DE102021105260B3 - System for recording manual interventions in an automated production environment - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein System (10) zur Erfassung von manuellen Eingriffen in eine automatisierte Produktionsumgebung (12), mit einer Kamera (16), welche einen Gesamtbereich (18) oder mindestens einen Teilbereich (20, 22) der Produktionsumgebung bildlich erfasst, mit einer Auswerteeinheit (24) zur Auswertung der von der Kamera erfassten Bilder hinsichtlich mindestens eines Kriteriums einer Mehrzahl manueller Eingriffe in den Gesamtbereich oder den mindestens einen Teilbereich der Produktionsumgebung und mit einer Speichereinrichtung zum Speichern einer Mehrzahl von Werten des mindestens einen Kriteriums.The invention relates to a system (10) for detecting manual interventions in an automated production environment (12), with a camera (16) which images an entire area (18) or at least a partial area (20, 22) of the production environment, with a Evaluation unit (24) for evaluating the images captured by the camera with regard to at least one criterion of a plurality of manual interventions in the entire area or the at least one partial area of the production environment and with a storage device for storing a plurality of values of the at least one criterion.
Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Erfassung von manuellen Eingriffen in eine automatisierte Produktionsumgebung.The invention relates to a system for detecting manual interventions in an automated production environment.
In automatisierten Produktionsumgebungen ist es üblich, Störungszustände zu erfassen und den Betrieb dieser Umgebung zu stoppen oder zu unterbrechen. Systeme zum Erfassen von Störzuständen sind beispielsweise bekannt aus
Störungszustände der vorgenannten Art werden üblicherweise durch manuellen Eingriff behoben, so dass anschließend der automatisierte Betrieb der Produktionsumgebung wieder aufgenommen werden kann.Malfunction states of the type mentioned above are usually corrected by manual intervention, so that the automated operation of the production environment can then be resumed.
Aus dem Qualitätsmanagement sind verschiedene Methoden bekannt, mit welchen versucht wird, typische Fehler und deren Auswirkungen zu identifizieren und zu bewerten. Ein Beispiel für eine solche Methode ist die Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse, welche im Zusammenhang mit der Analyse einer automatisierten Produktionsumgebung durchgeführt werden kann. Hierbei trägt das mit einer automatisierten Produktionsumgebung befasste Personal Informationen zusammen, die letztlich auf persönlichen Erfahrungswerten des Personals beruhen. Solche Analysen sind vergleichsweise aufwändig und bedürfen einer gewissen Moderation.Various methods are known from quality management with which attempts are made to identify and evaluate typical errors and their effects. An example of such a method is the Failure Mode and Effects Analysis, which can be performed in connection with the analysis of an automated production environment. Here, the staff involved in an automated production environment collects information that is ultimately based on the personal experience of the staff. Such analyzes are comparatively complex and require a certain degree of moderation.
Es ist auch bekannt, sogenannte Logbücher zu führen, in denen das Personal besondere Ereignisse protokollieren kann, die im Zusammenhang mit einer automatisierten Produktionsumgebung stehen. Die Qualität und somit der Mehrwert eines solchen Logbuchs ist dabei im Wesentlichen von der Vollständigkeit und Struktur der Einträge abhängig. Dabei gestaltet sich die Auswertung auch vollständig geführter Logbücher als schwierig, weil es über verschiedene Personen hinweg an einer einheitlichen Beschreibung identischer Störungszustände fehlt. It is also known to keep so-called log books, in which the personnel can record special events that are related to an automated production environment. The quality and thus the added value of such a logbook essentially depends on the completeness and structure of the entries. The evaluation of complete logbooks turns out to be difficult because there is no uniform description of identical fault states across different people.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erfassung von manuellen Eingriffen in eine automatisierte Produktionsumgebung zu vereinfachen.The object of the present invention is to simplify the detection of manual interventions in an automated production environment.
Das erfindungsgemäße System umfasst eine Kamera, welche einen Gesamtbereich oder mindestens einen Teilbereich der Produktionsumgebung bildlich erfasst, eine Auswerteeinheit zur Auswertung der von der Kamera erfassten Bilder hinsichtlich mindestens eines Kriteriums einer Mehrzahl manueller Eingriffe in den in den Gesamtbereich oder den mindestens einen Teilbereich der Produktionsumgebung und eine Speichereinrichtung zum Speichern einer Mehrzahl von Werten des mindestens einen Kriteriums. Bei den Teilbereichen kann es sich um Unterbereiche handeln, welche gemeinsam den Gesamtbereich abdecken oder aber auch nur einen Teil des Gesamtbereichs. Auch die Teilbereiche selbst können optional in eigene Unterbereiche unterteilt sein. Die Größe und Erstreckung der Unterbereiche ist in Abhängigkeit von der jeweiligen Produktionsumgebung frei wählbar.The system according to the invention comprises a camera which captures images of an entire area or at least a partial area of the production environment, an evaluation unit for evaluating the images captured by the camera with regard to at least one criterion of a plurality of manual interventions in the entire area or the at least one partial area of the production environment and a storage device for storing a plurality of values of the at least one criterion. The sub-areas can be sub-areas which together cover the entire area or only part of the entire area. The sub-areas themselves can also optionally be subdivided into their own sub-areas. The size and extent of the sub-areas can be freely selected depending on the respective production environment.
Das vorgeschlagene System ermöglicht eine automatisierte, reproduzierbare Erfassung von Daten zu manuellen Eingriffen in der Produktionsumgebung, und zwar mittels einer Kamera, welche diese manuellen Eingriffe bildlich erfasst. Durch Auswertung dieser Bilder hinsichtlich mindestens eines Kriteriums können einem solchen Kriterium zugeordnete Werte bestimmt werden, welche wiederum in einer Speichereinrichtung gespeichert werden. Dies ermöglicht eine komfortable und einfache Erfassung von manuellen Eingriffen in den Bereich der Produktionsumgebung. Diese Erfassung ist insbesondere unabhängig von Disziplin und Willen des Personals, Störungszustände und Ursachen der automatisierten Produktionsumgebung zu protokollieren.The proposed system enables automated, reproducible collection of data on manual interventions in the production environment using a camera that captures images of these manual interventions. By evaluating these images with regard to at least one criterion, values assigned to such a criterion can be determined, which in turn are stored in a memory device. This enables a comfortable and easy recording of manual interventions in the area of the production environment. This recording is particularly independent of the discipline and will of the staff to log malfunctions and causes of the automated production environment.
Bei dem mindestens einen Kriterium handelt es sich beispielsweise um die Dauer eines manuellen Eingriffs, wobei der Wert dieses Kriteriums beispielsweise einer bestimmten Anzahl von Sekunden und/oder Minuten entspricht.The at least one criterion is, for example, the duration of a manual intervention, the value of this criterion corresponding, for example, to a specific number of seconds and/or minutes.
Bei dem mindestens einen Kriterium kann es sich alternativ dazu, insbesondere aber zusätzlich zu dem vorgenannten Kriterium der Dauer des manuellen Eingriffs, um die Position des manuellen Eingriffs in dem Gesamtbereich oder in dem mindestens einen Teilbereich der Produktionsumgebung oder in einem bestimmten Unterbereich des Gesamtbereichs und/oder des mindestens einen Teilbereichs handeln. Zu diesem Zweck ist es möglich, dass der Produktionsumgebung und/oder dem Auswertesystem ein Raster- oder Koordinatensystem zugeordnet ist, das zwei- oder dreidimensional sein kann und/oder dass bestimmte Teilbereiche und/oder Unterbereiche der Produktionsumgebung definiert.Alternatively, but in particular in addition to the aforementioned criterion of the duration of the manual intervention, the at least one criterion can be the position of the manual intervention in the overall area or in the at least one sub-area of the production environment or in a specific sub-area of the overall area and/or or the at least one sub-area act. For this purpose, it is possible for the production environment and/or the evaluation system to be assigned a grid or coordinate system that can be two- or three-dimensional and/or that certain sub-areas and/or sub-areas of the production environment are defined.
Bei Kombination der Kriterien Dauer und Position des Eingriffs ist es insbesondere möglich, eine Statistik zu erzeugen, welche Aufschluss darüber gibt, in welchem Teilbereich oder Unterbereich jeweils wie lange eingegriffen wurde. Eine Zuordnung zu bestimmten Fehlerbildern ist insbesondere dann möglich, wenn die Dauer und Position (beispielsweise in einem ersten Teilbereich) einer ersten Phase eines Eingriffs (beispielsweise in einem ersten Teilbereich) erfasst werden und wenn anschließend die Dauer und Position einer folgenden Phase desselben Eingriffs erfasst werden (beispielsweise in einem anderen Teilbereich).With a combination of the criteria duration and position of the intervention, it is possible in particular to generate statistics which provide information about the sub-area or sub-area how long the intervention took place. Allocation to specific error patterns is possible in particular if the duration and position (e.g. in a first sub-area) of a first phase of an intervention (e.g. in a first sub-area) are recorded and when the duration and position of a subsequent phase of the same intervention are then recorded (e.g. in another sub-area).
Alternativ und insbesondere zusätzlich zu den vorgenannten Kriterien ist es möglich, dass das mindestens eine Kriterium die Art eines Objekts zur Durchführung des manuellen Eingriffs betrifft. Bei dieser „Art“ kann es sich beispielsweise um ein bestimmtes Körperteil (Hand und/oder Arm) oder aber um ein Werkzeug handeln. Die Auswerteeinheit kann in einfacher Weise auf die in Frage kommenden Objektart programmiert werden, so dass auch der Wert dieses Kriteriums in einfacher Weise bestimmbar ist.As an alternative and in particular in addition to the aforementioned criteria, it is possible for the at least one criterion to relate to the type of object for carrying out the manual intervention. This "species" can be, for example, a specific body part (hand and/or arm) or a tool. The evaluation unit can be programmed in a simple manner for the type of object in question, so that the value of this criterion can also be determined in a simple manner.
Zur weiteren Unterstützung der Auswertung der von der Kamera erfassten Bilder ist es vorteilhaft, wenn das System eine mobile optische Markierung umfasst, welche während des manuellen Eingriffs zur bildlichen Erfassung eines Wirkbereichs des Eingriffs dient. Bei dieser optischen Markierung kann es sich um ein Objekt mit einer bestimmten Farbe oder Geometrie handeln, beispielsweise um rote Handschuhe, die das Personal während des manuellen Eingriffs trägt, so dass die Position der Hände des Personals während des manuellen Eingriffs in einfacher Weise erfasst werden kann.To further support the evaluation of the images captured by the camera, it is advantageous if the system includes a mobile optical marking, which is used during the manual intervention to image an effective area of the intervention. This optical marking can be an object with a specific color or geometry, for example red gloves that the personnel wears during the manual intervention, so that the position of the personnel's hands during the manual intervention can be easily detected .
Insbesondere korreliert eine Aktivierung des Systems mit einem Störungszustand der automatisierten Produktionsumgebung. Dies hat den Vorteil, dass das System durch entsprechende Kopplung mit an sich vorhandenen Meldeeinrichtungen und/oder Sensoren der Produktionsumgebung gekoppelt werden kann und dass das System nicht gesondert - im Zusammenhang mit der Durchführung eines manuellen Eingriffs -aktiviert werden muss. Bei dem Störungszustand handelt es sich beispielsweise um einen Zustand, in welchem der Betrieb der automatisierten Produktionsumgebung gestoppt oder unterbrochen ist, oder um einen Ist-Zustand der Produktionsumgebung, der von einem vorgegebenen Soll-Zustand der Produktionsumgebung abweicht. Bei diesen Abweichungen kann es sich um Über- oder Unterschreitungen von Produktionsparametern und/oder um Bewegungs- oder Positionszustände bestimmter Teile der Produktionsumgebung handeln (beispielsweise die Erfassung des offenen Ist-Zustands einer Schutztür, die in einem Soll-Zustand geschlossen ist).In particular, an activation of the system correlates with a fault state of the automated production environment. This has the advantage that the system can be linked to existing reporting devices and/or sensors in the production environment by means of a corresponding link, and that the system does not have to be activated separately—in connection with carrying out a manual intervention. The fault state is, for example, a state in which the operation of the automated production environment is stopped or interrupted, or an actual state of the production environment that deviates from a specified target state of the production environment. These deviations can involve exceeding or falling below production parameters and/or movement or position states of certain parts of the production environment (e.g. the detection of the open actual state of a protective door that is closed in a target state).
Eine besonders bevorzugte Aktivierung des Systems erfolgt unter Verwendung der Kamera, die einen Ist-Zustand in der Produktionsumgebung erfasst, der von einem Soll-Zustand abweicht. Beispielsweise kann die Kamera einen bestimmten Teilbereich der Produktionsumgebung kontinuierlich erfassen. Solange der Ist-Zustand dem Soll-Zustand entspricht, wird das System nicht aktiviert. Bei dem Soll-Zustand kann es sich beispielsweise um einen Zustand handeln, gemäß welchem in einem bestimmten Teilbereich der Produktionsumgebung keine Bewegungen stattfinden sollen, also beispielsweise keine Bewegungen von Produktionsvorrichtungen und/oder Verpackungen und/oder Füllgut und/oder Bedienpersonal. Solange dieser Soll-Zustand eingehalten wird (die Kamera also keine Bewegung in dem bestimmten Teilbereich erfasst), wird das System nicht aktiviert. Sobald aber der erfasste Ist-Zustand mit einer Bewegung in dem bestimmten Teilbereich einhergeht, wird das System (autonom) aktiviert.A particularly preferred activation of the system takes place using the camera, which captures an actual state in the production environment that deviates from a target state. For example, the camera can continuously capture a specific sub-area of the production environment. As long as the actual state corresponds to the target state, the system will not be activated. The target state can be, for example, a state according to which no movements are to take place in a specific sub-area of the production environment, for example no movements of production devices and/or packaging and/or filling goods and/or operating personnel. As long as this target state is maintained (i.e. the camera does not detect any movement in the specific sub-area), the system is not activated. However, as soon as the recorded actual state is accompanied by a movement in the specific sub-area, the system is (autonomously) activated.
Es ist vorgesehen, dass die Speichereinrichtung Relationen enthält, mit welchen unterschiedliche Werte des mindestens einen Kriteriums typischen Störungsursachen für einen Störungszustand der Produktionsumgebung zuordenbar oder zugeordnet sind. Beispielsweise ist es möglich, dass ein nur sehr kurzer manueller Eingriff mit der Hand damit korreliert, dass ein überschüssiges Verpackungsmittel aus der Produktionsumgebung entfernt wird. Ein vergleichsweise langer manueller Eingriff, der gleichzeitig mit der Verwendung eines Werkzeugs einhergeht, kann beispielsweise mit dem Austausch eines Verschleißteils der Produktionsumgebung korrelieren.Provision is made for the memory device to contain relations with which different values of the at least one criterion can be assigned or are assigned to typical causes of a malfunction for a malfunction in the production environment. For example, it is possible that only a very brief manual intervention by hand correlates with the removal of excess packaging material from the production environment. A comparatively long manual intervention, which is accompanied by the use of a tool at the same time, can, for example, correlate with the replacement of a wearing part in the production environment.
Es ist ferner bevorzugt, wenn das System eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige eines von der Kamera erfassten Bilds aufweist. Bei dem erfassten Bild handelt es sich vorzugsweise um ein Bild des Gesamtbereichs der Produktionsumgebung, wobei insbesondere eine Eingabeeinrichtung vorgesehen ist, welche eine Auswahl von Bildbereichen des erfassten Bilds ermöglicht, wobei ein ausgewählter Bildbereich einem zu erfassenden Teilbereich der Produktionsumgebung entspricht. Dies ermöglicht eine besonders einfache Definition der Lage und Ausdehnung eines zu erfassenden Teilbereichs, und zwar „aus der Perspektive der Kamera“.It is also preferred if the system has a display device for displaying an image captured by the camera. The captured image is preferably an image of the entire area of the production environment, with an input device being provided in particular, which enables image areas of the captured image to be selected, with a selected image area corresponding to a sub-area of the production environment to be captured. This enables a particularly simple definition of the position and extent of a sub-area to be captured, specifically “from the perspective of the camera”.
Es ist vorgesehen, dass das System eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige einer Auswahl typischer Störungsursachen für einen Störungszustand der Produktionsumgebung aufweist und dass eine mit einem bestimmten manuellen Eingriff korrelierende Störungsursache auswählbar ist. Dies ermöglicht die Bildung, Bestätigung oder Änderung von in der Speichereinrichtung abgelegten Relationen. Das Personal kann - jeweils einem gerade durchgeführten manuellen Eingriff zugeordnet -von dem System vorgeschlagene Störungsursachen bestätigen oder ablehnen. Dies geht mit einer minimalen Zusatzbelastung des Personals einher, die dazu beiträgt, typische Störungsursachen der Produktionsumgebung vollständig erfassen zu können.Provision is made for the system to have a display device for displaying a selection of typical fault causes for a fault state in the production environment, and for a fault cause which correlates with a specific manual intervention to be selectable. This enables relations stored in the memory device to be created, confirmed or changed. Assigned to a manual intervention that has just been carried out, the personnel can confirm the causes of the fault proposed by the system or decline. This goes hand in hand with a minimal additional burden on the staff, which contributes to being able to fully record typical causes of malfunctions in the production environment.
Die automatisierte Produktionsumgebung ist vorzugsweise einer Verpackungsmaschine zugeordnet. Die Verpackungsmaschine dient insbesondere zur Herstellung und/oder Verarbeitung von Verpackungen und/oder zur Füllung von Verpackungen mit einem Füllgut.The automated production environment is preferably associated with a packaging machine. The packaging machine is used in particular to produce and/or process packaging and/or to fill packaging with a product.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the graphic representation of a preferred exemplary embodiment.
In der einzigen
Das System 10 dient dazu, manuelle Eingriffe einer Person 14 in die Produktionsumgebung 12 zu erfassen, die zur Behebung eines Störungszustands der Produktionsumgebung 12 dienen. Hierfür ist eine der Produktionsumgebung 12 zugeordnete Kamera 16 vorgesehen, die einen Gesamtbereich 18 oder zumindest einen Teilbereich 20, 22 der Produktionsumgebung 12 bildlich erfasst. Der Gesamtbereich 18 oder die Teilbereiche 20, 22 können ihrerseits in Unterbereiche unterteilt sein, die hier für den Teilbereich 22 nur beispielhaft und in der Zeichnung nicht dargestellt mit „22A, 22B, 22C, 22C“ benannt sein können und beispielsweise vier unterschiedlichen Quadranten des Teilbereichs 22 entsprechen können.The system 10 is used to record manual interventions by a
Die Kamera 16 ist mit einer Auswerteeinheit 24 gekoppelt, welche eine Speichereinrichtung 26 aufweist.The camera 16 is coupled to an
Das System 10 ist aktiv, wenn in der Produktionsumgebung 12 ein Störungszustand vorliegt, in welchem beispielsweise der Betrieb der Produktionsumgebung 12 gestoppt oder unterbrochen ist. Während dieses Störungszustands greift die Person 14 manuell in die Produktionsumgebung 12 ein, was durch die Kamera 16 bildlich erfasst wird, beispielsweise dadurch, dass die Präsenz der Hände 28, 30 der Person 14 in dem Teilbereich 22 erfasst wird, optional auch die genaue Position der Hände innerhalb des Teilbereichs 22 und weiter bevorzugt auch die zeitliche Dauer, während welcher die Hände 28, 30 in dem Teilbereich 22 angeordnet sind.The system 10 is active when there is a fault condition in the
Die Werte der vorgenannten Kriterien (bspw. „Hand“, „Teilbereich 22“, „Unterbereich 22B“, „10 Sekunden“) werden mittels der Auswerteeinheit 24 bestimmt und in der Speichereinrichtung 26 abgelegt.The values of the aforementioned criteria (e.g. “hand”, “
Zur Unterstützung der bildlichen Erfassung des manuellen Eingriffs ist es optional möglich, dass das System 10 mindestens eine mobile optische Markierung 32 umfasst, welche separat bereitgestellt werden kann, beispielsweise in Form farbiger Handschuhe oder in Form eines Leuchtpunkts oder eines QR-Codes, den die Person 14 an einem Handgelenk trägt.To support the imaging of the manual intervention, it is optionally possible for the system 10 to include at least one mobile
Es ist möglich, dass die Auswerteeinheit 24 sowohl vorgegebene Objekte (bspw. „Hand“ oder „Werkzeug A“) erkennt als auch zunächst unbekannte Objekte, die im Wege eines maschinellen Lernens erkannt werden (beispielsweise ein von „Werkzeug A“ abweichendes Werkzeug, das die Auswerteeinheit 24 als „Werkzeug B“ erkennt).It is possible that the
Auf Basis von in der Speichereinrichtung 26 abgelegten Relationen können bestimmten Werten eines Kriteriums typische Störungsursachen zugeordnet sein, die wiederum der Person 14 mittels einer Anzeigeeinrichtung 34 angezeigt werden können. Die Person 14 kann eine angezeigte Störungsursache (beispielsweise mittels einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Eingabeeinrichtung 36) bestätigen oder ablehnen.On the basis of relationships stored in
Die Anzeigeeinrichtung 34 kann alternativ oder zusätzlich dazu auch verwendet werden, um die Lage und Ausdehnung der Teilbereiche 20 und/oder 22 zu definieren. Zu diesem Zweck wird die Anzeigeeinrichtung 34 genutzt, um ein von der Kamera 16 erfasstes Bild des Gesamtbereichs 18 anzuzeigen; innerhalb dieses angezeigten Bilds können dann Bildbereiche ausgewählt werden, insbesondere unter Verwendung der Eingabeeinrichtung 36, die vorzugsweise als Touchscreen, Maus, Joystick oder ähnlich ausgebildet ist. Die ausgewählten Bildbereiche entsprechen dann den Teilbereiche 20 und/oder 22 oder weiteren Teilbereichen, innerhalb welchen das System 10 manuelle Eingriffe erfassen soll.Alternatively or additionally, the
Die Auswerteeinheit 24 ist optional dazu ausgebildet, eine Statistik über alle erfassten Störungszustände der Produktionsumgebung bereitzustellen. Diese Statistik kann für eine Optimierung der Prozessabläufe in der Produktionsumgebung 12 und/oder für die Schulung von Bedienpersonal genutzt werden.The
Es ist auch möglich, dass die bildliche Überwachung zumindest eines Teilbereichs 20, 22 oder eines Unterbereichs eines solchen Teilbereichs 20, 22 dahingehend erfolgt, ob in einem solchen Teil- oder Unterbereich ein Eingriff erfolgt, obwohl in einem solchen Teil- oder Unterbereich aufgrund einer Vorgabe kein Eingriff oder keine Veränderung erfolgen soll oder darf. Diese Vorgabe ist beispielsweise auf die Sicherheit in der Produktionsumgebung oder auf Qualitätsanforderungen an Produkte, die in der Produktionsumgebung hergestellt werden, gestützt.It is also possible for the visual monitoring of at least a sub-area 20, 22 or a sub-area of such a
Auch diese - verbotenen oder unerwünschten - Eingriffe (bzw. deren Dauer, Position, Art des Objekts) können mit der Kamera 16 erfasst und in dem Speicher 26 gespeichert werden. Optional kann die Erfassung eines solchen Eingriffs verwendet werden, um eine Folgeaktion auszulösen (bspw. Stopp der Produktionsumgebung und/oder Qualifizierung eines Produkts oder einer Produktcharge als Ausschuss).These—prohibited or undesired—interventions (or their duration, position, type of object) can also be recorded with the camera 16 and stored in the
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