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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inbetriebnahme einer Produktionsmaschine beziehungsweise zum Betreiben einer Produktionsmaschine, durch welche ein Produktionsprozess für wenigstens ein Bauteil durchführbar ist, gemäß dem Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß den Patentansprüchen 9 und 10.
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Seit Anfang der 1990er Jahre werden virtuelle Modelle von Produktionsmaschinen beziehungsweise Produktionslinien in der Produktionsplanung verwendet, um den physischen Bau mittels digitaler Technologie unterstützen zu können. Solche virtuellen beziehungsweise digitalen Modelle der Produktionsmaschine werden gemeinhin als digitaler Zwilling bezeichnet und finden Verwendung beispielsweise bei einer virtuellen Inbetriebnahme.
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Mögliche Vorteile bei der Entwicklung und Erprobung für eine geplante Produktionsanlage werden heutzutage häufig nicht ausgeschöpft, obwohl digitale Zwillinge seit Jahrzehnten bekannt sind, werden diese bei der Produktionsplanung nicht beziehungsweise häufig nicht verwendet.
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Dies liegt zum einen an den technologischen Herausforderungen bei der Entwicklung exakter virtueller Modelle, wobei aktuelle Prozesse für die Produktionsplanung ebenfalls ein wichtiger Faktor dabei sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Inbetriebnahme einer Produktionsmaschine, ein Computerprogramm sowie einen Datenträger bereitzustellen, welche bei einer Entwicklung der Produktionsmaschine, welche einen Produktionsprozess für wenigstens ein Bauteil durchführen soll, eine Automatisierung, Validierung und/oder Unterstützung eines Produktionsplanungsprozesses vorteilhaft ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen sowie in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inbetriebnahme und insbesondere auch zum Betrieb einer Produktionsmaschine, durch welche ein Produktionsprozess für wenigstens ein insbesondere als Kraftfahrzeugbauteil ausgebildetes Bauteil durchführbar ist. Zumindest ein Teil des Verfahrens ist insbesondere eine virtuelle Inbetriebnahme der Produktionsmaschine beziehungsweise eines Produktionsmaschinenabbilds. Durch die virtuelle Inbetriebnahme können beispielsweise ein Einspielen, ein Erproben und/oder Ändern von Planungsdaten auf einer virtuellen Maschine getestet werden, bevor beispielsweise Programme auf eine reale Maschine beziehungsweise Produktionsmaschine übertragen werden.
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Im Englischen wird die virtuelle Inbetriebnahme als „Virtual Commissioning“ bezeichnet. Sie dient dem Einsatz „virtueller“ Simulationstechnik zur Inbetriebnahme, das heißt zum Entwerfen, Installieren und/oder Testen insbesondere von Steuerungssoftware beziehungsweise Steuerungsbefehlen für die Steuerungseinrichtung, insbesondere eine speicherprogrammierbare Steuerung, mit einem virtuellen Maschinenmodell beziehungsweise dem Produktionsmaschinenabbild, bevor dieses beispielsweise an ein reales System angeschlossen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte:
- In einem ersten Schritt des Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen von wenigstens zwei Konstruktionsdatensätzen, wobei wenigstens ein erster der Konstruktionsdatensätze und ein zweiter der Konstruktionsdatensätze jeweils zumindest eine elektrische Komponente, eine mechanische Komponente und/oder eine Programm-Komponente der Produktionsmaschine und zusätzlich möglicherweise insbesondere des Bauteils, charakterisieren.
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In einem zweiten Schritt erfolgt ein Erstellen beziehungsweise Ableiten eines jeweiligen insbesondere virtuellen Teilmodells zumindest eines Teils der Produktionsmaschine anhand eines jeweiligen Konstruktionsdatensatzes der wenigstens zwei Konstruktionsdatensätze.
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In einem dritten Schritt erfolgt ein Erzeugen eines Produktionsmaschinenabbilds durch eine Kombination der Teilmodelle. Dabei kann das Erzeugen des Produktionsmaschinenabbilds derart gestaltet werden, dass zuerst die Teilmodelle einzeln erstellt oder erst die Konstruktionsdatensätze kombiniert und daraus quasi Teilmodelle gemeinsam erstellt werden.
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In einem vierten Schritt erfolgt das Durchführen des insbesondere simulierten beziehungsweise im Wesentlichen simulierten Produktionsprozesses mit dem Produktionsmaschinenabbild und somit das Betreiben des Produktionsmaschinenabbilds.
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In einem fünften Schritt erfolgt ein Erfassen beziehungsweise Ableiten zumindest eines jeweiligen Betriebszustands des jeweiligen Teilmodells während des Durchführens des Produktionsprozesses.
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In einem sechsten Schritt erfolgt nun ein Aktualisieren wenigstens eines der wenigstens zwei Konstruktionsdatensätze anhand des wenigstens jeweiligen einen erfassten Betriebszustands und/oder eine Validierung des Produktionsmaschinenabbilds.
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Für die Inbetriebnahme der Produktionsmaschine beziehungsweise des durch die Produktionsmaschine durchzuführenden Produktionsprozesses wird somit eine Produktionsplanung vorgeschlagen, um das insbesondere als Kraftfahrzeugbauteil ausgebildete Bauteil mit der zu in Betrieb nehmenden Produktionsmaschine produzieren zu können. Der jeweilige Konstruktionsdatensatz der wenigstens zwei Konstruktionsdatensätze beschreibt somit insbesondere beispielsweise eine mechanische Konstruktion der Produktionsmaschine und/oder eine elektrische Konstruktion beziehungsweise Konfiguration der Produktionsmaschine und/oder eine Software beziehungsweise Software-Konstruktion beziehungsweise Programmmittel zum Betreiben der Produktionsmaschine. So kann die mechanische Komponente beispielsweise ein mechanisches Bauteil der Produktionsmaschine beschreiben, wie beispielsweise ein Werkzeug, insbesondere ein Umformwerkzeug. Die elektrische Komponente beschreibt insbesondere beispielsweise zumindest einen Teil der Elektrik der Produktionsmaschine, wie beispielsweise eine Verkabelung und somit beispielweise eine Stromzufuhr für das Werkzeug und/oder eine Verkabelung für eine Steuerung. Die Programm-Komponente beschreibt insbesondere eine Software-Konstruktion und/oder Hardware-Konstruktion beziehungsweise Hardware-Konfiguration, welche verwendet werden, um beispielsweise mit einer Steuerungseinrichtung die Produktionsmaschine für den Produktionsprozess bedienen zu können und somit die mechanische Komponente und/oder elektrische Komponente zu bewegen oder zu steuern.
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Das Ableiten beziehungsweise Erstellen des jeweiligen virtuellen Teilmodells aufgrund des jeweiligen Konstruktionsdatensatzes beinhaltet zum Beispiel das Erstellen beziehungsweise das Erzeugen eines insbesondere beweglichen 3D-Modells anhand der mechanischen Komponenten. Die elektrische Konstruktion kann beispielsweise als Grundlage dienen, um einen Schaltplan als Teilmodell zu erzeugen, welcher insbesondere mit dem 3D-Modell zusammengeführt werden kann, um somit beispielsweise Schrittmotoren oder dergleichen steuern zu können und somit aus den insbesondere virtuellen Teilmodellen ein Produktionsmaschinenabbild zu erzeugen, welches insbesondere als virtueller Zwilling der Produktionsmaschine dient beziehungsweise verwendet werden kann.
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Für das Ableiten beziehungsweise Erstellen des Teilmodells wird somit insbesondere beispielsweise auf eine rechnergestützte Entwicklung (Englisch: Computer-Aided Engineering oder kurz CAE) und somit auf Unterstützung von Arbeitsprozessen mittels elektronischer Recheneinrichtungen zurückgegriffen. Ferner kann insbesondere zum Erzeugen eines 3D-Modells auch ein rechnergestütztes Konstruieren (Englisch: Computer-Aided Design oder kurz CAD) verwendet werden.
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Der jeweilige Konstruktionsdatensatz kann somit insbesondere anhand der Anforderungen an das zu produzierende Bauteil beziehungsweise den Produktionsprozess auf konventionelle Art erstellt oder gebildet werden. Ferner kann der jeweilige Konstruktionsdatensatz für das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise von einer elektronischen Recheneinrichtung, welche zumindest teilweise die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführen kann, bereitgestellt werden.
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Handelt es sich bei dem Konstruktionsdatensatz um einen, welcher beispielsweise wenigstens eine Programm-Komponente umfasst, werden dafür beispielsweise die Feldbusteilnehmer ermittelt und/oder benannt. Dabei ist ein Feldbus ein Bussystem, das für die Produktionsmaschine verwendet werden kann und Feldgeräte, wie Messfühlerstellglieder, Aktoren, oder dergleichen zur Kommunikation mit einem Automatisierungsgerät verbindet.
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Zusammengefasst kann somit gesagt werden, dass die ersten drei Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens dazu dienen, quasi eine digitale Fabrik beziehungsweise ein digitales Abbild der Produktionsmaschine, das Produktionsmaschinenabbild, zu erstellen, welches quasi als Netzwerk von Teilmodellen und/oder Methoden betrachtet werden kann. So kann beispielsweise die Simulation beziehungsweise 3D-Modellierung als Methode betrachtet werden. Dabei können die digitale Fabrik beziehungsweise das Produktionsmaschinenabbild für eine insbesondere ganzheitliche Planung, Realisierung und Steuerung und insbesondere für laufende Verbesserungen der Produktionsmaschine verwendet werden.
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Im Stand der Technik fehlt eine Synchronisierung während der Planung der jeweiligen Konstruktionsdatensätze, die beispielsweise bei der Modellerstellung auf heterogenen CAD-Systemen basiert, und dadurch ist eine Abstimmung nicht vernünftig durchzuführen, sodass eine Fehleranfälligkeit bei der Prozessplanung häufig ist und somit späte und/oder kostspieligen Änderung an der Produktionsmaschine nötig sein können.
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Dem begegnet das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, dass aufgrund des Erfassens des jeweiligen Betriebszustands des jeweiligen Teilmodells, und insbesondere anhand eines daraus ableitbaren Reports beziehungsweise Berichts, eine direkte und/oder insbesondere automatische Aktualisierung wenigstens eines der Konstruktionsdatensätze ermöglicht wird. So kann ein Betriebszustand oder der zugehörige Bericht, welche beispielsweise einen zeitlichen Verlauf des Betriebszustands umfasst, über die mechanische Komponente als Input für die Aktualisierung des Konstruktionsdatensatzes, welche die elektrische Komponente beschreibt, verwendet werden und umgekehrt.
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Mit anderen Worten werden ein Verfahren zur Inbetriebnahme und eine Produktionsmaschine bereitgestellt, bei dem ein Betreiben eines Produktionsmaschinenabbilds beziehungsweise Produktionsanlagenabbilds, insbesondere in Form einer digitalen Fabrik, aufgrund von ersten und zweiten Konstruktionsdaten erfolgt, welche den jeweils zumindest einen Teil der Produktionsmaschine beschreiben. Dabei kann ein Modell einer Steuerungseinrichtung, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung, als virtuelles Abbild oder tatsächliche Steuerungseinrichtung verwendet werden, um das Produktionsmaschinenabbild zu steuern und dabei erfasste Daten, welche als Feedback von der virtuellen Fabrik beziehungsweise dem virtuellen Produktionsmaschinenabbild erzeugt werden, insbesondere direkt, automatisiert und/oder standardisiert, beispielsweise über eine zugrunde gelegte Programmierschnittstelle, auszutauschen und beispielweise an eine Konstruktion, beispielsweise an ein Konstruktionsbüro, welches die Konstruktionsdaten beziehungsweise Konstruktionsdatensätze erzeugt, zurückzuspielen. Dies führt zu einem Austausch zwischen den einzelnen Konstruktionsdatensätzen und somit zwischen der mechanischen Konstruktion, der Prozesssimulation, der elektrischen Konstruktion, der Software-Programmierung. So können aufgrund der mechanischen Konstruktion und insbesondere einer zugehörigen Simulation, der elektrischen Konstruktion und der zugehörigen Software-Programmierung, welche beispielsweise durch die Steuerungseinrichtung verwendet wird beziehungsweise die Steuerungseinrichtung bereitstellt, eine zumindest erstmal virtuelle Inbetriebnahme der Produktionsmaschine beziehungsweise ihres Produktionsmaschinenabbilds ermöglicht werden, wobei die erfassten Betreibzustände und somit Feedback der virtuellen Inbetriebnahme zu ermöglichen und das Feedback direkt für den eigentlichen Betrieb der Produktionsmaschine zu nutzen beziehungsweise entsprechende Steuerungsbefehle der Steuerungseinrichtung abzuleiten.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich der Vorteil, dass ein Rahmen für die Aufnahme relevanter Daten, beispielsweise Prozessparameter beziehungsweise Betriebszustände und/oder Konstruktionsdaten, ermöglicht wird. Dies führt vorteilhafterweise zu einer Unterstützung des Planungsprozesses insbesondere in mehreren Phasen. Darüber hinaus können Aufgaben der virtuellen Inbetriebnahme (kurz VIBN) automatisiert werden und Ergebnisse währenddessen validiert werden. Darüber hinaus ist ein Vergleich von Datenversionen ermöglicht. Insbesondere führt das Verfahren zu einer vorteilhaften Zeitersparnis gegenüber konventionellen Methoden bei der Prozessautomatisierung und Validierung in Produktionssystemen.
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So kann durch das Verfahren ferner der Prozess der Implementierung von Aktualisierungen bei der Inbetriebnahme beziehungsweise dem Bereitstellen der Produktionsmaschine erheblich beschleunigt werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt ein Ableiten wenigstens eines Steuerungsbefehls für eine Steuerungseinrichtung, durch welche der Produktionsprozess durch die Produktionsmaschine und/oder das Produktionsmaschinenabbild durchführbar ist, anhand des Bereitstellens des Produktionsmaschinenabbilds beziehungsweise des Durchführens des insbesondere virtuellen Produktionsprozesses. Zusätzlich oder alternativ erfolgen ein Betreiben des Produktionsmaschinenabbilds und/oder die Produktionsmaschine durch die Steuerungseinrichtung. Der Steuerungsbefehl oder ein Steuerungswort kann ein Steuersignal, beispielsweise ein Aktorsignal, darstellen oder beschreiben, wie ein Steuersignal für Motoren, Öffnen und Schließen von Ventilen oder proportionale Steuerung von Ventilen. Mit anderen Worten soll die Produktionsmaschine durch die Steuerungseinrichtung gesteuert beziehungsweise kontrolliert oder betrieben werden, wobei, um den Produktionsprozess auszuführen wenigstens ein Steuerungsbefehl nötig ist, welchen die Steuerungseinrichtung ausgibt, um somit beispielsweise einen Aktor der Produktionsanlage für den Produktionsprozess zu stellen. Die Steuerungseinrichtung kann insbesondere eine speicherprogrammierbare Steuerung sein und/oder beispielsweise aber auch als virtuelles Abbild einer solchen bereitgestellt werden. So ergeben sich für die Inbetriebnahme beziehungsweise den Weg, welcher für die Inbetriebnahme der Produktionsmaschine zu gehen ist, folgende Möglichkeiten: So kann beispielsweise das Produktionsmaschinenabbild durch die virtuelle Steuerungseinrichtung oder beispielsweise eine reale speicherprogrammierbare Steuerung betrieben werden. Gleiches gilt für die real bereitzustellende und in Betrieb zu nehmende Produktionsmaschine aufgrund des Produktionsmaschinenabbilds. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auf vorteilhafte und insbesondere automatisierte Weise durch eine Steuerungseinrichtung das Verfahren durchgeführt werden kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird für die Aktualisierung des wenigstens einen der wenigstens zwei Konstruktionsdatensätze wenigstens ein in diesem zu aktualisierenden Konstruktionsdatensatz enthaltener Parameter, welcher zumindest die elektrische Komponente, die mechanische Komponente und/oder die Programm-Komponente der Produktionsmaschine charakterisiert, aktualisiert. Der Parameter kann beispielsweise ein einfaches Stellen eines Aktors für den Produktionsprozess beschreiben beziehungsweise das Empfangen eines Steuersignals aufgrund eines Steuerungsbefehls beispielsweise an den Aktor. Somit kann quasi jede in dem jeweiligen Konstruktionsdatensatz enthaltene Information, welche Einfluss auf den Betrieb der Produktionsmaschine beziehungsweise das Produktionsmaschinenabbild nimmt, einzeln aktualisiert werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Verfahren besonders vorteilhaft zum kontinuierlichen Verbessern beziehungsweise Optimieren des zu schaffenden Produktionsprozesses und der diesem zugrundeliegenden Produktionsmaschine in ihrer Entwicklung erfolgen kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das Verfahren beziehungsweise dessen Schritte nach der Aktualisierung des wenigstens einen der wenigstens zwei Konstruktionsdatensätze wiederholt, und eine weitere Aktualisierung erfolgt aufgrund eines Vergleichs des wenigstens einen der wenigstens zwei Konstruktionsdatensätze vor und nach dem Durchführen des vorherigen Durchlaufs des Verfahrens. Mit anderen Worten wird, wenn eine Aktualisierung des Konstruktionsdatensatzes erforderlich ist, dieser verwendet, um insbesondere das zugehörige beziehungsweise das auf dem Konstruktionsdatensatz basierende Teilmodell und somit das Produktionsmaschinenabbild zu aktualisieren. Mit dem aktualisierten Produktionsmaschinenabbild wird der Produktionsprozess dann wiederholt. Bei der Wiederholung erfolgt nun ein Vergleich zwischen dem bei der ersten Verfahrensdurchführung verwendeten Konstruktionsdatensatz und dem bei der Wiederholung verwendeten Konstruktionsdatensatz, insbesondere über den jeweils zumindest einen ermittelten Betriebszustand, sodass beispielsweise aufgrund des Vergleichs beispielsweise für einen Parameter, welcher beispielsweise das Stellen des Aktors beschreibt, abgeschätzt werden kann, ob dieser in die eine oder andere Richtung variiert werden soll. So kann beispielsweise frühzeitig ermittelt werden, ob das Stellen des Aktors früher zu erfolgen hat und/oder eine mechanische Komponente stärker auszubilden ist. Durch den Vergleich ergibt sich die Möglichkeit, dass auf einfache und somit insbesondere auch schnelle Weise eine Aktualisierung wenigstens eines der Konstruktionsdatensätze und somit des Produktionsmaschinenabbilds beziehungsweise einer Verbesserung des Produktionsprozesses ermöglicht wird.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird als die Steuerungseinrichtung, welche das Produktionsmaschinenabbild und/oder die Produktionsmaschine betreibt, eine virtuelle Steuerungseinrichtung oder eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) verwendet wird. Mit anderen Worten kann bei der virtuellen Inbetriebnahme der virtuell durchgeführte Produktionsprozess, welcher somit eine erzeugte Ablaufsimulation darstellen kann, mit einer realen Steuerung, der speicherprogrammierbaren Steuerung, verbunden werden. So kann das Produktionsmaschinenabbild mit der realen speicherprogrammierbaren Steuerung und durch diese gesteuert werden, so kann beispielsweise die Logik der speicherprogrammierbaren Steuerung vom tatsächlichen Betrieb der Anlage getestet werden. So kann für den Test der speicherprogrammierbaren Steuerung sich das Modell beziehungsweise das Produktionsmaschinenabbild genauso verhalten wie die reale Anlage. So können beispielsweise die von der speicherprogrammierbaren Steuerung kommenden Aktorsignale und Steuerworte beziehungsweise Steuerungssysteme interpretiert werden und das Modell beziehungsweise das Produktionsmaschinenabbild steuern. Das Produktionsmaschinenabbild kann Sensor- und/oder Feedbacksignale an die speicherprogrammierbare Steuerung zurückschicken. Die Sensor- und/oder Feedbacksignale können klassische Feedbacksignale, Lichtschranken, Temperatursensoren, Barcodes, Pulsgeber und/oder Encoderwerte, Feedbacksignale der Motoren und/oder beispielsweise die Signale von Endschaltern umfassen.
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Zusätzlich oder alternativ kann beispielsweise die virtuelle Steuerungseinrichtung über einen geeigneten Bus beziehungsweise ein geeignetes Steuergerät bereits vor dem Bereitstellen der speicherprogrammierbaren Steuerung in einem ersten Durchlauf sowieso das Produktionsmaschinenabbild, aber auch die Produktionsmaschine betreiben. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise ein ausgiebiges Testen der speicherprogrammierbaren Steuerung ermöglicht wird. Darüber hinaus können gegebenenfalls Teile der Produktionsmaschine bereits vor Inbetriebnahme der gesamten Produktionsmaschine getestet werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Betreiben des Produktionsmaschinenabbilds mit einer Materialflussrechnereinrichtung. Zusätzlich oder alternativ kann ein Modell einer Materialflussrechnereinrichtung anhand wenigstens eines der Teilmodelle erstellt werden, welches für die virtuelle Inbetriebnahme hilfreich sein kann. Mit anderen Worten wird ein Materialflussrechner oder kurz MFR verwendet, welche beispielwiese über eine Schnittstelle zum Durchführen einer Kommunikation mit dem Produktionsmaschinenabbild ausgebildet ist. Dabei kann sich beispielsweise die Logik der speicherprogrammierbaren Steuerung, als virtuelle Steuerungseinrichtung im Produktionsmaschinenabbild befinden, wobei der Materialflussrechner beziehungsweise die Materialflussrechnereinrichtung eine Komponente ist, welche Daten und Informationsflüsse in automatischen Anlagen steuern kann. So können unterschiedliche Maschinen beziehungsweise Komponenten, wie beispielsweise Fördertechnik, Verschiebewagen und dergleichen, von automatischen Anlagenteilen der Produktionsmaschine durch die Materialflussrechnereinrichtung gesteuert werden. So kann die Materialflussrechnereinrichtung beispielsweise bei dem Produktionsmaschinenabbild die Fördertechnik überwachen und Daten an die speicherprogrammierbare Steuerung beziehungsweise die virtuelle Steuerungseinrichtung weiterleiten. So kann beispielsweise beim Durchführen des Produktionsprozesses mittels des Produktionsmaschinenabbilds eine Steuerung einzelner Förderelemente dargestellt, überprüft und insbesondere verbessert werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Betreiben des Produktionsmaschinenabbilds und somit das Durchführen des Produktionsprozesses mittels des Produktionsmaschinenabbilds mit einer Produktionsplanungseinrichtung. Mit anderen Worten wird eine Produktionsplanung und -steuerung verwendet, sodass eine Inbetriebnahme beziehungsweise virtuelle Inbetriebnahme auf Produktionssteuerungsebene erfolgen kann. Dabei ist es durch die Produktionsplanungseinrichtung möglich, eine Materialbedarfsplanung für den Produktionsprozess zum Herstellen des wenigstens einen Bauteils, eine Termin- und/oder Kapazitätsplanung sowie die Auftragsfreigabe und eine Auftragsüberwachung und somit den vollständigen Produktionsprozess, wie er beispielsweise für eine Serienfertigung des herzustellenden wenigstens einen Bauteils verwendet wird, ebenfalls mit dem Produktionsmaschinenabbild zu simulieren und darüber hinaus zu verbessern.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird für das Bereitstellen der wenigstens zwei Konstruktionsdatensätze und/oder das Aktualisieren des wenigstens einen der wenigstens zwei Konstruktionsdatensätze auf Daten wenigstens einer Datenbank zugegriffen, welche die elektrische Komponente, die mechanische Komponente und/oder die Programm-Komponente und/oder das Bauteil beschreibt. Mit anderen Worten kann beispielsweise eine Datenbank vorgehalten werden, welche alle vorrätigen beziehungsweise verwendeten Komponenten eines Unternehmens, welches die Produktionsmaschine betreiben möchte, umfasst, sodass dadurch beispielsweise eine Beeinflussung eines der Konstruktionsdatensatzes der wenigstens zwei Konstruktionsdatensätze möglich ist. Eine weitere Datenbank kann beispielsweise eine Bibliothek für Programmteile für die Programm-Komponente darstellen. Darüber hinaus können beispielsweise für die Simulation beziehungsweise das Betreiben des Produktionsanlagenabbilds Datenbanken für Verhaltensmodelle vorgehalten werden. Somit ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise die Komplexität, welche für das Betreiben des Produktionsmaschinenabbilds an Rechenleistung erforderlich ist, durch Rückgriffe auf die Datenbank reduziert werden kann.
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Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die im Rahmen dieses Verfahrens auftreten können und hier nicht explizit beschrieben werden, besteht die Möglichkeit, dass eine Fehlermeldung ausgegeben wird und/oder der Benutzer aufgefordert wird, eine Rückmeldung einzugeben. Außerdem kann eine Standard-Einstellung oder ein vordefinierter Initialzustand eingestellt werden.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm. Das Computerprogramm kann beispielsweise in einem Speicher einer elektronischen Recheneinrichtung, welche beispielsweise die virtuelle Inbetriebnahme durchführt, geladen werden und umfasst Programmmittel, um die Schritte des Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der elektronischen Recheneinrichtung beziehungsweise einer Steuerungseinrichtung ausgeführt wird.
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Dabei sind Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft einen elektronisch lesbaren Datenträger. Der elektronisch lesbare Datenträger umfasst darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen, die zumindest ein Computerprogramm wie soeben vorgestellt umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei der Verwendung des Datenträgers in einer elektronischen Recheneinrichtung ein hier vorgestelltes Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausführen können.
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Dabei sind Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen sowohl des zweiten als auch des ersten Aspekts der Erfindung anzusehen und jeweils umgekehrt.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Inbetriebnahme einer Produktionsmaschine;
- 2 ein weiteres schematisches Ablaufdiagramm zumindest eines Teils des Verfahrens gemäß 1; und
- 3 einen schematischen Ablauf eines Planungsprozesses mittels des Verfahrens.
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1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens für die Inbetriebnahme und somit auch zum Betreiben einer Produktionsmaschine, durch welche ein Produktionsprozess für wenigstens ein insbesondere als Kraftfahrzeugbauteil ausgebildetes Bauteil durchführbar ist, wobei mittels des Verfahrens insbesondere zuerst eine virtuelle Inbetriebnahme erfolgt.
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Die virtuelle Inbetriebnahme erfolgt insbesondere aufgrund einer dreidimensionalen Simulation, die das Verhalten der Produktionsmaschine nachbildet. Diese Simulation kann beispielsweise für die Produktionsmaschine insbesondere als digitaler Zwilling in dem Verfahren verwendet wird. Bei der Produktionsmaschine kann es sich beispielsweise um eine Fertigungslinie in der Kraftfahrzeugproduktion handeln. So wird mittels des Verfahrens ermöglicht, dass beispielsweise nicht nur einzelne Roboter oder Maschinen betrachtet werden, sondern auch komplexe Zusammenhänge beispielsweise hinsichtlich Materialfluss und Robotersteuerung abgebildet werden.
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Das Verfahren umfasst dafür sechs Schritte, S1 bis S6:
- Im ersten Schritt S1 erfolgt ein Bereitstellen von wenigstens zwei Konstruktionsdatensätzen 1, wobei wenigstens ein erster der Konstruktionsdatensätze 1 und ein zweiter der Konstruktionsdatensätze 1 jeweils zumindest eine mechanische Komponente 2, eine elektrische Komponente und/oder eine Programm-Komponente 4 der Produktionsmaschine charakterisiert.
- Im Schritt S2 erfolgt ein Erstellen eines jeweiligen Teilmodells 5 zumindest eines Teils der Produktionsmaschine anhand eines jeweiligen Konstruktionsdatensatzes 1 der wenigstens zwei Konstruktionsdatensätze 1.
- Im dritten Schritt S3 erfolgt ein Erzeugen eines Produktionsmaschinenabbilds durch eine Kombination der Teilmodelle 5.
- Im vierten Schritt S4 erfolgt ein Durchführen des Produktionsprozesses mit dem Produktionsmaschinenabbild beziehungsweise ein Betreiben des Produktionsmaschinenabbilds.
- Im fünften Schritt S5 erfolgt ein Erfassen zumindest eines jeweiligen Betriebszustands des jeweiligen Teilmodells während des Durchführens des Produktionsprozesses, wobei die jeweils wenigstens einen Betriebszustände insbesondere in einem Bericht 6 zusammengefasst werden.
- Schließlich erfolgt im sechsten Schritt S6 ein Aktualisieren wenigstens eines der wenigstens zwei Konstruktionsdatensätzen 1 anhand des zumindest einen erfassten jeweiligen Betriebszustands beziehungsweise mittels des Berichts 6 und/oder eine Validierung des Produktionsmaschinenabbilds.
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2 zeigt ein weiteres Ablaufdiagramm, in welchem insbesondere deutlich wird, wie eine Konstruktionsplanung 12 parallel zu der virtuellen Inbetriebnahme 13 mittels des vorgestellten Verfahrens durchführbar ist.
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Das Bereitstellen der wenigstens zwei Konstruktionsdatensätze 1 und das dafür nötige Erzeugen der wenigstens zwei Konstruktionsdatensätze 1 kann insbesondere als Konstruktion der Produktionsmaschine verstanden werden, sodass das Bereitstellen der Konstruktionsdatensätze 1 die Konstruktionsplanung 12 beschreibt. Dabei kann diese Konstruktionsplanung 12 insbesondere mittels modellbasierter agiler Softwareentwicklung durchgeführt werden.
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Anhand der mechanischen Komponente 2 kann beispielsweise ein 3D-Modell 7 der mechanischen Komponenten der Produktionsmaschine abgeleitet werden. Anhand der elektrischen Komponente 3 beziehungsweise dem zugehörigen Konstruktionsdatensatz 1 kann beispielsweise ein Schaltplan 8 als das Teilmodell 5 bereitgestellt werden. Durch die Programm-Komponente 4 eines weiteren der Konstruktionsdatensätze 1 kann beispielsweise Hardware, welche zum Ausführen eines Programms ausgebildet ist, und somit ein Plan für Feldbusteilnehmer 9 erstellt werden. Durch einen weiteren Konstruktionsdatensatz 1, welcher ebenfalls eine Programm-Komponente 4 umfasst, kann beispielsweise eine automatische Verbindung zwischen dem Produktionsmaschinenabbild beziehungsweise den Teilmodellen 5 und einer als speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildeten Steuerungseinrichtung 10 beschrieben und/oder ausgebildet werden.
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Durch die beiden Teilmodelle 5, welche das mechanische 3D-Modell 7 und den Schaltplan 8 umfassen, ist beispielsweise zum Bereitstellen und/oder Erzeugen des Produktionsmaschinenabbilds eine automatisierte Zuordnung 11 möglich, durch welche die Geometrie mit einem Verhaltensmodell verbunden werden kann. Somit beschreibt der untere Block der 2 die virtuelle Inbetriebnahme 13, wobei gleichzeitig mittels des Berichts 6 ein Feedback für die Aktualisierung beziehungsweise Validierung gegeben ist.
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Die Steuerungseinrichtung 10 kann mittels der virtuellen Inbetriebnahme 13 beziehungsweise durch die virtuelle Inbetriebnahme 13 Steuerungsbefehle beziehungsweise Steuerungswerte bereitstellen, sodass der Produktionsprozess durch die Produktionsmaschine und das Produktionsmaschinenabbild durchführbar ist und somit beispielsweise ein Betreiben des Produktionsmaschinenabbilds durch die Steuerungseinrichtung 10 virtuell oder reell erfolgen kann.
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Dabei ist es von Vorteil, dass die Steuerungseinrichtung 10, welche das Produktionsmaschinenabbild und/oder die Produktionsmaschine betreibt, eine virtuelle Steuerungseinrichtung 10 oder eine speicherprogrammierbare Steuerung verwendet.
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Ferner ist es von Vorteil für das Verfahren, beziehungsweise um einen besonders guten Produktionsprozess bereitstellen zu können, wenn das Betreiben des Produktionsmaschinenabbilds mittels einer Materialflussrechnereinrichtung und/oder mittels einer Produktionsplanungseinrichtung erfolgt.
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Ferner von Vorteil kann es sein, dass für die Aktualisierung des wenigstens einen der wenigstens zwei Konstruktionsdatensätze 1 wenigstens ein in diesem enthaltener Parameter, welcher zumindest die mechanische Komponente 2, die elektrische-Komponente 3 und/oder die Programm-Komponente 4 der Produktionsmaschine charakterisiert, aktualisiert wird.
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Dazu kann beispielsweise das Verfahren nach der Aktualisierung des wenigstens einen der wenigstens zwei Konstruktionsdatensätze 1 wiederholt werden und eine weitere Aktualisierung aufgrund eines Vergleichs der Konstruktionsdatensätze 1 vor und nach dem Durchführen des wiederholten Verlaufs des Verfahrens erfolgen.
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3 zeigt einen Ablauf für die Prozessplanung bis hin zur virtuellen Inbetriebnahme 13, wobei durch eine beispielsweise elektronische Recheneinrichtung sämtliche Daten als Datenmaster 16 bereitgehalten werden können, wobei beispielsweise für das elektrische Design und somit die elektrische Komponente 3, beispielsweise des Schaltplans, auf einen Layout-Planer 15 zurückgegriffen werden kann, und eine weitere standardisierte Simulationssoftware, beispielsweise für das 3D-Modell 7, bereitgehalten werden kann. Vorteil des Verfahrens ist, dass man nur eine einzelne gemeinsame vertrauenswürdige Quelle wie den Datenmaster 16 braucht, und somit alle Abläufe nacheinander mit Feedback durchgeführt werden können. Dabei ist es von Vorteil, wenn beispielsweise auf Datenbanken 14 zurückgegriffen werden kann.
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Durch einen Konsistenztest 17 kann das Produktionsmaschinenabbild überprüft und/oder validiert werden.
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Die Möglichkeiten, die das vorgestellte Verfahren und ein darauf aufbauendes Computerprogramm beziehungsweise ein Datenträger, welcher das Computerprogramm beinhaltet, bieten, ist eine kontinuierliche Beurteilung der Konsistenz und Automatisierung auf dem Weg zur Inbetriebnahme der Produktionsmaschine.
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Dabei ist ein Vorteil des vorgestellten Verfahrens, dass eine besonders effiziente und flexible Planung von Produktionslinien in Form der Produktionsmaschine möglich ist, da mit Hilfe von Werkzeugen, wie der vorgestellten vorteilhaften virtuellen Inbetriebnahme 13 und den Möglichkeiten der Teilmodelle 5, beispielsweise ein Risiko von kostspieligen Änderungen zu einem späten Zeitpunkt, bei welchem die Produktionsmaschine bereits fast vollständig zusammengesetzt ist, vermieden werden. So können beispielsweise Hardwareschäden auf einer Baustelle vermieden werden. Durch das Verfahren wird insbesondere, wie in 2 verdeutlicht, eine Synchronisierung innerhalb einer Planungspipeline ermöglicht, sodass bei einem typischen Planungsprozess, welcher in mehrere Hauptphasen unterteilt werden kann, wie die Konstruktion und somit das 3D-Modell 7, die Elektroplanung und somit den Schaltplan 8 und die Software-Programmierung und somit beispielsweise die Feldbusteilnehmer 9 und die Steuerungseinrichtung 10, diese vereint werden können.
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Bei bisherigen Verfahren sind diese Phasen in der Regel nicht ausreichend miteinander synchronisiert oder verbunden, da sie in der Regel einem sequentiellen Muster folgen, wodurch Informationen verlorengehen können und normalerweise nur in eine Richtung fließen. Durch das Verfahren können Informationen insbesondere aufgrund des die Betriebszustände beschreibenden Berichts 6 in alle Richtungen fließen und beispielsweise an die Anfangsphase zurückgegeben werden. Dadurch kann ein bei bisherigen Verfahren eingeschränkter Informationsfluss überwunden werden, sodass ein digitaler Zwilling besonders vorteilhaft verwendet werden kann.
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Darüber hinaus kann das Verfahren zur Validierung verwendet werden, da die verfügbaren Daten automatisch zur Generierung von den Teilmodellen 5 beispielsweise für nachfolgende Schritte benutzt werden können.
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Somit ist durch das Verfahren ein Rahmen geschaffen für die Aufnahme aller relevanten Daten. So kann der Planungsprozess in mehreren Phasen unterstützt werden. Die virtuelle Inbetriebnahme 13 kann automatisiert und die Ergebnisse währenddessen validiert werden. Außerdem können Datenversionen miteinander verglichen werden und der Prozess der Implementierung von Aktualisierungen erheblich beschleunigt werden.
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So könnte bereits bei einem Modellprojekt, bei welchem die Steuerungseinrichtung 10 mittels des Verfahrens realisiert wurde, zwei Wochen manueller Arbeit für das Bereitstellen der Steuerungsbefehle eingespart werden. So kann davon ausgegangen werden, dass in der Praxis Einsparungen von wenigstens einer Woche bis hin zu vier Wochen realisierbar sind. Ferner können Zwischenergebnisse auf dem Weg dorthin validiert werden, was als Zeitersparnis besonders vorteilhaft ist. Darüber hinaus werden die Sicherheit und Qualität der speicherprogrammierbaren Steuerung und damit die Produktionsstabilität des Produktionsprozesses besonders vorteilhaft ermöglicht. So ist ein weiterer Vorteil des Verfahrens, dass auf besonders vorteilhafte Weise eine Anlaufzeit für eine neue Produktionslinie verkürzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Konstruktionsdatensätze
- 2
- mechanische Komponente
- 3
- elektrische Komponente
- 4
- Programm-Komponente
- 5
- Teilmodell
- 6
- Bericht
- 7
- 3D-Modell
- 8
- Schaltplan
- 9
- Feldbusteilnehmer
- 10
- Steuerungseinrichtung
- 11
- Zuordnung für Verhaltensmodell
- 12
- Konstruktionsplanung
- 13
- virtuelle Inbetriebnahme
- 14
- Datenbank
- 15
- Layout-Planer
- 16
- Datenmaster
- 17
- Konsistenztest
