JP2021068439A - 製品を製造する方法及び製造設備 - Google Patents

Abstract

【課題】製造設備における製品の製造の計画及び変換を改善する。【解決手段】製造設備において製品を製造する方法であって、製品が製造ステーションで製造されるとともに、互いに連続する製造ステーション間で搬送ユニットによって移動する、前記方法において、製造設備が機械ネットワーク体系Ｍによってモデル化され、機械ネットワーク体系Ｍが、製造設備を製造結節部１のネットワークとしてモデル化し、製造されるべき製品が製品統合体系Ｓによってモデル化され、機械ネットワーク体系Ｍの１つの製造結節部１が選択されることで、機械ネットワーク体系Ｍ及び製品統合体系Ｓが、ソフトウェアに基づいて互いに１つの製造順序へ結び付けられ、製造順序の各製造結節部１が少なくとも１つの別の製造結節部１に結合され、並びに製造順序が、製造設備における製品の製造のために設備制御部によって実行される。【選択図】図７

Description

具象的な本発明は、製造設備において製品を製造する方法であって、製品が、製造設備において、いくつかの数の製造ステーションで製造されるとともに、互いに連続する製造ステーション間で搬送ユニットによって移動する、前記方法と、対応する製造設備とに関するものである。

今日、製品は、通常は製造設備において製造される。ここで、製品が完成するまで、多数の製造ステーションを通過する。今日では、各製品が個別に扱われ、製造されることも既に標準となっている。（中間）製品を製造設備によって製造するために、個々の製造ステーションを通る製品の搬送経路を計画する必要がある。利用可能な製造ステーションからの製造ステーションの選択及び個々の製造ステーションを通る製品の搬送経路は、アプリケーション開発者によって計画及びプログラムされる。製造における製造設備の今日のトポロジーは、常にラインであり、すなわち、（中間）製品が連続する製造ステーションによって連続的に実行される。負荷分配を達成するための製造プロセスの並列化が例外であり、典型的には、並行して延びるラインは同一の製造プロセスを実行する。製造ステーション及びこれらの間の搬送経路は、ライン制御部によって制御され、当該ライン制御部は、最終的に所望の製品が生じるように、アプリケーション開発者によって手動でプログラムされる。しかし、当該アプローチは、非常に時間がかかるものであるとともに、わずかにフレキシブルである上、常にプログラマを必要とする。

特に、様々な製造ステーションへ分配された多数の製造ステップを有する複雑な製品の場合には、製造設備のプログラミングは、迅速で非常に手間のかかるものであり、このとき、プログラムされた経過の転換時には、製造設備のある箇所で製品が滞るか、又は製造ステーションが一時的に非生産的となることにつながる、例えば進行が妨げられた状態（いわゆるボトルネック）である、予測できない問題が生じることがある。このような進行が妨げられた状態は、当然不都合である。今日、製造ラインにおける「ボトルネック」の認識は、手間のかかるシミュレーションによって実現される。そして、「ボトルネック」の除去は、アプリケーション開発者によるアプロケーションロジックの手間のかかる変更によって、又はコストのかかる並列な製造ラインの追加によって、又はより効率の良い機械での製造ステーション若しくは搬送システムの交換によって行われる。

このようにプログラムされた製造ラインもフレキシブルではない。なぜなら、当該製造ラインは、プログラミングによって製品に大きく関連するためである。ある製品から他の製品への製造設備の変換は、手間をかけて手動でプログラム変更される必要がある。製造ラインの一部、例えば搬送経路又は製造ステーションが故障すると、製造ライン全体の停止、ひいては大きな製造障害につながってしまうことがある。

それゆえ、具象的な本発明の課題は、製造設備における製品の製造の計画及び変換を改善することにある。

当該課題は、独立請求項の特徴によって解決される。本発明によるアプローチにより、設備制御部をもはや手動でプログラムする必要がない。それ以外に、製造設備の複雑な機械ネットワークを適宜使用することができる。なぜなら、結び付けによって機械ネットワークを完全に活用することができるためである。このことは、個別の各製品に対して行うことができ、それにより、製造のフレキシビリティが向上する。またこれとは別に、結び付けにより、機械ネットワーク、製造における製品の優先順位付け及び／又は機械ネットワークにおける製造結節部の作業負荷分配によって、最適な製品の流れを容易に実現することが可能である。これにより、これまで通常であった製品についての固定された生産ラインが打ち破られ、製品レベルでの製造がフレキシブル化される。

本発明の別の本質的な利点は、製品の製造をシミュレーションすることも可能なことにある。したがって、現実の製品を製造する必要はなく、架空の製品のみを製造することも可能である。製造をシミュレーションするために、機械ネットワーク体系の製造結節部の適切なシミュレーションモデルが用いられる。これにより、所定の製品の製造に関する新たな製造設備（製品統合体系）をより良好に計画することができるか、又は現存する製造設備を最適かすることが可能である。これにより、可能性解析、すなわち、所定の製品が（非常に複雑であり得る）現存の機械ネットワーク体系において製造可能であるかどうかも実行することが可能である。

特に有利な一形態では、機械ネットワーク体系の各製造結節部に製造手間値が割り当てられており、最適性基準、製造順序に関与する製造結節部の製造手間値の後継としての製造手間が算出される。これにより、結び付けの際に、製造に関する品質基準を容易に考慮することが可能である。これによって、所定の品質基準を満たす製品のための製造順序を選択することが可能である。これにより、異なる製造順序も所望の品質基準に応じて生じ得る。このとき、製造手間値が重みを有していれば、フレキシビリティが更に向上され得る。製造手間値は時間の経過においても変化することがあり、同一に維持される品質を確保するために、例えば、製造プロセスステップに必要な時間は、製造ステーションの摩耗、例えば工作機械の切削工具の摩耗により多くなる。

製造順序の製造結節部における製造プロセスステップの実行中又は実行後に、製品についての製造順序が、製品統合体系及び機械ネットワーク体系の新たな結び付けによって新たに算出され、製品の更なる製造が新たな製造順序で実行されれば、特に有利である。このようにして、製品の製造中に、機械ネットワークにおける変更、例えば製造結節部の機能不全（又はメンテナンスによる機能不全）、製造結節部の変化する作業負荷状況などに応答することが可能である。これにより、製造の信頼性を更に向上させることが可能である。

以下に、具象的な本発明を、例示的、概略的、かつ、制限せずに本発明の有利な形態を示す図１〜図１０を参照しつつ詳細に説明する。

機械ネットワーク体系の例を示す図である。 機械ネットワーク体系の例を示す図である。 機械ネットワーク体系の例を示す図である。 機械ネットワーク体系の例を示す図である。 製品統合体系の例を示す図である。 製品統合体系の例を示す図である。 製品統合体系との機械ネットワーク体系の結び付けを示す図である。 製造設備を制御するための製造順序の結び付け及び使用を示す図である。 製品統合体系との機械ネットワーク体系の結び付けの一例を示す図である。 得られた製造順序を示す図である。

具象的な本発明は、中間製品において、製造ステーションでの製造プロセスステップ（取付ストップ、転換など）の順序が行われることで、製造設備において最終製品が製造されることに基づいている。連続した製造ステーションの間での中間製品の搬送は、搬送ユニットによって行われる。以下では、しばしば「製品」のみを用い、「製品」には、生産設備を通過するときの中間製品も、また最終的に製造される最終製品も含む。

製品の生産は、本発明により、製品統合体系Ｓ及び機械ネットワーク体系Ｍでモデル化される。

機械ネットワーク体系Ｍは、製造設備、すなわち製造のために利用可能な製造ハードウェアをモデル化している。ここで、工場は複数の製造設備を含むことができ、したがって、工場全体を複数の機械ネットワーク体系Ｍによって描写することも可能である。機械ネットワーク体系Ｍは製造結節部１のネットワークとしてモデル化されており、製造結節部１は、製造ステーション及び／又は搬送ユニットを表している。製造ステーションでは、製品へ影響が及ぼされ、例えば、製品において少なくとも１つの製造プロセスステップが行われることで当該製品が変更される。搬送ユニットは、製品を製造設備を通して移動させるために、搬送機能を実現する。機械ネットワーク体系Ｍの製造ステーションは、搬送ユニットも含んでいるとともに、製造ステーションが次の製造結節部１への更なる移動を実現するか、又は先行する製造結節部１からの製品の受け取りを実現することで、搬送機能を実現する。搬送ユニットは、製造プロセスステップ、例えば搬送中の製品の冷却のステップも行うことができる。機械ネットワーク体系の製造結節部１のエッジによる結合は、製造設備による製品の可能な流れに相当し、エッジとしての矢印は、可能な移動方向を表している。２つの製造結節部１間のエッジは、これら製造結節部１間で１つの所定の方向又は両方向に製品が移動可能であることを意味している。搬送ユニットは、例えば、コンベヤベルト、ロボット、長固定子リニアモータのようなリニア搬送システム、自律車両（ＡＧＶ’Ｓ（無人搬送車））、平面モータなどであってよく、したがって、特に製品の流れを可能とする搬送システムであってよい。製造結節部１が製品を変更し、製品を合流（集合）させ、又は分けることができれば、これは、プロセス結節部Ｐとも呼ばれる（製造ステーション、搬送ユニットを有する製造ステーション又は製造プロセスステップを伴う搬送ユニット）。製造結節部１が純粋な搬送機能を満たす場合には、搬送結節部Ｔとも呼ばれる。

単純な機械ネットワーク体系Ｍの一例が図１に図示されている。当該例は、ボトル梱包設備におけるボトルの梱包のための機械ネットワークを示している。搬送結節部Ｔ１は、ボトルにラベル付けがなされるプロセス結節部Ｐ１へ充填されたボトルをもたらす。このために、別の搬送結節部Ｔ２からラベルがプロセス結節部Ｐ１へもたらされる。ラベル付けが完了したボトルは、ラベル付けされたボトルが梱包される、プロセス結節部Ｐ２としての梱包機械へ引き渡される。このために、搬送結節部Ｔ３から空のボール箱がプロセス結節部Ｐ２へもたらされる。完了した梱包物は、搬送結節部Ｔ４を介して製造設備から搬出される。

当然、図１による機械ネットワーク体系Ｍについての例は、非常に単純なものである。当然、機械ネットワーク体系Ｍは、製造設備に応じて本質的により複雑であってもよい。特に、同一の製造プロセスステップを行うことが可能な複数のプロセス結節部Ｐを設けることも可能である。また、搬送結節部Ｔ及びプロセス結節部Ｐは必ずしも交互である必要はない。機械ネットワーク体系Ｍにおいて存在する各プロセス結節部Ｐが製品の製造に用いられる必要はない。プロセス結節部Ｐは、様々な製品においても、様々な製造ステップを行うように構成されることも可能である。手作業場をプロセス結節部Ｐとして機械ネットワークへ取り込むことも可能である。この場合、プロセスステップは、場合によってはロボット支援又は機械支援を伴って人によって実行され、製造パラメータを有するインストラクションリストは、システムによって自動的に作成される。いわば、プロセス結節部Ｐも、異なる経路において、又は様々な搬送結節部Ｔを介して到達され得る。機械ネットワーク体系Ｍは、様々な製品を製造するためにも適することが可能である。通常、製造設備の機械ネットワークでは、多数の製品、また様々な製品も同時に製造される。

図２には、ボトル梱包のためのややより複雑な機械ネットワーク体系Ｍが図示されている。この例では、梱包の並行部が設けられており、当該並行部では、２つのプロセス結節部Ｐ２，Ｐ３が梱包機械として設けられている。当該各プロセス結節部Ｐ１，Ｐ２には、割り当てられた搬送結節部Ｔ４，Ｔ５を介して梱包材、例えばボール箱が供給される。搬送結節部Ｔ３は、プロセス結節部Ｐ１からのラベル付けされたボトルの生産の流れの分岐を実現する。完全に梱包されたボトルは、共通の搬送結節部Ｔ６から搬出される。並行するプロセス結節部Ｐ２，Ｐ３に代えて、当該プロセス結節部を、例えば長固定子リニアモータ又は平面モータのような適切な搬送ユニットと共にやはり並行して配置することが可能である。

機械ネットワーク体系Ｍの他の例が、図３において、ここでもボトルの梱包の例で図示されている。プロセス結節部Ｐ１においてラベル付けされたボトルはプロセス結節部Ｐ２へ供給され、当該プロセス結節部Ｐ２においてボトルの検査が行われる。ボトルにラベル付けする場合には、搬送結節部Ｔ４がボトルをプロセス結節部Ｐ３へ供給し、当該プロセス結節部Ｐ３では梱包が行われる。ラベル付けされていないボトルは、搬送結節部を介して、ラベル付けされていないボトルの流れ込みと合流される。これにより、プロセス結節部は、必ずしも物理的に製品において何らかの変更、例えば検査をする必要はなく、例えば製品のデータ画像においてのみ変更を行うことができ、例えば製品についての検査の結果を保存することができる。ここで、図３の製造結節部Ｐ１，Ｐ２，Ｔ３，Ｔ４は、１つの製造結節部（破線の枠部）として理解されることができ、当該製造結節部では、様々なプロセスが進行する。

また、搬送結節部Ｔを複数のプロセス結節部Ｐのために用いること、すなわち、様々なプロセス結節部Ｐ間で製品が同一の搬送ユニットによって移動されることも考えられる。これにより、例えば、長固定子リニアモータ、無端コンベヤ又は平面モータを搬送ユニットとして実現することが可能である。これについての一例が図４に図示されている。

図４における搬送結節部Ｔ２は、例えば、プロセス結節部Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を結合する、長固定子リニアモータの形態の搬送ユニットである。製品は、搬送結節部Ｔ１を介して供給されるとともに、第１のプロセス結節部Ｐ１において処理される。製品は、そこから搬送結節部Ｔ２を介して第２のプロセス結節部Ｐ２へ移動し、その後、第３のプロセス結節部Ｐ３へ移動し、その後、第４のプロセス結節部Ｐ４へ移動する。第４のプロセス結節部Ｐ４は、後続のプロセス結節部Ｐ５への搬送機能も実現している。これに代えて、先行するプロセス結節部Ｐ４からの製品を受けるために、プロセス結節部Ｐ５も、搬送機能を実現することが可能である。製品は、別の搬送結節部Ｔ３、例えばロボットを介してプロセス結節部Ｐ５から搬出されることが可能である。

製造結節部１及びエッジのネットワークとしての機械ネットワーク体系Ｍを用いた製造設備のモデル化により、機械ネットワーク体系Ｍの重ね合わせ（組合せ）も可能となる。例えば、プロセス結節部Ｐの後方（逆向き）に再び機械ネットワーク体系Ｍを隠すことが可能である。これは図３に示唆されており、破線で囲まれた製造結節部１をプロセス結節部４として図示することができ、プロセス結節部４は、ここでも機械ネットワーク体系Ｍである。このようにして、製造設備は、明らかに階層的にモデル化されることも可能である。これにより、特に非常に大きな機械ネットワーク体系Ｍの取扱いが容易となり、当然、重ね合わされた機械ネットワーク体系Ｍは、最終的には唯一の機械ネットワーク体系Ｍでもある。

製品統合体系Ｓは、製品自体、特に製造の結果としての最終製品の階層的な構造を、製造プロセスステップの連鎖において合流される個々の中間製品によって記述する。したがって、製品統合体系Ｓは、どの部分製品を合流させつつどの部分ステップにおいて製品の製造がなされるべきかを記述する。製造設備において、あるいは機械ネットワーク体系Ｍにおいて製造されるべき様々な各製品について１つの製品統合体系Ｓが存在する。当然、同一の製品は、同一の製品統合体系Ｓに依拠する。

製品統合体系Ｓは、製品統合結節部２のツリーとして図示されている。ツリーの製品統合結節部２は、製品（中間製品、最終製品）を表す製品結節部Ｉ又は１つ若しくは複数の製品を製造プロセスステップによって１つの他の製品若しくは複数の他の製品へ転換する操作結節部Ｏであってよい。ツリーにおけるエッジ（結節部間の結合部）は、製品統合結節部２間の関係を表しているとともに、新たな製品を生成するのにどのくらいの同一のタイプの製品が操作結節部Ｏを用いるかを表すために、いくつかの数で補足されることも可能である。

製品統合体系Ｓは、特別の操作結節部Ｏで開始され、かつ、終了されることが可能である。好ましくは、製品統合体系Ｓは、製品をもたらす少なくとも１つの操作源（操作開始部）によって開始される。このような操作結節部Ｏは、入口を有さず、もたらされた製品のための出口のみを有している。好ましくは、製品統合体系Ｓは、製造される最終製品を代表する少なくとも１つの操作シンク（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｓｅｎｋｅ）（操作終了部）で終わっている。このような操作結節部Ｏは、出口を有さず、入口のみを有している。操作源及び操作シンクの使用により、製品統合体系Ｓの重ね合わせが可能である。このとき、例えば、操作源又は操作シンクは、例えばボトルが製造されるか、若しくはラベルが印刷され、打ち抜かれるような、又は製造された梱包物を更に処理するような製品統合体系Ｓを有することが可能である。

製品統合体系Ｓの一例が、図５において、エッジによって結合されたいくつかの数の製品統合結節部２で図示されている。当該例では、ラベル付けされたボトルの６本詰め梱包物のための製品統合体系Ｓが示されている。操作結節部Ｏ１，Ｏ２，Ｏ４は操作源であり、操作結節部Ｏ６は操作シンクである。操作結節部Ｏ３は、製品結節部Ｉ１を介して提供される操作源Ｏ１からのボトルと、製品結節部Ｉ２を介して提供される操作源Ｏ２からのラベルとを受け取る。操作結節部Ｏ３は、製品結節部Ｉ３を介して提供されるラベル付けされたボトルを生成する。操作結節部Ｏ５は、製品結節部Ｉ３からのラベル付けされた６本のボトルと、操作源Ｏ４から提供される製品結節部Ｉ４からの梱包物とから、製品結節部Ｉ５において存在し、操作シンクＯ６を介して存在する梱包物を生成する。

当然、図５による製品統合体系Ｓは、例えば図６に図示されているように、他の態様でも同等に図示されることも可能である。ここでは、操作結節部Ｏ７は、図４の製品統合体系Ｓに基づく操作結節部Ｏ３，Ｏ５を置換するものである。

製品統合体系Ｓは、別の利点を提供する。製品統合体系Ｓが後方へ、すなわち、例えば操作シンクにおいて開始して進行すると、製品の部品リスト、すなわち製品の製造に必要な全ての原製品が得られる。

機械ネットワーク体系Ｍ及び／又は製品統合体系Ｓは、アプリケーション開発者によって作成されることが可能である。機械ネットワーク体系Ｍについて、当然、製造設備の知識が必要であり、対応して、製造結節部１と、ネットワークの形態のエッジとによってモデル化されることが可能である。製品統合体系Ｓは、生成されるべき各製品について、例えばここでもアプリケーション開発者によって作成されることができる。様々な製品についての前もって準備した製品統合体系Ｓをメモリすることもでき、当該製品統合体系を必要に応じて呼び出すことが可能である。したがって、機械ネットワーク体系Ｍ及び製品統合体系Ｓの作成についての手間は、基本的に一回のみ生じる。

本発明に本質的なステップは、自動化された、特にソフトウェアに基づく、機械ネットワーク体系Ｍと製品統合体系Ｓの結び付けにある。この結び付けに際して、図７において図３による機械ネットワーク体系Ｍと図５による製品統合体系Ｓの間の矢印で示唆されているように、製品統合体系Ｓの操作結節部Ｏは、利用可能な製造結節部１、特に機械ネットワーク体系Ｍの搬送結節部Ｔ及びプロセス結節部Ｓに割り当てられている。結び付けの際には、当然、製造結節部１が各操作結節部Ｏに割り当てられ、製造結節部は、各操作結節部Ｏにおいて必要な製品における製造プロセスステップを実行することができる。結び付けの際には、機械ネットワーク体系Ｍにおける、利用可能な搬送ユニット（搬送結節部Ｔ又は搬送ユニットを有するプロセス結節部Ｐ）によって機械ネットワーク体系Ｍを通過する製品の流れを製造設備において可能とする製造結節部１のみを用いることも可能である。本質的には、これは、結び付けにおいて選択される製造結節部１が再びネットワークを形成し、その製造結節部１がエッジによって結合されていることを意味している。結び付けの結果は、製造結節部１及びエッジのネットワークとしての製造順序Ｆであり、当該製造順序Ｆは、機械ネットワーク体系Ｍの部分ネットワークである。製造順序Ｆの各製造結節部１は、少なくとも１つのエッジによって、少なくとも１つの別の製造結節部１に結合されている。これにより、製品を製造設備において製造するために、製造順序Ｆは、機械ネットワーク体系Ｍによってモデル化された製造設備の製造ステーション及び搬送ユニットの順序である。最もありふれたものではあるものの実際には通常でない場合では、製造順序Ｆは機械ネットワーク体系Ｍに相当する。通常、製造順序Ｆは、機械ネットワーク体系Ｍの部分ネットワークである。

製造されるべき各製品について固有の製造順序Ｆを設定することが可能である。これは、製造設備において、例えば様々な製造ステーション又は様々な搬送ユニットによって同一の製品を異なる態様で製造することができることを意味する。当然、同一の製品を同一の製造順序Ｆで製造することも可能である。

機械ネットワーク体系Ｍが（図７におけるように）各操作結節部Ｏについてちょうど１つの搬送結節部Ｔ又はプロセス結節部Ｐを含んでいれば、当該割り当ては当然単純である。通常は、及び本発明が本質的にそれを目標としつつも、機械ネットワーク体系Ｍが複数の搬送結節部Ｔ又はプロセス結節部Ｐを備えており、（図９におけるように）当該搬送結節部又はプロセス結節部は、製品統合体系Ｓにおける製造プロセスステップのために、すなわち操作結節部Ｏのために用いられることが可能である。例えば、製造プロセスステップは、機械ネットワーク体系Ｍの様々な利用可能なプロセス結節部Ｐによって実現されることができるか、又は機械ネットワーク体系Ｍのプロセス結節部Ｐは、様々な利用可能な搬送結節部Ｔを介して達成されることが可能である。この場合、製品統合体系Ｓの各操作結節部Ｏのために、それぞれ製造プロセスステップを実行する機械ネットワーク体系Ｍの製造結節部１（プロセス結節部Ｐ又は搬送結節部Ｔ）を選択する必要がある。このようにして、各製品に対して、製造設備における利用可能な機械ネットワークを通る個別のパスが算出され、当該機械ネットワークは、機械ネットワーク体系Ｍによってモデル化されている。当該パスは、分岐されていてもよく、又は複数の関連する分岐部で構成されることができ、すなわち一般にネットワークとなっている。そして、当該個別のネットワークは、製品を製造するための製造順序Ｆを表し、当該製造順序は、製造設備１２において行われることが可能である。それゆえ、このように作成された製造順序Ｆは、もはやこれまで通常であるようなラインではなく、利用可能な機械ネットワークにおける適宜のネットワークであり得る。

図８によってこれが概略的に説明される。機械ネットワーク体系Ｍ及び製品統合体系Ｓは結び付けユニット１０へ供給され、当該結び付けユニットでは、機械ネットワーク体系Ｍ及び製品統合体系Ｓが上述のように結び付けられる。結び付けユニット１０は、コンピュータハードウェア及び／又はコンピュータソフトウェアである。結果は製造順序Ｆであり、当該製造順序は、製造設備１２における製品の製造を制御するために、製造設備１２の設備制御部１１（コンピュータハードウェア及び／又はコンピュータソフトウェア）において用いられる。

ここで、当然、製造結節部１を各製品のために動作させることができるように、機械ネットワーク体系Ｍの各製造結節部１に必要なデータも、例えば設備制御部１１に、及び／又は直接製造順序Ｆにメモリされていることが指摘される。このようなデータは、制御プログラムであってよいが、（各製品にも依存し得る）プロセスパラメータ又はこれに類するものであってもよい。これにより、製造設備１２を適当に制御（作動）させるために、設備制御部１１は当該データにもアクセス可能である。しかし、製造設備１２の設備制御部の具体的な実現（実装）は重要ではなく、これについての可能性は十分に知られているため、これについてここでは詳細に言及しない。

結び付けのステップでは、まず、製品統合体系Ｓがそもそも機械ネットワーク体系Ｍにおいて実現され得るかどうかを結び付けユニット１０によってチェックすることが可能である。このために、例えば製品統合体系Ｓに基づき、まず、製品（操作シンク）の製造に必要な全ての原製品（操作源）の部品リストを算出（検出）することができる。このような部品リストは、例えば、製品統合体系Ｓが後方（逆向き）へ、すなわち製品（操作シンク）をもって開始されて進行するように算出されることが可能である。しかし、このような部品リストは、当然、製品統合体系Ｓと共に、又は１つの製品統合体系Ｓへあらかじめメモリされることが可能である。そして、製品統合体系Ｓにおける各操作源が機械ネットワーク体系Ｍにおける製造結節部１により提供されるかどうかをチェックすることが可能である。製品統合体系Ｓにおける各操作源が機械ネットワーク体系Ｍにおける製造結節部１により提供されない場合には、製品統合体系Ｓは、機械ネットワーク体系Ｍにおいて実現されることができない。

しかし、機械ネットワーク体系Ｍにおける各製造結節部１は適宜の態様で他の各製造結節部１によって達成可能である必要があるため、通常、当該チェックは不十分である。そのため、製品統合体系Ｓから機械ネットワーク体系Ｍにおける製造結節部１への製造プロセスステップが、機械ネットワーク体系Ｍにおける可能な搬送経路（ネットワークにおけるエッジ）を考慮して実行されることが可能であるかもチェックされる。ここで、例えば、機械ネットワーク体系Ｍへの製品統合体系Ｓの考えられる描写（複写）を順番に試すことが可能である。これを、例えばいわゆる公知で利用可能なＳＭＴ（Ｓａｔｉｓｆｉａｂｉｌｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｏ Ｔｈｅｏｒｉｅｓ（充足性モジュロ理論））ソルバ（コンピュータハードウェア及び／又はコンピュータソフトウェア）を用いて、自動化して、及びソフトウェア支援により行うことが可能である。当該ＳＭＴソルバは、結び付けの可能な全ての解を算出するか、又は描写の非実行性を特定する。そして、可能な解から製造順序Ｆとして１つの解を選択することが可能である。

結び付けユニット１０における結び付けの実行の他の可能性は、製品統合体系Ｓが後方（逆向き）へ促進されることにある。ここでも、再び、機械ネットワーク体系Ｍへの製品統合体系Ｓの考えられる全ての描写が算出される。当該アプローチでは、製品統合体系Ｓの各中間ステップが個々に検討される。各中間ステップは操作結節部Ｏを含んでおり、当該操作結節部は、製品（下流に位置する製品結節部Ｉ）を生成するために、いくつかの数の中間製品（上流に位置する製品結節部Ｉ）が処理される。製品統合体系Ｓが後方（逆向き）へ進行するため、操作結節部Ｏにより生成されるべき各製品について、機械ネットワーク体系Ｍにおけるこれにつづく製造結節部１（目標結節部）も既知である。なぜなら、当該製造結節部は、その前のステップにおいて特定されているためである。そして、製品統合体系Ｓにおける各操作結節部Ｏについて、操作結節部Ｏの現在のプロセスステップの実行に必要な中間製品が機械ネットワーク体系Ｍにおいて製造可能であるかをチェックすることができ、その結果、製造時に機械ネットワーク体系Ｍにおける目標結節部が同時に達成可能である。したがって、操作結節部Ｏに割り当てられた製造結節部１により、それにつづく既知の製造結節部１が到達され得るかどうか、すなわち、例えば、機械ネットワーク体系Ｍにおいてその間にエッジが存在するかどうかがチェックされる。このとき、当然、複数の可能な実現が存在する。公知のアプローチ（例えばバックトラッキングアルゴリズム）により、全ての可能性の徹底的な列挙が可能であり、当該全ての可能性から、製造順序Ｆとしての結び付けの１つの可能な解が選択され得る。

基本的には、結び付けの可能な解から適宜の１つの解を選択することが可能である。しかし、所定の最適性基準によれば最適な１つの解を可能な解から選択することも可能である。このために、最適性基準が特定され、最適性基準を最良に満たす解が選択される。通常、最適性基準はある値であり、最小又は最大の値をもって最適性基準が選択される。

結び付けユニット１０における可能な解の選択のために、例えば機械ネットワーク体系Ｍの各製造結節部１に製造手間値を割り当てることが可能である。製造手間値は、プロセスステップ又は搬送ステップを実行するのに必要な時間であり得る。しかし、製造手間値はコスト値であってもよく、当該コスト値は、プロセスステップ又は搬送ステップのためのコストを表す。コスト値は、貨幣価値であってよく、又は抽象的なコスト値であってもよい。例えば、手作業での作業場における製品の製造のためのコスト値は、部品点数がわずかである場合に、そのために改造される必要がある高性能機械における製品の製造のためのコスト値よりも低いことがあり得る。大きな部品点数の場合には逆となり得る。しかし、製造手間値はエネルギー値であってもよく、当該エネルギー値は、プロセスステップ又は搬送ステップのために消費されるエネルギー、例えば電気的なエネルギーを表す。製造手間値は、例えばメンテナンスインターバルを低減するため、又はプロセス結節部Ｓを均等に利用するために、所定の搬送結節部Ｔ又はプロセス結節部Ｓの作業負荷値であってもよい。当然、複数の異なる製造手間値を同時に検討することも可能である。これにより、機械ネットワーク体系Ｍを通る所定の製造パスＦは、関与する製造結節部１の製造手間値の合計としての製造手間をもたらす。様々な製造手間値が考慮されれば、製造手間を算出するために、当該製造手間値は、適宜の態様で算術的に結び付けられることが可能である。例えば、製造手間として、様々な製造手間値の重み付けされた合計が演算されることができ、各製造手間値に重みが割り当てられるか、又は設定される。このとき、様々な製造結節部１を様々な重みで重み付けすることができ、及び／又は製造結節部１の様々な製造手間値を様々な重みで重み付けすることが可能である。そして、最小又は最大の製造手間（最適性基準）を生じさせる解を可能な解から選択することが可能である。

当該アプローチは、複雑かつ可変の製造順序と、循環部（Ｒｕｎｄｌａｕｆ）、分岐部（Ｗｅｉｃｈｅｎ）又は自由に選択可能な搬送経路を有する搬送経路と、多数の製造結節部１とを有する製造設備１２の非常に複雑なトポロジー、すなわち非常に複雑な機械ネットワーク体系Ｍを制御可能となる点で傑出している。これにより、製造設備１２における搬送順序が常に１つのラインにおいて構成されるというこれまで通常であるアプローチによっても解決される。本発明により、製品の製造のための製造順序Ｆをよりフレキシブルに作成することができるとともに、特に所定の基準に関しても最適化することが可能である。

結び付けユニット１０は、結び付けのために、製造設備１２及び／又は設備制御部１１からの情報、例えば、現在の作業負荷又はプロセス結節部Ｐ若しくは搬送結節部Ｔの故障も考慮することが可能である。

製品を製造する製造順序Ｆは、一度作成されることができるとともに、設備制御部１１によって製造設備１２において実行されることが可能である。しかし、製造順序Ｆ又はそのうちまだ残っている部分を、機械ネットワーク体系Ｍにおける各製造結節部１の後、すなわち製造結節部１における製造プロセスステップが完了した後、又は上述のように製造結節部１における製造プロセスステップ中にも新たに算出することも考えられる。このようにして、機械ネットワーク体系Ｍの関与する製造結節部１（プロセス結節部Ｐ又は搬送結節部Ｔ）の変化する状態にリアルタイムで反応することが可能である。これにより、製造設備１２の製造結節部１の作業負荷が例えば過剰であるか、又は製造結節部１が故障している場合には、適合された製造順序Ｆで製造設備１２において利用可能な製造結節部１によって製品を製造するために、自動的にう回路が探索される。これにより、例えば、障害において製造結節部１をう回することができ、その結果、製造における停止に至らない。

図９により、別の一例における結び付けを説明する。図５におけるようにラベル付けされた６本のボトルから成る梱包物を製造するための製品統合体系Ｓがここでも用いられる。しかし、この場合、機械ネットワーク体系Ｍは、より複雑であるとともに、並列な製造ステーションを含んでいる。例えば、２つのラベル付けステーション（プロセス結節部Ｐ１，Ｐ２）が設けられている。両ラベル付けステーションは、同一の搬送結節部Ｔ１からラベル付けされていないボトルと、異なる搬送結節部Ｔ２，Ｔ３からラベルとを受け取る。同様に、２つの小分け梱包ステーション（プロセス結節部Ｐ３，Ｐ４）が設けられており、当該小分け梱包ステーションは、それぞれ割り当てられた搬送結節部Ｔ５，Ｔ６から空の梱包物（梱包容器）を受け取る。搬送結節部Ｔ４は、全てのプロセス結節部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を結合する。このような搬送結節部Ｔ４は、例えば、分岐部を有する長固定子リニアモータの形態の搬送ユニットであり、分岐部は、長固定子リニアモータの様々な搬送パスを結合する。搬送結節部Ｔ４は、完成した梱包物を搬送結節部Ｔ７にも搬送し、当該搬送結節部Ｔ７では、当該梱包物が製造設備から搬出される。

結び付け（結び付けユニット１０によって示唆されている）によって、機械ネットワーク体系Ｍのうち適合する製造結節部１が製品統合体系Ｓの各操作結節部Ｏに割り当てられる。例えば、ラベル付けされていないボトルをもたらすことを表す操作源Ｏ１は、機械ネットワーク体系Ｍの搬送結節部Ｔ１に割り当てられており、当該搬送結節部により、ラベル付けされていないボトルが供給される。同様のことは、操作源Ｏ２と、ラベルを供給する搬送結節部Ｔ２とに当てはまる。しかし、搬送結節部Ｔ２に代えて、同一の役割を果たす搬送結節部Ｔ３を選択することも可能である。ラベル付けの製造プロセスステップのために、２つのプロセス結節部Ｐ１，Ｐ２が考慮の対象となり、当該両プロセス結節部は、この製造プロセスステップを実行することが可能である。しかし、プロセス結節部Ｐ２のみを選択することが可能である。なぜなら、搬送結節部Ｔ２がエッジを介さずにプロセス結節部Ｐに結合されているとともに、これによりこれら両製造結節部間の搬送経路が存在しないことから、プロセス結節部Ｐ１は既に選択された搬送結節部Ｔ２により到達できないためである。操作結節部Ｏ４，Ｏ５のために、再び様々な製造結節部、すなわち搬送結節部Ｔ５，Ｔ６及びプロセス結節部Ｐ３，Ｐ４を選択することが可能である。しかし、搬送結節部Ｔ６が選択されれば、好ましくはプロセス結節部Ｐ４が選択される。なぜなら、当該プロセス結節部は最短の搬送経路であるためである（このことは、例えば搬送時間又は搬送経路について適当な製造手間値を介して描写されることができる）。プロセス結節部Ｐ３は搬送結節部Ｔ６から搬送結節部Ｔ４を介して到達可能であるため、プロセス結節部Ｐ３も用いられることが可能であるが、これはより長い搬送経路及びより長い搬送時間を意味することとなる。これら２つの可能性について１つの製造手間が算出されれば、プロセス結節部Ｐ４が選択されることがあり得る。結び付けの結果は、例えば図１０に図示されているように、製造順序Ｆである。当該例は、１つの製品統合体系Ｓについて機械ネットワーク体系Ｍにおける様々な製造順序Ｆを設定することができることを明らかにしている。同様に、製造順序Ｆは、リアルタイムで変更されることも可能である。例えばプロセス結節部Ｐ４が故障しているか、又はプロセス結節部Ｐ４の作業負荷が過剰であれば、操作結節部Ｏ４，Ｏ５は、例えば搬送結節部Ｔ５及びプロセス結節部Ｐ３へ描写（複写）されることが可能である。このことは、個別の各製品に対しても行うことができ、これにより、製品の製造を非常にフレキシブルに行うことができる。

しかし、例えば、製造設備１２を新たに設計するため、製造結節部１の交換により最適化するため、製品を現存の製造設備１２において製造可能かどうかをチェックするため、製造設備１２における製品の製造のコストを算出するためなどのために、本発明は、製造設備１２のシミュレーションにも用いられることができる。シミュレーションについても、機械ネットワーク体系Ｍ及び製品統合体系Ｓのみが必要である。このとき、算出された製造順序Ｆは、現実の製造設備１２では実行されず、実際の製品ではなく架空の製品が生成される。これに代えて、製造設備を同様にシミュレーションすることも可能であり（いわゆるデジタルツイン）、算出された製造順序Ｆをシミュレーションされる製造設備において実行することが可能である。このために、製品の製造に関与する製造結節部１は、シミュレーションにおいて、適切な数学的なシミュレーションモデルによって描写され、当該シミュレーションモデルは、製造結節部１の現実の特性を再現する。

そのため、シミュレーションは、シミュレーションされる架空の製造設備における架空の製品を製造するために用いられることが可能である。このとき、経過は、現実の製造設備において現実の製品を製造する場合と同様である。

Claims (9)

1. 製造設備（１２）において製品を製造する方法であって、製品が、製造設備（１２）において、いくつかの数の製造ステーションで製造されるとともに、互いに連続する製造ステーション間で搬送ユニットによって移動される、前記方法において、
   製造設備（１２）が機械ネットワーク体系（Ｍ）によってモデル化され、機械ネットワーク体系（Ｍ）が、製造設備（１２）を製造結節部（１）のネットワークとしてモデル化し、１つの製造結節部（１）が、製造プロセスステップを実行する１つの製造ステーション及び／又は製品を移動させる１つの搬送ユニットを表し、製造結節部（１）が、機械ネットワーク体系（Ｍ）においてエッジによって結合されていること、製造されるべき製品が製品統合体系（Ｓ）によってモデル化され、製品統合体系（Ｓ）が製品統合結節部（２）のツリーの形態で製品の階層状の構造をモデル化し、１つの製品統合結節部（２）が１つの操作結節部（Ｏ）又は１つの製品結節部（Ｉ）を表し、操作結節部（Ｏ）では製品が製造プロセスステップによって変更され、製品統合結節部（２）が製品統合体系（Ｓ）においてエッジによって結合されていること、製品統合体系（Ｓ）の各操作結節部（Ｏ）に対して、各操作結節部（Ｏ）において実行される製造プロセスステップを実行する、機械ネットワーク体系（Ｍ）の１つの製造結節部（１）が選択されることで、機械ネットワーク体系（Ｍ）及び製品統合体系（Ｓ）が、ソフトウェアに基づいて互いに１つの製造順序（Ｆ）へ結び付けられ、製造順序（Ｆ）の各製造結節部（１）が、少なくとも１つのエッジによって、少なくとも１つの別の製造結節部（１）に結合されること、並びに製造順序（Ｆ）が、製造設備（１２）における製品の製造のために設備制御部（１１）によって実行されることを特徴とする方法。
2. 機械ネットワーク体系（Ｍ）への製品統合体系（Ｓ）の全ての可能な描写がソフトウェアに基づいて算出され、可能な描写が製造順序（Ｆ）として選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. １つの製造順序（Ｆ）について１つの最適性基準が規定され、最適性基準を最良に満たす製造順序（Ｆ）が選択されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 機械ネットワーク体系（Ｍ）の各製造結節部（１）に製造手間値が割り当てられ、最適性基準として、製造順序（Ｆ）に関与する製造結節部（１）の製造手間値の合計としての製造手間が算出されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 製造手間値が、時間又は所定のコスト値であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 製造手間として、製造順序（Ｆ）の製造結節部（１）の製造手間値の重み付けされた合計が算出されることを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
7. 製造順序（Ｆ）の製造結節部（１）における製造プロセスステップの実行中又は実行後に、製品についての製造順序（Ｆ）が、製品統合体系（Ｓ）及び機械ネットワーク体系（Ｍ）の新たな結び付けによって新たに算出され、製品の更なる製造が新たな製造順序（Ｆ）で実行されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 製造順序（Ｆ）の各製造結節部（１）における製造プロセスステップの実行中又は実行後に、製品についての製造順序（Ｆ）が新たに算出されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 製品を製造する製造設備であって、製品を製造する製造設備（１２）のいくつかの製造ステーション及び搬送ユニットを制御する設備制御部（１１）が設けられている、前記製造設備において、
   製造設備（１２）が機械ネットワーク体系（Ｍ）によってモデル化されており、機械ネットワーク体系（Ｍ）が、製造設備（１２）を製造結節部（１）のネットワークとしてモデル化し、１つの製造結節部（１）が、製造プロセスステップを実行する１つの製造ステーション及び／又は製品を移動させる１つの搬送ユニットであり、製造結節部（１）が、機械ネットワーク体系（Ｍ）においてエッジによって結合されていること、製造されるべき製品が製品統合体系（Ｓ）によってモデル化されており、製品統合体系（Ｓ）が製品統合結節部（２）のツリーの形態で製品の階層状の構造をモデル化し、１つの製品統合結節部（２）が１つの操作結節部（Ｏ）又は１つの製品結節部（Ｉ）であり、操作結節部（Ｏ）では製品が製造プロセスステップによって変更可能であり、製品統合結節部（２）が製品統合体系（Ｓ）においてエッジによって結合されていること、結び付けユニット（１０）が設けられており、結び付けユニットは、製品統合体系（Ｓ）の各製造結節部（Ｏ）のために、各操作結節部（Ｏ）において実行されるべき製造プロセスステップを実行する、機械ネットワーク体系（Ｍ）の製造結節部（１）を結び付けユニット（１０）が選択することで、ソフトウェアに基づいて機械ネットワーク体系（Ｍ）及び製品統合体系（Ｓ）を互いに１つの製造順序（Ｆ）へ結び付け、製造順序（Ｆ）の各製造結節部（１）が、少なくとも１つのエッジによって、少なくとも１つの別の製造結節部（１）に結合されていること、並びに製造順序（Ｆ）を製造設備（１２）において製品を製造するために実行するために、設備制御部（１１）が製造設備（１２）を制御することを特徴とする製造設備。

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