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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Produktionsanlage mit einem Transportsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Im Rahmen der Erfindung können beispielsweise die Transportsysteme TS1 oder T2plus der Bosch Rexroth AG benutzt werden
(https://www.boschrexroth.com/de/de/produkte/produktgruppen/montagetechnik/transf ersysteme/transfersystem-ts-1;
https://www.boschrexroth.com/de/de/produkte/produktgruppen/montagetechnik/transf ersysteme/transfersystem-ts-2plus). Bei diesen werden Werkstücke auf Transportstrecken transportiert, die jeweils zwei parallele, endlos umlaufende Transportbänder haben. Mittels Weichenvorrichtungen und Kurven wird ein verzweigtes System von Transportwegen geschaffen, so dass die Werkstücke zu allen Bearbeitungsstationen der Produktionsanlage transportierbar sind. In der aktuellen betrieblichen Praxis werden solche Transportsysteme von einer zentralen SPS-Steuerung hinsichtlich des Verfahrensablaufs gesteuert, d.h. alle Vereinzeler, Transportantriebe und Lesevorrichtungen sind an dieselbe zentrale SPS-Steuerung angeschlossen, wobei die Steuerprozesse allein von der SPS-Steuerung ausgeführt werden.
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Dieses Grundkonzept hat zur Folge, dass den Steuerprozessen von großen Produktionsanlagen ein außerordentlich komplizierter Programmcode zugrunde liegt. In der Doktorarbeit „Unterstützung der Wandlungsfähigkeit von Produktionsanlagen durch innovative Softwaresysteme“, die am 26.03.2021 unter der Internetadresse
https://www.faps.fau.de/wp-content/uploads/20 19/12/W eber-2007-Unterst%C3%BCtzung-der-Wandlungsf%C3%A4higkeit-von-Produktionsanlagen.pdf abrufbar war, hat man versucht, diesem Problem durch eine verteilte Rechnerstruktur abzuhelfen. Dementsprechend hat die Produktionsanlage mehrere Rechner. Die Produktionsanlage ist modular aufgebaut, wobei versucht wird, den mechanischen Aufbau der Produktionsanlage automatisiert zu ermitteln und im Rahmen der Anlagensteuerung zu verwenden.
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Es hat sich gezeigt, dass dieses Konzept sehr leicht zu einer Überlastung der Rechner und des Computernetzwerks führt, wenn man kostengünstige Rechner und Netzwerkkomponenten verwenden will.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Überlastung einzelner Rechner und/oder Netzwerkverbindungen auf kostengünstige Weise vermieden wird. Weiter wird die selbständige Erkennung der Anlagenstruktur in vorteilhafter Weise unterstützt. Darüber hinaus kann die Produktionsanlage im laufenden Betrieb flexibel auf den Ausfall oder die Verlangsamung einzelner Anlagenkomponenten automatisiert reagieren.
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Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zum Betrieb einer Produktionsanlage mit mehreren Bearbeitungsstationen vorgeschlagen, wobei mittels eines Transportsystems die zu bearbeitenden Werkstücke zu den verschiedenen Bearbeitungsstationen transportierbar sind, wobei das Transportsystem mehrere Transportstrecken umfasst, die jeweils einen Transportantrieb zum Transportieren der Werkstücke haben, wobei die Transportstrecken über schaltbare Weichenvorrichtungen und/oder Kurven so miteinander verbunden sind, dass sie ein verzweigtes System von Transportwegen bilden, mittels dessen die Werkstücke zu allen Bearbeitungsstationen transportierbar sind, wobei mehrere Vereinzeler vorgesehen sind, die jeweils an einer zugeordneten Transportstrecke angeordnet sind, um die Werkstücke anzuhalten, wobei mehrere Lesevorrichtungen vorgesehen sind, die jeweils an einer zugeordneten Transportstrecke angeordnet sind, wobei mittels jeder Lesevorrichtung ein Informationsträger abgelesen werden kann, der an einem an der betreffenden Lesevorrichtung vorbei laufenden Werkstück angebracht ist, wobei das Transportsystem mehrere gesonderte Rechner umfasst, welche über ein Computernetzwerk in Datenaustauschverbindung stehen, wobei jeder Transportantrieb, jeder Vereinzeler, jede Weichenvorrichtung und jede Lesevorrichtung an einen jeweils zugeordneten Rechner derart unmittelbar angeschlossen ist, dass ein Datenaustausch mit dem betreffenden Rechner unter Umgehung des Computernetzwerks erfolgen kann, wobei über das Computernetzwerk ein Datenaustausch mit den verbleibenden Rechnern erfolgen kann, wobei die Steuerung der Weichenvorrichtungen, der Transportantriebe und der Vereinzeler unter Berücksichtigung von Informationen der Lesevorrichtungen mittels mehrerer gesonderter Steuerprozesse geschieht, die parallel bzw. quasiparallel ausgeführt werden, wobei sie untereinander ausschließlich über Nachrichten kommunizieren, die über das Computernetzwerk übertragbar sind, wobei während des Betriebs der Produktionsanlage automatisiert eine erste Entscheidung darüber getroffen wird, welcher Steuerprozess auf welchem Rechner ausgeführt wird, wobei die erste Entscheidung anschließend automatisiert umgesetzt wird.
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Die genannte erste Entscheidung wird vorzugsweise mehrfach während des Betriebs der Produktionsanlage getroffen und umgesetzt. Wenn in der Folge ein Steuerprozess von einem Rechner auf einen neuen Rechner übertragen werden soll, so geschieht dies vorzugsweise dadurch, dass der betreffende Steuerprozess mit seinem Programmcode und all seinen Daten vom alten auf den neuen Rechner kopiert wird, wobei er auf dem alten Rechner gestoppt wird, wobei die Kopie auf dem neuen Rechner gestartet wird. Die erste Entscheidung wird vorzugswiese unmittelbar nachdem sie gefällt wurde umgesetzt. Die erste Entscheidung wird vorzugsweise von einem der Rechner der Produktionsanlage getroffen.
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Die Werkstücke sind vorzugsweise auf plattenartigen Werkstückträgern aufgenommen, die wiederum auf den Transportstrecken aufliegen. Die Transportstrecken verlaufen vorzugsweise gerade. Die genannten Informationsträger sind vorzugsweise mittelbar an dem jeweils zugeordneten Werkstück angebracht, nämlich an dem betreffenden Werkstückträger. Sie können auch unmittelbar am Werkstück angebracht sein. Die Transportstrecken haben vorzugsweise wenigstens ein endlos umlaufendes Zugmittel, welches die Werkstücke reibschlüssig mitnimmt, wobei es vom Transportantrieb in Bewegung versetzt wird. Höchst vorzugsweise hat jede Transportstrecke zwei parallele Zugmittel. Bei den Zugmitteln kann es sich um Förderbänder oder um Förderketten handeln.
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Bei dem Computernetzwerk kann es sich um ein drahtgebundenes oder ein drahtloses Computernetzwerk handeln, wobei beliebige Mischformen denkbar sind. Ein drahtgebundenes Computernetzwerk kann beispielsweise nach dem Ethernet-Standard ausgeführt sein. Ein drahtloses Computernetzwerk kann beispielsweise nach einem der Standards Wifi, LTE, 5G, Ultra-Wide-Band (UWB) arbeiten, wobei auch hier beliebige Mischformen möglich sind. Vorzugsweise basiert das Computernetzwerk auf dem Internet- bzw. IP-Protokoll.
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Bei der Weichenvorrichtung kann es sich um eine Weiche mit einem schwenkbaren Weichenarm handeln. Es kann sich aber auch um eine Hub-Quer-Einheit handeln, welche eine hubbewegliche Umlenk-Transportvorrichtung umfasst, wobei die Förderrichtung der zugeordneten Förderstrecke und die Förderrichtung der Umlenk-Transportvorrichtung senkrecht zueinander ausgerichtet sind.
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In einer Bearbeitungsstation kann beispielsweise ein Materialabtrag am Werkstück oder eine Fügung wenigstens zweier Bauteile als Bearbeitung stattfinden. Die Bearbeitung kann auch in einer reinen Kontrolle des Werkstücks, beispielsweise auf Maßhaltigkeit, bestehen.
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Es ist denkbar, dass gleichartige Rechner eingesetzt werden, um durch hohe Stückzahlen Kosten zu minimieren. Es ist aber auch denkbar, dass Rechner eingesetzt werden, die sich hinsichtlich ihrer Rechenleistung deutlich voneinander unterscheiden. Es sind auch Mischformen denkbar, d.h. viele gleichartige eher langsame Rechner und wenige sehr schnelle Rechner.
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Die Förderstrecken können eine einzige Förderebene definieren. Es ist denkbar, dass die Förderstrecken mehrere parallele Förderebenen definieren, wobei die Werkstücke mittels Aufzügen zwischen den Förderebenen ausgetauscht werden. Es ist auch denkbar, dass die Förderstrecken gebogen durch den Raum verlaufen.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Es kann vorgesehen sein, dass die erste Entscheidung so gefällt wird, dass eine Überlastung des Computernetzwerks, gleich, an welcher Stelle des Computernetzwerks sie stattfindet, und/oder eine Überlastung jedes einzelnen Rechners vermieden wird. Die erste Entscheidung kann dabei getroffen werden, indem die Auslastung des Computernetzwerks und der Rechner vorab für verschiedene mögliche erste Entscheidungen simuliert wird, wobei diejenige Variante ausgewählt wird, die das günstigste Verhalten zeigt. Es ist aber auch denkbar, dass die Auslastung des Computernetzwerks und der Rechner im laufenden Betrieb überwacht wird, wobei dann, wenn die eine Überlastung erkannt wird, die erste Entscheidung erneut getroffen wird. Vorzugsweise wird dabei derjenige Steuerprozess auf einen anderen Rechner verlagert, welcher am meisten zur gefundenen Überlastung beiträgt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die erste Entscheidung so gefällt wird, dass eine Latenz des Datenaustausches über das Computernetzwerk minimiert und/oder begrenzt wird. Vorzugsweise werden während des Betriebs der Produktionsanlage die Latenzen des Datenaustauschs zwischen besonders kritischen Steuerprozessen fortlaufend gemessen. Sobald diese gemessenen Latenzen vorgegebene Grenzwerte überschreiten, wird die erste Entscheidung erneut getroffen. Die Latenz wird vorzugsweise dadurch minimiert, dass im Rahmen des Routings des genannten IP-Protokolls möglichst wenige Router durchlaufen werden müssen. Man spricht auch davon, dass die Anzahl der Hops minimiert wird. Ein Router stellt dabei eine Verknüpfung zwischen zwei Subnetzen des Computernetzwerks her. Unter einer Latenz wird dabei die Zeitdauer verstanden, welche ein einzelnes Datenpaket bei der Übertragung über das Computernetzwerk von einem Quell-Rechner zu einem Ziel-Rechner benötigt.
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Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens einer Weichenvorrichtung und/oder wenigstens einer Bearbeitungsstation jeweils ein gesonderter Rechner zugeordnet ist, wobei alle Vereinzeler, alle Lesevorrichtungen und alle Transportantriebe jeweils an den räumlich am nächsten gelegenen dieser Rechner angeschlossen sind. Hierdurch wird der erforderliche Datenaustausch über das Computernetzwerk von vornherein minimiert. Vorzugsweise ist allen Weichenvorrichtungen und/oder allen Bearbeitungsstationen jeweils ein gesonderter Rechner zugeordnet. Es ist zumindest denkbar, dass einer Weiche oder einer Bearbeitungsstation mehrere Rechner zugeordnet sind. Die Weichenvorrichtungen und/oder die Bearbeitungsstationen bilden vorzugsweise jeweils ein Modul, welches weitgehend vormontiert in die Produktionsanlage einbaubar ist. Der Rechner ist vorzugsweise Bestandteil des betreffenden Moduls.
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Es kann vorgesehen sein, dass die erste Entscheidung erneut getroffen und umgesetzt wird, wenn zumindest ein Rechner und/oder zumindest eine Computernetzwerk-Verbindung funktionsuntüchtig und/oder überlastet wird. Die Funktionsuntüchtigkeit der betreffenden Rechner und/oder Computernetzwerk-Verbindungen wird vorzugsweise automatisiert überwacht, insbesondere unter Ausnutzung eines Datenaustauschs über das Computernetzwerk.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Gesamtheit aller genannten Steuerprozesse einen digitalen Zwilling des Transportsystems speichern, wobei der digitale Zwilling insbesondere die Lage der Werkstücke auf dem Transportsystem und Informationen über die Funktionstüchtigkeit aller Rechner und Computernetzwerk-Verbindungen enthält. Vorzugsweise enthält der digitale Zwilling alle Daten des Transportsystems, welche im Rahmen der Steuerung desselben verwendbar sind. Zumindest ein Teil dieser Daten wird dabei durch Simulation ermittelt. Beispielsweise ist der genaue Standort eines Werkstücks nur dann bekannt, wenn es an einer Lesevorrichtung vorbeiläuft. Für die übrigen Zeiträume kann der Standort eines Werkstücks aus der Geschwindigkeit der Transportstrecken und der Stellung der Weichenvorrichtungen und der Vereinzeler berechnet werden. Es ist dementsprechend daran gedacht, dass man beim digitalen Zwilling jederzeit den Standort eines Werkstücks abfragen kann. Die erfindungsgemäße Vernetzung der Anlagenkomponenten ermöglicht dabei, dass alle Rechner auf alle Anlagenkomponenten zugreifen können. Allein die mögliche Zugriffsgeschwindigkeit ist abhängig vom jeweiligen Rechner, wobei diese im Rahmen der ersten Entscheidung optimiert werden kann.
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Es kann daran gedacht sein, dass jeder Rechner einen eigenen digitalen Zwilling des gesamten Transportsystems speichert. Bei großen Transportsystemen ist es jedoch vorteilhaft, wenn der digitale Zwilling eines Rechners nur die nähere räumliche Umgebung des betreffenden Rechners erfasst, wobei sich die digitalen Zwillinge benachbarter Rechner vorzugsweise überlappen oder unmittelbar aneinander angrenzen.
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Es kann vorgesehen sein, dass zu jedem Werkstück, welches von der Produktionsanlage bearbeitet wird, ein Bearbeitungsplan vorgegeben wird, der angibt, welche Typen von Bearbeitungsstationen, und gewünschtenfalls in welcher Reihenfolge, zu durchlaufen sind, wobei mehrere der genannten Steuerprozesse bei einer zweiten Entscheidung zusammenwirken, mit der automatisiert entschieden wird, entlang welchem Weg das Werkstück entlang des Transportsystems transportiert wird, wobei bei der zweiten Entscheidung der dem Werkstück zugeordnete Bearbeitungsplan und im digitalen Zwilling gespeicherte Informationen berücksichtigt werden.
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Vorzugsweise ist zumindest ein Typ von Bearbeitungsstation in der Produktionsanlage mehrfach vorhanden. Im Rahmen der zweiten Entscheidung wird insbesondere entschieden, welche dieser gleichartigen Bearbeitungsstationen verwendet wird, um ein bestimmtes Werkstück zu bearbeiten. Die zweite Entscheidung wird vorzugsweise so gefällt, dass die Produktionsanlage pro Zeiteinheit eine größtmögliche Anzahl von Werkstücken herstellt. Dabei ist es denkbar, dass einzelne Werkstücke derart priorisiert werden, dass deren Durchlaufzeit durch die Produktionsanlage einen vorgegebenen Grenzwert nicht übersteigt. Alternativ ist es denkbar, dass die genannte Durchlaufzeit minimiert wird.
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Im Bearbeitungsplan können Bearbeitungsschritte vorhanden sein, welche die Anwesenheit unterschiedlicher Werkstücke an derselben Bearbeitungsstation erfordern. Dieser Umstand wird vorzugsweise im Rahmen der zweiten Entscheidung berücksichtigt. Die genannten unterschiedlichen Werkstücke können dabei parallel auf der Produktionsanlage hergestellt werden.
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Im Bearbeitungsplan können Bearbeitungsschritte vorhanden sein, bei welchen eine Bearbeitungsstation aus einem Werkstück mehrere Werkstücke erzeugt. Beispielsweise können aus einem im Kunststoffspritzgussverfahren hergestellten Werkstück mehrere Einzelteile herausgebrochen werden. Dieser Umstand wird vorzugsweise im Rahmen der zweiten Entscheidung berücksichtigt. Die beiden vorgenannten Bearbeitungsschritte haben den Charakter einer Verzweigung, so dass sich insgesamt ein baumartig oder gar netzartig strukturierter Bearbeitungsplan ergibt und nicht nur ein rein linearer Bearbeitungsplan.
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In einem Bearbeitungsplan können Bearbeitungsschritte vorhanden sein, bei welchen Werkstücke, beispielsweise nach einer Kontrolle, als unbrauchbar verworfen werden. Dieser Umstand kann im Rahmen der zweiten Entscheidung für ein anderes Werkstück berücksichtigt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass jeder Rechner nur einen Teil des gesamten digitalen Zwillings speichert, wobei jeder Steuerprozess, der an der zweiten Entscheidung beteiligt ist, ausschließlich den Teil des digitalen Zwillings verwendet, der auf einem Rechner gespeichert ist, welcher einen an der zweiten Entscheidung beteiligten Steuerprozess ausführt oder auf einem Rechner in dessen unmittelbarer Nachbarschaft, wobei diese Bedingung bei der ersten Entscheidung berücksichtigt wird. Hierdurch kann der Datenverkehr über das Computernetzwerk auf einfache Weise minimiert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der digitale Zwilling Informationen über die räumliche Relativlage der Bearbeitungsstationen, der Transportstrecken, der Weichenvorrichtungen, der Kurven, der Vereinzeler und der Lesevorrichtungen enthält, wobei diese Informationen automatisiert ermittelt werden, wobei sie bei der zweiten Entscheidung berücksichtigt werden. Die automatisierte Ermittlung kann beispielsweise dadurch geschehen, dass ein Test-Werkstückträger entlang eines zufälligen oder systematisch gewählten Weges entlang des Transportsystems transportiert wird. Mit den Lesevorrichtungen kann dabei erkannt werden, dass er sich im Lesemoment an der betreffenden Stelle des Transportsystems befindet. Die Relativlage der Komponenten, die an einen Rechner unmittelbar angeschlossen sind, ist vorab bekannt. Durch Kombination der beiden vorgenannten Informationen kann die genannte räumliche Relativlage ermittelt werden. Weiter kann eine automatisierte Entfernungsmessung zwischen den Anlagenteilen durchgeführt werden. In diesem Fall kommt vorzugsweise ein Computernetzwerk nach dem Ultra-Wide-Band-Standard (UWB) zum Einsatz, da dieses eine vergleichsweise genaue Entfernungsmessung ermöglicht. Die Bearbeitungsstationen sind vorzugsweise jeweils mit einem UWB-Tag fest verbunden. Vorzugsweise kommt ein Entfernungsmessungssystem zum Einsatz, welches die Laufzeit von elektromagnetischen Wellen misst, um die Entfernung zu bestimmen (Time-of-Flight). Vorzugsweise werden mehrere Entfernungen zwischen unterschiedlichen Anlagenteilen gemessen, wobei durch Triangulation die Relativlage der betreffenden Anlagenteile ermittelt wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass bei der Umsetzung der zweiten Entscheidung mehrere Steuerprozesse zusammenwirken, die auf unterschiedlichen Rechnern ausgeführt werden. Hierdurch kann der Datenverkehr über das Computernetzwerk minimiert werden. Vorzugsweise wird angestrebt, dass die Steuerprozesse, welche die Weichenvorrichtungen, die Vereinzeler oder die Transportantriebe unmittelbar verstellen, auf dem unmittelbar zugeordneten Rechner laufen. Die zusammenarbeitenden Steuerprozesse tauschen über das Computernetzwerk vorzugsweise Hilfsdaten aus, die keine unmittelbare Verstellung der Weichenvorrichtungen, der Vereinzeler oder der Transportantriebe bewirken. Diese Hilfsdaten benötigen vergleichsweise wenig Übertragungsbandbreite.
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Es kann vorgesehen sein, dass die erste Entscheidung erneut getroffen und ggf. umgesetzt wird, wenn der Produktionsanlage ein neues Werkstück zugeführt wird. Es versteht sich, dass keine Umsetzung erforderlich ist, wenn die erste Entscheidung durch das neue Werkstück nicht verändert wird. Vorzugsweise ist die Produktionsanlage so ausgelegt, dass eine Veränderung der ersten Entscheidung aufgrund eines neuen Werkstücks selten stattfindet. Wenn die Produktionsanlage viele sich deutlich voneinander unterscheidenden Werkstücke fertigt, kann es jedoch ohne Weiteres dazu kommen, dass mit jedem neu zugeführten Werkstück eine andere Verteilung der Steuerprozesse auf die verschiedenen Rechner stattfindet.
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Es kann vorgesehen sein, dass automatisiert ermittelt wird, ob eine Bearbeitungsstation und/oder eine Weichenvorrichtung und/oder eine Transportstrecke funktionsunfähig oder verlangsamt ist, wobei die zweite Entscheidung in Bezug auf wenigstens ein Werkstück erneut getroffen und umgesetzt wird, wenn sich zumindest einer der vorgenannten Zustände ändert. Damit reagiert die Produktionsanlage automatisiert auf den Ausfall einzelner Anlagenkomponenten. Vorzugsweise sind Bearbeitungsstationen, bei denen die die Bearbeitungsdauer und/oder die Ausfallwahrscheinlichkeit hoch ist, mehrfach redundant vorhanden.
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Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Werkstück mit einem Ultra-Wide-Band-Tag versehen ist, wobei die Lage dieses Werkstücks innerhalb des Transportsystems mittels des Ultra-Wide-Band-Tags ermittelt wird. Damit ist zu jedem Zeitpunkt eine genaue Messung der Position des betreffenden Werkstücks möglich. Die oben angesprochene Simulation der Lage eines Werkstücks auf dem Transportsystem kann hierdurch unterstützt oder ersetzt werden. Vorzugsweise ist der oben angesprochene Test-Werkstückträger mit dem Ultra-Wide-Band-Tag versehen. Die entsprechende Lagemessung kommt dann vorzugsweise bei der automatischen Ermittlung der Relativlage der Anlagenkomponenten zum Einsatz.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine grobschematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Produktionsanlage;
- 2 ein Diagramm der Computer-Netzwerkverbindungen zwischen den Rechnern; und
- 3 ein Diagramm der Datenaustauschverbindungen zwischen den Lesevorrichtungen, den Vereinzelern, den Transportantrieben und den Steuerprozessen.
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1 zeigt eine grobschematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Produktionsanlage 10. Die mechanischen Komponenten des entsprechenden Transportsystems 30 sind bekannt, wobei sie für die Erfindung allenfalls unwesentlich verändert werden. Rein bespielhaft wird auf
https://www.boschrexroth.com/de/de/produkte/produktgruppen/montagetechnik/transf ersysteme/transfersystem-ts-1 und
https://www.boschrexroth.com/de/de/produkte/produktgruppen/montagetechnik/transf ersysteme/transfersystem-ts-2plus verwiesen, wobei dort die Transportsysteme Rexroth TS1 und T2plus mit all ihren Komponenten beschrieben sind. Die in 1 grobschematisch gezeigte, beispielhafte Produktionsanlage 10 kann sowohl nach dem System TS1 als auch nach dem System T2plus aufgebaut werden.
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Zunächst umfasst das Transportsystem 10 vorliegend insgesamt sechs Transportstrecken 31, die jeweils als gerade verlaufende Doppelgurtförderer ausgebildet sind. Sie haben also zwei parallele, endlos umlaufende Transportbänder oder Förderketten, die jeweils von einem gemeinsamen Transportantrieb 32, nämlich einem Elektromotor, in Bewegung versetzt werden. Die Transportbänder laufen meist mit einer konstanten Geschwindigkeit immer in die gleiche Richtung. Dabei ist es selbstverständlich möglich, die Transportgeschwindigkeit und die Transportrichtung an die Bedürfnisse des Produktionsablaufs anzupassen. Auf den Transportstrecken 31 werden die zu bearbeitenden Werkstücke 11 transportiert. Diese sind typischerweise jeweils auf einem plattartigen, meist quadratischen, Werksträger aufgenommen, der wiederum unmittelbar auf den genannten Transportbändern aufliegt, so dass er reibschlüssig mitgenommen wird.
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Die einzelnen Transportstrecken 31 grenzen an Weichenvorrichtungen 40, an Kurven 41 oder an Stoßstellen 33 unmittelbar aneinander an. Sie durchlaufen die Bearbeitungsstationen 20 meist unterbrechungsfrei. Gleiches gilt für den gerade durchlaufenden Weg einer Weichenvorrichtung 40. Bei den Weichenvorrichtungen 40 kann es sich um Hubquereinheiten (vgl. z.B.
DE 10 2018 204 644 A1 ) handeln, wobei auch andere Bauarten (vgl. z.B.
DE 44 39 107 C2 ) bekannt sind. Alle Weichenvorrichtungen 40 haben gemeinsam, dass zwei Transportstrecken 31 T-förmig aneinander anstoßen, wobei der Weg, den das Werkstück 11 nimmt, umschaltbar ist. Kurven 41 sind z.B. aus der
DE 44 31 836 B4 oder der
DE 195 00 546 B4 bekannt. In einer Kurve 41 grenzen zwei Transportstecken 31 aneinander an, die sich hinsichtlich ihrer Richtung unterscheiden, meist um 90° oder 180°. Eine Kurve 41 ist meist so aufgebaut, dass das Werkstück 11 entlang des gesamten Kurvenwegs angetrieben ist.
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Ein weiteres Element des erfindungsgemäßen Transportsystems 30 sind die Vereinzeler 42, mit welchen die Werkstücke 11 trotz der weiterlaufenden Transportstrecke 31 angehalten werden können. Hierfür wird in der Regel ein Anschlag für die Werkstücke 11 über die durch die Transportbänder definierte Förderebene angehoben. Wenn der Anschlag unter die Transportebene versenkt wird, kann das Werkstück 11 auf der Förderstrecke 31 weiterlaufen. Ein Vereinzeler 42 ist beispielsweise aus der
EP 2 072 429 B1 bekannt. Die Bearbeitungsstationen 20 sind typischerweise mit zwei Vereinzelern 42 versehen. Ein erster Vereinzeler dient zum Aufstauen mehrerer Werkstücke 11 als Arbeitsvorrat. Ein zweiter Vereinzeler hält ein einziges Werkstück 11 in der Bearbeitungsposition an, wobei es dort zusätzlich durch eine (nicht dargestellte) Positioniervorrichtung genau ausgerichtet werden kann. Die Weichenvorrichtungen 40 sind beispielsweise auf einer einlaufenden Seite mit einem Vereinzeler versehen, so dass sichergestellt werden kann, dass immer nur ein einzelnes Werkstück 11 die Weichenvorrichtung 40 passiert.
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Weiter ist auf die Lesevorrichtungen 43 hinzuweisen, die an verschiedenen Stellen des Transportsystems 30 angeordnet sind. Die Werkstücke 11, insbesondere die Werkstückträger, sind hierbei mit Informationsträgern versehen, bei denen es sich meist um drahtlos auslesbare RFID-Tags handelt, wobei auch optisch auslesbare Strich- oder Matrixcodes verwendbar sind. Eine Lesevorrichtung 43 kann den Informationsträger ablesen, wenn sich das Werkstück 11 in einem eng begrenzten Lesebereich der Lesevorrichtung 43 befindet. Dabei wird im einfachsten Fall eine eindeutige Seriennummer des Werkstücks 11 bzw. des Werkstückträgers gelesen. RFID-Tags können auch Informationen speichern, die von einer Lesevorrichtung 43 gesendet bzw. geschrieben werden, wobei sie von einer weiteren Lesevorrichtung 43 ausgelesen werden. Zusätzlich zu den genannten Lesevorrichtungen 43 mit eng begrenztem Lesebereich können weitere (nicht dargestellte) Lesevorrichtung mit einem größeren Lesebereich vorhanden sein, der die gesamte Produktionsanlage 10 umfassen kann.
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Die Transportstrecken 31 sind über die Weichenvorrichtungen 40 und die Kurven 41 zu einem verzweigten System von Transportwegen verknüpft. Ein beispielsweise von links oben in 1 einlaufendes Werkstück 11 kann zu allen drei Bearbeitungsstationen 21; 22; 23 transportiert werden. Von dort kann es weiter zum Ausgang rechts oben in 1 transportiert werden. Es ist auch ein Transportweg vorgesehen, mit welchem alle Bearbeitungsstationen 20 umgangen werden können.
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Das erfindungsgemäße Transportsystem 30 umfasst mehrere Rechner 50. Diese können jeweils mindestens so leistungsfähig sein, dass sie ein Linux-Betriebssystem oder ein vergleichbares Betriebssystem ausführen können. Um Kosten zu sparen, werden vorzugsweise Rechner 50 verwendet, die weniger leistungsfähig sind, beispielsweise Mikrocontroller. Im einfachsten Fall ist jeder Bearbeitungsstation 20 und jeder Weichenvorrichtung 40 eine Rechner 50 räumlich zugeordnet, so dass die Kabelwege 73 zu den jeweils angeschlossenen Vereinzelern 42, Lesevorrichtungen 43 und Transportantrieben 32 kurz sind. Über die genannten Kabelwege 73 findet ein Datenaustausch 73 zwischen dem betreffenden Rechner 50 und den genannten Komponenten 42; 43; 32 statt. Der Rechner 50 kann also die unmittelbar angeschlossenen Komponenten 42; 43; 32 steuern bzw. Daten von diesen auslesen.
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Die verschiedenen Rechner 51 - 57 stehen darüber hinaus über ein Computernetzwerk (Nr. 71 in 2) in Datenaustauschverbindung. Die Rechner 50 sind dabei so eingerichtet, dass jeder Rechner 50 in Datenaustauschverbindung mit den an einen anderen Rechner angeschlossenen Komponenten 42; 43; 32 treten kann.
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Aus dem Stand der Technik sind Computernetzwerke bekannt, die zu Steuerungszwecken verwendet werden, beispielsweise Profinet
(https://de.wikipedia.org/wiki/Profinet) oder Sercos (https://www.sercos.de/). Diese sind gekennzeichnet durch einen echtzeitfähigen Datenaustausch. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll für den Datenaustausch auf dem Computernetzwerk gerade nicht auf solche aufwändigen Systeme zurückgegriffen werden. Vielmehr ist daran gedacht, dass über das Computer-Netzwerk einfache Nachrichten in einem Binär-Format asynchron ausgetauscht werden. Eine Steuerung in Echtzeit findet vorzugsweise allein über die direkten Kabelwege 73 zu den Rechnern 50 statt. Hierdurch kann die auf dem Computernetzwerk 71 belegte Übertragungsbandbreite ganz erheblich minimiert werden. Die erfindungsgemäße erste Entscheidung kann u.a. dazu genutzt werden, trotzdem eine Steuerung der Gesamtanlage in Echtzeit, d.h. mit vorgegebenen maximalen Reaktionszeiten, zu bewerkstelligen.
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2 zeigt ein Diagramm der Computer-Netzwerkverbindungen 71 zwischen den Rechnern 51 - 57. Die Rechner 51 - 52 in den Bearbeitungsstationen (Nr. 20 in 1) können beispielsweise jeweils an einen gemeinsamen Netzwerk-Switch 74 angeschlossenen sein, so dass sie sich direkt Ethernet- oder Wifi-Nachrichten zuschicken können, ohne dass ein IP-Routing erforderlich ist. Die Rechner 54 - 57 in den Weichenvorrichtungen (Nr. 40 in 1) können beispielsweise ebenfalls an einen gemeinsamen Netzwerk-Switch 74 angeschlossen sein, so dass sie sich direkt Ethernet- oder Wifi-Nachrichten zuschicken können, ohne dass ein IP-Routing erforderlich ist.
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Die beiden beispielhaften Netzwerk-Switches 74 sind an einen Netzwerk-Router 75 angeschlossen, der mittels IP-Routing einen Datenaustausch zwischen den beiden durch die Netzwerk-Switches 74 definierten Subnetzen ermöglicht. Diese Netzwerkstruktur hat zur Folge, dass beispielsweise ein Datenaustausch zwischen den Rechnern 51 und 53 eine geringere Latenz hat als ein Datenaustausch zwischen den Rechnern 51 und 56. Im ersten Fall wird nur das in 2 obere Subnetz für den Datenaustausch benötigt, wobei das untere Subnetz und der Netzwerk-Router nicht für den Datenaustausch beansprucht werden. Im zweiten Fall wird das gesamte Computernetz für den Datenaustausch belastet. Eben diesem Umstand kann mit der erfindungsgemäßen ersten Entscheidung Rechnung getragen werden, indem diese so getroffen wird, dass keine der in 2 dargestellten Computernetzwerk-Verbindungen 71 überlastet wird. Es versteht sich, dass die Netzwerk-Switches 74 und die Netzwerk-Router 75 integraler Bestandteil dieser Computernetzwerk-Verbindungen 71 sind, so dass es auch auf deren Überlastung ankommt.
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Es ist denkbar, dass die genannten Netzwerk-Switches 74 und die genannten Netzwerk-Router 75 in einen jeweils zugeordneten Rechner 50 integriert sind. Es ist denkbar, dass alle Rechner 50 ausschließlich durch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen verbunden sind.
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3 zeigt ein Diagramm der Datenaustauschverbindungen 72 zwischen den Lesevorrichtungen 43, den Vereinzelern 42, den Transportantrieben 32, den Weichenvorrichtungen 40 und den Steuerprozessen 70; 70a; 70b; 70c; 70d. Erfindungsgemäß sollen mehrere Steuerprozesse 70 vorhanden sein. Es kann beispielsweise daran gedacht sein, für jedes Werkstück (Nr. 11 in 1) einen Steuerprozess 70 auszuführen. Dieser Steuerprozess müsste dementsprechend die zweite Entscheidung treffen und entscheiden, welche Bearbeitungsstation als nächstes anzufahren ist. In 1 sind beispielsweise die Bearbeitungsstation 51 und 52 vom gleichen Typ. Der erste Steuerprozess 70a für das Werkstück 11a in 1 müsste also entscheiden, welche der beiden Bearbeitungsstationen 51 und 52 in 1 er als nächstes anfährt. Daraufhin müssten die Vereinzeler 42 und die Transportantriebe 32 entsprechend angesteuert werden. Um diese zweite Entscheidung zu treffen, benötigt der erste Steuerprozess 70a möglichst umfassende Informationen über den Zustand der Produktionsanlage, welche von einem digitalen Zwilling 76 bereitgestellt werden, welcher von einem vierten Steuerprozess 70d implementiert wird.
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Der vierte Steuerprozess 70d tauscht in der Folge mit nahezu jeder Komponente der Produktionsanlage Daten aus. In der Folge ist es hinsichtlich der Auslastung des Computer-Netzwerks weitgehend gleich, auf welchem Rechner 50 der vierte Steuerprozess 70d ausgeführt wird. Um wenigstens bei der Abfrage von Daten des digitalen Zwillings die Auslastung des Computernetzwerks zu minimieren, ist vorzugsweise daran gedacht, auf vielen Rechnern, oder sogar auf allen Rechnern eine Kopie des digitalen Zwillings bereitzeitstellen, die zumindest das unmittelbare Umfeld des betreffenden Rechners umfasst. Die verschiedenen (Teil-)Kopien werden von weiteren Steuerprozessen implementiert, die in 3 nicht dargestellt sind. Der digitale Zwilling 76 wird vorzugsweise unter Verwendung von „confict free replicated data types“ (https://en.wikipedia.org/wiki/Conflict-free_replicated_data_type) implementiert, so dass die verschiedenen Kopien auf die Dauer zuverlässig widerspruchsfrei sind.
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Bei der Umsetzung der genannten zweiten Entscheidung verstellt der erste Steuerprozess 70a meist nur solche Vereinzeler 42 und Transportantriebe 32, welche in seiner unmittelbaren räumlichen Nähe angeordnet sind. Betrachtet man also das erste Werkstück 11a in 1, so würde sich die geringste Belastung des Computernetzwerks ergeben, wenn der erster Steuerprozess 70a auf dem ersten Rechner 51 in 1 ausgeführt werden würde. Eben dies ist beispielsweise Gegenstand der erfindungsgemäßen ersten Entscheidung. Wenn sich das erste Werkstück mit fortschreitender Bearbeitung durch die Produktionsanlage bewegt, wird die erste Entscheidung mehrfach erneut getroffen mit der Folge, dass der erste Steuerprozess 70a auf einem anderen Rechner zur Ausführung gebracht wird. Für das Transferieren eines Steuerprozesses von einem Rechner auf einen anderen kann beispielsweise das Softwarepacket MOSIX (http://www.mosix.cs.huji.ac.il/pub/MOSIX_wp.pdf) genutzt werden. Es ist auch möglich, die verschiedenen Steuerprozesse unter Verwendung von Containern (vgl. z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/LXC) ablaufen zu lassen, da solche Container besonders einfach von einem Rechner auf einen anderen transferiert werden können.
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Bei der Nutzung weniger leistungsfähiger Rechner kommt vorzugsweise die Programmiersprache Erlang (https://www.erlang.org/) zum Einsatz, wobei insbesondere deren virtuelle Maschine ausgenutzt wird. Eine entsprechende Software-Architektur ist von der Webseite https://www.grisp.org/ bekannt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Produktionsanlage
- 11
- Werkstück
- 11a
- erstes Werkstück
- 11b
- zweites Werkstück
- 11c
- drittes Werkstück
- 20
- Bearbeitungsstation
- 21
- erste Bearbeitungsstation
- 22
- zweite Bearbeitungsstation
- 23
- dritte Bearbeitungsstation
- 30
- Transportsystem
- 31
- Transportstrecke
- 32
- Transportantrieb
- 33
- Stoß zwischen zwei benachbarten Transportstrecken
- 40
- Weichenvorrichtung
- 41
- Kurve
- 42
- Vereinzeler
- 43
- Lesevorrichtung
- 50
- Rechner
- 51
- erster Rechner
- 52
- zweiter Rechner
- 53
- dritter Rechner
- 54
- vierter Rechner
- 55
- fünfter Rechner
- 56
- sechster Rechner
- 57
- siebter Rechner
- 70
- Steuerprozess
- 70a
- erster Steuerprozess
- 70b
- zweiter Steuerprozess
- 70c
- dritter Steuerprozess
- 70d
- vierter Steuerprozess
- 71
- Computernetzwerk-Verbindung
- 72
- Datenaustausch
- 73
- Kabelweg zum Datenaustausch unter Umgehung des Computernetzwerks
- 74
- Netzwerk-Switch
- 75
- Netzwerk-Router
- 76
- digitaler Zwilling
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018204644 A1 [0036]
- DE 4439107 C2 [0036]
- DE 4431836 B4 [0036]
- DE 19500546 B4 [0036]
- EP 2072429 B1 [0037]
