DE102021212988A1 - Method for putting a machine into operation by checking a sequence of method steps for execution by a machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inbetriebnahme einer Maschine (3), durch Überprüfung einer Abfolge von Verfahrensschritten zur Ausführung durch die Maschine, wobei die Maschine (3) Aktoren aufweist, um die Verfahrensschritte in Bewegungen der Maschine umzusetzen. Es ist ein Simulationswerkzeug (4) der Maschine (3) vorgesehen, um Bewegungen der Maschine im 3-dimensionalen Raum zu simulieren. Zur Ansteuerung der Maschine steuern die Verfahrensschritte funktionale Aktoren (12) an, wobei die Ansteuerung der funktionalen Aktoren (12) durch reale Ansteuerobjekte (13) in Ansteuersignale der entsprechenden Aktoren der Maschine (3) umgesetzt werden. Die Ansteuerung der funktionalen Aktoren (12) werden durch reale Simulationsobjekte (14) in Ansteuersignale der entsprechenden Simulationen der Aktoren der Maschine (3) umgesetzt. Eine Testfolge (11) von Verfahrensschritten wird im Simulationswerkzeug (4) umgesetzt, wobei die simulierten Bewegungen auf Störungsfreiheit untersucht werden. Die Testfolge (11) wird verändert, wenn die Simulation eine Störung ergeben hat und die Testfolge (11) wird zur Ansteuerung der Maschine (3) verwendet, wenn die Simulation keine Störung ergeben hat.The invention relates to a method for starting up a machine (3) by checking a sequence of method steps to be carried out by the machine, the machine (3) having actuators in order to convert the method steps into movements of the machine. A simulation tool (4) of the machine (3) is provided in order to simulate movements of the machine in 3-dimensional space. To control the machine, the method steps control functional actuators (12), the control of the functional actuators (12) being converted into control signals for the corresponding actuators of the machine (3) by real control objects (13). The activation of the functional actuators (12) is converted into activation signals of the corresponding simulations of the actuators of the machine (3) by real simulation objects (14). A test sequence (11) of process steps is implemented in the simulation tool (4), with the simulated movements being examined for freedom from interference. The test sequence (11) is changed if the simulation has revealed a fault and the test sequence (11) is used to control the machine (3) if the simulation has not revealed a fault.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Inbetriebnahme einer Maschine durch Überprüfen eine Abfolge von Verfahrensschritten zur Ausführung durch eine Maschine, nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs. Es ist bereits allgemein bekannt, die Inbetriebnahme einer Maschine virtuell, d.h. durch ein Simulationswerkzeug vorzunehmen. Eine derartige virtuelle Inbetriebnahme erfordert jedoch ein aufwändiges Simulationsprogramm, bei dem die für den Betrieb erforderliche Abfolge von Verarbeitungsschritten und die dreidimensionale Umsetzung durch die Maschine simuliert werden müssen. Es besteht die Gefahr, dass nicht die Verarbeitungsschritte überprüft werden, wie sie hinterher tatsächlich eingesetzt werden, sondern davon abweichende Verarbeitungsschritte, die extra für den Zweck der Simulation erstellt worden sind.The invention is based on a method for starting up a machine by checking a sequence of method steps for execution by a machine, according to the species of the independent patent claim. It is already generally known that a machine can be commissioned virtually, i.e. using a simulation tool. However, such a virtual start-up requires a complex simulation program in which the sequence of processing steps required for operation and the three-dimensional implementation by the machine must be simulated. There is a risk that it is not the processing steps that are checked as they are actually used afterwards, but deviating processing steps that were created especially for the purpose of the simulation.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die gleichen Verfahrensschritte und die gleichen funktionalen Aktoren verwendet werden, die auch für die Ansteuerung der Maschine im endgültigen Betrieb verwendet werden. Es wird daher die Qualität der Inbetriebnahme durch eine Simulation verbessert, da eine größere Übereinstimmung zwischen der Simulation und der eigentlichen Ansteuerung der Maschine erreicht wird. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren weniger aufwändig, da große Teile der normalen Ansteuerung auch für die Simulation verwendet werden.The method according to the invention with the features of the independent patent claim has the advantage that the same method steps and the same functional actuators are used that are also used to control the machine in final operation. Therefore, the quality of the commissioning is improved by a simulation, since a better correspondence between the simulation and the actual control of the machine is achieved. Furthermore, the method according to the invention is less complex since large parts of the normal control are also used for the simulation.
Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Besonders einfach können Störung erkannt werden, wenn durch die Simulation untersucht wird, ob einander widersprechende Bewegungen durch die Verfahrensschritte ausgelöst werden. Weiterhin kann untersucht werden, ob es infolge der Bewegung zu einer Kollision der räumlichen Ausdehnung der einzelnen Aktoren kommt. Dabei können einzelnen Aktoren auch durch einen Verfahrensschritt eine räumliche Ausdehnung oder eine Veränderung der räumlichen Ausdehnung zugeordnet werden. Dies kann beispielsweise durch ein Hinzufügen oder Entfernen eines Werkzeugs oder eines Werkstücks erfolgen. Die Simulation kann weiterhin auch Störungen aufgrund einer Kollision der räumlichen Ausdehnung der Aktoren mit der räumlichen Ausdehnung ortsfeste Maschinenteile untersuchen. Die funktionalen Aktoren enthalten eine funktionale Beschreibung der Aktoren hinsichtlich der möglichen Bewegungen die durch den Aktor ausgeführt werden können. Weiterhin enthalten die funktionalen Aktoren Informationen, die es erlauben, die dazugehörigen realen Ansteuerobjekte oder Simulationsobjekte zu identifizieren. Beim Ansteuern eines funktionalen Aktors durch einen Verfahrensschritt werden so die richtigen realen Ansteuerobjekte oder realen Simulationsobjekte ausgewählt.Further advantages and improvements result from the features of the dependent patent claims. Faults can be recognized particularly easily if the simulation is used to examine whether contradictory movements are triggered by the method steps. Furthermore, it can be examined whether the movement leads to a collision of the spatial expansion of the individual actuators. In this case, individual actuators can also be assigned a spatial extent or a change in the spatial extent by means of a method step. This can be done, for example, by adding or removing a tool or a workpiece. Furthermore, the simulation can also examine disturbances due to a collision of the spatial extent of the actuators with the spatial extent of stationary machine parts. The functional actuators contain a functional description of the actuators with regard to the possible movements that can be performed by the actuator. Furthermore, the functional actuators contain information that allows the associated real control objects or simulation objects to be identified. When a functional actuator is controlled by a method step, the correct real control objects or real simulation objects are selected.
Zeichnungendrawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are illustrated in the drawing and explained in more detail in the following description.
BeschreibungDescription
Die
Durch die Verwendung der funktionalen Aktoren 12 werden die Verfahrensschritte des Testprogramms 11 weitgehend von der konkreten technischen Umsetzung für die Ansteuerung der Maschine 3 entkoppelt. Die funktionalen Aktoren 12 enthalten eine abstrakte Beschreibung der Aktoren der Maschine 3, eine abstrakte Beschreibung der möglichen Bewegungen und Informationen zu den zugeordneten realen Ansteuerobjekten 13 und realen Simulationsobjekten 14. Die abstrakte Beschreibung kann durch einen einfachen Begriff beispielsweise „Linearantrieb“ oder „3-Achs Roboterarm“ erfolgen. Für das Beispiel „Linearantrieb“ wäre damit ein Aktor abstrakt beschrieben, der eine lineare Bewegung ausführen kann. Die mögliche Bewegung wäre bei diesem Beispiel einfach eine Prozentangabe eines maximal möglichen Linearwegs, oder eine Entfernungseinheit (Zentimeter) oder Zählimpulse eines Motors. Das reale Ansteuerobjekt 13 enthält die Informationen mit welchen elektrischen Signalen der Aktor als Reaktion auf die Verfahrensschritte angesteuert wird. Das reale Simulationsobjekt 14 enthält die Informationen, wie sich in Abhängigkeit von den Verfahrensschritten der Aktor im 3-dimesionalen Raum verhält.By using the
Beispielsweise ist ein Aktor der Maschine 3 als Linearantrieb ausgebildet. Der Verfahrensschritt kann dann in einer Zielposition und einem Start der Bewegung bestehen. Der dazugehörige funktionale Aktor 12 enthält eine Beschreibung möglicher Zielpositionen, einer Geschwindigkeit die Bewegung und einer Information welches reale Ansteuerobjekt 13 anzusprechen ist. In dem Verfahrensschritt kann die Zielposition beispielsweise einfach mit: „Position 1“ angegeben werden. Der entsprechende funktionale Aktor 12 übersetzten die Angabe „Position 1“ in einen Zahlenwert, der von dem realen Ansteuerobjekt in entsprechende Steuersignale für einen Linearantrieb umgesetzt wird. Für einen anderen Linearantrieb könnte der funktionale Aktor 12 die Angabe „Position 1“ dahingehend übersetzen, dass damit der Befehl gegeben wird „bewege den Aktor in positiver Richtung bis ein Signal vom Sensor für Position 1 eintrifft“. Der funktionale Aktor 12 würde dann ein entsprechendes reales Ansteuerungsobjekt 13 für einen Linearantrieb ansprechen, bei dem das Erreichen einer bestimmten Zielposition durch ein Sensorsignal angezeigt wird.For example, an actuator of the
Entsprechend können auch Programmschritte, funktionale Aktoren 12 und reale Ansteuerobjekte 13 für einen Roboterarm ausgebildet sein. Der Programmschritt gibt eine bestimmte Zielposition vor. Der funktionale Aktor 12 konkretisiert diesen Programmschritt indem die einzelnen Funktionen des betreffenden Aktors abstrakt beschrieben werden und verweist auf ein geeignetes reales Ansteuerobjekt 13. Bei einem Roboterarm kann eine derartige abstrakte Beschreibung beispielsweise in einer gewünschten Winkelposition der einzelnen Gelenke des Roboterarms bestehen. Weiterhin enthält der funktionale Aktor 12 eine Information welches reale Ansteuerungsobjekt 13 zur Ansteuerung des betreffenden Aktors erforderlich ist. Diese Information kann beispielsweise in der Adresse eines betreffenden Ports bestehen, der für eine Ansteuerung benutzt werden soll und den entsprechenden Daten. Alternativ könnte ein Verfahrensschritt auch eine Änderung der Position beinhalten, beispielsweise „Bewege den Roboterarm 5 cm nach rechts“. Der funktionale Aktor 12 konkretisiert wird diesen Befehl dann in „lese die aktuelle Position ein, berechne welche Veränderungen der Winkel der Gelenke erforderlich sind um den Arm 5 cm nach rechts zu bewegen und stelle die Gelenke entsprechend ein“ umsetzen und an ein entsprechendes Ansteuerungsobjekt 13 weitergeben. Dazu muss der funktionale Aktor 12 eine entsprechende Beschreibung enthalten, dass der Roboterarm zur Umsetzung derartiger komplexer Befehle in der Lage ist und benötigt die Adressen oder den Port um die entsprechenden Signale zur Ansteuerung des Roboterarms einzuspeisen.Correspondingly, program steps,
Die Verwendung der funktionalen Aktoren 12 hat insbesondere den Vorteil, dass eine stärkere Entkopplung der Verfahrensschritte von der tatsächlichen Ansteuerung der Aktoren erreicht wird. Besonders vorteilhaft an den funktionalen Aktoren 12 ist, dass diese auch zur Ansteuerung eines entsprechenden Simulationswerkzeugs 4 geeignet sind. Das Simulationswerkzeug 4 erlaubt eine Simulation der Bewegungen der Maschine 3 und ist insbesondere geeignet um die Testfolge 11 an Verfahrensschritten zu überprüfen. Zur Inbetriebnahme eine Maschine wird durch eine Simulation die Testfolgen 11 von Verfahrensschritten überprüft, ob es bei einer Abfolge der Verfahrensschritte zu einer Störung kommt. Wenn dabei keine Störung festgestellt wird, so kann die überprüfte Testfolgen 11 als endgültiges Programm für einen realen Betrieb der Maschine 3 verwendet werden. Wenn bei dieser Simulation eine Störung festgestellt wird, so muss die überprüfte Testfolge 11 geändert werden und kann nicht für den realen Betrieb der Maschine 3 verwendet werden. Zum Zweck der Simulation wird die Ansteuerung 2 in einen Simulationsbetrieb versetzt, in dem die funktionalen Aktoren 12 nicht mehr auf die realen Ansteuerobjekten 13, sondern auf die realen Simulationsobjekte 14 zugreifen. Die realen Simulationsobjekte 14 enthalten Simulationen der einzelnen Aktoren der Maschine 3. Die realen Simulationsobjekte 14 simulieren die Bewegungen der entsprechenden Aktoren der Maschine 3 im 3-dimensionalen Raum, basierend auf den entsprechenden Verfahrensschritten und den funktionalen Aktoren 12. Entsprechende dem Ergebnis der Simulation wird ein entsprechendes Feedbacksignal 15 an das Benutzerinterface 1 geben, um einem Benutzer zu informieren, ob die Simulation der Testfolge 11 von Verfahrensschritten eine Störung ergeben hat oder nicht.The use of the
Die Simulation überprüft die Testfolge 11, indem in der Simulation den einzelnen Aktoren eine räumliche Ausdehnung zugeordnet wird. Es wird dann überprüft, ob sich durch die veranlasste Bewegung eine Kollision der räumlichen Ausdehnung der einzelnen Aktoren infolge der Bewegung ergibt. Eine Kollision wird erkannt, wenn sich die räumlichen (3-dimensionale) Ausdehnungen der einzelnen Aktoren überlappen, d.h. einzelne Punkte der räumlichen Ausdehnung gleichzeitig von 2 Aktoren verwendet werden. Entsprechend werden auch ortsfeste Maschinenteile der Maschine 3 simuliert und es wird überprüft, ob sich durch die Bewegung der Aktoren eine Kollision zwischen Aktoren und ortsfesten Maschinenteilen ergibt. Es kann so durch die Simulation festgestellt werden, dass durch die Testfolge 11 Bewegungen erzeugt werden, die von der Maschine 3 in einem realen Betrieb zu einer Störung führen. Eine derartige Störung kann dann bei einem Betrieb der realen Maschine entweder zu einer fehlerhaften Bewegung oder zu einer Beschädigung der Maschine führen. Eine fehlerhafte Bewegung kann beispielsweise in einer nicht vollständigen Erreichung einer gewünschten Zielposition bestehen.The simulation checks the
Weiterhin kann sich die räumliche Ausdehnung eines Aktors verändern. Ein Roboterarm kann beispielsweise ein Werkzeug aufnehmen, wodurch sich die räumliche Ausdehnung des Roboterarms verändert. Ein Linearantrieb kann ein Werkstück erhalten, welches dann von dem Linearantrieb zu verschiedenen Bearbeitungspositionen transportiert wird. Es ist daher vorgesehen, dass sich die räumliche Ausdehnung eines Aktors durch einen Verfahrensschritt ändert. Eine Bewegung eines derartigen Aktors wird dann nach der Zuordnung oder Veränderung einer räumlichen Ausdehnung bei einer Bewegung mit der entsprechenden geänderten räumlichen Ausdehnung simuliert.Furthermore, the spatial extent of an actuator can change. A robot arm can hold a tool, for example, which changes the spatial extent of the robot arm. A linear drive can receive a workpiece, which is then transported by the linear drive to various machining positions. Provision is therefore made for the spatial extent of an actuator to change as a result of a method step. A movement of such an actuator is then simulated after a spatial extension has been assigned or changed in the case of a movement with the corresponding changed spatial extension.
Weiterhin kann eine Störung auch darin bestehen, dass durch die Abfolge von Verfahrensschritten zueinander widersprüchliche Bewegungen der Aktoren veranlasst werden. Wenn beispielsweise ein Greifarm öffnet, bevor die gewünschte Zielposition erreicht ist, so wird ein entsprechend gehaltenes Werkstück seine Zielposition nicht erreichen. Ein weiteres Beispiel ist ein Linearantrieb bei dem eine Bewegung in einer ersten Richtung noch nicht beendet ist, wenn ein Ansteuersignal zur Bewegung in die entgegengesetzte Richtung erfolgt. Auch derartige, einander wiedersprechende Ansteuersignale stellen eindeutig eine Störung dar. Entsprechend erfolgt durch die Simulation eine Untersuchung auf die Abfolge von Verfahrensschritten zueinander widersprüchliche Bewegungen veranlasst.Furthermore, a disruption can also consist in the fact that the sequence of method steps causes mutually contradictory movements of the actuators. If, for example, a gripper arm opens before the desired target position is reached, a workpiece held in this way will not reach its target position. A further example is a linear drive in which a movement in a first direction has not yet ended when a control signal for movement in the opposite direction occurs. Such mutually contradicting control signals also clearly represent a disturbance. Correspondingly, the simulation is used to examine the sequence of method steps that cause mutually contradictory movements.
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