WO2025237641A1 - Steuerungssystem zur kontrolle von produktionsabläufen und service- und diagnoseaufgaben einer werkzeugmaschine - Google Patents

Steuerungssystem zur kontrolle von produktionsabläufen und service- und diagnoseaufgaben einer werkzeugmaschine

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WO2025237641A1
WO2025237641A1 PCT/EP2025/061095 EP2025061095W WO2025237641A1 WO 2025237641 A1 WO2025237641 A1 WO 2025237641A1 EP 2025061095 W EP2025061095 W EP 2025061095W WO 2025237641 A1 WO2025237641 A1 WO 2025237641A1
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WO
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control unit
master control
mts
control system
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PCT/EP2025/061095
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English (en)
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Inventor
Florian DOMMERT
Thomas KIEWELER
Martin Lukas
Martin Schober
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Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
Original Assignee
Trumpf Werkzeugmaschinen SE and Co KG
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/41865—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by job scheduling, process planning, material flow

Definitions

  • Control system for monitoring production processes and service and diagnostic tasks of a machine tool
  • Machine tools are regularly optimized with regard to the actual production process. For this purpose, programs are created for the most efficient processing of production orders and stored in the machine control system via a user interface.
  • machine tools must also perform other tasks such as diagnostics, maintenance, and service. For example, adequate lubrication of the machine and timely tool changes in case of wear must be ensured.
  • the operator interface provides relevant information, allowing the necessary service, maintenance, or diagnostic task to be initiated manually. Alternatively, some of these tasks are performed automatically by the machine before machining new workpieces. In both cases, however, performing service, maintenance, or diagnostic tasks generally leads to a production delay.
  • the invention is based on the objective of proposing a system with which service and diagnostic tasks on a machine tool are automatically detected. and can be carried out in such a way as to ensure optimal utilization of the machine tool.
  • a control system for controlling production processes and service, maintenance and diagnostic tasks of a machine tool comprising a user interface for inputting and controlling programs for workpiece machining, a program memory, a control unit for position control of tools and/or workpieces, a sensor unit for detecting workpiece and tool positions and a status monitoring unit for operating states of the machine tool, characterized in that a master control unit is provided which is connected to the user interface, the program memory, the control unit, the sensor unit and the status monitoring unit and recognizes required service, maintenance and/or diagnostic tasks on the machine tool based on signals from the status monitoring unit and initiates their execution in time windows between the processing of programs for workpiece machining.
  • the master control unit automates the scheduling of upcoming service, maintenance, and diagnostic tasks on the machine tool and initiates their execution in such a way that the workpiece production process is not interrupted. This results in optimal machine utilization.
  • Naturally occurring production downtimes for example, for loading and unloading workpieces, can now be used to automatically perform service, maintenance, or diagnostic tasks.
  • the control unit for the actual workpiece machining is not burdened with monitoring these additional tasks. This means that the machine operator can continue to focus on optimal programming of the machine as before.
  • the machine can concentrate on workpiece machining. Manual intervention in the production process will only be necessary in a few exceptional situations, such as when the master control unit detects critical situations that cannot be resolved automatically.
  • the master control unit is connected to all essential components, including the user interface, program memory, control unit for tool and workpiece positions, the sensor system for detecting these positions, and the machine's condition monitoring system, which is equipped with a variety of sensors.
  • the master control system may also prioritize service, maintenance, and diagnostic tasks and compare these priorities with those assigned to programs, thus scheduling the execution of higher-priority service, maintenance, and/or diagnostic tasks before lower-priority programs. For example, if a production program requires that a specific part or batch of parts be completed with high urgency by a certain time, this program is given high priority, and the master control system will not interfere with its execution by performing service, maintenance, or diagnostic tasks, but rather postpone them.
  • the master control system can proactively identify a potential conflict with the high-priority production program and schedule the urgent service, maintenance, or diagnostic task in advance so that the execution of the high-priority production program is not hindered. This can, for example, lead to a low-priority production program being replaced by the execution of the urgent service task, and the low-priority production program only being processed after the urgent service task and the high-priority production program have been completed.
  • the priorities for workpiece machining programs are preferably predefined via the user interface and can be modified by the master control unit if necessary. The machine operator can thus specify which production programs take precedence. However, if the master control unit decides to prioritize a service, maintenance, or diagnostic task over a lower-priority production program, the resulting delay in processing the production program may necessitate that the master control unit raise its priority level to ensure timely completion.
  • the priorities for workpiece machining programs are largely set by the machine operator, the priorities for service, maintenance, and/or diagnostic tasks are determined by the master control unit.
  • the master control unit can store information about its safety relevance to the machine and workpiece machining, the estimated time required to perform the task, the reason for performing the task, its frequency, and whether it can be replaced by another task.
  • the master control unit uses this information to calculate and continuously adjust the priority of each task. Priority adjustments may be necessary based on sensor information from the machine's condition monitoring system.
  • the frequency of execution can refer to a time interval, a travel distance, an estimated stress, or another interval.
  • a reason for execution could be, for example, reaching the specified periodicity, a tool change, or a workpiece change.
  • the master control unit can, in particular, perform lubrication tasks on the machine tool, carry out the execution of Initiate safety tests and the replacement or repair of tools in the event of tool wear reported by the condition monitoring device as service tasks, and document the execution of these service tasks.
  • the master control unit can also control putting the machine tool into an energy-saving mode and/or switching it off. This eliminates the need for further manual intervention on the machine.
  • the master control unit communicates bidirectionally with the user interface, program memory, control unit, sensor unit, and condition monitoring unit. This allows the master control unit not only to query information from these machine components but also to directly influence them.
  • the master control unit can be implemented in hardware integrated into the machine tool, on a computer connected to the machine tool, or as a cloud-based software program.
  • the master control unit can cooperate with a factory control unit responsible for multiple machine tools. Based on service, maintenance, or diagnostic tasks scheduled by the master control unit, the factory control unit can distribute workpiece machining operations among several machine tools.
  • master control unit cooperates with one or more master control units of other machine tools. In this way, workpiece machining can be carried out over several periods of time.
  • the other machine tools can preferably be of the same type.
  • the master control unit of one machine can transfer workpiece machining operations to another machine if the master control unit of that machine reports an open machining time window and a service, maintenance, or diagnostic task needs to be performed on the first machine.
  • the other machine tools can also be other machines within the machining chain of a workpiece.
  • the first machine could be a laser cutting machine and another a bending machine, in which the workpieces cut in the first machine are bent.
  • the master control unit of the first machine can, for example, postpone workpiece processing or the transfer of machined workpieces to the next machine for further processing if the master control unit of the next machine reports that a service, maintenance, or diagnostic task needs to be performed there. In this way, a bottleneck in the workpiece flow can be avoided.
  • the master control units of several machines can form a network that allows communication between all machines and thus optimizes the utilization of the entire production chain.
  • Fig. 1 shows a diagram of a control system of a machine tool according to the state of the art
  • Fig. 2 shows a diagram of a control system of a machine tool according to the invention.
  • Fig. 1 shows a diagram of a state-of-the-art machine tool control system with a user interface 10, an integrated program memory 11, a control unit 12 for position and motion control of tools and/or workpieces, a sensor unit 13 for detecting tool and workpiece positions, and a status monitoring unit 14 that monitors the machine's operating states and communicates with a multitude of sensors (not shown here).
  • Programs for optimal workpiece machining are created via the user interface 10 and stored in the program memory 11. These programs cause the control unit 12 to actuate the tools and workpieces accordingly.
  • the sensor unit 13 monitors the workpiece machining process. If the status monitoring unit 14 detects a problem with the machine, such as tool wear or the need for lubrication, it sends a corresponding message to the user interface 10.
  • the machine operator can then manually start a corresponding service or diagnostic program, which may also be stored in the program memory. Some of these service or diagnostic programs can also be executed automatically, for example when the machine is switched on or after waking up from a sleep state
  • the control system according to the invention shown in Fig. 2 has the same components 10 to 14 as the prior art control system shown in Fig. 1. However, in this control system, the user interface 10 does not communicate directly with the program memory 11. Components 12 to 14 are not directly connected, but rather via a master control unit (MTS). Furthermore, a program memory 15 is provided for service tasks and a program memory 16 for diagnostic tasks. A possible additional program memory for maintenance tasks is not shown. These program memories 15 and 16 are also connected to the master control unit (MTS). This allows the master control unit 15 to automatically execute service, maintenance, or diagnostic tasks during time windows between workpiece machining programs. In addition, the master control unit (MTS) can assign priorities to the service, maintenance, and diagnostic tasks and store these priorities, along with the programs, in memories 15 and 16.
  • MTS master control unit
  • MTS master control unit
  • the master control unit decides when high-priority service, maintenance, or diagnostic tasks can be processed before lower-priority production programs.
  • the MTS master control unit also logs the execution of service, maintenance and/or diagnostic tasks.
  • the master control unit is also connected to a master control unit of another machine 17.
  • Such a connection can also be established to more than one other machine or a factory control unit.
  • This allows the formation of a network of master control units (MTS) of several machines, thus enabling cross-machine optimization of workpiece machining and the execution of service, maintenance, and/or diagnostic tasks on the machines.
  • the other machines 17 can be machines of the same type or machines for performing further machining operations on the workpieces within the production chain for these workpieces.
  • the workload can be distributed across the machines by the connected master control units (MTS) in such a way that machining operations are delayed as little as possible by service, maintenance, and/or diagnostic tasks.
  • the master control unit (MTS) can also communicate with or form part of a customer network 18.
  • the MTS communicates bidirectionally with all components 10 to 18, as indicated by double arrows in Fig. 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem zur Kontrolle von Produktionsabläufen und Service-, Wartungs- und Diagnoseaufgaben einer Werkzeugmaschine mit einer Benutzer-Schnittstelle (10) zur Eingabe und Kontrolle von Programmen für Werkstückbearbeitungen, einem Programmspeicher (11), einer Steuereinrichtung (12) zur Positionssteuerung von Werkzeugen und/oder Werkstücken, einer Sensoreinrichtung (13) zum Erfassen von Werkstück- und Werkzeugpositionen und einer Zustandserfassungseinrichtung (14) von Betriebszuständen der Werkzeugmaschine, wobei eine Master-Steuereinrichtung (MTS) vorgesehen ist, die mit der Benutzer-Schnittstelle (10), dem Programmspeicher (11), der Steuereinrichtung (12), der Sensoreinrichtung (13) sowie der Zustandserfassungseinrichtung (14) verbunden ist und erforderliche Service-, Wartungs- und/oder Diagnoseaufgaben an der Werkzeugmaschine aufgrund von Signalen der Zustandserfassungseinrichtung (14) erkennt und deren Durchführung in Zeitfenstern zwischen der Abarbeitung von Programmen zur Werkstückbearbeitung veranlasst.

Description

Steuerungssystem zur Kontrolle von Produktionsabläufen und Service- und Diagnoseaufgaben einer Werkzeugmaschine
Hintergrund der Erfindung
Werkzeugmaschinen werden regelmäßig hinsichtlich des eigentlichen Produktionsablaufs optimiert. Dazu werden Programme zur möglichst effektiven Abarbeitung von Fertigungsaufträgen erstellt und über eine Benutzer-Schnittstelle in der Maschinensteuerung hinterlegt.
Neben der eigentlichen Werkstückbearbeitung müssen Werkzeugmaschinen jedoch auch andere Aufgaben wie Diagnose-, Wartungs- oder Serviceaufgaben durchführen. So müssen beispielsweise eine ausreichende Schmierung der Maschine oder ein rechtzeitiger Werkzeugwechsel bei Verschleißerscheinungen sichergestellt werden. Wenn solche Aufgaben anstehen, wird bisher über die Bediener-Schnittstelle eine entsprechende Information ausgegeben, sodass die erforderliche Service-, Wartungs- oder Diagnoseaufgabe manuell veranlasst werden kann. Alternativ werden manche der Aufgaben auch automatisch von der Maschine vor der erneuten Bearbeitung von Werkstücken durchgeführt. In beiden Fällen führt das Durchführen von Service-, Wartungs- oder Diagnoseaufgaben jedoch in der Regel zu einer Verzögerung der Produktion.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System vorzuschlagen, mit dem Service- und Diagnoseaufgaben an einer Werkzeugmaschine automatisch erkannt und derart durchgeführt werden können, dass eine optimale Auslastung der Werkzeugmaschine sichergestellt ist.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Steuerungssystem zur Kontrolle von Produktionsabläufen und Service-, Wartungs- und Diagnoseaufgaben einer Werkzeugmaschine mit einer Benutzer-Schnittstelle zur Eingabe und Kontrolle von Programmen für Werkstückbearbeitungen, einem Programmspeicher, einer Steuereinrichtung zur Positionssteuerung von Werkzeugen und/oder Werkstücken, einer Sensoreinrichtung zum Erfassen von Werkstück- und Werkzeugpositionen und einer Zustandserfassungseinrichtung von Betriebszuständen der Werkzeugmaschine, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Master-Steuereinrichtung vorgesehen ist, die mit der Benutzer- Schnittstelle, dem Programmspeicher, der Steuereinrichtung, der Sensoreinrichtung sowie der Zustandserfassungseinrichtung verbunden ist und erforderliche Service-, Wartungs- und/oder Diagnoseaufgaben an der Werkzeugmaschine aufgrund von Signalen der Zustandserfassungseinrichtung erkennt und deren Durchführung in Zeitfenstern zwischen der Abarbeitung von Programmen zur Werkstückbearbeitung veranlasst.
Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen.
Die Master-Steuereinrichtung automatisiert das Einplanen von anstehenden Service-, Wartungs- und Diagnoseaufgaben an der Werkzeugmaschine und initiiert deren Ausführung derart, dass der Produktionsprozess der Werkstücke dadurch nicht unterbrochen wird. Dies führt zu einer optimalen Auslastung der Maschine. Naturgemäß auftretende Produktionsstillstandzeiten, beispielsweise zum Be- und Entladen von Werkstücken, können jetzt zur automatischen Durchführung von Service-, Wartungs- oder Diagnoseaufgaben genutzt werden. Die Steuereinrichtung für die eigentliche Werkstückbearbeitung wird mit der Kontrolle dieser zusätzlichen Aufgaben nicht belastet. Dies bedeutet, dass der Bediener der Maschine wie bisher sich auf eine optimale Programmierung der Werkstückbearbeitung konzentrieren kann. Lediglich in wenigen Ausnahmesituation wird ein manuelles Eingreifen in den Produktionsablauf nötig sein, wenn die Master-Steuereinrichtung kritische Situationen erkennt, die nicht automatisch behoben werden können. Zur vollständigen Kontrolle aller Abläufe der Maschine ist die Master-Steuereinrichtung mit allen wichtigen Komponenten wie Benutzer-Schnittstelle, Programmspeicher, Steuereinrichtung für die Werkzeug- und Werkstückpositionen, der Sensoreinrichtung zur Erfassung dieser Positionen sowie mit der Zustandserfassungseinrichtung für die Maschine, die mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet ist, verbunden.
Länger dauernde Service-, Wartungs- und Diagnoseaufgaben können möglicherweise nicht in sowieso auftretenden Produktionsstillstandzeiten durchgeführt werden. Daher ist es von Vorteil, wenn die Master-Steuereinrichtung außerdem den Service-, Wartungs- und Diagnoseaufgaben Prioritäten zuteilt und mit Prioritäten vergleicht, die den Programmen zugeteilt sind, und die Ausführung von Service-, Wartungs- und/oder Diagnoseaufgaben mit höheren Prioritäten vor Programmen mit niedrigeren Prioritäten veranlasst. Wenn beispielsweise ein Produktionsprogramm fordert, dass ein bestimmtes Werkstück oder Werkstückkontingent mit hoher Dringlichkeit bis zu einem bestimmten Zeitpunkt fertiggestellt sein muss, so erhält dieses Programm eine hohe Priorität und die Master-Steuereinrichtung wird die Durchführung dieses Programms nicht durch Ausführung von Service-, Wartungs- oder Diagnoseaufgaben behindern, sondern diese zurückstellen. Liegt auch eine dringende Serviceaufgabe mit einer hohen Priorität an, so kann die Master-Steuereinrichtung vorausschauend eine mögliche Kollision mit dem Produktionsprogramm hoher Priorität erkennen und die dringende Service-, Wartungs- oder Diagnoseaufgabe zeitlich so weit vorziehen, dass die Ausführung des Produktionsprogramms hoher Priorität nicht behindert wird. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass ein Produktionsprogramm niedriger Priorität durch die Ausführung der dringenden Serviceaufgabe ersetzt und das Produktionsprogramm niedriger Priorität erst nach der Durchführung der dringenden Serviceaufgabe und des Produktionsprogramms hoher Priorität abgearbeitet wird. Die Prioritäten für die Programme zur Werkstückbearbeitung sind vorzugsweise über die Benutzer-Schnittstelle vorgebbar und bei Bedarf durch die Master- Steuereinrichtung abänderbar. Der Bediener der Maschine kann somit vorgeben, welche Produktionsprogramme für ihn Vorrang haben. Entscheidet die Master- Steuereinrichtung, eine Service-, Wartungs- oder Diagnoseaufgabe einem Produktionsprogramm niedriger Priorität vorzuziehen, so kann die dadurch für die Abarbeitung des Produktionsprogramms auftretende zeitliche Verzögerung jedoch dazu führen, dass dessen Prioritätsstufe durch die Master-Steuereinrichtung nun erhöht werden muss, um eine rechtzeitige Abarbeitung des Programms zu gewährleisten.
Während die Prioritäten für die Programme zur Werkstückbearbeitung weitgehend vom Bediener der Maschine festgelegt werden, werden die Prioritäten der Service-, Wartungs- und/oder Diagnoseaufgaben von der Master- Steuereinrichtung bestimmt. Dazu können in der Master-Steuereinrichtung für jede Service-, Wartungs- und/oder Diagnoseaufgabe Informationen über eine Sicherheitsrelevanz für die Maschine und die Werkstückbearbeitung, eine Zeitdauer für die Durchführung der Aufgabe, einen Anlass für die Ausführung der Aufgabe, eine Periodizität der Durchführung der Aufgabe und über einen möglichen Ersatz durch eine andere Aufgabe hinterlegt sein, aus denen die Master- Steuereinrichtung die Priorität der Aufgaben berechnet und laufend anpasst. Die Anpassung der Prioritäten kann aufgrund von Sensorinformationen der Zustandsüberwachungseinrichtung der Maschine erforderlich werden. Wenn eine Service-, Wartungs- oder Diagnoseaufgabe durchgeführt worden ist, wird das Ergebnis protokolliert und ggf. ein neues Zeitintervall festgelegt, nach dem diese Aufgabe erneut durchgeführt werden muss. Eine Periodizität der Durchführung kann sich dabei auf ein Zeitintervall, eine Verfahrstrecke, eine geschätzte Beanspruchung oder ein anderes Intervall beziehen. Ein Anlass für eine Ausführung kann bspw. ein Erreichen der angegebenen Periodizität, ein Werkzeugwechsel oder ein Werkstückwechsel sein.
Die Master-Steuereinrichtung kann dabei insbesondere das Ausführen von Schmierungsaufgaben an der Werkzeugmaschine, das Durchführen von Sicherheitstests und das Auswechseln oder Nachbessern von Werkzeugen bei einem von der Zustandserfassungseinrichtung gemeldeten Werkzeugverschleiß als Serviceaufgaben veranlassen und die Durchführung dieser Serviceaufgaben protokollieren.
Zusätzlich kann die Master-Steuereinrichtung auch das Versetzen der Werkzeugmaschine in einen Energiesparmodus und/oder das Ausschalten der Maschine steuern. Dadurch können weitere manuelle Eingriffe an der Maschine eingespart werden.
Insbesondere für das Zurücksetzen von Zustandsinformationen über die Maschine und das Anpassen von Prioritäten und/oder Wiederholzeiträumen von Service-, Wartungs- oder Diagnoseaufgaben ist es außerdem vorteilhaft, wenn die Master- Steuereinrichtung bidirektional mit der Benutzer-Schnittstelle, dem Programmspeicher, der Steuereinrichtung, der Sensoreinrichtung sowie der Zustandserfassungseinrichtung kommuniziert. Die Master-Steuereinrichtung kann damit nicht nur Informationen von diesen Maschinenkomponenten abfragen, sondern diese auch direkt beeinflussen.
Für die Implementierung der Master-Steuereinrichtung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die Master-Steuereinrichtung lässt sich in einer in die Werkzeugmaschine integrierten Hardware, einem mit der Werkzeugmaschine verbundenen Computer oder als ein cloudbasiertes Software- Programm implementieren.
Die Master-Steuereinrichtung kann mit einer für mehrere Werkzeugmaschinen zuständigen Fabrik-Steuereinrichtung kooperieren. Die Fabrik-Steuereinrichtung kann basierend auf den von der Master-Steuereinrichtung eingeplanten Service-, Wartungs- oder Diagnoseaufgaben die Bearbeitungen der Werkstücke zwischen mehreren Werkzeugmaschinen verteilen.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Master-Steuereinrichtung mit einer oder mehreren Master-Steuereinrichtungen anderer Werkzeugmaschinen kooperiert. Auf diese Weise lassen sich insbesondere Werkstückbearbeitungen über mehrere
Maschinen hinweg koordinieren.
Die anderen Werkzeugmaschinen können dabei bevorzugt Maschinen des gleichen Typs sein. In diesem Fall kann die Master-Steuereinrichtung einer Maschine Werkstückbearbeitungen an eine andere Maschine übergeben, wenn die Master- Steuereinrichtung dieser Maschine ein offenes Bearbeitungszeitfenster meldet und an der ersten Maschine eine Service-, Wartungs- oder Diagnoseaufgabe durchzuführen ist.
Die anderen Werkzeugmaschinen können jedoch auch weitere Maschinen innerhalb der Bearbeitungskette eines Werkstücks sein. So kann beispielsweise die erste Maschine eine Laserschneidmaschine und eine weitere Maschine eine Biegemaschine sein, in der die in der ersten Maschine geschnittenen Werkstücke gebogen werden. In diesem Fall kann beispielsweise die Master-Steuereinrichtung einer ersten Maschine Werkstückbearbeitungen oder die Übergabe von bearbeiteten Werkstücken an die nächste Maschine zur Durchführung weiterer Bearbeitungen an diesen Werkstücken zurückstellen, wenn die Master- Steuereinrichtung der nächsten Maschine meldet, dass dort eine Service-, Wartungs- oder Diagnoseaufgabe zu erfüllen ist. Auf diese Weise kann ein Stau im Werkstückfluss vermieden werden.
Die Master-Steuereinrichtungen mehrerer Maschinen können dabei ein Netzwerk bilden, das eine Kommunikation zwischen allen Maschinen und somit eine Optimierung der Auslastung der gesamten Produktionskette erlaubt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung. Erfindungsgemäß können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen zweckmäßigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung
Fig. 1 zeigt ein Diagramm eines Steuerungssystems einer Werkzeugmaschine nach dem Stand der Technik;
Fig. 2 zeigt ein Diagramm eines Steuerungssystems einer Werkzeugmaschine nach der Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm einer Werkzeugmaschinensteuerung nach dem Stand der Technik mit einer Benutzer-Schnittstelle 10, in die ein Programmspeicher 11 integriert ist, mit einer Steuerungseinrichtung 12 zur Positions- und Bewegungssteuerung von Werkzeugen und/oder Werkstücken, einer Sensoreinrichtung 13 zum Erfassen von Werkzeug- und Werkstückpositionen sowie einer Zustandserfassungseinrichtung 14, die Betriebszustände der Maschine überwacht und dazu mit einer Vielzahl von hier nicht weiter dargestellten Sensoren kommuniziert. Über die Benutzerschnittstelle 10 werden Programme für eine optimale Abarbeitung von Werkstückbearbeitungen erstellt und im Programmspeicher 11 abgelegt. Die Programme bewirken eine entsprechende Ansteuerung von Werkzeugen und Werkstücken durch die Steuereinrichtung 12. Die Überprüfung der Werkstückbearbeitung erfolgt durch die Sensoreinrichtung 13. Meldet die Zustandserfassungseinrichtung 14 ein Problem an der Maschine, beispielsweise ein Werkzeugverschleiß oder das Anstehen einer erforderlichen Schmierung, so gibt sie eine entsprechende Meldung an die Benutzer-Schnittstelle 10. Der Maschinenbediener kann dann manuell ein entsprechendes Service- oder Diagnoseprogramm starten, das ebenfalls im Programmspeicher hinterlegt sein kann. Manche dieser Service- oder Diagnoseprogramme können auch automatisch, beispielsweise beim Einschalten der Maschine oder nach dem Aufwecken aus einem Ruhezustand ausgeführt werden.
Das in Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße Steuerungssystem weist die gleichen Komponenten 10 bis 14 wie das Steuerungssystem nach dem Stand der Technik in Fig. 1 auf. Bei diesem Steuerungssystem kommuniziert jedoch die Benutzer- Schnittstelle 10 mit dem Programmspeicher 11 nicht direkt mit den anderen Komponenten 12 bis 14, sondern über eine Master-Steuerungseinrichtung MTS. Außerdem sind ein Programmspeicher 15 für Serviceaufgaben und ein Programmspeicher 16 für Diagnoseaufgaben vorgesehen. Nicht dargestellt ist ein ebenfalls möglicher Programmspeicher für Wartungsaufgaben. Auch diese Programmspeicher 15, 16 sind mit der Master-Steuerungseinrichtung MTS verbunden. Dadurch kann die Master-Steuereinrichtung 15 veranlassen, dass Service-, Wartungs- oder Diagnoseaufgaben in Zeitfenstern zwischen den Programmen zur Werkstückbearbeitung automatisch ausgeführt werden. Darüber hinaus kann die Master-Steuerungseinrichtung MTS den Service-, Wartungs- und Diagnoseaufgaben Prioritäten zuordnen und diese zusammen mit den Programmen in den Speichern 15, 16 abspeichern. Diese Prioritäten werden in der Master- Steuerungseinrichtung MTS laufend mit Prioritäten, die den Werkstückbearbeitungsprogrammen zugeordnet sind, verglichen und dann durch die Master-Steuerungseinrichtung MTS entschieden, wann Service-, Wartungsoder Diagnoseaufgaben hoher Priorität vor Produktionsprogrammen niedrigerer Priorität abgearbeitet werden können. Die Master-Steuereinrichtung MTS protokolliert außerdem das Ausführen von Service-, Wartungs- und/oder Diagnoseaufgaben.
Im dargestellten Beispiel ist die Master-Steuerungseinrichtung MTS außerdem mit einer Master-Steuerungseinrichtung einer weiteren Maschine 17 verbunden. Eine solche Verbindung kann auch zu mehr als einer weiteren Maschine oder einer Fabrik-Steuereinrichtung eingerichtet werden. Dies erlaubt die Bildung eines Netzwerks der Master-Steuerungseinrichtungen MTS mehrerer Maschinen und damit ein maschinenübergreifendes Optimieren von Werkstückbearbeitungen und der Durchführung von Service-, Wartungs- und/oder Diagnoseaufgaben an den Maschinen. Die weiteren Maschinen 17 können dabei Maschinen des gleichen Typs oder aber Maschinen zur Durchführung weiterer Bearbeitungen der Werkstücke innerhalb der Produktionskette für diese Werkstücke sein. Die Arbeitslast kann durch die verbundenen Master-Steuerungseinrichtungen MTS so über die Maschinen verteilt werden, dass die Bearbeitungen möglichst wenig durch die Service-, Wartungs- und/oder Diagnoseaufgaben verzögert wird. Die Master-Steuerungseinrichtung MTS kann außerdem mit einem Kundennetzwerk 18 kommunizieren oder einen Teil davon bilden. Die Master- Steuerungseinrichtung MTS kommuniziert dabei mit allen Komponenten 10 bis 18 bidirektional, was in Fig. 2 durch Doppelpfeile angedeutet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Steuerungssystem zur Kontrolle von Produktionsabläufen und Service- und Diagnoseaufgaben einer Werkzeugmaschine mit einer Benutzer- Schnittstelle (10) zur Eingabe und Kontrolle von Programmen für Werkstückbearbeitungen, einem Programmspeicher (11), einer Steuereinrichtung (12) zur Positionssteuerung von Werkzeugen und/oder Werkstücken, einer Sensoreinrichtung (13) zum Erfassen von Werkstück- und Werkzeugpositionen und einer Zustandserfassungseinrichtung (14) von Betriebszuständen der Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass eine Master-Steuereinrichtung (MTS) vorgesehen ist, die mit der Benutzer-Schnittstelle (10), dem Programmspeicher (11), der Steuereinrichtung (12), der Sensoreinrichtung (13) sowie der Zustandserfassungseinrichtung (14) verbunden ist und erforderliche Service-, Wartungs- und/oder Diagnoseaufgaben an der Werkzeugmaschine aufgrund von Signalen der Zustandserfassungseinrichtung (14) erkennt und deren Durchführung in Zeitfenstern zwischen der Abarbeitung von Programmen zur Werkstückbearbeitung veranlasst.
2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Steuereinrichtung (MTS) den Service-, Wartungs- und Diagnoseaufgaben Prioritäten zuteilt und mit Prioritäten vergleicht, die den Programmen zur Werkstückbearbeitung zugeteilt sind, und die Ausführung von Service-, Wartungs- und/oder Diagnoseaufgaben mit höheren Prioritäten vor Programmen mit niedrigeren Prioritäten veranlasst.
3. Steuerungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Prioritäten für die Programme zur Werkstückbearbeitung über die Benutzer-Schnittstelle (10) vorgebbar und bei Bedarf durch die Master- Steuereinrichtung (MTS) abänderbar sind.
4. Steuerungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Master-Steuereinrichtung (MTS) für jede Service-, Wartungs- und Diagnoseaufgabe Informationen über eine Sicherheitsrelevanz für die Maschine und die Werkstückbearbeitung, eine Zeitdauer für die Durchführung der Aufgabe, einen Anlass für die Ausführung der Aufgabe, eine Periodizität der Durchführung der Aufgabe und/oder über einen möglichen Ersatz durch eine andere Aufgabe hinterlegt sind, aus denen die Master-Steuereinrichtung (MTS) die Priorität der Aufgaben berechnet und laufend anpasst.
5. Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Steuereinrichtung (MTS) das Ausführen von Schmierungsaufgaben an der Werkzeugmaschine, das Durchführen von Sicherheitstests und das Auswechseln oder Nachbessern von Werkzeugen und/oder anderen Komponenten der Werkzeugmaschine bei einem von der Zustandserfassungseinrichtung (14) gemeldeten Verschleiß des Werkzeugs oder der Komponente als Serviceaufgaben veranlasst und die Durchführung dieser Serviceaufgaben protokolliert.
6. Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Steuereinrichtung (MTS) auch das Versetzen der Werkzeugmaschine in einen Energiesparmodus und/oder das Ausschalten der Maschine steuert.
7. Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Steuereinrichtung (MTS) bidirektional mit der Benutzer-Schnittstelle (10), dem Programmspeicher (11), der Steuereinrichtung (12), der Sensoreinrichtung (13) sowie der Zustandserfassungseinrichtung (14) kommuniziert.
8. Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Steuereinrichtung (MTS) in einer in die Werkzeugmaschine integrierten Hardware, einem mit der Werkzeugmaschine verbundenen Computer oder als ein cloudbasiertes Software-Programm implementiert ist.
9. Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Steuereinrichtung (MTS) mit einer für mehrere Werkzeugmaschinen zuständigen Fabrik-Steuereinrichtung kooperiert.
10. Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Steuereinrichtung (MTS) mit einer oder mehreren Master-Steuereinrichtung anderer Werkzeugmaschinen (17) kooperiert.
11. Steuerungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Werkzeugmaschinen (17) Maschinen des gleichen Typs sind.
12. Steuerungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Steuereinrichtung (MTS) einer Maschine Werkstückbearbeitungen an eine andere Maschine (17) übergibt, wenn die Master- Steuereinrichtung (MTS) dieser Maschine ein offenes Bearbeitungszeitfenster meldet und an der ersten Maschine eine Service-, Wartungs- oder Diagnoseaufgabe durchzuführen ist.
13. Steuerungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die anderen Werkzeugmaschinen (17) Maschinen innerhalb der Bearbeitungskette eines Werkstücks sind.
14. Steuerungssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Steuereinrichtung (MTS) einer Maschine Werkstückbearbeitungen oder die Übergabe von bearbeiteten Werkstücken an die nächste Maschine (17) zur Durchführung weiterer Bearbeitungen an diesen Werkstücken zurückstellt, wenn die Master-Steuereinrichtung (MTS) dieser Maschine (17) meldet, dass dort eine Serviceaufgabe zu erfüllen ist.
15. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Master-Steuereinrichtungen (MTS) mehrerer Maschinen ein Netzwerk bilden.
PCT/EP2025/061095 2024-05-13 2025-04-23 Steuerungssystem zur kontrolle von produktionsabläufen und service- und diagnoseaufgaben einer werkzeugmaschine Pending WO2025237641A1 (de)

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