DE19941862C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ausbeutesteuerung in Echtzeit für nutzbare Teile aus einem Rohmaterial - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft das Gebiet der Automatisierung von Prozesssteuerungen und bezieht sich auf Verfahren und Vor­ richtung zur Erzielung einer Ausbeutesteuerung in Echtzeit bezüglich der Anzahl und der Typen von aus einem Rohmateri­ al, insbesondere Naturhäuten, gewonnenen Teile gewünschter Abmessungen und Formen.

Die Maximierung der nutzbaren Stücke von Rohmaterial ist seit vielen Jahren von Interesse für die industrielle Ferti­ gung. Zu den zu berücksichtigenden Faktoren gehören die Lage und Ausrichtung des Teilemusters auf dem Rohmaterial, die Formen und Typverhältnisse der zu erzeugenden Teile und die Größe, Gestalt und Art des Rohmaterials. Die Situation wird besonders komplex, wenn Naturprodukte verwendet werden, da sie wahrscheinlich von unregelmäßiger Form sind und eher Fehlstellen enthalten als ein erzeugtes Produkt. Jedes Stück eines natürlichen Rohmaterials erfordert eine getrennte Aus­ beuteberechnung, und verschiedene Anordnungen und Zusammen­ stellungen von Teile sind wahrscheinlich notwendig, um die Ausbeute so groß wie möglich zu machen.

Die Berechnung der Ausbeute umfasst die Bestimmung der Flä­ che des Rohmaterials notwendig, das Messen der Fläche der erzeugten Teile und das Ausdrücken der letzteren in Prozent der ersteren. Wenn das Rohmaterial oder die erzeugten Teile von unregelmäßiger Gestalt sind, sind die Berechnungen kom­ plex und werden am besten mit einem Rechner durchgeführt.

Laufende Methoden der Ausbeuteberechnung erfordern gewöhn­ lich die Benutzung einer Kleintastatur oder einer normalen Tastatur für die numerische Eingabe. Aus diesem Vorgang er­ gibt sich eine Vielzahl von Schwierigkeiten. Er ist zeitauf­ wendig und ermöglicht fehlerhafte Dateneingaben. Außerdem ist ein Ausbeutewert allein keine Richtschnur für einen Pro­ duktionsarbeiter bezüglich der Erhöhung oder Drosselung der Produktion von bestimmten Teilen.

Es ist bekannt (DE 195 22 717 C1), zum Schneiden einzelner Teile aus einer Tierhaut, wenn die Konturen der einzelnen Schnittmusterteile in einem Rechner gespeichert sind, diese auf dem Bildschirm des Rechners, auf dem die Haut abgebildet ist, in Anhängigkeit von der Qualität und den Fehlstellen der Haut individuell durch Nesten zu einem optimalen Schnittlagenbild zusammenzusetzen, bis die Ausbeute als ge­ nügend groß angesehen wird, und das so optimierte Schnittla­ genbild dann mittels einer Projektionseinrichtung auf die auf einen Schneidtisch aufgelegte Haut zu projizieren. Die meist große Haut kann zunächst zwischen den Konturen der Teile in zwei Teile aufgetrennt und dann leicht in die ein­ zelnen Teile aufgeschnitten werden. Eine Berechnung der Aus­ beute erfolgt dabei nicht.

Ein Teilproblem beim Zuschneiden von Tierhäuten besteht dar­ in, dass die Häute zunächst auf einem Digitalisierungstisch in eine größere Anzahl von zu bearbeitenden Rohmaterialstü­ cken hinsichtlich ihrer Umrisskontur und der auf ihrer Ober­ fläche vorhandenen Fehlerstellen in digitalisierter Form er­ fasst werden, worauf das Schnittlagenbild erzeugt wird. Das Anordnen der auszuschneidenden Teile innerhalb der Kontur des Rohmaterialstücks erfolgt interaktiv oder elektrisch mittels eines Optimierungsalgorithmus des Rechners. Das er­ zeugte Schnittlagenbild wird dann zusammen mit der Umriss­ kontur in einem Speicher gespeichert und später aus diesem elektronischen Speicher einzeln abgerufen und auf die Haut übertragen, die dann auf einem Schneidetisch in die ge­ wünschten Konfektionsteile zerschnitten zu wird. Da Häute relativ flexibel und elastisch sind, haben sie meist nicht die gleiche Form auf dem Schneidetisch wie auf dem Digitali­ sierungstisch. Um daraus resultierende Fehler zu vermeiden, werden die Häute mit elastischen Klebebändern oder anderen Mitteln der Umrisskontur oder anderen Markierungen entspre­ chend lagefixiert. Beim Auflegen des entsprechenden Rohmate­ rialstücks auf den Schneidetisch werden die erfassten und gespeicherten Referenzstrukturen auf die Haut auf dem Schneidetisch projiziert, und die Häute werden so ausgerich­ tet, dass die projizierten, gespeicherten Referenzstrukturen mit den tatsächlichen Referenzstrukturen in Übereinstimmung kommen. Dadurch wird ein sicheres Wiederauffinden der Ges­ talt des Werkstücks auf dem Schneidetisch, die es beim Er­ fassen bzw. Digitalisieren einnahm, gewährleistet und der Ausschuss beim nachfolgenden Schneidevorgang vermindert.

Das Rohmaterialstück wird mittels eines fortlaufend zur Wir­ kung kommenden Schneidewerkzeugs an zumindest zwei Referenz­ punkten geführt und geschnitten. Weder an dieser Stelle noch beim Nesten auf dem Bildschirm erfolgt ein interaktives Op­ timieren anhand stetiger Berechnung der Ausbeute.

Ein bekanntes Verfahren zum Legen bzw. Nesten von Schnitt­ musterteilen zum Schneiden von Naturleder kann ohne manuelle Beeinflussung von der Fehlererkennung bis zum Zuschnitt ab­ laufen (DE 40 12 462 A1). Das elektronische automatische Nesten setzt aufwändige Erkennungsprogramme und Steuerlogi­ ken voraus, die naturgemäß teuer sind. Der Einsatz lohnt sich normalerweise nur für Großbetriebe mit entsprechend ho­ hem Durchsatz aber nicht für kleinere Betriebe mit teilweise sehr kleinen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, bei denen die Teileausbeute ohne zusätzliche Verarbeitungszeit, ohne Verzögerung der Er­ gebnisgewinnung, mit weniger getrennten Dateneingabeschrit­ ten und mit der Möglichkeit der Rückmeldung an die Bedie­ nungsperson bestimmt werden kann.

Verfahren und Vorrichtung, die diese Aufgabe lösen sind in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Stanzwerkzeuge werden unmittelbar auf das Rohmaterial je nach Anzahl und der nutzbaren Typen von Teilen gewünschter Abmessungen und Formen aufgesetzt und angeordnet. Die von den Stanzwerkzeugen umgrenzten Flächen des Rohmaterials wer­ den berechnet und von der gesamten nutzbaren Fläche des Rohmaterials subtrahiert, um die Ausbeute zu bestimmen. Somit wird die Ausbeute in Echtzeit ermittelt und der Stanzvorgang erst freigegeben, wenn die festgelegte Schwellenausbeute er­ reicht ist. Einer Bedienungs- oder Aufsichtsperson stehen augenblicklich Ergebnisse zur Verfügung. Sie hat die Mög­ lichkeiten der automatisierten Dateneingabe.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer Anlage mit ei­ ner Anzahl Stanzpressen, um die jeweils Stanzsta­ tionen angeordnet sind,

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung einer Stanzpresse und der ihr zugeordneten Stanzstationen und Werk­ zeuggestelle,

Fig. 3 ein Flussdiagramm für den Prozess der Ausbeute­ steuerung in Echtzeit,

Fig. 4 ein Flussdiagramm für die Ausbeuteberechnung in Echtzeit, und

Fig. 5 eine Darstellung eines Rechner-Schirmbildes zur Überwachung des Stanzprozesses.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Ausgangsmate­ rial für den Prozess eine Rohhaut in Russet-Form. Eine Roh­ haut in Russet-Form ist von Haaren befreit, gegerbt und in einer Farbe gefärbt, die als die Grundschicht dient. Jede Haut wird durch Konditionieren bearbeitet, um sie in einem Walkprozess unter Verwendung von Wasser zu weichen. Sodann wird die Haut auf die gewünschte Farbe gespritzt. Als nächs­ tes wird die Haut in einem Walzprozess auf das gewünschte Narbenmuster geprägt und zum Weichen durch Stollen behan­ delt. Die Fläche der Haut wird dann elektronisch vermessen und auf der Haut in Form eines Strichcodes vermerkt. Fehler­ stellen werden dann auf der Haut markiert. Dies kann durch Einkreisen oder durch Hervorheben der Fehlerstellen mit ei­ nem zeichenkreide-ähnlichen Markierer geschehen.

Danach wird die Haut auf ein Brett gelegt, einer Stanzstati­ on zugeführt und auf einem Stanztisch 10 in Stellung ge­ bracht. Die Stanzstation enthält Werkzeuggestelle 12, einen Stück- bzw. Teiletisch 14, ein Bediener-Schnittstellen- Endgerät (OIT; Abk. f. engl. operator interface terminal), einen Strichcodescanner, eine Steuerung mit programmierbarer Logikeinheit (PLC; Abk. f. engl. programmable logic control­ ler), und einen Zugang zu einer Stanzpresse 30. Gemäß Fig. 1 und 2 sind eine oder mehrere Stanzstationen um eine Stanz­ presse regelmäßig angeordnet. Die Anlage enthält eine Viel­ zahl Arrays oder Pressenkonfigurationen 40, wobei jedes Ar­ ray eine hydraulische Presse, Stanztische, zugeordnete Werk­ zeuggestelle und Tische aufweist. Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Flussdiagramm für den diese Vorrichtungen benutzenden automatisierten Prozess.

Werkzeuggestelle sind Anordnungen von Regalen, die Stanz­ werkzeuge in den Größen und Formen der gewünschten Stücke bzw. Teile enthalten. Jedes Werkzeuggestell wird mit einem Auftragscode gekennzeichnet. Die Werkzeuge werden den Werk­ zeuggestellen entnommen und von der Bedienungsperson auf der Haut in einer Anordnung aufgebracht, mit der sich die größt­ mögliche Anzahl Teile ergibt. Die Werkzeuggestelle sind mit magnetischen Näherungssensoren versehen, die unter jedem Werkzeug angeordnet sind. Die Näherungssensoren stellen das Fehlen oder das Vorhandensein jedes Werkzeuges auf dem Ge­ stell fest und ermöglichen das Bestimmen der Anzahl, Größe und Form der auf dem Stanztisch befindlichen Werkzeuge. Je­ der Näherungssensor ist mit der Steuerung PLC fest verdrah­ tet, so dass, wenn ein Werkzeug aus einem Werkzeuggestell entnommen wird, an die Steuerung PLC ein die Entnahme des Werkzeugs anzeigendes Signal gesendet wird. Jedes Werkzeug besitzt eine vorbestimmte Fläche, so dass die an die PLC ge­ sendeten Signale verwendet werden können, um die Gesamtflä­ che der aus dem Werkzeuggestell entnommenen Werkzeuge zu be­ rechnen.

Jede Stanzstation ist mit einem mit einem Berührungsbild­ schirm versehenen Endgerät OIT versehen. Das OIT fordert den Benutzer zur Eingabe von Informationen auf und zeigt Infor­ mationen in Echtzeit an. Informationen können in das OIT mit einer am Bildschirm angezeigten Tastatur oder mit einem an­ geschlossenen Strichcodescanner eingegeben werden. Vom OIT erfasste Informationen werden in der Steuerung PLC gespei­ chert.

Der mit der PLC verbundene Strichcodescanner wird für die Eingabe von durch das OIT angeforderte Informationen be­ nutzt, z. B. Auftragsseriennummer, Auftragscode, Anzahl der zu produzierenden Teilesätze, Kennung der Stanzstation, Ken­ nummer der Bedienperson, Stillstandszeitcodes und der die Haut kennzeichnende Strichcode.

Die PLC wirkt als die Organisationsstelle für alle erfaßten Informationen, erhält Informationen von externen Datenquellen und teilt sich die Informationen mit einem steuernden, Anwendungssoftware abarbeitenden Zentralrechner, was die Be­ rechnung der Ausbeute in Echtzeit ermöglicht. Von der PLC gelieferte Informationen führen zur Bestimmung der von den benutzten Werkzeugen umschlossenen Fläche, zur Echtzeit- Berechnung der Ausbeute und zur Summierung der gestanzten einzelnen Teile.

Ein steuernder Zentralrechner ist mit einer Vielzahl PLC verbunden, was die Echtzeit-Datenerfassung und die Prozess­ steuerung ermöglicht. Im Betrieb des Systems sendet die PLC Informationen an den steuernden Zentralrechner, sobald jedes Werkzeug dem Werkzeuggestell entnommen wird. Die PLC berech­ net die Gesamtfläche aller dem Werkzeuggestell entnommenen und auf der Haut in Stellung gebrachten Werkzeuge und die Ausbeute aus der Haut. Diese Ausbeuteberechnung kann von der Bedienperson verfolgt werden, wenn die Werkzeuge auf die Haut aufgesetzt werden. Wenn die Ausbeute die vorbestimmte Schwellenausbeute übersteigt, kann die Haut mit aufgesetzten Werkzeugen zur Stanzpresse zum Ausstanzen transportiert wer­ den, und die Stanzpresse wird eingeschaltet. Wenn die Aus­ beute die vorbestimmte Schwellenausbeute nicht erreicht, wird die Stanzpresse nicht eingeschaltet, und es ist ein ma­ nueller Eingriff durch eine befugte Person zur Betätigung der Stanzpresse erforderlich. Es besteht die Möglichkeit, dass die Bedienperson die Werkzeuge auf der Haut neu anord­ net, um ein zusätzliches Werkzeug unterzubringen, so dass die Schwellenausbeute überschritten wird. Ein Flussdiagramm für die Echtzeitberechnung der Ausbeute ist in Fig. 3 darge­ stellt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung beschleunigt eine ausge­ glichene Fertigung der benötigten Stücke bzw. Teile. Eine in der Nähe der Werkzeugstellfläche auf dem Gestell angebrachte Leuchte ist so ausgebildet, dass sie blinkt, wenn die Anzahl der Teile, die durch Verwenden des entsprechenden Werkzeuges erzeugt werden, niedriger als die Anzahl ist, die für das Zusammensetzen mit Teilen benötigt wird, die mit den übrigen Werkzeugen erzeugt wurden. Die Bedienperson kann dann die Fertigung der Teile erhöhen, die mit dem angegebenen Werk­ zeug erzeugt werden.

Die Haut wird nach dem Betätigen der Stanzpresse zum Stanz­ tisch zurückgebracht, und die Teile werden entnommen. Die Werkzeuge werden dann zu den Werkzeuggestellen zurückge­ bracht. Jedes erzeugte Teil wird auf Fehler überprüft, und das OIT fordert die Bedienperson zur Eingabe von Informatio­ nen auf. Wird ein Teil wegen Fehlerhaftigkeit verworfen, wird die Information über das OIT eingegeben, und die PLC subtrahiert den verworfenen Werkzeugschnitt von der Gesamt­ zahl der gezählten Teile. Die annehmbaren Teile werden nach gleichen Merkmalen in einer Reihe von Gestellen gestapelt.

Personen, die auf den Zentralrechner über ein Netzwerk aus Arbeitsplatzrechnern Zugriff haben, können Informationen, die sich auf Faktoren wie Stanzaufträge, Auftragscodes, Be­ dienpersonal, laufende Hautgröße, laufende Hautausbeute, Auftragsausbeute und Schichtausbeute beziehen, in Echtzeit ansehen. Eine im Zentralrechner implementierte Datenbank enthält diese Informationen sowie zusätzliche Informationen, zu denen Zeitpunkte für Beginn und Beendigung der Verarbei­ tung einer Haut, Hautseriennummer, Zählerstand, Nettowerkzeugfläche, Auftragsseriennummern, Anzahl der Ausschussteile und prozentualer Ausschussanteil gehören. Ein Rechneranzei­ geschirm zur Überwachung des Stanzvorganges ist in Fig. 5 dargestellt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Erzielung einer Ausbeutesteuerung in Echtzeit für nutzbare Teile aus einem Rohmaterial, mit den Schritten:

• a) Vermessen der Gesamtfläche des Rohmaterials,
• b) Feststellen und Markieren von eventuell im Rohmaterial vorhandenen Fehlerstellen,
• c) Aufsetzen und Anordnen von Stanzwerkzeugen für nutzbare Teile auf das Rohmaterial,
• d) Bestimmen der von allen aufgesetzten Stanzwerkzeugen umschlossenen Fläche mittels Informationen, die aufgrund der Bewegung eines weiteren Stanzwerkzeuges zum Aufsetzen er­ zeugt werden,
• e) Vergleichen der erzielten Ausbeute mit einer vorbe­ stimmten Schwellenausbeute,
• f) wenn die erzielte Ausbeute unterhalb der vorbestimmten Schwellenausbeute liegt, weiteres Aufsetzen und Ausrichten von Stanzwerkzeugen für nutzbare Teile auf das Rohmaterial, oder
• g) wenn die erzielte Ausbeute die vorbestimmte Schwellen­ ausbeute erreicht hat, Betätigen einer Stanzpresse zum Aus­ stanzen von nutzbaren Teilen aus dem Rohmaterial.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Rohmaterial eine Haut ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Rohmaterial eine von Haaren befreite, gegerbte und vorgefärbte Rohhaut (Rohhaut in Russet-Form) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schritte d), e) und f) durch einen Rechner aus­ geführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Ergebnisse der Ausbeuteberechnung und des Aus­ beutevergleichs in Echtzeit anzusehen sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die im Schritt a) bestimmte Gesamtfläche des Rohma­ terials codiert und auf dem Rohmaterial markiert wird.

7. Vorrichtung zum Erzielen einer Ausbeutesteuerung in Echtzeit für nutzbare Teile aus einem Rohmaterial umfassend

• a) wenigstens einen Stanztisch (10),
• b) wenigstens ein nahe dem Stanztisch (10) angeordnetes Werkzeuggestell (12),
• c) eine auf je einem Werkzeuggestell (12) wegnehmbar ange­ ordnete Vielzahl von Stanzwerkzeugen,
• d) eine Vielzahl von Werkzeugstellflächen auf jedem Werk­ zeuggestell (12), die je ein Stanzwerkzeug aufzunehmen ver­ mögen,
• e) wenigstens ein jeweils nahe dem Stanztisch (10) ange­ ordnetes Bediener-Schnittstellen-Endgerät (OIT),
• f) wenigstens eine Steuerung mit programmierbarer Logik (PLC), die je mit einem Bediener-Schnittstellen-Endgerät (OIT) in elektronischer Verbindung steht,
• g) wenigstens einen Strichcodescanner, der jeweils mit ei­ ner der Steuerungen mit programmierbarer Logik (PLC) in e­ lektronischer Verbindung steht,
• h) einen steuernden Zentralrechner, der mit jeder Steue­ rung mit programmierbarer Logik (PLC) in elektronischer Ver­ bindung steht, und
• i) wenigstens eine mit dem Zentralrechner in elektroni­ scher Verbindung stehende Stanzpresse (30).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Werkzeugstellflächen je­ weils ein Näherungssensor für ein Stanzwerkzeug vorgesehen ist, der jeweils mit einer Steuerung mit programmierbarer Logik (PLC) in elektronischer Verbindung steht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Anzeigeleuchten, die jeweils in der Nä­ he einer Werkzeugstellfläche angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner gekennzeichnet durch ein mit dem steuernden Zentral­ rechner in elektronischer Verbindung stehendes Rechnernetz­ werk.

11. Vorrichtung zur Erzielung einer Ausbeutesteuerung in Echtzeit, in der eine Vielzahl Stanzwerkzeuge in Verbindung mit einer Stanzpresse verwendet werden und die Flächen einer Vielzahl von Stanzwerkzeugen zur Berechnung der Ausbeute be­ nutzt wird, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Näherungssensoren, die je mit einem Rechner in elektronischer Verbindung stehen und je durch die Wegnahme eines Werkzeuges geschaltet wer­ den.