ES2825719T3 - Procedimiento para calcular una trayectoria optimizada - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para calcular una trayectoria optimizada (T_opt) de al menos un componente (9) y/o un soporte (7) para el componente (9) para transportar el componente (9) a una máquina de producción (1) y/o fuera de la máquina de producción (1), en el que al menos una rutina de optimización (Opt) se asigna a un programa de simulación (S), en el que el programa de simulación simula la introducción y/o la retirada del componente de la máquina de producción, en el que con el programa de simulación (S) basándose en condiciones de contorno (RB) se calcula una primera trayectoria (T1), en la rutina de optimización (Opt) se calcula un parámetro (v), en particular una velocidad (v), a partir de la primera trayectoria (T1), en el que un parámetro modificado (v') se determina por medio de la rutina de optimización (Opt) y al menos una trayectoria adicional (Tw) se genera sobre la base del parámetro modificado (v'), en el que la trayectoria adicional (Tw) se modifica en un bucle, en el que el bucle comprende al menos las siguientes etapas: - en el que en una etapa la trayectoria adicional (Tw) se adapta a las condiciones de contorno (RB) por medio del programa de simulación (S) y se asigna a la rutina de optimización (Opt), - en el que en una etapa el parámetro (v) se determina sobre la base de la trayectoria adicional (Tw), - en el que en una etapa el parámetro modificado (v') se determina sobre la base del parámetro (v), - en el que en una etapa la trayectoria adicional (Tw) se calcula sobre la base del parámetro modificado (v') y la trayectoria adicional (Tw) se asigna al programa de simulación (S), en el que el bucle se ejecuta hasta que el parámetro modificado (v') alcanza un valor predeterminado (v_ex) o un valor extremo (v_ex), en el que la trayectoria optimizada (T_opt) se calcula a partir del valor extremo (v_ex) o el valor predeterminado (v_ex) y se adapta a las condiciones de contorno (RB) con el programa de simulación (S).

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para calcular una trayectoria optimizada
La invención se refiere a un procedimiento para calcular una trayectoria optimizada de un componente. La invención también se refiere a un producto de programa informático para realizar dicho procedimiento. Además, la invención se refiere a un dispositivo de control que realiza dicho procedimiento, así como a una máquina de producción, en particular una prensa, con dicho dispositivo de control.
Las prensas se utilizan ampliamente en la producción industrial para procesar componentes, en particular chapas metálicas, por ejemplo para producir piezas de carrocería en la industria del automóvil. Las máquinas de producción, en particular las prensas, suelen cargarse de forma automática. La máquina de producción se carga con un componente que usa un soporte, en el que el soporte recibe el componente y lo lleva a la máquina de producción. El mismo soporte u otro soporte vuelve a retirar el componente después de que el proceso de producción haya tenido lugar en la máquina de producción.
En el caso de las prensas en particular, con la introducción automatizada del componente por medio de un soporte surge el problema de que el componente solo puede introducirse en la prensa en un área estrecha. Se requiere una trayectoria adecuada para evitar que el componente choque con la prensa, en particular las herramientas de prensa. Dicha trayectoria debe crearse manualmente con regularidad antes de que la prensa se cargue con el componente. Para ello, los parámetros geométricos de la prensa y, si es necesario, otros parámetros se utilizan como condiciones de contorno para calcular una trayectoria mediante un programa de simulación. Con el fin de mejorar una trayectoria simulada, personal cualificado modificó la trayectoria. Sin embargo, mejorar la trayectoria es laborioso y requiere de personal experimentado y cualificado.
A partir de la solicitud PCT abierta a inspección pública WO 2014/063262 A1 se conoce el cálculo de una trayectoria de pieza de trabajo para una prensa de estaciones múltiples con ayuda de una trayectoria de pieza de trabajo procedente de una pregunta y una simulación.
La solicitud abierta a inspección pública DE 10 2005 024822 A1 describe un procedimiento para optimizar el movimiento de transporte de piezas de trabajo en prensas transfer, en el que se pueden extraer conclusiones sobre movimientos libres, números de carreras y datos de programa para el control de máquina específico de la herramienta mediante la manipulación de una curva de movimiento en una imagen digital de la prensa transfer.
Por lo tanto, el objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento para la optimización automatizada del cálculo de una trayectoria.
El objetivo se logra por medio de un procedimiento para calcular una trayectoria optimizada de al menos un componente y/o un soporte para el componente para transportar el componente dentro y/o fuera de la máquina de producción, en el que al menos una rutina de optimización se asigna a un programa de simulación, en el que el programa de simulación simula la introducción y/o la retirada del componente de la máquina de producción, en el que con el programa de simulación basándose en condiciones de contorno se calcula una primera trayectoria, en la rutina de optimización se calcula un parámetro, en particular una velocidad, a partir de la primera trayectoria, en el que un parámetro modificado se determina por medio de la rutina de optimización y una trayectoria adicional se genera sobre la base del parámetro modificado, en el que la trayectoria adicional se modifica en un bucle, en el que el bucle comprende al menos lo siguiente:
- en el que en una primera etapa la trayectoria adicional se adapta a las condiciones de contorno por medio del programa de simulación y se asigna a la rutina de optimización, en el que en una segunda etapa el parámetro se determina sobre la base de la trayectoria adicional,
- en el que en una tercera etapa el parámetro modificado se determina sobre la base del parámetro,
- en el que en una cuarta etapa la trayectoria adicional se calcula sobre la base del parámetro modificado y la trayectoria adicional se asigna al programa de simulación,
El bucle se ejecuta hasta que el parámetro modificado alcanza un valor predeterminado o un valor extremo, en el que la trayectoria óptima se calcula a partir del valor extremo o el valor predeterminado y se adapta a las condiciones de contorno con el programa de simulación.
El objetivo se consigue además con un producto de programa informático de acuerdo con la reivindicación 9.
El objetivo se consigue además mediante un dispositivo de control de acuerdo con la reivindicación 11.
El objetivo se logra además mediante una máquina de producción, en particular una prensa, preferentemente una servoprensa, de acuerdo con la reivindicación 12, en la que la máquina de producción tiene un controlador de acuerdo con la reivindicación 11.
Se entiende por máquina de producción una prensa, en particular una servoprensa, un dispositivo de engarce, una máquina de procesamiento y/o una máquina de embalaje. La invención también se puede aplicar a una máquina herramienta. Ventajosamente, se asigna un dispositivo de transporte a dicha máquina de producción.
Se entiende por componente, en particular, una chapa, una pieza, un producto semiacabado, una pieza de plástico o un producto aún no terminado que se alimenta a una máquina de producción para modificar sus propiedades. Un componente puede ser, en particular, una parte de la carrocería que preferentemente todavía está por formar, por ejemplo, de un automóvil. Después de cambiar las propiedades, preferentemente la forma del componente, el componente se retira de nuevo de la máquina de producción. El dispositivo de transporte está previsto para cargar y/o retirar el componente.
Se entiende por trayectoria un recorrido espacial de un soporte y/o un componente, en particular dentro o fuera de la máquina de producción. La trayectoria también describe la orientación espacial del componente y/o la orientación espacial del soporte. También es posible transportar varios componentes por medio de un soporte y traerlos de este modo a la máquina de producción o retirarlos nuevamente de la máquina de producción.
Una trayectoria es una curva espacial, en la que los puntos individuales de la curva espacial están vinculados con otras variables, en la que la curva espacial se puede archivar y guardar ventajosamente en un archivo, en la que los puntos espaciales muestran las ubicaciones del soporte y/o el componente, la orientación del soporte y/o el componente. Las otras variables son, por ejemplo, los momentos y/o las velocidades que se asignan a los puntos individuales de la curva espacial.
Ventajosamente, una trayectoria puede representarse y/o almacenarse por medio de puntos discretos a los que se pueden asignar las otras variables, o por medio de coeficientes de una función, en particular coeficientes de desarrollo de una representación en serie de una función. Los coeficientes de desarrollo son coeficientes que resultan de una representación en serie definida anteriormente de la trayectoria, por ejemplo, una serie de Taylor, una serie de Laurent o una serie de Fourier de la trayectoria. A continuación, el término "trayectoria" denota una primera trayectoria, una trayectoria adicional o una trayectoria optimizada.
Se entiende por primera trayectoria aquella que fue creada sin simulación o en una primera simulación con el programa de simulación. La primera trayectoria se adapta a las condiciones de contorno, en particular, por medio de un programa informático adecuado para ello, como un programa CAD. Ventajosamente, una primera trayectoria se genera manualmente, por ejemplo, y/o se adapta a las condiciones de contorno por medio de un programa de simulación. La primera trayectoria se crea, por ejemplo, de tal manera que un componente no solo golpea los bordes de la máquina de producción, posiblemente con un ligero cambio de orientación se introduce en una máquina de producción, y/o se introduce en o se retira de la máquina de producción a baja velocidad.
Una trayectoria adicional es una trayectoria que se ha modificado con ayuda de una rutina de optimización y/o con ayuda de un programa de simulación. Un parámetro modificado se puede asignar a una trayectoria adicional. Una trayectoria adicional surge de una primera trayectoria o una trayectoria adicional a través de una modificación.
Se entiende por trayectoria optimizada una trayectoria que se ha generado a partir de un parámetro extremo, por ejemplo, una velocidad máxima alcanzable o un número máximo de carreras alcanzable, y posiblemente adaptada a las condiciones de contorno. Una trayectoria optimizada generalmente surge de una trayectoria adicional que se ha modificado/optimizado al menos una vez. La adaptación a las condiciones de contorno se lleva a cabo con ayuda del programa de simulación. Una trayectoria optimizada se caracteriza, por ejemplo, por que el componente puede insertarse en la máquina de producción y/o retirarse de la máquina de producción de manera especialmente rápida a lo largo de la trayectoria extrema.
Una trayectoria optimizada también se puede caracterizar por que el tiempo necesario para alimentar el componente a la máquina de producción y/o para retirar el componente de la máquina de producción y/o para transferir el componente a otra ubicación es mínimo.
Una trayectoria optimizada también se puede caracterizar por que el período de tiempo necesario para alimentar el componente a la máquina de producción y/o para retirar el componente de la máquina de producción y/o para transferir el componente a otra ubicación corresponde exactamente al período de tiempo que la máquina de producción requiere un ciclo a una velocidad máxima de funcionamiento.
La forma de una trayectoria optimizada puede depender de la velocidad a la que el componente y/o el soporte atraviesan la trayectoria. El componente está, en este caso, unido al soporte. La forma de la trayectoria y/o la orientación ventajosa del componente y/o el soporte pueden cambiar porque las cargas sobre el componente y/o el soporte debido a su aceleración afectan a la forma y/o la posición del componente y/o el soporte por el efecto de una fuerza.
Las condiciones de contorno se basan en las dimensiones y variables de la máquina de producción, el componente y/o el soporte, así como las distancias de seguridad que se deben mantener desde el componente hasta la superficie de la máquina de producción. Las condiciones de contorno se pueden formular como áreas en el espacio en las que el componente no debe penetrar. Las condiciones de contorno también pueden ser áreas en las que se pueden modificar la primera trayectoria, las trayectorias posteriores y la trayectoria optimizada. De acuerdo con el ejemplo aquí descrito, por ejemplo, las condiciones de contorno se formulan como parámetros máximo y mínimo, entre los cuales pueden variar los parámetros (modificados). En este caso, puede haber dependencias de los valores máximo y mínimo de los parámetros (modificados) con valores de parámetros (modificados) adicionales. Las trayectorias discurren entonces ventajosamente en áreas que están definidas por los valores mínimo y/o máximo de los parámetros (modificados).
Si las herramientas de la máquina de producción se mueven durante la introducción del componente en la máquina de producción o la retirada del componente de la máquina de producción, las condiciones de contorno dependen del tiempo.
Si, por ejemplo, una herramienta de prensado de una prensa realiza un movimiento periódico y éste no se detiene mientras el componente se introduce en la prensa y/o el componente se retira de la prensa, la condición de contorno depende periódicamente del tiempo.
Las condiciones de contorno también pueden incluir velocidades de rotación máximas de motores, números máximos de carrera de la prensa, aceleraciones máximas del componente y/o del soporte, tiempos de producción mínimos y deformaciones dependientes del movimiento del soporte y/o del componente.
Se entiende por parámetro una variable que se puede optimizar, o un conjunto de variables que se pueden optimizar, que es/son una propiedad de una trayectoria descrita anteriormente. Un parámetro puede ser una velocidad a la que un soporte y/o un componente recorre la trayectoria, un tiempo de producción y/o un número de carreras en una prensa.
El parámetro o los componentes del parámetro y el parámetro modificado o los componentes del parámetro modificado se pueden disponer ventajosamente. El número de componentes del parámetro o el parámetro modificado se basa ventajosamente en la trayectoria y puede fluctuar de una trayectoria a otra.
Se entiende por parámetro modificado un parámetro que surge de una trayectoria adicional y/o que ha sido modificado, en particular por la rutina de optimización. Sobre la base de un parámetro adicional, se crea una trayectoria adicional sobre la base de un procedimiento adecuado.
El parámetro modificado puede ser un número o una tupla numérica resultante de la primera trayectoria y/o una trayectoria adicional y obtenida mediante una regla de cálculo de la rutina de optimización.
Una regla de cálculo es, por ejemplo, un algoritmo genético, un algoritmo genérico, un método de cálculo que se basa en una red neuronal o un método de cálculo que se basa en una secuencia predeterminada de números.
El parámetro modificado se determina ventajosamente por medio de la rutina de optimización de acuerdo con una regla de cálculo establecida anteriormente.
Se entiende por valor extremo un parámetro que representa un máximo, un mínimo o un óptimo en comparación con una serie de parámetros modificados. Por ejemplo, un valor extremo es una velocidad máxima o un número máximo de carreras o un período de tiempo mínimo alcanzable.
Por consiguiente, un valor predeterminado es una velocidad máxima predeterminada de un soporte o un número máximo de carreras que puede realizar la máquina de producción, preferentemente la prensa.
Una rutina de optimización es una regla de cálculo que calcula una trayectoria adicional o una trayectoria optimizada a partir de una trayectoria entrante, por ejemplo, una trayectoria adicional. La trayectoria adicional creada por medio de la rutina de optimización se alimenta al programa de simulación. Una rutina de optimización también se puede escribir como un script, por ejemplo, un script de shell. Por tanto, no es necesario modificar un programa de simulación existente. Una rutina de optimización también puede estar presente como un programa independiente, como un script, como un complemento y/o preferentemente como una subrutina del programa de simulación.
En un modo de realización ventajoso, la rutina de optimización carga la primera trayectoria o la trayectoria adicional desde una memoria. Un parámetro se determina a partir de una primera trayectoria. Un parámetro modificado se determina a partir de la trayectoria adicional. El parámetro o el parámetro modificado se modifica por medio de una regla de cálculo. La regla de cálculo tiene, ventajosamente, como variables de entrada las trayectorias, posiblemente ya creadas en ejecuciones anteriores, y/o los parámetros (modificados) que ya han sido calculados. Un parámetro (nuevo) modificado y/o una trayectoria adicional se calculan con estas variables de entrada mediante la regla de cálculo. Al calcular un parámetro modificado, la trayectoria adicional se puede generar a partir del parámetro modificado. A continuación, la trayectoria adicional se guarda y/o se envía al programa de simulación.
La rutina de optimización se utiliza ventajosamente para generar varias trayectorias adicionales, con lo que una de las trayectorias adicionales se selecciona para su transmisión al programa de simulación o el programa de simulación realiza una simulación para varias trayectorias adicionales y después transfiere la trayectoria adicional de regreso a la rutina de optimización, que, basándose en la simulación, ha demostrado ser la más adecuada. También se puede seleccionar una trayectoria adicional, que se transmite al programa de simulación, entre una pluralidad de trayectorias. Además, la mayoría de las trayectorias también se pueden adaptar a las condiciones de contorno con ayuda del programa de simulación y se puede hacer una selección en el curso adicional. Un procedimiento diseñado de esta manera se aplica, por ejemplo, en un algoritmo genético. Aquella de las trayectorias adicionales a la que se asigna el parámetro extremo es la más adecuada. Ventajosamente, solo una selección de las trayectorias modificadas calculadas, preferentemente la trayectoria o trayectorias modificadas con el mejor parámetro o mejores parámetros modificados, se transmiten al programa de simulación.
El programa de simulación simula la introducción y/o la retirada del componente en la máquina de producción. En este caso, las condiciones de contorno se utilizan para comprobar si la primera trayectoria o la trayectoria adicional creada por la rutina de optimización satisface las condiciones de contorno. Si la trayectoria adicional no satisface las condiciones de contorno, la trayectoria se modifica ligeramente y/o se transfiere a la rutina de optimización con un atributo correspondiente. Si la trayectoria adicional satisface las condiciones de contorno, se transfiere a la rutina de optimización para una modificación/optimización adicional. Si la trayectoria optimizada satisface las condiciones de contorno, se almacena con un atributo y/o se transmite al dispositivo de control en forma de coeficientes y/o valores de función.
Un programa de simulación también puede calcular la trayectoria de un componente sobre la base de las condiciones de contorno, de modo que el componente pueda introducirse en la máquina a una velocidad especificada. El programa de simulación puede formar parte de una rutina de optimización. La forma y las dimensiones del al menos un componente, la forma y las dimensiones de la máquina de producción, en particular las herramientas de prensado, sirven en este caso como condiciones de contorno. Las condiciones de contorno aseguran una carga sin colisiones de la máquina de producción con al menos un componente
Se utiliza un dispositivo de control de una máquina de producción para convertir la trayectoria optimizada en un movimiento del soporte para cargar la máquina de producción asignada. El dispositivo de control se conecta ventajosamente a una unidad de cálculo a través de una conexión técnica de datos, por ejemplo una conexión USB o una conexión de red, a una unidad de cálculo en la que están instalados el programa de simulación y, en su caso, la rutina de optimización.
Dicho procedimiento de cálculo es ventajoso debido al cálculo mejorado de una trayectoria optimizada. En particular, si se comparan entre sí varias trayectorias modificadas, según la invención se puede encontrar una trayectoria extrema que incluso un experto en la materia no habría podido encontrar manualmente.
También es ventajoso que también se puedan encontrar trayectorias extremas dependientes del tiempo utilizando el procedimiento aquí descrito.
Además, el tiempo necesario para optimizar una trayectoria es considerablemente menor.
En un modo de realización ventajoso, la primera trayectoria, la trayectoria adicional y la trayectoria optimizada tienen un tiempo como componente o dependen del tiempo.
En este documento, la primera trayectoria, la trayectoria adicional y la trayectoria optimizada se denominan trayectoria si se entiende una trayectoria cuyas propiedades son compartidas por todas las trayectorias enumeradas aquí.
Una trayectoria puede depender directamente del tiempo. Entonces, el curso del componente depende directamente del tiempo. Este es el caso, por ejemplo, si un componente atraviesa una trayectoria en una ejecución en un tiempo diferente al de un componente que atraviesa a lo largo de una trayectoria que sigue en el tiempo. Asimismo, dentro de un tramo de la trayectoria, el tiempo que el soporte y/o el componente requieren para este tramo de la trayectoria puede ser diferente del tiempo que el soporte y/o el componente requieren para un tramo igualmente largo pero diferente de la trayectoria. Puede ser necesario reducir la velocidad de paso de la trayectoria en una región en la que la trayectoria está fuertemente curvada. El tiempo puede ser un tiempo absoluto, un intervalo de tiempo que se repite periódicamente o un tiempo propio del soporte.
Sin embargo, la trayectoria también puede depender de parámetros que, a su vez, dependen del tiempo.
La representación formal de la dependencia temporal de la trayectoria depende ventajosamente del modo de realización de la rutina de optimización y/o del programa de simulación.
En otro modo de realización ventajoso, el tamaño y la forma del componente, el tamaño y la forma de la máquina de producción, el tamaño y la forma del soporte y/o una deformación del componente y/o del soporte se consideran condiciones de contorno.
Las condiciones de contorno sirven al programa de simulación para evitar una colisión del soporte y/o el componente con la máquina de producción, en particular una de las herramientas de prensado de una prensa. Si la máquina de producción tiene piezas móviles que pueden colisionar con el soporte y/o el componente, las condiciones de contorno dependen ventajosamente del tiempo. Las condiciones de contorno también pueden entenderse como restricciones sobre los movimientos del soporte y/o el componente y/o sobre la forma de la trayectoria. El espacio de posibles trayectorias aumenta por la dependencia temporal de las condiciones de contorno.
En otro modo de realización ventajoso, la primera trayectoria, la trayectoria adicional y la trayectoria optimizada son una función de la ubicación del componente y/o del soporte, de la orientación del componente y/o del soporte y/o del tiempo.
Por orientación del soporte y/o del componente se entiende el ángulo (espacial) que el componente y/o el soporte asumen con respecto a la vertical. La ubicación es el punto en el que un punto específico del soporte y/o del componente se encuentran en el espacio. El conjunto de puntos espaciales, a través de los cuales pasa la parte especificada del soporte o del componente, se puede definir como una trayectoria. Además de la ubicación, el tiempo y la orientación, en la descripción de la trayectoria se pueden incluir otras dependencias como la velocidad de producción o la aceleración del componente y/o del soporte.
La trayectoria puede estar dada por una variedad en puntos en un espacio o por coeficientes de una función fija (una curva espacial). Una descripción especialmente precisa y flexible de la trayectoria es posible ventajosamente al representar puntos. Por el contrario, cuando la trayectoria está representada por coeficientes, es posible una representación particularmente compacta de la trayectoria.
Las trayectorias están disponibles de forma particularmente ventajosa en ambas representaciones. Una gran cantidad de dispositivos de control pueden registrar las trayectorias y procesarlas adicionalmente, es decir, utilizarlas para controlar la carga de la máquina de producción.
En otro modo de realización ventajoso, la trayectoria optimizada se transmite a un dispositivo de control como valores de función y/o como coeficientes.
El dispositivo de control sirve para controlar las máquinas eléctricas, con lo que la máquina de producción se carga o se vacía de nuevo con ayuda de las máquinas eléctricas. Un dispositivo de control puede ser, por ejemplo, un controlador de motor para controlar varios motores que están coordinados entre sí, por ejemplo, un SIMATIC o un SINUMEKIK de la compañía Siemens AG.
En otro modo de realización ventajoso, el parámetro y el parámetro modificado son al menos una velocidad, en el que el valor extremo es una velocidad máxima.
El parámetro o el parámetro modificado se calcula en la rutina de optimización a partir de una primera trayectoria y/o una trayectoria adicional. Para ello, primero se deriva un parámetro o un parámetro modificado a partir de la trayectoria asignada a la rutina de optimización. Posteriormente se modifica el parámetro. La trayectoria adicional se determina o se calcula a partir del parámetro modificado. El parámetro o el parámetro modificado es una medida del grado de optimización de la trayectoria (adicional). El parámetro se aproxima ventajosamente a un parámetro extremo o un parámetro predeterminado. Cuando el parámetro extremo o el parámetro predeterminado es alcanzado por el parámetro adicional, la trayectoria que ha surgido del parámetro extremo o predeterminado se optimiza.
Un parámetro (modificado) puede ser una velocidad, un número de carreras o una distancia mínima entre el componente y/o el soporte y la máquina de producción. Un parámetro extremo puede ser una velocidad máxima, de modo que el soporte y/o el componente recorran la trayectoria en el menor tiempo posible. El parámetro o el parámetro modificado también puede representar un número de carreras, en particular una pulsación, o un número de pasadas.
En un modo de realización de un producto de programa informático especialmente fácil de usar, el procedimiento descrito anteriormente se inicia automáticamente después de seleccionar al menos una opción, en particular haciendo clic en un botón.
El producto de programa informático sirve ventajosamente para llevar a cabo el procedimiento mencionado anteriormente, en el que el programa de simulación a menudo ya existe al menos como parte del producto de programa informático. La rutina de optimización puede integrarse ventajosamente en el programa de simulación. El procedimiento mencionado anteriormente se puede seleccionar ventajosamente como un elemento de menú en la interfaz de usuario (interfaz hombre-máquina) del programa de simulación. Si se incluye dicha integración de la rutina de optimización, el inicio se puede generar por medio de un pulsador (botón). Por ejemplo, cuando se hace clic en dicho botón, el procedimiento se inicia y continúa hasta que la trayectoria se ha convertido en una trayectoria optimizada. La trayectoria optimizada se transmite después a la unidad de control en las formas mencionadas anteriormente.
A continuación la invención se explica y describe más en detalle mediante las figuras basándose en los ejemplos de realización mostrados en las figuras. Muestran:
La figura 1 una prensa y un componente,
La figura 2 un soporte con un componente,
La figura 3 una máquina de producción y una trayectoria
La figura 4 un soporte con un componente,
La figura 5 un esquema para calcular una trayectoria optimizada y
La figura 6 un esquema para calcular una trayectoria adicional.
La figura 1 muestra una prensa 1 (u otra máquina de producción 1) y un componente 9. El componente 9 se encuentra entre la herramienta inferior 5 y la herramienta superior 3. El componente 9 se introduce en la prensa 1 con el soporte 7 en una trayectoria optimizada T_opt, es decir, entre la herramienta inferior 5 y la herramienta superior 3. En la prensa 1, el componente 9 se procesa con ayuda de la herramienta inferior 5 y con ayuda de la herramienta superior 3. Después de que el componente 9 ha sido procesado por la prensa 1, el componente 9 es recogido por el soporte 7 y transportado fuera de la prensa 1 o de la máquina de producción 1. Al introducir y retirar el componente 9, se debe garantizar de que el componente 9 no choque con la prensa 1 de manera incontrolada. Para evitar una colisión del componente 9 y/o del soporte 7 con la prensa 1, el soporte 7 se mueve con el componente 9 en una trayectoria T_opt previamente establecida y/u optimizada.
La figura 2 muestra un soporte 7 con un componente 9. El componente 9 está conectado de forma desmontable al soporte 9. El soporte 7 junto con el componente 9 se desplaza en la trayectoria optimizada T_opt. El componente 9 y el soporte 7 tienen la orientación espacial Phi. La orientación espacial Phi del componente 9 y/o del soporte 7 puede cambiar durante el recorrido a lo largo de la trayectoria T_opt. Ventajosamente, el componente 9 está conectado de forma desmontable al soporte 7. La orientación Phi del componente 9 también se puede cambiar por medio del soporte 7 en comparación con la orientación del soporte 7.
La figura 3 muestra una máquina de producción 1 y una trayectoria T_opt. En el momento t1, los componentes 9 son recogidos por el soporte 7 y transportados a la máquina de producción 1 a lo largo de la trayectoria T_opt. En este caso el componente 9 y el soporte 7 se desplazan a lo largo de la trayectoria T_opt. En el momento t2, el componente 9 se orienta en su orientación Phi_2 con ayuda del soporte. En el momento t2, el componente 9 y el soporte 7 tienen una velocidad v. Ventajosamente, la velocidad es una función del tiempo t y/o de la posición o de la orientación Phi del componente. El componente 9 se inserta desde el soporte 7 en la máquina de producción 1, en particular en la herramienta inferior 5 de la máquina de producción 1. En la máquina de producción 1, el componente 9 se procesa con la herramienta superior 3. Por tanto, la herramienta superior 3 sirve aquí como un taladro 3 o parte de una fresadora 3. Después del procesamiento en la máquina de producción 1, el soporte 7 recoge el componente 9 nuevamente en el momento t3 y lo retira de la máquina de producción 1 a lo largo de una trayectoria optimizada T_opt. En el momento t4, el componente 9 se dirige a una nueva estación. En cada momento t1, t2, t3, t4 el componente tiene una velocidad v. En el momento t2, el componente 9 y el soporte 7 tienen una orientación Phi_2. En el momento t4, el componente 9 y el soporte 7 tienen una orientación Phi_4. La velocidad v representa, en este caso, un parámetro v, v' que influye significativamente en la velocidad de producción. La orientación de la pieza de trabajo 9 y/o el soporte 7 en cualquier momento está predeterminada por la orientación Phi.
La figura 4 muestra un soporte 7 y un componente 9. El componente 9 es sostenido por el soporte 7 en un cierto punto en el espacio T_opt (t2) en el momento t2 y se desplaza a lo largo de la trayectoria optimizada T_opt a través del área restringida por las condiciones de contorno RB que está indicada por el sombreado. La trayectoria T, T_opt puede discurrir entre las líneas discontinuas. La figura muestra el soporte 7 y el componente 9 en el momento t2 con una orientación Phi_2 y en otro momento t4 con una orientación diferente Phi_4. En este dibujo, el componente 9 está conectado firme y rígidamente al soporte 7. También es posible que la orientación Phi del componente 9 esté determinada al menos parcialmente por el soporte 7, es decir, que el soporte 7 tenga una orientación Phi_2, Phi_4 en un momento t2, t4 y el componente 9 asuma una orientación Phi diferente en el espacio, con lo que la orientación Phi del soporte 7 y que, en el caso de un soporte rígido 7 del componente 9 por el soporte 7, difiere de la orientación Phi presentada conjuntamente en los momentos t1 y t2.
La figura 5 muestra un esquema para calcular una trayectoria optimizada T_opt. Se muestra una unidad de cálculo 13, por ejemplo, un ordenador personal 13 en el que está instalado y en ejecución el programa de simulación S. El cálculo de la trayectoria optimizada T_opt se realiza con ayuda del programa de simulación S y/o la rutina de optimización Opt. La rutina de optimización Opt también está instalada en la unidad de cálculo 13. Aunque la rutina de optimización Opt puede ser parte del programa de simulación S, la rutina de optimización Opt se muestra por separado del programa de simulación S. El procedimiento comienza con la especificación de una primera trayectoria T1, por ejemplo manualmente por un usuario. La primera trayectoria T1 también se puede haber creado con el programa de simulación S basándose en las especificaciones del usuario. También se especifican las condiciones de contorno RB, con lo que las condiciones de contorno RB pueden determinarse también ventajosamente a partir de dibujos CAD de la máquina de producción 1, del al menos un componente 9 y, opcionalmente, otras variables mediante el programa de simulación S. Durante una primera ejecución del procedimiento, se determina un parámetro v, aquí ventajosamente mediante el programa de simulación S. También es posible determinar el parámetro v con ayuda de la rutina de optimización Opt. Después de que se haya calculado la (primera) trayectoria T1, la (primera) trayectoria T1 y, opcionalmente, el parámetro v o el parámetro adicional vi se transmiten a la rutina de optimización Opt. En la rutina de optimización Opt, se proporciona una representación de la trayectoria T (a1, a2,...) de manera ventajosa, por ejemplo una representación en serie. Los coeficientes ai, i = 1,..., N de la representación en serie de la trayectoria T (a1, a2,...) se modifican en una etapa adicional según un esquema determinista o probabilista. Por ejemplo, los coeficientes individuales a1 aumentan ai+Aai o disminuyen ai-Aai. Se crea una trayectoria modificada T(a1±Aa1, a2+Aa2,...) a partir de los coeficientes ai±Aai modificados de esta manera. La trayectoria T modificada (a1+Aa1, a2±Aa2,...) se normaliza ventajosamente de nuevo a la primera trayectoria T(a1, a2,...).
La trayectoria modificada Tw = T(a1±Aa1, a2±Aa2,...) se transfiere después al programa de simulación S. El programa de simulación orienta la trayectoria Tw modificada/adicional de tal manera que se cumplan las condiciones de contorno RB. El programa de simulación S puede comparar ventajosamente la trayectoria adicional Tw, sobre la base de sus nuevas propiedades, con la trayectoria T anterior. El parámetro vi, vi+1, v, v', por ejemplo, se utiliza como referencia. Si el parámetro vi, vi+1, v, v' es, por ejemplo, la velocidad vi, vi+1, v, v' a la que el componente 9 se introduce en la máquina de producción 1 y/o se retira de nuevo, entonces la modificación de la trayectoria T, Tw se considerará una etapa en la dirección correcta hacia la forma de la trayectoria optimizada T_opt.
El bucle descrito anteriormente se ejecuta hasta que los cambios Aai del parámetro modificado vi, vi+1 después de pasar por los bucles caen por debajo de un valor predeterminado o tan pronto como el parámetro modificado cae por debajo de un intervalo predeterminado. La trayectoria T y la trayectoria adicional se pueden transferir entre el programa de simulación S y la rutina de optimización Opt en forma de parámetros v, v+1, como trayectorias T, Tw y/o en forma de coeficientes a1, a2,...
La trayectoria optimizada T_opt obtenida en el último recorrido del bucle se transmite al dispositivo de control 11 en forma de coeficientes a1,a2,... cuando se alcanza el parámetro extremo v_ex. El dispositivo de control 11 controla la carga de la máquina de producción 1 con componentes, en particular mediante el controlador 11 de la trayectoria optimizada recorrida T_opt del soporte 7 para el componente 9.
La figura 6 muestra un esquema para calcular una trayectoria adicional Tw. En particular, se describe aquí un esquema del primer recorrido del bucle para calcular la trayectoria optimizada T1. Partiendo de una primera trayectoria T1, se asegura con ayuda del programa de simulación S si la primera trayectoria T1 cumple las condiciones de contorno RB. Si las condiciones de contorno RB no se cumplen con la primera trayectoria T1, la primera trayectoria T1 se adapta con ayuda del programa de simulación S. La primera trayectoria T1 se transmite después a la rutina de optimización Opt. Con ayuda de la rutina de optimización, se determina un parámetro v a partir de la primera trayectoria T1 (y/o una trayectoria adicional Tw). El parámetro v se modifica a un parámetro modificado v' con ayuda de la rutina de optimización Opt. Se genera una trayectoria adicional Tw con ayuda del parámetro modificado v'. La trayectoria adicional Tw se transfiere al programa de simulación S. Con ayuda del programa de simulación S, la trayectoria adicional se adapta a las condiciones de contorno RB. Una vez que ha tenido lugar la adaptación de la trayectoria adicional Tw, ésta se transfiere de nuevo a la rutina de optimización, con lo que la rutina de optimización Opt genera un parámetro v en la trayectoria adicional Tw. El parámetro v se convierte en un parámetro v' modificado con ayuda de la rutina de optimización Opt. Se crea una trayectoria adicional Tw con ayuda de al menos el parámetro modificado v'.
Al crear la trayectoria adicional Tw y/o el parámetro modificado v', los parámetros v, v' (modificados) y/o las trayectorias T1, Tw ya generadas y posiblemente almacenadas (adicionales) también se pueden tener en cuenta.
Tan pronto como el parámetro modificado v' haya alcanzado un valor específico v_ex o valores específicos v_ex, la trayectoria adicional Tw puede convertirse en la trayectoria optimizada T_opt. Opcionalmente, esto se verifica de nuevo con las condiciones de contorno RB. La trayectoria optimizada se pone entonces a disposición del dispositivo de control 11 de la máquina de producción 1.
El procedimiento presentado puede utilizarse ventajosamente en particular para realizar lo que se conoce como simulación de línea de prensado.
Se muestra un escenario de simulación por medio del programa de simulación. Ejemplos de un escenario de simulación son la configuración de una prensa 1 o una máquina de producción 1 o un análisis de colisión. La modificación de los parámetros v, v' se realiza ventajosamente teniendo en cuenta una curva de transferencia (trayectoria T, trayectoria adicional Tw o trayectoria optimizada T_opt).
Los resultados de un procedimiento presentado aquí son, por ejemplo, un informe de colisión, una lista de piezas de los componentes 9 a transportar con el soporte 7, una lista de los valores de programación y/o un vídeo de simulación o una secuencia de imágenes.
El procedimiento para calcular una trayectoria optimizada se lleva a cabo ventajosamente en dos etapas:
- Por un lado, una modificación de variables como la trayectoria T, Tw, T_opt hasta que el componente 9 y/o el soporte ya no colisionen con otro elemento, en particular la máquina de producción 1 y/o la prensa 1.
- Por otro lado, en una optimización de la velocidad v, v', v_ex del componente 9 a lo largo de dicha trayectoria T, Tw, en particular una trayectoria optimizada T_opt y/o una optimización del número de carreras v, v', v_ex de una prensa 1 o de la máquina de producción 1.
Se utiliza ventajosamente un denominado solucionador como base de un procedimiento de optimización. Un solucionador es, preferentemente, un software de código abierto que contiene un algoritmo de optimización general y se puede adaptar al caso respectivo. Dicha adaptación se lleva a cabo de manera ventajosa especificando todo tipo de parámetros, valores que influyen en el solucionador, y añadiendo sus propios códigos de programa a este software solucionador. También se puede añadir en un llamado complemento de software.
Las trayectorias T, T1, Tw, T_opt se denominan a menudo curvas de transferencia o curvas de transporte. Estas se adaptan continuamente durante la simulación con ayuda del programa de simulación S, si es necesario con la ayuda de una rutina de optimización Opt presentada aquí, hasta que se alcanza un óptimo. Un procedimiento aquí descrito puede tener lugar ventajosamente después de que se haya instalado la planta de producción, que tiene una máquina de producción 1. Cuando la planta de producción está en funcionamiento, la trayectoria optimizada se ajusta solo ligeramente.
Variables ventajosas para los parámetros o para las condiciones de contorno son valores de distancia que deben mantenerse entre el componente 9/soporte 7 y los otros elementos (como la máquina de producción 1). Otros parámetros también se basan ventajosamente en la orientación (valores de rotación) del componente 9, los tiempos de inicio ti, t y/o los tiempos de finalización ti, t del componente 9 y/o el soporte 7 durante el recorrido a lo largo de la trayectoria (optimizada) T, Tw, T_opt.
También hay, ventajosamente, una variación en el número de los denominados puntos de apoyo de la trayectoria (optimizada) T, T_opt, Tw. Los puntos de apoyo son puntos espaciales que definen/abarcan la trayectoria (optimizada) T, T1, Tw, T_opt.
En resumen, la invención se refiere a un procedimiento para calcular una trayectoria optimizada T_opt con ayuda de un programa de simulación S y una rutina de optimización Opt. Durante el procedimiento, la trayectoria T, T1, Tw se proporciona con ayuda de un programa de simulación y se adapta a las condiciones de contorno RB. El procedimiento tiene un bucle, en el que el bucle tiene
- la provisión de una primera trayectoria T1,
- la modificación de la trayectoria (adicional) T1, Tw,
- y la adaptación de la trayectoria (adicional) T1, Tw, T sobre la base de las condiciones de contorno RB
como etapas individuales. La trayectoria optimizada T_opt es una trayectoria T, Tw, que se ha proporcionado sobre la base de un parámetro extremo o predeterminado v', v_ex. La trayectoria optimizada T_opt se proporciona después del cálculo de un dispositivo de control 11 para mover un soporte 7 para un componente 9.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para calcular una trayectoria optimizada (T_opt) de al menos un componente (9) y/o un soporte (7) para el componente (9) para transportar el componente (9) a una máquina de producción (1) y/o fuera de la máquina de producción (1), en el que al menos una rutina de optimización (Opt) se asigna a un programa de simulación (S), en el que el programa de simulación simula la introducción y/o la retirada del componente de la máquina de producción, en el que con el programa de simulación (S) basándose en condiciones de contorno (RB) se calcula una primera trayectoria (T1), en la rutina de optimización (Opt) se calcula un parámetro (v), en particular una velocidad (v), a partir de la primera trayectoria (T1), en el que un parámetro modificado (v') se determina por medio de la rutina de optimización (Opt) y al menos una trayectoria adicional (Tw) se genera sobre la base del parámetro modificado (v'), en el que la trayectoria adicional (Tw) se modifica en un bucle, en el que el bucle comprende al menos las siguientes etapas:
- en el que en una etapa la trayectoria adicional (Tw) se adapta a las condiciones de contorno (RB) por medio del programa de simulación (S) y se asigna a la rutina de optimización (Opt),
- en el que en una etapa el parámetro (v) se determina sobre la base de la trayectoria adicional (Tw),
- en el que en una etapa el parámetro modificado (v') se determina sobre la base del parámetro (v),
- en el que en una etapa la trayectoria adicional (Tw) se calcula sobre la base del parámetro modificado (v') y la trayectoria adicional (Tw) se asigna al programa de simulación (S),
en el que el bucle se ejecuta hasta que el parámetro modificado (v') alcanza un valor predeterminado (v_ex) o un valor extremo (v_ex), en el que la trayectoria optimizada (T_opt) se calcula a partir del valor extremo (v_ex) o el valor predeterminado (v_ex) y se adapta a las condiciones de contorno (RB) con el programa de simulación (S).
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la primera trayectoria (T1), la trayectoria adicional (Tw) y la trayectoria optimizada (T_opt) tienen un tiempo (t) como componente o dependen del tiempo (t).
3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el tamaño y la forma del componente (9), el tamaño y la forma de la máquina de producción (1), el tamaño y la forma del soporte (7) y/o una deformación del componente (9) y/o del soporte (7) se consideran condiciones de contorno (RB).
4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera trayectoria (T1), la trayectoria adicional (Tw) y la trayectoria optimizada (T_opt) son una función de la ubicación (r) del componente (9) y/o del soporte (7), de la orientación (Phi) del componente (9) y/o del soporte (9) y/o del tiempo (t).
5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la trayectoria optimizada (T_opt) se convierte en valores de función (r_i, t_i, Phi_i, f_1) y/o en coeficientes (a_i).
6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la trayectoria optimizada (f_opt) se transmite a un dispositivo de control (11) como valores de función (r_i, t_i, Phi_i, f_1) y/o como coeficientes (a_i).
7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el parámetro (v) y el parámetro modificado (v') son velocidades (v, v') y en el que el valor extremo (v_ex) es una velocidad máxima (v_ex).
8. Producto de programa informático que se ejecuta en un sistema informático, que tiene un programa de simulación (S), en el que el programa de simulación (S) y una rutina de optimización (Opt) se proporcionan para llevar a cabo un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores cuando el producto de programa informático se carga y se ejecuta en un ordenador, en el que procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7 se inicia automáticamente después de que se elige al menos una opción.
9. Dispositivo de control (11) de una máquina de producción (1) para realizar un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7.
10. Máquina de producción (1) que tiene un dispositivo de control (11) de acuerdo con la reivindicación 9.
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