WO2019048149A1 - Produktionsanlage und produktionssteuerungsverfahren zur steuerung einer produktionsanlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Produktionsanlage (10), wobei die Produktionsanlage (10) Folgendes aufweist: - Eine Ladezone (12) zum Be- und/oder Entladen wenigstens eines Sammelträgers (16), - ein Ortungssystem (24) zur Lokalisierung eines Sammelträgers (16) in der Ladezone (12), wobei das Ortungssystem (24) eingerichtet ist, die Position einer an dem Sammelträger (16) angeordneten Mobileinheit (18) zu ermitteln und/oder eine auf der Mobileinheit (18) gespeicherte Identifikationsinformation (42) zu erfassen, - eine Bildaufnahmeeinheit (26), die eingerichtet ist, Bildinformationen der Ladezone (12) zu erfassen, - eine Bildauswerteeinheit (28), die eingerichtet ist, unter Verwendung der Bildinformationen die Lage des Sammelträgers (16) und/oder einen Zustand des Sammelträgers (16) zu ermitteln. Ferner betrifft die Erfindung ein Produktionssteuerungsverfahren zur Steuerung einer Produktionsanlage (10). Die erfindungsgemäße Produktionsanlage (10) sowie das erfindungsgemäße Produktionssteuerungsverfahren ermöglichen eine verbesserte Auftragsbearbeitung, insbesondere werden vor- und/oder nachbereitende Aufgaben vereinfacht und leichter automatisierbar.

Description

Produktionsanlage und Produktionssteuerungsverfahren

zur Steuerung einer Produktionsanlage

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Produktionsanlage mit einer Ladezone zum Be- und/oder Entladen wenigstens eines Sammelträgers. In einer solchen Produktionsanlage werden üblicherweise Fertigungsaufträge abgewickelt. Ein solcher Fertigungsauftrag kann beispielsweise dem Fertigungsauftrag entsprechen, ein oder mehrere bestimmte Werkstücke gleicher Form und Art in einer vorgegebenen Anzahl herzustellen. In der Regel werden in Sammelträgern zur Fertigung benötigte Materialien bereitgestellt. In weiteren Sammelträgern, insbesondere Werkstück- Sammelträgern, werden hergestellte Werkstücke zur Ausscheidung, insbesondere zum Abtransport, gesammelt.

Zur Abarbeitung eines Fertigungsauftrags ist in der Regel auf der Produktionsanlage ein vorab definiertes Fertigungsprogramm zu realisieren. Unterschiedliche Fertigungsaufträge, beispielsweise bei individualisierten Kleinaufträgen, erfordern oftmals unterschiedliche Fertigungsprogramme.

Notwendige Einstellungen und Anpassungen der Produktionsanlage auf die jeweiligen Fertigungsprogramme führen oftmals zu erheblichem Mehraufwand. Insbesondere sind häufig manuelle Anpassungen erforderlich.

Für einen Fertigungsauftrag sind des Weiteren in der Ladezone gegebenenfalls benötigte Materialien, Werkzeuge und/oder dergleichen bereitzustellen. Für die zu produzierenden Werkstücke sind geeignete Sammelträger bereitzustellen. Die Sammelträger müssen zumindest eine hinreichende Freifläche zur Aufnahme der Werkstücke aufweisen.

Oft ist es notwendig, zu bearbeitende Fertigungsaufträge sowie die dazugehörigen Materialien etc. zu suchen, weshalb es auch zu teilweise erheblichen Zeitverlusten und entsprechenden Kosten kommen kann.

Ein Materiallogistiksystem zur Koordination des Transfers von Produktionsmaterial ist beispielsweise in WO 2016/082883 AI offenbart. Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Produktionsanlage sowie ein Pro- duktionssteuerungsverfahren bereit zu stellen, durch die die Bearbeitung von Fertigungsaufträgen, insbesondere vor- und nachbereitende Aufgaben, vereinfacht, kostengünstiger und einfacher automatisierbar bewerkstelligt werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Produktionsanlage gemäß Patentanspruch 1 und ein Produktionsverfahren gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche geben bevorzugte Weiterbildungen wieder.

Gelöst wird die Aufgabe somit durch eine Produktionsanlage, wobei die Produktionsanlage Folgendes aufweist:

- Eine Ladezone zum Be- und/oder Entladen wenigstens eines Sammelträgers,

- ein Ortungssystem zur Lokalisierung eines Sammelträgers in der Ladezone, wobei das Ortungssystem eingerichtet ist, die Position einer an dem Sammelträger angeordneten Mobileinheit zu ermitteln und/oder eine auf der Mobileinheit gespeicherte Identifikationsinformation zu erfassen,

- eine Bildaufnahmeeinheit, die eingerichtet ist, Bildinformationen der Ladezone zu erfassen,

- eine Bildauswerteeinheit, die eingerichtet ist, unter Verwendung der Bildinformationen die Lage des Sammelträgers und/oder einen Zustand des Sammelträgers zu ermitteln.

Somit ist es möglich, einen, insbesondere in der Ladezone befindlichen, Sammelträger zu orten, indem die Position der dem Sammelträger zugeordneten Mobileinheit ermittelt wird. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das Ortungssystem eingerichtet sein, die Position und die Identifikationsinformation zu erfassen. Anhand der Identifikationsinformation kann die Mobileinheit und damit der dieser zugeordnete Sammelträger identifiziert werden. Die Mobileinheit kann somit ein (ggf. Indoor-) Tracking-Tag bilden.

Zusätzlich dazu kann die Lage und/oder der Zustand des Sammelträgers ermittelt werden. Somit stehen Informationen zur Verfügung, die durch das Ortungssystem allein nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand gewonnen werden könnten.

Diese Informationen können genutzt werden, um Vor- und/oder Nachbereitungen eines Fertigungsauftrags zu erleichtern. Beispielsweise kann der Suchaufwand für einen Fertigungsauftrag reduziert werden, indem aus Fertigungsauftragsdaten Identifikationsinformationen zur Identifikation der für den Fertigungsauftrag benötigten Sammelträger abgeleitet werden. Anschließend kann anhand der Identifikationsnummern sowie anhand des Zustands geprüft werden, ob die für den Fertigungsauftrag erforderlichen Sammelträger mit z. B. den erforderlichen Materialien und/oder Werkzeugen zur Verfügung stehen und/oder ob gegebenenfalls erforderliche Sammelträger, insbesondere Werkstück-Sammelträger, bereitstehen oder zu bestellen sind.

Das Be- und/oder Entladen des Sammelträgers kann zudem weiter erleichtert und verbessert werden, wenn Informationen über den Zustand des Sammelträgers genutzt werden.

Die Mobileinheit kann eine Speichereinheit aufweisen, in der die Identifikationsinformationen, insbesondere eine eindeutige Identifikationsnummer sowie beispielsweise vordefinierte Auftragsinformationen, speicherbar und aus dieser vom Ortungssystem auslesbar sind. Als Produktionsanlage im Sinne der Erfindung können dabei sowohl einzelne Produktionszellen als auch größere Produktionseinheiten, beispielsweise Fertigungsstraßen oder Fertigungshallen, angesehen werden. Insbesondere kann die Produktionsanlage auch einen Produktionsbereich aufweisen. Der Produktionsbereich kann ein oder mehrere Bearbeitungsmaschinen und/oder manuelle Arbeitsplätze aufweisen. In einer Produktionsanlage, insbesondere einer Produktionszelle, kann die Ladezone als separater Bereich ausgewiesen sein. Insbesondere bei einer größeren Produktionseinheit können als Ladezonen beispielsweise auch an Produktionsbereiche angrenzende Fahrwege und/oder Freiräume, insbesondere zwischen einzelnen Produktionsbereichen, vorgesehen sein. Mithin ist es denkbar, unter Ladezone beliebige Orte zu subsumieren, an denen sich ein Sammelträger befinden kann und/oder für die eine Erfassung der Position und/oder der Lage und/oder des Zustandes des Sammelträgers gewünscht ist.

Ein Sammelträger kann insbesondere ein Werkstück-Sammelträger sein oder einen solchen aufweisen. Er kann beispielsweise als Palette oder als Korb ausgebildet sein oder solche aufweisen.

Die Bildaufnahmeeinheit kann unterschiedlich ausgebildet sein.

Die Bildaufnahmeeinheit kann insbesondere als Kamera ausgebildet sein. Eine Kamera ist einfach an der Produktionsanlage oder in ihrer Nähe installierbar und die Bildinformationen können direkt ausgewertet werden. So können auch Produktionsanlagen mit einer solchen Bildaufnahmeeinheit und mit einem solchen Ortungssystem nachgerüstet werden. Die Kamera kann fest installiert oder beweglich sein. Sie kann auch noch für weitere Aufgaben z.B. beim Ab- und Zuladen oder zur Sicherheitszwecken verwendet werden Die Bildaufnahmeeinheit kann aber auch in Form eines Ultraschallsensors, insbesondere mit einer zusätzlichen Schallquelle, ausgebildet sein.

Die Bildinformationen müssen nicht in jedem Fall allzu detailliert sein. Zur Erkennung eines Sammelträgers reichen unter Umständen auch sehr grob gerasterte Bildinformationen. So kann die Bildaufnahmeeinheit z.B Drucksensoren und/oder ein Lichtschrankennetzes auf der Ladezone aufweisen, dies z.B. im Abstand von 5 bis 25 cm. Wenn der Bildauswerteeinheit bekannt ist, dass nur wenige standardisierte Sammelträger mit bekannten Abmessungen überhaupt auf der Ladezone angeordnet werden, dann reicht eine grobe Rasterung aus.

Die Bildaufnahmeeinheit kann aber auch aus Empfängereinheiten bestehen, die ausgebildet sind, zusätzliche Informationen, die die Mobileinheiten an die Empfängereinheiten übermitteln (z. B. über Schall, Licht, insbesondere IR, Bluetooth, RFID, NFC oder ähnliche Kommunikationsschnittstellen) zu empfangen. Mit diesen Informationen kann die Bildaufnahmeeinheit erkennen, welche Sammelträger, insbesondere in welcher Position, auf der Ladezone verteilt sind. Die Bildauswerteeinheit bringt dann diese Informationen mit der Kenntnis der Sammelbehälterabmessungen in Zusammenhang und ermittelt so die Lage des Sammelträgers und/oder seinen Zustand.

Weitere Ausgestaltungen von Bildaufnahmeeinheiten zur Ermittlung von Bildinformationen der Ladezone sind denkbar.

Allgemein ist unter einer Bildaufnahmeeinheit im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Aufnahmeeinheit zu verstehen, die dazu ausgebildet ist, im Zusammenspiel mit der Bildauswerteeinheit a) Informationen zu erfassen, die hinreichend sind, um die Lage des Sammelträgers in der Ladezone zu erfassen und/oder b) den Zustand eines Sammelträgers in der Ladezone zu erfassen. Insbesondere ist unter einer Bildaufnahmeeinheit eine Aufnahmeeinheit zu verstehen, die dazu ausgebildet ist, im Zusammenspiel mit der Bildauswerteeinheit a) ein Abbild der Ladezone zu erstellen, das hinreichend ist, um die Lage des Sammelträgers in der Ladezone zu erfassen und/oder b) den Zustand eines Sammelträgers in der Ladezone zu erfassen.

Ist kein Sammelträger vorhanden oder befindet sich ein bestimmter zu ortender Sammelträger nicht in dem vom Ortungssystem überwachten Bereich, insbesondere der Ladezone, kann das Ortungssystem auch eingerichtet sein, eine vordefinierte Fehler- und/oder Abwesenheitsinformation als Position dieses Sammelträgers zu erfassen.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn das Ortungssystem als Funkortungssystem ausgebildet ist oder ein solches um- fasst. Insbesondere kann es als Innenraum-Funkortungssystem ausgebildet sein. Ein Funkortungssystem kann mehrere Mobileinheiten quasi zeitgleich erfassen, räumlich hoch aufgelöst orten und identifizieren und/oder unterscheiden. Es kann kostengünstig weite Flächen bzw. große Räume abdecken. Die Ortung der Mobileinheit kann berührungsfrei und für eine Arbeitsperson nicht sinnlich wahrnehmbar erfolgen. Somit wird die Arbeitsperson beispielsweise nicht unnötig von ihren Arbeitstätigkeiten abgelenkt.

Dazu kann die Mobileinheit eingerichtet sein, auf das Ortungssystem an- gepasste Funksignale zu reflektieren und/oder auszusenden. Das Ortungssystem kann wenigstens eine Sende- und/oder Empfangseinheit aufweisen, die vorzugsweise eingerichtet ist, diese Signale zu empfangen und auszuwerten. Das Ortungssystem, insbesondere die Sende- und/oder Empfangseinheit, kann ein oder mehrere Antennen aufweisen. Diese können räumlich verteilt sein, um eine besonders sichere Überwachung der Ladezone zu erzielen. Vorzugsweise weist die Produktionsanlage zumindest drei Sende- und/oder Empfangseinheiten auf, um durch Triangulation die Mobileinheit zu lokalisieren.

Insbesondere kann das Ortungssystem als Ultra-Breitband-Messsystem ausgebildet sein. Ein Ultra-Breitband-Messsystem kann mit einer vergleichsweise geringen Sendeleistung arbeiten. Das Ortungssystem, insbesondere das Ultra-Breitband-Messsystem, kann die Position durch Trilateralisation und/oder durch Triangulation ermitteln. Dazu können als Ausgangsbasis eine oder mehrere, insbesondere vorbekannte, Positionsinformationen über die Sende- und/oder Empfangseinheiten des Ortungssystems verwendet werden.

Das Ortungssystem kann eingerichtet sein, die Position des Sammelträgers mit einer Genauigkeit von weniger als 1 m, bevorzugt von weniger als 0,3 m, zu erfassen. Dazu kann vorgesehen sein, dass das Ortungssystem Signale mit besonders weitem Frequenzspektrum, vorzugsweise im ein- bis zweistelligen Gigahertz-Bereich, aussendet, empfängt und/oder verarbeitet. Die Signale können somit besonders steile Flanken aufweisen. Dadurch kann die Position besonders präzise ermittelt werden. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass sich mit einer solchen Genauigkeit beispielsweise der eingangs genannte Suchaufwand besonders reduzieren lässt. Es ist damit beispielsweise nicht nur ermittelbar, ob sich der Sammelträger in der Ladezone befindet, sondern auch wo er sich in dieser befindet.

Auch kann vorgesehen sein, dass die Bildauswerteeinheit ausgebildet ist, als Zustand des Sammelträgers einen IST-Beladungszustand, einen Bela- dungsgrad, eine Verfügbarkeit, eine NichtVerfügbarkeit, eine Position, eine Lage einer Freifläche und/oder eine Lage eines Freiraums des Sammelträgers zu ermitteln. Anhand des Ist-Beratungszustandes kann somit ermittelt werden, ob bzw. wie der Sammelträger beladen ist. Beispielsweise kann ermittelt werden, ob, und falls ja wo, auf dem Sammelträger noch eine hinreichende Freifläche zur Aufnahme zu produzierender Werkstücke zur Verfügung steht. Beispielsweise kann auch ermittelt werden, ob der Sammelträger bereits vollständig befüllt ist.

Auch kann vorgesehen sein, dass die Produktionsanlage eine Ladevorrichtung zum Be- und/oder Entladen des Sammelträgers aufweist. Die Ladevorrichtung kann insbesondere zur automatisierten oder zumindest zur teilweise automatisierten Be- und/oder Entladung des Sammelträgers ausgebildet sein.

Dazu kann die Ladevorrichtung eingerichtet sein, einen Be- und/oder Entladevorgang in Abhängigkeit von der Lage und/oder des Zustandes des Sammelträgers durchzuführen. Beispielsweise kann ein produziertes Werkstück oder ein sonstiges auf dem Sammelträger abzulegendes Gut in Abhängigkeit von der Position, der Lage, insbesondere der Ausrichtung, des Sammelträgers und/oder der Position und/oder Lage einer Freifläche auf dem Sammelträger gesteuert werden. Der Be- und/oder Entladevorgang kann somit besonders prozesssicher durchgeführt werden. Der Sammelträger kann zudem besonders effizient beladen werden, da beispielsweise mehrere Werkstücke besonders dicht gepackt angeordnet werden können.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Produktionsanlage eine Anzeige- und Bedieneinheit, vorzugsweise mit einer Touch-Displayeinheit, aufweist. So können der Arbeitsperson Informationen über einen anstehenden Fer- tigungsauftrag übermittelt werden. Die Arbeitsperson kann über die Anzeige- und Bedieneinheit notwendige Daten, beispielsweise zur Auftragsbearbeitung notwendige Daten, eingeben. Die Daten können dann anschließend zur Produktionssteuerung verwendet werden.

Denkbar ist auch, dass die Produktionsanlage ein Zentralproduktionsver- waltungssystem aufweist. Die Produktionsanlage kann auch Teil einer größeren Produktionseinheit sein, wobei dann diese Produktionseinheit ein Zentralproduktionsverwaltungssystem aufweist. Das Zentralproduktions- verwaltungssystem kann beispielsweise als Management Execution System (MES) ausgebildet sein oder ein solches aufweisen. Somit kann die Produktionsanlage Informationen mit dem Zentralproduktionsverwal- tungssystem austauschen bzw. dort ablegen und/oder von dort abrufen. Beispielsweise kann die Produktionsanlage Informationen über einen zu bearbeitenden Fertigungsauftrag erhalten. Die Produktionsanlage kann ermittelte Informationen, beispielsweise zur Position, zur Lage und/oder zum Zustand des Sammelträgers, oder über den Erfolg eines Fertigungsschrittes an das Zentralproduktionsverwaltungssystem übermitteln.

Somit kann der Sammelträger beispielsweise über mehrere Produktionsanlagen hinweg verwaltet werden.

Es kann vorgesehen sein, dass die Produktionsanlage eine Blechverarbeitungsanlage aufweist oder als solche ausgebildet ist. Häufig werden auf Blechverarbeitungsanlagen Aufträge mit einer Vielzahl von Auftragsarten, beispielsweise in Form von Einzel- und/oder Kleinaufträgen, abgearbeitet. Der eingangs benannte Aufwand für Vor- und/oder Nachbereitungen fällt somit bei Blechverarbeitungsanlagen besonders gravierend ins Gewicht, sodass die Vorteile der erfindungsgemäßen Produktionsanlage besonders hervortreten. In den Rahmen der Erfindung fällt auch ein Produktionssteuerungsverfah- ren zur Steuerung einer Produktionsanlage, insbesondere einer erfindungsgemäßen Produktionsanlage, umfassend die Schritte:

A) Erfassen der Position und/oder einer Identifikationsinformation eines Sammelträgers mittels eines Ortungssystems;

B) Ermitteln der Lage und/oder des Zustands des Sammelträgers mittels einer Bildaufnahmeeinheit und einer Bildauswerteeinheit;

C) Bestellen, Ausscheiden, Beladen und/oder Entladen des Sammelträgers in Abhängigkeit von der erfassten Position und/oder der erfassten Identifikationsinformation, insbesondere in Abhängigkeit von der Lage und/oder des ermittelten Zustands des Sammelträgers.

Vor, nach und/oder zwischen den Verfahrensschritten (A), (B) und (C) kann/können ein weiterer Verfahrensschritt/weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden. Insbesondere die Verfahrensschritte (A) und (B) können gleichzeitig oder in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden.

Erfindungsgemäß können somit die Positionen des Sammelträgers, insbesondere innerhalb der Ladezone, ermittelt werden. Anhand der Identifikationsinformation kann der Sammelträger identifiziert werden. Zudem können weitere Informationen, insbesondere zur Lage und/oder des Zustan- des des Sammelträgers, erfasst werden. Somit kann beispielsweise ein für einen Fertigungsauftrag fehlender Sammelträger ermittelt und bestellt bzw. angefordert werden. Ein beispielsweise bereits befüllter Sammelträger kann ausgeschieden, beispielsweise zu einer nächsten Bearbeitungsstation weitertransportiert werden. Der Sammelträger kann auch beladen und/oder entladen werden. Dabei erfolgt erfindungsgemäß das Bestellen, Ausscheiden, Beladen und/oder Entladen in Abhängigkeit von der erfassten Position und/oder der erfassten Identifikationsinformation. Beispiels- weise kann der Sammelträger anhand der Kenntnis seiner Lage und seines Zustandes punktgenau und besonders effizient beladen werden. Insbesondere kann die Ladevorrichtung hergestellte Werkstücke punktgenau und platzsparend auf einer Freifläche des Sammelträgers anordnen.

Dazu kann insbesondere vorgesehen sein, dass sowohl die Position als auch die Identifikationsinformation mittels des Ortungssystems erfasst werden. So kann sichergestellt werden, dass der Sammelträger eindeutig identifiziert geortet wird.

Durch das Ortungssystem kann eine besonders präzise Ortung erfolgen. Die durch die Bildaufnahmeeinheit und die Bildauswerteeinheit optisch gewonnenen Informationen können die durch das Ortungssystem ermittelbaren Informationen ergänzen bzw. vervollständigen. Dazu ist es besonders günstig, wenn das Ortungssystem nicht optisch, sondern beispielsweise als Funkortungssystem ausgebildet ist. Bisher übliche manuelle Eingaben, z. B. zu Ort und Lage eines Sammelträgers in der Ladezone, können dadurch entfallen.

Bei einer besonders vorteilhaften Klasse von Produktionssteuerungsver- fahren ist es vorgesehen, dass als Zustand ein IST-Beladungszustand, ein Beladungsgrad, eine Verfügbarkeit, eine NichtVerfügbarkeit, eine Position, eine Lage einer Freifläche und/oder eine Lage eines Freiraums des Sammelträgers ermittelt wird. Somit kann beispielsweise ermittelt werden, ob der Sammelträger bereits vollständig befüllt und/oder auszuscheiden, insbesondere abzutransportieren, ist.

Denkbar ist, dass in Abhängigkeit des IST-Beladungszustandes ein Belade- und/oder ein Entladeablauf selbsttätig ausgewählt und/oder angepasst wird. Dazu können insbesondere ein oder mehrere Steuerprogramme in einer Speichereinheit der Produktionsanlage abgelegt sein. Das oder die Steuerprogramme können dann in Abhängigkeit des IST- Beladungszustandes abgerufen werden. Die Steuerprogramme können beispielsweise in Abhängigkeit der Art des Fertigungsauftrags gestaltet sein. Sie können beispielsweise vorsehen, dass bestimmte Werkstücke an bestimmten Stellen, insbesondere Freiräumen, des Sammelträgers verbracht, insbesondere abgesetzt werden.

Auch ist denkbar, dass der Belade- und/oder Entladeablauf insoweit ange- passt wird, dass selbsttätig ein Sammelträger bestellt und/oder aus der Produktionsanlage ausgeschieden wird.

Vor Bearbeitung eines Auftrags in der Produktionsanlage können die in den Schritten (A) und/oder (B) erhaltenen Informationen mit Anforderungen des Auftrags, insbesondere mit Identifikationsinformationen benötigter Sammelträger, deren Position, deren Lage und/oder deren Zustand, verglichen werden. Beispielsweise kann vorab überprüft werden, ob alle benötigten Sammelträger in der Ladezone bereitstehen, ob beispielsweise alle benötigten Materialien und Werkzeuge zur Verfügung stehen und/oder ob genügend Freiraum in einem oder mehreren Sammelträger zur Verfügung steht, um die zu produzierenden Werkstücke in dem oder den Sammelträgern abzulegen.

Denkbar ist auch, dass Informationen zur Bestellung, Ausscheidung, Beladung und/oder Entladung des Sammelträgers gemäß Schritt (C) einem Zentralproduktionsverwaltungssystem übermittelt und/oder von diesem empfangen werden. Beispielsweise können der Erfolg und/oder der Nicht- erfolg eines Arbeitsschrittes, ermittelte Informationen wie die Position des Sammelträgers, seine Lage und/oder sein Zustand einem Fertigungsauftrag und/oder einem Sammelträger, insbesondere einem dem Fertigungs- auftrag zugeordneten Sammelträger, im Zentralproduktionsverwaltungs- system gebucht werden.

Die Abwicklung des Fertigungsauftrags kann somit über mehrere Produktionsanlagen hinweg, beispielsweise innerhalb einer größeren Produktionseinheit und/oder sogar über mehrere, gegebenenfalls voneinander weit distanzierte Betriebsstätten hinweg, überwacht und/oder gesteuert werden.

Insbesondere ist es denkbar, dass das Zentralproduktionsverwaltungssys- tem als Teil eines virtuellen Rechenzentrums, beispielsweise einer Cloud, d. h. eines cloudbasierten Rechenzentrums, und vorzugsweise in einem über eine Datenschnittstelle verfügbaren Rechenzentrum angeordnet und/oder in einem solchen ausgebildet ist. Für die Verwaltung erforderliche Rechenleistungen können somit dynamisch an jeweilige momentane Erfordernisse angepasst werden. Eine Vernetzung der bereitgestellten Informationen mit weiteren an der Abwicklung und/oder Nutzung des Fertigungsauftrags Beteiligten kann erleichtert werden. Bisher nicht verfügbare oder nur sehr schwer verfügbare Produktionsprozess-Informationen können somit den Beteiligten zur Verfügung gestellt werden und von diesen zur weiteren, ganzheitlichen Kosten- und/oder Zeitreduktion genutzt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, sowie aus den Ansprüchen.

Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden.

Es zeigen :

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Produktionsanlage; und Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 stellt schematisch eine erfindungsgemäße Produktionsanlage 10 dar. Die Produktionsanlage 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Produktionszelle ausgebildet. Sie weist eine Ladezone 12 auf, an die ein Produktionsbereich 14 angrenzt. In der Ladezone 12 befindet sich ein Sammelträger 16. Der Sammelträger 16 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Palette. Am Sammelträger 16 ist eine Mobileinheit 18 fest angeordnet. Durch Ermittlung der Position der Mobileinheit 18 kann somit die Position des Sammelträgers 16 ermittelt werden.

Beispielhaft sind auf dem Sammelträger 16 bereits produzierte Werkstücke 20 angeordnet. Zum Be- und/oder Entladen des Sammelträgers 16 mit Werkstücken 20 ist eine Ladevorrichtung 22 vorgesehen. Die Ladevorrichtung 22 ist insbesondere eingerichtet, Werkstücke 20 vom Sammelträger 16 in den Produktionsbereich 14 zu verlagern sowie Werkstücke 20 aus diesem in die Ladezone 12 und hier insbesondere in den Sammelträger 16 zu verlagern.

Ein Ortungssystem 24 weist mehrere, in Fig. 1 zwei, Sende- und Empfangseinheiten auf. Das Ortungssystem 24 ist eingerichtet, Mobileinheiten der Art der Mobileinheit 18 zu orten, insbesondere deren Position zu er- mittein. Somit kann es durch Ortung der Mobileinheit 18 die Position des Sammelträgers 16 ermitteln.

Dazu ist das Ortungssystem als Funkortungssystem, insbesondere als Ult- ra-Breitbandmesssystem, ausgebildet. Durch die Ausgestaltung als Ultra- Breitbandmesssystem ist das Ortungssystem 24 in der Lage, die Mobileinheit 18 bzw. den ihm zugeordneten Sammelträger 16 mit einer Ortsauflösung von weniger als 30 cm zu orten.

Weiter ist eine Bildaufnahmeeinheit 26, an die eine Bildauswerteeinheit 28 angeschlossen ist, Bestandteil der Produktionsanlage 10. Die Bildaufnahmeeinheit 26 ist als CCD-Kamera ausgebildet. Vereinfachend ist in der Fig. 1 lediglich eine Bildaufnahmeeinheit 26 abgebildet. Es können auch mehrere Bildaufnahmeeinheiten 26 vorgesehen sein. Insbesondere kann durch mehrere Bildaufnahmeeinheiten 26 sichergestellt werden, dass die Ladezone 12 vollständig optisch erfasst wird und insbesondere Hindernisse im Sichtfeld einer Bildaufnahmeeinheit 26 mittels des Sichtfeldes bzw. Bildes einer anderen Bildaufnahmeeinheit 26 kompensiert werden können.

Die Bildaufnahmeeinheit 26 und die Bildauswerteeinheit 28 sind zusammen eingerichtet, die Ladezone 12 optisch zu überwachen. Insbesondere sind die Bildaufnahmeeinheit 26 und die Bildauswerteeinheit 28 eingerichtet, die Lage und einen Ist-Beladungszustand des Sammelträgers 16 zu ermitteln.

Die Bildauswerteeinheit 28 ist dazu als Teil einer als Rechnereinheit ausgebildeten Steuereinheit 30 ausgebildet. Das Ortungssystem 24 und - über die Bildauswerteeinheit 28 - auch die Bildaufnahmeeinheit 26 sind ferner datentechnisch mit der Steuereinheit 30 verbunden. In der Steuer- einheit 30 stehen somit sowohl die Informationen des Ortungssystems 24 als auch die optischen Informationen der Bildaufnahmeeinheit 26 bzw. der aus diesen durch die Bildauswerteeinheit 28 gewonnenen Informationen, insbesondere zur Lage und zum Zustand des Sammelträgers 16, zur Verfügung. Beispielsweise weist der Sammelträger 16 eine Freifläche 40 auf, die von der Bildauswerteeinheit 28 als solche erkannt wird. Über die Steuereinheit 30 werden diese Informationen anhand von Identifikationsinformationen 42 der Mobileinheit 18 mit der vom Ortungssystem 24 bereitgestellten Information zur Position des Sammelträgers 16 zusammengeführt.

Dazu weist die Mobileinheit 18 eine Speichereinheit auf, in der die Identifikationsinformationen 42, insbesondere eine eindeutige Identifikationsnummer sowie beispielsweise vordefinierte Auftragsinformationen, speicherbar und aus dieser vom Ortungssystem 24 auslesbar sind. Diese Identifikationsinformation 42 ist in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich für eine Arbeitsperson lesbar auf der Mobileinheit 18 aufgedruckt.

Das Ortungssystem 24 ist ausgebildet, auch diese Identifikationsinformationen 42 aus der Mobileinheit 18 auszulesen beziehungsweise von der Mobileinheit 18 abzufragen und zu empfangen.

An der Steuereinheit 30 ist ferner noch eine Anzeige- und Bedieneinheit 32 ausgebildet. Die Anzeige- und Bedieneinheit 32 weist eine Touch- Displayeinheit auf. Sie dient zur Darstellung von Produktionsinformationen für eine Arbeitsperson sowie zur Eingabe von für einen Fertigungsauftrag benötigten Zusatzdaten durch die Arbeitsperson.

Die Steuereinheit 30 ist ferner über eine Datenschnittstelle 34, in diesem Ausführungsbeispiel ein Datennetzwerk, insbesondere ein WAN (Wide Area Network), mit einem Zentralproduktionsverwaltungssystem 36 datentech- nisch verbunden. Das Zentralproduktionsverwaltungssystem 36 ist Teil eines virtuellen Rechenzentrums, insbesondere einer Cloud 38.

Auf dem Zentralproduktionsverwaltungssystem 36 ist wenigstens ein Computerprogrammprodukt ausführbar abgelegt. Dieses wird im Betrieb in der Cloud 38 ausgeführt. Das Computerprogrammprodukt ist ausgebildet, mehrere, insbesondere alle, zu bearbeitenden Fertigungsaufträge zu verwalten und zu überwachen. Des Weiteren sind in einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung auf dem Zentralproduktionsverwal- tungssystem 36 ein oder mehrere spezifisch auf unterschiedliche Fertigungsaufträge oder -auftragsarten abgestimmte Steuerprogramme, insbesondere zur optimierten Steuerung von Be- und Entladevorgängen, wie weiter unten noch näher erläutert, abrufbar abgelegt.

Fig. 2 stellt schematisch ein Produktionssteuerungsverfahren 100 zur Steuerung einer Produktionsanlage dar, welches im Folgenden näher erläutert wird. Insbesondere ist bei der hier vorgestellten Variante des Pro- duktionssteuerungsverfahrens vorgesehen, eine Produktionsanlage entsprechend der Produktionsanlage 10 gemäß der Fig. 1 zu steuern.

Zum leichteren Verständnis wird daher zur Bezeichnung von Elementen der Produktionsanlage 10 auf die Bezugszeichen der Fig. 1 zurückgegriffen.

In einem ersten Schritt 110 werden zunächst die Produktionsanlage 10 sowie der Sammelträger 16 vorbereitet. Insbesondere wird der Mobileinheit 18 eine eindeutige Identifikationsinformation 42, insbesondere eine Identifikationsnummer, vergeben und in dieser abrufbar abgespeichert. Somit wird der Sammelträger 16 eindeutig identifizierbar. Zu Kontrollzwe- cken kann diese Identifikationsinformation 42 zusätzlich auf die Mobileinheit 18 aufgedruckt oder angezeigt werden.

Im Zentralproduktionsverwaltungssystem 36 werden diese Identifikationsinformation 42 sowie zumindest für einen Fertigungsauftrag alle für diesen Fertigungsauftrag notwendigen Informationen hinterlegt.

Sind mehrere Fertigungsaufträge hinterlegt, so wählt das Zentralprodukti- onsverwaltungssystem 36 einen zu bearbeitenden Fertigungsauftrag aus und übermittelt der Steuereinheit 30 über die Datenschnittstelle 34 die zugehörigen Auftragsdaten, insbesondere Identifikationsnummern des oder der zur Auftragsbearbeitung benötigten Sammelträger 16 bzw. der diesen zugeordneten Mobileinheiten 18. In einer bevorzugten Variante übermittelt das Zentralproduktionsverwaltungssystem 36 zudem ein oder mehrere, spezifische Steuerprogramme an die Steuereinheit 30, in denen insbesondere eine optimierte Be- und/oder Entladeabfolge bzw. -Strategie zur Fertigungsauftrags-spezifischen Steuerung der Ladevorrichtung 22 kodiert sind.

Für die folgende Darstellung wird vereinfachend davon ausgegangen, dass lediglich der Sammelträger 16 mit seiner Mobileinheit 18 benötigt wird.

Die Steuereinheit 30 stellt diese Informationen mittels der Ausgabe- und Bedieneinheit 32 einer Arbeitsperson zur Information und Kontrolle zur Verfügung. Die Arbeitsperson startet sodann die Abarbeitung des Fertigungsauftrags durch Betätigen der Ausgabe- und Bedieneinheit 32.

In einem anschließenden Schritt 112 werden mittels des Ortungssystems 24 die Positionen sowie die Identifikationsinformationen aller in der Ladezone 12 angeordneten Sammelträger sowie deren Identifikationsinformationen erfasst.

In einem Schritt 114 wird auf Basis dieser Informationen geprüft, ob sich alle - in diesem Beispiel also der Sammelträger 16 - für den Fertigungsauftrag erforderlichen Sammelträger 16 in der Ladezone 12 befinden. Dazu werden die ermittelten Identifikationsinformationen mit den im Fertigungsauftrag hinterlegten Identifikationsinformationen abgeglichen.

Fehlt der Sammelträger 16 (in Fig. 2 mit Minus markierter Pfad), so wird dieser in einem Schritt 116 bestellt und in der Ladezone 12 bereitgestellt sowie ggf. seine Position erneut ermittelt. Die Bereitstellung kann durch die Arbeitsperson erfolgen oder - in einer Variante des Verfahrens - beispielsweise mittels eines selbsttätigen Transportsystems, das vorteilhafterweise durch die Steuereinheit 30 gesteuert wird.

Sodann wird in einem nachfolgenden Schritt 118 mittels der Bildaufnahme- und -auswerteeinheiten 26, 28 die Lage des Sammelträgers 16 sowie sein IST-Beladungszustand ermittelt. Insbesondere wird ermittelt, wie der Sammelträger 16 in Bezug auf die Ladezone 12 ausgerichtet ist und wo auf dem Sammelträger benötigte Materialien sowie zu bearbeitende Werkstücke 20 abgelegt sind.

In Abhängigkeit von der Position, der Identifikationsinformation 42 sowie des IST-Beladungszustandes wird ein passendes Steuerprogramm, insbesondere ein Entladeprogramm, auf der Steuereinheit 30 ausgewählt oder - in einer Variante des Verfahrens - vom Zentralproduktionsverwaltungs- system 36 an die Steuereinheit über die Datenschnittstelle 34 übermittelt und auf der Steuereinheit 30 ausgeführt. In dem Steuerprogramm ist eine auf den Fertigungsauftrag sowie auf den Sammelträger 36 spezifisch ab- gestimmte Entladestrategie hinterlegt, sodass die Ladevorrichtung 22 alle für die Fertigung benötigten Elemente, insbesondere die Werkstücke 20, passgenau greift und auf optimierten Transportwegen zielgerecht vom Sammelträger 16 zum Produktionsbereich 14 transportiert und somit den Sammelträger dem Fertigungsauftrag entsprechend bei minimalem Zeitaufwand entlädt. Jeder Einzeltransport eines Werkstücks 20 wird dabei durch die Steuereinheit 30 über die Datenschnittstelle 34 dem Zentralpro- duktionsverwaltungssystem 36 gemeldet und durch dieses in diesem eingebucht.

Im folgenden Schritt 120 werden die Werkstücke 20 im Produktionsbereich 14 auftragsgemäß bearbeitet.

Anschließend wird der Sammelträger 16 in einem Schritt 122 mit den bearbeiteten Werkstücken 20 beladen.

Dazu werden zunächst aus Sicherheitsgründen erneut die Position des Sammelträgers 16 mittels des Ortungssystems 24 erfasst sowie mittels der Bildaufnahme- und -auswerteeinheiten 26, 28 seine Lage und sein aktueller IST-Beladungszustand ermittelt.

Analog zu Schritt 118 wird dann durch ein auf der Steuereinheit 30 ausgeführtes Beladeprogramm die Ladevorrichtung 22 gesteuert, so dass der Sammelträger 16 mit den Werkstücken 20 wieder beladen wird. Ebenso analog werden die Werkstücke 20 einzeln im Zentralproduktionsverwal- tungssystem 36 ausgebucht.

Nach Abschluss der Beladung werden der Erfolg des Bearbeitungsschrittes sowie der IST-Beladungszustand von der Steuereinheit 30 an das Zentral- produktionsverwaltungssystem 36 über die Datenschnittstelle 34 zurück übermittelt. Somit ist zu jedem Zeitpunkt mittels des Zentralproduktions- verwaltungssystems 36 ein virtuelles Abbild der aktuellen Produktionssituation in der Produktionsanlage 10 erstellbar.

In einem abschließenden Schritt 124 wird der Sammelträger 16 je nach Fertigungsauftrag zur Weiterverarbeitung zu einer nachfolgenden Produktionsanlage oder - bei Fertigstellung der Werkstücke 20 - zur Auslieferung in ein Auslieferungslager gebracht

Unter Vornahme einer Zusammenschau aller Figuren der Zeichnung betrifft die Erfindung zusammenfassend eine Produktionsanlage 10 sowie ein Produktionssteuerungsverfahren 100 zur Steuerung einer Produktionsanlage, insbesondere einer Produktionsanlage 10, durch die bzw. in dem mittels eines Ortungssystems 24 eine Identifikationsinformation 42 und/oder eine Position und mittels einer Bildaufnahmeeinheit 26 und einer Bildverarbeitungseinheit eine Lage und ein Zustand, insbesondere ein IST- Beladungszustand, eines Sammelträgers 16 erfasst bzw. ermittelt werden.

Auf Grundlage einer kombinierten Verarbeitung dieser Informationen kann der Sammelträger 16 zur Abarbeitung eines Fertigungsauftrags bedarfsgerecht bestellt, be- und/oder entladen sowie - insbesondere nach Ab- schluss des Fertigungsauftrags - aus der Produktionsanlage 10 ausgeschieden werden. Bislang erforderliche Vor- und Nachbereitungen werden somit auf ein Minimum reduziert bzw. teilweise sogar vermieden. Die Produktionsanlage 10 kann durch die momentane Erfassung dieser individuellen Informationen besonders flexibel und einfach selbst auf unterschiedlichste Fertigungsauftragsarten angepasst werden. Die Abarbeitung des Fertigungsauftrags kann durch Wegfall bisheriger Quellen von Zeitverlusten beschleunigt werden. In einem Zentralproduktionsverwaltungssys- tem 36 können diese und weitere auf den Fertigungsauftrag bezogene In- formationen abgelegt und zentral verwaltet werden. Der Automatisierungsgrad der Produktionsanlage 10 kann somit auf einfache Weise signifikant gesteigert werden.

Mittels einer Innenraum-Ortung und eines Innenraum-Ortungssystem 24 kann die Positionsbestimmung der Mobileinheit 18 allein durch eine Analyseeinheit, also ohne manuelle Interaktion, erfolgen. Bisherige Systeme zur Ortung von Werkstücken oder Aufträgen in Fertigungsstätten haben den Nachteil, dass verloren gegangene Werkstücke oder Aufträge manuell gesucht werden müssen. Man hat erkannt, dass diese manuellen Suchvorgänge, insbesondere in Fertigungsstätten mit einer hohen Anzahl von kleinen und ständig wechselnden Aufträgen, also z. B. in Lohnfertigungsstätten, einen enorm hohen Anteil der nichtproduktiven Zeit ausmachen. Mit der erfindungsgemäßen Ortung und dem beschriebenen System können die Positionen der Werkstücke 20 und damit der Aufträge z. B. auf einem Bildschirm aufgerufen, gefiltert oder gezielt lokalisiert werden. Die Notwendigkeit von zeitaufwändigen manuellen Suchvorgängen von Werkstücken 20, aber auch von Werkzeugen oder Personen, kann so insbesondere in der (stahl- und/oder blechverarbeitenden) industriellen Fertigung drastisch verringert werden.

Die hierin offenbarten Konzepte basieren auf der Verwendung eines 2D- /3D-Innenraum (Indoor)-Ortungssystems als Ausgangsbasis für die ortsabhängige Informationsverarbeitung. Das Ortungssystem 24, insbesondere die Mobileinheiten 18, können optional mit weiterer Sensorik, zum Beispiel mit zumindest einem Beschleunigungs- und/oder Lagesensor, ausgestattet sein und so ferner als Ausgangsbasis für eine lageabhängige Informationsverarbeitung dienen. Dadurch wird insbesondere eine orts- (und gegebenenfalls läge-) abhängige Interaktion im Rahmen des 2D-/3D- Innenraum-Ortungssystems bei der Produktions- bzw. Fertigungssteue- rung sowie eine Optimierung von Fertigungsvorgängen ermöglicht. Beispielsweise können virtuelle Schranken (Gates) und Zonen eingesetzt werden, um einen Fertigungsprozess und nachfolgende Produktionsschritte automatisiert zu überwachen und zu steuern.

Dies kann insbesondere in Echtzeit erfolgen.

Es wurde erkannt, dass der Einsatz derartiger Ortungssysteme 24 bei Berücksichtigung der zu erwartenden Prozessvorgänge in einer Fertigungshalle auch im speziellen Umfeld einer stahl- und/oder blechverarbeitenden Industriefertigung möglich ist. Entsprechend können derartige Ortungssysteme in ein Fertigungssteuerungssystem (hierin auch als Produktions- steuerungssystem bzw. MES (Manufacturing Execution System) bezeichnet) integriert werden. Durch die Berücksichtigung der zu erwartenden Prozessvorgänge in einer Fertigungshalle wird der Einsatz derartiger Ortungssysteme 24 z. B. trotz des vorhandenen Stahls und Blechs möglich, obwohl metallische Werkstücke 20 die verwendeten elektromagnetischen Signale reflektieren und abschirmen können. Der Einsatz ist auch dann noch möglich, wenn die metallischen Werkstücke 20 überdies noch örtlich bewegt werden und sich so die Reflexionsflächen ständig in ihrer Position und Ausrichtung ändern.

Beim Einsatz von 2D-/3D-Innenraum-Ortungssystemen 24 kann eine Komplexität bei der aufwandsarmen, dynamischen Zuordnung von gewonnener Ortsinformation zu physischen Komponenten entstehen. Die hierin offenbarten Konzepte adressieren diese Komplexität und erlauben es beispielsweise, Produktionsaufträge mit zugeordneter Kennung ohne aufwändige Interaktion einer Mobileinheit 18, mit der zuzuordnende Ortsinformation gewonnen wird, zuzuordnen. Innenraum-Ortungssysteme 24 erlauben die detaillierte Abbildung von Materialflüssen in der Fertigung innerhalb einer Fertigungshalle in die digitale Prozessverarbeitung. Die Ortungssysteme 24 vereinfachen dabei die Lokalisierung der an der Fertigung teilnehmenden Objekte/Personen im Produktionsumfeld. Werden Werkzeuge, Betriebsmittel oder Ladungsträger initial einmal mit einer lokalisierbaren Mobileinheit 18 des Ortungssystems 24 ausgestattet, sind diese im digitalen Steuerungssystem manuell oder automatisiert entsprechend digitaler Information zuzuordnen. Dies bezieht sich auch auf temporär an der Fertigung beteiligte Objekte wie beispielsweise Produktionsaufträge oder Servicepersonal. Temporär benötigte dynamische Zuordnungen können immer wieder neu entstehen und werden nur wenige Stunden, Tage oder Wochen in der Fertigungshalle benötigt. Um die dynamische Zuordnung der Mobileinheiten 18 zu neuen Produktionsaufträgen aufwandsarm und zuverlässig zu ermöglichen und sicherzustellen, können die hierin vorgeschlagenen Prozesshilfen verwendet werden.

Die Innenraum-Positionsbestimmung kann mit den hierin offenbarten Verfahren auf unter 30 cm, insbesondere unter 10 cm, Genauigkeit in einer von GPS-Satellitensignalen nicht erreichbaren Fertigungshalle mit einem Grundriss im Bereich von z. B. 1 ha erfolgen. Diese Genauigkeit ist mit anderen Techniken (Bluetooth, WiFi, WLAN, Infrarot, Mobilfunk, RFID) im Wesentlichen nicht möglich. Bei der Ortung von Werkstücken 20, Aufträgen, Personen (z. B. Bearbeitern) und/oder Werkzeugen sind viele Anforderungen zu berücksichtigen. Man hat erkannt, dass sich die industrielle Fertigung mehr und mehr auf die Fertigung von Kleinserien mit vielen einzelnen Arbeitsschritten (Fertigungsprozesse wie z.B. Schneiden, Biegen, Schleifen, Ober-flächenbehandlung) an unterschiedlichen Arbeitsplätzen wie Maschinenarbeitsplätze und manuelle Arbeitsplätze einrichtet. So sind oftmals mehrere hundert unterschiedliche Aufträge an einem Tag zu erle- digen, die alle unterschiedliche Arbeitsschritte erfordern. Sobald nur eine Störung auftritt, kann die Fertigungssteuerung sehr schnell sehr unübersichtlich werden. Zeitaufwändig werden halb oder noch gar nicht bearbeitete Aufträge in der Fertigungshalle durch einzelne Personen gesucht und deren Status ermittelt. Dieser wird dann an die Fertigungssteuerung übermittelt. Das kann zu einem erheblichen Zeitverlust bei der eigentlichen Fertigung führen.

Durch die immer schneller werdenden Verarbeitungsschritte bei der produktiven Bearbeitung und bei der Erhöhung der Anzahl unterschiedlicher Aufträge mit immer kleinerer Anzahl von Gleichteilen, können derartige Ausfälle immer häufiger auftreten. Die dadurch verursachten Zeitausfälle reduzieren die produktive Zeit. Sollen Aufträge, Werkstücke 20, Personen, z. B. Bearbeiter, und Werkzeuge schnell aufgefunden werden, ist die hierin offenbarte Ortung zumindest einzelner dieser Einheiten hilfreich, Fehlzeiten zu reduzieren. Insbesondere erfüllt sie die sehr hohen Anforderungen für eine Industriefertigung.

Bei der Industriefertigung ist eine Ortung in Echtzeit angestrebt. Sie soll örtlich so genau sein, dass Mobileinheiten 18 sicher gefunden und/oder den Bearbeitungsschritten zugeordnet werden können. Dazu hat sich herausgestellt, dass eine Ortung, die nur auf 1 m genau ist, nicht ausreicht. Auch ist eine Ortung, die bei jeder Veränderung des Abstrahlungsverhal- tens elektro-magnetischer Wellen, verursacht z. B. durch Bewegung von metallischen Werkstücken 20 in der Fertigungshalle, neu kalibriert werden müsste, nachteilig und oft nicht einsetzbar. Die Ortung soll zudem flexibel sein, mehrere Aufträge sollten zu einem Auftrag zusammenfassbar sein, ein Auftrag sollte aufteilbar in mehrere Aufträge sein etc. Die Ortung sollte einfach zu bedienen sein. Sie sollte ausfallsicher sein. Allgemein können die hierin offenbarten Konzepte eine Erhöhung der Prozesssicherheit, eine Optimierung von Durchlaufzeiten und entsprechend eine Kostenoptimierung der Produktion ermöglichen. Im Speziellen können die hierin offenbarten Konzepte eine z. T. erhebliche Zeiteinsparung im Fertigungsprozess bewirken, wobei sich der Fertigungsprozess z. B. von der Herstellung einer erforderlichen Stückzahl von Teilen bis zur korrekten Weitergabe an einen Nachfolgeprozess (z. B. einen nachfolgenden Metallbearbeitungsschritt) erstreckt. Mehrere Aufträge können ferner quasi gleichzeitig prozesssicher umgesetzt werden. Die hierin offenbarten Konzepte erlauben ferner eine einfache Zuordnung von Werkstücken 20 im Rahmen des Ortungssystems 24. So können offene Aufträge trotz der Komplexität von mehreren gleichzeitig zu bearbeitenden Aufträgen optimiert werden.

Ferner kann eine flexible Abarbeitung verschiedener Prozessabläufe mit der begleitenden Zeiteinsparung erfolgen, wenn Maschinen wie Laserschneidmaschinen und/oder Stanzmaschinen in den teilautomatisierten Herstellungsprozess eingebunden werden. Ferner kann die Fehlervermeidung und die automatische, korrekte Verbuchung von Werkstücken 20, Bearbeitungsschritten etc. die Basis für eine datenbasierte Echtzeitsteuerung der Metallverarbeitung (z. B. der Stahl- und Blechfertigung) legen. Entsprechend werden auch Werkzeugmaschinen, die bei der Erstellung von kleinen Losgrößen von Werkstücken eingesetzt werden, in eine von einem MES im Rahmen der Industrie 4.0 gesteuerte Fertigung einbindbar.

Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass mit der Genauigkeit und der Zuverlässigkeit neuer insbesondere auf der UWB-Technologie basierender Ortungssysteme, beispielsweise mit einer Genauigkeit in der Ortsbestimmung von kleiner 30 cm, insbesondere klei- ner 10 cm, der Einsatz von Innenraum-Ortungssystemen im Rahmen der industriellen Fertigung sinnvoll möglich wird.

Die hierin offenbarten, für die Integration in die industrielle Fertigung vorgesehenen Ortungssysteme basieren auf Mobileinheiten 18 (hierin auch als "Tags" bezeichnet) und stationären Sende-Empfangseinrichtungen (hierin auch als "Anker" oder "Anchors" bezeichnet). Bei der Integration in die industrielle Fertigung wird zur Positionsbestimmung eines Werkstücks 20, allgemein eines Gegenstands ("Assets"), dieses jeweils mit mindestens einer Mobileinheit 18 versehen bzw. mit dieser funktionell oder räumlich in Bezug gesetzt (hierin auch als physische oder räumliche Zuordnung bezeichnet). Die Mobileinheiten 18 sind allgemein elektronische Bauteile, die dazu in der Lage sind, mit den Sende- Empfangseinrichtungen, insbesondere mittels UWB- Kommunikationstechnologie, zu kommunizieren. Jede Mobileinheit kann zur Feststellung von Laufzeiten über eine eigene Zeitbestimmungseinheit ("Clock") verfügen.

Das Ortungssystem 24 kann mehrere Sende-Empfangseinheiten und mindestens eine Mobileinheit 18 aufweisen. Das Ortungssystem 24 kann ferner mit dem MES zusammenwirken. Beispielsweise kann eine Analyseeinheit des Ortungssystems 24 als ein Teil des MES ausgebildet sein.

Die Sende-Empfangseinheiten können dazu eingerichtet sein, an die Mobileinheiten 18 UWB-Radiosignale zu senden und von diesen UWB- Radiosignale zu empfangen.

Der Abstand zwischen einer örtlich beweglichen Mobileinheit 18 und einer z. B. fest installierten Sende-Empfangseinheit, kann durch die Zeit bestimmt werden, die das Signal zum Überwinden der Distanz zwischen den beiden Einheiten benötigt. Werden die Distanzen von mehreren Sende- Empfangseinheiten ermittelt, deren Ort jeweils bekannt ist, kann der räumliche Ort der Mobileinheit 18 in Bezug zu den Sende- Empfangseinheiten z. B. durch Triangulation bestimmt werden.

Für eine Laufzeitbestimmung können die Sende-Empfangseinheit und die Mobileinheit(en) 18 über hochgenaue Uhren verfügen, die die Zeit auf wenige oder sogar nur Bruchteile von ns genau bestimmen können. Auch wenn die Uhren in der Sende-Empfangseinheit und in der Mobileinheit 18 hochgenau sind, so sind die Uhren noch nicht zwingend synchronisiert. Es können unterschiedliche Verfahren der Synchronisation von Uhren oder der Elimination von Fehlern folgend aus dem asynchronen Uhrenverlauf eingesetzt werden. So kann beispielsweise eine der Sende- Empfangseinheiten, z. B. als Master-Positionsbestimmungseinheit, ein Signal zu einer ersten Zeit Tl versenden und ein zweites Signal zu einer zweiten Zeit 12. Der Mobileinheit 18 kann der Zeitunterschied T2-T1 bekannt sein oder zusammen mit den Signalen übermittelt werden, so dass sie sich auf die Zeit der Sende-Empfangseinheiten synchronisieren kann. Alternativ kann die Mobileinheit 18 zwei Signale in einem vorbekannten zeitlichen Abstand Ta senden. In diesem Fall kann die Sende- Empfangseinheit anhand ihrer eigenen Zeitmessung mit ihrer eigenen Uhr vom Empfang des ersten Signals bis zum Empfang des zweiten Signals die Synchronisationsabweichung ermitteln und aus der Distanzmessung herausrechnen. Der zeitliche Abstand zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal sollte gering sein, sodass sich die Mobileinheit 18 in dieser Zeit nicht örtlich wesentlich bewegt hat. Der zeitliche Abstand kann von der Mobileinheit 18 so gewählt werden, dass er ein vorgegebenes Vielfaches oder ein vorgegebener Bruchteil der Zeit ist, die die Mobileinheit 18 benötigt vom Empfang eines Signals, auf das es antworten soll, bis zur Ausgabe des ersten Signals. Die Sende-Empfangseinheiten können ferner über kabellose oder kabelgebundene Kommunikationsverbindungen mit der Analyseeinheit verbunden sein.

Die Mobileinheiten 18 können beispielsweise nur über die Sende- Empfangseinheiten kommunizieren. Alternativ oder zusätzlich können sie eigenständig über weitere Kommunikationsverbindungen (zum Beispiel eine WLAN-Verbindung) mit der Analyseeinheit / dem MES kommunizieren.

Allgemein kann die Datenkommunikation der Sende-Empfangseinheiten und der Mobileinheiten 18 mit einem Fertigungssteuerungssystem, insbesondere mit dem MES , bidirektional möglich sein.

In einigen Ausführungsformen können WLAN-Sendestationen in die Sende-Empfangseinheiten des Ortungssystems für einen Datenzugang in das Fertigungssteuerungssystem integriert werden, sodass über die Sende- Empfangseinheiten digitale Daten in der Fertigungshalle mobil z. B. über Smartphones oder Tablets zugänglich sind. Die Integration der WLAN- Sendestationen in die Sende-Empfangseinheiten kann die Installation und das Betreiben eines Datenkommunikationssystems in der Fertigungshalle vereinfachen.

Die UWB-Technologie nutzt Frequenzbereiche von z.B. 3 GHz bis 5 GHz, wobei die UWB-Technologie einen relativ großen Frequenzbereich zur Ausbildung von zeitlich scharf begrenzten Signalverläufen (Kommunikationsrahmen) nutzt. Um nämlich ein Objekt, das Radiowellen aussendet, möglichst exakt lokalisieren zu können, benötigt man ein Signal mit sehr steilen Flanken. D.h., das Signal stellt eher einen rechteckförmigen Signalver- lauf über die Zeit dar als einen sinusförmigen Verlauf. Dazu benötigt man ein Signal, bei dem mehrere sinusförmige Signale mit unterschiedlichen Frequenzen überlagert sind. Denn aus mehreren Sinussignalen mit unterschiedlichen Frequenzen kann ein Signal geformt werden, das eine steile Flanke besitzt und einem im Wesentlichen rechteckförmigen Verlauf über die Zeit angenähert werden kann. Das bedeutet, dass mehrere Frequenzen aus einem breitbandigen Frequenzspektrum zur Verfügung stehen müssen, um ein Signal zu formen. Entsprechend eignet sich für die exakte Lokalisierung insbesondere die UWB-Technologie, die über ein breitbandi- ges Frequenzspektrum verfügt. Die Technologie und die verwendbaren Frequenzbänder der UWB-Technik sind beispielsweise in dem Standard „IEEE 802.15 -2015" beschrieben.

Ferner kann als exponiertes Element der menschenlesbaren Information eine LED auf der Mobileinheit 18 vorgesehen werden. Diese kann beispielsweise dem Menschen durch unterschiedliche Farben, Blinkfrequenzen oder Blinkmuster codierte Informationen visuell mitteilen. Eine insbesondere blinkende LED ist auch auf große Entfernungen leichter zu erkennen, als z. B eine Anzeige. Deswegen hat eine Signalvorrichtung wie eine LED besondere Vorteile, wenn z. B. eine Mobileinheit 18 gesucht wird. Sie kann von einem Bediener ferngesteuert adressiert werden und sich dann mit einer Signalvorrichtung bemerkbar machen. Zusätzlich oder alternativ kann sie ein Geräuschsignal abgeben. Eine solche ferngesteuerte Adressierung kann beispielsweise durch eine weitere Mobileinheit 18 oder über eine sonstige insbesondere tragbare Vorrichtung, z. B. Smartphone, Tablet, oder über die Analyseeinheit erfolgen. Sie kann aber auch direkt, z. B. über Nahfeldsender (z. B. Bluetooth, NFC, IR), erfolgen.

Die Mobileinheit 18 kann ferner einzelne oder mehrere verschiedene Sensoren zur Ermittlung der Lage, der Beschleunigung, der Bewegung im Raum mittels Gyrosensor, der Temperatur, Magnetfeld, elektrisches Feld, der Feuchte, der Helligkeit, Schall, Vibrationen etc. umfassen. Diese können für zusätzliche Funktionen genutzt werden.

Claims

Patentansprüche

Produktionsanlage (10), wobei die Produktionsanlage (10) Folgendes aufweist:

- Eine Ladezone (12) zum Be- und/oder Entladen wenigstens eines Sammelträgers (16),

- ein Ortungssystem (24) zur Lokalisierung eines Sammelträgers (16) in der Ladezone (12), wobei das Ortungssystem (24) eingerichtet ist, die Position einer an dem Sammelträger (16) angeordneten Mobileinheit (18) zu ermitteln und/oder eine auf der Mobileinheit (18) gespeicherte Identifikationsinformation (42) zu erfassen,

- eine Bildaufnahmeeinheit (26), die eingerichtet ist, Bildinformationen der Ladezone (12) zu erfassen,

- eine Bildauswerteeinheit (28), die eingerichtet ist, unter Verwendung der Bildinformationen die Lage des Sammelträgers (16) und/oder einen Zustand des Sammelträgers (16) zu ermitteln.

Produktionsanlage (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ortungssystem (24) als Ultra-Breitband-Messsystem ausgebildet ist.

Produktionsanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ortungssystem (24) eingerichtet ist, die Position des Sammelträgers (16) mit einer Genauigkeit von weniger als 1 m, bevorzugt von weniger als 0,3 m, zu erfassen.

4. Produktionsanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauswerteeinheit (28) ausgebildet ist, als Zustand des Sammelträgers (16) einen IST- Beladungszustand, einen Beladungsgrad, eine Verfügbarkeit, eine Nichtverfügbarkeit, eine Position, eine Lage einer Freifläche (40) und/oder eine Lage eines Freiraums des Sammelträgers (16) zu ermitteln.

5. Produktionsanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktionsanlage (10) eine Ladevorrichtung (22) zum Be- und/oder Entladen des Sammelträgers (16) aufweist.

6. Produktionsanlage (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (22) eingerichtet ist, einen Be- und/oder Entladevorgang in Abhängigkeit von der Lage und/oder des Zustandes des Sammelträgers (16) durchzuführen.

7. Produktionsanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktionsanlage (10) eine Anzeige- und Bedieneinheit (32), vorzugsweise mit einer Touch- Displayeinheit, aufweist.

8. Produktionsanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktionsanlage (10) ein Zent- ralproduktionsverwaltungssystem (36) aufweist.

9. Produktionsanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktionsanlage (10) eine Blechverarbeitungsanlage aufweist oder als solche ausgebildet ist.

10. Produktionssteuerungsverfahren zur Steuerung einer Produktionsanlage (10), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:

A) Erfassen der Position und/oder einer Identifikationsinformation (42) eines Sammelträgers (16) mittels eines Ortungssystems (24);

B) Ermitteln der Lage und/oder des Zustands des Sammelträgers (16) mittels einer Bildaufnahmeeinheit (26) und einer Bildauswerteeinheit (28);

C) Bestellen, Ausscheiden, Beladen und/oder Entladen des Sammelträgers (16) in Abhängigkeit von der erfassten Position und/oder der erfassten Identifikationsinformation (42), insbesondere in Abhängigkeit von der Lage und/oder des ermittelten Zustands des Sammelträgers (16).

11. Produktionssteuerungsverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Zustand ein IST-Beladungszustand, ein Beladungsgrad, eine Verfügbarkeit, eine NichtVerfügbarkeit, eine Position, eine Lage einer Freifläche (40) und/oder eine Lage eines Freiraums des Sammelträgers (16) ermittelt wird.

12. Produktionssteuerungsverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des IST-Beladungszustandes ein Belade- und/oder ein Entladeablauf selbsttätig ausgewählt und/oder an- gepasst wird.

13. Produktionssteuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor Bearbeitung eines Auftrags in der Produktionsanlage (10) die in den Schritten (A) und/oder (B) erhaltenen Informationen mit Anforderungen des Auftrags, insbesondere mit Identifikationsinformationen benötigter Sammelträger (16), deren Position, deren Lage und/oder deren Zustand, verglichen werden.

14. Produktionssteuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen zur Bestellung, Ausscheidung, Beladung und/oder Entladung des Sammelträgers (16) gemäß Schritt (C) einem Zentralproduktionsverwaltungssystem (36) übermittelt und/oder von diesem empfangen werden.