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Zeitgemäße Produktionssysteme zur Herstellung oder Bearbeitung von technischen Produkten weisen in der Regel eine Vielzahl von spezifischen interagierenden Produktionsmodulen auf und werden zunehmend komplexer. An einem zu produzierenden, zu bearbeitenden oder zusammenzusetzenden Produkt sind in der Regel eine Vielzahl von Bearbeitungs-, Produktions-, Montage- oder Handhabungsschritten auszuführen, wofür im Produktionssystem eine Vielzahl von darauf spezialisierten Produktionsmodulen, wie z.B. Roboter, CNC-Maschinen, 3D-Drucker, Reaktoren, Brenner, Heizanlagen oder Förderbänder vorgesehen sind. Zusammengesetzte Produkte werden dabei in der Regel durch Montage mehrerer Vorprodukte zusammengesetzt.
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Es ist bekannt, Produktionsprozesse für ein Produktionssystem mittels zentraler Planungs- und Ausführungsinstanzen zu planen und auszuführen. Dabei werden komplexe zusammengesetzte Produkte häufig mittels sogenannter CAD-Systeme geometrisch modelliert. Die Planung eines konkreten prozeduralen Ablaufs der Montage und Bearbeitung der zusammengesetzten Produkte durch ein komplexes Produktionssystem erfordert jedoch in der Regel noch eine Vielzahl von weiteren Benutzerentscheidungen und Benutzereingriffen. Insbesondere sind die spezialisierten Produktionsmodule eines Produktionssystems häufig in modulspezifischer und/oder produktspezifischer Weise durch einschlägige Experten zu programmieren.
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Dementsprechend ist eine derartige Produktion häufig nur mit einigem Planungsaufwand und/oder Programmieraufwand an wechselnde Produkte oder wechselnde Produktionslasten anzupassen. Solche Anpassungen können zu Ausfallzeiten oder Verzögerungen bei der Produktion führen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Produzieren eines zusammengesetzten Produkts sowie ein Produktionsmodul und eine Produktionssteuerung anzugeben, die flexibel auf Änderungen bei der Produktion reagieren können.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 durch ein Produktionsmodul nach Patentanspruch 15, durch eine Produktionssteuerung nach Patentanspruch 16 sowie durch ein Computerprogrammprodukt nach Patentanspruch 17.
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Erfindungsgemäß ist zum Produzieren eines aus mehreren Teilprodukten zusammengesetzten Produkts in einem mehrere Produktionsmodule aufweisenden Produktionssystem vorgesehen, einen Produktmodell-Datensatz mit Daten über für das Produkt und dessen Teilprodukte auszuführende Produktionsschritte zu erzeugen und einem zu produzierenden Produktexemplar zuzuordnen. Ein solches Produkt kann beispielsweise ein Werkstück oder Produkt in verschiedenen Phasen eines Fertigungs-, Bearbeitungs- oder Verarbeitungsprozesses sein und insbesondere auch ein Ausgangs-, Vor-, Zwischen- oder Endprodukt. Ein jeweiliges Produktionsmodul kann insbesondere eine zur Produktion, Bearbeitung, Montage, Verarbeitung und/oder Handhabung des Produkts beitragende Vorrichtung des Produktionssystems sein, z.B. ein Roboter, eine CNC-Maschine, ein 3D-Drucker, ein Reaktor, ein Brenner, eine Heizanlage, ein Förderband oder ein anderes Transportmodul. Erfindungsgemäß werden aus dem Produktmodell-Datensatz Daten über einen Produktionsschritt ausgelesen und ein zum Ausführen des Produktionsschritts verfügbares Produktionsmodul ermittelt. Dabei wird, falls der Produktionsschritt ein Teilprodukt modelliert, anhand des Produktmodell-Datensatzes ein Teilproduktmodell-Datensatz erzeugt, einem zu produzierenden Teilproduktexemplar zugeordnet und zum ermittelten Produktionsmodul übermittelt. Falls der Produktionsschritt ein Montageschritt zum Zusammenfügen von Teilproduktexemplaren ist, wird in für die Teilproduktexemplare erzeugte Teilproduktmodell-Datensätze jeweils das ermittelte Produktionsmodul als Beförderungsziel für das jeweilige Teilproduktexemplar eingetragen. Falls der Produktionsschritt durch das ermittelte Produktionsmodul an einem dort vorhandenen Produktexemplar ausführbar ist, wird der Produktionsschritt ausgeführt, ein Beförderungsziel für das Produktexemplar aus dem Produktmodell-Datensatz ermittelt und das Produktexemplar zum ermittelten Beförderungsziel weitergegeben. Die Teilproduktmodell-Datensätze werden dann jeweils im Wesentlichen wie der Produktmodell-Datensatz verarbeitet.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zusehen, dass zur Organisation von konkreten Produktions- und Montageabläufen in der Regel keine zentrale Planungsinstanz erforderlich ist. Insbesondere können Montageschritte und andere Produktionsschritte in der Regel ohne Benutzereingriff durch dezentrale Abläufe spezifischen Produktionsmitteln zugeordnet und dort ausgeführt werden. Somit erlaubt die Erfindung eine flexible und schnelle Reaktion auf Änderungen bei der Produktion.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann dem zu produzierenden Produkt ein Produktmodell zugeordnet sein, anhand dessen der Produktmodell-Datensatz für ein jeweiliges Produktexemplar erzeugt wird. Derartige Produktmodelle sowie deren Teilmodelle können häufig wiederverwendet und insbesondere zu neuen Produktmodellen zusammengesetzt werden. Hierdurch kann eine Produktmodellierung in vielen Fällen erheblich erleichtert werden.
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Vorteilhafterweise kann der Produktmodell-Datensatz jeweils als programmtechnische Instanz des Produktmodells, vorzugsweise im Sinne der objektorientierten Programmierung erzeugt werden.
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Ferner kann das Produktmodell eine formale semantische Beschreibung der für das Produkt und dessen Teilprodukte auszuführenden Produktionsschritte umfassen. Durch die Beschreibung auf semantischer Ebene kann das gleiche Produktmodell auf unterschiedlichen Produktionssystemen verwendet werden.
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Weiterhin kann das Produktmodell zu einem ersten Produktionsmodul übermittelt werden, das den Produktmodell-Datensatz erzeugt und dessen Abarbeitung initiiert.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Produktmodell-Datensatz beim zugeordneten Produktexemplar und/oder in Zuordnung zu einer am Produktexemplar angebrachten Kennung gespeichert werden. Insbesondere kann der Produktmodell-Datensatz oder die Kennung zumindest teilweise in einem sog. RFID-Chip (RFID: Radio-Frequency Identification) gespeichert werden, der am Produktexemplar angebracht ist. Auf diese Weise kann ein Produkt gewissermaßen seine eigene Produktion im Produktionssystem steuern.
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Ferner kann der Produktmodell-Datensatz einen spezifischen Produktionsmodell-Datensatz zum Speichern der Daten über die auszuführenden Produktionsschritte und/oder einen Datensatz betreffend eine Kennung, einen Typ, eine Position, Abmessungen, einen Status und/oder im Produktionssystem zurückgelegte oder zurückzulegende Wege des zugeordneten Produktexemplars umfassen.
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Darüber hinaus kann den Produktionsschritten im Produktmodell-Datensatz eine Abfolge-Information über eine Ausführungsreihenfolge der Produktionsschritte zugeordnet sein.
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Weiterhin kann zum Ermitteln des zum Ausführen des Produktionsschrittes verfügbaren Produktionsmoduls der Produktionsschritt mit Fähigkeiten von Produktionsmodulen des Produktionssystems verglichen werden und/oder die Verfügbarkeit dynamisch und/oder dezentral mit Produktionsmodulen des Produktionssystems ausgehandelt werden. Dies erlaubt eine dezentrale und auf aktuelle Verfügbarkeiten abgestimmte Steuerung des Produktionsprozesses. Zeitweise auftretende Ausfälle oder Überlastungen einzelner Produktionsmodule können in der Regel ohne Benutzereingriff berücksichtigt und ad hoc umgangen werden.
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Vorzugsweise können die Fähigkeiten und Verfügbarkeiten der Produktionsmodule anhand eines formalen semantischen Modells des Produktionssystems ermittelt werden, das eine Beschreibung von Produktionsdiensten der Produktionsmodule, Zustandsinformation über Betriebszustände der Produktionsmodule und/oder Beförderungsinformation über Beförderungswege zu oder von den Produktionsmodulen umfasst. Durch die Beschreibung auf semantischer Ebene kann das Modell des Produktionssystems produktionssystemübergreifend für Produktionsmodule genutzt werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Produktmodell-Datensatz für ein zu produzierendes Produktexemplar als virtuelles Produktexemplar verwaltet werden, dem nach Produktion des Produktexemplars das produzierte Produktexemplar zugeordnet wird. Die Verwaltung von virtuellen Produktexemplaren als Informationsträger erlaubt eine effiziente dezentrale Organisation von Montage- und anderen Produktionsvorgängen.
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Insbesondere kann ein aus Teilproduktexemplaren zusammengesetztes Produktexemplar demjenigen virtuellen Produktexemplar zugeordnet werden, anhand dessen die Erzeugung der Teilproduktmodell-Datensätze für die Teilproduktexemplare veranlasst wurde.
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Weiterhin kann ein Produktionsmodul, das einen Teilproduktmodell-Datensatz erzeugt, dieses Produktionsmodul als Beförderungsziel für das zugeordnete Teilproduktexemplar in den Teilproduktmodell-Datensatz eintragen und dessen Abarbeitung initiieren. Auf diese Weise finden dezentral produzierte Teilproduktexemplare gewissermaßen ohne einander zu kennen, ihren Weg zu demjenigen Produktionsmodul, das die Teilproduktexemplare zusammenfügt.
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Darüber hinaus können im Produktmodell-Datensatz Teilproduktinformation über erzeugte Teilproduktmodell-Datensätze und/oder Sensordaten oder daraus abgeleitete Daten über einen Produktionsverlauf gespeichert werden. Dies kann in vielen Fällen für eine effiziente Qualitätssicherung genutzt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen jeweils in schematischer Darstellung
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1 ein Produktionssystem mit mehreren Produktionsmodulen zum Produzieren eines zusammengesetzten Produkts,
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2 ein semantisches Produktmodell für ein zu produzierendes Produkt,
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3 eine strukturelle Produktionsbeschreibung zum Produzieren des Produkts und
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4 eine prozedurale Produktionsbeschreibung zum Produzieren des Produkts.
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1 veranschaulicht ein erfindungsgemäßes Produktionssystem PS mit einer Vielzahl von Produktionsmodulen, hier PM1, PM2 und PM3 zum Produzieren eines aus mehreren Teilprodukten zusammengesetzten Produkts P. Das Produkt P und dessen Teilprodukte können jeweils ein beliebiges körperliches Produkt bzw. Teilprodukt oder Werkstück in verschiedenen Phasen eines Fertigungs-, Bearbeitungs- und/oder Verarbeitungsprozesses sein, insbesondere auch ein Ausgangs-, Vor-, Zwischen- oder Endprodukt. Das Produktionssystem PS kann z.B. eine Fertigungsanlage sein.
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Als Produktionsmodule PM1, PM2 und PM3 können insbesondere Vorrichtungen des Produktionssystems PS vorgesehen sein, die zur Produktion, Bearbeitung, Montage, Verarbeitung und/oder Handhabung des Produkts P und/oder dessen Teilprodukten beitragen. Die Produktionsmodule PM1, PM2 und PM3 können dabei jeweils spezifische Funktionalität aufweisen. Beispiele hierfür sind insbesondere Roboter, CNC-Maschinen, 3D-Drucker, Reaktoren, Brenner, Heizanlagen und Förderbänder oder andere Transportmodule. Insbesondere können die Produktionsmodule PM1, PM2 und PM3 sogenannte Cyber Physical Modules (CPM) oder Cyber Physical Production Modules (CPPM) sein.
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Die Produktionsmodule PM1, PM2 und PM3 enthalten jeweils eine Produktionssteuerung CTL, um unter anderem einen Ablauf der Produktion von Produkten zu steuern. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Produktionssteuerung CTL jeweils Teil eines jeweiligen Produktionsmoduls PM1, PM2 bzw. PM3. Alternativ oder zusätzlich kann die Produktionssteuerung CTL auch zentraler oder dezentraler Teil des gesamten Produktionssystems PS sein. Eine modulspezifische Produktionssteuerung CTL erlaubt eine dezentrale Ablaufsteuerung, die in vielen Fällen sehr flexibel und schnell auf Änderungen im Produktionsprozess reagieren kann.
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Die Produktionsmodule PM1, PM2 und PM3 stellen jeweils einen spezifischen Produktionsdienst PRS1, PRS2 bzw. PRS3 im Produktionssystem PS zur Verfügung. Als Produktionsdienste PRS1, PRS2 bzw. PRS3, die häufig auch als Production Services bezeichnet werden, können z.B. ein Bereitstellen von Material, Bohren, Schleifen, Fräsen, ein Zusammensetzen von Teilproduktexemplaren und/oder Transportdienste vorgesehen sein.
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Zur Produktion des Produkts P wird einem ersten Produktionsmodul, hier PM1, des Produktionssystems PS ein Produktmodell PMOD übermittelt. Das Produktmodell PMOD ist dem zu produzierenden Produkt P zugeordnet und umfasst eine formale semantische Beschreibung der für das Produkt und dessen Teilprodukte auszuführenden Produktionsschritte. Anhand des Produktmodells PMOD wird durch die Produktionssteuerung CTL des Produktionsmoduls PM1 ein Produktmodell-Datensatz PI als programmtechnische Instanz des Produktmodells, vorzugsweise im Sinne der objektorientierten Programmierung erzeugt. Der Produktmodell-Datensatz PI wird einem konkreten zu produzierenden Produktexemplar zugeordnet. Dieses zu produzierende Produktexemplar bzw. der zugeordnete Produktmodell-Datensatz PI wird, solange das Produktexemplar noch nicht produziert ist, als virtuelles Produktexemplar VPE verwaltet. Sobald anhand des Produktmodell-Datensatzes PI ein Produktexemplar PE physisch produziert wurde, wird dem virtuellen Produktexemplar VPE das produzierte Produktexemplar PE zugeordnet. Das gleiche gilt auch für zu produzierende Teilprodukte des Produkts P, insofern ein zu produzierendes Teilproduktexemplar bzw. ein zugeordneter Teilproduktmodell-Datensatz PPI1 bzw. PPI2 als virtuelles Teilproduktexemplar VPPE1 bzw. VPPE2 verwaltet wird, solange das Teilproduktexemplar noch nicht physisch produziert ist. Nach der physischen Produktion wird der Teilproduktmodell-Datensatz PPI1 bzw. PPI2 bzw. das virtuelle Teilproduktexemplar VPPE1 bzw. VPPE2 dem produzierten Teilproduktexemplar PPE1 bzw. PPE2 zugeordnet.
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Der Produktmodell-Datensatz PI umfasst eine Kennung ID, die ein jeweiliges Produktexemplar PE eindeutig identifiziert. Dies kann z.B. eine Seriennummer sein. Entsprechende eindeutige Kennungen ID1 und ID2 sind für die Teilproduktexemplare PPE1 und PPE2 vorgesehen. Der Produktmodell-Datensatz PI umfasst weiterhin Daten über Produktionsschritte PST, die zum Produzieren des Produkts P auszuführen sind, z.B. eine Beschreibung von Bearbeitungs- Montage-, Herstellungs-, Bereitstellungs- und Transportvorgängen und/oder eine Beschreibung der hierfür erforderlichen Produktionsdienste.
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Zumindest ein Teil der Produktionsschritte PST wird durch das Produktionsmodul PM1 aus dem Produktmodell-Datensatz PI ausgelesen und geprüft. Hierbei wird insbesondere ermittelt, welches Produktionsmodul des Produktionssystems PS zum Ausführen eines jeweiligen Produktionsschritts verfügbar ist. Zu diesem Zweck wird ein jeweiliger Produktionsschritt mit Fähigkeiten der Produktionsmodule des Produktionssystems PS verglichen, und bei Eignung eines Produktionsmoduls wird dessen Verfügbarkeit dynamisch ausgehandelt. Dabei werden die Fähigkeiten und Verfügbarkeiten der Produktionsmodule anhand eines formalen semantischen Modells des Produktionssystems PS ermittelt.
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Falls ein jeweiliger Produktionsschritt durch das ermittelte Produktionsmodul an einem dort vorhandenen oder detektierten Produktexemplar physisch ausführbar ist, wird die Ausführung des Produktionsschritts durch das Produktionsmodul PM1 initiiert.
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Falls der geprüfte Produktionsschritt ein Teilprodukt modelliert, wird anhand des Produktmodell-Datensatzes PI ein Teilproduktmodell-Datensatz, hier PPI1 bzw. PPI2 erzeugt, einem zu produzierenden Teilproduktexemplar, hier VPPE1 bzw. VPPE2 zugeordnet und zum ermittelten Produktionsmodul, hier PM2 bzw. PM3 übermittelt.
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Falls der geprüfte Produktionsschritt ein Montageschritt zum Zusammenfügen von Teilproduktexemplaren ist, wird in die für die virtuellen Teilproduktexemplare, hier VPPE1, VPPE2, erzeugten Teilproduktmodell-Datensätze, hier PPI1, PPI2, jeweils das zur Ausführung des Montageschritts ermittelte Produktionsmodul, hier PM1, als Beförderungsziel DEST für die produzierten Teilproduktexemplare, hier PPE1, PPE2 eingetragen.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel enthalten die Produktionsschritte PST einen Montageschritt ASSEMBLE als spezifischen Produktionsschritt zum Zusammenfügen der zu produzierenden, d.h. virtuellen Teilproduktexemplare VPPE1 und VPPE2. Im Rahmen der Prüfung des Montageschritts ASSEMBLE wird ermittelt, dass das Produktionsmodul PM1 selbst zur Ausführung des Montageschritts ASSEMBLE verfügbar ist. Somit wird die Ausführung dort initiiert. Das durch den Montageschritt ASSEMBLE zusammenzufügende Produktexemplar wird bis zu dessen tatsächlicher Produktion als virtuelles Produktexemplar VPE in Zuordnung zum Produktmodell-Datensatz PI verwaltet. Da die zusammenzufügenden Teilproduktexemplare VPPE1, VPPE2 noch nicht produziert sind, wird deren Produktion durch das Produktionsmodul PM1 initiiert. Zu diesem Zweck wird für jedes virtuelle Teilproduktexemplar VPPE1 bzw. VPPE2 der Teilproduktmodell-Datensatz PPI1 bzw. PPI2 anhand des Produktmodell-Datensatzes PI erzeugt. Der Teilproduktmodell-Datensatz PPI1 bzw. PPI2 enthält eine semantische Beschreibung der für das jeweilige Teilprodukt und dessen Teilprodukte auszuführenden Produktionsschritte. Der Produktmodell-Datensatz PI und/oder die Teilproduktmodell-Datensätze PPI1, PPI2 können somit rekursiv weitere Teilproduktmodell-Datensätze umfassen und/oder diesen zugeordnet sein.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Teilproduktmodell-Datensatz PPI1 eine Kennung ID1, die das zu produzierende, virtuelle Teilproduktexemplar VPPE1 sowie das produzierte Teilproduktexemplar PPE1 eindeutig identifiziert. Weiterhin umfasst der Teilproduktmodell-Datensatz PPI1 eine Beschreibung der Produktionsschritte PST1, die zum Produzieren des Teilproduktexemplars VPPE1 auszuführen sind. Als Beförderungsziel DEST für das produzierte Teilproduktexemplar PPE1 ist im Teilproduktmodell-Datensatz PPI1 das Produktionsmodul PM1 als dasjenige Produktionsmodul eingetragen, das den Teilproduktmodell-Datensatz PPI1 instanziiert hat. Der Teilproduktmodell-Datensatz PPI1 wird vom Produktionsmodul PM1 zum für die Herstellung des Teilproduktexemplars PPE1 verfügbaren Produktionsmodul PM2 übermittelt.
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Der für das zu produzierende, virtuelle Teilproduktexemplar VPPE2 generierte Teilproduktmodell-Datensatz PPI2 wird analog zum Teilproduktmodell-Datensatz PPI1 erzeugt und umfasst entsprechende, auf das zu produzierende Teilproduktexemplar VPPE2 bezogene Daten. Als Beförderungsziel DEST für das produzierte Teilproduktexemplar PPE2 ist das Produktionsmodul PM1 eingetragen, das den Teilproduktmodell-Datensatz PPI2 instanziiert hat. Der Teilproduktmodell-Datensatz PPI2 wird von dem Produktionsmodul PM1 zu dem für die Herstellung des Teilproduktexemplars VPPE2 verfügbaren Produktionsmodul PM3 übermittelt.
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Das Produktionsmodul PM2 liest aus dem empfangenen Teilproduktmodell-Datensatz PPI1 die Beschreibung der Produktionsschritte PST1 aus und führt einen spezifischen Produktionsschritt PROD zum Herstellen und/oder Bereitstellen des zu produzierenden Teilproduktexemplars VPPE1 aus. Der Produktionsschritt PROD wird durch den Produktionsdienst PRS2 ausgeführt, der das produzierte Teilproduktexemplar PPI1, gegebenenfalls nach rekursiver Delegation weiterer Teilproduktionsprozesse an weitere Produktionsmodule des Produktionssystems PS bereitstellt. Das produzierte Teilproduktexemplar PPE1 wird mit der im Teilproduktmodell-Datensatz PPI1 enthaltenen Kennung ID1 versehen und vom Produktionsdienst PRS2 zu dem im Teilproduktmodell-Datensatz PPI1 angegebenen Beförderungsziel DEST, d.h. zum Produktionsmodul PM1 befördert.
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In analoger Weise wird das Teilproduktexemplar PPE2 durch den Produktionsdienst PRS3 des Produktionsmoduls PM3 gegebenenfalls nach rekursiver Delegation von Teilproduktionsprozessen bereitgestellt. Das Teilproduktexemplar PPE2 wird mit der im Teilproduktmodell-Datensatz PPI2 enthaltenen Kennung ID2 versehen und vom Produktionsdienst PRS3 zum im Teilproduktmodell-Datensatz PPI2 angegebenen Beförderungsziel DEST, d.h. zum Produktionsmodul PM1 befördert.
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Durch das Produktionsmodul PM1 wird nach Eintreffen des jeweiligen Teilproduktexemplars PPE1 bzw. PPE2 der als virtuelles Teilproduktexemplar VPPE1 bzw. VPPE2 verwaltete Teilproduktmodell-Datensatz PPI1 bzw. PPI2 dem produzierten Teilproduktexemplar PPE1 bzw. PPE2 zugeordnet. Sodann werden gemäß dem Montageschritt ASSEMBLE die produzierten Teilproduktexemplare PPE1 und PPE2 durch den Produktionsdienst PRS1 zum Produktexemplar PE zusammengesetzt. Dem produzierten Produktexemplar PE wird in diesem Rahmen der als virtuelles Produktexemplar VPE verwaltete Produktmodell-Datensatz PI zugeordnet. Das produzierte Produktexemplar PE wird mit der Kennung ID sowie mit den Kennungen ID1 und ID2 der Teilproduktexemplare versehen und vom Produktionssystem PS z.B. in ein Produktlager befördert.
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2 zeigt ein semantisches Produktmodell PMOD für ein zu produzierendes Produkt P oder Teilprodukt in schematischer Darstellung. Im Folgenden sei unter dem Begriff Produkt bzw. Produktexemplar auch ein Teilprodukt bzw. ein Teilproduktexemplar verstanden. In 2 kennzeichnen strichlierte Rechtecke jeweils ein sogenanntes Ontologie-Konzept. Dabei deutet ein punktierter Pfeil von einem ersten zu einem zweiten Ontologie-Konzept jeweils an, dass das erste Ontologie-Konzept durch das zweite Ontologie-Konzept beschrieben wird.
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Ein Ontologie-Konzept für das Produktmodell PMOD umfasst ein Produktionsmodell PCMOD, das eine formale semantische Beschreibung der für das Produkt P und dessen Teilprodukte auszuführenden Produktionsschritte enthält. Das Produktmodell PMOD umfasst weiterhin eine Kennung ID zur eindeutigen Identifikation eines jeweiligen Produktexemplars, z.B. eine Seriennummer, eine Typinformation TYP zur Angabe eines Produkttyps eines jeweiligen Produktexemplars, eine Positionsinformation POS über eine räumliche Position eines jeweiligen Produktexemplars, eine geometrische Information SIZE über Abmessungen eines jeweiligen Produktexemplars und/oder von Substrukturen des Produktexemplars, eine Zugehörigkeitsinformation OWN über eine Zugehörigkeit eines jeweiligen Produktexemplars, eine Verlaufsinformation LOG über einen Produktionsverlauf und/oder über im Produktionssystem PS zurückgelegte oder zurückzulegende Wege des jeweiligen Produktexemplars und/oder eine Zustandsinformation STAT über einen Zustand des jeweiligen Produktexemplars. Gegebenenfalls können weitere Daten zur Beschreibung des Produkts oder dessen Produktion im Produktmodell PMOD abgebildet werden.
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Das Produktionsmodell PCMOD wird beschrieben durch eine formale semantische Beschreibung SPROC der für das Produkt und dessen Teilprodukte auszuführenden Produktionsschritte PST.
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Eine solche semantische Beschreibung gibt insbesondere eine Bedeutung der Produktionsschritte PST an. Die semantische Beschreibung SPROC beschreibt die Produktionsschritts PST in einer Weise, dass die Produktionsschritte PST damit auf unterschiedlichen Anlagen und/oder anlagenübergreifend ausführbar sind.
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Die semantische Beschreibung SPROC basiert ihrerseits auf einer semantischen Beschreibung APST von sogenannten atomaren Produktionsschritten. Letztere sind nicht sinnvoll weiter zerlegbare Produktionsschritte, die durch ein Produktionsmodul unmittelbar an einem Produktexemplar ausführbar sind. Weiterhin basiert die semantische Beschreibung SPROC auf einer formalen semantischen Beschreibung PPST von modellierten Teilprodukten. Die semantische Beschreibung PPST basiert wiederum auf Produktmodellen PMOD der jeweiligen Teilprodukte.
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Die semantische Beschreibung SPROC basiert weiterhin auf einem formalen semantischen Modell PSM des Produktionssystems PS. Das semantische Modell PSM kann insbesondere eine semantische Beschreibung von Produktionsdiensten der Produktionsmodule, Zustandsinformation über Betriebszustände der Produktionsmodule und/oder Beförderungsinformation über Beförderungswege zu oder von den Produktionsmodulen umfassen.
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3 zeigt eine strukturelle Produktionsbeschreibung zum Produzieren des Produkts in schematischer Darstellung. Für das vorliegende Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass das zu produzierende Produkt ein sogenannter Turm von Hanoi HT ist. Das Produkt HT umfasst eine Basis BASE des Turms von Hanoi sowie einen Ring RING als Teilprodukte. Von der Basis BASE ist ein Teilproduktexemplar B zu produzieren. Weiterhin sind vom Teilprodukt RING ein erster Ring R1 und ein zweiter Ring R2 als Teilproduktexemplare herzustellen. Ein Zwischenproduktexemplar T ist aus den Teilproduktexemplaren B und R1 zusammenzusetzen. Die Teilproduktexemplare B, R1, R2 und T werden jeweils durch einen individuellen Teilproduktmodell-Datensatz, wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben, dargestellt. Vor der Produktion der Teilproduktexemplare werden die zugeordneten Teilproduktmodell-Datensätze als virtuelle Teilproduktexemplare verwaltet.
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Zum Produzieren der Teilproduktexemplare ist jeweils ein spezifischer Produktionsschritt PROD vorgesehen. Zum Zusammenfügen der produzierten Teilproduktexemplare ist ein spezifischer Produktionsschritt ASSEMBLE vorgesehen. Eine Ausführungsreihenfolge der Produktionsschritte wird durch Kontrolloperationen SEQ und PAR gesteuert, die zusammen eine Abfolgeinformation bilden. So veranlasst die Kontrolloperation SEQ eine sequentielle Ausführung von Produktionsschritten, während die Kontrolloperation PAR eine parallele Ausführung veranlasst oder zumindest versucht. Parallel ausgeführt werden in der Regel Produktionsschritte, die voneinander unabhängig ausführbar sind. Darüber hinaus können auch weitere Kontrolloperationen z.B. zum Steuern einer alternativen und/oder bedingten Ausführung zweier oder mehrerer Produktionsschritte vorgesehen sein.
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Gemäß 3 wird das Teilproduktexemplar B durch Ausführung des Produktionsschrittes PROD(BASE) für das Teilprodukt BASE produziert. Dieser Produktionsschritt PROD(BASE) wird parallel zu einem Produktionsschritt PROD(R1) ausgeführt, durch den der erste Ring R1 produziert wird. Nach der parallelen Produktion der Teilprodukte B und R1 wird das Zwischenproduktexemplar T aus den Teilproduktexemplaren R1 und B durch den Montageschritt ASSEMBLE(R1, B) zusammengesetzt. Diese Zusammensetzung erfolgt wiederum parallel zur Produktion des zweiten Rings R2 durch den Produktionsschritt PROD(RING). Nach der Ausführung dieser parallelen Produktionsschritte werden die Teilproduktexemplare T und R2 schließlich mittels des Montageschrittes ASSEMBLE(R2, T) zum Turm von Hanoi HT zusammengefügt.
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4 zeigt eine prozedurale Produktionsbeschreibung zum Produzieren eines Produkts in schematischer Darstellung. Das zu produzierende Produkt ist, wie im Zusammenhang mit 3 beschrieben, der Turm von Hanoi HT. 4 veranschaulicht eine Beschreibung der für das Produkt HT sowie für dessen Teilprodukte BASE und RING durchzuführenden Produktionsschritte PST. Zur Produktion des Teilprodukts BASE sind hierbei die Produktionsschritte PST1 und zur Produktion des Teilprodukts RING die Produktionsschritte PST2 auszuführen.
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Die Produktionsbeschreibung beinhaltet Kontrolloperatoren FORK, JOIN, SEQ und END_SEQ. Hierbei bilden die Kontrolloperatoren FORK und JOIN eine Aufspaltung bzw. Vereinigung von parallel auszuführenden Produktionsvorgängen ab. Dagegen bilden die Kontrolloperatoren SEQ und END_SEQ Beginn bzw. Ende einer sequentiellen Kette von Produktionsvorgängen ab. Den in 3 dargestellten Teilproduktexemplaren B, R1, R2 und T sind in 4 die gleichen Bezugszeichen zugeordnet, ebenso den spezifischen Produktionsschritten PROD und ASSEMBLE sowie den Teilprodukten BASE und RING.
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Weiterhin umfassen die Produktionsschritte PST atomare Produktionsschritte PRINT, SUPPLY, MILL sowie DRILL. Darüber hinaus sind für einen jeweiligen atomaren Produktionsschritt produktionsschrittspezifische Parameter param angegeben. Von den atomaren Produktionsschritten steuert PRINT einen Ausdruck, SUPPLY eine Bereitstellung von Material oder eines Vorprodukts, MILL einen Fräsvorgang und DRILL einen Bohrvorgang an einem jeweiligen Produktexemplar.
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Mit den vorstehend angegebenen Beschreibungselementen ist 4 selbsterklärend.
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Erfindungsgemäß beschreiben formale semantische Modelle den Produktionsprozess. Dies sind insbesondere das Produktionsmodell PCMOD und das Produktmodell PMOD, das vorzugsweise eine vollständige Spezifikation des Produktes P darstellt. Das Produktionsmodell PCMOD ist Teil des Produktmodells PMOD und umfasst vorzugsweise eine vollständige Spezifikation des Produktionsprozesses und insbesondere des Montageprozesses. Die semantischen Modelle PMOD und PCMOD sind maschinell lesbar und maschinell interpretierbar. Im Modell des Montageprozesses wird der Kontrollfluss der Montage durch die Kontrolloperatoren SEQ, PAR etc. spezifiziert. Damit steuert gewissermaßen das Produkt P mit Hilfe seines Produktmodells PMOD bzw. Produktionsmodells PCMOD sowie mittels des formalen semantischen Modells PSM des Produktionsmodells PS seine eigene Montage bzw. Produktion.
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Die Produktion des Produktexemplars PE wird dadurch veranlasst, dass das Produktmodell PMOD an ein als geeignet ermitteltes Produktionsmodul, hier PM1, übergeben wird und dieses eine konkrete Instanz des Produktmodells PMOD in Form des Produktmodell-Datensatzes PI initialisiert. Diese Produktmodell-Instanz PI wird dem konkreten zu produzierenden Produktexemplar zugeordnet, d.h. VPE vor der Produktion und PE nach der Produktion. Ein solches die Produktion des Produkts P instanziierendes Produktionsmodul, hier PM1, kann z.B. ein Ausgangslager, eine Montageeinheit und/oder eine Bearbeitungsstation sein.
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Die Produktionsbeschreibung, d.h. die Beschreibung der Produktionsschritte PST, wird im betreffenden Produktionsmodul schrittweise abgearbeitet. Wenn sich der Produktionsschritt als atomar erweist, wird ein zur Ausführung des atomaren Produktionsschritts verfügbares Produktionsmodul ermittelt und der atomare Produktionsschritt dort ausgeführt. Die Durchführung des atomaren Produktionsschritts erfolgt dabei durch Aufruf eines sogenannten Production Service des ermittelten Produktionsmoduls. Montageschritte werden dabei in einem Produktionsmodul ebenso wie produzierende Schritte als atomar modelliert.
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Wenn sich der auszuführende Produktionsschritt als nicht atomar erweist, sondern ein Teilprodukt modelliert, wird eine Instanz des entsprechenden Teilprodukts durch ein als geeignet und verfügbar ermitteltes Produktionsmodul initialisiert. Das letztgenannte Produktionsmodul verwendet dann die gleiche Vorschrift zum schrittweisen Abarbeiten der Produktionsschritte für das Teilprodukt. Auf diese Weise werden zusammengesetzte Produkte solange in Teilprodukte zerlegt, bis die resultierenden Teilprodukte durch atomare Produktionsschritte produzierbar bzw. bearbeitbar sind und auf die Produktionsressourcen des Produktionssystems PS abgebildet werden können.
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Vorteilhafterweise werden für ein jeweiliges Produktexemplar Daten zu jedem oder zumindest zu einem Großteil der ausgeführten Produktionsschritte gespeichert. Zu diesem Zweck können auch Sensordaten oder daraus abgeleitete Größen gespeichert werden. Eine Speicherung des Produktionsverlaufs eines jeweiligen Produktexemplars erlaubt eine effiziente Qualitätssicherung. Sofern mehrere Teilproduktexemplare zu einem Produktexemplar montiert werden, bleibt vorzugsweise eine jeweilige Identität der Teilproduktexemplare erhalten und wird dem zusammengesetzten Produktexemplar zugeordnet.
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Jedes Teilproduktexemplar, das Teil eines zusammengesetzten Produktexemplars bzw. anderen Teilproduktexemplars ist, wird zusammengeführt mit den anderen Teilproduktexemplaren, die ebenfalls Teil des gleichen zusammengesetzten Produktexemplars bzw. Teilproduktexemplars sind. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise bei jedem Teilproduktexemplar, das von einem jeweiligen Produktionsmodul initialisiert wird, dieses Produktionsmodul als Beförderungsziel im jeweiligen Teilproduktmodell-Datensatz eingetragen. Ein solches Beförderungsziel kann z.B. als atomarer Transportschritt in die Produktionsbeschreibung eingetragen werden.
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Vorzugsweise wird bei Montagevorgängen das zusammengefügte Produktexemplar PE oder Teilproduktexemplar PPTE1, PPTE2 demjenigen virtuellen Produktexemplar VPE bzw. Teilproduktexemplar VPPE1, VPPE2 zugeordnet, das die Expansion des Produktionsplans in Teilproduktionsschritte veranlasst hat. Das virtuelle Produktexemplar wartet gewissermaßen bei dem betreffenden Produktionsmodul auf das zugeordnete physikalische Produktexemplar. Diese Organisation ist insofern vorteilhaft, als der Fluss von Produkt- und Teilproduktdaten besser gesteuert werden kann. Die Teilproduktexemplare müssen auf diese Weise nur diejenige Information erhalten, die für die jeweils eigene Produktion erforderlich ist. Die Verwaltung von virtuellen Produktexemplaren als Informationsträger in dezentralen Produktionsanlagen erlaubt eine effiziente dezentrale Organisation von Montage- und Produktionsvorgängen.
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Durch die Beschreibung der Produktion auf einer semantischen Ebene kann das gleiche Produktmodell auf unterschiedlichen Produktionssystemen verwendet werden. Insbesondere kann aus dem Produktmodell PMOD eine Produktions- und Montageplanung automatisch und in der Regel ohne Benutzereingriff sowie ohne übergeordnete Planungsinstanz in effizienter Weise abgeleitet werden. Hierdurch wird ein Aufwand zum Einrichten des Produktionssystems PS erheblich reduziert. Weiterhin können einmal erstellte Produktmodelle sowie deren Teilmodelle häufig wiederverwendet werden. Insbesondere können auf diese Weise früher erstellte Teilproduktmodelle zu neuen Produktmodellen zusammengesetzt werden. Dies kann eine Produktmodellierung in vielen Fällen erheblich erleichtern. Die dezentrale, automatische und flexible Produktionsorganisation erlaubt eine schnelle Anpassung an wechselnde Produktionslasten sowie an unterschiedliche Produkte.
