DE19935318A1 - Produktionssystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Produktionssystem, umfassend Maschinen (Mn, 64) zum Bearbeiten von Werkstücken WSx sowie den Maschinen (Mn, 64) zugeordnete Maschinensteuerungen (60) und Maschinenagenten (Ma, 58). Damit beliebige Maschinensteuerungen an die im System verwendeten Maschinenagenten angekoppelt werden können, ist vorgesehen, dass der Maschinenagent (58) über ein Interface (62) mit der Maschinensteuerung (60) verbunden ist, wobei das Interface (62) Signale des Maschinenagenten (58) in entsprechende Steuerbefehle der Maschinensteuerung (60) umsetzt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Produktionssystem, umfassend Maschinen zum Bearbeiten von Werkstücken, sowie den Maschinen zugeordnete Maschinensteuerungen und Maschinen­ agenten.

Moderne Produktionssysteme zeichnen sich dadurch aus, dass den Maschinen zum Bearbeiten der Werkstücke Maschinenagenten zugeordnet sind, die mit Werkstückagenten kommunizie­ ren, die den zu bearbeitenden Werkstücken zugeordnet sind. Die Werkstückagenten führen insbesondere Anfragen bezüglich zu bearbeitender Aufträge auf, wobei die Maschinenagenten entsprechende Angebote an die Werkstückagenten absenden. Ziel dieser Kommunikation ist es, den Werkstückfluss innerhalb des Produktionssystems zu optimieren.

Die in dem System eingesetzten Maschinenagenten haben eine Schnittstelle zur Ansteuerung der in dem Produktionssystem eingesetzten Bearbeitungsmaschinen. Aufgrund der Vielzahl der eingesetzten Bearbeitungsmaschinen muss nach dem Stand der Technik eine spezielle Anpassung des Maschinenagenten an die jeweilige Maschinensteuerung einer eingesetzten Maschine durchgeführt werden, was mit erheblichem Kosten- und Zeitaufwand verbunden ist.

Hier setzt die Erfindung ein, der das Problem zu Grunde liegt, das Produktionssystem dahingehend weiterzubilden, dass beliebige Maschinensteuerungen an die im System ver­ wendeten Maschinenagenten angekoppelt werden können.

Das Problem wird erfindungsgemäß unter anderem dadurch gelöst, dass der Maschinenagent über ein Interface mit der Maschinensteuerung verbunden ist, wobei das Interface Signale des Maschinenagenten in entsprechende Steuerbefehle der Maschinensteuerung umsetzt. Hierzu wird ein an sich bekanntes Bedienerinterface bzw. eine Eingabesteuerung bestehend aus Tastatur und Monitor softwaremäßig nachgebildet, wobei die von dem Maschinenagenten ausgehenden Signale als entsprechende Eingabesignale einer Bedienperson interpretiert werden.

Dazu sind Funktionen wie Starten, Stoppen und Zustandsabfragen derart definiert, dass diese über ein entsprechendes Ausgangssignal des Maschinenagenten ansteuerbar sind.

Mit anderen Worten kann das erfindungsgemäße Interface auch als virtuelle Bedienerschnitt­ stelle angesehen werden.

Durch das erfindungsgemäße Interface wird erreicht, dass sämtliche im System vorhandene Maschinenagenten des Produktionssystems mit jeder beliebigen Maschinensteuerung bzw. CNC-Steuerung zusammenarbeiten können, da sämtliche Interfaces gleich sind.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Produktionssystem in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen schematischen Verfahrensablauf bei Ausfall eines Werkstückagenten,

Fig. 3 einen schematischen Verfahrensablauf bei Aufnahme eines unbekannten Werkstückes,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Schnittstelle zwischen einem Maschinen­ agenten und einer speicherprogrammierbaren Steuerung für eine Bearbeitungs­ maschine und

Fig. 5 eine Vorrichtung zum Umsetzen von Werkstücken zwischen verschiedenen Transportbahnen.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Produktionssystem 10 in schematischer Darstellung. Das Produktionssystem 10 umfasst Maschinen 12, den Maschinen zugeordnete Maschinen­ agenten 14, Werkstücke 16, 16', den Werkstücken zugeordnete Werkstückagenten 18 sowie Transportmittel 20, 22, 24, 26, 28 zum Transportieren der Werkstücke 16, 16' zwischen den Maschinen 12. Den Transportmitteln sind Transportagenten 30 zugeordnet.

Das Transportmittel 20 ist als Verschiebeeinheit, insbesondere als Verschiebetisch, Drehtisch oder als Rotationselement wie Revolvertrommel ausgebildet, um den Werkstücken 16, 16' den Wechsel zwischen den weiteren als Transportbahnen ausgebildeten Transportmitteln 22, 28 zu ermöglichen. Die Transportbahnen 22 bis 28 sind als Rollbahnen ausgebildet, wobei die Transportbahnen 26, 28 am Rande angeordnet und in Produktionsrichtung angetrieben sind und die Transportbahnen 22, 24 entgegegesetzt zur Produktionsrichtung und damit entgegen­ gesetzt zur Laufrichtung der Transportbahnen 26, 28, angetrieben sind. Des Weiteren ist eine Übergabeeinrichtung 32 vorgesehen, die die Maschinen 12 beispielsweise mit der Trans­ portbahn 28 verbindet.

Das Werkstück 16, 16' wird während eines gesamten Fertigungsprozesses durch den Werk­ stückagenten 18 betreut. Sobald das Werkstück 16, 16' in das Produktionssystem 10 einge­ schleust wird, erfolgt über eine nicht näher dargestellte Sensorik eine Identifizierung des Werkstückes, die in dem Werkstückagenten 18 abgelegt wird. An einem bestimmten Werk­ stücktyp wie z. B. Vier- oder Sechszylindermotorblock sind verschiedene Bearbeitungen durchzuführen, die der Werkstückgent 18 bei der Identifizierung erkennt. Im weiteren Fertigungsverlauf sorgt der Werkstückagent dafür, dass alle notwendigen Bearbeitungen an dem Werkstück erbracht werden. Insbesondere prüft der Werkstückagent die Verfügbarkeit von Bearbeitungsmaschinen 12, ermittelt die günstigste Bearbeitungsmaschine und veranlasst den Transport zu dieser Maschine.

Sobald das Werkstück 16 von dem Werkstückagenten 18 betreut wird, kommuniziert dieser mit dem den Maschinen 12 zugeordneten Maschinenagenten 14, die dem Werkstückagenten den jeweiligen Bearbeitungsstand übermitteln. Anschließend wählt der Werkstückagent 18 aus den erhaltenen Angeboten unter Berücksichtigung des jeweiligen Füllgrades der angesproche­ nen Maschinen 12 die günstigste aus.

Die Verschiebeeinheit 20 wird durch den Transportagenten 30 betreut. Der Transportagent ist in der Lage, selbständig die Verschiebeeinheit 20 zu steuern. Wird das Werkstück 16 über das Transportband 26 in Produktionsrichtung zu der Verschiebeeinheit 20 transportiert, wird dieses an einem Eingang E2 gestoppt und von einem Sensor 34 erfasst.

In einem ersten Verfahrensschritt V1 beauftragt der Werkstückagent 18 den Transportagenten 30, das Werkstück 16 zu einer gewünschten Zielmaschinenadresse zu transportieren. Hierzu ist anzumerken, dass erfindungsgemäß jedem Transportagenten 30 eine bestimmte Maschinen­ adresse Mn zugeordnet ist. Alle weiteren Maschinen 12 erhalten entweder aufsteigende Maschinenadressen M(n + x) bzw. abfallende Maschinenadressen M (n - x). Dies bedeutet, dass jeweils eine Maschine 12 mit einer bestimmten Maschinenadresse Mn mit dem zu­ gehörigen Transportagenten 30 und der Verschiebeeinheit 20 eine lokale Einheit bilden.

In einem zweiten Verfahrensschritt V2 wird der Transportauftrag in einer Auftragsliste 36 abgelegt und entsprechend der Reihenfolge der Auftragseingänge abgearbeitet. Anschließend quittiert der Transportagent 30 den Transportauftrag und sendet ein Quittiersignal zu dem Werkstückagenten 18 zurück (Verfahrensschritt V3). In einem Verfahrensschritt V4 ent­ scheidet der Transportagent 30 autonom über einen bestimmten Zielausgang, zu dem das an dem Eingang E2 anliegende Werkstück 16 zu verschieben ist, um auf optimalem Weg die Zielmaschinenadresse Mz zu ereichen. Dabei wird die gewünschte Zielmaschinenadresse Mz mit der lokalen Maschinenadresse Mn des Transportagenten 30 verglichen, und in Abhängig­ keit des Vergleichs der gewünschte Zielausgang bestimmt. Entspricht die Zielmaschinen­ adresse Mz der lokalen Maschinenadresse Mn, wird das Werkstück 16' zu dem Ausgang A1 transportiert und gelangt über das Transportband 28 zu der Übergabeeinheit 32 und kann zu der Zielmaschinenadresse Mz = Mn ausgeschleust werden. Ist die Zielmaschinenadresse Mz kleiner als die lokale Maschinenadresse Mn, d. h. Mz = M (n - x), wird das Werkstück 16' entgegen der Produktionsrichtung transportiert, d. h. zu einem der Ausgänge A3 bzw. A4 verschoben. Sollte die gewünschte Zielmaschinenadresse Mz größer sein als die lokale Maschinenadresse Mn, d. h. Mz = M (n + x) wird das Werkstück 16' in Produktionsrichtung verschoben, d. h. zu den Ausgängen A1 oder A2. Alle Maschinen des Produktionssystems 10 sind in aufsteigender Reihenfolge der Maschinenadresse Mn angeordnet, wobei die Maschi­ nenadresse Mn in Produktionsrichtung ansteigend ist.

Nachdem der Transportagent 30 einen Zielausgang definiert hat, wird ein in den Transport­ agenten implementiertes Verschiebeprogramm gestartet (Verfahrensschritt V5), so dass der Verschiebeauftrag durchgeführt werden kann.

Das Werkstück 16' wird an den gewünschten Zielausgang (im dargestellten Ausführungsbei­ spiel A4) ausgeschleust und über die Transportbahn 22 in entgegengegesetzter Produkteinrich­ tung transportiert (Verfahrensschritt V6).

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Produk­ tionssystem 10 leicht änderbar ist, da lokale Veränderungen wie z. B. Entfernen und Hinzufü­ gen von Maschinen nur lokal konfiguriert werden müssen.

Beim Ausfall der Maschine 12 mit der Maschinenadresse Mn muss beispielsweise nur der Transportagent 30 rekonfiguriert werden. Die die Werkstücke 16 betreuenden Werkstück­ agenten werden von der Rekonfiguration nicht beeinflusst, da diese nur die zugehörigen Zielmaschinenadressen Mz der von ihnen betreuten Werkstücke kennen. Es ist daher nicht notwendig, dass die globale Topologie des Produktionssystems 10 in jedem Werkstück­ agenten abgespeichert ist. Auch besteht nicht die Notwendigkeit, dass der Transportagent sämtliche Maschinenadressen kennt; denn auch die Transportagenten 30 können selbst entscheiden, welche Maschinenadresse M(n + x) bzw. M(n - x) für den jeweils gewünschten Bearbeitungsschritt optimal ist.

Fig. 2 zeigt rein schematisch einen Verfahrensablauf bei Ausfall eines Werkstückagenten als vorteilhafte Weiterbildung des Produktionssystems 10 gemäß Fig. 1. Erfindungsgemäß sind mehrere Werkstückagenten WA1 . . . . . WAn vorgesehen, die mit dem oder den Transport­ agenten 30 kommunizieren. Es erfolgt keine feste Zuordnung zwischen den Werkstückagenten und den zu kontrollierenden Werkstücken, sondern den Werkstückagenten WA1 . . . . WAn sind jeweils eine Vielzahl von Werkstücken WS1 . . . . . WSx bzw. WS10 . . . . WSy zugeordnet. Beispielsweise erteilt der Werkstückagent WA1 über eine Kommunikationsverbindung 38 dem Transportagenten 30 den Auftrag, das Werkstück WSx zu verschieben.

Bei fehlerhafter Datenkommunikation, sei es durch einen Leitungsbruch oder durch einen Ausfall des Werkstückagenten WA1, würde das Werkstück WSx beim Verfahren nach dem Stand der Technik keine weitere Kontrolle bzw. Betreuung erhalten. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass der Transportagent 30 eine Kommunikationsverbindung 40 mit einem der weiteren Werkstückagenten WA2 . . . . WAn aufnimmt. Diese Kontaktaufnahme und Auswahl erfolgt vorzugsweise nach dem Zufallsprinzip. Der ausgewählte Werkstückagent prüft, ob die werkstückspezifischen Daten des Werkstückes WSx in seiner Speichereinheit enthalten sind. Wird beispielsweise der Werkstückagent WAn ausgewählt und festgestellt, dass keine werkstückspezifischen Daten WSx in dem Werkstückagenten WAn enthalten sind, wird durch eine weitere Kommunikationsverbindung 42 eine Verbindung zwischen dem Werkstückagenten WAn und einer Werkstückdatenbank DB hergestellt, in der sämtliche werkstückspezifischen Daten abgelegt sind.

Schließlich werden die zu dem Werkstück WSx gehörenden Daten in den Werkstückagenten WAn abgelegt, so dass dieser Werkstückagent für die restliche Bearbeitungszeit des Werk­ stücks WSx verantwortlich ist. Der Werkstückagent WA1 wird bezüglich des Werkstücks WSx abgemeldet.

Diese Verfahrensweise zeichnet sich dadurch aus, dass Ausfälle von Werkstückagenten WA 1 . . . . WAn sicher abgefangen werden. Insbesondere hat der Ausfall eines Werkstückagenten keinen Einfluß auf das Gesamtverhalten des Produktionssystems 10.

Fig. 3 zeigt einen schematischen Verfahrensablauf bei Aufnahme eines neuen, d. h. dem System 10 zuvor unbekannten Werkstückes WSu. Zunächst wird das unbekannte Werkstück WSu von einer Sensorik erfasst und über eine Kommunikationsverbindung 44 in dem Trans­ portagenten 30 registriert. Der Transportagent 30 stellt fest, dass das Werkstück WSu unbe­ kannt ist, woraufhin nach dem Zufallsprinzip über die Kommunikationsverbindung 46 ein Werkstückagent WAk aus den vorhandenen Werkstückagenten WA1 . . . . WAn ausgewählt wird. Der Werkstückagent WAk nimmt über die Verbindung 48 Kontakt mit der Datenbank DB auf und entnimmt die für das Werkstück WSu spezifischen Daten, soweit diese in der Datenbank DB enthalten sind. Andererseits besteht auch die Möglichkeit, dass das Werkstück WSu bzw. ein das Werkstück tragender Werkstückträger bereits die werkstückspezifischen Daten enthält. In diesem Fall würde der Werkstückagent WAk über die Verbindung 48 einen Datensatz in der Datenbank DB für das Werkstück WSu anlegen.

Diese erfindungsgemäße Verfahrensweise erlaubt die Einbindung unbekannter Werkstücke, wodurch die Flexibilität des Produktionssystems 10 erhöht wird.

Die Werkstückagenten WA1 . . . . WAn sind so aufgebaut, dass eine Steuereinheit 50 die Funktion von mehreren "Threads" steuert, wobei jedem externen Agenten, wie z. B. Trans­ portagent TA, Maschinenagent MA oder der Datenbank DB, ein "Thread" 52, 54, 56 zugeordnet ist. Ferner kommunizieren die Agenten WA, TA und MA untereinander und in­ itialisieren sich gegenseitig. Die Rekonfiguration wird dadurch vereinfacht.

Eine weitere Erfindung mit eigenständigem Erfindungscharakter bezieht sich auf ein zwischen einem Maschinenagenten 58 und einer Maschinensteuerung 60 angeordnetes Interface 62. Die Maschinensteuerung 60 ist über eine Ein-/Ausgangsschnittstelle mit der Mechanik der Maschine 64 verbunden. Ferner umfasst die Maschinensteuerung 60 eine aus Monitor und Tastatur bestehende Eingabeeinheit 66, über die die Maschinensteuerung 60 durch einen Bediener 68 manuell bedienbar ist.

Ausgehend von einem Werkstückagenten 70 werden dem Maschinenagenten 58 Anfragen bzw. Aufträge über eine Kommunikationsverbindung 72 übermittelt. Anschließend überträgt der Maschinenagent 58 über eine Kommunikationsverbindung 74 ein Angebot an den Werk­ stückagenten 70 zurück. Die erhaltenen Aufträge bzw. Anfragen werden durch das Interface 62 in Befehle umgesetzt, die der Maschinensteuerung 60 übertragen werden, damit die gewünschten Bearbeitungsschritte an dem Werkstück durchgeführt werden. Dabei ist vor­ gesehen, dass das Interface 62 als virtuelle Nachbildung des Bedienerinterface 66 implemen­ tiert ist. Durch das Interface 62 wird der Vorteil erreicht, dass der Maschinenagent 58 mit jeder Maschine bzw. jeder Maschinensteuerung 60 zusammenarbeiten kann, da das Interface 62 auf alle Maschinenagenten gleich reagiert. Da das Interface 62 ähnlich zu der Eingabeein­ heit 66 für eine Bedienperson 68 aufgebaut ist, ist der Aufwand für das Interface 62 gering. Das Interface 62 kann als Software-Baustein in einer speicherprogrammierbaren Steuerung oder einem Personal Computer implementiert werden.

Durch die beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrensweisen wird eine sehr flexible Produktionsautomatisierung erreicht. Insbesondere können Prototypen und Muster direkt auf einer endgültigen Anlage produziert werden, da die Bearbeitungsobjekte für jede Produktion neu hinterlegt werden. Darüberhinaus kann das gesamte System in kürzester Zeit an ver­ schiedene Objekte angepasst werden. Insbesondere besteht die Möglichkeit des Aufbaus von dezentralen Datenbanken sowie der automatisierten Diagnose. Auch können die Inbetriebnah­ mezeiten drastisch reduziert werden. Gleiches gilt für Betriebsarten-Umschaltungen.

Wie schon zuvor erwähnt, hat ein Ausfall einer Maschine nur unwesentlichen Einfluß auf die Produktivität, da alle anderen Maschinen ungestört weiterarbeiten können. Die Werkstück­ agenten WA1 . . . . WAn fragen während einer Ausschreibungsphase bei den Maschinen­ agenten MA nach, welche Objekte bearbeitet werden können. Defekte Maschinen bieten sich nicht zur Bearbeitung an, wodurch deren Arbeit von anderen, betriebsbereiten Maschinen mit übernommen wird.

Die ständige Erfassung von Produktions-Ist-Daten erlaubt eine optimierte Auswahl und bessere Auslastung der Bearbeitungsmaschinen, wodurch die Wirtschaftlichkeit und die Wiederverwendbarkeit von Ausrüstungen erhöht werden.

Nicht zuletzt können neue Maschinen ohne Umkonfiguration hinzugefügt werden und existierende Maschinen können entfernt werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann der Werkstückdurchsatz in dem Produktions­ system 10 von 50 auf 80% erhöht werden. Auch können Teilausfälle von Maschinen durch Alternativwege toleriert werden. Das Produktionssystem 10 wird insgesamt flexibel und zeichnet sich durch geringe Einrichtkosten und niedrige Stauanfälligkeit aus.

Fig. 5 zeigt rein schematisch eine mögliche Ausführungsform der Verschiebeeinheit 20. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Transportbänder 76, 78 vorgesehen, die Werk­ stücke in Produktionsrichtung transportieren und ein Transportband 80, das Werkstücke entgegengesetzt zur Produktionsrichtung transportiert. Um einen kompakten Aufbau zu erreichen, sind die Transportbänder übereinander in unterschiedlichen Ebenen angeordnet. Im Ausführungsbeispiel spannen die Mittelachsen der Transportbänder ein gleichseitiges Dreieck auf. Selbstverständlich können auch weitere Transportbänder übereinander angeordnet werden, wobei in einer unteren Ebene zwei Transportbänder in Produktionsausrichtung und in einer darüberliegenden Ebene zwei Transportbänder in entgegengesetzter Produktionsrichtung verlaufen. Die Werkstücke WSx sind auf Werkstückträgern 82 abgelegt, die auf den Trans­ portbändern 76, 78, 80 aufliegen. Die Verschiebeeinheit 20 besteht aus einer die Trans­ portbänder umfangsseitig umfassenden Halterung 84, an der umfangsseitig Aufnahmevor­ richtungen 86, 88 vorgesehen sind, die ein Werkstück WSx mit oder ohne Werkstückträger 82 aufnehmen bzw. erfassen können. Durch eine Drehung der vorzugsweise trommelartigen Halterung 84 in Richtung des Pfeils 90 wird das Werkstück WSx um einen Winkel α bis zum gewünschten Transportband gedreht und kann anschließend auf dem Transportband 80 abgesetzt werden.

Entsprechend kann das Werkstück WSx' durch eine weitere Drehung von dem Transportband 80 auf das Transportband 76 umgesetzt werden. Die Aufnahmevorrichtungen 86, 88 sind derart angeordnet, dass das Werkstück bei Drehung der Halterung 84 seine Lage gegenüber der Horizontalen beibehält. Insbesondere können die Aufnahmevorrichtungen 86, 88 als Greifvorrichtungen bzw. als Rollbahnen ausgebildet sein.

Claims (3)

1. Produktionssystem, umfassend Maschinen (Mn, 64) zum Bearbeiten von Werkstücken WSx sowie den Maschinen (Mn, 64) zugeordnete Maschinensteuerungen (60) und Maschinenagenten (Ma, 58), dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenagent (58) über ein Interface (62) mit der Maschinensteuerung (60) verbunden ist, wobei das Interface (62) Signale des Maschinenagenten (58) in ent­ sprechende Steuerbefehle der Maschinensteuerung (60) umsetzt.

2. Produktionssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Interface (62) eine Nachbildung eines mit der Maschinensteuerung (60) gekoppelten Bedienerinterface (66) ist, wobei die von dem Maschinenagenten (58) ausgehenden Signale als Eingabesignale einer Bedienperson des Bedienerinterface (66) interpretiert werden.

3. Produktionssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenagent (58) über das Interface (62) mit jeder beliebigen Maschi­ nensteuerung (60) verbindbar ist.