstelle 2 umso größer sind, desto größer die Masse des Prozessteils 6 ist. Entsprechend ist es möglich, anhand der erfassten Dehnungen die Zustandsinformation „Masse des Prozessteils 6“ zu erzeugen. Da letztere unmittelbar mit der Länge 7 des Prozessteils 6 zusammenhängt (vorausgesetzt die Durchmesser verschiedener Prozessteil 6 sind immer gleich), lässt sich diese Zustandsinformation folglich dazu verwenden, zu bestimmen, welcher Typ von Prozessteil 6 mittels der Greifeinrichtung 14 gegriffen ist. Hierin ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung die Bestimmung eines Arbeitsparameters zu sehen.
Um die beschriebene Verfahrenskette ausgehend von den Zustandsparametern bis hin zur Bestimmung mindestens eines Arbeitsparameters ausführen zu können, werden in dem gezeigten Beispiel der Auswerteinheit 5 eine Reihe weiterer Daten zur Verfügung gestellt, die hier insbesondere eine Stellung der Greifeinrichtung 14 relativ zu dem Betonelement 1 sowie eine Stellung des Maschinenteils 8 relativ zu dem Betonelement 1 betreffen.
Der in den Figuren dargestellte Arbeitsprozess ist ferner dann besonders vorteilhaft, wenn mehrere Betonelemente 1 mit einer eingegossene Messeinrichtung 4 ausgestattet sind. Entsprechend ist in dem gezeigten Beispiel neben dem Betonelement 1 ferner das Maschinenbett 10 mit einer Messeinrichtung 4 ausgestattet. Das Maschinenbett 10, das hier ebenfalls von einem Betonelement aus UHPC gebildet ist, stellt ein in sich ruhendes Lager dar, das insbesondere nicht mittels einer Bewegungseinrichtung bewegbar ist. Mittels der Messeinrichtung 4 erfasste Zustandsparameter des Maschinenbetts 10 verändern sich bei dem gezeigten Beispiel insbesondere infolge einer Bewegung des Betonelements 1 entlang seiner Fahrschiene 19.
Entsprechend ist es denkbar, anhand des Zustandsparameters „Dehnung“, der an der Messstelle 2 der in das Maschinenbett 10 eingegossene Messeinrichtung 4 erfasst wird, die Zustandsinformation einer auf das Maschinenbett 10 einwirkenden statischen Gewichtskraft sowie gegebenenfalls Kräfte infolge dynamischer Belastung zu erzeugen, unter deren Verwendung der Arbeitsparameter „Position des Betonelements 1 auf dem Maschinenbett“ bestimmt werden kann. Auch können mittels der Messeinrichtung 4 des Maschinenbetts 10 besonders gut Vibrationen festgestellt werden, die infolge einer Bewegung des Betonelements 1 auftreten. Hierbei werden als Zustandsparameter Beschleunigungen an der Messstelle 2 in der Betonmatrix 3 des Maschinenbetts 10 erfasst, anhand derer als Zustandsinformation ein Beschleunigungszustand des Maschinenbetts 10 erzeugt wird. Anhand dieses Beschleunigungszustands lässt sich bestimmen, ob der Arbeitsprozess innerhalb zuvor definierter Parameter betrieben wird. Sofern dem nicht so ist, kann beispielsweise der Arbeitsparameter „Fahrgeschwindigkeit des Betonelements 1 entlang der Fahrschiene 19“ verändert werden. Auf diese Weise ist es denkbar, einen Ist-Prozesszustand in Richtung eines vorgegebenen Soll-Prozesszustands zu verändern.
Bezugszeichenliste

1: Betonelement
2: Messstelle
3: Betonmatrix
4: Messeinrichtung
5: Auswerteinheit
6: Prozessteil
7: Länge
8: Maschinenteil
9: Bewegungseinrichtung
10: Maschinenbett
11: Schalung
12: Schalungselement
13: Fixierelement
14: Greifeinrichtung
15: Greifzange
16: Antrieb
17: Antrieb
18: Antrieb
19: Fahrschiene
20: Fahrschiene
21: Fahrschiene

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Arbeitsprozesses, der Arbeitsprozess umfassend mindestens ein Betonelement (1), das mindestens eine, an einer Messstelle (2) in eine Betonmatrix (3) des Betonelements (1) eingegossene Messeinrichtung (4) zur Erfassung mindestens eines Zustandsparameters des Betonelements (1) aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: a) Mittels der Messeinrichtung (4) wird über eine Betriebszeit des Arbeitsprozesses hinweg eine Mehrzahl von Datensätzen betreffend den mindestens einen Zustandsparameter des Betonelements (1) erfasst und an eine Auswerteinheit (5) geleitet. b) Mittels der Auswerteinheit (5) wird unter Verwendung zumindest eines Teils der Datensätze mindestens eine Zustandsinformation des Arbeitsprozesses erzeugt. c) Die Zustandsinformation wird dazu verwendet, mindestens einen Arbeitsparameter des Arbeitsprozesses zu bestimmen und/oder zu verändern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datensätze periodisch erfasst werden, vorzugsweise mit einer konstanten Frequenz.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (4) Datensätze betreffend eine Mehrzahl von Zustandsparametern erfasst, wobei sich die Zustandsparameter voneinander unterscheiden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung mindestens eines Arbeitsparameters darin besteht, mindestens ein Prozessteil (6) und/oder mindestens eine Eigenschaft eines Prozessteils (6) zu bestimmen, das unter Verwendung des Betonelements (1) verarbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung mindestens eines Arbeitsparameters darin besteht, eine Position eines unter Verwendung des Betonelements (1) verarbeiteten Prozessteils (6) zu verändern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Zustandsinformation und/oder der mindestens eine Arbeitsparameter dazu verwendet wird, einen Ist-Prozesszustand des Arbeitsprozesses zu verfolgen, wobei vorzugsweise im Falle einer Abweichung des Ist-Prozesszustands von einem Soll-Prozesszustand eine Mitteilung abgesetzt und/oder eine Korrektur des Ist-Prozesszustands in Richtung des Soll-Prozesszustands vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsparameter gebildet ist von - einer Temperatur des Betonelements (1); - einer mechanischen Dehnung des Betonelements (1); - einer mechanischen Spannung des Betonelements (1); - einer Beschleunigung des Betonelements (1); und/oder - einer Bewegung des Betonelements (1) an der Messstelle.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsparameter des Arbeitsprozesses gebildet ist von - einer Art eines zu verarbeitenden Prozessteils (6); - einer Masse eines zu verarbeitenden Prozessteils (6); - einem Zustand eines zu verarbeitenden Prozessteils (6); - einer Position des Betonelements (1) im Raum; - einer Bewegung des Betonelements (1); - einer Bewegung eines Maschinenteils, mittels dessen das Betonelement (1) gelagert ist; oder - einer Bewegung eines Maschinenteils (8), das an dem Betonelement (1) gelagert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der mindestens einen Zustandsinformation neben den Datensätzen betreffend den mindestens einen Zustandsparameter mindestens ein Datensatz betreffend einen Zustandsparameter mindestens eines weiteren Arbeitselements des Arbeitsprozesses verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsprozess eine Bewegung des mindestens einen Betonelements (1) mittels einer Bewegungseinrichtung (9) sowie eine Bewegung mindestens eines Prozessteils (6) unter Verwendung des Betonelements (1) von einer Ausgangsposition zu einer Endposition umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Betonelement (1) von einer beweglichen Stütze oder einer beweglichen Traverse gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsprozess eine Bewegung mindestens eines Prozessteils (6) umfasst, wobei das Betonelement (1) in Form eines ruhenden Lagers für den Arbeitsprozess ausgebildet ist, vorzugsweise von einem Maschinenbett (10).