-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung einer elektrischen Schalt- oder Steuerungsanlage. Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der
WO 2019/ 202 023 A1 bekannt. Ein ähnliches Verfahren beschreibt auch die
WO 2020/ 172 089 A1 .
-
Aus der
EP 3 705 961 A1 sind ein computerimplementiertes Verfahren zum Überwachen mehrerer Kabelverarbeitungsmaschinen sowie ein entsprechendes Überwachungssystem bekannt. Mehrere Kabelverarbeitungsstationen sind an einen gemeinsamen Steuerungsserver angeschlossen und zum Zwecke der Überwachung werden Produktionsparameter von den Kabelverarbeitungsmaschinen zu dem Steuerungsserver gesendet, wobei die Produktionsparameter weiterhin Einstellungen der Kabelverarbeitungsmaschinen für die Verarbeitung der Kabel durch die jeweilige Kabelverarbeitungsmaschine umfassen. Der Steuerungsserver ist demgemäß dazu eingerichtet, Produktionsparameter zu empfangen sowie in einer zentralen Datenbank zu speichern.
-
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass die Eingangsparameter für die Ansteuerung der Bearbeitungsmaschinen für die Herstellung elektrischer Schalt- und Steuerungsanlagen, welche beispielsweise Verdrahtungsautomaten, Kabelkonfektionierungsautomaten, Anlagen für die spanende Bearbeitung von Flachteilen und Bestückungsautomaten umfassen können, Produktionsparameter, mithin Maschinendaten sind, welche unmittelbar für die Ansteuerung einer Verarbeitungsmaschine geeignet sein müssen. Diese müssen jedoch zunächst ausgehend von der Planung erzeugt werden. Es fehlt somit das prozesstechnische Bindeglied zwischen der meist softwaregestützten Planung der elektrischen Schalt- oder Steuerungsanlage und der Ansteuerung der Bearbeitungsmaschinen für die Herstellung der geplanten Schalt- oder Steuerungsanlage.
-
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für die Herstellung einer elektrischen Schalt- oder Steuerungsanlage so weit zu automatisieren, dass nach Abschluss der Planung der elektrischen Schalt- oder Steuerungsanlage bis zur Herstellung dieser möglichst keine menschliche Interaktion erforderlich ist.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen jeweils vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
-
Demgemäß weist das Verfahren für die Herstellung einer elektrischen Schalt- oder Steuerungsanlage die Schritte auf:
- a. Bereitstellen von eine herzustellende elektrische Schaltanlage betreffenden Planungsdaten, die zumindest geometrische Daten der herzustellenden elektrischen Schaltanlage aufweisen;
- b. Ermitteln erforderlicher Bearbeitungsschritte zur Herstellung der elektrischen Schaltanlage entsprechend der Planungsdaten;
- c. Zuweisen der Bearbeitungsschritte mindestens einer Bearbeitungsmaschine einer Mehrzahl Bearbeitungsmaschinen entsprechend mindestens einem Auswahlkriterium; und
- d. Durchführen des Bearbeitungsschritts mit der mindestens einen Bearbeitungsmaschine, der der Bearbeitungsschritt zugewiesen worden ist.
-
Der Erfindung legt somit die Idee zugrunde, ausgehend von den Planungsdaten, welche geometrische Daten der herzustellenden elektrischen Schaltanlage aufweisen, erforderliche Bearbeitungsschritte zur Herstellung der elektrischen Schaltanlage abzuleiten. Planungsdaten können dazu beispielsweise als AutomationML (Automation Markup Language) - Daten bereitgestellt sein, die naturgemäß die erforderlichen geometrischen Daten aufweisen können. Diese Daten können Daten betreffend das mechanische Design, das elektrische Design und weitere geometrische Daten aufweisen, die der Ermittlung der erforderlichen Bearbeitungsschritte, zugrunde gelegt werden können.
-
Die aus den geometrischen Daten abgeleiteten erforderlichen Bearbeitungsschritte können dann bearbeitungsschrittabhängig einer geeigneten der Mehrzahl Bearbeitungsmaschinen zugewiesen werden, wozu die Bearbeitungsmaschinen beispielsweise über eine Datenschnittstelle mit einer Datenverarbeitungsanlage verbunden sein können, auf welcher zumindest die oben genannten Schritte a. bis c. ausgeführt werden können. Insoweit kann das erfindungsgemäße Verfahren als computerimplementiertes Verfahren ausgeführt sein.
-
Beispielsweise für die Steuerung eines Bestückungsautomaten, mit dem beispielsweise elektrische Komponenten auf eine Hutschiene aufgesteckt oder direkt auf einer Montageplatte montiert werden, kann das Bereitstellen das Bereitstellen von eine Stückliste der herzustellenden elektrischen Schaltanlage betreffenden Planungsdaten aufweisen.
-
Das Ermitteln weist das Abgleichen eines Ist-Zustands der elektrischen Schalt- oder Steuerungsanlage oder einer Komponente der elektrischen Schalt- oder Steuerungsanlage mit einem Soll-Zustand der elektrischen Schalt- oder Steuerungsanlage auf, wobei der Soll-Zustand von den Planungsdaten vorgegeben wird.
-
Das Zuweisen der Bearbeitungsschritte kann das Abgleichen der Bearbeitungsfähigkeit mindestens einer der Bearbeitungsmaschinen mit einer Bearbeitungsanforderung für die Durchführung des Bearbeitungsschritts aufweisen.
-
Das Abgleichen der Bearbeitungsfähigkeit kann das Abgleichen zumindest einer technisch-funktionalen Bearbeitungsfähigkeit und vorzugsweise weiterhin zumindest einer zeitlichen Bearbeitungsfähigkeit mit der Bearbeitungsanforderung aufweisen. Das Abgleichen der technisch-funktionalen Bearbeitungsfähigkeit kann beispielsweise das Überprüfen des Vorhandenseins eines für die Ausführung des Bearbeitungsschritts durch die betreffende Bearbeitungsmaschine erforderlichen Werkzeugs umfassen. Dazu kann die Bearbeitungsmaschine ihre technisch-funktionalen Bearbeitungsfähigkeiten („Skills“) beispielsweise einer Datenverarbeitungsanlage übermitteln, welche auf Grundlage ihrer Kenntnis der Bearbeitungsfähigkeiten die Zuweisung der Bearbeitungsschritte gemäß dem Verfahrensschritt c. durchführt, wobei die genannten Bearbeitungsfähigkeiten beispielsweise ein Auswahlkriterium sein können.
-
Die zeitliche Bearbeitungsfähigkeit betrifft zum Beispiel die Auslastung der Bearbeitungsmaschine, welcher der Bearbeitungsschritt zugewiesen wurde oder zugewiesen werden soll. Insbesondere dann, wenn für die Zuweisung des Bearbeitungsschritts mehrere, technisch-funktional gleichwertige Bearbeitungsmaschinen vorhanden sind, denen der Bearbeitungsschritt im Sinne einer positiven Kann-Validierung zugewiesen werden könnten, kann die Zuweisung unter zusätzlicher Zugrundelegung des Auswahlkriteriums Auslastung erfolgen.
-
Das Verfahren kann weiterhin das Erfassen zumindest einer technisch-funktionalen Bearbeitungsfähigkeit je Bearbeitungsmaschine aufweisen. Dabei können die erfasste Bearbeitungsfähigkeit und deren Zuordnung zu der zugehörigen Bearbeitungsmaschine in einem Speicher hinterlegt werden, auch den für das Zuweisen der Bearbeitungsschritte zugegriffen wird. Der Speicher kann beispielsweise Bestandteil der bereits zuvor genannten Datenverarbeitungsanlage für die Ausführung zumindest der Schritte a. bis c. sein.
-
Nach dem Zuweisen und vor dem Durchführen des Bearbeitungsschritts kann weiterhin das Durchführen einer Ist-Validierung durch die für die Durchführung des Bearbeitungsschritts bestimmte Bearbeitungsmaschine vorgesehen sein. Dabei kann mindestens eines von Verfügbarkeit mindestens einer für die Herstellung der elektrischen Schaltanlage erforderlichen Komponente und eines Bearbeitungswerkzeugs für das Durchführen des Bearbeitungsschritts geprüft werden.
-
In dem Fall, dass die Ist-Validierung keine oder eine nur unzureichende Verfügbarkeit ergibt, kann vorgesehen sein, dass eine andere, technisch-funktional gleichwertige Bearbeitungsmaschine für die Durchführung des Bearbeitungsschritts bestimmt wird. Alternativ können die geometrischen Daten der herzustellenden Schaltanlage unter Berücksichtigung einer tatsächlichen Verfügbarkeit von Werkzeugen der für die Durchführung des Bearbeitungsschritts bestimmten Bearbeitungsmaschine und/oder unter Berücksichtigung einer tatsächlichen Verfügbarkeit von für die Herstellung der elektrischen Schaltanlage erforderlichen Komponenten neu geplant werden.
-
In dem Fall, dass die Ist-Validierung ergibt, dass ein erforderliches Bearbeitungswerkzeug zwar verfügbar, jedoch für die Verwendung des Werkzeugs ein Werkzeugwechsel erforderlich wäre, kann, falls möglich, der Bearbeitungsschritt einer anderen Bearbeitungsmaschine mit gleichwertiger technisch-funktionaler Bearbeitungsfähigkeit zugewiesen werden.
-
Das Zuweisen der Bearbeitungsschritte kann entsprechend mindestens eines Auswahlkriteriums für mindestens eine und vorzugsweise für mehrere der Mehrzahl Bearbeitungsmaschinen das folgende aufweisen: Ermitteln einer Verfügbarkeit mindestens einer für den Bearbeitungsschritt erforderlichen Komponente oder mindestens eines Werkzeugs; und Zuweisen des Bearbeitungsschritts derjenigen der Bearbeitungsmaschinen, die bei gegebener Verfügbarkeit die geringste Auslastung aufweist.
-
Die Schritte a. bis c. können von einer Datenverarbeitungsanlage durchgeführt werden, an die die Mehrzahl Bearbeitungsmaschinen über eine Datenschnittstelle angeschlossen sind. Die Bearbeitungsmaschinen können dabei dazu eingerichtet sein, nach dem Anschließen über die Datenschnittstelle ein Maschinenprofil umfassend mindestens eine Bearbeitungsfähigkeit der betreffenden Bearbeitungsmaschine an die Datenverarbeitungsanlage zu senden.
-
Das Maschinenprofil kann als sein Auswahlkriterium für das Zuweisen der Bearbeitungsschritte mindestens einer der Mehrzahl Bearbeitungsmaschinen verwendet werden, wobei die Bearbeitungsmaschine vorzugsweise nach dem Anschließen und dem Senden der mindestens einen Bearbeitungsfähigkeit periodisch, kontinuierlich oder auf Anforderung der Datenverarbeitungsanlage eine Verfügbarkeit mindestens einer für den Bearbeitungsschritt erforderlichen Komponente oder mindestens eines für den Bearbeitungsschritt erforderlichen Werkzeugs an die Datenverarbeitungsanlage sendet, welche vorzugsweise als ein weiteres Auswahlkriterium für das Zuweisen der Bearbeitungsschritte verwendet wird.
-
Wenn zumindest die Schritte a. bis c. mit einer Datenverarbeitungsanlage durchgeführt werden, können die Bearbeitungsmaschinen dazu eingerichtet sein, den zugewiesenen Bearbeitungsschritt auf Vollständigkeit und/oder korrekte Ausführung zu überwachen und ein entsprechendes Bearbeitungsprotokoll an die Datenverarbeitungsanlage zu senden.
-
Das Ermitteln der erforderlichen Bearbeitungsschritte kann das Extrahieren von Bearbeitungsdaten aus den Planungsdaten aufweisen, wozu die Planungsdaten vorzugsweise als AutomationML (Automation Markup Language) - Daten bereitgestellt werden.
-
Aus den Bearbeitungsdaten können Maschinendaten für die Ansteuerung der Bearbeitungsmaschine, der der Bearbeitungsschritt zugewiesen wird, erzeugt werden, wozu die Bearbeitungsmaschine einer Datenverarbeitungsanlage die für ihren Betrieb erforderlichen Maschinendaten über eine Datenschnittstelle mitteilt, so dass die Datenverarbeitungsanlage die für den Betrieb erforderlichen Maschinendaten in einer geeigneten Form erzeugen und bereitstellen kann.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachstehenden 1 erläutert. Die 1 zeigt in schematischer Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung einer elektrischen Schaltanlage.
-
Grundsätzlich kann das Verfahren bis auf die Bearbeitungsmaschinen 1 vollständig in Software implementiert sein, mithin als ein computerimplementiertes Verfahren ausgeführt sein. Eine Planungssoftware 100, beispielsweise die marktübliche Software Eplan Pro Panel für die 2D- und 3D-Planung im Schaltanlagen- und Steuerungsbau, kann dazu verwendet werden, um computergeschützt eine vollumfängliche Planung einer elektrischen Schalt- oder Steuerungsanlage teilautomatisiert zu erstellen. Die dabei erzeugten Engineering-Daten können als AutomationML-Daten (AML-Daten) bereitgestellt und beispielsweise in einer Cloud 200, etwa ein dezentraler Server, für den Fernzugriff abgelegt werden. Dadurch kann zentral auf die Planungsdaten zugegriffen und örtlich unabhängig von der Herstellung der Schaltanlage ein Fertigungsauftrag angelegt werden.
-
Die AML-Daten umfassen naturgemäß insbesondere auch geometrische Daten der herzustellenden elektrischen Schaltanlage. Dies können geometrische Daten betreffend die elektrischen Komponenten der herzustellenden elektrischen Schaltanlage sein. Die geometrischen Daten können auch Information betreffend die Verdrahtung aufweisen, beispielsweise Kabellängen, Kabelkonfektionierungen, Verlegewege und dergleichen. Die geometrischen Daten können Klimatisierungsinformationen aufweisen, beispielsweise betreffend eine vorgesehene Schaltschrankklimatisierungsinfrastruktur, eine Luftführung, einschließlich Montagedaten. Die geometrischen Daten können eine mechanische Bearbeitung eines Schaltschrankgehäuses, eines Flachteils, einer Montageplatte oder dergleichen umfassen, beispielsweise die Einbringung von Bohrlochbildern für die Montage von Hutschienen und Komponenten, oder von Ausbrüchen für die Montage von Filterlüftern und dergleichen.
-
Diese vorzugsweise als ALM-Daten bereitgestellten geometrischen Daten können dazu verwendet werden, um mithilfe einer Datenverarbeitungsanlage 300 daraus die erforderlichen Bearbeitungsschritte zur Herstellung der elektrischen Schalt- oder Steuerungsanlage zu ermitteln. Die Datenverarbeitungsanlage 300 hat Zugriff auf die Cloud 200. Das Ermitteln kann insbesondere das Extrahieren von Bearbeitungsdaten aus den geometrischen Daten beziehungsweise AML-Daten umfassen. Die Datenverarbeitungsanlage 300 ist auf keine besonderen Ausführungsformen beschränkt und kann Cloud-basiert ausgebildet (Software as a service) oder auf einem lokalen Server implementiert sein.
-
Dadurch, dass das computerimplementierte Verfahren beziehungsweise die Datenverarbeitungsanlage im Wesentlichen Cloud-basiert ausgeführt sein können, kann auf die extrahierten Daten örtlich unabhängig zugegriffen und ein Fertigungsauftrag dazu angelegt werden. Die Daten können dezentral analysiert und daraus passende Bearbeitungsprozesse bestimmt werden. Diese betreffen entsprechend den zuvor genannten geometrischen Daten Bearbeitungsdaten, beispielsweise zur spanenden oder lasergestützten Einbringung von Ausbrüchen, Bohrlochbildern und dergleichen, Bestückungsdaten, etwa in Bezug auf die beispielsweise robotergestützte Positionierung und Montage von Schaltschrankkomponenten, sowie Verdrahtungsinformationen für die vorzugsweise vollautomatisierte Verdrahtung der Komponenten einschließlich Kabelverlegewege, Kabelendenzuführungswege in Bezug auf Komponenten, sowie Qualitätssicherungsmaßnahmen, beispielsweise die Bestimmung einer Abzugsfestigkeit einer hergestellten elektrischen Verdrahtung.
-
Wenn aus den geometrischen Daten die erforderlichen Bearbeitungsschritte zur Herstellung der elektrischen Schaltanlage ermittelt worden sind, können diese Bearbeitungsschritte mindestens einer von mehreren Bearbeitungsmaschinen, welche mit einer Datenschnittstelle mit der Datenverarbeitungsanlage verbunden sind, zugewiesen werden. Die Zuweisung kann unter Anwendung mindestens eines Auswahlkriteriums erfolgen. Das Auswahlkriterium kann beispielsweise eine Auslastung der betreffenden Bearbeitungsmaschine sein und vorzugsweise eine Kann-Validierung und eine Ist-Validierung umfassen. Bei der Kann-Validierung wird ermittelt, ob die betreffende Bearbeitungsmaschine grundsätzlich, d.h. technisch-funktional in der Lage ist, die geforderten Bearbeitungsschritte durchzuführen. Beispielsweise kann ein Ausbruch mit einer spanenden Bearbeitungsmaschine oder mit einer Laserbearbeitungsanlage erzeugt werden. Der Ausbruch kann jedoch nicht mit einem Verdrahtungsroboter hergestellt werden, welcher neben den zuvor genannten Bearbeitungsmaschinen und weiteren einer Vielzahl im Schalt- und Steuerungsanlagenbau erforderlicher Bearbeitungsmaschinen in einem Netzwerk von Bearbeitungsmaschinen mit der Datenverarbeitungsanlage für die zentrale Ansteuerung verbunden ist.
-
Die Ist-Validierung kann umfassen, dass an einer Bearbeitungsmaschine, welche beispielsweise ein auswechselbares Werkzeug aufweist, bestimmt wird, ob in dem Moment der Zuweisung und/oder der Ausführung des Bearbeitungsschritts die betreffende Bearbeitungsmaschine ein passendes Werkzeug gerüstet hat, sodass eine Umrüstung auf ein anderes Werkzeug nicht erforderlich ist und Rüstzeiten entfallen können. Insbesondere in größeren Bearbeitungsanlagen, bei welchen mehrere technisch-funktional gleichwertige Bearbeitungsmaschinen für die maximale Auslastung optimiert sind, kann die Ist-Validierung dazu führen, dass bei positiv bestimmter Kann-Validierung eine negative Ist-Validierung eine Zuweisung des Bearbeitungsschritts an eine alternative Bearbeitungsmaschine erfolgt, für die nicht nur die Kann-Validierung, sondern auch die Ist-Validierung positiv beschieden wird.
-
Das Verfahren kann weiterhin eine Qualitätsprüfung dahingehend aufweisen, dass die Bearbeitungsmaschinen, die von ihnen ausgeführten Prozessabläufe, einschließlich Bewegungsabläufe und sonstige Bearbeitungsabläufe erfassen und einen entsprechenden Protokolldatensatz an die Datenverarbeitungsanlage übermitteln, in welcher der Protokolldatensatz für die Qualitätssicherung hinterlegt wird und bedarfsweise abgerufen werden kann.
-
Schließlich kann vorgesehen sein, dass in dem bereits beschriebenen Netzwerk aus einer Vielzahl Bearbeitungsmaschinen, die teilweise untereinander gleichartig aber auch technisch-funktional voneinander abweichend sein können, bei einer Neuzuordnung einer Bearbeitungsmaschine dem Netzwerk die neue Bearbeitungsmaschine sich selbst in dem System anmeldet, beispielsweise der Datenverarbeitungsanlage mitteilt, welchen technisch-funktionalen Funktionsumfang sie umfasst und gegebenenfalls mit welcher Art von Maschinendaten sie angesteuert werden kann, sodass die zentrale Datenverarbeitungsanlage für die Zuweisung der Bearbeitungsschritte den Funktionsumfang der Maschinen als Auswahlkriterium verwenden und die Konditionierung der Maschinendaten geeignet bereitstellen kann.
-
Um eine gleichmäßige Auslastung von Bearbeitungsmaschinen mit gleichem oder ähnlichem technisch-funktionalen Funktionsumfang zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass die Bearbeitungsschritte und die daraus abgeleiteten Bearbeitungsaufträge gesplittet werden, sodass mehrere Teilaufträge an unterschiedliche Bearbeitungsmaschinen verteilt werden können. Die Aufteilung des Auftrags kann wiederum von verschiedenen Auswahlkriterien abhängen, beispielsweise von dem gerüsteten Werkzeug der unterschiedlichen Bearbeitungsmaschinen, wobei eine Optimierung dahingehend erreicht werden kann, dass nach Möglichkeit eine Umrüstung des jeweiligen Werkzeugs der beiden Bearbeitungsmaschinen nicht erforderlich ist, um den Auftrag auszuführen.
-
Nachdem die Bearbeitungsmaschine den Bearbeitungsschritt zugewiesen bekommen hat, führt sie eine Ist-Validierung durch. Die Ist-Validierung kann neben den bereits zuvor genannten Aspekten auch eine Überprüfung auf Materialverfügbarkeit aufweisen, beispielsweise, wenn die Bearbeitungsmaschine eine Komponentenbestückungsanlage oder ein Verdrahtungsroboter ist. Im Falle einer negativen Ist-Validierung kann der Bearbeitungsschritt beziehungsweise der daraus abgeleitete Auftrag an die Datenbearbeitungsanlage zurückgesendet werden. Dort kann der Auftrag beziehungsweise der Bearbeitungsschritt entweder manuell modifiziert werden, um eine automatisierte Bearbeitung des Bearbeitungsschritts von mindestens einer der Bearbeitungsmaschinen zu erreichen. Alternativ kann der Bearbeitungsschritt auch für die Neuvergabe an eine alternative Bearbeitungsmaschine bereitgestellt werden.
-
Der Status sämtlicher Bearbeitungsschritte oder zumindest einer Teilmenge dieser kann ständig oder periodisch überwacht werden, dahingehend, ob der Bearbeitungsauftrag erfolgreich an eine Bearbeitungsmaschine vergeben wurde und ob der Auftrag von der Bearbeitungsmaschine ordnungsgemäß ausgeführt wurde, einschließlich eines gegebenenfalls von der Bearbeitungsmaschine erzeugten Fehlerprotokolls. Das Protokoll kann die Bewegungsabläufe und Bearbeitungsabläufe der Bearbeitungsmaschine dokumentieren. Im Falle einer schneidenden/bohrenden Bearbeitungsmaschine können dies beispielsweise eingebrachte Bohrlochbilder und Ausbrüche sein, die mit entsprechenden Bohrlochbildern und Ausbrüchen in den geometrischen Daten abgeglichen werden und gegebenenfalls eine ausreichende beziehungsweise exakte Übereinstimmung quittiert wird. Im Falle eines Verdrahtungsroboters kann dies die ordnungsgemäße Verdrahtung gemäß einem Verdrahtungsplan der Planungsdaten umfassen, einschließlich Einhaltung eines vorgegebenen Verlegewegs, einer Kontaktierung, einer Abzugsprüfung, einer Widerstandsprüfung, etc.
