KR20210049012A - 제품 생산 방법 및 제조 공장 - Google Patents

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토마스 젠데르
스테판 후베르
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비＆알 인더스트리얼 오토메이션 게엠베하
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Abstract

제조 공장에서의 제품의 제조 계획 및 구현을 개선하기 위해, 제조 공장(12)은 기계 네트워크 계획(M)을 이용하여 모델링되고, 기계 네트워크 계획(M)은 제조 공장(12)을 제조 노드(1)들의 네트워크로 모델링하며, 제조될 제품은 제품 합성 계획(S)을 통해 모델링되고, 제품 합성 계획(S)은 제품 합성 노드(2)들의 트리 형태로 제품의 계층 구조를 모델링하며, 기계 네트워크 계획(M)과 제품 합성 계획(S)은 제품 합성 계획(S)의 각각의 운영 노드(O)에 대해 기계 네트워크 계획(M)의 제조 노드(1)를 선택함으로써, 제조 순서(F)를 형성하도록 소프트웨어 기반 방식으로 서로 연동되며, 제조 노드는 해당 운영 노드(O)에서 수행될 제조 공정 단계를 수행한다. 제조 순서(F)는 제품을 생산하기 위해 시스템 제어기(11)를 통해 제조 공장(12)에서 수행된다.

Description

제품 생산 방법 및 제조 공장 {Method and manufacturing plant for producing a product}
본 발명은 제조 공장에서 제품을 생산하는 방법에 관한 것으로, 제품은 여러 제조 스테이션의 제조 공장에서 생산되고 운송 유닛에 의해 연속적인 제조 스테이션 사이에서 이동된다. 본 발명은 또한 상응하는 제조 공장에 관한 것이다.
현재, 제품은 일반적으로 제조 공장에서 제조된다. 이러한 공장에서는 제품이 완성되기 전에 많은 제조 스테이션을 통과한다. 오늘날에는 각 제품이 개별적으로 처리되고 제조되는 것이 이미 표준이다(배치 크기 1). 제조 공장을 통해 (중간) 제품을 제조하려면, 개별 제조 스테이션을 통한 제품의 운송 경로를 계획해야 한다. 사용 가능한 제조 스테이션들로부터 제조 스테이션의 선택과, 개별 제조 스테이션을 통한 제품 운송 경로는 애플리케이션 개발자에 의해 계획 및 프로그래밍된다. 제조 분야에서 제조 공장의 현재 토폴로지는 항상 라인 방식이다. 즉, (중간) 제품이 연속적인 제조 스테이션을 통해 차례로 전달된다. 이에 대한 예외는 부하 분산을 달성하기 위한 제조 공정의 병렬화이다. 이 경우 병렬 라인은 일반적으로 동일한 제조 공정을 수행한다. 제조 스테이션과 상기 제조 스테이션 사이의 운송 경로는 최종적으로 원하는 제품이 생산되도록, 애플리케이션 개발자에 의해 수동으로 프로그래밍되는 라인 제어기에 의해 제어된다. 그러나 이 절차는 시간이 많이 걸리고 유연하지 않으며 항상 프로그래머가 필요하다.
특히 여러 제조 스테이션에 여러 제조 단계가 분산되어있는 복잡한 제품의 경우 제조 공장의 프로그래밍이 매우 복잡해지며 프로그래밍된 시퀀스를 구현하는 동안 예측할 수 없는 문제(예: 병목 현상)가 발생할 수 있다. 이에 따라 제조 공장 또는 제조 스테이션의 특정 위치에 제품이 축적되며 이는 일시적으로 비생산적이다. 물론 이러한 병목 현상은 바람직하지 않다. 제조 라인의 병목 현상 감지는 현재 복잡한 시뮬레이션을 통해 이루어진다. 그런 다음 애플리케이션 개발자가 애플리케이션 로직을 복잡하게 변경하거나, 값비싼 병렬 제조 라인을 추가하거나, 제조 스테이션 또는 운송 시스템을 더 효율적인 기계로 교체하여, 병목 현상을 해결한다.
이러한 방식으로 프로그래밍된 제조 라인도 프로그래밍에 의해 제품과 강하게 연결되어 있기 때문에 유연성이 떨어진다. 한 제품에서 다른 제품으로 제조 공장을 전환하는 작업은 복잡한 방식으로 수동으로 다시 프로그래밍해야 한다. 제조 라인의 일부(예: 운송 경로 또는 제조 스테이션)에 장애가 발생하면 전체 제조 라인이 중단되어 높은 제조 손실이 발생할 수 있다.
따라서 본 발명에 의해 해결되는 문제는 제조 공장에서 제품 제조의 계획 및 구현을 개선하는 것이다.
이 문제는 독립항의 특징으로 해결된다. 본 발명에 따른 절차의 결과로, 더 이상 공장 제어기를 수동으로 프로그래밍할 필요가 없다. 또한 연동의 결과로 기계 네트워크를 완전히 활용할 수 있기 때문에, 복잡한 제조 설비의 기계 네트워크를 사용할 수 있다. 이는 각 개별 제품에 대해 수행될 수 있으므로 제조 유연성이 향상된다. 또한, 기계 네트워크를 통한 최적의 제품 흐름, 생산시 제품의 우선 순위 지정 및/또는 기계 네트워크에서 제조 노드의 활용 분포는 연동을 통해 간단한 방식으로 달성될 수 있다. 지금까지 기존의 제품에 대한 엄격한 생산 라인이 남고 제품 수준에서 제조가 더욱 유연해진다.
본 발명의 또 다른 실질적인 이점은 제품의 생산이 또한 시뮬레이션될 수 있다는 것이다. 따라서 실제 제품을 제조할 필요없이 가상의 제품만 생산할 수도 있다. 기계 네트워크 계획의 제조 노드에 대한 적절한 시뮬레이션 모델을 사용하여 생산을 시뮬레이션한다. 이를 통해 특정 제품의 제조(제품 합성 계획)와 관련하여 새로운 제조 공장을 더 잘 계획하거나 기존 제조 공장을 최적화할 수 있다. 따라서 타당성 분석, 즉 기존 기계 네트워크 계획(매우 복잡할 수 있음)에서 특정 제품을 생산할 수 있는지 여부를 수행하는 것도 가능하다.
특히 유리한 실시예에서, 제조 비용 값은 기계 네트워크 계획의 각 제조 노드에 할당되고, 최적 기준, 제조 순서(manufacturing sequence)에 포함된 제조 노드의 제조 비용 값의 합으로서 제조 비용이 결정된다. 따라서 생산과 관련된 품질 기준은 연동 중에 간단한 방식으로 이미 고려될 수 있다. 따라서 특정 품질 기준을 충족하는 제조 순서를 제품에 대해 선택할 수 있다. 원하는 품질 기준에 따라 제조 순서가 달라질 수도 있다. 제조 비용 값에 가중치가 제공되면 유연성이 더욱 향상될 수 있다. 제조 비용 값은 시간이 지남에 따라 변경될 수도 있다. 예를 들어 제조 공정 단계에 필요한 시간은 제조 스테이션의 마모(예: 공작 기계의 가공 도구의 마모)에 따라 증가하여 일관된 품질을 보장할 수 있다.
제조 순서의 제조 노드에서 제조 공정 단계를 실행하는 동안 또는 실행 후에 제품 합성 계획과 기계 네트워크 계획을 재연동시킴으로써 제품의 제조 순서를 다시 결정한다면, 그리고, 제품의 추가 생산이 새로운 제조 순서를 사용하여 수행된다면 특히 유리하다. 이러한 방식으로, 제품 생산 중 제조 노드의 장애(유지 보수로 인한), 제조 노드의 사용 상황 변경 등과 같은 기계 네트워크의 변화에 대응할 수 있다. 따라서 제조의 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명은 예로서 본 발명의 개략적이고 비-제한적인 유리한 실시예를 도시하는 도 1 내지 10을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다. 도면에서:
도 1 ~ 4는 기계 네트워크 계획의 예를 보여준다.
도 5와 6은 제품 합성 계획의 예를 보여준다.
도 7은 기계 네트워크 계획과 제품 합성 계획의 연동을 보여준다.
도 8은 제조 설비를 제어하기 위한 제조 순서의 연결 및 사용을 보여준다.
도 9는 기계 네트워크 계획과 제품 합성 계획의 연결 예를 보여준다.
도 10은 결과적인 제조 순서를 보여준다.
본 발명은 제조 스테이션에서 중간 제품에 대해 수행되는 일련의 제조 공정 단계(조립 단계, 변형 등)에 의해 최종 제품이 제조 공장에서 제조된다는 사실에 기초한다. 연속적인 제조 스테이션 사이의 중간 제품 운송은 운송 유닛에 의해 수행된다. 이하에서는 "제품"만 자주 사용되고, "제품"은 중간 제품을 포함하며, 제조 설비를 통과하고 궁극적으로 최종 제품이 생산된다.
본 발명에 따르면, 제품의 제조는 제품 합성 계획 S 및 기계 네트워크 계획 M에 의해 모델링된다.
기계 네트워크 계획 M은 제조 공장, 즉 제조에 사용할 수 있는 제조 하드웨어를 모델링한다. 공장(factory)은 복수의 제조 공장(manufacturing plants)을 포함할 수 있으며, 따라서 전체 공장은 복수의 기계 네트워크 계획 M에 의해 매핑될 수도 있다. 기계 네트워크 계획 M은 제조 노드(1)의 네트워크로 모델링되는 반면 제조 노드(1)는 제조 스테이션 및/또는 운송 유닛이다. 예를 들어, 제품에 대해 하나 이상의 제조 공정 단계를 수행함으로써, 제품이 제조 스테이션에서 조치되고 변경된다. 운송 유닛은 제품을 제조 공장을 따라 이동하기 위해 운송 기능을 구현한다. 기계 네트워크 계획 M의 제조 스테이션은 또한 운송 유닛을 포함하고 운송 기능을 구현할 수 있는데, 제조 스테이션은 다음 제조 노드(1) 로의 진행 이동 또는 선행 제조 노드(1)로부터 제품 수집을 구현한다. 운송 유닛은 또한 제조 공정 단계, 예를 들어 운송 중에 제품을 냉각하는 단계를 수행할 수 있다. 에지에 의한 기계 네트워크 계획의 제조 노드(1)의 연동은 제조 설비를 통한 제품의 가능한 흐름에 대응하며, 이에 따라 가능한 이동 방향을 나타내는 에지로서의 화살표가 있다. 두 제조 노드(1) 사이의 에지는 특정 방향 또는 양방향으로 이러한 제조 노드(1) 사이에서 제품이 이동할 수 있음을 의미한다. 운반 장치는 예를 들어 컨베이어 벨트, 로봇, 선형 운송 시스템, 가령, 긴 고정자 선형 모터, 자율 차량(AGV), 평면 모터 등일 수 있고, 특히 제품 흐름을 가능하게하는 모든 운반 시스템 일 수 있다. 제조 노드(1)가 제품을 변경하거나, 제품을 병합하거나, 제품을 분할할 수 있다면, 상기 노드는 또한 프로세스 노드 P(제조 스테이션 또는 운송 유닛을 가진 제조 스테이션 또는 제조 공정 단계를 갖는 운송 유닛)라고도한다. 제조 노드(1)가 순수 운송 기능을 수행하는 경우, 해당 노드는 운송 노드 T라고도한다.
단순 기계 네트워크 계획 M의 예가 도 1에 나와 있다. 이 예는 병 포장 시스템에서 병을 포장하기 위한 기계 네트워크를 보여준다. 운송 노드 T1은 채워진 병을 프로세스 노드 P1로 가져와서, 병에 라벨이 달린다. 이를 위해 라벨은 추가 운송 노드 T2에 의해 프로세스 노드 P1에 도입된다. 완전히 라벨링된 병은 라벨링된 병이 포장되는 프로세스 노드 P2로 포장 기계로 운반된다. 이를 위해 빈 카드보드 상자가 운송 노드 T3에 의해 프로세스 노드 P2에 도입된다. 완성된 패키지는 운송 노드 T4를 통해 제조 설비에서 제거된다.
물론 도 1에 따른 기계 네트워크 계획 M의 예는 매우 간단한다. 물론 기계 네트워크 계획 M은 제조 공장에 따라 훨씬 더 복잡할 수 있다. 특히, 동일한 제조 공정 단계를 수행할 수 있는 복수의 공정 노드(P)도 제공될 수 있다. 운송 노드 T와 프로세스 노드 P도 항상 교체할 필요는 없다. 기계 네트워크 계획 M의 모든 현재 프로세스 노드 P를 제품 제조에 사용해야하는 것은 아니다. 상이한 제품을 포함하여 상이한 제조 단계를 수행하기 위해 프로세스 노드 P가 제공될 수도 있다. 수동 워크 스테이션을 기계 네트워크에 프로세스 노드 P로 통합하는 것도 가능하다.이 경우, 프로세스 단계는, 가능하면 로봇이나 기계의 도움을 받아, 사람이 수행할 수 있으며, 시스템이 제조 파라미터에 따라 사람의 지시 리스트를 자동적으로 생성하는 것이 가능하다. 마찬가지로, 프로세스 노드 P는 상이한 경로 또는 상이한 운송 노드 T를 통해 도달할 수도 있다. 기계 네트워크 계획 M은 또한 상이한 제품을 생산하는 데 적합할 수 있다. 상이한 제품을 포함하여 많은 제품이 일반적으로 제조 공장의 기계 네트워크에서 동시에 제조된다.
병 포장을 위한 약간 더 복잡한 기계 네트워크 계획 M이 도 2에 표시되어 있다. 이 예에서, 두 개의 공정 노드 P2, P3이 포장 기계로 제공되는 포장의 병렬화가 제공된다. 예를 들어 상자와 같은 패키지는 할당된 운송 노드 T4, T5를 통해 이러한 프로세스 노드 P1, P2 각각에 공급된다. 운송 노드 T3는 프로세스 노드 P1으로부터 라벨 표시된 병의 제품 흐름을 나눈다. 완전히 포장된 병은 공통 운송 노드 T6에 의해 제거된다. 병렬 프로세스 노드 P2, P3 대신, 이러한 프로세스 노드는 또한 긴 고정자 선형 모터 또는 평면 모터와 같은 적절한 운송 유닛와 함께 직렬로 배열될 수 있다.
기계 네트워크 계획 M의 또 다른 예는 병 포장의 예를 사용하여 도 3에 다시 표시된다. 프로세스 노드(P1)에서 라벨링된 병은 병이 검사되는 프로세스 노드(P2)에 공급된다. 병에 라벨이 지정되면 운송 노드 T4는 포장이 이루어지는 프로세스 노드 P3에 병을 공급한다. 라벨이 없는 병은 운송 노드 T2로부터 라벨이 없는 병의 유입과 함께 운송 노드를 통해 가져온다. 프로세스 노드는 예를 들어 검사와 같이 제품에 대한 무언가를 물리적으로 변경할 필요가 없지만, 예를 들어, 제품의 데이터 이미지를 단지 변경할 수 있고, 예를 들어, 제품의 검사 결과를 저장할 수 있다. 도 3의 제조 노드(P1, P2, T3, T4)는 또한 상이한 프로세스가 발생하는 하나의 제조 노드(점선 테두리)로 간주될 수 있다.
하나의 운송 노드(T)가 복수의 프로세스 노드(P)에 사용되는 것, 즉, 제품이 동일한 운송 유닛에 의해 상이한 프로세스 노드(P) 사이에서 이동되는 것도 생각할 수 있다. 예를 들어 긴 고정자 선형 모터, 무한 컨베이어 또는 평면 모터를 운송 유닛으로 사용하여 이를 달성할 수 있다. 이에 대한 예가 도 4에 나와 있다.
도 4에서, 운송 노드(T2)는 예를 들어 프로세스 노드(P2, P3, P4)를 연결하는 긴 고정자 선형 모터 형태의 운송 유닛이다. 제품은 운송 노드 T1을 통해 공급되고 제 1 프로세스 노드 P1에서 처리된다. 거기에서 제품은 운송 노드 T2를 통해 제 2 프로세스 노드 P2로 이동한 다음, 제 3 프로세스 노드 P3로 이동한 다음, 제 4 프로세스 노드 P4로 이동한다. 제 4 프로세스 노드 P4는 또한 후속 프로세스 노드(P5) 로의 운송 기능을 구현한다. 대안적으로, 프로세스 노드 P5는 선행 프로세스 노드 P4로부터 제품을 가져 오기 위해 운송 기능을 구현할 수도 있다. 제품은 예를 들어 로봇과 같은 추가 운송 노드 T3을 통해 프로세스 노드 P5에서 멀리 운송될 수 있다.
제조 노드(1) 및 에지의 네트워크로서, 기계 네트워크 계획 M에 의한 제조 공장의 모델링은 기계 네트워크 계획 M의 중첩(nesting)도 가능하게 한다. 예를 들어, 프로세스 노드 P는 다른 기계 네트워크 계획 M을 포함할 수 있다. 이것은 도 3에 표시되며, 여기서 점선으로 둘러싸인 제조 노드(1)는 프로세스 노드 P4로 표시될 수 있으며, 프로세스 노드 P4는 응당 기계 네트워크 계획 M일 것이다. 이러한 방식으로, 제조 공장을 명확한 방식으로 계층적으로 모델링할 수 있다. 이것은, 특히 매우 큰, 기계 네트워크 계획 M의 처리를 용이하게하는데, 물론 중첩된 기계 네트워크 계획 M은 궁극적으로 단 하나의 기계 네트워크 계획 M이 된다.
제품 합성 계획 S는 제품 자체, 특히 일련의 제조 공정 단계에서 결합되는 개별 중간 제품을 사용하여 제조한 결과 최종 제품의 계층 구조를 설명한다. 따라서 제품 합성 계획 S는 제품을 생산할 하위 단계와, 제품을 생산하기 위해 결합할 하위 제품을 설명한다. 제조 공장에서 또는 기계 네트워크 계획 M 상에서 제조될 각기 상이한 제품에 대한 제품 합성 계획 S가 있다. 물론 동일한 제품이 동일한 제품 합성 계획 S를 사용할 수 있다.
제품 합성 계획 S는 제품 합성 노드(2)의 트리(tree)로 모델링된다. 트리의 제품 합성 노드(2)는 제품(중간 제품, 최종 제품)을 나타내는 제품 노드 I일 수도 있고, 또는 제조 공정 단계를 통해 일 제품 또는 복수의 제품을 다른 제품 또는 복수의 다른 제품으로 전환하는, 운영 노드(operation node) O 일 수도 있다. 트리의 에지(노드 간 연결)는 제품 합성 노드(2)들 간의 관계를 보여 주며, 운영 노드 O가 새 제품을 만드는 데 사용하는 것과 동일한 유형의 제품 수를 표시하기 위해 숫자로 보완될 수도 있다.
제품 합성 계획 S는 특별 운영 노드 O로 시작하고 끝날 수 있다. 제품 합성 계획 S는 바람직하게는 제품을 도입하는 적어도 하나의 운영 소스로 시작한다. 이러한 운영 노드 O에는 유입구가 없고 도입된 제품에 대한 배출구만 있다. 제품 합성 계획 S는 바람직하게는 생산된 최종 제품을 나타내는 적어도 하나의 운영 싱크로 끝난다. 이러한 운영 노드 O에는 출구가 없고 입구만 있다. 운영 소스와 운영 싱크를 사용하면 제품 합성 계획 S의 중첩(nesting)이 가능하다. 이 경우, 예를 들어 운영 소스 또는 운영 싱크는 제품 합성 계획 S를 다시 포함할 수 있다(예: 병 생산 방법, 라벨 인쇄 및 다이 커팅 방법, 생산된 패키지 추가 처리 방법).
제품 합성 계획 S의 예가 도 5에 나타나 있으며, 에지로 연결된 다수의 제품 합성 노드(2)가 있다. 이 예는 라벨이 붙은 병 6 팩에 대한 제품 합성 계획 S를 보여준다. 운영 노드 O1, O2, O4는 운영 소스이고 운영 노드 O6는 운영 싱크이다. 운영 노드 O3는 제품 노드 I1을 통해 제공되는 병을 운영 소스 O1에서 가져오고, 제품 노드 I2를 통해 제공되는 라벨을 운영 소스 O2에서 가져온다. 운영 노드 O3는 제품 노드 I3을 통해 사용할 수 있는 라벨이 표시된 병을 생산한다. 운영 노드 O5는 제품 노드 I3로부터 라벨 표시된 6 개의 병과, 운영 소스 O4로부터 패키지를 이용하여(이 패키지는 운영 소스 O4에 의해 제공됨), 제품 노드 I5에 존재하고 운영 싱크 O6를 통해 가용한 패키지를 생산하게 된다.
물론, 도 5에 따른 제품 합성 계획 S는 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 다른 방식으로도 동일하게 표현될 수 있다. 도 6에서, 운영 노드 O7은 도 4의 제품 합성 계획 S로부터 운영 노드 O3, O5를 대체한다.
제품 합성 계획 S는 또 다른 이점을 제공한다. 예를 들어 운영 싱크에서 시작하여 제품 합성 계획 S가 뒤로 실행되면, 제품의 부품 목록, 즉 제품을 생산하는 데 필요한 모든 시작 제품이 획득된다.
기계 네트워크 계획 M 및/또는 제품 합성 계획 S는 애플리케이션 개발자가 작성할 수 있다. 물론 제조 공장(들)에 대한 지식은 기계 네트워크 계획에 필요하며 네트워크 형태의 제조 노드(1) 및 에지를 통해 그에 따라 모델링할 수 있다. 예를 들어 애플리케이션 개발자가 다시 생산할 각 제품에 대해 제품 합성 계획 S를 작성할 수 있다. 상이한 제품들에 대한 기제작된 제품 합성 계획 S도 저장할 수 있으며, 필요한 경우 제품 합성 계획을 불러올 수 있다. 따라서 기계 네트워크 계획 M과 제품 합성 계획 S를 작성하려는 노력은 원칙적으로 한번만 발생한다.
본 발명에 필수적인 단계는 기계 네트워크 계획 M과 제품 합성 계획 S의 자동화 된, 특히 소프트웨어 기반의, 연동이다. 이 연동에서, 제품 합성 계획 S의 운영 노드 O는 가용한 제조 노드(1)에, 특히, 도 3에 따른 기계 네트워크 계획 M과 도 5에 따른 제품 합성 계획 S 사이의 화살표로 도 7에 나타낸 바와 같이, 기계 네트워크 계획 M의 운송 노드 T 및 프로세스 노드 S에, 할당된다. 물론, 제조 노드(1)는 연동 중에 각 운영 노드(O)에 할당되며, 이러한 제조 노드는 제품에 대해 관련 운영 노드(O)에서 요구되는 제조 공정 단계를 수행할 수 있다. 제조 공장에서 사용 가능한 운송 유닛(운송 유닛이 있는 운송 노드 T 또는 프로세스 노드 P)를 통해 기계 네트워크 계획 M을 통해 연속 제품 흐름을 허용하는 기계 네트워크 계획 M의 제조 노드(1)만이 연동에 사용된다. 본질적으로 이것은 연동에서 선택된 제조 노드(1)가 다시 네트워크를 형성하고, 그 제조 노드(1)가 에지로 연결됨을 의미한다. 연동의 결과는 제조 노드(1)과 에지의 네트워크인 제조 순서 F이며, 제조 순서 F는 기계 네트워크 계획 M의 하위 네트워크이다. 제조 순서 F의 각 제조 노드(1)는 적어도 하나의 에지에 의해 적어도 하나의 추가 제조 노드(1)에 연결된다. 따라서 제조 순서 F는 기계 네트워크 계획 M에 의해 모델링된 제조 공장의 제조 스테이션 및 운송 유닛의 시퀀스이며, 이 시퀀스는 제조 공장에서 제품을 생산하기 위해 제품에 의해 전달된다. 가장 사소하지만 실제로는 가장 드문 경우로서, 제조 순서 F는 기계 네트워크 계획 M에 해당한다. 제조 순서 F는 일반적으로 기계 네트워크 계획 M의 하위 네트워크이다.
생산할 각 제품에 대해 별도의 제조 순서 F가 있을 수 있다. 즉, 동일한 제품이 제조 공장에서 (예: 다른 제조 스테이션 또는 다른 운송 유닛을 이용하여) 상이한 방식으로 생산될 수 있다. 물론 동일한 제조 순서 F를 통해 동일한 제품을 생산할 수도 있다.
기계 네트워크 계획 M이 각 운영 노드 O에 대해 정확히 하나의 운송 노드 T 또는 프로세스 노드 P를 포함하는 경우(도 7에서와 같이), 이 할당은 물론 간단한다. 그러나 이는 일반적으로 기계 네트워크 계획 M에는 제품 합성 계획 S의 제조 공정 단계, 즉 (도 9에서와 같이) 운영 노드 O에 대해 사용될 수 있는 복수의 운송 노드 T 또는 프로세스 노드 P가 있는 경우이며, 이것이 본 발명이 실질적으로 지향하는 것이다. 예를 들어, 제조 공정 단계는 기계 네트워크 계획 M의 상이한 가용 프로세스 노드 P를 사용하여 구현될 수 있고, 또는, 기계 네트워크 계획 M의 프로세스 노드 P가 상이한 가용 운송 노드 T를 통해 도달될 수 있다. 이 경우, 제조 관련 제조 공정 단계를 수행하는 기계 네트워크 계획 M의 제조 노드(1)(공정 노드 P 또는 운송 노드 T)은 제품 합성 계획 S의 각 운영 노드 O에 대해 선택되어야 한다. 이러한 방식으로, 기계 네트워크 계획 M에 의해 모델링되는 제조 공장에서 사용 가능한 기계 네트워크를 통한 개별 경로가 각 제품에 대해 결정된다. 이 경로는 또한 분기될 수 있거나 복수의 상호 연결된 분기로 구성될 수 있으며, 즉 상기 경로는 일반적으로 네트워크일 수 있다. 이 개별 네트워크는 제품을 생산하기 위한 제조 순서 F가 되며, 이는 제조 공장(12)에서 수행될 수 있다. 따라서 이러한 방식으로 생성된 제조 순서 F는 이전의 기존 방식과 같이 더 이상 라인일 필요가 없지만 사용 가능한 컴퓨터 네트워크의 임의의 네트워크일 수 있다.
이것은 도 8을 참조하여 개략적으로 설명된다. 기계 네트워크 계획 M 및 제품 합성 계획 S가 연동 유닛(10)에 공급되고, 여기서 기계 네트워크 계획 M 및 제품 합성 계획 S가 설명된 바와 같이 연동된다. 연동 유닛(10)은 컴퓨터 하드웨어 및/또는 컴퓨터 소프트웨어이다. 결과는 제조 공장(12)에서 제품의 생산을 제어하기 위해 제조 공장(12)의 공장 제어기(11)(컴퓨터 하드웨어 및/또는 컴퓨터 소프트웨어)에서 사용되는 제조 순서 F이다.
이 시점에서, 필요한 데이터는, 물론, 기계 네트워크 계획 M의 각 제조 노드(1)에 대해, 예를 들어 플랜트 제어기(11)에, 및/또는 제조 순서 F에 직접 저장되어, 관련 제품에 대한 제조 노드(1)를 운영할 수 있어야 한다. 이러한 데이터는 제어 프로그램일 수 있지만 공정 파라미터(관련 제품에 따라 달라질 수도 있음) 등일 수도 있다. 따라서 플랜트 제어기(11)는 그에 따라 제조 공장(12)을 제어하기 위해이 데이터에 액세스할 수도 있다. 그러나, 제조 공장(12)의 플랜트 제어기(11)의 특정 구현은 중요하지 않고 이에 대한 가능성이 충분히 알려져 있기 때문에 여기서 더 자세히 논의하지 않을 것이다.
연동 단계에서 연동 유닛(10)은 먼저 제품 합성 계획(S)이 기계 네트워크 계획(M)에 구현될 수 있는지 여부를 확인할 수 있다. 이를 위해, 제품(운영 싱크) 생산에 필요한 모든 시작 제품(운영 소스)의 부품 목록이, 예를 들어, 제품 합성 계획 S로부터 먼저 결정될 수 있다. 이러한 부품 목록은 예를 들어, 제품 합성 계획 S가 뒤로 실행되도록, 즉 제품(운영 싱크)으로 시작하도록 결정될 수 있다. 물론 이러한 부품 목록은 제품 합성 계획과 함께 또는 제품 합성 계획 S에 이미 저장되어있을 수 있다. 그런 다음 제품 합성 계획 S의 각 운영 소스가 기계 네트워크 계획 M의 제조 노드(1)에 의해 제공되는지 여부를 확인할 수 있다. 그렇지 않은 경우 제품 합성 계획 S는 기계 네트워크 계획 M에서 구현될 수 없다.
그러나 기계 네트워크 계획 M의 모든 제조 노드(1)가 어떤 방식으로든 다른 모든 제조 노드(1)에서 액세스할 수 있는 것은 아니기 때문에, 이 검사는 일반적으로 충분하지 않다. 따라서 기계 네트워크 계획 M에서 가능한 운송 경로(네트워크의 에지)를 고려하여, 제품 합성 계획 S로부터의 제조 공정 단계가 기계 네트워크 계획 M의 제조 노드(1)에서 수행될 수 있는지 여부도 확인된다. 이를 위해, 예를 들어, 기계 네트워크 계획 M에서 제품 합성 계획 S의 가능한 매핑을 차례로 테스트할 수 있다. 이는 예를 들어 알려진 사용 가능한 SMT(만족도 모듈로 이론) 솔버(solver)(컴퓨터 하드웨어 및/또는 컴퓨터 소프트웨어)라고하는 것을 통해 자동화된 소프트웨어 지원 방식으로 발생할 수 있다. 이러한 솔버는 연동에 대해 가능한 모든 솔루션을 결정하거나 매핑을 실행할 수 없다고 결정한다. 그런 다음 가능한 솔루션에서 제조 순서 F를 선택할 수 있다.
연동 유닛(10)에서 연동을 수행할 수 있는 또 다른 가능성은 제품 합성 계획 S를 역으로 전파하는 것이다. 또한 이 경우, 기계 네트워크 계획 M에서 제품 합성 계획 S의 가능한 모든 매핑이 다시 결정된다. 이 접근법에서, 제품 합성 계획 S의 각 중간 단계는 개별적으로 고려된다. 각 중간 단계는 제품(다운 스트림 제품 노드 I)을 생산하기 위해 다수의 중간 제품(업스트림 제품 노드 I)을 처리하는 운영 노드 O를 포함한다. 제품 합성 계획 S가 역방향으로 실행됨에 따라, 이 제조 노드가 이미 이전 단계에서 설정되었으므로, 운영 노드 O를 통해 생산되는 각 제품에 대한 기계 네트워크 계획 M의 후속 제조 노드(1)(타겟 노드)도 알려져 있다. 제품 합성 계획 S의 각 운영 노드 O에 대해, 기계 네트워크 계획 M의 대상 노드가 생산 중에 동시에 도달할 수 있도록, 이제 제품 생산을 위한 운영 노드 O의 현재 공정 단계를 수행하는 데 필요한 중간 제품이 기계 네트워크 M에서 생산될 수 있는지 여부를 확인할 수 있다. 그러므로, 알려진 후속 제조 노드(1)이 운영 노드 O에 할당된 제조 노드(1)로부터 도달될 수 있는지 여부, 즉, 예를 들어, 기계 네트워크 계획 M에서 상기 제조 노드 사이에 에지가 있는지 여부가 확인된다. 물론, 이 경우 가능한 복수의 구현이 존재할 수 있다. 알려진 접근 방식(예: 역 추적 알고리즘)을 사용하면 모든 가능성을 철저히 열거할 수 있으며, 여기에서 연동에 대한 가능한 솔루션을 제조 순서 F로 선택할 수 있다.
원칙적으로, 가능한 연동 솔루션들로부터 임의의 솔루션을 선택할 수 있다. 그러나 구체적인 최적성 기준에 따라 최적의 솔루션을 가능한 솔루션들 중에서 선택할 수도 있다. 이를 위해 최적성 기준을 설정하고 최적성 기준에 가장 적합한 솔루션을 선택한다. 일반적으로 최적성 기준은 하나의 값이고 최소값 또는 최대 값을 갖는 최적성 기준이 선택될 것이다.
연동 유닛(10)에서 가능한 솔루션의 선택을 위해, 예를 들어, 제조 비용 값이 기계 네트워크 계획(M)의 각 제조 노드(1)에 할당될 수 있다. 제조 비용 값은 공정 단계 또는 운송 단계를 수행하는 데 필요한 시간일 수 있다. 그러나 제조 비용 값은 공정 단계 또는 운송 단계에 대한 비용을 나타내는 비용 값일 수도 있다. 비용 값은 금전적 가치 또는 추상적인 비용 가치가 될 수 있다. 예를 들어, 수동 워크 스테이션에서 제품을 생산하는 데 드는 비용 가치는 고성능 기계보다 낮을 수 있지만 부품 수가 적을 경우 이를 위해 개조해야 한다. 부품 수가 많은 경우 이는 역전될 수 있다. 그러나 제조 비용 값은 공정 단계 또는 운송 단계에 사용될 에너지(예: 전기 에너지)를 나타내는 에너지 값일 수도 있다. 제조 비용 값은 예를 들어 유지 보수 간격을 줄이기 위해 또는 균일한 방식으로 프로세스 노드 S를 활용하기 위해, 특정 운송 노드 T 또는 프로세스 노드 S의 사용 값일 수도 있다. 물론, 복수의 상이한 제조 비용 값이 동시에 고려될 수도 있다. 따라서 기계 네트워크 계획 M을 통한 특정 제조 경로 F는 관련된 제조 노드(1)의 제조 비용 값의 합으로서 제조 비용으로 이어진다. 상이한 제조 비용 값을 고려하는 경우 이러한 값은 제조 비용을 결정하기 위해 어떤 방식으로든 산술적으로 연동될 수 있다. 예를 들어, 상이한 제조 비용 값의 가중 합계가 제조 비용으로 계산될 수 있으며, 가중치는 각 제조 비용 값에 할당되거나 미리 결정된다. 이 경우, 상이한 제조 노드(1)는 상이한 가중치로 가중될 수 있고/있거나 제조 노드(1)의 상이한 제조 비용 값이 상이한 가중치로 가중될 수 있다. 최소 또는 최대 제조 비용(최적성 기준)을 발생시키는 솔루션이 가능한 솔루션들로부터 선택될 수 있다.
이 절차는 복잡하고 가변적인 제조 순서를 가진, 폐쇄 루프, 스위치 또는 자유롭게 선택할 수 있는 운송 경로를 가진 운송 경로를 또한 가진, 그리고, 다수의 제조 노드(1)를 가진, 제조 공장(12)의 매우 복잡한 토폴로지, 즉 매우 복잡한 기계 네트워크 계획 M이 유지관리될 수 있음을 특징으로 한다. 이것은 또한 제조 공장(12)의 운송 시퀀스가 항상 라인 상에 있는 이전의 통상적인 절차와는 거리가 있다. 본 발명은 보다 유연한 방식으로 제품의 생산을 위한 제조 순서 F를 생성하고, 특히 특정 기준과 관련하여 상기 제조 순서를 최적화하는 것을 가능하게 한다.
연동 유닛(10)은 또한 연동을 위해 제조 공장(12) 및/또는 플랜트 제어기(11)로부터의 정보, 예를 들어 공정 노드 P 또는 운송 노드 T의 고장 또는 현재 사용을 고려할 수 있다.
제품을 생산하기 위한 제조 순서 F는 한 번에 생성될 수 있으며 그런 다음 플랜트 제어기(11)를 통해 제조 플랜트(12)에서 수행될 수 있다. 그러나, 기계 네트워크 계획 M의 각각의 제조 노드(1) 후, 즉, 제조 노드(1)의 제조 공정 단계가 완료된 후, 또는 심지어 제조 노드(1)의 생산 공정 단계 동안에도, 제조 순서 F 또는 그 나머지 부분을 설명되는 바와 같이, 재결정하는 것도 고려할 수 있다. 이러한 방식으로, 기계 네트워크 계획 M의 관련 제조 노드(1)(프로세스 노드 P 또는 운송 노드 T)의 변경된 상태에 실시간으로 반응하는 것이 가능하다. 예를 들어 제조 공장(12)의 제조 노드(1)의 활용도가 너무 높거나 제조 노드(1)에 장애가 있는 경우, 적응된 제조 순서 F를 이용하여, 제조 공장(12)에서 사용 가능한 제조 노드(1)를 사용하여 제품을 생산하기 위해 우회 수단(bypass)이 자동으로 검색된다. 따라서, 결함이 발생하는 경우, 예를 들어 제조가 중단되지 않도록, 제조 노드(1)를 우회할 수 있다.
연동은 도 9를 참조하여 추가 예에서 설명된다. 도 5에서와 같이 제품 합성 계획 S는 6 개의 라벨링된 병의 패키지를 생산하기 위해 다시 사용된다. 그러나 이 경우 기계 네트워크 계획 M은 더 복잡하고, 병렬 제조 스테이션으로 구성된다. 예를 들어, 두 개의 라벨링 스테이션(프로세스 노드 P1, P2)이 제공된다. 두 개의 라벨링 스테이션은 동일한 운송 노드 T1으로부터 라벨없는 병을 받고, 다른 운송 노드 T2, T3에서 라벨을 받는다. 2 개의 포장 스테이션(프로세스 노드 P3, P4)도 제공되며, 각 포장 스테이션은 할당된 운송 노드 T5, T6로부터 빈 패키지를 받는다. 운송 노드 T4는 모든 프로세스 노드 P1, P2, P3, P4를 연결한다. 이러한 운송 노드(T4)는 예를 들어, 긴 고정자 선형 모터의 상이한 운송 경로들을 연결하는 스위치를 갖는 긴 고정자 선형 모터 형태의 운송 유닛이다. 또한 운송 노드 T4는 완성된 패키지를 제조 공장에서 제거되는 운송 노드 T7로 완성된 패키지를 전송한다.
연동(연동 유닛(10)에 의해 표시됨)의 결과로, 기계 네트워크 계획 M으로부터 적절한 제조 노드(1)가 제품 합성 계획 S의 각 운영 노드 O에 할당된다. 예를 들어, 라벨없는 병의 도입을 나타내는 운영 소스 O1은 라벨없는 병을 공급하는 기계 네트워크 계획 M의 운송 노드 T1에 할당된다. 라벨을 제공하기 위한 운영 소스 O2 및 운송 노드 T2에도 동일하게 적용된다. 그러나 운송 노드 T2 대신 동일한 작업을 수행하는 운송 노드 T3가 선택되었을 수도 있다. 라벨링의 제조 공정 단계를 수행하기 위해, 이 제조 공정 단계에 모두 적합한 2 개의 공정 노드 P1, P2가 가능하다. 그러나 운송 노드 T2가 에지를 통해 프로세스 노드 P에 연결되어 있지 않기 때문에 그리고 이 두 제조 노드 사이에 어떤 운송 경로가 없기 때문에, 프로세스 노드 P1이 이미 선택된 운송 노드 T2에 의해 도달될 수 없으므로, 프로세스 노드 P2 만 선택될 수 있다. 상이한 제조 노드, 특히 운송 노드 T5, T6 및 프로세스 노드 P3, P4는 운영 노드 O4 및 O5에 대해 다시 선택될 수 있다. 그러나 운송 노드 T6이 선택되면 프로세스 노드 P4가 선택되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 이것이 가장 짧은 운송 경로(예를 들어, 전송 시간 또는 전송 경로에 대한 해당 제조 비용 값에 의해 설명될 수 있음)이기 때문이다. 그러나 프로세스 노드 P3가 운송 노드 T4를 통해 운송 노드 T6로부터 도달할 수 있기 때문에 또한 사용될 수 있으며, 이는 더 긴 운송 경로와 더 긴 전송 시간을 의미할 뿐이다. 이 두 가지 가능성에 대한 제조 비용이 결정되면 프로세스 노드 P4가 아마도 선택될 것이다. 연동의 결과는 예를 들어도 10에 나타낸 바와 같이 제조 순서 F이다. 이 예는 기계 네트워크 계획 M에서 제품 합성 계획 S에 대해 상이한 제조 순서 F가 있을 수 있음을 보여준다. 제조 순서 F를 실시간으로 변경할 수도 있다. 예를 들어, 프로세스 노드 P4에 장애가 나타나거나 프로세스 노드 P4의 사용률이 너무 높은 경우, 운영 노드 O4, O5는 예를 들어 운송 노드 T5 및 프로세스 노드 P3에 매핑될 수 있다. 이것은 또한 각 개별 제품에 대해 수행할 수 있으며, 이는 제품을 매우 유연하게 제조할 수 있음을 의미한다.
그러나, 본 발명은 예를 들어, 제조 공장(12)을 재설계하기 위해, 제조 노드(1)를 대체하여 최적화하기 위해, 기존 제조 공장(12)에서 제품을 생산할 수 있는지 여부를 확인하기 위해, 또는 제조 공장(12)에서 제품을 생산하는 비용을 줄이기 위해, 등등을 위해, 제조 공장(12)을 시뮬레이션하는 데 사용될 수 있다. 시뮬레이션에는 기계 네트워크 계획 M과 제품 합성 계획 S 만이 필요하다. 이 경우, 결정된 제조 순서 F는 실제 제조 공장(12)에서 수행되지 않고, 실제 제품이 생산되지 않으며, 오히려 가상 제품이 생산된다. 또는 제조 공장을 시뮬레이션(디지털 트윈이라고 함)하고, 결정된 제조 순서 F를 시뮬레이션된 제조 공장에서 수행할 수도 있다. 이를 위해, 제품 생산에 관련된 제조 노드(1)는 제조 노드(1)의 실제 동작을 시뮬레이션하는 적절한 수학적 시뮬레이션 모델로 시뮬레이션에서 대체된다.
따라서 시뮬레이션을 사용하여 가상의 시뮬레이션된 제조 공장에서 가상의 제품을 생산할 수 있다. 이 경우 순서는 실제 제조 공장에서 실제 제품을 생산하는 것과 동일하다.

Claims (9)

  1. 제조 공장(12)에서 제품을 생산하기 위한 방법으로서, 제품은 다수의 제조 스테이션을 통해 제조 공장(12)에서 생산되고, 운송 유닛에 의해 일련의 제조 스테이션 간을 이동하며,
    상기 제조 공장(12)은 기계 네트워크 계획(M)을 이용하여 모델링되고, 상기 기계 네트워크 계획(M)은 제조 공장(12)을 제조 노드(1)의 네트워크로 모델링하며, 제조 노드(1)는 제조 공정 단계를 수행하기 위한 제조 스테이션과 제품을 이동시키기 위한 운송 유닛 중 적어도 하나이고, 기계 네트워크 계획(M)의 제조 노드(1)는 에지에 의해 연결되며,
    생산될 제품은 제품 합성 계획(S)을 이용하여 모델링되고, 상기 제품 합성 계획(S)은 제품 합성 노드(2)의 트리 형태로 제품의 계층 구조를 모델링하며, 제품 합성 노드(2)는 운영 노드(O) 또는 제품 노드(I)이고, 제품은 운영 노드(O)에서 제조 공정 단계에 의해 변경되고, 제품 합성 노드(S)는 제품 합성 계획(S)에서 에지로 연결되며,
    기계 네트워크 계획(M)과 제품 합성 계획(S)은, 제품 합성 계획(S)의 각각의 운영 노드(O)에 대한 기계 네트워크 계획(M)의 제조 노드(1)를 선택함으로써, 제조 순서(manufacturing sequence)(F)를 형성하도록 소프트웨어-기반 방식으로 서로 연동되며, 상기 제조 노드는 관련 운영 노드(O)에서 수행될 제조 공정 단계를 수행하고, 제조 순서(F)의 각각의 제조 노드(1)는 적어도 하나의 에지에 의해 적어도 하나의 추가의 제조 노드(1)에 연결되며,
    제품을 생산하기 위해 제조 공장(12) 내에서 제조 순서(F)가 플랜트 제어기(11)에 의해 수행되는, 제품 생산 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 기계 네트워크 계획(M)에 대한 제품 합성 계획(S)의 가능한 모든 매핑이 소프트웨어 기반 방식으로 결정되고, 가능한 매핑 중 하나가 제조 순서(F)로 선택되는, 제품 생산 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 제조 순서(F)에 대해 최적성 기준이 정의되고, 최적성 기준에 가장 적합한 제조 순서(F)가 선택되는, 제품 생산 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 제조 비용 값이 기계 네트워크 계획(M)의 각 제조 노드(1)에 할당되고, 최적성 기준으로서, 제조 비용이 제조 순서(F)에 관련된 제조 노드(1)의 제조 비용 값들의 합으로 결정되는, 제품 생산 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제조 비용 값은 시간 또는 정의된 비용 값인, 제품 생산 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 제조 순서(F)의 제조 노드(1)의 제조 비용 값의 가중 합이 제조 비용으로 결정되는, 제품 생산 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 제조 순서(F)의 제조 노드(1)에서 제조 공정 단계의 실행 동안 또는 실행 후에, 제품에 대한 제조 순서(F)가 제품 합성 계획(S) 및 기계 네트워크 계획(M)을 다시 연동함으로써 다시 결정되며, 제품의 추가 생산은 새로운 제조 순서(F)를 사용하여 수행되는, 제품 생산 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 제조 순서(F)의 각 제조 노드(1)에서 제조 공정 단계를 실행하는 동안 또는 실행 후에, 제품에 대한 제조 순서(F)가 재결정되는, 제품 생산 방법.
  9. 제품을 생산하기 위한 제조 공장(12)의 다수의 제조 스테이션 및 운송 유닛을 제어하는 플랜트 제어기(11)를 구비한 제품 생산을 위한 제조 공장(manufacturing plant)에 있어서,
    상기 제조 공장(12)은 기계 네트워크 계획(M)을 이용하여 모델링되고, 상기 기계 네트워크 계획(M)은 제조 공장(12)을 제조 노드(1)의 네트워크로 모델링하며, 제조 노드(1)는 제조 공정 단계를 수행하기 위한 제조 스테이션과, 제품을 이동시키기 위한 운송 유닛 중 적어도 하나이고, 기계 네트워크 계획(M)의 제조 노드(1)는 에지에 의해 연결되며,
    생산될 제품은 제품 합성 계획(S)을 이용하여 모델링되고, 상기 제품 합성 계획(S)은 제품 합성 노드(2)의 트리 형태로 제품의 계층 구조를 모델링하며, 제품 합성 노드(2)는 운영 노드(O) 또는 제품 노드(I)이고, 제품은 운영 노드(O)에서 제조 공정 단계에 의해 변경될 수 있으며, 제품 합성 노드(S)는 제품 합성 계획(S)에서 에지로 연결되고,
    제조 순서(manufacturing sequence)(F)를 형성하도록 소프트웨어-기반 방식으로 기계 네트워크 계획(M)과 제품 합성 계획(S)을 서로 연동시키는 연동 유닛(10)이 제공되고, 연동 유닛(10)은 제품 합성 계획(S)의 각각의 운영 노드(O)에 대해 기계 네트워크 계획(M)의 제조 노드(1)를 선택하며, 상기 제조 노드는 관련 운영 노드(O)에서 수행될 제조 공정 단계를 수행하고, 제조 순서(F)의 각각의 제조 노드(1)는 적어도 하나의 에지에 의해 적어도 하나의 추가의 제조 노드(1)에 연결되며,
    제조 공장(12)에서 제품을 생산하기 위한 제조 순서(F)를 수행하기 위해 제조 공장(12)이 플랜트 제어기(11)에 의해 제어되는, 제조 공장.
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