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In
der Nahrungsmittel-Verarbeitungsindustrie besteht ein wohlbekanntes
Problem darin, daß es schwierig
ist, aus einer Anzahl von Teilen (wie Stücken frischen oder gefrorenen
Fisches, Fleisches oder Geflügels)
bestehende Portionen zu erhalten, wenn es zusätzlich erforderlich ist, daß ein vorgegebenes
genaues Portionsgewicht (möglicherweise
mit engen Toleranzen) mit einer vorgegebenen Anzahl von Stücken kombiniert
wird, was insbesondere in den Fällen
gilt, in denen das Gewicht der einzelnen Stücke so schwankt, daß die Gewichtsverteilung
der Stücke
ungleichmäßig oder
veränderlich
ist. Es werden Portionen mit einer festen Anzahl von Stücken oder
einer in einem gewählten
Intervall liegenden Anzahl angestrebt.
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Eine
Gewichtsverteilung kann normal sein, weshalb die gewöhnlichen
Konzepte ”Durchschnitt und
Spanne” sowie
gut geprüfte
statistische Berechnungsprozeduren verwendet werden können. Die Gewichtsverteilung
kann auch ungewöhnlich
sein, weil die Materialfüllung,
die an einer früheren
Stufe gewogen und behandelt wird, bereits einer Sortierung unterzogen
worden sein kann und möglicherweise
alle Gegenstände
innerhalb bestimmter Intervalle entfernt worden sind, wodurch es
unmöglich
gemacht ist, traditionelle statistische Berechnungen auszuführen.
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Bekannte
Verfahren zum Erhalten von Portionen der erörterten Art umfassen das manuelle
Wiegen, welches eine sehr belastende Tätigkeit ist, und in den meisten
Fällen
bedeutet die eingebaute Sicherheit für den Kunden in Form eines Übergewichts einen
erheblichen Verlust für
den Hersteller.
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Es
sind zwei prinzipiell verschiedene automatische Verfahren bekannt,
nämlich
das Kombinations-Wiegeprinzip und das Ansammlungs-Wiegeprinzip.
Beim erstgenannten wird eine Anzahl gewogener Teile oder Teilportionen
in einer Anzahl von Wiegekästen
oder in den Kombinationskästen
dieser Wiegekästen
angeordnet, woraufhin ein Computer auf der Grundlage der gemessenen
Teilegewichte berechnet, welche Kasten-Teilportionen in Kombination die
Portion bilden, deren Gewicht dem vorbestimmten Zielgewicht am nächsten kommt.
Die Grenze dieses Verfahrens besteht insbesondere darin, daß die Anzahl
der Teile, die für
die Kombination verfügbar ist,
begrenzt ist. Wenn die einzelnen Gewichte der Teile insbesondere,
möglicherweise
erheblich, voneinander abweichen (wie bei Fisch, Geflügel oder Fleisch),
weicht die Kombination häufig
stärker
als gewünscht
vom Zielgewicht ab, was wie im manuellen Fall einen Verlust für den Hersteller
bedeutet.
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Beim
Ansammlungs-Wiegeprinzip werden mehrere volle Portionen gleichzeitig
und sogar gemeinsam zusammengestellt. Die einzelnen Teile werden
in einer Straße
vorwärts
befördert
und auf einer dynamischen Waage gewogen, und die Gewichte werden
aufeinanderfolgend von einem Computer registriert, der auf diese
Weise die relative Anordnung auf der Straße und die jeweiligen Gewichte
verfolgt. Eine Verteilungseinheit gibt die Teile selektiv in Sammelkästen, in
denen die Portionen zusammengestellt werden, während die angesammelten Gewichte
von Teilen in den einzelnen Kästen
im Computer registriert werden. Die Zuordnung der einzelnen Teile
zu den verschiedenen Kästen
wird solange fortgesetzt, wie das angesammelte Gewicht im Kasten
noch unter dem Zielgewicht liegt, bis der Kasten schließlich auf
ein Teil wartet, das in der bestimmten Portion das Portionsgewicht
gerade auf den gewünschten
Wert bringt. Zum Erreichen einer vernünftigen Kapazität muß akzeptiert
werden, daß es
möglicherweise
erforderlich werden kann, das letzte Entladen mit einem Teil vorzunehmen,
das der Portion ein Übergewicht gibt,
weil es ein fast glücklicher
Zufall wäre,
wenn sich unter den ankommenden und bereits gewogenen Teilen eines
befindet, das das genaue gewünschte
Gesamtgewicht liefert, wobei dies sogar die standardmäßige Vorgehensweise
ist.
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Beim
letzten erwähnten
Verfahren wurde in der Hinsicht eine erhebliche Verbesserung erreicht, daß auf der
Grundlage einer qualifizierten Schätzung der Gewichtsverteilung
in der Masse von Teilen eine selektive Aussortierung derart vorgenommen
wird, daß Teile
mit einem oberhalb bzw. unterhalb des Durchschnitts liegenden Gewicht
zusammengebracht werden, um Teilportionen zu bilden, die zum Auffüllen auf
das gewünschte
Gewicht nur ein Teil oder wenige Teile, die das Durchschnittsgewicht
aufweisen, erfordern, wie in
DK-C-156-033 entsprechend
GB-A-2 116 732 dargelegt
ist. Das Verfahren beruht daher auf der Wahrscheinlichkeitsüberlegung, daß gemäß der Normalverteilung
jene Teile in der größten Anzahl
vorhanden sind, die das jeweilige Durchschnittsgewicht haben, weshalb
das abschließende
Auffüllen
der Portionen am schnellsten erfolgen kann, wenn auf Teile gewartet
wird, die insbesondere in dieser Gruppe liegen.
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Dieses
Verfahren ist recht vorteilhaft, wenn zuvor durch Probenbildung
ermittelt worden ist, welches das Durchschnittsgewicht der Teile
ist und in welchem Gewichtsbereich die Teile auftreten, also welches
die sogenannte Spanne ist. Die laufenden Berechnungen können auf
der Grundlage einer vorprogrammierten Normalverteilungskurve mit
einer begrenzten Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt werden,
weil es entsprechend dem normalen Gebrauch zugelassen werden kann,
daß ein
neues Teil einfach in die erste dieser Teileportionen eingeführt werden
kann, die auf ein Teil in der von diesem Teil dargestellten Gewichtsklasse
wartet, wenngleich das Teil, wie nachstehend erörtert wird, möglicherweise
besser in einer anderen dieser Teileportionen hätte angeordnet werden können.
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Es
hat sich in der Praxis jedoch herausgestellt, daß es innerhalb des Bereichs
der Nahrungsmittelindustrie, um den es sich hier handelt, sicherlich schwierig
ist, das Wissen über
die Gewichtsverteilung in der Masse der Teile zu erhalten, weil
sowohl das Durchschnittsgewicht als auch die Spanne beispielsweise
zwischen verschiedenen Zuladungen von Rohmaterial schwanken können. Weiterhin
wird in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung daran gedacht,
daß es
wünschenswert
sein kann, bestimmte Sortierungen aus einer gegebenen Menge von
Teilen zu erzeugen, wodurch das Bild der Verteilung der Menge, die
für das
Erzeugen der erörterten
Portionen verfügbar
ist, vollständig
geändert
wird. Beispielsweise kann das Entfernen insbesondere jener Teile,
die das Durchschnittsgewicht aufweisen, dazu führen, daß für die Vervollständigung
der Portionen gemäß den vorstehend
beschriebenen Verfahren keine Teile verfügbar sind.
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Es
ist wohlbekannte Praxis, daß eine
Befüllung
zuvor sortiert wird, beispielsweise indem bestimmte Eigenschaften
herausgegriffen werden. Die Portioniereinrichtung könnte besser
verwendet werden, wenn dieses Sortieren in Verbindung mit dem Portionieren
stattfindet, mit der zugeordneten absichtlichen Änderung der Teilegewichtsverteilung weisen
die restlichen Teile, die für
das Portionieren verwendbar sind, jedoch nicht mehr die Normalverteilung
auf. Auf diese Weise wird einem Sortierer oder einem Aufteiler des
bekannten Typs eine Aufgabe gegeben, für deren Lösung er nicht geeignet ist. Falls
es in der Industrie erwünscht
ist, mit Teilen zu arbeiten, die zuverlässig in einer Normalverteilung vorhanden
sind, sind die Rohmaterialien kostspieliger, woraus sich wiederum
ein kostspieligeres fertiges Produkt ergibt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Portionieren, bei
dem bestimmte Aspekte des Ansammlungs-Wiegeprinzips verwendet werden,
das es jedoch ermöglicht,
die einzelnen Teile auf die verschiedenen Sammelkästen zu
verteilen, um im wesentlichen unabhängig von der Gewichtsverteilung
der Produktteile Portionen zusammenzustellen.
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Der
moderne Trend in der Nahrungsmittelindustrie besteht darin, daß Rohmaterialien
in zunehmendem Maße
auf die eine oder die andere Weise verarbeitet werden. Die den Verarbeitungsindustrien zugeführten Rohmaterialien
könnten
sehr wohl eine Normalverteilung aufweisen, im Laufe der Zeit ergab sich
jedoch dadurch ein ständig
wachsendes Problem, daß die
verarbeiteten Materialien, die zu verpacken oder aufzuteilen sind,
nicht mehr normalverteilt sind. Es war dementsprechend praktisch
unmöglich oder
ziemlich kostspielig, ein Aufteilen auf ein spezifisches Zielgewicht
und damit auf einen festen Preis der Verpackungen zu bewirken. Stattdessen
ist es allgemein üblich
geworden, gewünschte
Anzahlen von Artikeln, beispielsweise vier Schnitzel, aufzuteilen
und die einzelnen Verpackungen als Grundlage für ein automatisches Aufdrucken
des Gewichts und des Preises auf zugeordnete Etiketten zu wiegen. Diese
Technik ist recht einfach, aus unterschiedlichen Gründen würden alle
Glieder in der Kette von der Verarbeitungsfabrik über Großhändler und
Einzelhändler
bis zu Kunden jedoch tatsächlich
Verpackungen mit festgelegten Gewichten und Preisen bevorzugen.
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Weiterhin
gibt es spezielle Verpackungstypen, die gute Kandidaten für ein ”Aufteilen
bis zu einem vorgegebenen Gewicht” sein könnten, wenngleich dies den
relevanten Experten möglicherweise nicht
eingefallen ist, weil ein automatisches Aufteilen vollkommen unmöglich erscheinen
würde.
Es ist beispielsweise wohlbekannte Praxis, daß Käsehersteller nicht nur ganze
Käsestücke, sondern
auch größere und
kleinere Käsestücke herstellen
können,
die jeweils verpackt und mit einem Gewicht und einem Preis gestempelt
werden. Es ist auf diesem Gebiet allgemein anerkannt und bevorzugt,
daß die
Kunden zwischen vielen verschiedenen Stückgrößen wählen können, sofern die Stücke über einen
viel längeren Zeitraum
verbraucht werden als vier Schnitzel. Hierbei besteht die Ware nur
aus einem Stück,
so daß dies
als für
die Erfindung irrelevant erscheinen könnte. In der Kette werden diese
Stücke
jedoch nicht nacheinander einzeln ausgeliefert, sondern in Kästen gesammelt,
und ein Einzelhändler
empfängt
typischerweise einen oder mehrere Kästen mit Käsestücken, die bereits verpackt
und mit einem Preis versehen sind. Bei diesem Bild besteht eine
Möglichkeit darin,
daß der
Absender des Kastens, sei es ein Großhändler oder ein Hersteller,
die verschiedenen Stücke
bis zu einem spezifischen Zielgewicht in den Kasten eingeben könnte, wobei
es nicht erforderlich wäre,
für das
Wiegen der gefüllten
Kästen
zu sorgen und keine Verbuchung der aufsummierten Gewichte der relevanten
Stücke
erforderlich wäre.
Dies war jedoch in vielen Fällen
bisher praktisch unmöglich,
insbesondere wenn Stücke
eines spezifischen Gewichts aussortiert wurden, weil die aufzuteilenden
Stücke dann
keinerlei natürliche
Verteilung aufweisen. Jeder Versuch, ein solches Aufteilen auf der
Grundlage von Erwartungen hinsichtlich einer Normalverteilung wirtschaftlich
zu machen, wäre
vollkommen nutzlos, und es wurde bisher kein anderes verwendbares
Verfahren oder Mittel offenbart.
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Es
wurde gemäß der vorliegenden
Erfindung erkannt, daß unabhängig davon,
welches die Anfangsbedingungen sind, die erste höhere Anzahl einzeln gewogener
Artikel auf eine tatsächliche
Gewichtsverteilung hinweist, von der angenommen werden kann, daß sie in
der Zukunft erhalten bleibt, bis tatsächliche Beobachtungen aufklären können, daß eine Änderung
der generellen Gewichtsverteilung auftritt. Es wird vor diesem Hintergrund
von der Erfindung vorgeschlagen, dafür zu sorgen, daß ein Computer
die Gewichte mehrerer vorhergehender Artikel verfolgt, um die tatsächliche
Gewichtsverteilung der empfangenen Artikel zu bestimmen. Es ist
auf der Grundlage hiervon möglich,
die Wahrscheinlichkeit statistisch zu berechnen, daß neu hinzukommende Artikel
in die bereits teilweise fertiggestellten Portionen passen, und
es wurde herausgefunden, daß bei methodischer
Verwendung der Berechnungsergebnisse zum Umleiten der Artikel in
auf diese Weise ausgewählte
Portionen viele Aufteilungsaufgaben mit einer nicht natürlichen
Artikelverteilung mit überraschend
hoher Wirksamkeit ausgeführt
werden können.
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Die
vorliegende Erfindung sieht in weitester Hinsicht ein Verfahren
zum Ansammeln von Artikeln verschiedener Gewichte zu mehreren Teilmengen gemäß Anspruch
1 vor.
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Vorzugsweise
wird die Zuordnung der Artikel zum Erzeugen der Teilmengen in Abhängigkeit
von auf der historischen Häufigkeitsverteilung
basierenden Berechnungen von Wahrscheinlichkeitsfaktoren bezüglich der
verschiedenen Artikelgewichtskombinationen bewirkt.
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Bevorzugter
wird die Zuordnung der Artikel zum Erzeugen der Teilmengen dadurch
bewirkt, daß für jede unfertige
Teilmenge ein Faktor bezüglich
der Wahrscheinlichkeit berechnet wird, das durch Zuordnung eines
Artikels zu dieser Teilmenge die Teilmenge durch Zuordnung eines
oder mehrerer weiterer Artikel hierzu fertiggestellt werden kann,
wobei eine solche Berechnung auf der historischen Häufigkeitsverteilung,
dem Gewicht der Artikel in der unfertigen Teilmenge und dem Gewicht
des zuordnenden Artikels basiert und die Zuordnung eines Artikels
zu einer bestimmten Teilmenge in Abhängigkeit von einem Vergleich
der berechneten Faktoren bewirkt wird.
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Es
sei bemerkt, daß die
vorliegende Erfindung auch ein Aufteilungssystem betrifft, das dafür ausgelegt
und eingerichtet ist, das beanspruchte Verfahren auszuführen, wobei
das Aufteilungssystem eine Einrichtung zum seriellen Zuführen der
Artikel zu einer Station, bei der deren Gewichte bewertet werden
können,
eine Einrichtung zum seriellen Bewegen der Artikel von der Station
in ein Verteilungssystem mit mehreren Aufteilungsstationen und einer
Auswahleinrichtung zum Bewegen eines Artikels in eine gewählte Aufteilungsstation
und einen Computer zum Bewirken der Wahrscheinlichkeitsfaktor-Berechnungen,
zum Verfolgen der Bewegungen der Artikel durch das Verteilungssystem
und zum Steuern des Betriebs der Auswahleinrichtung in Abhängigkeit
von dem Vergleich aufweist.
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Offensichtlich
können
Bedingungen auftreten, unter denen es nicht möglich ist, eine Aufteilung auszuführen, wie
sie hier erörtert
wird, beispielsweise wenn die eigentlichen Artikel zu ungünstig verteilt sind,
um ein vernünftiges
Zielgewicht anzustreben. Es wäre
in diesen zweifelhaften Fällen
möglich,
ein Testwiegen des Artikelflusses auszuführen und ein simuliertes Aufteilungsprogramm
laufen zu lassen, wodurch ermittelt werden kann, wie erfolgreich
eine Aufteilung wäre,
falls sie angestrebt wird. Es könnte unter
Umständen
sogar durch nachfolgende Untersuchungen herausgefunden werden, daß ein automatisches
Aufteilen ausführbar
wäre, falls
ein anderes Zielgewicht gewählt
wird oder falls Anpassungen vorgenommen werden, um die Gewichtsverteilung
im gleichen Gewichtsbereich zu beeinflussen.
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Es
wurde als ein entgegengesetztes Extrem herausgefunden, daß die Verwendung
der Erfindung für
das Aufteilen normal verteilter Artikel für eine Vielzahl von Verteilungen
noch bessere Ergebnisse zu liefern scheint als das bekannte Verfahren.
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Es
wurde erkannt, daß es
mit der Erfindung unter Verwendung eines höherentwickelten Datenverarbeitungssystems
möglich
ist, laufend ein spezifisches Bild der tatsächlichen Gewichtsverteilung
zu erzeugen, ohne auf eine vorbestimmte oder zuvor erwartete Verteilungskurve
zurückgreifen
zu müssen, die
auf allgemeiner Statistik beruht. Gemäß der Erfindung werden die
Gewichte der ankommenden und laufend gewogenen Teile methodisch
in einem seriellen Register registriert, das im wesentlichen vom FIFO-Typ (First In, First
Out) ist, so daß die
unterschiedlichen Gewichte einer repräsentativen Anzahl aufeinanderfolgender
Teile, beispielsweise der letzten 50–500 Teile, so aufgezeichnet
werden, daß es möglich ist,
ein Histogramm oder eine ähnliche
Darstellung der Anzahl der Teile zu bilden, die sich innerhalb jeweiliger
schmaler Gewichtsbereiche, beispielsweise 5 g, befinden, woraus
sich ein annehmbares Übergewicht
von 10 g und ein annehmbares Untergewicht von 5 g ergibt. Das allgemeine
Bild der Gewichtsverteilung kann verglichen mit einer Standard-Verteilungskurve
ziemlich verwirrend sein, es ist jedoch zu jedem Zeitpunkt notwendigerweise
der Fall, daß die
letzte Vielzahl von Teilen entsprechend dem Histogramm gewichtsverteilt
war. Es gibt daher Gründe
zu glauben, daß auch
die folgenden Teile gleichgewichtet verteilt sind und der folgenden
Berechnung kann diese Erwartung zugrundegelegt werden.
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Falls
die tatsächliche
Gewichtsverteilung jedoch aus irgendeinem Grund eine Änderung
durchmachen sollte, sei es ein herbeigeführtes Heraussuchen aller Teile
eines oder mehrerer spezifischer Gewichtsbereiche oder eine allgemeine
Verschiebung der Materialzufuhr zu einer anderen Zufuhrquelle, paßt sich
das charakteristische Verteilungshistogramm bald selbst an die geänderte Situation
an, so daß es
die ankommenden Teile, unabhängig
von statistischen Verteilungsnormen, allmählich vernünftig darstellt. Demgemäß kann das
Histogramm beispielsweise das Fehlen aller Teile einer bestimmten Gewichtskategorie
klar ausdrücken,
wobei dies unabhängig
davon ist, ob diese Teile tatsächlich
im Zufuhrfluß fehlen
oder ob sie zum getrennten Sammeln in zweckgebundenen Kästen aufeinanderfolgend ausgewählt werden.
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Es
wird gemäß der Erfindung
anerkannt, daß die
grundlegende Philosophie des bekannten Verfahrens zum Ausnutzen
der Normalverteilungskurve tatsächlich
vorteilhaft ist, es wird jedoch auch erkannt, daß es modifiziert werden kann,
um generell und insbesondere immer dann, wenn die tatsächliche
Verteilung von einem natürlichen
Standard entfernt ist, sogar noch bessere Ergebnisse zu erreichen.
Die Normalverteilungskurve ist ein Modell einer ”erwarteten Wahrscheinlichkeit”, das nur
solange gilt, wie die Verteilung tatsächlich normal ist, dies wird
jedoch gemäß der Erfindung
zu einer laufenden Analyse der ”tatsächlichen
Wahrscheinlichkeit” auf
der Grundlage der Histogrammauflösung
der beobachteten Gewichtsverteilung geändert. Zugegebenermaßen hängt der
praktische Aspekt der Erfindung in hohem Maße von der Verwendung moderner
Computer ab, die programmiert werden können, um diese Analysen mit
einem minimalen Zeitaufwand auszuführen, die Erfindung ist jedoch
hinsichtlich der zugrundeliegenden Reaktionskriterien klar.
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Es
ist anhand des Histogramms einfach, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens
von Teilen in den einzelnen Gewichtsgruppen zu berechnen, und es
ist dementsprechend einfach zu bestimmen, welche zwei Teile zusammengebracht
werden sollten, um eine grundlegende Teilportion zu bilden, die
zum Auffüllen
mit Teilen, die nicht notwendigerweise ein durchschnittliches Gewicht
aufweisen, die jedoch ansonsten im Versorgungsfluß vorherrschend
vorhanden sind, geeignet ist, um einen Teil des gewünschten
Gesamtgewichts zu bilden.
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Es
ist für
die Erfindung in hohem Maße
charakteristisch, daß die
laufenden Analyseergebnisse auf zwei verschiedene Arten verwendet
werden können,
nämlich
zum Entscheiden, für
welchen Kasten oder welche Kästen
ein neues Teil geeignet ist, und zum Entscheiden, ob dieses bestimmte
Teil besser für
einen als für
andere dieser Kästen
geeignet ist, statt, wie im herkömmlichen
Fall, die Teile gerade dem ersten verfügbaren Behälter zuzuweisen, der ein neues
Teil mit einem spezifischen Gewichtsunterbereich erfordert oder
annimmt.
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Es
ist für
diesen Vorgang erforderlich, daß der
Computer eine detaillierte Analyse der Wahrscheinlichkeiten vornimmt,
daß jedes
neue Teil angesichts der anhand der Versorgungshistogramme ableitbaren
Wahrscheinlichkeit, daß künftige Teile
die Portionen auf das Zielgewicht auffüllen, erfolgreich jedem der
verschiedenen Kästen
hinzugefügt
wird.
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Dies
ist eine Frage der Ausführung
einer Reihe wohldefinierter Berechnungen bei der Ablieferung jedes
neuen Teils von der Wiegestation zum schnellen Bestimmen des am
besten geeigneten Empfangskasten für dieses neue Teil, wobei dies
ausschließlich
auf diesen Wahrscheinlichkeitsberechnungen und nicht auf irgendeiner
Art allgemeiner Erwartungen beruht. Der Computer, der die Auffüllanforderungen
der einzelnen Kästen
laufend nachvollzieht, sollte auch das Histogramm der ankommenden Teile
verfolgen, dies ist jedoch weniger dringend, weil eine merkliche Änderung
des Gewichts von beispielsweise 10–20 neuen Teilen das Histogramm
von beispielsweise 200 vorhergehenden Teilen nicht wesentlich ändert. Es
ist natürlich
wichtig, solche Änderungen
zu registrieren, es ist jedoch im Hinblick auf die Computerkapazität sehr vorteilhaft,
daß diese Änderungen
nicht notwendigerweise sofort registriert werden. Hieraus können sich
zugegebenermaßen
einige weniger vollkommene Berechnungen ergeben, jedoch nur während kurzer
Zeiträume,
bis ein neues Histogramm mehr oder weniger stabilisiert worden ist.
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Die
Erfindung ist nicht auf die Verwendung einer einzigen Zuführstraße und auch
nicht auf die Verwendung einer dynamischen Waage beschränkt. Mit
einem gegebenen Sortiersystem können
mehrere Zuführstraßen verbunden
werden, von denen jede eine Waage aufweist, woraus sich sehr wohl
die Notwendigkeit einer Verweilzeit der jeweiligen Teile ergeben
kann, und die Computereinrichtung kann dementsprechend so angepaßt werden,
daß sie
Zuführungseinzelheiten
von mehreren Quellen behandelt, um diese Einzelheiten mit den Anforderungen
der verschiedenen Empfangskästen
zu koordinieren.
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Die
vorstehenden und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind
in den anliegenden Ansprüchen
eingehend dargelegt und werden nachfolgend mit Bezug auf eine spezifische
als Beispiel dienende Ausführungsform
beschrieben, die anhand der anliegenden Zeichnung erläutert wird.
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1 ist
eine allgemeine perspektivische Ansicht einer an sich bekannten,
jedoch gemäß der vorliegenden
Erfindung arbeitsfähigen
Portioniermaschine,
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2 ist
ein Funktionsblockdiagramm des Steuersystems der Maschine,
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3 ist
eine entsprechende Ansicht mit hinzugefügten Funktionsblöcken der
Steuereinheit,
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4 ist
eine Darstellung eines Histogramms der Gewichtsverteilung neu angekommener und
gewogener Teile,
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5 ist
eine Darstellung der Wahrscheinlichkeit einer Gewichtssummierung
von zwei Teilen,
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6 ist
eine ähnliche
Darstellung hinsichtlich des Verbindens von drei Teilen,
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7 ist
eine entsprechende Darstellung einer Zielgewichtseinstellung,
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8 ist
eine ähnliche
Darstellung einer zugeordneten Gewichts-Wahrscheinlichkeitsfunktion, und
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die 9–11 sind
Darstellungen von Wahrscheinlichkeitsfunktionen für ein, zwei
bzw. drei fehlende Teile.
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In 1 ist
ein Aufteilungssystem mit einem herkömmlichen mechanischen Aufbau
dargestellt. Es umfaßt
ein Zuführförderband 2,
auf dem aufzuteilende Teile 4 nacheinander einzeln befördert und
einem Förderband 6,
das Teil einer dynamischen Waage 8 ist, die in einem Computer 10 das
Gewicht der Einzelteile 4 registriert, zugeführt werden.
Sobald sie gewogen worden sind, werden die Teile 4 einem
Sortierförderband 12 zugeführt, das
auf einer Seite eine Reihe von Aufnahmekästen 14 und auf der
anderen Seite eine entsprechende Reihe von Umlenkflügeln 16 mit
zugeordneten Stellgliedeinheiten 18, die die Arme selektiv
in eine Umlenkposition schwenken können, wie bei 16' dargestellt
ist, um ein gegebenes Teil 4 in einen gewählten Kasten 14 zu
entladen, aufweist. Der Computer 10 steuert den Betrieb
der Flügel 16,
um das Entladen von Teilen 4 mit bestimmten Gewichten in
gewählte
Kästen
zu bewirken, wobei der Gesamtinhalt der einzelnen Kästen verfolgt
wird.
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Entsprechend
der Programmierung des Computers
10 kann der Betrieb durch
ein Aussortieren von Teilen
4 fortgesetzt werden, um Portionen von
Teilen gleichmäßiger Gewichtsklassen
aufzubauen, oder er kann durch Aufteilen von Teilen verschiedener
Gewichte fortgesetzt werden, um Portionen mit einem vorbestimmten
Zielgewicht aufzubauen, wobei sich vorzugsweise sogar eine vorbestimmte
Anzahl von Teilen in jeder Portion befindet, wie beispielsweise
in der erwähnten
DK-C-156-033 beschrieben
ist.
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Jeder
der Kästen 14 hat
ein Stellglied 20, das vom Computer 10 betätigt werden
kann, um ein unteres Tor des Kastens zu öffnen, um die fertigen Portionen
selektiv in geeignete Abfuhreinrichtungen in der Art eines darunterliegenden
Förderbands 22 fallenzulassen.
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Teile 4,
die in keinen der Kästen 14 passen, laufen
bis zum Ende des Förderbands 12 und
werden einem Sammelkasten 24 oder einer anderen Aufnahme
zugeführt,
um möglicherweise
in das System zurückgeführt zu werden.
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Der
beschriebene allgemeine Aufbau eines Aufteilungssystems ist in Verbindung
mit der vorliegenden Erfindung, die sich auf die Programmierung des
Computers oder der Steuereinheit 10 konzentriert, um eine
stark verbesserte Funktionsweise des Aufteilungssystems bereitzustellen,
vollkommen anwendbar.
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2 zeigt
das gleiche System in Blöcken, und
das gleiche Bild findet sich in 3 wieder,
worin die Erfindung in näheren
Einzelheiten dargestellt ist, wobei zusätzliche Blöcke den Betrieb der Steuereinheit 10 angeben.
In 3 teilt eine gepunktete Linie l diese Blöcke in Echtzeitoperationen
oberhalb der Linie und in Hintergrundoperationen unterhalb der Linie
ein.
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Die
aufeinanderfolgenden Ergebnisse des Wiegens der ankommenden Teile 4 werden
einem FIFO-Register 26 zugeführt. Nach einer Weile enthält dieses
Register Informationen zu den Wiegeergebnissen von so vielen Teilen 4 wie
gewünscht,
beispielsweise von 50–300
Teilen. Es ist auf der Grundlage dieser Informationen möglich, in
einer Einheit 28 ein Histogrammbild der Gewichtsverteilung
dieses Anteils der Teile 4 zu erzeugen, wie beispielsweise
in 4 dargestellt ist.
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Es
wird in dem Beispiel aus 4 angenommen, daß das FIFO-Register 26 300
Meßergebnisse enthält, und
daß diese
wie dargestellt verteilt sind, wobei dies durch die Anzahl der Teile
in verschiedenen Gewichtsgruppen oder Gewichtsklassen zwischen 105
d (d = Gewichtseinheit) und 154 d angegeben ist, wobei die einzelnen
Klassen als 10 Gewichtseinheiten überspannend definiert sind,
was hier dazu führt,
daß die
Gruppe 11 90 Teile mit von 105 bis 114 d reichenden Gewichten enthält, daß die Gruppe
12 120 Teile zwischen 115 und 124 d enthält usw. Es ist anhand dieses
Histogramms möglich,
die Wahrscheinlichkeit zu berechnen, daß das Gewicht des nächsten ankommenden
Teils 4 die gleiche Verteilung annimmt, indem die Teileanzahlen
der einzelnen Gruppe in eine unterteilt werden. In 4 ist
die Wahrscheinlichkeit, daß das
nächste
Teil oder die nächsten
Teile zu jeder der Gruppen gehört
oder gehören,
unter p aufgelistet, wobei sich 5% für die Gruppe 15 bis 40% für die Gruppe
12 ergeben.
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Es
ist anhand dieser Zahlen möglich,
die Wahrscheinlichkeitsfunktion des aufsummierten Gewichts von zwei
Teilen zu berechnen, wobei die Gruppen nun von 22 bis 30 reichen,
indem lediglich die jeweiligen Wahrscheinlichkeiten multipliziert
werden. Die Wahrscheinlichkeit, daß zwei Teile zu einer spezifischen
Gewichtsgruppe verbunden werden, wird jedoch in dem Maße erhöht, in dem
sich mehr Möglichkeiten
für eine
solche Formation ergeben. Während
beim vorstehenden Beispiel die Gruppe 22 nur durch zwei Teile aus
der Gruppe 11 (mit der Wahrscheinlichkeit 0,3 × 0,3 = 0,09) gebildet werden
kann, kann die Gruppe 23 durch zwei verschiedene Ereignisse gebildet
werden, nämlich
entweder durch ein Teil aus der Gruppe 11, das einem Teil aus der
Gruppe 12 folgt, oder umgekehrt. Die Wahrscheinlichkeit dieser Ereignisse
ist die gleiche (0,3 × 0,4
= 0,12), so daß die
kombinierte Wahrscheinlichkeit doppelt so hoch ist, nämlich 0,24.
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Dementsprechend
ergeben sich für
die weiteren Gruppen weitere Kombinationsmöglichkeiten, so daß sich für die Gruppe
24 für
die drei Kombinationen 11 + 13, 13 + 11 und 12 + 12 eine Wahrscheinlichkeit
von 0,22 ergibt. Es gibt in der Statistik natürlich gut begründete Modelle
und Formeln, die eine schnelle Berechnung solcher Kombinationsmöglichkeiten
oder -wahrscheinlichkeiten ermöglichen.
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In
den 5 und 6 ist die Wahrscheinlichkeit
von Kombinationen von zwei bzw. drei Teilen auf der Grundlage des
Histogramms aus 4 dargestellt.
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Diese
Berechnungen sind in keiner direkten Weise verwendbar, um zu einem
gewünschten
Zielgewicht zu gelangen, sobald jedoch ein Zielgewicht gewählt worden
ist, können
entsprechende Berechnungen verwendet werden, um vom Zielgewicht
zurückzurechnen
und auf diese Weise die Wahrscheinlichkeitsfunktionen zu bestimmen,
wenn es an einer zunehmenden Anzahl von Teilen in den einzelnen Kästen fehlt.
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Das
gewünschte
Zielgewicht wird in einer Einheit 32, typischerweise mit
einer bestimmten Zielverteilung, wie in 7 dargestellt
ist, festgelegt. Gemäß diesem
Beispiel, bei dem die Zahlen von denen aus 4 verschieden
sind, ist es erwünscht,
Teilmengen mit einem Zielgewicht von 500 d mit einer Toleranz zwischen –10 d und
+20 d für
eine begrenzte Anzahl von Teilmengen zu erzeugen, wenn der Zielbereich
49–52
gegeben ist. Bei diesem Beispiel kann die Wahrscheinlichkeitsfunktion
des Teilegewichts, die sich aus dem Histogramm der Einheit 28 ergibt,
der in 8 dargestellten entsprechen, wobei hier die Bedingung
vorausgesetzt ist, daß es
erwünscht
ist, nur die Teile aus den Gruppen 10–15, also die Teile von 95–154 d,
zu verwenden. Teile außerhalb
dieses Intervalls können
für andere
Zwecke automatisch aussortiert werden, oder sie können vorab
entfernt werden.
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Auf
der Grundlage den 5 und 6 entsprechender
Diagramme ist es, wie erwähnt,
möglich,
in einer Einheit 34 die allgemeine Wahrscheinlichkeitsfunktion
für die
Teile zu berechnen, um das Zielgewicht aufzufüllen, wenn ein Teil fehlt,
wobei diese Funktion in 9 dargestellt ist. Entsprechend zeigen
die 10 und 11 die
Funktionen, wenn zwei bzw. drei Teile fehlen.
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Der
erste Teil für
jeden Kasten kann ziemlich unkritisch gewählt werden, weil es zu dieser
Zeit viele Möglichkeiten
zum Auffüllen
auf die gewünschte
Anzahl beim Zielgewicht, beispielsweise auf zehn Teile, gibt.
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Es
könnte
sogar möglich
sein, mit einer geringen Anzahl zufälliger Teile zu beginnen, wobei
der Computer 10 das Gesamtgewicht in jedem der Kästen verfolgt.
Auf irgendeinem Niveau beginnt eine Einheit 36 jedoch,
wenn eine bekannte Anzahl von Teilen fehlt, das tatsächliche
Gewicht in jedem Kasten mit der relevanten Wahrscheinlichkeitsfunktion
zu vergleichen, die von der Einheit 34 bereitgestellt wird (siehe 8–10).
Dies kann so erfolgen, daß für jeden
Kasten berechnet wird, wie eine Zuordnung des neuen Teils für diesen
Kasten die Wahrscheinlichkeit des Kastens beeinflußt, daß er danach
erfolgreich auf das Zielgewicht aufgefüllt werden kann, falls das
Teil in diesen Kasten überführt wird.
In einer Einheit 38 wird entsprechend vorab festgelegter
Kriterien beurteilt, ob das neue Teil dem Kasten zugeordnet werden
sollte, in dem die Restwahrscheinlichkeit für ein erfolgreiches Auffüllen bis
zum Ziel für
alle Kästen auf
ein Maximum ansteigt, oder ob der bevorzugte Kasten derjenige sein
sollte, in dem die einzelne Wahrscheinlichkeit den Vorteil des größten Anstiegs (oder
entsprechenderweise der kleinsten Abnahme) aufweist. Es kann weiterhin
entschieden werden, daß das
neue Teil in keinen der Kästen
angemessen paßt,
wodurch es zurückgewiesen
wird und zur Wiedereingliederung bewegt wird, falls es nicht auf
andere Weise verwendbar ist.
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Die
Signalverarbeitung in diesem Teil des Systems sollte in Echtzeit
erfolgen, während
die Einheiten 28, 30 und 34 nur von Zeit
zu Zeit aktualisiert werden müssen,
weil sich das Grundhistogramm, beispielsweise nach dem Wiegen von
jeweils 50 neuen Teilen, ändern
kann.
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Es
wird verständlich
sein, daß die
erforderlichen Berechnungen auf dem tatsächlichen Histogramm beruhen.
Für die
Operation als solche macht es keinen Unterschied, wenn beispielsweise
der hohe Anteil von Teilen eines durchschnittlichen Gewichts gar
nicht oder nur mit einem sehr kleinen Anteil vorhanden ist. Das
System funktioniert trotzdem mit allen restlichen Teilen perfekt.
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Es
gibt viele Möglichkeiten,
das System entsprechend speziellen Wünschen zu verfeinern, von denen
nur einige hier erwähnt
werden sollen. Es kann dementsprechend geschehen, daß ein gegebener
Kasten ”anhält”, falls
bei ihm das Unglück
auftreten sollte, daß er
zugunsten anderer Kästen
ständig zurückgewiesen
wird. Falls es erwünscht
ist, daß alle Kästen an
einem regelmäßigen Betrieb
teilnehmen, kann jedem angehaltenen Kasten eine künstliche, kleine ”zusätzliche” Wahrscheinlichkeit
hinzugefügt werden
und dieses Hinzufügen
mit der Zeit sogar zu vergrößern, um
den Kasten in Betrieb zu ”drücken”, wobei
er noch eine gute Wahrscheinlichkeit hat, bis auf das Zielgewicht
gefüllt
zu werden.
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Natürlich kann
der Computer 10 leicht das durchschnittliche Gewicht der
abgelieferten Portionen verfolgen, und es kann so angepaßt werden,
daß im
Fall einer negativen Toleranz für
das Zielgewicht gewährleistet
wird, daß das
durchschnittliche Teilmengengewicht zu keinem Zeitpunkt geringer
ist als das Zielgewicht selbst, wobei dies von vielen Industrien
gefordert wird, und die einzelnen Wahrscheinlichkeitsfunktion können so
angepaßt
werden, daß verhindert
wird, daß Aufteilungsergebnisse
zu einer solchen Verringerung führen.
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Das
Verfahren ist vollkommen verwendbar, um zwei oder mehr Aufgaben
mit verschiedenen Zielgewichtsverteilungen und sogar mit abgestuften
Prioritäten
gleichzeitig auszuführen.
Der Computer sollte natürlich
die erforderliche erhöhte
Kapazität
aufweisen.
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Weiterhin
kann das Verfahren für ”gemischte Aufgaben”, wie das
Aufteilen verschiedener Hähnchenteile
in die einzelnen Kästen,
typischerweise zwei Bruststücke,
Unterschenkel, Oberschenkel bzw. Flügel bis zu einem Zielgewicht
von beispielsweise 1100 g, verwendet werden. Natürlich haben die verschiedenen
Typen von Teilen unterschiedliche Gewichts-Wahrscheinlichkeitsfunktionen,
diese können jedoch
zusammen in einem mehrdimensionalen Raum berechnet werden. Eine
Alternative kann eine Reihe aufeinanderfolgender eindimensionaler
Räume mit
voneinander verschiedenen Ablieferungsfolgen sein, wobei der Kasten
1 beispielsweise aufeinanderfolgend Bruststücke, Oberschenkel, Unterschenkel
und Flügel
empfängt
und der Kasten 2 aufeinanderfolgend Oberschenkel, Unterschenkel,
Flügel
und Bruststücke
usw. empfängt,
wobei dies mit verschiedenen aufeinanderfolgenden Kombinationen
erfolgt. Es sollte natürlich
angestrebt werden, für jeden
Kasten die relevanten doppelten Teile mit einer ungefähr gleichmäßigen Größe bzw.
einem ungefähr gleichmäßigen Gewicht
auszuwählen,
es ist jedoch leicht, den Computer dahingehend zu programmieren.
Gewichtstoleranzen eines Paars von Produkten können durch Toleranzen von einem
oder mehreren anderen Paaren ausgeglichen werden.
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Nachdem
die Erfindung mit Bezug auf eine spezielle Ausführungsform beschrieben worden
ist, sei bemerkt, daß die
Ausführungsform
nur als Beispiel dient und daß Modifikationen
und Abänderungen
davon Fachleuten einfallen werden, ohne daß vom in den anliegenden Ansprüchen dargelegten Schutzumfang
der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.
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Es
sei beispielsweise erwähnt,
daß der
Begriff ”Zielgewicht”, so wie
er hier verwendet wird, wenngleich er nominal ein spezifisches Gewicht
ist, auch gut mit Toleranzen definiert werden kann, wie es für den Benutzer
oder für
die bestimmte Aufgabe relevant ist. Weiterhin sei bemerkt, daß der hier
verwendete Begriff ”Artikel” nicht
nur eine einzige Einheit umfaßt,
sondern daß er
auch die Möglichkeit
umfaßt, daß es eine
Gruppe mehrerer Gegenstände
(”Unterartikel”) gibt,
die den ”Artikel” bilden.
Daher ist die Erfindung nicht auf das Aufteilen einzelner Artikel
beschränkt,
sondern sie ist gleichermaßen
verwendbar, wenn die ”Artikel” aus mehreren
Stücken
bestehen.