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BEZÜGE ZU VERWANDTEN
ANMELDUNGEN
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Die
Priorität der provisorischen Patentanmeldung 60/958,773,
angemeldet am 09. Juli 2007, wird hiermit beansprucht.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Systeme
und Verfahren zur Verbesserung des Durchsatzes und der Auslastung
von Einschienenbahnfahrzeugen zur Beförderung von unfertigen Erzeugnissen
(work-in-progress) werden beschrieben; insbesondere werden Systeme
und Verfahren für logisch transportierende Vehikel beschrieben,
die unfertige Erzeugnisse auf einem Einschienenbahnfabriksystem
befördern, wobei asynchrone Fahrbahnsegmente (asynchronous
conveyor line segments) verwendet werden.
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2. Beschreibung verwandter Technik
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In
Halbleiterherstellungsumgebungen müssen Lose von unfertigen
Erzeugnissen (work-in-progress lots) einen oder mehrere Prozessschritte durchlaufen,
die jeweils von einem Werkzeug ausgeführt werden, welches
spezifisch für diesen Prozess ist, d. h., ein Prozesswerkzeug.
Der Durchlauf eines jeden Loses zu einem und durch ein erforderliches Prozesswerkzeug
ist häufig rekursiv, was heißen soll, dass ein
Los mehrfach zu demselben Prozesswerkzeug zurückkehren
kann.
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In
den letzten 10 Jahren durchlief die Halbleiterherstellungsindustrie
einen bedeutsamen Technologiewandel. So wurde z. B., um die Produktivität
zu erhöhen, der Durchmesser der Siliziumscheibe von 200
mm auf 300 mm erhöht. In Folge der hiermit verbundenen
Zunahme der Größe und des Gewichts der Scheibenlosträger
(wafer lot carrier) wurde eine FOUP oder ”front open unified
pod”, d. h. eine Einheitsschale mit Frontöffnung
genannte Kunststoff-Verpackung entwickelt, um die Scheiben sicher zu
halten und weiterhin, um mit Hilfe von Roboterverarbeitungssystemen
Zugriff auf die darin gespeicherten Scheiben zu bieten.
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Die
Halbleiterhersteller verständigten sich auch auf die Standardisierung
der Logistik-Hardware, indem sie eine Technologie zum Transport
der Scheibenlose (wafer lots) zwischen den Prozessschritten wählten,
die auf an der Gebäudedecke montierten Einschienenbahnvehikeln
basiert. Die Entscheidung, die Halbleiterherstellung durch die Verwendung
von Einschienenbahnvehikeln und eines Einschienenbahntransportsystems
zu standardisieren, ist jedoch auch mit mehreren inhärenten Nachteilen
verbunden.
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So
kann z. B., wie man sich vorstellen kann, eine einzelne einheitliche
Technologie nicht alle Anforderungen an modernen Transporteffizient
berücksichtigen. Durch Verpflichtung der Industrie und
der Halbleiterhersteller auf eine einzige einheitliche Transporttechnologie,
wurden die Lieferanten von Einschienenbahntransportsystemen in der
Folge gezwungen, kostspielige Lösungen innerhalb dieser Technologie
zu entwickeln, und so zu versuchen, die Anforderungen der Industrie
nach verbesserter Leistung zu befriedigen.
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So
können beispielsweise die auftretenden Änderungskosten
bedeutsam sein, weil Anlagevermögen, beispielsweise Reinräume
und Verfahrensausrüstungen sehr teuer sind. Außerdem
ist die verwendete Vehikeltechnologie in ihrer Kapazität,
Werkstücke zu transportieren, beschränkt. In der
Tat ist die Beschränkung der Vehikelauslastung eine inhärente Eigenschaft
des Designs eines Einschienenbahntransportsystems. So kann beispielsweise
im Hinblick auf 1 momentan jedes Vehikel nur
eine einzige FOUP tragen. Außerdem kann innerhalb des Bereichs
der Einschienenbahntransportsysteme jedes Vehikel beim Umlauf um
die Vehikelschleife 1 nur für eine sequenzielle
Aufnahme 2 und eine Lieferung oder eine Abgabe 4 des
FOUP verplant werden. Zwischen dem Aufnahmepunkt 2 und
dem Abgabepunkt 4 erfährt das Vehikel eine Nutzfahrt 3.
Nach der Lieferung 4 und vor der nächsten Aufnahme 2 bleibt
das Vehikel jedoch ungenutzt.
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Als
Folge hiervon werden, in diesem zweischrittigen, linearen oder quasilinearen
Prozess Vehikel gelegentlich leer fahren 6, beispielsweise
nach der Abgabe 4 und vor der nächsten Aufnahme 2 und/oder
werden Vehikel gelegentlich stillstehen 8, entsprechend
der Zeit, die das Vehikel vor seiner nächsten Aufnahmezuweisung
nach der Abgabe 4 wartet. Wann immer ein Vehikel stillsteht
oder leer fährt, wird die gesamte Auslastungsrate des Systems herabgesetzt,
was sich auf die Lieferkapazität des Systems auswirkt.
Der entgegengesetzte Effekt solcher Beschränkungen pflanzt
sich abwärts bis zur Auslastung der Halbleiterprozessausrüstung
fort, beispielsweise zu den Prozesswerkzeugen und auch bis zu der
Zeit oder genauer bis zu der Zykluszeit, die das Halbleiterprodukt
zum Durchlauf aller Herstellungsprozesse bis zur Fertigstellung
benötigt.
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Auf
der Suche nach Lösungen für diese Nachteile, die
mit der standardisierten Einschienenbahntechnologie verbunden sind,
ist es erforderlich, einen angemessenen Ausgleich zwischen der Bereitstellung
von mehr Vehikeln und der Erhöhung der Vehikelgeschwindigkeit
zu finden. Derartige Lösungen sind jedoch teuer und haben
auch praktische Grenzen. In der Hauptsache liegt dies daran, dass
die Anzahl oder Menge der Vehikel und die Vehikelgeschwindigkeit
in einem umgekehrten Zusammenhang stehen.
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So
gibt es beispielsweise einen Punkt, an dem das Gesetz des abnehmenden
Grenzertrags die Anzahl der Vehikel begrenzt, die man denn Transportsystem
hinzufügen kann. Die Zahl der Vehikel, die zugefügt
werden können, hängt dabei von der verfügbaren
Länge des Transportsystems ab, von der Fahrgeschwindigkeit
jedes Vehikels und von dem Erfordernis eines kollisionsfreien stop-and-go
Betriebs. Wenn eine größere Zahl von Vehikeln
in einer gemeinsamen Spur verwendet wird, verringert sich hierdurch
der Abstand zwischen den Vehikeln. In der Folge muss die Vehikelgeschwindigkeit
herabgesetzt werden, um sicherzustellen, dass die resultierende Distanz
zwischen den Vehikeln einen angemessenen Abstand zur Entschleunigung
und zur Sicherstellung eines kollisionsfreien stop-and-go Betriebs
ermöglicht. Kurz gesagt erfordern höhere Geschwindigkeiten
längere Bremswege wegen praktischer Grenzen beim Bremsvorgang.
Wenn die notwendigen Bremswege länger sind, dann kann das
Transportsystem mit weniger Vehikeln betrieben werden.
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Deshalb
ist es wünschenswert, die Effizienz diskreter Vehikel zu
maximieren, die in einem standardisierten Einschienenbahntransportsystem
operieren, in dem periphere Fahrbahnsegmente in das standardisierte
Einschienenbahntransportsystem integriert werden. Durch eine Integration
peripherer Fahrbahnsegmente in die existierende Transporttechnologie
kann die Leistungsfähigkeit des existierenden Systems vorteilhaft
verbessert und die Vehikelauslastung und der Durchsatz vorteilhaft
erhöht werden. Insbesondere bewirken die Fahrbahnsegmente
einen dynamischen, asynchronen Vehikeltransfer und stellen Pufferpunkte
zur Verfügung, die zur Maximierung der Vehikelauslastung
und des Durchsatzes verwendet werden können.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
werden Mittel und Verfahren zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit
eines bekannten Einschienenbahntransportsystems beschrieben, welches
Einschienenbahnfahrzeuge enthält, die unfertige Erzeugnisse
in einer Reinraumherstellungsumgebung befördern. Die Mittel
und Verfahren beinhalten das Bereitstel len einer Vielzahl dynamischer,
asynchroner Übergabepunkte auf einem Standardeinschienenbahntransportsystem
und eine Steuerungslogik zur Optimierung der Effizienz und der Auslastung
der Vehikel und des gesamten Transportsystems. Insbesondere beinhalten
die Mittel und Verfahren die Bereitstellung dynamischer, asynchroner Übergabepunkte
zur Bereitstellung einer Kommunikation zwischen einer Haupteinschienenbahntransportschleife
und abseitigen Arbeitsfeldtransportschleifen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird durch Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung
der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen vollständiger
verstanden, wobei
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1 ein
illustratives Diagramm einer Einschienenbahntransportschleife gemäß dem
Stand der Technik zeigt;
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2 ein
illustratives Diagramm einer Einschienenbahntransportschleife zeigt;
welche gemäß dem Stand der Technik über
arbeitsfeldübergreifende Strecken und über Strecken
innerhalb eines Arbeitsfeldes verfügt;
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3 ein
Blockdiagramm eines integrierten Transportsystems gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 eine
arbeitsfeldübergreifende Abzweigung gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 einen
dynamischen Werkzeugpuffer gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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6 einen
dynamischen Speicherzugang gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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7 eine
Fahrbahnbrücke zur Verbindung eines Einschienenbahntransportsystems
mit einem automatisierten oder schienengeführten Vehikelsystem
gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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8 eine
Förderschleife innerhalb eines Arbeitsfeldes zur Verbindung
einer Vielzahl von Einschienenbahntransportsystemen gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Zunächst
zeigt die Analyse der Transporterfordernisse in einer Halbleiterreinraumumgebung eine
räumliche und hinsichtlich der Abfolge chaotische Verteilung
der Ziele der Lose unfertiger Erzeugnisse. Außerdem ist
die Verarbeitung notwendigerweise rekursiv. Daraus ergibt sich,
dass auf der Fabrikebene, um die Effizienz zu optimieren, die Herstellung
nicht in Form einer linearen sequenziellen Produktionslinie angeordnet
werden sollte.
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Dessen
ungeachtet ist ein standardisiertes Einschienenbahntransportsystem
eine lineare oder quasi-lineare sequenzielle Produktionslinie, welche inhärent
ineffizient ist. Einschienenbahn-basierte Vehikel die Werkstückträger
tragen wie beispielsweise FOUPs, durchlaufen den Kreis des Einschienenbahntransportnetzes,
wobei sie eine von zwei Operationen ausführen:
Das
Ablegen von Werkstückträgern zur Bearbeitung oder
die Aufnahme von Werkstückträgern nach der Bearbeitung.
Deshalb sind Mittel und Verfahren zur Optimierung der Effizienz
und der Auslastung der Vehikel, welche die Werkstückträger
entlang des Kreises des Einschienenbahntransportnetzwerks in einer Reinraumherstellungsumgebung
transportieren, wünschenswert.
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In
der 2 ist eine Reinraumherstellungsumgebung 20 dargestellt.
Die Umgebung 20 enthält ein primäres
Einschienenbahntransportnetzwerk oder eine Hauptschleife 10 zwischen
Arbeitsfeldern in Verbindung mit einer Vielzahl von Arbeitsfeldern 29.
Die Liste der Arbeitsfelder 29 enthält wenigstens ein
Prozesswerkzeug und vorzugsweise mehrere Prozesswerkzeuge, die längs
einer geschlosse nen arbeitsfeldübergreifenden Einschienenbahn-basierten
Schleife 25 angeordnet sind. Große Speicher (stocker)
verbinden die arbeitsfeldübergreifende Schleife 10 mit
der arbeitsfeldeigenen Schleife 25.
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Während
des Betriebs wird zum Transport eines unfertigen Erzeugnisses von
einer ersten Stelle 22 einer ersten arbeitsfeldübergreifenden
Schleife 25a zu einer zweiten Stelle 24 auf einer
zweiten arbeitsfeldübergreifenden Schleife 25b der
Werkstückträger nacheinander von der ersten arbeitsfeldübergreifenden
Schleife 25a zu einem ersten Speicher 21a transportiert,
von wo der Werkstückträger entlang der arbeitsfeldübergreifenden
Schleife 10 zu einem zweiten Speicher 21b transportiert
wird. Bei dem zweiten Speicher 21b wird der Werkstückträger entlang
der zweiten arbeitsfeldinternen Schleife 25b zu der zweiten
Stelle 24 transportiert.
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Wie
bereits erwähnt, hält die Linearität
einer einschienenbahnbasierten Transporteinrichtung jedes diskrete
Vehikel gefangen. In der Tat trägt jedes Vehikel auf der
arbeitsfeldübergreifenden Schleife 10 oder auf
der arbeitsfeldinternen Schleife 25 entweder ein Los oder
es fährt leer. Die Vehikelauslastung hängt deshalb
davon ab, welcher Anteil der gesamten Zeit, die zum Umlauf um die
hauptarbeitsfeldübergreifende Schleife 10 oder
um die arbeitsfeldinterne Schleife 25 benötigt
wird, dem Transport von Losen von Punkt zu Punkt gewidmet wird und
davon, welcher Anteil der Gesamtzeit ungenutzt ist, d. h. Stillstand
oder Leerfahrt.
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Zusammengefasst
sind eine verbesserte Vehikeleffizienz und ein optimierter Durchsatz
durch Zuordnung einer größeren Zahl von Quell-(Aufnahme) und
Ziel-(Ablage)Punkten entlang jeder arbeitsfeldübergreifenden
Schleife 10 und jeder arbeitsfeldinternen Schleife 25 erreichbar,
um die funktionale Granularität derselben zu erhöhen.
Durch die Bereitstellung mehrfacher zusätzlicher Aufnahme-
und Ablagepunkte auf der arbeitsfeldübergreifenden Schleife 10 und
den arbeitsfeldinternen Schleife 25, steigt die Kapazität
eines jeden Vehikels zur Ausführung mehrfacher Aufnahme-
und Ablageoperationen während eines einzelnen Umlaufs der
Schleife 10 oder 25. Die Vehikelauslastung wird
verbessert durch die Optimierung der Zeitdauer, während
der ein entsprechendes Vehikel zur Beförderung und Lieferung
eines Werkstückträgers verwendet wird, im Vergleich
zu der ungenutzten Zeitdauer.
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Einige
der beispielhaften Mittel durch welche dies erreicht werden kann,
umfassen die Bereitstellung asynchroner Fahrbahnsegmente in Verbindung mit
wenigstens einer und vorzugsweise mehreren arbeitsfeldinternen Schleifen 25 (7 und 8);
die Bereitstellung wenigstens einer Förderanlagenabzweigung über
eine arbeitsfeldübergreifende Schleife 10 oder
eine arbeitsfeldinterne Schleife 25 (4); Bereitstellung
wenigstens eines parallelen Fahrbahnsegments entlang eines Abschnitts
oder von Abschnitten der arbeitsfeldübergreifenden Schleife 10 oder
der arbeitsfeldinternen Schleife 25 (5 und 6);
und/oder die Bereitstellung mehrerer Multipunktschnittstellenverbindungspunkte
zwischen arbeitsfeldinternen Schleifen 25 und einer Prozessausrüstung
(Prozesswerkzeugen), Speichereinrichtungen, (Ablageeinrichtungen)
und ähnlichen Einrichtungen. Diese Mittel werden nachstehend
detaillierter erörtert. Der Durchschnittsfachmann auf diesem
Gebiet wird erkennen, dass diese Beispiele lediglich einige mögliche
Anwendungen der hier gelehrten Methodologie der Verbesserung der
Vehikelauslastung und des Durchsatzes eines Einschienenbahntransportnetzwerkes
sind.
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Bevor
die besonderen beispielhaften Anwendungen der Erfindung beschrieben
werden, wird jedoch das Fördersystem kurz erörtert.
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Asynchrones Fördersystem
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Das
vorliegende System 20 erfordert eine Steuerung und dynamische
selbst angetriebene, software- oder hardwaregesteuerte Pfade zur
Pufferung und/oder zum Transport von Werkstückträgern, beispielsweise
FOUPs innerhalb des Bereichs des Systems 20, um den Stillstand
oder die Leerfahrtzeit der Einschienenbahn-basierten Vehikel zu
minimieren und andererseits um die Auslastungsrate der Vehikel zu
optimieren. Durch Bereitstellung einer Vielzahl von Übergabepunkten,
die strukturiert und arrangiert sind, um einen häufigeren
und logischeren Austausch von Werkstückträgern
zu fördern, wird die Transportkapazität jedes
Einschienenbahn-basierten Vehikels verbessert, wodurch die Auslas tung
und die Effizienz der Vehikel gesteigert wird. Ein solcher Pfad ist
eine asynchrone, strossfreie Förderanlage (soft conveyor
system).
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Das
US-Patent mit der Nr. 6,047,812 und
der Bezeichnung ”asynchronous soff conveyor system” (im
Folgenden ”’812-Patent”) erteilt für
Middlesex General Industries, Inc. of Woburn, Massachusetts (MGII),
beschreibt eine Logik-gesteuerte Förderanlage zum Transport
von Gegenständen oder Objekten, beispielsweise von Werkstück
oder unfertigen Erzeugnissen, Werkstückträgern,
Losen und ähnlichen Gegenständen längs
eines Pfades, der in diskrete Sektionen unterteilt ist. Vorteilhaft
verwendet das Fördertransportsystem eine weiche Pufferung
(”soft buffering”) für einen kollisionsfreien
Transport.
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Insbesondere
beschreibt das ’812-Patent, welches hier in seiner Gänze
unter Bezugnahme auf seine Offenbarung eingegliedert wird, eine
asynchrone weiche Förderung (asynchronous soft conveying), die
ein Verfahren und ein System zum Transport von Gegenständen
oder Objekten unabhängig voneinander und zum Starten und
Stoppen der Gegenstände in einer sanften Art nennt, um
zu verhindern, dass die Gegenstände einander berühren
oder miteinander zusammenstoßen. Das patentierte MGII Fördersystem
beinhaltet Übergangsmittel, um Gegenstände oder
Objekte längs des Förderpfades zu bewegen und
Mittel zur Erfassung, wann oder ob ein Gegenstand oder ein Objekt
sich in einem Förderabschnitt befindet.
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Jeder
Förderanlagenabschnitt enthält eine Vielzahl von
Förderanlagensegmenten, wenigstens einen Sensor, wenigstens
ein Antriebselement und wenigstens einen Förderanlagenabschnittscontroller. Die
FörderanlagensektionFörderanlagensektionen und
-segmente sind strukturiert und arrangiert, um eine weiche Pufferung
zu ermöglichen, und um einer zentralen Steuerung erfasste
Daten zur Verfügung zu stellen. Das Antriebselement kann
ein magnetischer Hysterese-Antrieb sein, der in eine jede Förderanlagensektion
eingebettet ist. Der Förderanlagenabschnittscontroller,
beispielsweise ein eingebetteter gedruckter Schaltkreis (imbedded
conveyer printed circuit board, PCB), steuert den Betriebszustand
des Antriebselements, wie beispielsweise vorwärts, rückwärts,
Stillstand (idle) und Stopp, basierend auf erfassten Positionsdaten,
Werkzeugverfügbarkeitsdaten und anderen Daten.
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Das
Förderanlagensystem gemäß der Lehre des ’812-Patents
ist unterteilt in mehrere FörderanlagensektionFörderanlagensektionen
mit Sensoren in jeder Sektion. Der Antrieb für jede Förderanlagensektion
und die Sensoren für jede Sektion des Förderers
werden so betrieben, dass nur ein Gegenstand eine diskrete Förderanlagensektion
zu einer gegebenen Zeit besetzt. Dies hat zur Folge, dass, wenn
ein erster Gegenstand eine Förderanlagensektion besetzt,
der Antrieb für die Förderanlagensektion angehalten
oder in den Ruhe-(Idle)-Zustand versetzt wird, falls ein zweiter
Gegenstand die nächste oder darauffolgende Förderanlagensektion
besetzt.
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Die
Förderanlagenelemente oder die Akkumulation der Förderanlagenelemente
mit den genannten Charakteristiken, insbesondere wenn sie in Verbindung
mit einem Einschienenbahntransportsystem oder solchen Systemen verwendet
werden, umfassen dynamische, selbstangetriebene Hardware- und/oder
Softwaregesteuerte Pfade, um Werkstückträger zum
Nutzen der Transportvehikel zu leiten, und zwar in einer Weise,
um das Bedürfnis letzterer zu minimieren, zwischen Zielen
zu fahren, während sie keine Last tragen. Im Effekt wird
hierdurch die Transportkapazität des Vehikelsystems gesteigert.
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Abzweigungs-Methodologie
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In 4 wird
eine Abzweigung 40 zwischen Arbeitsfeldern gezeigt, die
in eine Hauptschleife 10 zwischen Arbeitsfeldern integriert
ist. Eine Arbeitsfeldübergreifende Abzweigung 40 kann
vorteilhaft in ein bestehendes Einschienenbahntransportsystem für
gesteigerte Effizienz der Trägervehikel integriert werden.
Insbesondere stellt die arbeitsfeldübergreifende Abzweigung 40 zusätzliche
Austauschpunkte bereit, bei welchen Werkstückträger
abgelegt oder aufgenommen werden können, um die Auslastung eines
jeden Vehikels 15 in der arbeitsfeldübergreifend
Schleife 10 zu optimieren.
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Demzufolge
ist die arbeitsfeldübergreifende Abzweigung 40 so
gestaltet, dass die Auslastung von arbeitsfeldübergreifenden
Vehikeln 15 durch eine Bereitstellung redundanter, dynamischer
Austauschpunkte 42 und 48 erhöht wird.
Die arbeitsfeldübergreifende Abzweigung 40 ist
strukturiert und arrangiert, um einen Teil oder eine Seite der arbeitsfeldübergreifenden
Schleife 10 mit einem anderen Teil oder einer anderen Seite
der arbeitsfeldübergreifenden Schleife 10 zu verbinden
und des Weiteren ein Fahrbahnsegment zwischen jedem Teil oder jeder Seite
der arbeitsfeldübergreifenden Schleife 10 bereitzustellen.
Durch Bereitstellung von Abgabe- und Aufnahmepunkten und einer Abkürzung
befähigt die Abzweigung 40 ein einzelnes Vehikel 15,
mehrere Lasttransportaufgaben innerhalb eines einzelnen Umlaufs
oder Übergangs der arbeitsfeldübergreifenden Schleife 10 auszuführen.
Obwohl die Verwendung einer Abzweigung 40 in Verbindung
mit der Hauptschleife 10 zwischen Arbeitsfeldern beschrieben
wird, erfasst der Durchschnittsfachmann, dass eine Abzweigung 40 auch
in die arbeitsfeldinterne Schleife 25 jedes Arbeitsfeldes 29 eingeschlossen werden
könnte.
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Jede
Abzweigung 40 enthält ein Paar von dynamischen
Austauschpunkten 42 und 48. Der dynamische Austauschpunkt 42 enthält
einen ersten Ladepunkt 41 und einen zweiten Ladepunkt 43.
Der dynamische Austauschpunkt 48 enthält einen
ersten Ladepunkt 47 und einen zweiten Ladepunkt 49. Wenn
ein Vehikel 15 einen Werkstückträger
aufnimmt, wird der betroffene Ladepunkt als Quellpunkt bezeichnet.
Wenn ein Vehikel 15 ein Werkstück ablegt, wird
der betreffende Ladepunkt als Zielpunkt bezeichnet.
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Nur
aus Gründen der Einfachheit und der Zweckmäßigkeit
und aus Gründen der Erläuterung sei angenommen,
dass die dynamischen Austauschpunkte 42 und 48 zum
Transport von Werkstücken dazwischen und unidirektional
entsprechend den in 4 gezeigten Pfeilen adaptiert
sind. Vorzugsweise sind die Ablage-(Ziel-)Punkte 41 und 49 stromaufwärts
von den Aufnahme-(Quell-)Punkten 43 und 47 angeordnet,
so dass ein Vehikel 15, das einen Werkstückträger
an dem Zielpunkt 41 oder 49 ablegt, sofort einen
verfügbaren Werkstückträger an dem stromabwärts
nächstgelegenen Quellpunkt 43 und 47 aufnehmen
kann.
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Der
Durchschnittsfachmann erfasst auch, dass die dynamischen Austauschpunkte 42 und 48 ebenso
gut bidirektional sein könnten. Außerdem müssen
die dynamischen Austauschpunkte 42 und 48 nicht
zwangsläufig einander benachbart oder nahe gelegen sein,
sondern sie können ebenso gut in regelmäßigen
oder unregelmäßigen Intervallen längs der
Teile oder Seiten der arbeitsfeldübergreifenden Schleife 10 angeordnet
sein. Durch eine benachbarte oder nahe gelegene Anordnung der dynamischen Austauschpunkte 42 und 48 zueinander
können allerdings die Stillstands- und Leerfahrtzeiten
weiter minimiert werden, falls es ein Aufnahmeereignis unmittelbar
stromabwärts von dem Ablageereignis gibt.
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Nachstehend
wird ein Beispiel der Arbeitsweise einer arbeitsfeldübergreifenden
Abzweigung 40 beschrieben. Wie in 4 gezeigt,
kann die arbeitsfeldübergreifende Abzweigung 40 dazu
verwendet werden, dass ein einzelnes Vehikel 15, wenn die zu
erledigenden Aufgaben darin bestehen, einen Werkstückträger
A von Speicher 2 zu Speicher 1 zu transportieren
und einen Werkstückträger B von Speicher 4 zu
Speicher 3 zu transportieren, beide Transportaufgaben während
eines einzigen Umlaufs um die arbeitsfeldübergreifende
Schleife 10 durchzuführen. Andernfalls, ohne die
Abzweigung 40, wäre ein Vehikel 15 dazu
veranlasst worden, den Werkstückträger A aufzunehmen
und ihn bei Speicher 1 abzulegen und ein zweites Vehikel
wäre veranlasst worden, den Werkstückträger
B aufzunehmen und ihn bei Speicher 3 abzulegen.
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Insbesondere
kann die Vehikelsteuerung das nächste verfügbare
leere Vehikel 15 dazu veranlassen, den Werkstückträger
A bei dem ein AusgabezugangAusgabezugang 44 des Speichers 2 aufzunehmen
und ihn zum Zielpunkt 41 des Austauschpunktes 42 zu
transportieren, wo der Werkstückträger A auf der
Förderabzweigung 40 abgestellt werden kann. Die
Vehikelsteuerung kann dann den dynamischen Austauschpunkt 42 dazu
veranlassen, den Werkstückträger A über
die arbeitsfeldübergreifende Schleife 10 zum Quellpunkt 47 des
dynamischen Austauschpunktes 48 zu transportieren und insbesondere
von dem Zielpunkt 41 zum Quellpunkt 47 über
das Fahrbahnsegment 45.
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Um
die Orientierung des Werkstückträgers A zu korrigieren
müssen der Quellpunkt 47 oder der Zielpunkt 41 oder
beide strukturiert und arrangiert sein, um den Werkstückträger
um 180° zu drehen oder jeder von beiden muss strukturiert
und arrangiert sein, um den Werkstückträger um
90° zu drehen. Zu diesem Zweck kann der Zielpunkt 41 Hebe- und Übergabe-Abschnitte
enthalten zur Übergabe von Werkstückträgern
an das Fahrbahnsegment 45, und der Quellpunkt 47 kann
Hebe- und Übergabe-Abschnitte enthalten zur Übergabe
von Werkstückträgern von dem Fahrbahnsegment 45 an
den Quellpunkt 47.
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Nachdem
das Vehikel 15 den Werkstückträger A
erfolgreich an dem Zielpunkt 41 abgelegt hat, fährt
das Vehikel 15 in einem unbenutzten Zustand fort, bis es
den Werkstückträger B an dem Ein-/AusgabezugangAusgabezugang 44 des
Speichers 4 aufnimmt. Der Durchschnittsfachmann erfasst
hierbei, dass, falls ein Werkstückträger an dem
Quellpunkt 43 stromabwärts des Zielpunkts 41 an
dem Austauschpunkt 42 gewesen wäre, das Vehikel 15 dazu
veranlasst hätte werden können, diesen Werkstückträger aufzunehmen
und auf diese Weise die zeitliche Dauer, für die es sich
in einem ungenutzten Zustand befindet, weiter zu reduzieren.
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Das
Vehikel 15 kann dann dazu veranlasst werden, den Werkstückträger
B zu dem Ein-/Ausgabezugang 44 des Speichers 3 zu
transportieren, wo der Werkstückträger B abgelegt
werden kann. Nachdem das Vehikel 15 den Werkstückträger
erfolgreich an dem Ein-/Ausgabezugang Ausgabezugang 44 des
Speichers 3 abgelegt hat, bewegt sich das Vehikel 15 in
einem ungenutzten Zustand bis es den Werkstückträger
A an dem Quellpunkt 47 aufnimmt. Zuletzt kann das Vehikel 15 den
Werkstückträger A zu dem Ein-/Ausgabezugang Ausgabezugang 44 der Ablage 1 transportieren,
wo der Werkstückträger A abgestellt wird, wodurch
die anstehenden Aufgaben erledigt wurden. Auch hier erfasst der
Durchschnittsfachmann wieder, dass ein anderes Vehikel 15 den Werkstückträger
A an dem Quellpunkt 47 hätte aufnehmen können,
ohne auf dasselbe Vehikel 15 warten zu müssen,
dass ihn abstellte, um ihn wieder aufzunehmen.
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Wenn
beispielsweise ein einzelnes Vehikel 15 dazu verwendet
wird, zwei separate Ereignisse auszuführen, d. h. den Transport
des Werkstückträgers A und des Werkstückträgers
B, dann enthält die unbenutzte Zeit die kurzen Lücken
zwischen dem Austauschpunkt 42 bei dem Ein-/AusgabezugangAusgabezugang 44 des
Speichers 4 und zwischen dem Ein-/Ausgabezugang 44 des
Speichers 3 und dem Austauschpunkt 48. Wenn jedoch
diese beiden Ereignisse von zwei separaten und verschiedenen Vehikeln 15 ausgeführt
werden, dann würde die unbenutzte Zeit die Lücken
zwischen dem Ein-/Ausgabezugang Ausgabezugang 44 des Speichers 2 und dem
Ein-/Ausgabezugang Ausgabezugang 44 des Speichers 4 enthalten,
und zwischen dem Ein-/Ausgabezugang Ausgabezugang 44 des
Speichers 3 und dem Ein-/Ausgabezugang Ausgabezugang 44 des
Speichers 1. Außerdem wären zwei Umläufe
anstelle eines einzigen Umlaufs erforderlich. Kurz gesagt, durch
Bereitstellung der Abzweigung 40 kann das System 20 ein
ganzes Vehikel 15 für eine unabhängige
Operation freistellen und, mehr noch, ansonsten ungenutzte Zeit
in nutzbare Zeit verwandeln, die kurzen Übergängen
zwischen dem Ein-/Ausgabezugang Ausgabezugang 44 der Ablage
A und Austauschpunkt 42 und zwischen Austauschpunkt 48 und
dem Ein-/Ausgabezugang Ausgabezugang 44 des Speichers 1 entsprechen.
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Im
Ergebnis werden die Vehikelauslastung, die Vehikelverfügbarkeit
und der Systemdurchsatz durch Bereitstellung einer Vielzahl untereinander
verbundener Austauschpunkte 42 und 48 auf der
arbeitsfeldübergreifenden Schleife 10 ohne Hinzufügung
zusätzlicher Vehikel verbessert. Tatsächlich nimmt
die Zahl der für die beschriebene Operation benötigen
Vehikel um die Hälfte ab und wurde sogar effizienter genutzt.
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Methodologie der parallelen
Fahrbahnsegmente
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Fahrbahnsegmente
können auch mit Vorteil längs, d. h. parallel
oder im Wesentlichen parallel zu der arbeitsfeldübergreifenden
Schleife 10 strukturiert und arrangiert werden, wie dies
in den 5 und 6 gezeigt ist. Diese parallelen
Fahrbahnsegmente ermöglichen eine temporäre Einreihung
und eine Umsortierung der Werkstückträger, was
zu einer effizienteren Verwendung des Transits eines einzelnen Vehikels 15 der
arbeitsbereichsübergreifenden Schleife 10 beiträgt.
Dem Durchschnittsfachmann ist hierbei klar, dass parallele Bandsegmente
auch längs der Arbeitsfeldinternen Schleifen 25 jedes
Arbeitsfelds 29 auftreten können, beispielsweise
in der Nähe eines jeden Prozesswerkzeugs 19.
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So
zeigt beispielsweise 5 parallele Fahrbahnsegmente,
die so strukturiert und arrangiert sind, dass ein dynamischer Werkzeugpuffer 50 bereitgestellt
wird. Ein dynamischer Werkzeugpuffer 50 kann in der Nachbarschaft
oder in der Nähe eines Prozesswerkzeugs 19 integriert
werden.
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Der
dynamische Werkzeugpuffer 50 beinhaltet einen Ablagepunkt 52 und
einen Aufnahmepunkt 54, die untereinander verbunden sind
durch eine segmentierte Förderanlagenpufferstrecke 55.
Vorzugsweise ist der Ablagepunkt 52 auf der arbeitsfeldübergreifenden
Schleife 10 angeordnet, stromabwärts von den Ein-/Ausgabezugängen 56 und 58,
wodurch ein Zugang und ein Ausgang von dem Prozesswerkzeug 19 und
dem Aufnahmepunkt 54 geschaffen wird.
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Der
dynamische Werkzeugpuffer 50 ist eingerichtet, um die Bewegungsrichtung
des Werkstückträgers 12 umzukehren, ohne
Einfluss auf die globale Orientierung des Werkstückträgers 12 zu
nehmen. Dementsprechend kann der dynamische Werkzeugspeicher 50 ein
erstes Hebe- und Übergabegerät umfassen, welches
den Werkstückträger von dem Ablagepunkt 52 auf
die Förderanlagenpufferstrecke 55 bewegt, ein
erstes 90° Umkehrgerät 51, das dazu eingerichtet
ist, die Richtung der Bewegung des Werkstückträgers 12 auf
der Förderanlagenpufferstrecke 55 um 90° zu
drehen, ein zweites 90° Umkehrgerät 53,
welches eingerichtet ist, um die Bewegungsrichtung des Werkstückträgers 12 um
weitere 90° zu drehen und ein zweites Hebe- und Transfergerät,
um den Werkstückträger 12 von der Förderanlagenpufferstrecke 55 auf
den Aufnahmepunkt 54 zu bewegen.
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Die
90° Umkehrgeräte 51 und 53 können auch
eingerichtet sein, um die Richtung der Bewegung des Werkstückträgers 12 zu ändern,
ohne die Orientierung des Werkstückträgers 12 in
Bezug auf die arbeitsfeldübergreifende Hauptschleife 10 zu
verändern. Dazu alternativ wird, wie dies in 5 gezeigt
ist, je des Mal wenn die Bewegungsrichtung des Werkstückträgers 12 um
90° gedreht wird, die Orientierung des Werkstückträgers 12 ebenfalls
geändert. Einzige Anforderung für diese alternative
Möglichkeit ist, dass die Orientierung des Werkstückträgers 12 an
dem Ablagepunkt 52, an den Ein-/Ausgabezugängen 56 und 58 und
an dem Aufnahmepunkt 54 die gleiche ist.
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Die
Betriebsweise des dynamischen Werkzeugpuffers 50 wird nun
beschrieben, um den Effekt der Bereitstellung einer größeren
Zahl von Aufnahmepunkten und Zielpunkten auf der arbeitsfeldübergreifenden
Hauptschleife 10 zu illustrieren und den Effekt der Erhöhung
der Anzahl der aufeinander folgenden Aufnahme- und Abgabeereignisse,
die innerhalb eines einzigen Umlaufs eines einzigen Vehikels 15 auf
der arbeitsfeldübergreifenden Schleife 10 auftreten.
Die Wirkung besteht in der Reduktion der Leerfahrtzeit und/oder
der Stillstandszeit zwischen einem ersten Aufnahme und einem Abgabeereignis und
darauffolgenden Aufnahme- und Abgabeereignissen und in der Verbesserung
der Auslastung des entsprechenden Vehikels 15.
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Wenn
ein Vehikel 15, welches einen Werkstückträger 12 trägt,
der planmäßig als nächster zur Verarbeitung
an einem spezifischen Prozesswerkzeug 19 vorgesehen ist,
dessen Ein-/Ausgabezugängen Ausgabezugänge 50 und/oder 58 besetzt
sind oder anderweitig nicht verfügbar sind, dann kann der Vehikelcontroller
anstelle das entsprechende Vehikel 15 zu veranlassen, den
Werkstückträger 12 an einen Werkzeugpufferablagepunkt 52 abzulegen,
der unmittelbar stromabwärts von den Ein-/Ausgabezugängen 56 und 58 abgelegt
werden kann. Der Controller kann dann den dynamischen Werkzeugpuffer 50 veranlassen,
den abgelegten Werkstückträger 12 auf
die Förderanlagenpufferstrecke 55 zu transportieren,
wo der Werkstückträger 12 in einer Warteschlange
verbleiben kann, bis der bestimmungsgemäße Ein-/AusgabezugangAusgabezugang 56 oder 58 zu
dem Prozesswerkzeug 19 verfügbar wird.
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Sobald
der Ein-/Ausgabezugang 56 oder 58 verfügbar
wird, kann der Controller den dynamischen Werkzeugpuffer 50 veranlassen,
den Werkstückträger 12 zu dem Aufnahmepunkt 54 zu
transportieren, wo das nächste verfügbare Vehikel 15 veranlasst werden
kann, den Werkstückträger 12 aufzunehmen, den
Werkstückträger zu dem Ein-/Ausgabezugang 56 oder 58 zu
transportieren und den Werkstückträger 12 bei
demselben abzulegen.
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Falls
ein bevorzugtes Werkstück einen erweiterten Zugang zu einem
besonderen Prozesswerkzeug 19 erfordert, kann der Vehikelcontroller auch
das nächste verfügbare leere Vehikel 15 auf
der arbeitsfeldübergreifenden Schleife 10 veranlassen, den
Werkstückträger 59 aufzunehmen, der momentan
in der Linie der nächste Nachbar an dem Zugangs-Ein-/Ausgabezugang 56 ist.
Der zufällig aufgenommene („bumped”)
Werkstückträger 59 kann an dem Ablagepunkt 52 abgelegt
werden, wo er in eine Warteschlange auf der Förderanlagenpufferstrecke 55 eintritt
oder diese initiiert. Der Vehikelcontroller kann dann das Fahrzeug 15,
welches den bevorzugten Werkstückträger 12 transportiert
veranlassen, das bevorzugte Werkstück bei dem Ein-/Ausgabezugang 56 abzulegen.
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Falls
gewünscht, kann der zufällig aufgenommene (bumped)
Werkstückträger 59 zum Beginn der Warteschlange
der Förderanlagenpufferstrecke 55 bewegt werden,
indem leere Vehikel 15 veranlasst werden, sequentiell sämtliche
Werkstückträger 12 aufzunehmen oder abzulegen,
welche sich vor dem „bumped” Werkstückträger 59 an
dem Aufnahmepunkt 54 bzw. an dem Ablagepunkt 52 befinden.
Auf diese Weise wird die Verarbeitungsreihenfolge der Werkstückträger 12 wieder
hergestellt, welche bestand, bevor der bevorzugte Werkstückträger
in die Warteschlange eingeführt wurde.
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Durch
die Pufferung von Werkstückträgern 12 in
Zeiträumen, in denen die Ein-/Ausgabezugänge 56 und/oder 58 zu
einem speziellen Prozesswerkzeug 19 besetzt oder anderweitig
nicht verfügbar sind, werden Vehikel 15, die konventionell
anderweitig möglicherweise auf das verfügbar werden
der Ein-/Ausgabezugang 56 und/oder 58 hätten
warten müssen, von ihren Werkstückträgern 12 befreit
und können sich hierdurch mit anderen Aufgaben befassen,
wodurch die Verfügbarkeit und Auslastung der Vehikel 15 erhöht
wird, ohne die Anzahl der Vehikel 15 auf der arbeitsfeldübergreifenden
Schleife 10 erhöhen zu müssen. Wieder
erfasst der Durchschnittsfachmann, dass parallele Werkzeug speicher 50 auch ähnlich
strukturiert und arrangiert werden können oder in der Nähe
von Prozesswerkzeugen 19, die auf den arbeitsfeldinternen
Schleifen 25 anstelle auf der arbeitsfeldübergreifenden
Hauptschleife 10 angeordnet sind.
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6 zeigt
eine andere Anwendung paralleler Fahrbahnsegmente (conveyer line
segments) zur Bereitstellung eines dynamischen Ablagekanals 60. Speicher
(stockers) 18 werden verwendet, um Werkstückträger
temporär zur künftigen Disposition oder Verwendung
zu speichern. Eine konventionelle Ablage 18 beinhaltet
einen einzelnen SEMI-Standard-Ein-/Ausgabezugang Ausgabezugang 69,
der auf der Außenseite der Ablage 18 angeordnet
ist, und durch welchen alle Gegenstände, die in der Ablage 18 gespeichert
werden, hereinkommen oder herausgehen. Typischerweise kann ein einzelnes
Vehikel 15 entweder einen Werkstückträger
an einem Ein-/Ausgabezugang Ausgabezugang 69 ablegen, oder
es kann einen Werkstückträger an einem Ein-/Ausgabezugang
Ausgabezugang 69 aufnehmen.
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Wie
in 6 gezeigt, versetzt der sich ergebende dynamische
Speicherzugang 60 ein einzelnes Vehikel 15 durch
Integration eines parallelen Fahrbahnsegments 65 mit dem
Ein-/Ausgabezugang Ausgabezugang 69 in die Lage, eine Ablageoperation
und eine Aufnahmeoperation mit einem minimalen Zeitbedarf zu erledigen.
Im Effekt ergibt sich eine Reduktion der Leerfahrtzeit und/oder
der Stillstandszeit zwischen einem Ablageereignis und einer darauffolgenden
Aufnahme durch das gleiche Vehikel 15, wodurch die Auslastung
des entsprechenden Vehikels 15 verbessert wird.
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Beispielsweise
kann der Vehikelcontroller ein Vehikel 15 veranlassen,
einen ersten Werkstückträger abzulegen, der an
einem Ablagepunkt 62 gespeichert werden soll, der stromaufwärts
von dem Ein-/Ausgabezugang 69 der Ablage 18 angeordnet ist.
In der Folge, stromabwärts von dem selben Ein-/Ausgabezugang 69,
kann das gleiche Vehikel 15 einen zweiten Werkstückträger
an dem Aufnahmepunkt 64 aufnehmen. Das Fahrbahnsegment 65 kann
auch eine Pufferwarteschlange 66 bereitstellen, unmittelbar
stromabwärts von dem Ablageendpunkt 62 und/oder
unmittelbar stromaufwärts von dem Aufnahmeendpunkt 64.
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Der
dynamische Speicherzugang 60 ist strukturiert und arrangiert,
um die Vehikelwartezeiten bei den Ablageaustauschern zu reduzieren.
Obwohl dies nicht unmittelbar aus der 6 erkennbar
ist, sind der Ein-/Ausgabezugang 69 und der dynamische
Speicherzugang 60 an einer Anhebung („elevation”)
unterhalb dessen auf der arbeitsfeldübergreifenden Hauptschleife 10 angeordnet.
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Methodologie der Integration
mit Nicht-Standardsystemen
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Optional
kann das integrierte Einschienenbahntransportsystem 10 Arbeitsfelder 29 beinhalten, welche
arbeitsfeldinterne Schleifen 25 beinhalten, die anders
sind als geschlossene Einschienenbahntransportschleifen, beispielsweise
ein automatisiertes oder schienengeführtes Vehikel (AGV/RGV)-System,
das aus dem Stand der Technik bekannt ist. Ein System 70,
das ein AGV/RGV-System 80 aufweist, ist in 7 gezeigt.
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Das
System 70 enthält die arbeitsfeldübergreifende
Hauptschleife 10 und ein Arbeitsfeld 29, das ein
AGV/RGV-System 80 aufweist. Das AGV/RGV-System 80 in
dem Arbeitsfeld 29 weist in der Darstellung eine Mehrzahl
von Prozesswerkzeugen 19 auf, von denen jedes Ein-/Ausgabezugänge 85 enthält,
an denen das AGV/RGV-System 80 Werkstückträger
ablegt und aufnimmt zur Verarbeitung oder zum Transport.
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Ein
verbindendes Förderverbindungssystem 75 ist strukturiert
und arrangiert, um Werkstückträger zwischen dem
Einschienenbahntransportsystem 10 und dem AGV/RGV-System 80 zu
transportieren. Der Fachmann erfasst hierbei, obwohl die nachfolgende
Diskussion am Beispiel eines AGV/RGV-Systems 80 geführt
wird, dass die vorliegende Lehre auf jedes Nicht-Standard oder nicht-herkömmliches
Arbeitsfeldtransitsystem angewendet werden kann.
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Das
Förderverbindungssystem 75 enthält notwendigerweise
ein oberes Fahrbahnsystem (conveyer line system) 73 und
ein unteres Fahrbahnsystem 79. Das obere Fahrbahnsystem 73 steht
in operativer Verbindung mit dem Einschie nentransportsystem 10,
und das untere Fahrbahnsystem 79 steht in operativer Verbindung
mit dem AGV/RGV-System 80. Ein vertikales Transportmittel 77,
beispielsweise ein Hubförderer (conveyer elevator) oder ähnliches, verbindet
das obere mit dem unteren Fahrbahnsystemen 73 und 79.
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Das
obere Fahrbahnsystem 73 beinhaltet eine Ablageschnittstelle 72 und
eine Aufnahmeschnittstelle 78, mit denen Werkstückträger
entweder abgelegt oder aufgenommen werden durch Vehikel 15,
die in dem Einschienenbahntransportsystem 10 umlaufen.
Der Ablagepunkt 72 ist dabei vorzugsweise stromaufwärts
von dem Aufnahmepunkt 78 angeordnet, um die ungenutzte
Zeit eines gemeinsamen Vehikels 15 zwischen einem Ablage-
und Aufnahmeereignis abzukürzen.
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Ein
U-förmiges Fahrbahnsegment 71 verbindet die Ablageschnittstelle 72 und
die Aufnahmeschnittstelle 78. Die Fahrtrichtung der Fördersegmente
wird durch die Pfeile in 7 dargestellt. An einem Punkt
zwischen der Ablageschnittstelle 72 und der Aufnahmeschnittstelle 78 gibt
es eine Schnittstelle für einen vertikalen Übergang 82,
welche in der Lage ist, Werkstückträger horizontal
längs der Bandstraße 71 oder vertikal
mit Hilfe der vertikalen Transportmittel 77 zu bewegen.
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Eine ähnliche
vertikale Übergangsschnittstelle 84 ist an einer
Stelle zwischen einer Ablageschnittstelle 76 und einer
Aufnahmeschnittstelle 74 des unteren Fahrbahnsystems 79 angeordnet
und ist in ähnlicher Weise adaptiert, um Werkstückträger vertikal
mit Hilfe der vertikalen Transportmittel 77 zu bewegen
oder horizontal längs der unteren Förderbahn 83.
Zusätzlich zu der Ablageschnittstelle 76 und einer
Aufnahmeschnittstelle 74 durch welche Werkstückträger
durch das AGV/RGV-System 80 entweder abgelegt oder aufgenommen
werden, enthält das untere Fahrbahnsystem 79 auch
eine Förderbahn 83, welche die Ablageschnittstelle 76 mit
der Aufnahmeschnittstelle 74 verbindet. Die Transportrichtung der
Fahrbahnsegmente wird in 7 durch Pfeile dargestellt.
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Die
Wirkung der Bereitstellung einer Ablageschnittstelle 72 und
einer Aufnahmeschnittstelle 78 auf der arbeitsfeldübergreifenden
Schleife 10 besteht in einer Reduzierung der Leerfahrtzeit
und/oder der Stillstandszeit zwischen einem Aufnahme- und einem
Abgabeereignis, in der Befreiung eines Vehikels 15 und
in der Verbesserung der Auslastung des entsprechenden Vehikels 15.
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Methodologie der Verbindung
von arbeitsfeldübergreifenden mit arbeitsfeldinternen Schleifen
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Wie
in 8 dargestellt, werden Fabriksysteme 20 zur
Verbesserung der Vehikelauslastung und der Systemeffizienz strukturiert
und arrangiert, um eine Mehrzahl von Arbeitsfeldern 29 zu
enthalten. Jedes Arbeitsfeld 29 enthält weiterhin
eine geschlossene arbeitsfeldinterne Einschienenbahnschleife 25 und
wenigstens ein Prozesswerkzeug 19. Die Vehikel 15 in
der arbeitsfeldinternen Schleife 25 nehmen Werkstückträger
an den Ein-/Ausgabezugängen 44 der verschiedenen
Prozesswerkzeuge 19 in Übereinstimmung mit Standardbetriebsverfahren
auf und legen diese dort ab.
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Zum
Zweck der Verbindung des Gebiets der arbeitsfeldübergreifenden
Hauptschleife 10 mit den Gebieten der arbeitsfeldinternen
Schleife 25 kann ein Fahrbahnsegment 98 mit einer
Mehrzahl von Austauschpunkten in das System 20 integriert
werden. So enthält beispielsweise das arbeitsfeldinterne Fahrbahnsegment 98 in 8 Austauschpunkte 81 und 86,
an denen Vehikel 15, die auf der arbeitsfeldübergreifenden
Hauptschleife 10 operieren entweder Werkstückträger 12 ablegen
oder Werkstückträger 12 aufnehmen können.
Obgleich dies nicht in 8 gezeigt ist, könnten
optional Austauschpunkte zur Ablage von Werkstückträgern 12 und
zur Aufnahme von Werkstückträgern 12 – ähnlich
zu den Ablageaustauschpunkten 81 und den Aufnahmeaustauschpunkten 86 – auch
auf der anderen Seite der arbeitsfeldübergreifenden Schleife 10 bereitgestellt werden.
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Die
Austauschpunkte 81 und 86 können wenigstens
eine Hebe- und Transferweiche enthalten. Hebe- und Transferweichen
enthalten feste Antriebsteile und Hebegeräte. Die festen
Antriebsteile erzeugen den Impetus zum Vortrieb der Werkstückträger 12 in
die Richtung des Flusses der Förderbandsegmente 87 und 88.
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Hebegeräte
heben die Werkstückträger vertikal ausreichend
an, so dass die Bodenfläche des Trägers sich oberhalb
des Einflusses des festen Antriebsteils befindet. Das Hebegerät
kann den Werkstückträger entweder Puffern, in
dem es ihn anhebt, oder in seinem Zustand für eine Zeitperiode
halten, oder es kann die Richtung des Flusses oder der Bewegung
des Werkstückträgers ändern.
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Ein
unidirektionales erstes Fahrbahnsegment 87 transportiert
Werkstückträger 12, die an dem Ablageaustauschpunkt 81 abgelegt
sind, zu einem Aufnahmeaustauschpunkt 91 auf der Förderschleife 95 des
Arbeitsfeldes 29. Ein unidirektionales zweites Fahrbahnsegment 88 transportiert
Werkstückträger von einem Ablageaustauschpunkt 93 auf
der Förderschleife 95 des Arbeitsfeldes 29 zu
dem Aufnahmeaustauschpunkt 86 der arbeitsfeldübergreifenden Hauptschleife 10.
Pfeile im ersten und im zweiten Fahrbahnsegment 87 und 88 zeigen
die jeweilige Bewegungsrichtung.
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Die
mehreren Fördersegmente der Fahrbahnsegmente sind für
einen autonomen kollisionsfreien Trägertransport und deren
Einreihung adaptiert. Die Fördersegmente können
gerade Segmente, Umkehrsegmente, Hebesegmente, drehende Segmente, überschneidende
Knotensegmente, und/oder Hebe- und Transfersegmente enthalten. Entsprechend
kann die Betriebsweise der Förderanlagensektion so strukturiert
und arrangiert werden, dass sie einen linearen Antrieb, Anhebung
und Transfer, 90°-Rotation, 180°-Rotation, vertikale
Anhebung und vertikale Absenkung enthält.
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Aufnahme
und Abgabeaustauschpunkte 91 und 93, an denen
Werkstückträger 12 durch Vehikel 15 aufgenommen
oder abgelegt werden können, die auf der arbeitsfeldinternen
Schleife 25 operieren, sind an einer Stelle oder an mehreren
Stellen auf der Förderschleife 95 des Arbeitsfeldes 29 bereitgestellt. Die
Förderschleife 95 kann weiterhin Fahrbahnsegmente
mit bestimmten Eigenschaften enthalten wie z. B. Abzweigungen 40,
einen dynamischen Werkzeugpuffer 50, welche im Einzelnen
nachstehend beschrieben sind.
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Steuerung (Controller)
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Nach
dem Hinzufügen einer Vielzahl von Austauschpunkten und
peripheren Fahrbahnsegmenten muss das Steuersystem des Einschienenbahntransportsystems 10 adaptiert
werden, um die neuen Funktionen zu steuern, die durch die Vielzahl der
Austauschpunkte und der Fahrbahnsegmente ermöglicht wurden,
oder ein separater Controller 30 kann mit dem existierenden
Controller gekoppelt werden, um diese Aufgabe zu erledigen.
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Für
großräumige (large-scale) Herstellungsvorgänge
fließen eine Vielzahl von Werkstückträgern gleichzeitig
(concurrently) und asynchron auf dem System 20 zu einer
Vielzahl von verschiedenen Zielen, z. B. arbeitsfeldinternen Schleifen 25,
arbeitsfeldübergreifenden Schleifen 10, Prozesswerkzeugen 19,
dynamischen Puffern 50, Eingabezugängen, Ausgabezugängen,
u. ä. Ohne entsprechende Steuerungsmaßnahmen wäre
ein solcher Fluss einfach nur chaotisch. Eine solche Anordnung weist
jedoch eine statistische Effizienz auf.
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Wie
in 3 dargestellt, enthält das System 20 eine
Steuerung 30, die adaptiert oder weiter adaptiert ist,
um die Steuerung des Transits der Vehikel 15 auf der arbeitsfeldübergreifenden
Hauptschleife 10 zu koordinieren, auf den arbeitsfeldinternen
Schleifen 25 und auf den Fahrbahnsegmenten, und auch um
den Austausch von Werkstückträgern zwischen Vehikeln 15 und
Austauschpunkten zu koordinieren und zu steuern. Eine solche Koordinierung
und Steuerung schließt, ohne Beschränkung, die
Zuordnung von Vehikeln 15 und Fahrbahnsegmenten ein, um
die zeitliche Abstimmung (timing) der Aufnahme- und Ablageoperationen,
der Abzweigoperationen, der Einreihungsoperationen, der Pufferoperationen,
der Umsortierungsoperationen, der Verarbeitung durch Werkzeuge,
usw. zu steuern.
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Der
Systemcontroller 30 kann intelligente Hardware und/oder
Software beinhalten, die strukturiert und arrangiert ist, um die
Bewegung und das Zeitverhalten der Fahrzeuge 15 zu steuern,
der Prozesswerkzeuge 18, und der Peripherie der arbeitsfeldübergreifenden
Hauptschleife 10 logisch zu steuern, um die Auslastung
und Effizienz der Vehikel 15 auf der arbeitsfeldübergreifenden
Hauptschleife 10 zu maximieren. Der Systemcontroller 30 kann
ein einzelner Controller oder eine Vielzahl von Sub-Systemcontrollern 32 und 34 sein,
die jeweils adaptiert sind, ein einzelnes Sub-System zu steuern,
beispielsweise die Vehikel 15 auf der arbeitsfeldübergreifenden
Schleife 10 und/oder der arbeitsfeldinternen Schleife 25,
die Austauschpunkte, die Fahrbahnsegmente, u. ä.
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Austauschprotokolle
zwischen der arbeitsfeldübergreifenden Hauptschleife 10 und
Peripherie-Einrichtungen wie beispielsweise Abzweigungen 40,
Parallelen 50 und arbeitsfeldinternen Schleifen 25 werden
entsprechend dem SEMI-Schnittstellen-standard ausgeführt.
Während die Werkstückträger im Gebiet
eines Fahrbahnsystems oder -elements operieren, werden ihre Bewegungen
entsprechend und gänzlich gesteuert von Förderanlagencontrollern 34.
Wenn ein Werkstückträger sich im Gebiet der arbeitsfeldübergreifenden
Schleife 10 oder der arbeitsfeldinternen Schleife 25 befindet,
werden seine Bewegungen durch ein Vehikelsteuersystem 32 gesteuert.
Es folgt eine beispielhafte Darstellung einer Transfersequenz, um
diese Steuerfunktion zu illustrieren.
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Wenn
ein Vehikel 15, das einen Werkstückträger
transportiert, sich einem Austauschpunkt zwischen der arbeitsfeldübergreifenden
Schleife 10 und einer arbeitsfeldinternen Schleife 25 nähert
oder dort erscheint, unterrichtet das Vehikelsteuersystem 32 den
Förderanlagensystemcontroller 34 von seiner Absicht,
den Werkstückträger, der ein bekanntes Los befördert,
an den designierten Vehikel-Zu-Förder-Austauschpunkt (vehicle-to-conveyor
exchange point) zu übergeben als auch von dem Ziel dieses Werkstückträgers
innerhalb des Gebiet der arbeitsfeldinternen Schleife 25,
z. B. einem Prozesswerkzeug 19.
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Der
Förderanlagencontroller 34 führt daraufhin
die Standardprotokollsequenz aus, welche das Vehikel 15 zur
Ausführung des Transfers an den designierten Vehikel-Zu-Förderaustauschpunkt
instruiert. Mit Abschluss dieser Transfersequenz transportiert das
Fahrbahnsegment den Werkstückträger zu der entsprechenden
arbeitsfeldinternen Schleife 25 und von der entsprechenden
arbeitsfeldinternen Schleife 25 zu einem vorbestimmten
Prozesswerkzeug 19 zur Verarbeitung. Falls das vorbestimmte Prozesswerkzeug 19 belegt
ist, kann der Förderanlagencontroller 34 jedoch
den Werkstückträger auch zu einem dynamischen
Werkzeug- Puffer 50 transportieren, zu seiner vorübergehenden
Speicherung bis das vorbestimmte Prozesswerkzeug 19 verfügbar
wird.
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Nachdem
die Verarbeitung abgeschlossen ist, veranlasst der Förderanlagencontroller 34 das nächste
verfügbare leere Vehikel 15, welches auf der arbeitsfeldinternen
Schleife 25 operiert zur Aufnahme des komplettierten Werkstückes
und zum Transport des Werkstückträgers zu einem
designierten Förder-Zu-Vehikelaustauschpunkt. Wenn der
Werkstückträger an dem designiertem Austauschpunkt ankommt,
unterrichtet der Förderanlagencontroller 34 den
Vehikelsystemcontroller 32 von der Verfügbarkeit
des Werkstückträgers an dem designierten Förder-Zu-Vehikelaustauschpunkt.
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Der
Vehikelsystemcontroller 32 kann dann koordinieren, dass
das nächste verfügbare leere Vehikel 15 den
Werkstückträger an dem designierten Austauschpunkt
aufnimmt, wo die Umkehrung der oben dargestellten Transferprotokollsequenz
ausgeführt wird. Das Werkstück kann dann zum nächsten Prozesswerkzeug 19 transportiert
werden.
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Die
Gesamtbetriebssteuerung des Netzwerks 20 entsteht durch
Bereitstellung der Werkstückpositionsdatensignale für
jedes Vehikel 15 und jedes Fahrbahnsegment an die zentrale
Steuerung 30. Die zentrale Steuerung 30 kompiliert
diese Daten und stellt mit Hilfe eines Steuerungsalgorithmus Signale
für jedes Vehikel 15 und jedes Fahrbahnsegment
zur Disposition jedes Werkstückloses bereit. Prozesswerkzeuge 19 und/oder
ihre Ein-/Ausgabezugänge stellen ebenfalls Werkzeug-spezifische
Daten an die zentrale Steuerung 30 bereit, wie beispielsweise,
ob der Ein-/Ausgangszugang des Prozesswerkzeugs 19 belegt
oder frei ist, Verarbeitungszeit usw., wodurch die finale Disposition
der Werkstücklose ebenfalls beeinflusst wird. Kurz gesagt, durch
Erhöhung der Zahl der Aufnahmepunkte und der Destinationspunkte
auf dem primären Einschienenbahntransportnetzwerk 10 und
durch Erhöhung der Zahl der Aufnahme- und Abgabeereignisse,
die innerhalb eines einzigen Umlaufs eines jeden Vehikels auf dem
Einschienenbahntransportnetzwerk auftreten, kann die Leerfahrtzeit
und/oder die Stillstandszeit zwischen einem ersten Aufnahme- und
einem ersten Abgabeereignis und darauffolgenden Aufnahme- und Abgabeereignissen,
die innerhalb eines einzigen Umlaufs des Vehikels auftreten, reduziert
werden, wodurch der Durchsatz durch Optimierung der Verfügbarkeit
der Vehikel erhöht wird.
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Eine
Vielzahl von Änderungen in Einzelheiten, Materialien und
in der Anordnung von Teilen und Schritten, die hierin beschrieben
sind, können von einem Durchschnittsfachmann anhand der
in dieser Beschreibung präsentierten Lehre durchgeführt
werden. Entsprechend versteht es sich, dass die nachfolgenden Ansprüche
nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt
sind, sondern dass sie andere als die hier spezifisch beschriebenen Praktiken
einschließen, und dass sie so breit wie gesetzlich möglich,
zu interpretieren sind.
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Zusammenfassung
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Mittel
und Verfahren zur Optimierung der Auslastung eines Einschienenbahn-basierten
Vehikels das unfertige Erzeugnisse in einer Reinraumherstellungsumgebung
transportiert. Das Verfahren beinhaltet die Erhöhung der
Zahl der Aufnahme- und Abgabepunkte auf einem primären
und sekundären Einschienenbahntransportnetzwerk, um die
Anzahl und Häufigkeit der Aufnahme- und Abgabeereignisse pro
Fahrzeug pro Umlauf in dem Netzwerk oder in einer Schleife zu erhöhen.
Durch Erhöhung der Anzahl der Aufnahme- und Abgabeereignisse
nimmt die Leerfahrtzeit oder die Stillstandszeit der entsprechenden
Vehikel ab, wodurch die Auslastung und der Durchsatz erhöht
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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