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Die Erfindung betrifft ein modulares Montagesystem sowie ein Verfahren zum Betreiben des modularen Montagesystems. Im Betrieb des Montagesystems soll eine ungünstige Konfiguration erkannt werden, die zu Effizienzeinbußen führt.
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In einem modularen Montagesystem werden Werkstücke von einem Montageort zum nächsten Montageort mittels fahrerloser Transportfahrzeuge, FTF, eines fahrerlosen Transportsystems befördert. Durch die flexible Ansteuerbarkeit solcher FTF lassen sich unterschiedliche Montagereihenfolgen für unterschiedliche Produkte abbilden. Ein fahrerloses Transportfahrzeug kann beispielsweise als schienenlos fahrender Roboter oder ein Schienenfahrzeug sein.
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In einem solchen modularen Montagesystem werden Produkte an den verschiedenen Montageorten in einer jeweiligen Montagestation gefertigt oder verarbeitet. Je nachdem, welcher Montageschritt gerade benötigt wird und welche Station diesen Schritt ausführen kann, werden die noch halbfertigen Produkte von einer Montagestation zu nächsten gebracht. Ein Beispiel für eine solche Montagestation kann beispielsweise ein Fertigungsautomat zum Bohren oder Löten eines Werkstücks oder zum Montieren mehrerer Werkstücke sein. Zwischen diesen einzelnen Montagestationen werden die Werkstücke transportiert, um für den nachfolgenden Fertigungsschritt an einer anderen Montagestation bereitzustehen. Der Begriff „modular“ bezeichnet hier ein Montagesystem, bei welchem die einzelnen Montagestationen frei kombinierbar sind.
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Handelt es sich um unterschiedliche Produkte, so ist ein solches System hoch dynamisch und durch viele Zufallsfaktoren gesteuert. Ziel ist dabei eine maximale Ausbringung oder Fertigungsrate. Der Transport von einer Montagestation zur nächsten erfolgt durch das fahrerlose Transportsystem, dass hierzu über eine zentrale Systemsteuerung verfügt. Ein agentenbasierter Ansatz mittels eines neuronalen Netzwerks ist möglich. Im Folgenden wird von einem zentralen Steuersystem ausgegangen, es kann aber auch ein verteiltes, agentenbasiertes Steuersystem zugrunde gelegt werden. Für die Steuerung sind verschiedene Verfahren möglich. So kann die Montage zum Beispiel über ein Pull-Verfahren gesteuert werden, d.h. eine Montagestation holt sich einen neuen Arbeitsauftrag, wenn sie dafür bereit ist. Eine andere Möglichkeit ist es, einen Fahrplan aufzustellen, mit dem die Produkte durch die Montagestationen gefahren werden. Dieser Fahrplan muss dann immer wieder aktualisiert werden, da sich die Gegebenheiten durch z.B. Maschinenstörungen oder Qualitätsproblemen ändern.
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In jedem Fall verfügt ein solches Montagesystem über verschiedenste Parameter und Einflussfaktoren, die sich auf die Performanz oder den Durchsatz auswirken. Diese können sich im Betrieb ändern oder sich für eine aktuelle Betriebssituation als ungünstig erweisen und entsprechend nachteilig auf die Effizienz auswirken.
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Aus der
EP 2 996 006 B1 ist bekannt, dass in einem Montagesystem an den einzelnen Montagestationen jeweils Sensoren in einem vorgelagerten Schritt, im Hauptschritt, und in einem nachgelagerten Schritt angeordnet werden können, um jede Montagestation dahingehend zu beobachten, ob sie gemäß vorgegebenen Soll-Sensorsignalen arbeitet. Hierzu müssen die Sensorsignale miteinander synchronisiert werden, sodass sich ein entsprechender Schaltungsaufwand zum Beobachten der drei Schritte jeder Montagestation und das Synchronisieren der Sensoren ergibt.
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Aus der
DE 44 06 723 B4 ist bekannt, dass an einer Maschine oder Anlage Schwingungssignale an deren Teilen erfasst werden können, um auf den Betriebszustand der Maschine oder Anlage Rückschlüsse ziehen zu können. Hierzu ist eine mehrzeilige Mustermatrix notwendig, um einen Vergleich eines aktuellen Betriebszustandsvektors mit der Mustermatrix berechnen zu können, woraus dann eine Wahrscheinlichkeitsaussage betreffend den Betriebszustand berechnet werden kann. Hierdurch kann lediglich auf den aktuellen Zustand einer einzelnen Montagestation in Form einer Maschine oder Anlage rückgeschlossen werden, aber ein Überblick über die Effizienz der Gesamtkonfiguration eines Montagesystems lässt sich hieraus nur aufwendig herleiten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Montagesystem mit mehreren Montagestationen zu überwachen, ob eine aktuelle Konfiguration des Montagesystems einen ausreichend hohen Grad an Effizienz erreicht und im Betrieb beibehält.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Ein Aspekt der Erfindung beschreibt ein modulares Montagesystem, umfassend mehrere Montagestationen, welche zur Durchführung jeweiliger Montageschritte an einem jeweiligen Werkstück vorgesehen sind, sowie mehrere fahrerlose Transportfahrzeuge, FTF, welche dafür vorgesehen sind, zu montierende Werkstücke zwischen den jeweiligen Montagestationen zur dortigen Durchführung von jeweiligen Montageschritten zu verfahren. Es ist ein Steuersystem bereitgestellt und dafür konfiguriert, entsprechende Fahr-/ Routenpläne für die FTF bereitzustellen. Das Steuersystem kann hierzu Auftragsdatensätze erzeugen, welche jeweils einen Fahrauftrag oder Transportauftrag für ein jeweiliges FTF vorgeben. Somit geht die Erfindung also von dem eingangs beschriebenen und an sich bekannten modularen Montagesystem aus, in welchem ein Steuersystem in an sich bekannter Weise aktuelle Zustände der Montagestationen und Transportfahrzeuge erfasst und daraufhin für zukünftige weitere Montageschritte die Transportfahrzeuge entsprechend ansteuert, um die Montagestationen mit zu verarbeitenden Werkstücken zu versorgen und solche Werkstücke, an denen der jeweilige Montageschritt vollzogen wurde, wieder abzutransportieren. Dazu ist ein Zusammenspiel oder eine Koordination der Transportfahrzeuge untereinander und mit den Montagestationen notwendig. Kommt es hierbei zu einer Fehlkonfiguration, so kann es sein, dass eine Montagestation beispielsweise leerläuft (kein weiteres Werkstück zum Durchführen des Montageschritts verfügbar) und/oder mehrere Transportfahrzeuge jeweils mit einem herantransportierten Werkstück vor einer Montagestation warten müssen, weil diese noch nicht das aktuell bearbeitete Werkstück fertig bearbeitet hat. Dies kann dann dazu führen, dass das Montagesystem insgesamt weniger effizient läuft als in einem optimalen oder ursprünglich geplanten Zustand. Ein Effizienzverlust kann z.B. dann gegeben sein, wenn Transportfahrzeuge anfangen, sich mit Werkstücken vor einer Montagestation zu stauen, während eigentlich gleichzeitig eine andere, gleichartige Montagestation noch wartende Werkstücke aufnehmen und verarbeiten könnte. Hier hätte das Montagesystem noch ein Potential für einen größeren Durchsatz.
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Um ein Absinken der Effizient im Zusammenspiel der Montagestationen und der Transportfahrzeuge zu erkennen, ist erfindungsgemäß eine Überwachungsvorrichtung bereitgestellt und dazu eingerichtet, zu vorbestimmten Zeitpunkten den Betrieb des modularen Montagesystems charakterisierende Kenngrößen zu messen oder zu erfassen und damit wenigstens einen Kennwert für einen Effizienzwert oder Effizienzgrad des modularen Montagesystems für einen aktuellen Zeitraum zu ermitteln und für den Fall, dass der ermittelte Effizienzgrad in einem vorbestimmten Werteintervall liegt, z.B. einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet, ein Warnsignal zu generieren. Der jeweilige Kennwert kann direkt gemessen sein, also einer Kenngröße entsprechen, und/oder aus einem oder mehreren Messwerten zumindest einer Kenngröße berechnet sein.
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Das Verfahren geht davon aus, dass in einer anfänglichen oder initialen Konfiguration, wenn das Montagesystem bestimmungsgemäß aufgesetzt oder konfiguriert ist, sich entsprechend in diesem Initialzustand für den wenigstens einen Kennwert ein vorbestimmter jeweiliger Bezugswert ergibt, der als Orientierungsgröße für einen „effizienten Betrieb“, d.h. als Referenz dienen kann. Die Überwachungsvorrichtung ist entsprechend dazu eingerichtet, den aktuellen Effizienzgrad unter Berücksichtigung des jeweiligen Bezugswerts zu ermitteln. Somit orientiert sich also die Überwachungsvorrichtung an dem Initialzustand, in welchem das Montagesystem durch initiale Konfigurationsdaten, wie sie beispielsweise mittels einer Simulation oder durch einen Operateur festgelegt wurden, gemäß der initialen Konfiguration betrieben wird oder läuft und damit den optimalen oder zumindest den gewünschten Effizienzgrad aufweist. Der jeweilige Bezugswert kann z.B. in einem Probebetrieb oder in einer Initialisierungsphase im Betrieb des Monatesystems selbst und/oder im Betrieb eines Referenz-Montagesystem (z.B. an einem anderen Werksstandort) und/oder in einem simulierten Betrieb des Montagesystems ermittelt werden.
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Für den wenigstens einen beobachteten Kennwert ergibt sich somit ein jeweiliger Bezugswert, der angibt, wie sich innerhalb des Montagesystems an derjenigen lokalen Beobachtungsposition, an welcher der jeweilige Kennwert ermittelt wird, sich dieser Kennwert verhalten müsste oder in welchem Werteintervall er sich befinden müsste, wenn das Montagesystem den initialen Effizienzgrad weiter beibehält oder immer noch aufweist. Die Überwachungsvorrichtung kann zum Ermitteln des Effizienzgrads eine Prozessorschaltung aufweisen. Eine geeignete Beobachtungsvorrichtung kann zum Ermitteln des wenigstens einen Kennwerts zumindest einen Sensor aufweisen und/oder beispielsweise über einen Feldbus mit einer jeweiligen Steuerschaltung der zumindest einen Montagestation und/oder des zumindest eines Transportfahrzeugs gekoppelt sein, um als Kenngröße und/oder Kennwert z.B. eine Fahrgeschwindigkeit und/oder einen Vorrat an Werkstücken abzufragen. Das Ermitteln des wenigstens einen Kennwerts kann zu den besagten vorbestimmten Zeitpunkten erfolgen, beispielsweise in Zeitabständen in einem Bereich von zehn Millisekunden bis zehn Minuten. Je geringer die Zeitabstände sind, je mehr nähert sich die Überwachung einer kontinuierlichen Überwachung an. Bei mehreren Kennwerten kann die Überwachung der Kennwerte synchronisiert oder asynchron oder unabhängig voneinander erfolgen.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass die Überwachung des Montagesystems in Bezug auf zumindest einen initialen Bezugswert erfolgt, von dem angenommen werden kann, dass er den idealen oder zumindest den voreingestellten oder gewünschten Effizienzgrad des Montagesystems widerspiegelt oder beschreibt. Somit ist keine aufwändige Analyse des Montagesystems (z.B. betreffend einen theoretisch möglichen maximalen Effizienzgrad) notwendig, um einen ungünstigen Effizienzgrad zu erkennen. Damit kann das Verfahren mit geringem Aufwand an ein bestehendes und zu überwachendes Montagesystem angepasst werden. Der Effizienzgrad kann eine Prozentangabe oder eine Angabe eines Bruchteils des initialen oder gewünschten Effizienzgrads sein. Der Effizienzgrad kann z.B. eine Wertangabe für einen Durchsatz oder eine Stückzahl sein.
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Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine Ausführungsform umfasst, dass die den Betrieb des modularen Montagesystems charakterisierenden Kenngrößen wenigstens eine der folgenden Kenngrößen umfasst: Wartezeit eines oder mehrerer FTF (beispielsweise durch ein Hindernis, wie z.B. ein wartendes TFT); Abholzeiten bestimmter Werkstücke an jeweiligen Montagestationen; jeweiliger Durchsatz an Werkstücken pro Zeiteinheit an zumindest einer Montagestation. Diese Kenngrößen haben sich als aussagekräftig in Bezug auf die Beschreibung des Effizienzgrads eines Montagesystems insgesamt erwiesen.
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Eine Ausführungsform umfasst, dass das Montagesystem eine Anzeigetafel für den ermittelten wenigstens einen Kennwert für den Effizienzgrad und/oder für den ermittelten Effizienzgrad umfasst. Somit ist innerhalb des Montagesystems, beispielsweise in einer Montagehalle oder auf einem Montagegelände oder einem Leitstand, der ermittelte aktuelle Effizienzgrad selbst und/oder der wenigstens eine Kennwert, der zu dem Effizienzgrad geführt hat, einsehbar. Insbesondere erfolgt das Anzeigen des wenigstens einen Kennwerts und/oder des aktuellen Effizienzgrads während einer Veränderung zumindest eines Parameters beispielsweise in dem Steuersystem und/oder in wenigstens einem Transportfahrzeug und/oder in wenigstens einer Montagestation. Somit kann während der Veränderung des zumindest einen Parameters anhand der Anzeigetafel als Feedback oder Rückmeldung erkannt werden, inwieweit sich der Effizienzgrad des Montagesystems durch die Veränderung des zumindest einen Parameterwerts entwickelt oder verändert. Dies ermöglicht eine Regelung, die eine Abweichung des wenigstens einen Kennwerts von seinem jeweiligen Referenzwert verringern kann. Eine solche Regelung kann auch unabhängig von einer Anzeigetafel und/oder ohne Anzeigetafel automatisiert mittels einer Regelungsschaltung und/oder einem Regelungsalgorithmus (z.B. eine PI-Regler oder einem PID-Regler; PID - proportional, Integral, Differenzial) erfolgen.
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Eine Ausführungsform umfasst, dass das Überwachungssystem dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Kennwert zum Ermitteln des Effizienzgrads auf seinen jeweiligen Bezugswert zu normieren. Somit ergibt sich eine Bruchteilsangabe aus Kennwert K und Bezugswert B (somit also K/B, beispielsweise 7/10) oder eine Prozentangabe, beispielsweise 70 Prozent (70 %). Es wird hierdurch in vorteilhafter Weise nicht nur die Veränderung des zumindest einen Kennwerts quantifiziert, sondern auch das relative Verhältnis oder das relative Ausmaß der Veränderung in Bezug auf den Referenzwert. Somit kann bei mehreren Kennwerten ein Vergleich dahingehend erfolgen, zu welchem Anteil oder Verhältnis sich der jeweilige Kennwert verändert hat. Dies ermöglicht insbesondere, denjenigen Kennwert mit der größten relativen Veränderung zu identifizieren und eine entsprechende Maßnahme zum Korrigieren dieses Kennwerts einzuleiten oder zu priorisieren. Als Maßnahme kann das Umkonfigurieren einer Montagestation und/oder eines Transportfahrzeugs vorgesehen werden, die bzw. das einen funktionalen Zusammenhang oder eine funktionale Abhängigkeit mit dem jeweiligen Kennwert aufweist.
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Eine Ausführungsform umfasst, dass die Überwachungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, mehrere Kennwerte für den Effizienzgrad zu ermitteln und jeweils zu normieren und den Effizienzgrad durch Multiplizieren der normierten Kennwerte zu berechnen. Diese Berechnungsformel ermöglicht es somit durch einfache Multiplikationen der mehreren normierten Kennwerte, eine Aussage über den aktuellen Effizienzgrad, das heißt eine Angabe oder einen Wert des aktuellen Effizienzgrads, zu berechnen. Dies hat sich als recheneffizient erwiesen. Die Multiplikation ergibt in der Regel bei normierten Kennwerten für jeden normierten Kennwert eine Angabe oder eine Zahl kleiner oder gleich 1 (aber größer 0), sodass durch das Multiplizieren als Effizienzgrad unmittelbar ein Prozentwert (ab 0% bis 100%) oder eine Angabe zwischen 0 und 1 oder gleich 1 resultiert. Der Wert gleich 1 entspricht dem Effizienzgrad, wie er auch im Initialzustand des Montagesystems vorgelegen hat, sodass also davon auszugehen ist, dass das Montagesystem bei einem Effizienzgrad von 1 bestimmungsgemäß funktioniert. Ein Effizienzgrad kleiner als 1 indiziert, dass einer der Kennwerte im Vergleich zu seinen Bezugswerten verschlechtert ist.
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Eine Ausführungsform umfasst, dass das Steuersystem dazu eingerichtet ist, im Falle des Warnsignals bei der Bereitstellung zukünftiger Fahr-/ Routenpläne für die FTF der Unterschreitung des Grenzwerts mittels einer vorbestimmten Maßnahme entgegenzuwirken. Mit anderen Worten reagiert das Steuersystem automatisiert auf das Warnsignal mittels einer vorbestimmten Maßnahme. Die Auswahl der Maßnahme kann in Abhängigkeit davon erfolgen, welcher zumindest eine Kennwert von seinem Bezugswert abweicht und/oder welches Ausmaß die Abweichung aufweist. Welche Maßnahmen infrage kommen, kann der Fachmann im Voraus anhand der Beschaffenheit des Montagesystems festlegen. So wird also im Voraus ein Maßnahmenkatalog bereitgestellt und in Abhängigkeit von dem zumindest einen Kennwert und/oder einer relativen Veränderung des Kennwerts in Bezug auf den Bezugswert wird dann automatisiert durch das Steuersystem eine Auswahl getroffen, wenn das Warnsignal ein Absinken des Effizienzgrads unter den Grenzwert erfolgt.
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Eine Ausführungsform umfasst, dass das Montagesystem mehrere funktionsgleiche Montagestationen zum Durchführen eines gleichen Fertigungsschritts aufweist und eine Maßnahme umfasst, dass zumindest eine Priorität, mit welcher die jeweiligen funktionsgleichen Montagestationen mit Werkstücken zu beliefern sind, zu verändern. Dies hat sich als eine sehr effiziente Maßnahme für den Fall erwiesen, dass mehrere funktionsgleiche Montagestationen verwendet werden. Durch Anpassen, insbesondere Angleichen der Prioritäten erfolgt eine Vergleichmäßigung der Verteilung der Werkstücke auf die Montagestationen, was insgesamt den Durchsatz erhöht. Für den Fall, dass sich zu den Montagestationen ungleich lange Anfahrwege und/oder Abtransportwege für die Werkstücke ergeben, kann durch entsprechend unterschiedliche Prioritäten (je länger der Weg, desto höher die Priorität der Montagestation) zusammen mit einer Fahrwegsoptimierung (je kürzer der Weg, desto bevorzugter die Montagestation) die Vergleichmäßigung der Auslastung der Montagestationen erreicht werden.
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Eine Ausführungsform umfasst, dass die Überwachungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, mittels des Warnsignals und/oder zusätzlich zu dem Warnsignal eine Handlungsempfehlung auszugeben, die von dem zumindest einen Kennwert abhängig ist. Hierdurch ist es möglich, auch solche Maßnahmen umzusetzen, die von einem (menschlichen) Operateur ausgeführt werden müssen. Somit instruiert also die Überwachungsvorrichtung den Operateur. Zusätzlich oder alternativ dazu kann durch die Handlungsempfehlung auch eine Lokalisierung der Ursache für das Absinken des Effizienzwerts erfolgen, also eine Ortsangabe ausgegeben werden. Dazu kann anhand des zumindest einen Kennwerts die Lokalisierung der Ursache erfolgen, da anhand des jeweiligen Kennwerts ermittelt werden kann, welche Montagestation und/oder in welchem Bereich der Fahrwege der Transportfahrzeuge eine Ursache für das Absinken des Effizienzgrads vorhanden sein muss. Hierzu wird bevorzugt einem oder einigen oder jedem Kennwert dessen Erfassungsort zugeordnet, sodass also bei Erkennen einer auf den jeweiligen Bezugswert bezogenen Abweichung des jeweiligen Kennwerts bekannt ist, an welchem Ort oder an welcher Stelle innerhalb des Montagesystems diese Abweichung erfolgt. Somit kann als Handlungsempfehlung beispielsweise ausgegeben werden, diesen Ort oder diese Stelle und/oder eine im Montageprozess dorthin führende Abfolge von Montageschritten zu überprüfen.
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Eine Ausführungsform umfasst, dass die Überwachungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, ein künstliches neuronales Netzwerk zu betreiben, welches den zumindest einen Kennwert empfängt und daraus den Effizienzgrad ermittelt und/oder den Effizienzgrad auf das Unterschreiten des Grenzwerts überwacht. In einer Trainingsphase kann in einem Montagesystem und/oder in einem Simulationsprogramm, welches einen Betrieb des Montagesystems nachbildet, gezielt für die Montagestationen und/oder Transportfahrzeuge und/oder eine Konfiguration des Steuersystems ermittelt werden, welcher Effizienzgrad sich ergibt und diesem Effizienzgrad dann die Konfiguration des Montagesystems und/oder der sich ergebende zumindest eine Kennwert als Eingabe für das neuronale Netzwerk vorgegeben werden und der berechnete oder beobachtete Effizienzgrad als Trainingsergebnis für ein Training des künstlichen neuronalen Netzwerks vorgegeben werden. Im eigentlichen Einsatz in der Überwachungsvorrichtung können dann ebenfalls der zumindest eine Kennwert als Eingabewerte in das künstliche neuronale Netzwerk eingegeben werden und dieses wird dann aufgrund des Trainings dann einen Effizienzgrad als Ausgabewert ausgeben, der dann mit dem Grenzwert verglichen werden kann. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das neuronale Netzwerk auch für die Überwachung des Unterschreitens des Grenzwerts genutzt werden. Durch die Verwendung eines künstlichen neuronalen Netzwerks können auch solche funktionalen Zusammenhänge abgebildet werden, die sich durch ein Gleichungssystem und/oder durch Kennlinien nur unzureichend und/oder mit großem Aufwand abbilden lassen.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines modularen Montagesystems. Das Verfahren ergibt sich im Betrieb des erfindungsgemäßen modularen Montagesystems, wobei mehrere Montagestationen einen jeweiligen Montageschritt an einem jeweiligen Werkstück durchführen und mehrere fahrerlose Transportfahrzeuge, FTF, zu montierende Werkstücke zwischen den jeweiligen Montagestationen zur dortigen Durchführung des jeweiligen Montageschritts verfahren oder transportieren und ein Steuersystem entsprechende Fahr- und/oder Routenpläne für die FTF bereitstellt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Überwachungsvorrichtung zu vorbestimmten Zeitpunkten Kenngrößen, die den Betrieb des modularen Montagesystems charakterisieren, erfasst oder misst und somit daraus wenigstens einen Kennwert für einen Effizienzgrad des modularen Montagesystems für einen aktuellen Zeitraum ermittelt und daraus den aktuellen Effizienzgrad berechnet und für den Fall, dass der berechnete Effizienzgrad einen unteren Grenzwert unterschreitet, ein Warnsignal generiert. Für die Berechnung des aktuellen Effizienzgrads aus dem wenigstens einen Kennwert ist vorausgesetzt, dass sich in einem vorbestimmten Initialzustand des Montagesystems ein vorbestimmter jeweiliger Bezugswert für den wenigstens einen Kennwert ergibt, und es ist vorgesehen, dass die Überwachungsvorrichtung den aktuellen Effizienzgrad unter Berücksichtigung des jeweiligen Bezugswerts ermittelt.
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Die beschriebene Überwachungsvorrichtung kann hierzu eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, die Verfahrensschritte der Überwachungsvorrichtung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Den wenigstens einen Kennwert kann die Prozessoreinrichtung aus zumindest einem Sensor und/oder zumindest einer Steuerschaltung einer Montagestation empfangen, wie es bereits beschrieben wurde. Die Prozessoreinrichtung kann zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die die Überwachungsvorrichtung betreffenden Schritte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Montagesystems; und
- 2 eine Skizze zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es in dem Montagesystem gemäß 1 durchgeführt werden kann.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt ein Produktionssystem oder Montagesystem 10, in welchem als einzelne Module Montagestationen 11 zum Durchführen eines jeweiligen Montageschrittes von Produkten 12 betrieben werden können. Die Produkte 12 können unterschiedlicher Art sein. Als Ausgangsmaterial können in einem Lager 13 Bauteile 14 gelagert sein, die einigen Montagestationen 11 als Ausgangswerkstücke zugeführt werden können, damit daraus teilmontierte Werkstücke 15 gefertigt werden, die dann jeweils zu einer weiteren Montagestation 11 verbracht werden können, wo sie weiterverarbeitet werden können, indem beispielsweise ein weiteres Bauteil 14 hinzugefügt wird und/oder eine Veränderung an dem Werkstück 15 vorgenommen wird (z.B. Stanzen oder Tiefziehen).
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Zum Transportieren oder Verbringen der Bauteile 14 und/oder der teilmontierten Werkstücke 15 können in dem Montagesystem 10 fahrerlose Transportfahrzeuge FTF 16 vorgesehen sein, die zwischen dem Lager 13 und/oder den unterschiedlichen Montagestationen 11 fahren können. Es kann sich um schienenlose oder schienengebundene FTF handeln. Eine jeweilige Fahrt zum Transportieren eines Werkstückträgers, in welchem sich ein Bauteil 14 und/oder ein teilmontiertes Werkstück 15 befinden kann, wird durch einen Fahrauftrag 17 befohlen oder kommandiert, der durch ein Steuersystem 18 erzeugt werden kann. Das Steuersystem 18 kann hierzu Auftragsdatensätze 19 erzeugen, welche jeweils einen Fahrauftrag 17 für ein jeweiliges FTF 16 vorgeben. In an sich bekannter Weise kann ein aktueller Systemzustand 20 des Montagesystems 10 durch Zustandsdaten 21 beschrieben sein, die in an sich bekannter Weise in dem Montagesystem 10 erfasst werden können.
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Das Steuern der FTF 16 durch das Steuersystem 18 ermöglicht, dass ein Produktionsziel erreicht wird, das durch Produktionszieldaten 22 vorgegeben sein kann und eine Anzahl sowie eine Art der Produkte 12 beschreiben kann, die mittels des Montagesystems 10 erzeugt werden sollen. Hierbei kann da Steuersystem 18 in Bezug auf einen Durchsatz 23 (Durchsatzrate) an Produkten 12 optimiert oder konfiguriert sein. Das Steuersystem 18 kann hierzu eine Prozessorschaltung 24 aufweisen, durch welche ein selbstlernender Algorithmus betrieben werden kann, welcher mittels einer Zuordnungsvorschrift oder Zuordnungsregel die jeweiligen aktuellen Zustandsdaten 21 auf einen jeweiligen Auftragsdatensatz19 abbildet, um in aufeinanderfolgenden Zeitschritten die FTF 16 zu steuern. Die Zuordnungsregel kann als künstliches neuronales Netz realisiert sein.
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Die Prozessorschaltung 24 (oder eine weitere, andere Prozessorschaltung) kann eine Überwachungsvorrichtung 25 bereitstellen, durch welche überprüft wird, welchen Effizienzwert oder welchen Effizienzgrad 26 das Montagesystem 10 aktuell beim Erzeugen der Produkte 12 aufweist. Hierzu kann der Überwachungsvorrichtung 25 zumindest ein Kennwert 27 zugeführt werden, der beispielsweise Bestandteil der Zustandsdaten 21 sein kann. Zusätzlich oder alternativ dazu kann zumindest ein Kennwert 27 durch eine zusätzliche Sensorschaltung mit zumindest einem Sensor ermittelt werden. Der jeweilige Kennwert kann einen Messwert oder Beobachtungswert einer jeweiligen vorbestimmten Kenngröße, z.B. eine Anzahl von wartenden Werkstücken, angeben.
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Durch die Überwachungsvorrichtung 25 kann eine Anzeigetafel 28 angesteuert werden, welche den aktuellen Effizienzgrad 26 beispielsweise als Prozentwert E% in dem Montagesystem 10 anzeigen kann, sodass ein sich in dem Montagesystem 10 aufhaltender Operateur erkennen kann, bei welchem Effizienzgrad 26 das Montagesystem aktuell betrieben wird und/oder wie sich der Effizienzgrad 26 ändert, wenn der Operateur aktuell eine Veränderung an mindestens einer Montagestation 11 und/oder dem Steuersystem 18 und/oder dem Steuersystem vornimmt.
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2 veranschaulicht, wie durch die Überwachungsvorrichtung 25 aus dem wenigstens einen Kennwert 27 der aktuelle Wert des Effizienzgrads 26 berechnet werden kann. Zu jeder Kenngröße, die durch den jeweiligen Kennwert 27 quantifiziert oder beschrieben ist, kann in der Überwachungsvorrichtung 25 ein Bezugswert 30 gespeichert sein. Zur beispielhaften Veranschaulichung ist in 2 angegeben, dass drei Kennwerte K1, K2, K3 erfasst oder beobachtet werden und zu jedem dieser Kennwerte K1, K2, K3 ein zugehöriger Bezugswert B1, B2, B3 bereitgehalten oder gespeichert ist. Der jeweilige Bezugswert 30 kann in einem Initialzustand des Montagesystems 10 erfasst worden sein, also einem Kennwert 27 im Initialzustand des Montagesystems 10 entsprechen. Der Initialzustand kann sich ergeben, nachdem das Montagesystem initial oder anfänglich oder einmalig in einen Soll-Zustand gebracht worden ist, in welchem das Montagesystem 10 die Produkte 12 in der gewünschten oder angestrebten Effizienz erzeugt, z.B. mit einer vorgegebenen Durchsatzrate. Zu jedem aktuellen Kennwert 27 und dem zugehörigen Bezugswert 30 kann somit ein normierter Kennwert 31 als Division des Kennwerts durch den Bezugswert (im vorliegenden Beispiel: K1/B1, K2/B2, K3/B3) berechnet werden. Durch eine Multiplikation 32 der normierten Kennwerte 31 kann der Wert des Effizienzgrads 26 ebenfalls als Prozentwert berechnet werden, ohne dass eine aufwändige Umrechnung notwendig wäre.
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Für den Fall, dass der aktuelle Effizienzgrad 26 in einem vorbestimmten Werteintervall liegt, also z.B. unter einen vorgegebenen Grenzwert sinkt, kann ein Warnsignal 33 (siehe 1) ausgegeben oder erzeugt werden, in dessen Folge automatisiert eine Maßnahme zur Steigerung des Effizienzgrads 26 oder zum Rekonstruieren des initialen Effizienzgrads, wie er den Bezugswerten 30 entspricht, zu rekonstruieren oder wiederherzustellen. In Abhängigkeit davon, welcher normierte Kennwert 31 die größte Abweichung vom Wert 1 aufweist (größte Veränderung des Kennwerts 27), kann eine Maßnahme aus mehreren vorbereiteten Maßnahmen ausgewählt werden und/oder es kann lokalisiert werden, an welcher Stelle im Montagesystem 10, beispielsweise an welcher Montagestation, eine Veränderung vorzunehmen ist.
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Der jeweilige Kennwert kann für die in 2 veranschaulichte Berechnung (normierter Kennwert 31 und Multiplikation 32) in der Weise ausgedrückt werden, dass sich für den normierten Kennwert 31 ein Wert im Bereich von 1 bis 0 ergibt. Wird eine Dauer gemessen, die sich bei Verringerung der Effizienz in der Regel vergrößert, so kann anstelle der Dauer der inverse Werte 1/Dauer, das heißt der Durchsatz oder die Rate, als Kennwert und eine entsprechende Bezugsrate zugrunde gelegt werden, um entsprechende normierte Kennwerte zwischen 1 und 0 zu erhalten.
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Die Anzeigetafel 28 kann beispielsweise auf der Grundlage eines Monitors oder Bildschirms beruhen, beispielsweise einem TFT-Display (TFT - Thin Film Transistor) oder einer OLED-Display (OLED - Organic Light Emitting Diode), um nur Beispiele zu nennen.
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Die Idee besteht somit darin, bestimmte Verhaltensmuster des Systems auszuwählen und automatisch zu überwachen, so dass eine Früherkennung des Performanceverlustes möglich ist. Dazu können ausgewählte Transportzeiten von einer Station zur nächsten zählen, wenn sie für die Gesamtperformance wichtig sind oder auch Abholzeiten der Werkstücke an bestimmten Stationen oder auch die Anzahl manueller Eingriffe der Systembediener zur Korrektur des Systemverhaltens oder Wartezeiten der Fahrzeuge bei extremen Abweichungen vom vorberechneten Fahrplan. Diese Werte müssen anfangs über Erfahrung ermittelt werden. Es ist aber nicht zielführend, diese über den gesamten Lebenszyklus der Montage manuell zu überwachen. Daher werden diese Werte normiert und ihr Normalwert auf 100 % gesetzt. Dann werden alle diese Werte z.B. multipliziert und ergeben dann den Healthzustand/Gesundheitszustand des Montagesystems (insbesondere ein Effizienzgrad), der in der Montagehalle auf einer Anzeigetafel mit angezeigt wird und bei Unterschreitung eines Schwellwertes zu einer Warnung führt.
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Ein Vorteil besteht in einem rechtzeitigen Erkennen von Abweichungen in der Steuerung des Montagesystems.
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des modularen Montagesystems, umfassend
- - mehrere Montagestationen, welche zur Durchführung jeweiliger Montageschritte an einem jeweiligen Werkstück vorgesehen sind,
- - mehrere fahrerlose Transportfahrzeuge, FTF, welche dafür vorgesehen sind, zu montierende Werkstücke zwischen den jeweiligen Montagestationen zur dortigen Durchführung von jeweiligen Montageschritten zu verfahren,
- - ein Steuersystem, welches dafür konfiguriert ist, zukünftige Fahr-/ Routenpläne für die FTF bereitzustellen, wobei
Mittel vorhanden sind, kontinuierlich den Betrieb des modularen Montagesystems charakterisierende Kenngrößen zu erfassen, daraus wenigstens einen Kennwert für den Healthzustand des modularen Montagesystems für einen aktuellen Zeitraum zu ermitteln und im Falle eines Unterschreiten eines unteren Grenzwertes des Healthzustandes ein Warnsignal zu generieren.
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Bevorzugt ist die den Betrieb des modularen Montagesystems charakterisierende Kenngrößen wenigstens eine der folgenden Kenngrößen ist: unplanmäßige Wartezeit eines oder mehrerer FTF, Abholzeiten bestimmter Werkstücke an jeweiligen Montagestationen, Durchsatz an Werkstücken pro Zeiteinheit. Bevorzugt weist das Montagesystem eine Anzeigetafel für den ermittelten wenigstens einen Kennwert für den Healthzustand umfasst. Bevorzugt ist der wenigstens eine Kennwert für den Healthzustand auf einen Bezugswert normiert.
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Bevorzugt ist das Steuersystem dafür vorgesehen, im Falle eines Warnsignals bei der Bereitstellung zukünftiger Fahr-/ Routenpläne für die FTF der Unterschreitung des wenigstens einen Kennwert für den Healthzustand entgegenzuwirken.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein Healthzustand (Gesundheitszustand / Effizienzgrad) eines modularen Montagesystems ermittelt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2996006 B1 [0006]
- DE 4406723 B4 [0007]