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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Bestimmung von Bearbeitungszeiten von Werkstücken an Bearbeitungsstationen.
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Stand der Technik
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Aus C. Mieth, „Semantic enrichment of spatio-temporal production data to determine lead times for manufacturing simulation," in 2019 Winter Simulation Conference (WSC), pp. 2061-2072, IEEE, 2019
ist es bekannt aus gemessenen Positionen der Werkstücke die Bearbeitungszeiten an einzelnen Arbeitsstationen zu bestimmen. Die mögliche Reihenfolge der Arbeitsstationen ist dabei durch einen gerichteten Graphen bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es die Bestimmung von Bearbeitungszeiten zu verbessern.
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Durch die Bestimmung der Bearbeitungszeiten ist es möglich Engpässe und Probleme in der Produktion zu erkennen. Dies ist wichtig für die Optimierung der Produktion und die Fehlerbehebung. Die Bearbeitungszeiten können auch in Simulationsmodellen eingesetzt werden. Auch ist mit den Bearbeitungszeiten eine Vorhersage über Produktionszeiten möglich.
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Die Erfindung
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung von Bearbeitungszeiten, wobei zumindest ein Werkstück in einer Mehrzahl an Bearbeitungsschritten an einer Mehrzahl von Arbeitsstationen bearbeitet wird, wobei die Positionen der Arbeitsstationen bekannt sind, wobei das Werkstück von einer Arbeitsstation zur nächsten Arbeitsstation transportiert wird, wobei die Position des Werkstücks während der Bearbeitung mehrfach bestimmt wird, wobei der Zeitpunkt jeder Positionsbestimmung bestimmt wird, wobei einer Mehrzahl der bestimmten Positionen des Werkstücks je eine Arbeitsstation zugeordnet wird, wobei aus der Zuordnung der Arbeitsstationen die Bearbeitungszeit an der jeweiligen Arbeitsstation bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Bearbeitungsschritt zumindest eine Arbeitsstation zugewiesen ist, wobei bei der Zuordnung eine vorbestimmte Reihenfolge der Bearbeitungsschritte für das Werkstück berücksichtigt wird.
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Es ist nicht nötig die genaue Reihenfolge der Arbeitsstationen zu kennen. Es genügt die Reihenfolge der am Werkstück auszuführenden Bearbeitungsschritte anzugeben. Durch die Kenntnis an welcher Arbeitsstation welche Bearbeitungsschritte ausgeführt werden können ist eine Zuordnung der Positionen zu den Arbeitsstationen möglich. Aus den Zeitpunkten der Positionsbestimmungen und den Zuordnungen zu den Arbeitsstationen können dann die Bearbeitungszeiten an den jeweiligen Arbeitsstationen bestimmt werden. Das Verfahren ermöglicht damit eine Bestimmung von Bearbeitungszeiten, auch wenn Bearbeitungsschritte an mehreren Arbeitsstationen durchgeführt werden können und die genaue Arbeitsstation nicht bekannt ist.
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Zeitlich aufeinander folgende bestimmte Positionen des Werkstücks werden bei der Zuordnung dem gleichen oder aufeinander folgenden Bearbeitungsschritten zugeordnet. Eine zeitlich folgende Position kann keinem früheren Bearbeitungsschritt zugewiesen werden. Vorzugsweise wird jedem Bearbeitungsschritt zumindest eine bestimmte Position des Werkstücks zugeordnet.
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Bevorzugt wird die Position des Werkstücks mehrfach mittels eines Innenraum-Positionsbestimmungssystems bestimmt. Innenraum-Positionsbestimmungssysteme sind besonders geeignet zur Positionsbestimmung in Werkhallen.
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Bevorzugt bestimmt das Innenraum-Positionsbestimmungssystems die Position des Werkstücks basierend auf Laufzeiten elektromagnetischer Wellen, insbesondere ultrabreitbrandiger elektromagnetischer Pulse. Die Messung von Laufzeiten elektromagnetischer Wellen ermöglicht besonders genaue Positionsbestimmungen. Ultrabreitbandige elektromagnetische Pulse, sogenannte UWB-Technik, ist besonders geeignet in Umgebungen wie Werkhallen mit vielen Objekten, die elektromagnetische Pulse reflektieren.
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Besonders bevorzugt wird ein mobiles Element des Innenraum-Positionsbestimmungssystems zusammen mit dem Werkstück transportiert und die Position des mobilen Elementes bestimmt und als Position des Werkstücks angenommen. Eine derartige Positionsbestimmung von Werkstücken ist aus der
DE102017120378A1 bekannt.
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Bevorzugt wird die Zuordnung nach Abschluss einer Vielzahl der Bearbeitungsschritte, insbesondere aller Bearbeitungsschritte, für die zurückliegenden Bearbeitungsschritte durchgeführt. Durch die gemeinsame Betrachtung der zurückliegenden Bearbeitungsschritte ist eine bessere Zuordnung möglich als bei isolierter Betrachtung einzelner Bearbeitungsschritte.
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Bevorzugt wird bei der Zuordnung ein jeweiliger Abstand zwischen der Position des Werkstücks und der Position der Arbeitsstation berücksichtigt. Der Abstand zwischen der Position des Werkstücks und der Arbeitsstation ist ein gutes Maß dafür, wie wahrscheinlich es ist, dass ein Bearbeitungsschritt an einer bestimmten Bearbeitungsstation durchgeführt wird.
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Besonders bevorzugt wird bei der Zuordnung die Summe der Abstände der Positionen des Werkstücks zu den Positionen der zugeordneten Arbeitsstationen minimiert. Durch die Minimierung der Summe der Abstände wird die wahrscheinlichste Zuordnung von Positionen zu Arbeitsstationen ausgewählt.
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Bevorzugt wird jeder Arbeitsstation ein Arbeitsbereich zugeordnet wird, und der Abstand zwischen der Position des Werkstücks und dem Arbeitsbereich bei der Zuordnung berücksichtigt. Der Arbeitsbereich wird auch als Area-of-Interest (AoI) bezeichnet. Durch den Arbeitsbereich wird berücksichtigt, dass die Bearbeitung nicht zwangsläufig in der Mitte der Arbeitsstation stattfindet, sondern auch in Randbereichen stattfinden kann. Die Form des Arbeitsbereiches kann dabei willkürlich, bspw. als Polygon, gewählt sein. Ebenso kann berücksichtigt werden, dass ein mobiles Element des Innenraum-Positionsbestimmungssystems während des Bearbeitungsschrittes am Rand des Arbeitsbereiches verbleiben kann.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein System zur Bestimmung von Bearbeitungszeiten, umfassend eine Mehrzahl von Arbeitsstationen, ein Positionsbestimmungssystem, insbesondere ein Innenraum-Positionsbestimmungssystem, zumindest ein Werkstück und eine Recheneinheit mit einem Speicher, wobei die Arbeitsstationen dazu vorgesehen und eingerichtet sind das Werkstück zu bearbeiten, wobei das Positionsbestimmungssystem dazu vorgesehen und eingerichtet ist die Position des Werkstücks mehrfach zu bestimmen und die Positionen und den Zeitpunkt der Bestimmung an die Recheneinheit zu übermitteln, wobei im Speicher der Recheneinheit Positionen der Arbeitsstationen hinterlegt sind, wobei im Speicher eine vorbestimmte Reihenfolge der Bearbeitungsschritte für das Werkstück hinterlegt ist, wobei im Speicher jedem Bearbeitungsschritt zumindest eine Arbeitsstation zugewiesen ist, wobei die Recheneinheit dazu vorgesehen und konfiguriert ist einer Mehrzahl der bestimmten Position des Werkstücks je eine Arbeitsstation zuzuordnen und aus der Zuordnung der Arbeitsstationen die Bearbeitungszeit an der jeweiligen Arbeitsstation zu bestimmen.
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Bevorzugt sind neben den Positionen der Arbeitsstationen Arbeitsbereiche der Arbeitsstationen im Speicher hinterlegt.
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Bevorzugt ist die Recheneinheit zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen und eingerichtet.
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Ausführungsbeispiele
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung.
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Es zeigen:
- 1 Eine schematische Ansicht einer Werkhalle,
- 2 eine Reihenfolge von Bearbeitungsschritten,
- 3 Beispiele von Maschinentypen,
- 4 Eine Zuordnung von Maschinentypen zu Arbeitsstationen,
- 5 Eine weitere schematische Ansicht einer Werkhalle,
- 6 eine Zuordnung von Positionen des Werkstücks zu Bearbeitungsschritten, und
- 7 eine weitere Zuordnung von Positionen des Werkstücks zu Bearbeitungsschritten.
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In 1 ist eine schematische Ansicht einer Werkhalle gezeigt. In der Werkhalle befinden sich sechs Arbeitsstationen 110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f an bekannte Positionen. In der Werkhalle befinden sich auch Elemente eines Positionsbestimmungssystem 100. Das Positionsbestimmungssystem 100 umfasst ein mobiles Element 100a und mehrere feste Elemente 100b. Die festen Elemente 100b des Positionsbestimmungssystem 100 befinden sich an bekannten Positionen der Werkhalle. Die festen Elemente tauschen elektromagnetische Signale, hier ultrabreitbandige Pulse, mit dem mobilen Element 100a aus. Aus der Bestimmung der Laufzeiten der elektromagnetischen Signale kann mittels Trilateration die Position des mobilen Elementes 100a bestimmt werden. Dazu übermitteln die festen Elemente 100b die Laufzeiten an eine Recheneinheit 105. Die Recheneinheit 105 kann sich auch außerhalb der Werkhalle befinden. Das mobile Element 100a des Positionsbestimmungssystem 100 wird zusammen mit einem Werkstück 130 bewegt, sodass die bestimmte Position des mobilen Elementes 100a im Wesentlichen der Position des Werkstücks 130 entspricht. Das Werkstück 130 wird an mehreren Arbeitsstationen 110d, 110f, 110e, 110b bearbeitet. Die Position des Werkstücks 130 ist als gepunktete Linie 160 dargestellt.
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2 zeigt eine Reihenfolge von Bearbeitungsschritten für drei beispielhafte Werkstücke 130a, 130b, 130c. Das erste Werkstück 130a entspricht dem Beispiel aus 1. In einem ersten Bearbeitungsschritt 140a sollen Löcher in ein Blech gestanzt werden. In einem zweiten Bearbeitungsschritt 140b soll das erste Werkstück 130a aus dem Blech ausgeschnitten werden. In einem dritten Bearbeitungsschritt 140c soll das Werkstück gebogen werden. In einem vierten Bearbeitungsschritt 140d soll das Werkstück verschweißt werden. Das zweite Werkstück 130b soll in einem ersten Bearbeitungsschritt 140a gebogen und in einem zweiten Bearbeitungsschritt 140b geschnitten werden. Das dritte Werkstück 130c soll in einem ersten Bearbeitungsschritt 140a gestanzt und in einem zweiten Bearbeitungsschritt 140b gebogen werden.
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3 zeigt Beispiele von Maschinentypen 150 und welche Bearbeitungsschritte von den Maschinentypen durchgeführt werden können. Bspw. kann eine Flachbett-Kombimaschine die Bearbeitungsschritte Stanzen und 2D-Schneiden durchführen. Eine 2D-Laserschneidmaschine kann den Bearbeitungsschritt 2D-Schneiden durchführen. Eine Stanzmaschine kann den Bearbeitungsschritt Stanzen durchführen. Eine Laser-5-Achs-Maschine kann die Bearbeitungsschritte 3D-Schneiden und 3D-Schweißen durchführen. Eine Biegemaschine kann den Bearbeitungsschritt Biegen durchführen.
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4 zeigt eine Zuordnung von Maschinentypen zu Arbeitsstationen wie sie in 1 genutzt wird. An der ersten Arbeitsstation 110a steht eine Flachbett-Kombimaschine. An der zweiten Arbeitsstation 110b steht eine Laser-5-Achs-Maschine. An der dritten Arbeitsstation 110c steht eine Flachbett-Kombimaschine. An der vierten Arbeitsstation 110d steht eine Biegemaschine. An der fünften Arbeitsstation 110e steht eine Stanzmaschine. An der sechsten Arbeitsstation 110f steht eine 2D-Laserschneidmaschine.
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5 zeigt eine weitere schematische Ansicht einer Werkhalle. Die Ansicht entspricht im Wesentlichen der Ansicht aus 1. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu 1 erläutert. Jeder Arbeitsstation 110 ist ein Arbeitsbereich 120 zugeordnet. Die Arbeitsbereiche 120 sind in diesem Beispiel jeweils Rechtecke unterschiedliche Größe können prinzipiell, aber beliebige Formen haben. Die Arbeitsbereiche 120 geben Bereiche an in denen typischerweise eine Bearbeitung von Werkstücken stattfindet oder in denen Transportpaletten, und damit mobile Elemente 100a des Positionsbestimmungssystems, während der Bearbeitung des Werkstücks 130 verbleiben. Die Arbeitsbereiche 120 werden bei der Zuordnung der bestimmten Positionen des Werkstücks 130 zu den Arbeitsstationen 110 genutzt. Die Position 160 des Werkstücks 130 wird über die Bestimmung des mobilen Elementes 100a des Positionsbestimmungssystems 100 bestimmt. Da die Bestimmung der Position fehlerbehaftet ist, weisen die bestimmten Positionen eine Streuung auf. Die Bestimmung der Bearbeitungszeiten wird durch die Recheneinheit 105 durchgeführt. Es versteht sich, dass auch eine andere Recheneinheit 105 als die Recheneinheit des Positionsbestimmungssystems genutzt werden kann. Für die Zuordnung der bestimmten Positionen 160 zu den Arbeitsstationen 110 wird der Abstand der bestimmten Positionen zu den jeweiligen Arbeitsbereichen 120 betrachtet. Unter den Nebenbedingungen, dass die in 2 gezeigte Reihenfolge der Bearbeitungsschritte 140 eingehalten wird und an den zugeordneten Arbeitsstationen 110 der jeweilige Bearbeitungsschritt 140 durchgeführt werden kann, werden die bestimmten Positionen 160 des Werkstücks so Arbeitsstationen 110 zugeordnet, dass die Summe der Abstände der bestimmten Positionen 160 des Werkstücks 130 zu den Arbeitsbereichen 120 minimiert wird.
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6 zeigt eine Zuordnung von Positionen des Werkstücks zu Bearbeitungsschritten und Arbeitsstationen, wie sie sich aus den Positionsbestimmungen aus 5 ergibt. Die bestimmten Positionen 160 des Werkstücks sind von links nach rechts in chronologischer Reihenfolge dargestellt. Unter den Nebenbedingungen, dass die in 2 gezeigte Reihenfolge der Bearbeitungsschritte 140 eingehalten wird und an den zugeordneten Arbeitsstationen 110 der jeweilige Bearbeitungsschritt 140 durchgeführt werden kann, werden die bestimmten Positionen 160 des Werkstücks so Arbeitsstationen 110 zugeordnet, dass die Summe der Abstände der bestimmten Positionen 160 des Werkstücks 130 zu den Arbeitsbereichen 120 minimiert wird. Aus der Zuordnung der Positionen 160 zu den Arbeitsstationen 110 und den Zeitpunkten der Bestimmung der Positionen 160 wird dann die jeweilige Bearbeitungszeit 180 an den Arbeitsstationen bestimmt.
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In 5 liegen einige bestimmte Positionen 160 des Werkstücks im Arbeitsbereich 120 der dritten Arbeitsstation 110c. Der Abstand zum Arbeitsbereich 120 ist folglich Null. Dennoch wird in 6 keine bestimmte Position 160 des Werkstücks der dritten Arbeitsstation 110c zugeordnet, da unter den erwähnten Nebenbedingungen die Summe der Abstände sonst nicht minimal würde.
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Der Arbeitsstation 5 sind in 6 sehr viele bestimmte Positionen zugeordnet. Unter der Annahme, dass die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Positionsbestimmungen gleich lang sind, kann auf eine lange Bearbeitungszeit an der Arbeitsstation 5 geschlossen werden. Allerdings werden in dieser Betrachtung Transportzeiten zwischen den Arbeitsstationen vernachlässigt. Im Allgemeinen ist jeder Positionsbestimmung ein Zeitpunkt zugeordnet, sodass auch aus einer großen Zeitspanne zwischen zwei Positionsbestimmungen mit gleicher oder ähnlicher Position auf eine lange Bearbeitungszeit geschlossen werden kann.
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In 7 ist eine weitere Zuordnung von Positionen des Werkstücks zu Bearbeitungsschritten gezeigt. In dieser Zuordnung werden Transportzeiten zwischen der sechsten Arbeitsstation 110f und der fünften Arbeitsstation 110e, sowie zwischen der fünften Arbeitsstation 110f und der zweiten Arbeitsstation 110b berücksichtigt. Durch die zusätzliche Berücksichtigung der Transportzeiten können die Bearbeitungszeiten an den Arbeitsstationen genauer bestimmt werden. Neben den Bearbeitungszeiten 180 werden folglich auch Transportzeiten 190 zwischen den Arbeitsstationen 110 bestimmt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Positionsbestimmungssystem
- 100a
- Mobiles Element
- 100b
- Festes Element
- 105
- Recheneinheit
- 110
- Arbeitsstation
- 110a
- Erste Arbeitsstation
- 110b
- Zweite Arbeitsstation
- 110c
- Dritte Arbeitsstation
- 110d
- Vierte Arbeitsstation
- 110e
- Fünfte Arbeitsstation
- 110f
- Sechste Arbeitsstation
- 120
- Arbeitsbereich
- 130
- Werkstück
- 130a
- Erstes Werkstück
- 130b
- Zweites Werkstück
- 130c
- Drittes Werkstück
- 140
- Bearbeitungsschritt
- 140a
- Erster Bearbeitungsschritt
- 140b
- Zweiter Bearbeitungsschritt
- 140c
- Dritter Bearbeitungsschritt
- 140d
- Vierter Bearbeitungsschritt
- 150
- Maschinentyp
- 160
- Position des Werkstücks
- 170
- Transport
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017120378 A1 [0010]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- C. Mieth, „Semantic enrichment of spatio-temporal production data to determine lead times for manufacturing simulation,“ in 2019 Winter Simulation Conference (WSC), pp. 2061-2072 [0002]
