DE102019208921A1 - Method and device for arranging process stations of a production facility - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Anordnen von Prozessstationen (1, 2, 3, 4) einer Produktionseinrichtung,gekennzeichnet durch folgende Merkmale:- eine initiale Anordnung der Prozessstationen (1, 2, 3, 4) wird vorgenommen (11),- die Anordnung wird zu einer neuen Anordnung (17) umgebildet (12),- die neue Anordnung (17) wird auf Randbedingungen der Produktionseinrichtung geprüft (13) und- die Anordnung wird solange umgestaltet (18), bis eine aktuelle Anordnung (19) die Randbedingungen erfüllt.Method for arranging process stations (1, 2, 3, 4) of a production facility, characterized by the following features: - an initial arrangement of the process stations (1, 2, 3, 4) is carried out (11), - the arrangement becomes a new one Arrangement (17) transformed (12), - the new arrangement (17) is checked for boundary conditions of the production facility (13) and - the arrangement is redesigned (18) until a current arrangement (19) meets the boundary conditions.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anordnen von Prozessstationen einer Produktionseinrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium.The present invention relates to a method for arranging process stations of a production facility. The present invention also relates to a corresponding device, a corresponding computer program and a corresponding storage medium.
Stand der TechnikState of the art
Auf dem Gebiet der Werkzeugmaschinen sowie des Anlagenbaus werden Mehrmaschinensysteme zur Bearbeitung von Werkstücken in einzelnen Bearbeitungs- oder Prozessstationen (palettes) unter dem Sammelbegriff der flexiblen Fertigungssysteme (FFS; flexible manufacturing systems, FMS) zusammengefasst.In the field of machine tools and plant construction, multi-machine systems for machining workpieces in individual machining or process stations (palettes) are summarized under the collective term of flexible manufacturing systems (FFS; flexible manufacturing systems, FMS).
In
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Anordnen von Prozessstationen einer Produktionseinrichtung, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.The invention provides a method for arranging process stations of a production facility, a corresponding device, a corresponding computer program and a corresponding storage medium according to the independent claims.
Der vorgeschlagene Ansatz fußt auf der Erkenntnis, dass die Anordnung (layout) mehrerer nicht ortsgebundener Prozesseinheiten innerhalb einer flexiblen Produktionsmaschine herkömmlicherweise von Experten festgelegt wird. Da mehrere Faktoren, wie beispielsweise Arbeitsbereiche von Robotern oder auch Störkonturen von Prozesseinheiten, beachtet werden müssen, ist diese Optimierung sehr zeitaufwendig. Außerdem führt diese Optimierung oftmals nicht zu einem möglichen Maximum der Taktzeitoptimierung.The proposed approach is based on the knowledge that the arrangement (layout) of several non-location-specific process units within a flexible production machine is conventionally determined by experts. Since several factors, such as working areas of robots or interfering contours of process units, have to be taken into account, this optimization is very time-consuming. In addition, this optimization often does not lead to a possible maximum of the cycle time optimization.
Ein Aspekt der Erfindung besteht vor diesem Hintergrund darin, durch KI-basierte Layoutoptimierung im Vergleich zum manuellen Ansatz Verbesserungen für die Optimierung der nicht ortsgebundenen Prozessstationen innerhalb einer Produktionseinrichtung hinsichtlich der Taktzeit und etwaiger Störkonturen zu realisieren.Against this background, one aspect of the invention consists in implementing improvements for the optimization of the non-location-bound process stations within a production facility with regard to the cycle time and any interference contours using AI-based layout optimization compared to the manual approach.
Ein Vorzug dieser Lösung liegt in der Schaffung einer wandlungsfähigen und flexiblen Produktionsmaschine zur Realisierung einer Taktzeitoptimierung und Kollisionsvermeidung.One advantage of this solution is the creation of a versatile and flexible production machine for the implementation of cycle time optimization and collision avoidance.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Grundgedankens möglich.The measures listed in the dependent claims enable advantageous developments and improvements of the basic idea specified in the independent claim.
FigurenlisteFigure list
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 das Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform. -
2 die Ausgangspositionen der Prozessstationen im Arbeitsraum des Roboters. -
3 ein mögliches Ergebnis der vorgeschlagenen Kl-basierten Layoutoptimierung (Konfiguration in einer Linie). -
4 die zur Vermeidung einer Arbeitsraumüberschreitung angepasste Anordnung. -
5 eine Abstraktion der Prozessstationskontur im Hinblick auf mögliche Kollisionen. -
6 eine Umbildung durch Rotation oder parallele Verschiebung einer Prozessstation. -
7 eine Arbeitsstation gemäß einer zweiten Ausführungsform.
-
1 the flow chart of a method according to a first embodiment. -
2 the starting positions of the process stations in the working area of the robot. -
3 a possible result of the proposed Kl-based layout optimization (configuration in one line). -
4th the arrangement adapted to avoid exceeding the working space. -
5 an abstraction of the process station contour with regard to possible collisions. -
6th a transformation by rotation or parallel displacement of a process station. -
7th a workstation according to a second embodiment.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Im Rahmen der folgenden Ausführungen gelte die Annahme, dass sämtliche Störkonturen von Prozessstationen und anderen Elementen bekannt sind. Diese können beispielsweise als 3D-CAD-Modell oder abstrahiert als Kollisionsrichtung vorliegen. Des Weiteren ist ein vollständiges Modell der verwendeten Roboterkinematik wünschenswert. Um valide Ergebnisse der Optimierung zu erhalten, ist es weiterhin zielführend, eine Beschreibung der Umgebungslimitierungen oder des manipulierten Bauteils zur Verfügung zu stellen.In the context of the following statements, the assumption applies that all interfering contours of process stations and other elements are known. These can be available, for example, as a 3D CAD model or abstracted as the collision direction. A complete model of the robot kinematics used is also desirable. In order to obtain valid results of the optimization, it is also expedient to provide a description of the environmental limitations or the manipulated component.
Ausgehend von diesen Annahmen illustriert
In einem ersten Schritt (Prozess
In einem zweiten Schritt (Prozess
In einem dritten Schritt (Prozess
- 1. den Arbeitsraum (
20 ,30 ,40 ) des Industrieroboters. Dies hängt mit der Beschränkung des verfügbaren Platzes zusammen, um diese Prozessstationen (1 ,2 ,3 ,4 ) zu finden. So ist beispielsweise die zuvor beschriebene einzeilige Anordnung im Anwendungsfall gemäß4 nicht passend. - 2. den kollisionsfreien Bewegungspfad des Industrieroboters. Dies hängt mit der Ausführungstrajektorie des Roboters beim Wechsel von einer Prozessstation (
1 ,2 ,3 ,4 ) zur anderen zusammen, um zu prüfen, ob er mit statischen Hindernissen oder anderen Prozessstationen (1 ,2 ,3 ,4 ) kollidiert. Vorteilhafterweise wird eine solche Überprüfung in der physikbasierten Simulation durchgeführt, die die Bewegung des Roboters innerhalb seines Arbeitsraumes (20 ,30 ,40 ) anhand der aktuellen Anordnung simuliert. - 3. den Zeitbedarf für die Bearbeitung durch den Industrieroboter, also die Ausführungszeit des Roboters beim Wechsel von einer Prozessstation (
1 ,2 ,3 ,4 ) zur anderen. Dies ist wichtig, wenn die Distanz in der Ebene nicht widerspiegelt, wie schnell jede Fertigkeit aufgrund der dynamischen Einschränkungen des Roboters erreicht werden kann.
- 1. the work area (
20th ,30th ,40 ) of the industrial robot. This is due to the limitation of the space available to these process stations (1 ,2 ,3 ,4th ) to find. For example, the single-row arrangement described above is in accordance with the application4th not suitable. - 2. the collision-free movement path of the industrial robot. This depends on the execution trajectory of the robot when changing from a process station (
1 ,2 ,3 ,4th ) to the other to check whether he is dealing with static obstacles or other process stations (1 ,2 ,3 ,4th ) collided. Such a check is advantageously carried out in the physics-based simulation, which shows the movement of the robot within its working area (20th ,30th ,40 ) is simulated using the current arrangement. - 3. the time required for processing by the industrial robot, i.e. the execution time of the robot when changing from a process station (
1 ,2 ,3 ,4th ) to the other. This is important when the distance in the plane does not reflect how quickly each skill can be achieved due to the dynamic limitations of the robot.
Die ersten beiden genannten Randbedingungen sind vorzugsweise als obligatorische Anforderungen, die letzte Bedingung als optionale Anforderung zu betrachten. Sobald die Randbedingungen erfüllt sind, ist davon auszugehen, dass die aktuelle Anordnung (
In einem vierten Schritt (Prozess
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einer Arbeitsstation implementiert sein, wie die schematische Darstellung der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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Non-Patent Citations (3)
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Michalos, G. et al.: Decision making logic for flexible assembly lines reconfiguration. In: Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 37, 2016. pp. 233 - 250 * |
Ratiu, M. et al.: Industrial robot trajectory optimization - review. In MATEC Web of Conferences 126, 02005 (2017). DOI: 10.1051/matecconf/201712602005<https://www.researchgate.net/publication/320284531>(recherchiert am 19.02.2020 * |
Wikipedia: Cellular manufacturing.26.04.2019<https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Cellular_manufacturing&oldid=894238847>(recherchiert am 19.02.2020 * |
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