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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen einer bewegbaren Komponente einer technischen Vorrichtung sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
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Hintergrund der Erfindung
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Zur Überwachung bzw. Überprüfung von technischen Vorrichtungen wie Maschinen oder Anlagen kann ein Sicherheitsprogramm vorgesehen sein, welches einzelne Komponenten der technischen Vorrichtungen überwachen sowie Fehlerzustände dieser Komponenten definieren kann. Ein derartiges Sicherheitsprogram kann in einer Recheneinheit der Vorrichtung ausgeführt werden, beispielsweise in einem Sicherheitssteuergerät (engl.: „Safety Control Unit“, SCU), um während des laufenden Betriebs einzelne Komponenten der technischen Vorrichtung auf Fehler zu überwachen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Überprüfen einer bewegbaren Komponente einer technischen Vorrichtung sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der vorliegenden Beschreibung in entsprechende Weise.
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Als technische Vorrichtung sei in diesem Zusammenhang insbesondere eine Einheit oder ein System verschiedener Einheiten zu verstehen zum Ausführen eines technischen Prozesses, insbesondere eines regelungs- und/oder steuerungstechnischen Prozesses. Die technische Vorrichtung kann insbesondere als eine Maschine ausgebildet sein, also insbesondere als eine Vorrichtung zur Energie- bzw. Kraftumsetzung. Ferner kann die technische Vorrichtung auch insbesondere als eine Anlage ausgebildet sein, also insbesondere als ein System aus einer Vielzahl von Einheiten, die jeweils beispielsweise Maschinen sein können.
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Die technische Vorrichtung weist eine bewegbare bzw. automatisch bewegbare Komponente auf, beispielsweise eine verfahrbare, drehbare, schwenkbare Komponente, insbesondere einen automatisch bewegbaren (Roboter-) Arm, ein automatisch bewegbares (Roboter-) Fahrzeug usw. Durch Ansteuern eines Aktors oder mehrerer Aktoren, z.B. Servomotoren, kann die Komponente zweckmäßigerweise entsprechend bewegt werden.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Überprüfungsablauf zum Durchführen von Überprüfungsbewegungsabläufen der bewegbaren Komponente bestimmt bzw. erstellt. Dieser Überprüfungsablauf wird abhängig von einem Programm bzw. einem Sicherheitsprogramm einer Recheneinheit, insbesondere eines Sicherheitssteuergeräts der technischen Vorrichtung bestimmt. Dieses Programm überwacht die Komponente der technischen Vorrichtung. Insbesondere definiert dieses (Sicherheits-)Programm vorgegebene bzw. erlaubte Bewegungsabläufe der bewegbaren Komponenten, einen vorgegebenen bzw. erlaubten Bereich, innerhalb welchem die Komponente bewegt werden darf bzw. soll, und/oder Fehlerzustände bzw. einen fehlerhaften Betrieb und einen fehlerfreien Betrieb der Komponente.
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Die Recheneinheit ist insbesondere als Sicherheitssteuergerät (engl.: „Safety Control Unit“, SCU) zur Überprüfung bzw. Überwachung einer funktionalen Sicherheit der Vorrichtung und der bewegbaren Komponenten ausgebildet. Das (Sicherheits-)Programm stellt insbesondere eine Programmierung bzw. ein Steuerprogramm dieser Recheneinheit bzw. dieses Sicherheitssteuergeräts dar. Zur Beurteilung der funktionalen Sicherheit überwacht das (Sicherheits-)Programm insbesondere die bewegbare Komponente sowie mögliche Fehlerzustände der Komponente.
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Abhängig von dem bestimmten Überprüfungsablauf werden die Überprüfungsbewegungsabläufe durchgeführt und es wird überprüft, ob die durchgeführten Überprüfungsbewegungsabläufe ein vorgegebenes Sicherheitskriterium erfüllen. Beispielweise können dabei Bewegungen bzw. Bewegungsabläufe der Komponente durchgeführt werden, welche diese auch in ihrem regulären Betrieb durchführen soll, und es kann überprüft werden, ob die Komponente diese Bewegungen bzw. Bewegungsabläufe gemäß dem Sicherheitskriterium bzw. entsprechender Sicherheitsvorgaben ausführt. Beispielsweise können auch fehlerhafte Bewegungen bzw. fehlerhafte Bewegungsabläufe durchgeführt werden bzw. Bewegungsabläufe, welche im Zuge des regulären Betriebs der Komponente nicht vorgesehen sind. Beispielsweise kann dann untersucht werden, ob auch bei derartigen fehlerhaften oder nicht vorgesehenen Bewegungsabläufen vorgegebene Sicherheitsrichtlinien eingehalten werden können oder ob es durch derartige Bewegungsabläufe zu Beschädigungen oder Sicherheitsrisiken kommen kann. Ferner kann beispielsweise auch untersucht werden, wie die Komponente während ihrer Bewegungsabläufe auf Hindernisse reagiert und ob dabei das entsprechende Sicherheitskriterium eingehalten wird oder ob eine Gefahr für das jeweilige Hindernis oder für die Komponente besteht. Ferner kann die Komponente beispielsweise auf das Eintreten von Fehlerzuständen oder auf das Gewährleisten der funktionalen Sicherheit überprüft werden. Beispielsweise können absichtlich unter kontrollierten Rahmenbedingungen Fehlerfälle oder Fehlerzustände ausgelöst werden, und eine Reaktion der Komponente kann überwacht werden, insbesondere dahingehend, ob eine funktionale Sicherheit der Komponente und der gesamten Vorrichtung auch beim Eintreten derartiger Fehlerfälle bzw. Fehlerzustände gewährleistet ist.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Überprüfung der bewegbaren Komponente automatisch oder zumindest teilweise automatisch, effektiv und aufwandsarm durchzuführen, basierend auf dem (Sicherheits-)Programm des Sicherheitssteuergeräts der Vorrichtung. Aus dem Programm bzw. der Programmierung des Sicherheitssteuergeräts können zur Beurteilung der funktionalen Sicherheit der Komponente nötige bzw. sinnvoll durchzuführende Überprüfungen der Komponente automatisch softwarebasiert extrahiert werden. Die entsprechenden Überprüfungen können insbesondere automatisch oder zumindest teilweise automatisiert durchgeführt werden.
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Der konkrete Überprüfungsablauf und die sinnvollerweise durchzuführenden Überprüfungsbewegungsabläufe können mit geringem oder minimalem Aufwand automatisch erstellt werden und erfordern besonders zweckmäßig kein detailliertes Fachwissen eines Benutzers bzw. Bedieners über die Vorrichtung und über die Aspekte der funktionalen Sicherheit der Vorrichtung. Die benötigten Informationen über die Vorrichtung werden automatisch aus dem (Sicherheits-) Programm der Recheneinheit ausgelesen. Es ist daher insbesondere nicht nötig, die Überprüfung der bewegbaren Komponente durch ausgewiesenes Fachpersonal bzw. ausreichend ausgebildete Experten planen zu lassen. Stattdessen kann der Überprüfungsablauf zum Überprüfen automatisch basierend auf dem Sicherheitsprogramm erstellt werden.
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Besonders zweckmäßig kann die Erfindung in Form eines Algorithmus, Computerprogramms, Software-Werkzeugs oder einer Software realisiert werden. Besonders zweckmäßig kann dieses Software-Werkzeug in die Recheneinheit bzw. in das Sicherheitssteuergerät selbst integriert und dort ausgeführt werden. Ferner kann das Software-Werkzeug auch von einer weiteren Recheneinheit ausgeführt werden, welche mit dem Sicherheitssteuergerät in Kommunikationsverbindung steht. Das Software-Werkzeug stellt besonders zweckmäßig eine Schnittstelle für eine zumindest teilweise automatische Überprüfung der bewegbaren Komponente bereit, insbesondere eine Schnittstelle zwischen der Recheneinheit bzw. dem Sicherheitssteuergerät, dem Benutzer der technischen Vorrichtung und ferner insbesondere weiteren Steuereinheiten der Vorrichtung.
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Um auf herkömmliche Weise Überprüfungen von technischen Vorrichtungen durchzuführen, können modellbasierte Simulationsverfahren verwendet werden, um computerbasiert Systeme mit Komponenten bestehend aus Mechatronik, Elektronik und Software planen, programmieren, simulieren und simulierte Tests in teilweise oder vollständig real existierende Anlagen- oder Maschinenkonfigurationen übernehmen zu können. So kann beispielsweise eine stringente Entwicklung eines funktional sicheren, komplexen Produkts nach V-Modell erfolgen. Die Eingabe des zu simulierenden Systems, die Programmierung der Anwendung und der zugehörigen Testfälle geschieht dabei zumeist separat und manuell. Im Gegensatz dazu ermöglicht es die vorliegende Erfindung automatisch, einen Überprüfungsablauf für die Überprüfung der Vorrichtung aus dem Sicherheitsprogramm herauszulesen und die entsprechende Überprüfung automatisch oder zumindest teilweise automatisch an der Vorrichtung selbst durchzuführen, insbesondere in einem zusammenhängenden, gemeinsamen Verfahren mit Hilfe eines einzigen Software-Werkzeugs. Ein aufwendiges, modellbasiertes Simulationsverfahren der Vorrichtung ist insbesondere nicht notwendig.
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Besonders zweckmäßig stellt die vorliegende Erfindung eine Möglichkeit bereit, um den zugehörigen Überprüfungsablauf aus der Programmierung des Sicherheitssteuergeräts automatisch abzuleiten und die Überprüfung der bewegbaren Komponente teilweise automatisiert mit Hilfe eines geeignet ausgelegten Sicherheitssteuergeräts durchzuführen. Die Erfindung erlaubt insbesondere einen beschleunigten Test der Programmierung des Sicherheitssteuergeräts, der Programmierung der Anlage oder Maschine, der Systemkomponenten und der Verschaltung der Systemkomponenten. Wird die Erfindung beispielsweise in einem Industrieroboter eingesetzt, kann insbesondere garantiert werden, dass Motorbewegungen sicher und innerhalb aktuell zulässiger Parameter sind. Die Programmierung des Sicherheitssteuergeräts definiert insbesondere die zu überwachende Systemkomponente und deren Fehlerfälle. Der Überprüfungsablauf beispielsweise zum Auslösen von Fehlerfällen ist auf Komponentenebene aus dieser Programmierung automatisiert von dem Software-Werkzeug ableitbar. Somit wird die Erstellung und Durchführung eines dynamisch für die vorliegenden Informationen optimierten, teilfaktoriellen Versuchsplans ermöglicht.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Überprüfen ein Ausgeben von Anweisungen bzw. von Befehlen an einen Benutzer, Bediener oder Anwender der technischen Vorrichtung zum Durchführen von manuellen bzw. manuell auszuführenden Überprüfungsschritten. Beispielsweise können diese Anweisungen visuell an einem Bildschirm und/oder akustisch über einen Lautsprecher ausgegeben werden. Der Benutzer wird somit insbesondere menügesteuert instruiert und schrittweise angeleitet, entsprechende Schritte durchzuführen, welche nicht automatisch von der Recheneinheit oder von anderen elektronischen Steuereinheiten der Vorrichtung durchgeführt werden können. Besonders zweckmäßig kann somit auch ein weniger qualifizierter Benutzer ausführlich und detailliert durch die für die Überprüfung der bewegbaren Komponente nötigen manuell auszuführenden Überprüfungsschritte geleitet werden. Somit wird besonders zweckmäßig ein zumindest teilweise automatisches, insbesondere ein so weit wie möglich automatisches Überprüfen der Komponente ermöglicht. Beispielsweise kann der Benutzer auf diese Weise angewiesen werden, manuelle Änderungen an der Komponente vorzunehmen, z.B. um die Komponente an einem vorbestimmten Ort oder Test-Ort zu platzieren. Ferner kann der Benutzer beispielsweise angewiesen werden, Änderungen in einem Umfeld der Komponente vorzunehmen, auf welche die Komponente im Zuge der Überprüfungsbewegungsabläufe reagieren soll.
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Alternativ oder zusätzlich umfasst das Durchführen der Überprüfungsbewegungsabläufe bevorzugt ein Ausgeben von Anweisungen bzw. von Befehlen an eine Steuerung bzw. Steuereinheit der technischen Vorrichtung zum Durchführen von automatischen Überprüfungsschritten. Insbesondere stellt das vorgestellte Software-Werkzeug zum Erstellen und Durchführen des Überprüfungsablaufs eine Schnittstelle bzw. Kommunikationsschnittstelle zu der Steuereinheit bereit, um diese für die jeweiligen Überprüfungsschritte entsprechend anweisen zu können. Beispielsweise kann die Steuereinheit auf diese Weise angewiesen werden, die Komponente gemäß den vorgegebenen Überprüfungsbewegungsabläufen zu bewegen und demgemäß entsprechende Aktoren anzusteuern. Ferner kann beispielsweise eine Reaktion der Recheneinheit bzw. des Sicherheitssteuergeräts im Falle einer Fehlprogrammierung der Steuereinheit überprüft werden. Herkömmlicherweise kann für eine derartige Überprüfung oftmals eine manuelle Umprogrammierung der jeweiligen Steuereinheit erforderlich sein. Durch die vorliegende Software bzw. deren Schnittstelle zur Steuereinheit kann eine derartige Umprogrammierung vermieden werden. Beispielsweise kann die Steuereinheit direkt angewiesen werden, sich zu Testzwecken entsprechend absichtlich fehlerhaft zu verhalten, um die Reaktion des Sicherheitssteuergeräts zu überprüfen.
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Vorteilhafterweise umfasst das Durchführen der Überprüfungsbewegungsabläufe ein Bewegen der bewegbaren Komponente in einem vorgegebenen Bewegungsbereich und/oder ein Bewegen der bewegbaren Komponente mit einer vorgegebenen Bewegungsgeschwindigkeit. Beispielsweise kann die Steuereinheit zu diesem Zweck angewiesen werden, die Komponente derart anzusteuern, dass die Komponente Bewegungsabläufe ausführt, welche sie auch im Zuge ihres regulären Betriebs ausführen soll, insbesondere in einem entsprechenden (Arbeits-) Bereich und mit entsprechender (Arbeits-) Geschwindigkeit. Es kann dann beispielsweise untersucht werden, ob diese Komponente wie gewünscht bzw. wie vorgegeben bewegt wird und ob dabei das entsprechende Sicherheitskriterium erfüllt wird, so dass z.B. es zu keiner Gefährdung der Vorrichtung oder von Personen kommt.
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Alternativ oder zusätzlich umfasst das Durchführen der Überprüfungsbewegungsabläufe vorteilhafterweise ein Platzieren eines vorgegebenen Test-Objekts in einem vorgegebenen Abstand zu der Komponente und/oder innerhalb eines vorgegebenen Bereichs um die Komponente herum. Besonders zweckmäßig kann zu diesem Zweck der Benutzer angewiesen werden, dieses Test-Objekt entsprechend zu platzieren. Insbesondere kann auf diese Weise überprüft werden, wie die Komponente auf ein auftauchendes Hindernis reagiert. Wenn es sich bei der Komponente beispielsweise um einen Roboter handelt, etwa einen Roboterarm oder ein Roboterfahrzeug, kann das Test-Objekt insbesondere als simuliertes Hindernis in dem regulären Arbeitsbereich bzw. dem erlaubten Bewegungsbereich des Roboters platziert werden und es kann untersucht werden, wie der Roboter auf dieses Hindernis reagiert. Beispielsweise kann untersucht werden, ob es durch die Bewegung des Roboters zu einer Gefahr oder Beschädigung des Roboters selbst und/oder des Hindernisses kommen kann.
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Beispielsweise kann es sich bei dem vorgegebenen Bereich, innerhalb welchem das Test-Objekt platziert wird, um ein einen Sensorbereich handeln, welcher mit Hilfe von Sensoren der Vorrichtung auf Hindernisse überwacht wird, z.B. um ein Sichtfeld eines Scanners oder Laserscanners. Ferner kann es sich bei dem vorgegebenen Bereich beispielsweise um einen von Lichtschranken eingegrenzten Bereich um die Komponente herum handeln, um ein Eindringen eines Objekts oder einer Person in diesen Bereich zu detektieren. Besonders zweckmäßig kann somit untersucht werden, ob bei einem Eindringen eines Hindernisses, z.B. einer Person, in den Arbeits- bzw. Bewegungsbereich der Komponente die Bewegung der Komponente rechtzeitig gestoppt, pausiert oder umgeleitet werden kann, so dass es zu keinem Zusammenstoß mit dem Hindernis kommt, insbesondere zu keiner Verletzung der Person. Durch ein derartiges Überprüfen der bewegbaren Komponente wird besonders zweckmäßig eine zuverlässige Überwachung im späteren regulären Betrieb dahingehend erlaubt, dass sich keine Objekte oder Personen im Sichtfeld eines Laserscanners oder innerhalb einer Sicherheits-Lichtschranke in einer Distanz befinden, die mit der aktuellen Komponentengeschwindigkeit unzureichend zum rechtzeitigen Abbremsen wäre.
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Vorzugsweise umfasst das vorgegebene Sicherheitskriterium ein Überführen der bewegbaren Komponente in einen sicheren Zustand bei Eintritt eines sicherheitskritischen Ereignisses. Sicherheitskritische Ereignisse können beispielsweise externe Ereignisse sein, welche in der Umgebung um die Komponente herum passieren können und welche die Bewegung der Komponenten beeinträchtigen könnten oder welche umgekehrt durch die Komponentenbewegung beeinträchtigt werden könnten.
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Ferner können sicherheitskritische Ereignisse auch interne Ereignisse innerhalb der Hard- oder Software der technischen Vorrichtung sein, welche den Betrieb der bewegbaren Komponente negativ beeinflussen können, z.B. Systemfehler. Insbesondere wird mit Hilfe der Überprüfungsbewegungsabläufe überprüft, ob die sich bewegende Komponente bei Eintreten derartiger sicherheitskritischer Ereignisse innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls, welches von dem Sicherheitskriterium vorgegeben sein kann, in den entsprechenden sicheren Zustand überführen lässt, so dass insbesondere eine funktionale Sicherheit gewährleistet ist und es zweckmäßigerweise zu keiner Gefahr, Beschädigung oder Verletzung kommt. Besonders zweckmäßig kann im Rahmen der Überprüfungsbewegungsabläufe unter kontrollierten Rahmenbedingungen ein derartiges sicherheitskritisches Ereignis absichtlich herbeigeführt werden und es kann untersucht werden, wie die Komponente darauf reagiert und sich die Komponentenbewegung verändert.
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Bevorzugt umfasst der sichere Zustand ein Stoppen der Bewegung bzw. ein Abbremsen der bewegbaren Komponente bei Eintritt des sicherheitskritischen Zustands, insbesondere innerhalb eines vorgegebenes Zeitintervalls nach Eintritt des sicherheitskritischen Zustands, und/oder ein Deaktivieren einer Stromversorgung der bewegbaren Komponente, insbesondere von Aktoren der bewegbaren Komponente, insbesondere innerhalb eines vorgegebenes Zeitintervalls nach Eintritt des sicherheitskritischen Zustands. Somit kann insbesondere überprüft werden, ob die Komponentenbewegung möglichst schnell unterbunden wird bzw. ob die Komponente möglichst schnell in einen deaktivierten, stromlosen Zustand überführt wird, so dass es zu keiner Kollision, Beschädigung oder Verletzung kommt.
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Bevorzugt umfasst das sicherheitskritische Ereignis ein Aktivieren bzw. Auslösen oder Durchqueren einer Lichtschranke und/oder ein Detektieren eines Objekts und/oder einer Person innerhalb eines vorgegebenem Bereichs um die bewegbare Komponente herum. Beispielsweise kann zu diesem Zweck der Benutzer bzw. Bediener der Vorrichtung angewiesen werden, die Lichtschranke mittels ein entsprechenden Test-Objekts zu durchqueren oder beispielsweise ein jeweiliges Test-Objekt relativ zu der Komponente innerhalb eines Sichtfeldes eines Scanners oder Laserscanners zu platzieren. Wird das jeweilige Test-Objekt von der Vorrichtung erkannt, soll gemäß dem vorgegebenen Sicherheitskriterium insbesondere die Bewegung der Komponente gestoppt werden, so dass es zu keinem Zusammenstoß und zu keiner Beschädigung des Objekts oder der Komponente bzw. zu keiner Verletzung der Person kommt.
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Alternativ oder zusätzlich umfasst das sicherheitskritische Ereignis bevorzugt ein Auftreten eines Fehlerzustands der Komponente oder der technischen Vorrichtung und/oder ein Fehler in einer Programmierung der technischen Vorrichtung, insbesondere in einer Steuerung der technischen Vorrichtung, und/oder ein Auftreten eines Kurzschlusses in der technischen Vorrichtung. Insbesondere kann ein derartiger interner Systemfehler simuliert werden, indem das Software-Werkzeug die technische Vorrichtung bzw. deren Steuereinheit anweist, sich entsprechend zu verhalten. Derartige interne Systemfehler könnten zu unkontrollierten Bewegungen der Komponente führen, so dass die Komponente gemäß dem vorgegebenen Sicherheitskriterium insbesondere in den deaktivierten, stromlosen Zustand überführt werden sollte, um Kollision, Beschädigung oder Verletzung usw. zu verhindern.
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Vorzugsweise umfasst das Durchführen der Überprüfungsbewegungsabläufe und das Überprüfen, ob die durchgeführten Überprüfungsbewegungsabläufe das vorgegebene Sicherheitskriterium erfüllen, ein Bestimmen von Istwerten der technischen Vorrichtung. Beispielsweise können Sensorwerte als diese Istwerte direkt erfasst werden. Ferner können die Istwerte beispielsweise auch aus derartigen Sensorwerten abgeleitet werden. Die bestimmten Istwerte werden vorzugsweise mit abhängig von dem Programm der Recheneinheit vorgegebenen Sollwerten verglichen. Die Sollwerte werden insbesondere im Zuge des Erstellens des Überprüfungsablaufs aus dem Sicherheitsprogramm extrahiert. Zweckmäßigerweise werden während der Abarbeitung des Überprüfungsablaufs elektrische Signale und Zustandsinformationen aufgezeichnet, z.B. von dem Sicherheitssteuergerät und/oder von einer Steuereinheit, und mit dem vorgegebenen Überprüfungsablauf abgeglichen. Insbesondere zeichnen das Sicherheitssteuergerät und/oder eine Steuereinheit der Vorrichtung elektrische Signale auf, damit diese in Echtzeit oder nachträglich mit einem gemäß dem Überprüfungsablauf erwarteten Ergebnis abgeglichen werden können.
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Vorteilhafterweise ist die bewegbare Komponente als ein Roboter ausgebildet, insbesondere als ein bewegbarer bzw. schwenkbarer Roboterarm und/oder als ein bewegbares bzw. verfahrbares Roboterfahrzeug. Beispielsweise kann ein derartiger Roboterarm zum Bearbeiten, Untersuchen oder Transportieren eines Werkstücks vorgesehen sein, z.B. zum Schweißen, Stanzen, Pressen usw., etwa im Zuge eines Bearbeitungs- oder Herstellungsprozesses. Ein entsprechendes Roboterfahrzeug kann beispielsweise zum Transport von Waren, Werkstücken, Werkzeugen usw. vorgesehen sein.
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Vorzugsweise umfasst das vorliegende Verfahren ferner das Bestimmen bzw. Erzeugen oder Erstellen des Programms der Recheneinheit. Anschließend kann zweckmäßigerweise das Bestimmen des Überprüfungsablaufs erfolgen. Insbesondere kann somit im Zuge der Programmierung des Sicherheitssteuergeräts zumindest teilweise automatisiert die Überprüfung der bewegbaren Komponente der Vorrichtung durchgeführt werden. Besonders bevorzugt erlaubt die Erfindung daher einen Systemtest der Anlage bzw. Maschine parallel während der Programmerstellung für das Sicherheitssteuergerät.
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Insbesondere kann das Software-Werkzeug zur Umsetzung des vorliegenden Verfahrens modular ausgestaltet sein und eine Vielzahl einzelner Softwaremodule umfassen. So kann beispielsweise ein erstes Softwaremodul zum Erstellen des Programms bzw. Sicherheitsprogramms vorgesehen sein, ein zweites Softwaremodul z.B. zum Bestimmen des Überprüfungsablaufs und zum Überprüfen.
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Besonders vorteilhaft kann das Programm derart erzeugt werden, wie es in der verwandten Patentanmeldung mit dem Titel „Verfahren zum Erzeugen eines Sicherheitsprogramms für eine Recheneinheit einer technischen Vorrichtung“ beschrieben wird, die von der Anmelderin am selben Tag wie die vorliegende Patentanmeldung eingereicht wurde. Hinsichtlich weiterer Details zu einer derartigen Erzeugung des Sicherheitsprogramms sei an dieser Stelle vollumfänglich auf diese verwandte Patentanmeldung verwiesen, deren Offenbarung auch zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
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Besonders vorteilhaft kann anhängig von den durchgeführten Überprüfungsbewegungsabläufen eine Risikobewertung der technischen Vorrichtung durchgeführt werden, wie es in der verwandten Patentanmeldung mit dem Titel „Verfahren zum Überprüfen einer technischen Vorrichtung“ beschrieben wird, die von der Anmelderin am selben Tag wie die vorliegende Patentanmeldung eingereicht wurde. Im Zuge einer derartigen Risikobewertung kann insbesondere ein potentielles Risiko bezüglich einer Eintrittswahrscheinlichkeit und Auswirkungen von möglichen Fehlerzuständen und Beeinträchtigungen der funktionalen Sicherheit der Vorrichtung analysiert und bewertet werden. Beispielsweise kann beurteilt werden, ob ein derartiges Risiko akzeptabel und tragbar ist. Beispielsweise kann eine Dokumentation bzw. Prüfdokumentation erstellt werden, in welcher die Ergebnisse dieser Risikobewertung hinterlegt sind. Diese Risikobewertung bzw. diese Prüfdokumentation kann beispielsweise als Nachweis bzw. für eine Zertifizierung der Vorrichtungssicherheit für eine Prüfstelle oder Prüfgesellschaft vorgesehen sein. Hinsichtlich weiterer Details zu einer derartigen Risikobewertung sei an dieser Stelle vollumfänglich auf diese verwandte Patentanmeldung verwiesen, deren Offenbarung auch zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.
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Die vorliegende Erfindung eignet sich in vorteilhafter Weise für eine Vielzahl verschiedener technischer Vorrichtungen, beispielsweise für Tunnelbohrmaschinen, Hydraulik-Stanzen/Pressen, allgemeine Automatisierungen, Semiconductor-Handling, Robotik usw. Besonders eignet sich das Verfahren für Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise ein Schweißsystem, ein Schraubsystem, eine Drahtsäge oder eine Fräsmaschine, oder eine Bahnbearbeitungsmaschine, wie z.B. eine Druckmaschine (z.B. Zeitungsdruckmaschine, Tiefdruck-, Siebdruckmaschine, Inline-Flexodruckmaschine) oder eine Verpackungsmaschine, oder eine (Band-) Anlage zur Herstellung eines Automobils oder zur Herstellung von Komponenten eines Automobils (z.B. Verbrennungsmotoren oder Steuergeräte).
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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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 ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Figurenbeschreibung
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- 1 zeigt schematisch eine technische Vorrichtung, die einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zugrunde liegen kann.
- 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
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In 1 ist eine technische Vorrichtung schematisch dargestellt und mit 100 bezeichnet. Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 als eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks ausgebildet sein.
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Die Maschine 100 umfasst eine bewegbare Komponente, beispielsweise einen automatisch bewegbaren Roboterarm 101. Der Roboterarm 101 kann beispielsweise eine Vielzahl von Gelenken bzw. Drehachsen 102 umfassen, so dass der Roboterarm 101 innerhalb eines vorgegebenen Bewegungs- bzw. Arbeitsbereichs relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück bewegt werden kann. An einer Spitze bzw. einem freien Ende des Roboterarms 101 ist ein Werkzeug 103 zur entsprechenden Bearbeitung des Werkstücks vorgesehen, z.B. zum Schweißen, Stanzen, Pressen usw.
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Die Vorrichtung 100 umfasst ferner eine Vielzahl von Sensoren 110 und Aktoren 120 zur Steuerung der Bewegung des Roboterarms 101. Beispielsweise können die einzelnen Aktoren 120 jeweils als Servomotoren zur Bewegung der einzelnen Glieder bzw. Abschnitte des Roboterarms 101 ausgebildet sein, insbesondere um die einzelnen Abschnitte um die jeweiligen Drehachsen drehen bzw. schwenken zu können. Die Sensoren 110 können z.B. Positionssensoren zur Bestimmung einer Lage des Roboterarms 101 im Raum bzw. relativ zu einem Bezugspunkt umfassen sowie ferner beispielsweise Stromsensoren zum Erfassen von Strömen der einzelnen Servomotoren 120. Ferner können die Sensoren 110 einen Scanner oder Laserscanner umfassen, der einen vorgegebenen Bereich bzw. Sichtbereich um den Roboterarm 101 herum auf Hindernisse überwacht. Ferner kann als Sensor 110 beispielsweise eine Lichtschranke vorgesehen sein, um zu detektieren, ob eine Person einen vorgegebenen Bereich um den Roboterarm 101 herum betritt.
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Ferner ist eine Steuereinheit bzw. Maschinensteuerung 130 vorgesehen, um mit Hilfe der Sensoren 110 und Aktoren 120 die Bewegung des Roboterarms 101 zu steuern. Die Steuereinheit 130 umfasst eine Vielzahl von Eingängen 131 und Ausgängen 132, an welchen die einzelnen Sensoren 110 bzw. Aktoren 120 angeschlossen werden können.
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Ferner ist eine Recheneinheit bzw. ein Sicherheitssteuergerät 140 vorgesehen, um die Maschine 100 bzw. den Roboterarm 101 zu überwachen und Fehlerzustände bzw. einen fehlerhaften Betrieb erkennen zu können. Zu diesem Zweck wird von dem Sicherheitssteuergerät 140 ein Sicherheitsprogramm 150 ausgeführt, wobei dieses Sicherheitsprogramm 150 den Roboterarm 101 im Allgemeinen überwacht sowie Fehlerzustände bzw. einen fehlerhaften Betrieb und einen fehlerfreien Betrieb des Roboterarms 101 im Speziellen definiert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Sicherheitsprogramm 150 verwendet, um zumindest teilweise automatisch eine Überprüfung des Roboterarms 101 durchzuführen. Zu diesem Zweck ist in dem Sicherheitssteuergerät 140 ferner ein Software-Werkzeug 160 zum Durchführen einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, wie nachfolgend in Bezug auf die 1 und 2 erläutert werden soll.
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2 zeigt schematisch eine derartige bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens als ein Blockdiagramm.
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In einem Schritt 201 wird das Sicherheitsprogramm 150 für das Sicherheitssteuergerät 140 von dem Software-Werkzeug 160 erstellt. Im Zuge dessen können beispielsweise Zusammenhänge zwischen der Ansteuerung des Roboterarms 101 bzw. der Ansteuerung der Aktoren 120, dem Empfang von Sensordaten der Sensoren 110, den einzelnen Eingängen 131 und Ausgängen 132 der Steuereinheit 130 sowie dem fehlerfreien und fehlerhaften Betrieb des Roboterarms 101 erlernt werden. Beispielsweise kann das Sicherheitsprogramm 150 derart erstellt werden, wie es in der weiter oben erläuterten verwandten Patentanmeldung mit dem Titel „Verfahren zum Erzeugen eines Sicherheitsprogramms für eine Recheneinheit einer technischen Vorrichtung“ beschrieben wird.
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In einem Schritt 202 wird von dem Software-Werkzeug 160 abhängig von dem Sicherheitsprogramm 150 ein Überprüfungsablauf zum Durchführen von Überprüfungsbewegungsabläufen des Roboterarms 101 bestimmt. Aus den in dem Sicherheitsprogramm 150 hinterlegten Informationen über den Roboterarm 101 und dessen mögliche Fehlerzustände extrahiert das Software-Werkzeug 160 automatisch durchzuführende Überprüfungsbewegungsabläufe, mittels welcher sinnvoll die funktionale Sicherheit der Maschine 100 beurteilt werden kann.
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In einem Schritt 203 werden die Überprüfungsbewegungsabläufe abhängig von dem bestimmten Überprüfungsablauf durchgeführt und in einem Schritt 204 wird überprüft, ob die durchgeführten Überprüfungsbewegungsabläufe ein vorgegebenes Sicherheitskriterium erfüllen. Als derartiges Sicherheitskriterium kann beispielsweise überprüft werden, ob der Roboterarm 101 bei Eintritt eines sicherheitskritischen Ereignisses in einen sicheren Zustand überführt werden kann.
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Ein derartiges sicherheitskritisches Ereignis kann beispielsweise das Detektieren eines Objekts oder einer Person innerhalb eines vorgegebenen Bereichs um den Roboterarm 101 herum sein, beispielsweise mit Hilfe des Laserscanners oder der Lichtschranke. Der sichere Zustand kann dann ein Stoppen der aktuellen Bewegung des Roboterarms 101 innerhalb eines vorgegebenes Zeitintervalls nach Eintritt des sicherheitskritischen Ereignisses sein, so dass es zu keiner Kollision des Roboterarms 101 mit dem Objekt bzw. der Person kommt. Für eine derartige Überprüfung kann das Software-Werkzeug 160 in Schritt 203 einen Benutzer bzw. Bediener der Vorrichtung anweisen, manuelle Überprüfungsschritte durchzuführen, beispielsweise um ein Test-Objekt als ein simuliertes Hindernis innerhalb eines vorgegeben Bewegungsbereichs um den Roboterarm 101 herum zu platzieren, welcher beispielsweise mittels der Lichtschranke bzw. des Laserscanners überwacht wird. Beispielsweise kann das Software-Werkzeug 160 diese Anweisungen an den Benutzer über visuelle Anzeigen an einem Bildschirm und/oder über akustische Mitteilungen über einen Lautsprecher ausgegeben. Daraufhin kann das Software-Werkzeug 160 die Steuereinheit 130 anweisen, automatische Überprüfungsschritte durchzuführen, beispielsweise um Ansteuersignale auszugeben, um den Roboterarm 101 innerhalb des Bewegungsbereichs mit vorgegebener Geschwindigkeit in Richtung des Test-Objekts zu bewegen und anschließend abzubremsen. Im Zuge dessen können von den Sensoren 110 empfangene Sensorsignale, Sensorwerte bzw. Istwerte an den einzelnen Eingängen 131 der Steuereinheit empfangen und gesammelt werden, welche das Bewegungs- und Abbremsverhalten des Roboterarms 101 beschreiben. In Schritt 204 kann das Software-Werkzeug 160 abgängig von den Sensorsignalen, Sensorwerten bzw. Istwerten dann überprüfen, ob das Abbremsen des Roboterarms 101 dem vorgegebenen Sicherheitskriterium genügt, so dass es zu keiner Gefahr oder Beschädigung des Roboterarms 101 und des Test-Objekts kommt. Beispielsweise kann das Software-Werkzeug 160 zu diesem Zweck die Istwerte mit aus dem Sicherheitsprogramm 150 abgeleiteten Sollwerten vergleichen.
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Ferner kann das sicherheitskritische Ereignis beispielsweise auch ein Fehler in der Programmierung der Steuereinheit 130 oder ein Kurzschluss in der Maschine 100 sein. Der sichere Zustand kann dann beispielsweise ein Deaktivieren einer Stromversorgung des Roboterarms 101, insbesondere der Aktoren 120, innerhalb eines vorgegebenes Zeitintervalls sein, um den Roboterarm 101 in einen deaktivierten, stromlosen Zustand zu überführen. Für eine derartige Überprüfung kann das Software-Werkzeug 160 in Schritt 203 die Steuereinheit 130 anweisen, als automatische Überprüfungsschritte Ansteuersignale auszugeben und den Roboterarm 101 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit zu bewegen. Das Software-Werkzeug 160 kann die Steuereinheit 130 dann anweisen, einen derartigen Fehler oder Kurzschluss zu simulieren und die Stromversorgung zu deaktivieren. Im Zuge dessen können von den Sensoren 110 empfangene Sensorsignale, Sensorwerte bzw. Istwerte bezüglich des Stromverlaufs der Aktoren empfangen und gesammelt werden. In Schritt 204 kann das Software-Werkzeug 160 diese Sensorsignale auswerten und überprüfen, ob das Überführen in den stromlosen Zustand gemäß dem vorgegebenen Sicherheitskriterium ausgeführt wurde, beispielsweise durch Vergleichen der Istwerte mit aus dem Sicherheitsprogramm 150 abgeleiteten Sollwerten.
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In einem Schritt 205 können die Ergebnisse Überprüfungsbewegungsabläufe und der Überprüfung aus den Schritten 203 und 204 verwendet werden, um eine Risikobewertung der Maschine 100 durchzuführen. Im Zuge dessen werden ein potentielles Risiko bezüglich einer Eintrittswahrscheinlichkeit und Auswirkungen von möglichen Fehlerzuständen und Beeinträchtigungen der funktionalen Sicherheit der Maschine analysiert und in einer Prüfdokumentation hinterlegt. Beispielsweise kann die Risikobewertung durchgeführt werden, wie es in der oben erläuterten verwandten Patentanmeldung mit dem Titel „Verfahren zum Überprüfen einer technischen Vorrichtung“ beschrieben wird.
