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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung nimmt für sich den Vorteil des Anmeldedatums der am 8. Dezember 2017 eingereichten „Vorläufigen
US-Patentanmeldung, Nr. 62/569 193 mit der Bezeichnung „Anwendungsüberwachung von Roboteranlagen und Prädiktive Analytik“.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft die Überwachung in Echtzeit, Optimierung und prädiktive Analytik von Roboteranlagen und -komponenten, um Ausfallzeit zu vermeiden und Qualitätsprobleme zu verhindern.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Moderne Fertigungseinrichtungen nutzen oft verschiedene Roboter, um Produktionsprozesse zu automatisieren. Roboter können in Zellen eingerichtet werden, wobei mehrere Roboter jeweils den gleichen Prozess durchführen. Zum Beispiel können mehrere Roboter zusammen so ausgelegt sein, um einen gleichen Schweißvorgang an einem Werkstück durchzuführen. Abwechselnd können mehrere Roboter auf einer Montagelinie genutzt werden, wobei jeder Roboter eindeutige Schritte einer Produktionsfolge durchführt.
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Obwohl Roboter zur Maximierung der Leistungsfähigkeit effektiv sind, sind sie nicht ohne Nachteile. Anders als ihre menschlichen Gegenüber, sind Roboter im Allgemeinen nicht in der Lage zu kommunizieren, wenn sie mit einem Problem Erfahrung machen können. Zum Beispiel können Lager oder Kodierer des Roboters nach einem Zeitraum ohne Warnung aufgrund verschiedener Betriebszustände wie Verfahrwege, Temperaturen und Belastungszustände ausfallen.
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Unter normalen Betriebsbedingungen können in regelmäßigen Intervallen Wartungszeiten angesetzt werden. Jedoch können regelmäßig angesetzte Intervalle übertrieben sein, wenn Betriebsbedingungen weniger extrem sind als normal, was zu Komponenten führt, die vorzeitig ersetzt werden und Wartungskosten unnötig erhöht.
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Stattdessen können regelmäßig angesetzte Intervalle dann nicht ausreichend sein, wo Betriebsbedingungen extremer sind als normal. In diesem Beispiel können die Roboter Erfahrung mit unerwarteten Problemen vor der angesetzten Wartungszeit machen. Nicht erwartete Ausfälle sind aus verschiedenen Gründen besonders problematisch im Fall von sehr umfangreichen Produktionsei nrichtungen.
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Als Erstes wird bei Produktionseinrichtungen im Allgemeinen versucht, die Anzahl von Ersatzteilen, die im hausinternen Bestand sind, beim Versuch, Kosten zu minimieren, auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Folglich müssen oft Ersatzteile bestellt werden. Im Falle von Robotern können viele Ersatzteile lange Vorlaufzeiten haben, was zu verlängerten Zeiträumen führt, in denen der Roboter nicht betriebsbereit bleibt.
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Außerdem sind Fertigungsablaufplanungen allgemein im Voraus geplante Tage oder Wochen, wobei erwartet wird, dass jeder der Roboter in der Produktionseinrichtung einen vorgegebenen Arbeitsumfang leistet. Eine unerwartete Ausfallzeit eines einzelnen Roboters kann negative Auswirkungen auf eine ganze Produktionseinrichtung haben, weil von den Fertigungsprozessen stromabwärts des nicht betriebsbereiten Roboters erwartete Werkstücke vorenthalten werden können. Infolgedessen kann die Produktion hinter den Zeitplan fallen.
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Einige bekannte Robotersysteme nutzen eine speicherprogrammierbare Steuerung (PLC) zum Lernen und Überwachen der Ausgabe von Anwendungsbefehlen von Robotergeräten. Datenaufzeichnungsmakros werden durchgängig im Roboterbahnprogramm eingesetzt, um der PLC zu signalisieren, irgendeine Funktion durchzuführen wie etwa entweder einen Befehl zu lernen oder einen ausgefallenen Zustand zurück zu melden. Jedoch können diese Typen von Robotersystemen viele Nachteile aufweisen. Zum Beispiel ist es arbeitsintensiv, einem Roboterbahnprogramm durchgängig Aufzeichnungsmakros hinzuzufügen, wo der Prozess als stabil verstanden wird. Des Weiteren wird für jede Seite kundenspezifische Software für LPC und PC benötigt, um einen Prozess zu lernen und zu überwachen, was oftmals mehrfache Bereiche beeinflusst. Auch kann ein Zugriff auf interne Roboterparameter nicht genutzt werden, ist der Speicher der PLC beschränkt, und es gibt keine Optimierbarkeit von Robotern.
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Folglich besteht an sich Bedarf an einem System und Verfahren zur proaktiven Bestimmung einer notwendigen Wartung und Optimierung von Robotern, um Ausfallzeit zu planen und auf ein Mindestmaß zu reduzieren, die mechanische Lebensdauer des Roboters zu verlängern und Wartungskosten zu reduzieren.
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ABRISS DER ERFINDUNG
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Die folgende Erörterung offenbart und beschreibt ein System und Verfahren zur Analyse von Daten, die durch ein in einer Anlage befindliches Robotersystem bereitgestellt werden. Das Verfahren umfasst das Inbetriebsetzen einer Vielzahl von Robotern in dem Robotersystem und Sammeln von Daten einer ersten Ebene, die Betriebsparameter jedes Roboters betreffen, während diese betrieben werden. Das Verfahren umfasst des Weiteren das Senden der gesammelten Daten der ersten Ebene von den Robotern an ein in der Anlage befindliches erstes Datensammlungsgerät und Analysieren der gesammelten Daten der ersten Ebene in dem ersten Datensammlungsgerät, indem eine Erste-Ebene-Analysesoftware verwendet wird. Das Verfahren umfasst auch das Senden der analysierten Daten der ersten Ebene vom ersten Datensammlungsgerät an ein in der Anlage befindliches zweites Datensammlungsgerät und Analysieren der im zweiten Datensammlungsgerät gesammelten, analysierten Daten der ersten Ebene, indem eine Zweite-Ebene-Analysesoftware verwendet wird. Das Verfahren umfasst ferner das Senden der analysierten Daten der zweiten Ebene von dem zweiten Sammlungsgerät außerhalb der Anlage an ein drittes Datensammlungsgerät in einer Netzwerk-Cloud und Analysieren der analysierten Daten der zweiten Ebene, die im dritten Datensammlungsgerät gesammelt sind, in der Cloud, indem eine Dritte-Ebene-Analysesoftware verwendet wird. Ein Webportal außerhalb der Anlage kann verwendet werden, um auf die analysierten Daten der dritten Ebene zuzugreifen.
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Figurenliste
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Die obigen sowie andere Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich dem Fachmann ohne Weiteres aus der folgenden ausführlichen Beschreibung insbesondere bei Betrachtung angesichts der hier beschriebenen Zeichnungen.
- 1 ist eine schematische Darstellung eines Systems nach einer ersten Ausführungsform der Offenlegung;
- 2 ist eine schematische Darstellung eines Systems nach einer zweiten Ausführungsform der Offenlegung;
- 3 ist eine schematische Darstellung eines Systems nach einer dritten Ausführungsform der Offenlegung;
- 4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Diagnose eines Roboterzustands nach einer Ausführungsform der Offenlegung darstellt;
- 5 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Netzwerk-Datenflusssystems einer Anlage zur Analyse und Steuerung des Roboterbetriebs, bei dem eine Ausführungsform der Offenlegung genutzt wird;
- 6 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zur Analyse von Daten in dem in 5 gezeigten System darstellt; und
- 7 ist ein Blockdiagramm einer Null-Ausfallzeit-Sammelarchitektur (ZDT) zur Analyse und Steuerung des Roboterbetriebs, bei der eine Ausführungsform der Offenlegung genutzt wird
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende ausführliche Beschreibung und angefügte Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und Zeichnungen dienen dem Fachmann dazu es zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu nutzen und sind nicht beabsichtigt, den Umfang der Erfindung auf beliebige Art und Weise einzuschränken.
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Wie in 1 bis 3 gezeigt ist, umfasst ein System 10 zur Minimierung von Ausfallzeit mindestens einen Roboter 12. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das System 10 eine Vielzahl von Robotern 12. Jeder der Roboter 12 enthält einen mehrachsigen Roboterarm 14, der zur Durchführung eines Vorgangs an einem Werkstück wie zum Beispiel Schneiden, Schweißen oder Bedienung gestaltet ist.
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Der Roboter 12 enthält mindestens ein programmierbares Steuergerät 16 mit einer Speichervorrichtung zum Speichern einer Vielzahl von Datentypen. Ein wie hier verwendetes „Steuergerät“ ist als mit einem Computerprozessor definiert, der ausgelegt ist zum Ausführen von Software oder einem Softwareprogramm in Form von in der Speichervorrichtung gespeicherten Anweisungen. Die Speichervorrichtung kann ein beliebiger geeigneter Speichertyp oder eine Kombination davon sein. Eine wie hier auch verwendete „Speichervorrichtung“ ist als mit einem nichtflüchtigen und zugreifbaren, computerlesbaren Speichermedium definiert, auf dem die Software oder das Softwareprogramm sowie Datensätze, Tabellen, Algorithmen oder andere Informationen gespeichert werden können. Das Steuergerät 16 kann sich zum Zweck der Ausführung der Software oder des Softwareprogramms in elektrischer Verbindung mit der Speichervorrichtung befinden.
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Das Steuergerät 16 kann eine Benutzerschnittstelle 20 enthalten, die einem Benutzer das Eingeben von Daten oder Programmen in das Steuergerät 16 ermöglicht oder um auf die darin gespeicherten Daten zuzugreifen. Die Benutzerschnittstelle 20 kann ein Display zur Anzeige der Informationen für den Benutzer enthalten.
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Das Steuergerät 16 kann ein Robotersteuergerät 16 sein, wobei in diesem Fall das Steuergerät 16 mit dem Roboter 12 gekoppelt ist, um verschiedene Funktionen aktiv durchzuführen. Es wird verständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Robotersteuergeräte 16 beschränkt ist. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Steuergerät 16 ein passives Steuergerät 16 sein, wie etwa ein Überwachungsgerät, das vorgegebene Bedingungen des Roboters 12 überwacht.
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Eine Vielzahl von Sensoren 22 am Roboter 12 sammelt basierend auf den vorgegebenen Bedingungen dynamische Daten vom Roboterarm 14. Die Sensoren 22 können zum Beispiel Wegstreckenzähler zur Messung von Entfernung und Richtung des Verfahrwegs von Roboterarmgelenken, Thermometer zur Messung von Betriebstemperaturen von Gelenken und Kraftmessdosen zur Messung von Betriebsbelastungen auf die Gelenke enthalten. Die Sensoren 22 befinden sich in Verbindung mit dem Steuergerät 16, wobei das Steuergerät 16 die dynamischen Daten von den Sensoren 22 in Echtzeit sammelt.
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Das System 10 kann außerdem ein erstes Datensammlungsgerät 24 in Echtzeit-Verbindung mit den programmierbaren Steuergeräten 16 enthalten. Wie in 1 und 3 gezeigt ist, kann das erste Datensammlungsgerät 24 eine außerhalb der Steuergeräte 16 befindliche physikalische Platte sein, wobei sich das erste Datensammlungsgerät 24 über ein Funktionsnetzwerk 26 in Verbindung mit der Vielzahl der Steuergeräte 16 befindet. In einer anderen Ausführungsform des Systems 10 kann das erste Datensammlungsgerät 24 eine logische oder virtuelle Platte sein, die wie in 2 gezeigt wird, in der Speichervorrichtung des Steuergerätes 16 jedes Roboters 12 enthalten ist.
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Das Funktionsnetzwerk 26 kann ein lokales Netz oder Weitverkehrsnetz der programmierbaren Steuergeräte 16 oder eine direkte Verbindungsleitung zwischen den Steuergeräten 16 und dem ersten Datensammlungsgerät 24 sein. Ferner kann das Funktionsnetzwerk 16 drahtlose Informationsaustauschmöglichkeiten wie Wi-Fi, Bluetooth oder zellulare Datennetzwerke umfassen.
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Das erste Datensammlungsgerät 24 umfasst einen Mehrsegment-Warteschlangenmechanismus mit einer Vielzahl von priorisierten Segmenten. Zum Beispiel kann der Warteschlangenmechanismus ein Segment hoher Priorität und ein Segment niedriger Priorität aufweisen. Der Warteschlangemechanismus enthält eine Datenaufbewahrungsstrategie und ist ausgelegt, die Daten vorübergehend auf der Basis von Ereignis, Priorität, Dauer, Größe, Übertragungsrate, Datentransformation zum Optimieren von Datendurchsatz und/oder Datenspeicheranforderungen zu speichern.
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Das erste Datensammlungsgerät 24 ist gestaltet, die von den Steuergeräten 16 empfangenen dynamischen Daten zu analysieren und festzulegen, wann Wartung oder Optimierung eines speziellen Roboters 12 des Systems 10 notwendig ist. Eine Wartung kann Reparatur oder Ersatz von spezifischen Komponenten des Roboters 12 basierend auf Anomalien oder Ausfällen, die durch das erste Datensammlungsgerät 24 erkannt werden, umfassen. Eine Optimierung kann eine Änderung von Parametern des Steuergerätes 16 zur Maximierung der Leistung des Roboters 12 einschließen.
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Mindestens ein zweites Datensammlungsgerät 28 (optional) kann sich über das Funktionsnetzwerk 26 mit dem ersten Datensammlungsgerät 24 in Verbindung befinden. Das zweite Datensammlungsgerät 28 kann ein Netzserver sein, der gestaltet ist, die vom ersten Datensammlungsgerät 24 empfangenen dynamischen Daten zu verarbeiten. Wie in 1 und 2 gezeigt ist, kann das zweite Datensammlungsgerät 28 ein unabhängiger Netzserver sein, der über das Funktionsnetzwerk 26 mit dem ersten Datensammlungsgerät 24 verbunden ist. Das zweite Datensammlungsgerät 28 kann sich im gleichen Raum oder Gebäude wie das erste Datensammlungsgerät 24 befinden, oder es kann in einem völlig anderen Gebäude angeordnet sein, das sich in der gleichen geographischen Nähe wie das erste Datensammlungsgerät 24 befinden kann oder nicht.
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Wie in 3 gezeigt ist, kann das zweite Datensammlungsgerät 28 lokal zu dem ersten Datensammlungsgerät 24 anders ausgebildet sein, wobei das eine Einheit bildende erste Datensammlungsgerät 24 und zweite Datensammlungsgerät 28 in Verbindung mit jedem der Vielzahl von Steuergeräten 16 über das Funktionsnetzwerk 26 eine Datensammlungseinheit 30 bilden.
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Das System 10 enthält ferner einen Nachrichtenempfänger 32 in Verbindung mit dem ersten Datensammlungsgerät 24 und/oder dem zweiten Datensammlungsgerät 28 über das Funktionsnetzwerk 26. In den dargestellten Ausführungsformen enthalten die Nachrichtenempfänger 32 ein intelligentes Gerät wie ein Mobiltelefon oder ein Tablet und ein Netzendgerät wie etwa ein PC. Der Nachrichtenempfänger 32 kann jedoch ein beliebiges Gerät sein, das in der Lage ist, analysierte Daten vom zweiten Datensammlungsgerät 28 wie zum Beispiel einem zweiten Server, Anwendungssoftware, einem Web-Browser, einer E-Mail und einer Roboterlehrvorrichtung zu empfangen. Stattdessen kann der Nachrichtenempfänger 32 eine Person sein, die einen Ausdruck direkt vom zweiten Datensammlungsgerät 28 empfängt.
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Bei Anwendung messen die Sensoren 22 von jedem der Roboter 12, wie es in 4 gezeigt ist, die dynamischen Daten während des Betriebes (Schritt 40) einschließlich der Verfahrwege der Gelenke, der Betriebsbelastung von Komponenten, der Betriebstemperatur von Komponenten, schneller Not-Stopps der Komponenten, Bedingungen mit umgekehrtem Verfahrweg der Gelenke und anderer für den Betrieb des Roboters relevanter dynamischer Daten.
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Die von den Sensoren 22 gemessenen dynamischen Daten werden dann durch das Steuergerät 16 gesammelt (Schritt 42) und an das erste Datensammlungsgerät 24 übertragen oder von diesem entnommen.
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Die dynamischen Daten werden in mindestens einem der Segmente des ersten Datensammlungsgerätes 24 basierend auf Priorität vorübergehend gespeichert (Schritt 44), wobei dynamische Daten höherer Priorität im Segment höherer Priorität zwischengespeichert werden und dynamische Daten niedrigerer Priorität im Segment niedrigerer Priorität zwischengespeichert werden. Es wird verständlich, dass der Warteschlangenmechanismus eine beliebige Anzahl von priorisierten Segmenten enthalten kann, wobei jeweilige dynamische Daten vorübergehend gespeichert werden können.
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Die dynamischen Daten werden in den priorisierten Segmenten des Warteschlangenmechanismus auf der Grundlage der Aufbewahrungsstrategie des Warteschlangenmechanismus abgespeichert. Die Aufbewahrungsstrategie bewahrt und priorisiert die dynamischen Daten aufgrund von Auslöseereignis, Priorität, Dauer, Größe, Übertragungsrate, Datenumwandlung zur Durchsatzoptimierung und/oder Datenspeicheranforderungen.
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Beim Auftreten eines Auslöseereignisses werden die dynamischen Daten vom ersten Datensammlungsgerät 24 zum zweiten Datensammlungsgerät 28 übertragen. Das Auslöseereignis kann vom Steuergerät 16 oder einem externen Auslösegerät empfangen werden. Anders kann das Ereignis intern durch das erste Datensammlungsgerät 24 ausgelöst werden. In einer Ausführungsform können die im ersten Datensammlungsgerät 24 gespeicherten Daten als Ganzes an das zweite Datensammlungsgerät 28 übertragen werden, wenn das Auslöseereignis auftritt. Anders kann das erste Datensammlungsgerät 24 beim Auftreten des Auslöseereignisses eine Übertragung der dynamischen Daten niedrigerer Priorität unterbrechen und eine Übertragung der dynamischen Daten höherer Priorität an das zweite Datensammlungsgerät 28 einleiten.
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Durch das zweite Datensammlungsgerät 28 empfangene dynamische Daten werden anschließend analysiert (Schritt 46), um festzulegen, ob eine Wartung oder Optimierung des Roboters 12 notwendig ist. Die Festlegung von Wartung oder Optimierung (Schritt 48) beruht auf der Berücksichtigung eines jeden Typs der dynamischen Daten. Zum Beispiel kann das zweite Datensammlungsgerät 28 Verfahrweg, Temperatur, schnelle Not-Stopps, Bedingungen mit umgekehrtem Verfahrweg der Gelenke und andere dynamische Daten beim Festlegen, ob Wartung oder Optimierung eines beliebigen der Vielzahl von Robotern 12 notwendig ist, bewerten. Spezieller können Intervalle zwischen Wartungsperioden erhöht oder verringert sein, wenn festgestellt wird, dass Betriebsbedingungen eines Roboters 12 jeweils weniger extrem oder extremer sind als normale Betriebsbedingungen. Zum Beispiel kann das Auftreten von hohen Temperaturen, schneller Not-Stopps und Bedingungen mit umgekehrtem Verfahrweg der Gelenke Einfluss auf ein verringertes Intervall zwischen Wartungsperioden haben. Als Alternative können die dynamischen Daten durch das erste Datensammlungsgerät 24 analysiert werden.
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Wenn das zweite Datensammlungsgerät 28 nicht festlegt, dass Wartung oder Optimierung notwendig sind, können sich Datensammlung und Analyseprozess wiederholt fortsetzen (Verzweigung bei „Nein“ vom Schritt 48). Anders kann in dem Fall, dass das zweite Datensammlungsgerät 28 festlegt, dass Wartung oder Optimierung eines beliebigen der Roboter 12 notwendig ist (Verzweigung bei „Ja“ vom Schritt 48), das zweite Datensammlungsgerät 28 eine Liste erzeugen (Schritt 50), die das Auslesen der analysierten dynamischen Daten einschließt. Die Liste enthält Informationen, die auf das Erfassen von Vorausfallbedingungen und das Minimieren von Ausfallzeiten des Systems 10 einschließlich Bewegung und mechanischem Zustand, Prozesszustand, Systemzustand und Wartungsmeldungen bezogen sind.
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Die Liste kann spezifische Informationen enthalten, die spezielle Roboter 12 im System 10 betreffen. Die Liste kann eine Wartungs- oder Optimierungsmeldung umfassen, die spezifische Komponenten des Roboters 12 kennzeichnet, die ersetzt werden müssen wie zum Beispiel Lager, Kodierer oder Steuerungen. Die Liste kann auch Darstellungen zur Verfügung stellen, die Roboter 12 betreffen, die sich einer notwendigen Wartung oder Optimierung nähern, was es dem Nachrichtenempfänger 32 ermöglicht, auf einer zu erwartenden Ausfallzeit beruhende zukünftige Fertigungsablaufplanungen zu optimieren.
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Wenn die Liste eine Wartungs- oder Optimierungsmeldung enthält, wird die Meldung mindestens einem der Nachrichtenempfänger 32 bereitgestellt, so dass ein Wartungsvorgang eingeleitet werden kann (Schritt 52). Die Meldung wird durch den Nachrichtenempfänger 32 empfangen und dem Benutzer angezeigt, so dass der Benutzer den Wartungsvorgang wie das Erzeugen eines Arbeitsauftrags oder Anberaumen von Ausfallzeit für den Roboter 12 einleiten kann.
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Anders kann das zweite Datensammlungsgerät 28 so ausgeführt sein, dass der Wartungsvorgang automatisch eingeleitet wird. Wenn das zweite Datensammlungsgerät 28 festlegt, dass ein beliebiger der Roboter 12 eine Wartung benötigt, kann das zweite Datensammlungsgerät 28 einen Arbeitsauftrag, Auftrag zum Austausch von Komponenten erzeugen oder Ausfallzeit für den Roboter 12 ohne Eingabe von dem Benutzer anberaumen.
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Das hier offenbarte System 10 verbessert die Leistungsfähigkeit von Fertigungseinrichtungen vorteilhaft, indem Ausfallzeiten auf ein Mindestmaß reduziert werden. Zum Beispiel können durch Sammeln, Speichern und Analysieren von dynamischen Daten, die auf Betriebsbedingungen jedes Roboters 12 bezogen sind, Intervalle zwischen Wartungsperioden speziell für jeden einzelnen Roboter 12 eingestellt werden.
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In dem Fall, dass die Roboter 12 extremeren Betriebsbedingungen ausgesetzt sind, können Intervalle zwischen Wartungsperioden von einem normalen Zeitraum verringert und unerwartete Ausfälle verhindert werden. Durch eine auf dynamischen Daten basierenden Festlegung von Wartungsperioden kann eine Ausfallzeit des Roboters 12 anberaumt werden auf der Basis der Verfügbarkeit von Austauschkomponenten, wobei Fertigungsablaufplanungen im Voraus eingestellt werden können, um sich einer reduzierten Produktionskapazität anzupassen.
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Wenn ein Roboter 12 weniger extremen Betriebsbedingungen ausgesetzt ist, können Intervalle zwischen Wartungsperioden anders über den normalen Zeitraum hinaus verlängert werden, was einen unnötigen Austausch von Komponenten ausschließt und Wartungskosten auf ein Mindestmaß reduziert.
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Die vorliegende Erfindung schlägt außerdem weitere Robotersysteme und Verfahren vor, die eine Überwachung in Echtzeit, Optimierung und prädiktive Analytik von Roboteranlagen und Prozesssteuerkomponenten betreffen, um durch Qualitätsprobleme verursachte Ausfallzeiten zu vermeiden. Diese Systeme und Verfahren der Erfindung besitzen spezifische Anwendung zur Verbesserung von Robotersystemen, die eine PLC (speicherprogrammierbare Steuerung) verwenden, um Ausgabebefehle von Anwendungsausrüstung zu lernen und zu überwachen, wobei System und Verfahren der Erfindung eine Anzahl von Nachteilen mit diesen Typen von Systemen überwinden. Es wird angemerkt, dass die Systeme und Verfahren nachstehend im Zusammenhang mit einer Lackauftragsausrüstung beschrieben werden, jedoch, wie es dem Fachmann ersichtlich wird, mit jeder geeigneten Roboterprozessausrüstung verwendet werden können.
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Ein Verfahren umfasst eine automatische Auslösung zum Einleiten einer Aufzeichnung von auf die Roboterprozesssteuerung bezogenen Daten, wenn der Prozess stabil ist, was vollständig innerhalb der Steuerungssoftware bestimmt wird, wobei die aufgezeichneten Informationen zur Analyse an ein externes Gerät gesendet werden. Es werden Methoden zum tiefen Lernen genutzt. Es können Optimierungsmethoden verwendet werden, um Durchsatz, Materialausnutzung und Qualität zu verbessern.
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Die Steuerungssoftware nutzt Prozesssteuerungsdaten von Komponenten, die automatisch Prozesssteuerungsdaten von Roboterkomponenten an das externe Gerät übertragen, wenn sich Prozesssteuerungsparameter ändern. Alle Parameter der Prozesssteuerung wie flüssiger Ablauf, zeitliche Folge einer Tonrufeinrichtung und Geschwindigkeiten von Formgebungsluftstrom, Anforderungen an elektrostatische Hochspannung, Befehle, Sensor-Feedback, Sollwerte, Sollwertstatus, Motordrehmoment, Drucksensoren, Zustand von unterstützender Luft und Befehle von Regelgeräten sind unter den Daten, die übertragen werden.
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Software in dem in der Anlage befindlichen externen Gerät empfängt die Steuerungsmeldungen und ruft auf dem Meldungstyp beruhend entweder analytische Software auf oder gibt die Meldung direkt an das zweite Datensammlungsgerät oder an den Cloud-Rechner weiter. Mit der analytischen Software zu verwendende Meldungsdaten werden in einer lokalen Datenbank gespeichert, wenn Analytik aufgerufen wird.
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Analytik wird durchgeführt an den in der Meldung enthaltenen Prozesssteuerungsparametern zusammen mit zuvor in der Datenbank gespeicherten Daten. Wenn die Analytik eine anormale Bedingung detektiert, wird eine Meldung an die beeinflusste Robotersteuerung gesendet, die den anormalen Zustand anzeigt. Einige Beispiele einer (von) gemeldeten anormalen Bedingung(en) wäre(n), dass die Durchsatzrate außerhalb der Toleranz liegt, ein Sollwert nicht erreicht wird, Elektrostatik ungewöhnlich ist, das Drehmoment des Prozessmotors anormal ist, Druck anormal ist oder ein Regler untypisch ist. Die Analytik meldet den Status zurück an die beeinflusste Robotersteuerung, die ihrerseits den Nutzer über drohende Probleme in Kenntnis setzen und Arbeitsaufträge in Position halten wird, so dass Qualität aufrechterhalten werden kann. Die sich ergebenden Informationen werden anschließend direkt an das zweite Datensammlungsgerät oder den Cloud-Rechner gesendet, wo eine zusätzliche Analyse durchgeführt werden kann.
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5 ist ein schematisches Blockdiagramm des Netzwerkdatenflusses eines Anlagensystems 60, das die verschiedenen Merkmale der Systeme und Verfahren, auf die oben hingewiesen wurde, verkörpert. Das System 60 enthält eine Anzahl von innerhalb einer Anlage 64 vorgesehenen Robotern 62, in der die Roboter 62 beliebige geeignete Aufgaben wie Lackieren eines Fahrzeugs oder Schweißen durchführen können. Die Roboter 62 bilden eine Schnittstelle mit einer in der Anlage 64 angeordneten PLC 66 (speicherprogrammierbare Steuerung), wobei die PLC 66 verwendet wird, um auf Vorgänge zu reagieren, die von der oben erörterten Analytik festgestellt wurden. Eine Konfiguration des Systems 60 beruht automatisch auf dem von den Robotern 62 gesendeten Inhalt der Meldungen, so dass eine zweckmäßige Analytik auf der Basis des Systemtyps ausgeführt werden kann, und selbst lernende Betriebsbedingungen und Analytik eingeleitet werden können. Wie oben erörtert, finden bei den Robotern 62 verschiedene Sensoren Verwendung, die Daten, Meldungen und den Zustand, den Betriebszustand, spezifische Prozesse, usw. betreffende Informationen einem Prozessor 68 zur Überwachung von Prozesssteuerungsparametern der Anlage und einer prädiktiven Analytik-Software zur Verfügung stellen. Die Daten können zum Beispiel den Zustand (die Zustände) von Prozesssteuerungsparametern, Rückmeldungsnachrichten, Befehle, Entfernung und Richtung des Verfahrwegs von Roboterarmgelenken, Betriebstemperaturen von Gelenken, Belastungen auf die Gelenke, Betriebsbelastung von Komponenten, Betriebstemperatur von Komponenten, schnelle Not-Stopps von Komponenten, Bedingungen mit umgekehrtem Verfahrweg der Gelenke und andere für den Betrieb der Roboter 62 relevante dynamische Daten enthalten.
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Der Prozessor 68 analysiert die Daten von den Robotern 62 und meldet den Betriebszustand einschließlich der Ergebnisse der Analytik für die beeinflussten Roboter 62 an einen anlageninternen Prozessor (PCs) 70, die eine Benutzerschnittstelle (UI) für Aufbau und Anzeige des Betriebszustandes für die beeinflussten Roboter 62 durch Kommunikation über den Prozessor 68 bereitstellen. Der Prozessor 68 bewirkt eine Rückmeldung an die Roboter 62, die ihren Betriebszustand und Zustand basierend auf der Analyse der Daten betrifft, wobei die Rückmeldung zum Beispiel beinhalten kann, dass der Farbfluss außerhalb der Toleranz liegt, ein Sollwert nicht erreicht wurde, Elektrostatik nicht normal ist, das Drehmoment des Prozessmotors anormal ist, Druck anormal ist, ein Regler untypisch ist, usw. Die analysierten Daten werden verwendet, um einen ununterbrochenen Betrieb der Roboter 62 aufrechtzuerhalten, Wartungspläne zu bezeichnen und zu aktualisieren, drohende Geräteausfälle vorherzusagen und Werkzeuge zur Verfügung zu stellen, um die Produktqualität beizubehalten und zu erhöhen. Wie oben erörtert, kann eine Wartung die Reparatur oder den Austausch spezifischer Komponenten an den Robotern 62 wie Lager, Kodierer, Prozesssteuerungskomponenten, usw. auf der Basis von festgestellten Abweichungen umfassen. Eine Optimierung kann die Änderung von Prozesssteuerungsparameter der Roboter 62 einschließen, um die Leistungsfähigkeit der Roboter 62 zu maximieren.
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Ein Datenanalyse- und Aufnahmeprozessor 72 innerhalb einer Datensammlersoftware 74 empfängt die Daten vom Softwareprozessor 68 und führt verschiedene Aufbereitungen an den bereits analysierten Daten des oben erörterten Typs durch. Es wird angemerkt, dass in einigen Fällen keine Analytik an den Daten von den Robotern 62 durchgeführt werden muss, wenn der Prozessor 68 wie ein Durchgang der Daten von den Robotern 62 zur Datensammlersoftware 74 arbeiten würde. Die aufbereiteten und analysierten Daten vom Prozessor 72 werden in einem Zwischenpuffer 76 im Datensammler 74 gespeichert gelassen oder in eine Warteschlange gesetzt, wo zum Beispiel dynamische Daten höherer Priorität in einem Segment höherer Priorität zwischengespeichert werden und dynamische Daten niedrigerer Priorität in einem Segment niedrigerer Priorität zwischengespeichert werden. Spezieller kann der Warteschlangenmechanismus im Zwischenspeicher 76 eine beliebige Anzahl von priorisierten Segmenten umfassen, wobei jeweilige dynamische Daten zwischengespeichert werden können. Basierend auf dem Prioritätsplan, stellt der Zwischenspeicher 76 selektiv die analysierten Daten für einen Sendevermittler 78 in der Datensammlersoftware 74 bereit, der die analysierten und aufbereiteten Daten selektiv und periodisch aus der Anlage 64 heraus durch eine Firewall 80 an einen Cloud-Rechner 82 sendet, in dem weitere Analytik an den Daten einschließlich der Daten von mehrfachen Orten durchgeführt werden kann.
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Auf die im Cloud-Rechner 82 gespeicherten Daten kann durch ein Webportal 84 zugegriffen werden, das die Ergebnisse der analysierten Daten betrachten, zusätzliches Tendieren und Analyse durchführen, einen Steuerungszustand bereitstellen, Anmerkung und Listen zur Verfügung stellen, Daten von einem beliebigen PC oder einem mit dem Netz verbundenen intelligenten Gerät überprüfen kann, usw. Der Cloud-Rechner 82 bewirkt eine Anzahl von Vorteilen, um die Daten von der Anlage 64 gespeichert zu lassen und zu analysieren, was eine Verringerung der Auswirkung auf den Datenbankspeicher der Analysesoftware einschießt, die Analytik an einem Ort für alle Anlagen verändert, minimale Roboterwechsel bewirkt und Alarmsignale bereitstellt, die an mehrere Ingenieure gesendet werden.
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6 ist ein Ablaufdiagramm 90, das einen Prozess zur Datenflussanalyse im System 60, wie oben erörtert, darstellt. Im Kästchen 92 senden die Roboter 62 Prozesssteuerungsinformationen der Anlage und oben erörterte Daten an den Prozessor 68 der analytischen Software zur Analyse. Im Kästchen 94 empfängt der Softwareprozessor 68 Prozesssteuerungsmeldungen von den PCs 70, führt an den von den Robotern 62 empfangenen Daten eine Analytik durch und sendet Antworten und Meldungen an die PCs 70, die Robotersteuerungen 62 und die Datensammler-Software 74. Im Kästchen 96 senden die Roboter 62 analytische Statusinformationen an die PLC 66. Im Kästchen 98 sendet der Vermittler 78 die analysierten Daten an den Cloud-Rechner 82 zur Speicherung und zusätzlichen Analytik.
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7 ist ein schematisches Blockdiagramm einer ZDT-(Null-Ausfallzeit) Sammelarchitektur 100, die ähnliche Elemente aufweist und in einer dem System 60 ähnlichen Art und Weise arbeitet. Die Architektur 100 enthält einen Produktionsbereich 102, einen Ebene-1-Sammler 104 und einen optionalen Ebene-2-Sammler 106, die alle innerhalb einer Anlage 108 angeordnet sind, wobei der Ebene-1-Sammler 104 im Allgemeinen den analytischen Prozessor 68 darstellt und eine Anzahl von wie oben erörterten Verarbeitungselementen enthält, und der Ebene-2-Sammler 106 im Allgemeinen den ZDT-Datensammler 74 darstellt.
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Der Produktionsbereich 102 enthält eine Anzahl von Robotern 110, die durch eine PLC 112 in der oben erörterten Art und Weise gesteuert werden. Die Roboter 110 liefern Daten und Informationen an einen Datensammler 114 im Ebene-1-Sammler 104, der die Daten und Meldungen zur nachfolgenden Verarbeitung speichert. Der Datensammler 114 stellt die Daten und Meldungen einem Nachrichtenvermittler 116 zur Verfügung, der die Daten in Warteschlange nimmt und bestimmt, wo und wann die Meldungen, Daten und Informationen verarbeitet und gesendet werden. Spezieller wird der Nachrichtenvermittler 116 die Daten und Meldungen von mehreren Roboter 110 zu verschiedenen Zeitpunkten empfangen, wo die Meldungen selektiv zur Verarbeitung und Analytik bereitgestellt werden müssen. Der Nachrichtenvermittler 116 befindet sich in Kommunikation mit einem Edge-Analytics-Prozessor 118 und einem Edge-Applications-Prozessor 120, wobei der Edge-Analytics-Prozessor 118 und der Edge-Applications-Prozessor 120 Informationen, Meldungen und Daten mit den Robotern 110 tauschen, zum Beispiel Roboterzustandsinformationen, die im Einklang mit der Erörterung hier stehen. Der Edge-Applications-Prozessor 120 stellt eine Schnittstelle zu einer UI (Benutzerschnittstelle) PC 122 bereit, um es einem Benutzer zu ermöglichen, den Betrieb der Roboter 110 zu überwachen, wobei der Edge-Applications-Prozessor 120 verarbeitete und analysierte Daten von einer Datenbank 124 erhalten kann. Der Edge-Analytics-Prozessor 118 verarbeitet und analysiert die Daten von dem Nachrichtenvermittler 116 und speichert sie in der Datenbank 124. Die analysierten Daten werden von der Datenbank 124 durch den Edge-Analytics-Prozessor 118, den Nachrichtenvermittler 116 und den Datensammler 114 zu einem Datensammler 126 im optionalen Ebene-2-Sammler 106 übertragen, wo sie weiter analysiert und aus der Anlage 108 heraus an einen Ebene-3-Sammler 128 in einem Cloud-Rechner 130 gesendet werden, der die Daten wie oben erörtert weiter analysiert. Die analysierten Informationen, die durch den Ebene-1-Sammler 104 zur Verfügung gestellt werden, werden in der Anlage 108 genutzt, wobei einige oder alle dieser durch den Datensammler 126 gesammelten Informationen selektiv dem Cloud-Rechner 130 zur Verfügung gestellt werden. Ein Webportal 132 kann auf die Daten von dem Cloud-Rechner 130, wie oben erörtert, zugreifen.
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Während bestimmte repräsentative Ausführungsformen und Einzelheiten zum Zweck der Darstellung der Erfindung gezeigt wurden, erschließt sich dem Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Offenlegung, die in den folgenden angefügten Ansprüchen weiter beschrieben wird, abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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