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Die Erfindung betrifft ein System, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum automatischen Generieren von Parametern zur Gruppierung von Behältern, insbesondere von Behältern eines Getränkebehälterstroms zu einer Gebindeanordnung und zur Anordnung von Gebindeanordnungen mit den Merkmalen des Oberbegriffs der unabhängigen Ansprüche.
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Üblicherweise werden die Behälter eines Getränkebehälterstroms in Gassen vorgeordnet und einer Verpackungsmaschine zugeführt, um sie damit als Gebinde zu verpacken. Bei den Behältern kann es sich beispielsweise zum Getränkebehälter oder dergleichen handeln, die einer oder mehreren Gassen jeweils als serieller Behälterstrom unmittelbar hintereinander transportiert und derart vorgeordnet mit der Verpackungsmaschine verarbeitet werden. Dazu werden die Behälter des Getränkebehälterstroms üblicherweise mit einem Lineartransporteur stehend transportiert und mit Führungselementen so auf die Gassen verteilt, dass sie darin jeweils als serielle Behälterströme vorliegen.
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Um eine störungsfreie Aufteilung der Behälter zu unterstützen, werden üblicherweise zusätzlich Rüttler oder Vibratoren eingesetzt, die verhindern sollen, dass im Eindrängelbereich der Führungselemente keine Verklemmung der Behälter stattfinden. Danach werden die Behälter der Getränkebehälterströme zu einer Gebindeanordnung umgeordnet, um diese danach einer Verpackungsmaschine zu zuführen. Beispielsweise können die als Gebindeanordnung umgeordneten Behälter mit der Verpackungsmaschine verknüpft werden, beispielsweise mit Kartonverpackungen oder als Schrumpfgebinde.
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Mit Gebindeanordnung kann eine Gruppe regelmäßig angeordneter Behälter gemeint sein. Beispielsweise kann die Rasteranordnung eines 6er-Packs mit 2x3 Behältern gemeint sein. Ebenso sind auch Rasteranordnung von 2x4, 3x3, 3x4, 3x5, 4x4, 4x5, 4x6 oder noch andere regelmäßige Raster, wie beispielsweise eine hexagonale Rasteranordnung denkbar.
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Üblicherweise erfolgt das Gruppieren der Gebinde nach vorgegebenen Lagengebilden. Dieses Lagengebilde oder Gebindeanordnung kann in einer Steuerungseinheit als Layout hinterlegt werden. Das Layout ist ein digitaler Datensatz, welcher in der Steuerungseinheit oder mittels eines separaten Computers erstellt wird und entsprechend den Behältertypen sowie der gewünschten Gebindeanordnung, als auch der erforderlichen Gebinde- oder Palettengröße oder ggf. sogar eines ganzen Lagenschemas anzupassen ist.
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Insbesondere kann ein solches Gruppieren von Behältern eines Behälterstroms mit einem oder einer Formation von Robotern erfolgen, welche aufgrund des hinterlegten Layouts derart von der Steuerungseinheit gesteuert werden, dass die Behälter im Gruppierungsbereich mit den Robotern zur erforderlichen Gebindeanordnung umgeordnet werden. Formschlüssige Präzessionsgreifer können die Gebinde sicher und exakt an ihre vorgesehene Position bringen.
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Ein solches Modular aufgebautes System mit einer Steuerung der einzelnen Systemelemente, einschließlich der Roboter oder Robotik zum Gruppieren und Umordnen der Behälter bzw. der Gebinde entsprechend einer erforderlichen oder hinterlegten Gebindeanordnung, ermöglicht einerseits eine hohe Gruppierleistung mit kurzen Zulaufstrecken zwischen Pack- und Palettiersystem mit bis zu mehreren hundert Lagen pro Stunde. Andererseits ist das Generieren der erforderlichen Parameter der Systemmodule und der Roboter sehr komplex, insbesondere aufgrund der Vielzahl der Möglichkeiten gewünschter Lage- und/oder Verpackungsparameter wie beispielsweise verschiedener Gebindegrößen, verschiedener Palettengrößen, verschiedener Lagenschemata der Behälter innerhalb eines Gebindes, die Behältergrößen, die Behälterquerschnitte oder Zusammenstellungen verschiedenartiger Behälter zu einem Gebinde.
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Üblicherweise werden diese Parameter manuell von einem erfahrenen Operator für jedes Bedienmodul einzeln festgelegter Parametervorgaben zusammengestellt. Dabei müssen vom Operator bestimmte Betriebsgrenzen bezüglich maximaler Kraft, Drehmoment, Achsmoment und anderen Belastungsgrenzen beachtet werden, um bei der Einstellung der Parameter keine Bewegungsabläufe der beladenen und unbeladenen Robotik zu generieren, deren Beschleunigungen und daraus resultierende Kräfte und Momente oberhalb der Systemgrenzen liegen. Wenn beispielsweise aufgrund von falsch gesetzten Parametern, eine zu hohe Massenzuladung und/oder zu hohe Beschleunigung eines Roboterarms durchgeführt wird, kann dies die Anlage beschädigen.
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Auch gegenseitige Kollisionen von mehreren bewegbaren Maschinenbauteilen und Roboterarmen muss verhindert werden, was bei hohen Geschwindigkeiten und der damit gegebenen Dynamik eine hohe Herausforderung ist.
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Um solche Schäden systematisch zu verhindern, werden Leistungsreserven in das System eingebaut, die im Normalbetrieb nicht ausgeschöpft werden. Dabei hat sich eine sogenannte „2-Sekunden-Regel“ etabliert, welche systemseitig eine Pause von 2 Sekunden nach einem Roboterzyklus setzt, um keine unbeabsichtigt hohe Beschleunigungswerte zu erreichen und mögliche Kollisionen zu verhindern. Während diese etablierten Maßnahmen zwar einen systemseitigen Schutz bieten, wird gleichzeitig jedoch die Effizienz des Systems herabgesetzt.
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Es besteht daher der Bedarf für verbesserte Pack- und/oder Palettiermaschinen und verbesserte Verfahren zum Konfigurieren von Pack- und/oder Palettiermaschinen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum automatisierten Generieren von Bewegungs- und Positionsparametern einer Pack- oder Palettiermaschine für Gebindeanordnungen gemäß Anspruch 1, eine Pack- oder Palettiermaschine für Gebindeanordnungen gemäß unabhängigen Pack- oder Palettiermaschinen-Anspruch und ein System gemäß dem unabhängigen Systemanspruch gelöst. Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Generieren von Bewegungs- und Positionsparametern einer Pack- oder Palettiermaschine für Gebindeanordnungen. Das Verfahren umfasst das Empfangen von Lagen- und/oder Verpackungsparametern an einer Benutzerschnittstelle. Die Benutzerschnittstelle kann beispielsweise mittels HMI, Computer, Laptop, Smartphone, Tablet oder ähnlichem aufgerufen werden. Die empfangenen Lagen- und/oder Verpackungsparameter können dann an einen Server übertragen werden. Alternativ können die Parameter aber auch lokal behalten werden und beispielsweise in der Maschine verarbeitet werden. Das Verfahren umfasst des Weiteren das Generieren von Parametern zur Steuerung der Pack- oder Palettiermaschine. Zum Generieren bzw. Berechnen der Parameter kann insbesondere ein digitaler Zwilling der Pack- oder Palettiermaschine verwendet werden. Dadurch können die berechneten Parameter durch eine Simulation anhand des digitalen Zwillings getestet und validiert werden. Die Parameter werden so generiert, dass die mittels den Parametern gesteuerte Packmaschine eine Verpackung für ein Gebinde entsprechend der Verpackungs- und/oder Lagenparameter erstellt oder die mittels den Parametern gesteuerte Palettiermaschine Gebinde entsprechend den Lagen- und/oder Verpackungsparametern anordnet. Die Lagenparameter und die Verpackungsparameter müssen nicht unbedingt getrennt voneinander betrachtet werden. Es ist auch möglich, dass insbesondere die Palettiermaschine die Verpackungsparameter in ihrem Betrieb berücksichtigt, bzw. dass die Verpackungsparameter bei der Konfiguration der Palettiermaschine berücksichtigt werden. Gleichermaßen ist es auch möglich, dass die Lagenparameter für die Palettiermaschine einen Einfluss bei der Konfiguration oder dem Betrieb der Packmaschine haben. Verpackungsparameter können Parameter für das Erzeugen einer Verpackung, wie beispielsweise Leimauftragslänge, Folientunneltemperatur abhängig von Foliendicke, usw. sein.
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Nach Abschluss der Berechnung der Parameter wird beispielsweise von dem Server ein Datensatz erhalten. Der Datensatz umfasst die generierten Parameter zur Steuerung der Pack- oder Palettiermaschine. Sobald die Parameter verfügbar sind, wird die Pack- oder Palettiermaschine basierend auf dem empfangenen Datensatz konfiguriert.
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Alternativ zur Berechnung (Generierung) der Parameter über einen digitalen Zwilling können diese beispielsweise durch eine Simulation mittels einer ähnlichen Vorrichtung berechnet werden.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform können die Parameter mittels einer Künstlichen Intelligenz berechnet und generiert werden. Die Berechnung der Parameter mittels Künstlicher Intelligenz kann eine Minimierung von nicht genutzten Leistungsreserven der Bewegung von beweglichen Bauteilen der Pack- oder Palettiermaschine umfassen. Die Berechnung mittels künstlicher Intelligenz kann eine Validierung der Umsetzbarkeit der Parameter mittels dem digitalen Zwilling der Pack- oder Palettiermaschine auf Umsetzbarkeit umfassen.
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Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Pack- oder Palettiermaschine für das Erstellen und/oder Anordnen von Gebinden. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein System, das eine Pack- oder Palettiermaschine für Gebindeanordnungen und einen Server zum Berechnen der Parameter für die Pack- oder Palettiermaschine umfasst.
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Beispielhafte Aspekte der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
- 1a: ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Gruppierung eines Getränkebehälterstroms zu einer Gebindeanordnung in einer perspektivischen Ansicht;
- 1b: ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Gruppierung eines Getränkebehälterstroms zu einer Gebindeanordnung in einer Draufsicht;
- 2a: Ein beispielhaftes Palettierungs-Layout von Gebinden, wie sie auf eine Palette angeordnet werden sollen;
- 2b: ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Pack- und Palettierungsmaschine;
- 2c: ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Roboterarm-Bahn einer Pack- und Palettierungsmaschine;
- 3: ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines KI-Moduls zum Berechnen der optimierten Betriebsparameter einer Pack- oder Palettiermaschine;
- 4: ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum automatisierten Generieren von Bewegungs- und Positionsparametern einer Pack- oder Palettiermaschine für Gebindeanordnungen;
- 5: ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum automatisierten Generieren von Bewegungs- und Positionsparametern einer Pack- oder Palettiermaschine für Gebindeanordnungen durch ein KI-Modul; und
- 6: ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Benutzerschnittstelle zum Eingeben von Benutzereingaben.
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Die Konfiguration von Pack- oder Palettiermaschinen ist technisch anspruchsvoll, da eine Vielzahl von Parametern eingestellt werden muss, die teilweise auch voneinander abhängen. Das bedeutet, wenn ein Parameter, beispielsweise für einen ersten Zyklus eines ersten Roboterarms richtig eingestellt ist, kann die Veränderung eines anderen Parameters, beispielsweise für einen Roboterarm im selben Zyklus, einen nachteiligen Effekt auf den bereits vermeintlich richtig eingestellten Parameter haben und diesen wieder ungünstig verändern. Um solche Kreuzeffekte und damit hohe Beschleunigungswerte von Roboterarmen zu verhindern, ist in der Regel viel Erfahrung im Bereich von Pack- oder Palettiermaschinen nötig.
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In den 1a - 1b ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Gruppierung eines Getränkebehälterstroms S zu einer Gebindeanordnung G in einer perspektivischen Ansicht und in einer Draufsicht dargestellt. Die Vorrichtung 1 stellt ein Beispiel für eine Packmaschine dar, mit der beispielsweise mehrere Behälter zu einem Gebinde angeordnet werden können und/oder mehrere Behälter in einem Karton oder einem Tray verpackt werden können.
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Die 1a und 1b zeigen zwar beispielhaft eine Vorrichtung 1 für die Anordnung von einzelnen Behältern oder Flaschen zu einem Gebinde von mehreren Flaschen, wie beispielsweise ein 6er- Pack mit 2x3 Behältern, jedoch ist die Erfindung nicht auf das Erstellen von Gebinden beschränkt. Insbesondere betrifft die Erfindung auch die Anordnung von einzelnen Gebinden auf einer Palette. Der Vorgang der Anordnung der Gebinde auf einer Palette erfolgt dabei in analoger und ähnlicher Art und Weise wie die Anordnung einzelner Behälter zu einem Gebinde oder in einem Karton/Tray selbst. Eine Besonderheit der Anordnung von Gebinden auf eine Palette ist, dass aufgrund von größeren Massen von Gebinden höhere Kräfte wirken können und dass es mehrere Layout-Möglichkeiten und mehr Parameter geben kann, die bei der Programmierung der Roboterabläufe zu beachten sind.
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Die folgende Beschreibung der 1a und 1b betrifft daher zwar zum einfachen Verständnis das Anordnen von einzelnen Behältern zu einem Gebinde, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt und die gleichen Merkmale der 1a und 1b sind auch für das Anordnen von Gebinden auf Paletten gültig, wie weiter in den 2a-2c beschrieben ist.
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Ein vom Benutzer vorgegebenes Layout des Gebindes, also der Anordnung von Artikeln 2, wie beispielsweise Flaschen, Dosen, Behälter, usw. oder eben auch das Anordnen von ganzen Gebinden, wird durch die Roboter 4 umgesetzt. Dabei steuert eine Steuerungseinheit die Formation mit den Robotern 4 aufgrund des hinterlegten Layouts derart, dass die Artikel 2 im Gruppierungsbereich mit den Robotern umgeordnet werden, um die Gebindeanordnung zu bilden. Denkbar ist beispielsweise, dass die Formation mit den Robotern entlang des Lineartransporteurs angeordnet ist und die Artikel 2 auf dem Lineartransporteur zu der Gebindeanordnung umgeordnet werden. Anschließend können die Artikel zu einem nachfolgenden Transporteur und/oder einer nachfolgenden Verpackungsmaschine transportiert werden.
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Beim Verpacken bzw. Anordnen von Gebinden auf einer Palette kann eine Palettiermaschine verwendet werde, die nach einem parallelen Prinzip wie die Vorrichtung aus 1a und 1b funktioniert, wie nachfolgend noch beschrieben.
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Beim Umordnen können die Artikel beispielsweise von den Robotern jeweils aufgenommen und an einer anderen Stelle im Gruppierungsbereich abgesetzt werden. Denkbar ist, dass sie dabei wieder auf dem Lineartransporteur abgesetzt werden. Ebenso ist denkbar, dass die Artikel mit den Robotern lediglich verschoben werden.
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Beispielsweise können die Roboter nacheinander entlang des Lineartransporteurs angeordnet sein, wie dies beispielsweise in den 1a - 1b gezeigt ist.
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Die Vorrichtung 1 zeigt zwar eine Packmaschine, kann jedoch auch eine Palettiermaschine für Gebindeanordnungen sein. In diesem Fall werden nicht einzelne Behälter auf dem Lineartransporteur transportiert und angeordnet, sondern bereits gepackte Gebinde von mehreren Behältern. Die erfindungsgemäßen Konzepte, die hierin beschrieben sind, sollen jedoch nicht auf die Gruppierung von Getränkebehältergebinden beschränkt sein und es können auch andere Artikel in Gebinden oder einzeln verpackt und/oder auf einer Palette angeordnet werden, wie beispielsweise Kartons oder Trays.
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Zu sehen in 1 ist der Lineartransporteur 3 mit drei parallelen Transportbändern 31 - 33, wobei das Transportband 31 dazu vorgesehen ist, den Getränkebehälterstrom S (oder einen oder mehrere Ströme von Gebinden) in Transportrichtung T zum Gruppierungsbereich B zu transportieren. Beispielsweise umfasst der Lineartransporteur 3 wenigstens einem steuerbaren Antrieb, um die Transportbänder 31 - 33 anzutreiben. Denkbar ist, dass sie gemeinsam mit einem Antrieb oder getrennt voneinander mit separat steuerbaren Antrieben angetrieben werden. Das mittlere Transportband 31 ist dazu vorgesehen, den seriellen Artikel-Strom im Zulauf zum Gruppierungsbereich B zu transportieren. Um beim und nach dem Umordnen die demgegenüber breitere Gebindeanordnung G zu transportieren, können zusätzlich die seitlichen Transportbänder 32 und 33 vorgesehen sein.
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Am Gruppierungsbereich B ist die Formation F mit Robotern 4 angeordnet, um die Artikel 2 (Behälter, Flaschen, Gebinde, etc.) umzuordnen und so die Gebindeanordnung G zu bilden, in diesem Beispiel ein 6er- Pack mit 2x3 Behältern. Die Formation F mit Robotern 4 wird dabei aufgrund eines in der Steuerungseinheit 10 hinterlegten Layouts so gesteuert, dass die Artikel 2 im Gruppierungsbereich B mit den Robotern 4 umgeordnet werden, um die Gebindeanordnung G zu bilden. Im Falle einer Palettiermaschine werden bereits angeordnete Gebinde als Artikel 2 in dem Gruppierungsbereich B mit den Robotern 4 so umgeordnet, dass sie entsprechend eines vorgegebenen Layouts auf einer Palette angeordnet werden.
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Die Roboter 4 sind hier beispielsweise vom Robotertyp ein Delta-Roboter, da damit die Behälter 2 besonders schnell quer zur Transportrichtung T auf dem Lineartransporteur 3 versetzt werden können. Dazu umfassen die Roboter 4 jeweils einen Behältermanipulator 41, beispielsweise um die Behälter 2 während des Transports am Behälterhals zu greifen, anzuheben und an einer anderen Stelle des Lineartransporteurs 3 wieder abzusetzen. Denkbar ist jedoch auch, dass die Behälter 2 mit dem Behältermanipulator 41 während des Transports verschoben werden. Denkbar ist, dass dabei unterschiedliche Produkttypen der Behälter erkannt und sortiert werden. Beispielsweise können, wie zuvor beschrieben, unterschiedliche Geschmacksrichtungen als Muster in der Gebindeanordnung G zusammengestellt werden.
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Insbesondere für Palettiermaschinen können die Roboter 4 beispielsweise vom Robotertyp ein Tripod-Roboter mit parallel-kinematischer Struktur sein. Dies bedeutet, dass alle Achsen gleichzeitig arbeiten können und die Antriebe gestellfest montiert sein können, so dass sie nicht mitbewegt werden müssen. So lassen sich Gebinde gemäß einem vorgegebenen Lagenbild oder Layout gruppieren und eine hohe Gruppierleistung mit nur einem Modul kann erreicht werden. Die Tripod-Roboter können mit form- und/oder kraftschlüssigen Greifern, insbesondere Präzisionsgreifern, ausgestattet sein, welche die Gebinde sicher und exakt an ihre vorgesehene Position bringen. Die Gebinde können dabei kontinuierlich in die den Gruppierungsbereich B laufen und werden dabei so wenig wie möglich beansprucht, wenn die Steuerung der Robotik entsprechend optimiert ist. Das Gruppiersystem kann auch die Position der einlaufenden Gebinde selbstständig überprüfen und diese bei Abweichungen nachregulieren.
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Darüber hinaus ist in den 1a und 1b eine Steuerungseinheit 10 zu sehen, die hier beispielsweise mit einem Mikroprozessor, einer Speichereinheit, einer Anzeigeeinheit, einer Eingabeeinheit, einer Netzwerkschnittstelle und/oder mit einer Steuerungsschnittstelle ausgebildet ist. Die Steuerungsschnittstelle kann dazu vorgesehen sein, den Lineartransporteur 3, die Formation mit Robotern 4, ein Puffersystem und/oder einen Abstellbereich 6 zu steuern. Des Weiteren kann die Steuerungseinheit 10 auch für das Einstellen der Parameter der Maschine ausgelegt sein, wie hierin beschrieben.
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Die 2a bis 2c zeigen weitere Details der Planung und Umsetzung der Gruppierung verschiedener Gebinde, wie sie mit dem System aus den 1a und 1b durchgeführt werden kann. Dabei zeigen 2a-2c die Anordnung von Gebinden auf einer Palettiermaschine.
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2a zeigt ein beispielhaftes Lagenbild, wie es von einem Operator der Maschine geplant wird. Das Lagenbild umfasst ein Layout 200, welches eine Anordnung von verschiedenen Gebinden beinhaltet. Beispielsweise in 2a sind zwei verschiedene Gebindetypen gezeigt, die miteinander zusammen auf einer Palette sortiert werden sollen. Ein erstes Gebinde ist als einzelnes Viereck in 2a gezeigt und ein zweites Gebinde ist in der Figur als zwei Vierecke gezeigt, die durch eine Linie verbunden ist. Beispielsweise kann das zweite Gebinde bereits aus einer Gruppe von zwei Gebinden bestehen und nimmt daher mehr Platz ein als das erste Gebinde, oder der zweite Gebindetyp ist ein größeres Gebinde aus größeren Artikeln als der erste Gebindetyp
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Das Layout 200 wird von einem Operator vorgegeben und muss in der Regel manuell in die Bewegungssteuerung der Robotik 4 übersetzt werden. Beispielsweise kann ein Operator mit entsprechender Erfahrung die Bewegungsabläufe der einzelnen Roboterarme 4 in Form von wiederkehrenden Bewegungszyklen programmieren und dabei die systematischen Rahmenbedingungen, wie maximale Achsmomente, Kräfte, Beschleunigung und gegenseitige Kollisionsvermeidung berücksichtigen.
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Bei der Planung der Verpackung, Paketierung und/oder Anordnung der Gebinde auf einer Palette muss ein Operator auch die Reihenfolge der zu greifenden und anzuordnenden Gebinde auf der Palette berücksichtigen, insbesondere in dem Fall, dass unterschiedliche Gebindetypen miteinander angeordnet werden sollen. Wie beispielhaft in 2a gezeigt, sind die einzelnen Gebinde in dem Layout 200 für eine Schichte mit den Zahlen 1 bis 8 markiert, was die Reihenfolge der Anordnung von den Fließbändern auf der Palette zeigt. Das Layout 200 ist dabei für eine einzelne Schickt auf einer Palette und das Layout einer nächsten, darüber liegenden Schicht kann sich von der Schicht unterschieden; kann beispielsweise spiegelverkehrt sein, um die Stabilität der Palettierung zu erhöhen.
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Wie in 2a zu erkennen, ist ein großes (Doppel-) Gebinde am rechten Rand des Layouts 200 mit einer „1“ markiert und soll daher zuerst vom Band genommen werden und auf der Palette gemäß dem Layout 200 angeordnet werden. Danach soll ein kleineres Gebinde (markiert mit einer „2“) genommen und angeordnet werden und so weiter. Üblicherweise werden solche Layouts und Robotersteuerungen in speziellen Berechnungstools erstellt, und ein Techniker muss die dazu passenden Bewegungsabläufe der Roboterarme 4 programmieren und berechnen.
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Die Benutzereingaben in ein solches Berechnungstool erfordern daher ein sehr tiefgründiges Fachwissen über die Dynamik des teilweise nicht berechenbaren Systems. Zudem ist die Bedienung solcher Software bei nicht täglicher Verwendung aufgrund der hohen Komplexität schwer zu handhaben. Dadurch ist eine schnelle Problembeseitigung im Falle von Fehlern oder falsch eingestellten Maschinen oft nicht ohne weiteres möglich.
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Ein Beispiel für eine Palettiermaschine ist in 2b zu sehen. Wie in 2 abgebildet, können auf zwei Laufbändern 31 a und 31 b die zwei verschiedenen Gebindetypen transportiert werden. Diese Geometrie ist jedoch nur beispielhaft und es können auch mehrere Laufbänder vorhanden sein, oder die unterschiedlichen Gebinde können auf einem einzelnen Laufband in den Anordnungsbereich befördert werden. Die Gebinde auf den Laufbändern 31 werden von einem oder mehreren Robotern 4 gegriffen und entsprechend dem Layout und der programmierten Bewegungsabläufe auf einer Palette angeordnet. Durch die manuelle Programmierung und die Einhaltung bestimmter Leistungsreserven ist dieser Vorgang nicht immer ein optimaler Bewegungsablauf.
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Die Bewegung der Roboter 4 muss entsprechend dem Layout 200 vorher von einem Operator übersetzt und in die Steuerung der Roboter 4 programmiert werden. Ein beispielhafter Ablauf eines Roboterarmes 4 ist in 2c zu sehen, in der eine Bewegungsbahn inklusive Teilabschnitte für einen Zyklus zu sehen ist. Diese Bahn muss vom Operator entsprechend dem Layout 200 eingestellt werden. Es ist an dieser Stelle zu beachten, dass die Bewegungsbahnen und Bahnen, wie sie hier dargestellt sind, stark vereinfacht sind und in der Realität deutlich komplexer aussehen und eine höhere Dynamik umfassen.
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Das bedeutet, dass die in den 2a bis 2c dargestellten Schemata stark vereinfacht sind und eine Menge weiterer Parameter beachtet und in die Maschinensteuerung eingestellt werden müssen.
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Mögliche Bewegungen des Roboterarms sind dabei das Herabsenken des Roboterarms 4, das Zugreifen, Drehen und/oder Verschieben des gegriffenen Gebindes, Loslassen des Gebindes, Hochfahren des Roboterarms 4 und Zurückfahren in den Anfangszustand. Diese Bahnen müssen immer kollisionsfrei programmiert werden, was ein bedeutender Mehraufwand und eine Steigerung der Komplexität mit sich bringt.
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Wie anfangs beschrieben, ist die Gefahr von falscher Einstellung der Robotik durch manuelle Einstellung der Bahn, bzw. Programmierung gegeben. Um beispielsweise zu hohe Beschleunigungswerte der Roboterarme zu verhindern, sind Leistungsreserven gegeben, die nicht umgangen werden dürfen oder können. Eine mögliche Leistungsreserve betrifft beispielsweise die 2-Sekunden-Regel, die nach einer ersten Bewegung eines Roboterarms verhindert, dass der Roboterarm innerhalb von 2 Sekunden erneut in eine andere Position gesteuert wird. Dadurch werden große Beschleunigungswerte, hohe Achsmomente und erhöhte Krafteinwirkungen verhindert, die entstehen können, wenn versehentlich zwei weit voneinander entfernte Positionsangaben in direkt aufeinander folgenden Zeitpunkten angesteuert werden.
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Auf der anderen Seite verhindert eine solche Leistungsreserve aber auch einen optimierten zeitlichen Ablauf und verringert somit die Effizienz des Gesamtsystems, was eine geringere Anzahl von Pack- und/oder Palettiervorgängen erlaubt.
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Durch die Vielzahl an möglichen Eingabeparametern ist es nicht möglich, das Optimum rein nur durch das Expertenwissen aus einer Maschine herauszuholen. Damit können nicht alle Leistungsreserven entsprechend genutzt werden. Die Abhängigkeiten sind dabei so komplex, dass diese rein nur durch statistische Auswertungen nicht kompensierbar und darstellbar sind. Die eingesetzte Robotik wird demnach oftmals nicht bestmöglich eingesetzt.
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Gemäß beispielhafter Aspekte der Erfindung wird ein automatisiertes Berechnungsmodell bereitgestellt, welches in der Lage ist, aus einfachen, verständlichen Eingabeparametern einen optimierten und validierten Parameterdatensatz für die Maschine zu erstellen. Dabei kann dieser Datensatz mittels trainierten Algorithmen in Verbindung mit einem digitalen Abbild der Maschine validiert und anschließend in die Steuerung der Maschine implementiert werden. Dadurch kann ein leistungs- und ressourcenoptimierter, validierter Parametersatz für die Pack- oder Palettiermaschine erhalten werden, ohne dass Expertenwissen erforderlich ist.
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Gemäß beispielhafter Aspekte, kann die Generierung der optimierten Parameter für die Pack- oder Palettiermaschine durch ein Künstliche-Intelligenz-Modul, kurz KI-Modul erstellt werden. Ein beispielhaftes Schema der Berechnung durch das KI-Modul ist in 3 gezeigt.
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Wie in 3 gezeigt, kommuniziert gemäß der Erfindung das KI-Modul 310 mit einem Digitalen Zwilling 300 einer Pack- oder Palettiermaschine. Der Digitale Zwilling kann für nur die Packmaschine sein, nur für die Palettiermaschine sein, kann aber auch ein digitaler Zwilling von dem Gesamtsystem aus Pack- und Palettiermaschine sein.
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Das KI-Modul 310 kann auf einem entfernten Server implementiert sein und für die Konfiguration von mehreren verschiedenen Pack- oder Palettiermaschinen ausgelegt sein. In diesem Fall ist es möglich, dass das KI-Modul 310 Zugriff auf Datensätze für eine große Anzahl von verschiedenen Modulen für verschiedene Pack- oder Palettiermaschinen hat und diese Datensätze einfacher erweitert werden können.
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Das KI-Modul 310 erhält bzw. nutzt verschiedene Datensätze und erstellt aus diesen eingegebenen Daten die Konfigurationsparameter für die Pack- oder Palettiermaschinen. Bei den Eingabedaten handelt es sich hauptsächlich um Lagen- und Verpackungsparameter 331, die vom Benutzer über eine Benutzerschnittstelle eingegeben werden. Andere optionale Parameter 332 können beispielsweise Maschinenausprägungen oder weitere technische Parameter umfassen. Die eingegebenen Parameter umfassen beispielsweise einen Palettentyp, eine Palettengröße, ein Packschema, ein Lagemuster, Anordnung von Gebinden auf einer Palette, eine Packartikelbeschreibung, eine Gebindegröße, ein Lageschema, und/oder eine Tray- oder Kartongröße.
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Weitere Parameter, die in das KI-Modul 310 eingegeben werden können, sind beispielsweise Hardwareparameter der Pack- oder Palettiermaschine, die eine Maschinenausprägung und/oder ein oder mehrere Rüstteile umfassen, und Stücklisten bezüglich von Gebinden.
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Die oben genannten Parameter, die beispielsweise über eine Benutzerschnittstelle eingegeben werden, können auch zumindest teilweise durch Sensoren in der Anlage selbst erfasst werden, wie beispielsweise Sortenparameter.
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Das KI-Modul 310 kann eine Parameter-Berechnungseinheit 305, eine AuswerteEinheit 315, und eine Parameter-Einstelleinheit 325 umfassen.
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Neben den Parametern 331 und 332 kann das KI-Modul 310 Parameter-Datensätze aus einer Datenbank 320 als eine weitere Art von Eingabedaten nutzen. Die Parameter-Datensätze in der Datenbank 320 sind Datensätze, welche die Konfigurationsparameter von bereits zuvor konfigurierten Pack- oder Palettiermaschinen und Gebindeanordnungs-Layouts umfassen und zum Erstellen der neuen Konfigurationsparameter genutzt werden können.
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Das KI-Modul 310 kombiniert und verwendet die verschiedenen Eingabedaten, um einen Satz von Konfigurationsparametern zu erstellen, der die Pack- oder Palettiermaschine entsprechend den Vorgaben des Layouts 200 und/oder des Benutzers konfiguriert.
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Gemäß beispielhafter Aspekte erhält die Parameter-Berechnungseinheit 305 die Eingabedaten 331 und 332, wie oben in 1 beschrieben, und berechnet automatisierte Abläufe der Roboterarme und anderer Module der Pack- und/oder Palettiermaschine. Diese erste Berechnung der Parameter in der Parameter-Berechnungseinheit 305 ist noch kein validierter und optimierter Parameterdatensatz, sondern Ausgangspunkt für den Optimierungsprozess.
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Die initial berechneten Parameter der Parameter-Berechnungseinheit 305 kann in einem weiteren Schritt an die Auswerteeinheit 315 übergeben werden. Die Auswerteeinheit 315 kann die Daten der Parameter-Berechnungseinheit 305 analysieren und bestimmen, ob die von der Simulationseinheit initial festgelegten Konfigurationseinstellungen zu verwertbaren Ergebnissen führt. Durch Rückmeldung bzw. Rückführung der Auswertung von der Auswerteeinheit 315 in die Parameter-Berechnungseinheit 305 werden die Konfigurationsparameter optimiert und erstellt.
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Das in der Parameter-Berechnungseinheit 305 erzeugte Parametrisierungsmodell, also die Konfigurationsparameter der Pack- oder Palettiermaschine, kann dann im Zusammenspiel zwischen Parameter-Berechnungseinheit 305 und Auswerteeinheit 315 validiert und optimiert werden.
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Die Auswerteeinheit 315 übergibt die Parameter an eine Parameter-Einstelleinheit 325, welche die berechneten Parameter in einen Digitalen Zwilling 300 der Pack- oder Palettiermaschine implementiert. Der Digitale Zwilling 300 kann dabei eine Virtualisierung der Maschine in einer Simulationsumgebung sein. Der Digitale Zwilling 300 simuliert die eingestellten Parameter der Pack- oder Palettiermaschine in einem oder mehreren Operationsabläufen und führt das Simulationsergebnis zurück zur Auswerteeinheit 315.
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Die Auswerteeinheit 315 wertet die entsprechenden Simulationsergebnisse aus und gibt die Auswertung an die Parameter-Berechnungseinheit 305 weiter. Die Parameter-Berechnungseinheit 305 wiederum kann die berechneten Parameter entsprechend der Auswertung gegebenenfalls neu berechnen, verändern, optimieren und/oder anpassen und wieder in den Kreislauf der Künstlichen Intelligenz geben.
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Erfindungsgemäß wird der Digitale Zwilling 300 genutzt, um Simulationsdaten für mögliche Betriebsstörungen zu erzeugen. Diese Simulationsdaten des digitalen Zwillings 300 entsprechen eins-zu-eins den Betriebsdaten der realen Pack- oder Palettiermaschine, wenn diese mit den berechneten Parametern konfiguriert und betrieben wird.
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Durch mehrere Durchläufe verstärkt sich der Lerneffekt des KI-Moduls 310 und die durch künstliche Intelligenz erzeugten Konfigurationsparameter können die Konfiguration der Pack- und Palettiermaschine innerhalb kurzer Zeit derart optimieren, wie es rein nur durch Expertenwissen nicht möglich wäre. Sobald die Auswerteeinheit 315 bestimmt, dass die Auswertungsergebnisse der Konfigurationsparameter ausreichend sind, werden die Daten an die Pack- und Palettiermaschine gegeben.
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Die Parameterberechnung kann beispielsweise auf einem Server durchgeführt werden. Die Berechnung der Parameter mittels Künstlicher Intelligenz kann die Minimierung von nicht genutzten Leistungsreserven der Bewegung von beweglichen Bauteilen der Pack- oder Palettiermaschine umfassen.
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Die Daten, die in dem KI-Modul 310 berechnet werden, müssen nicht zwangsläufig nur Konfigurationsparameter für die Pack- oder Palettiermaschine umfassen, sondern können beispielsweise auch Handlungsanweisungen für einen Benutzer umfassen. Beispielsweise kann das KI-Module 310 erkennen, dass eine Modifikation, ein Umbau oder eine Erweiterung der Pack- oder Palettiervorrichtung einen effizienteren Betrieb erlaubt. Diese Anweisungen und Anleitungen für einen Umbau können in Form von Schrift und/oder Bild zur Verfügung gestellt werden und mit den Parametern mitgeliefert werden.
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Die hierin beschriebenen beispielhaften Prozesse der Künstlichen Intelligenz und insbesondere die Abläufe, wie sie im Zusammenhang mit 3 beschrieben sind, sollen jedoch nicht als einschränkend erachtet werden. Es können auch andere KI-Konzepte verwendet werden, wie Deep Learning oder Maschinenlernverfahren und andere auf Trainingsmodelle basierten Verfahren.
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In der Pack- und Palettiermaschine werden die Konfigurationsparameter angewendet, um die einzelnen Module und Roboter zu konfigurieren. Die ausgegebenen Parametersätze können bevorzugt aus Beschleunigungsdaten bestehen. Jedoch können die Parameter auch Positionsdaten, Abfolgen und/oder Achsmomente von wenigstens einem Lagenbildungsroboter in der Pack- oder Palettiermaschine umfassen. Gemäß beispielhafter Aspekte kann der Parameter-Datensatz auf Vollständigkeit und/oder Integrität überprüft werden, bevor die Parameter des Datensatzes zum Konfigurieren der Pack- oder Palettiermaschine verwendet werden. Dies kann beispielsweise in einem Steuermodul 10 der Pack- oder Palettiermaschine durchgeführt werden. Eine Möglichkeit zur Überprüfung der Integrität der Parameter kann durch Anwendung einer Hash-Funktion implementiert werden.
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Durch die optimierte Berechnung mittels KI-Modul 310 kann auf die sogenannte 2-Sekunden-Regel verzichtet werden und die Leistungsreserven können verringert, bzw. besser ausgenutzt werden. Durch die KI können auch nicht-deterministische Abläufe und Effekte optimiert gehandhabt werden, die vorher nur schwer bis gar nicht berechenbar waren mit der herkömmlichen Methode.
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4 zeigt ein Verfahren 400 zum automatisierten Generieren von Bewegungs- und Positionsparametern einer Pack- oder Palettiermaschine für das Erstellen und/oder Anordnen von Gebinden. Das Verfahren kann beispielsweise komplett in einer Pack- oder Palettiermaschine implementiert sein, oder alle oder einzelne Schritte des Verfahrens können auch außerhalb der Pack- oder Palettiermaschine implementiert sein, wie beispielsweise auf einem zentralen Server.
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Das Verfahren 400 kann beispielsweise zum Zeitpunkt der Erstinbetriebnahme nach Auslieferung und Montage der Pack- oder Palettiermaschine ausgeführt werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren aber auch regelmäßig im Betrieb verwendet werden, wenn sich einzelne Parameter verändern, wie beispielsweise Palettengröße, Gebindeanordnung, Paketier-Layout, Paletier-Layout, Artikel, usw.
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Auch eine Nachrüstung von bestehenden Pack- oder Palettiermaschinen, die bereits manuell konfiguriert wurden ist möglich. Dabei können selbst bereits optimierte Maschinen noch weiter an Effizienz gewinnen.
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Zusätzlich kann das Verfahren auch nach einem Maschinenfehler, wie beispielsweise Kollisionen durchgeführt werden. Dabei können automatisierte Aufzeichnungen von Kollisionen und/oder anderen Fehlern automatisch mit an das KI-Modul 310 übertragen werden und können dabei helfen, die Ursachen für die Fehler oder Kollisionen zu erkennen und zu umgehen.
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In Schritt S410 werden an einer Benutzerschnittstelle Lagen- und/oder Verpackungsparameter empfangen, die beispielsweise von einem Benutzer eingegeben werden können. Die Eingabe dieser Parameter ist über die Benutzerschnittstelle einfach und intuitiv gestaltet und erfordert keine besonderen technischen Vorkenntnisse der Anlage oder der Mechanik in solchen Pack- oder Palettiermaschinen. Die Parameter können wenigstens einen Palettentyp, eine Palettengröße, ein Packschema, ein Lagemuster, eine Anordnung von Gebinden auf einer Palette eine Packartikelbeschreibung, eine Gebindegröße, ein Lageschema, und/oder eine Tray- oder Kartongröße umfassen. In diesem Zuge können vom System auch weitere Hardwareparameter der Pack- oder Palettiermaschine abgefragt werden. Dies kann automatisiert im Hintergrund geschehen oder durch Eingabe eines Benutzers geschehen. Die Hardwareparameter können beispielsweise eine Maschinenausprägung und/oder ein oder mehrere Rüstteile, und/oder Stücklisten bezüglich von Gebinden umfassen.
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In Schritt S420 können die die Lagen- und/oder Verpackungsparameter an einen Server übertragen werden. Dieser Schritt kann als optional angesehen werden, wenn die Berechnung der Parameter nicht auf einem Server, sondern in der Pack- oder Palettiermaschine selbst stattfindet.
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Im folgenden Schritt S430 werden die Parameter zur Steuerung der Pack- oder Palettiermaschine berechnet. Diese Berechnung kann gemäß dem Schema aus 3 erfolgen und entweder auf dem Server oder in der Maschine selbst stattfinden. Das Generieren der Parameter kann eine Berechnung der Parameter mittels eines digitalen Zwillings der Pack- oder Palettiermaschine umfassen. Die Parameter werden so generiert, dass die mittels den Parametern gesteuerte Packmaschine eine Verpackung für ein Gebinde entsprechend der Verpackungs- und/oder Lagenparameter erstellt oder die mittels den Parametern gesteuerte Palettiermaschine Gebinde entsprechend den Lagen- und/oder Verpackungsparametern anordnet. Die Lagenparameter und die Verpackungsparameter müssen nicht unbedingt getrennt voneinander betrachtet werden. Es ist auch möglich, dass insbesondere die Palettiermaschine die Verpackungsparameter in ihrem Betrieb berücksichtigt, bzw. dass die Verpackungsparameter bei der Konfiguration der Palettiermaschine berücksichtigt werden. Gleichermaßen ist es auch möglich, dass die Lagenparameter für die Palettiermaschine einen Einfluss bei der Konfiguration oder dem Betrieb der Packmaschine haben. Verpackungsparameter können Parameter für das Erzeugen einer Verpackung, wie beispielsweise Leimauftragslänge, Folientunneltemperatur abhängig von Foliendicke, usw. sein.
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Die Parameter können mittels einer Künstlichen Intelligenz berechnet und generiert werden, wobei die Berechnung der Parameter mittels Künstlicher Intelligenz eine Minimierung von nicht genutzten Leistungsreserven der Bewegung von beweglichen Bauteilen der Pack- oder Palettiermaschine umfassen kann. Die Parameter für die Konfiguration der Pack- oder Palettiermaschine können Beschleunigungsdaten, Positionsdaten, Abfolgen und/oder Achsmomente von wenigstens einem Lagenbildungsroboter in der Pack- oder Palettiermaschine umfassen.
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In dem Fall, dass die Berechnung der Parameter auf einem Sever durchgeführt wird, werden in Schritt S440 die Parameter in einem Datensatz von dem Server empfangen, bevor in Schritt S450 die Pack- oder Palettiermaschine basierend auf dem empfangenen Datensatz konfiguriert wird.
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5 zeigt ein Verfahren 500 zum Berechnen der Konfigurationsparameter für die Pack- oder Palettiermaschine, wie sie vorzugsweise durch das KI-Modul 110 ausgeführt wird.
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Zunächst empfängt das KI-Modul 310 in Schritt S510 die Eingabedaten, welche beispielsweise aus Lagen- und/oder Verpackungsparametern bestehen.
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In Schritt S520 erstellt das KI-Modul 310 aus den Eingabedaten die Konfigurationsparameter, bzw. ein Parametermodell, das zum Konfigurieren der Pack- oder Palettiermaschine und/oder den entsprechenden Modulen der Pack- oder Palettiermaschine dienen. Dieser Schritt S520 kann beispielsweise durch die Schritte und Module ausgeführt werden, wie sie im Zusammenhang mit 3 beschrieben sind. Das Parametrisierungsmodell kann, wie oben beschrieben, beispielsweise Modellparameter der Pack- oder Palettiermaschine umfassen, die mittels dem Digitalen Zwilling simuliert wird.
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In Schritt S530 wird das Parametrisierungsmodell trainiert. Beispielsweise kann das Parametrisierungsmodell mittels dem KI-Modul 310 basierend auf den Parameter-Datensätzen von konfigurierten Pack- oder Palettiermaschine trainiert werden. Die Konfigurationsparameter werden so aus dem trainierten Parametrisierungsmodell abgeleitet.
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Schließlich werden in Schritt S540 die validierten Konfigurationsparameter erstellt, die dann zur weiteren Verwendung an das Steuermodul der Pack- oder Palettiermaschine übertragen werden können.
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6 zeigt eine beispielhafte Benutzerschnittstelle 600, mittels welcher die verschiedenen Eingaben bezüglich Lagen- und/oder Verpackungsparametern oder andere Parameter von einem Benutzer gemacht werden können. Die Benutzerschnittstelle kann durch einen Computer 601, ein Smartphone oder Tablet-Computer 602 oder ein Human-Machine-Interface (HMI) 603 abgerufen und bedient werden. Das HMI 603 kann beispielsweise in der Pack- oder Palettiermaschine integriert sein und neben der Benutzerschnittstelle 600 zum Eingeben der oben genannten Parameter auch weitere Funktionen bereitstellen, wie beispielsweise eine manuelle Einstellung oder Steuerung der Pack- oder Palettiermaschine. Auch andere Möglichkeiten des Zugriffs auf die Benutzerschnittstelle 600 sind denkbar und nicht ausgeschlossen.
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Über die Benutzerschnittstelle können verschiedene Parameter eingegeben und ausgewählt werden, wie beispielsweise eine Sorten- und Gebindeauswahl 605, eine Palettenauswahl 610, das Erstellen eines Lagenbildes 615 und/oder weitere Parameter 620. Je nach Art des Zugriffs auf die Benutzerschnittstelle 600 kann das Bedienfeld über eine Touch- oder Gestenerkennung, Spracherkennung oder Eingabemöglichkeit mittels Maus und Tastatur mit Cursor 604 verfügen.
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Die intuitiv einfache Bedienung der Benutzerschnittstelle 600 ermöglicht es auch technisch ungeschulten Bedienern ein entsprechendes Palettierlayout oder Lagenbild 615 zu erstellen, beispielsweise per „drag and drop“ aus den Bedienfeldern 605 und 610 in das Bedienfeld 615. Wenn das Lagenbild fertig gestellt ist, kann es über die Taste 624 gespeichert werden oder über die Taste 626 abgesendet werden. Im letzten Fall werden die Benutzereingaben zusammen mit optional weiteren Parametern an das KI-Modul 310 gesendet, wo die Berechnung der optimierten Betriebsparameter für die Pack- oder Palettiermaschine durchgeführt wird.
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Es ist auch möglich, über die Taste 622 bereits gespeicherte Layouts oder Lagenbilder aus einem Vorlagenarchiv zu laden, was insbesondere einen schnellen Wechsel zwischen verschiedenen Palettiervorgängen verschiedener Gebinde ermöglicht.
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Die Benutzerschnittstelle kann auch dazu dienen neue Sorten in das System einzupflegen, oder auch neue Palettentypen zu definieren.
