Automatisierbares Generieren von Fähigkeiten von Produktions ^¬ einheiten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierbaren Generieren von Fähigkeiten einer oder mehrerer Produktionseinheiten. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Simulationssystem, eine Produktionseinheit sowie ein Automatisierungsge- rät.

In modernen Produktionssystemen kommen vermehrt Produktionseinheiten zum Einsatz, die ihre Fähigkeiten nicht nur selbst sehr flexibel anwenden, sondern diese auch anderen Produkti- onseinheiten anbieten. Die Produktionseinheiten bilden durch Kombination von Verhaltensmustern Fähigkeiten aus, wobei die Produktionseinheiten durch Anwendung von Fähigkeiten zumindest einen Zustandsübergang eines Werkstücks bewirken. Anforderungen beschreiben einen oder mehrere Zustandsübergänge, die das Werkstück durchlaufen soll und eine erste Datenbank weist generische Beschreibungen von Verhaltensmustern der Produktionseinheiten auf. Die generischen Beschreibungen der Verhaltensmuster können dabei u. A. in Form von Simulationsmodellen, dazugehörigen Parametersätzen zur Parametrierung der Produktionseinheiten sowie weiterer Datenstrukturen, die eine Beschreibung der Verhaltensmuster ermöglichen, vorliegen .

Produktionseinheiten sind dabei als Vorrichtungen oder Soft- warekomponenten in einer Produktion zu verstehen, die durch

Anwendung von Fähigkeiten und/oder Verhaltensmuster einen Zustandsübergang eines Werkstücks bewirken. Fähigkeiten sind dabei aus Verhaltensmustern zusammengesetzt. Verhaltensmuster beinhalten eine untergeordnete und feingra- nulare Beschreibung von einzelnen Funktionen, die eine Produktionseinheit ausführen kann. Soll ein Roboter mit Greifarm z.B. die Fähigkeit "Positionieren eines Werkstücks" realisie- ren, so kann dieser beispielhaft folgende Verhaltensmuster kombinieren: Greifen des Werkstücks, Anheben des Werkstücks, Drehen des Werkstücks, Ablegen des Werkstücks, und schließ ^¬ lich Greifer wieder öffnen. Dies zeigt wie komplex bereits einfachste Fähigkeiten sind. Verhaltensmuster können sowohl die tatsächlichen Ausführungsparameter für die jeweilige Produktionseinheit, als auch eine hinreichend genaue Modellie ^¬ rung eines simulierbaren Modells eben dieser parametrisierten Produktionseinheit aufweisen. Diese Zweiteilung wird im Fach- jargon auch als digitaler Zwilling beschrieben.

Verhaltensmuster können dabei in ihr digitales Modell und die tatsächliche Ausführung des Verhaltensmusters auf einem phy ^¬ sikalischen Endgerät aufgeteilt werden. Analog können Fähig- keiten durch die zusammengesetzten digitalen Modelle der Verhaltensmuster sowie einer tatsächlichen Ausführung der Fähigkeit auf der Produktionseinheit beschrieben werden.

Produktionseinheiten können auch aus mehreren Untereinheiten mit weiteren Verhaltensmustern bestehen, wie bspw. ein Industrieroboter zum Handhaben des Werkstücks, sowie ein weiterer Industrieroboter, der das Schweißen an bestimmten Stellen des Werkstücks übernimmt. Produktionseinheiten können aber ebenso Programmiergeräte sein, die keine physikalische Bear- beitung des Werkstücks vornehmen, sondern z. B. eine Firmware-Programmierung des Werkstücks durchführen.

Werkstücke sind Vorläufer des Produkts im Endzustand, jeweils bezüglich des aktuellen Produktionsprozesses, und können da- bei jegliche Vorstufe eines Produkts inkl. der zu verwenden ^¬ den Werkstoffe sein. Das Werkstück im Endzustand wird zum Produkt. Als Werkstücke kommen beispielsweise Materialien und Rohstoffe in jeglichem Aggregatszustand, einzelne Bauteile, Softwarekomponenten oder ganze Baugruppen in Frage.

Das Werkstück durchläuft im Produktionsprozess Zustände. Die ^¬ se Zustände können durch jegliche tatsächlichen Produktions ^¬ prozesse erwirkt und charakterisiert werden. Dabei kann es sich z.B. ebenso um eine einfache Bohrung in den Körper des Werkstücks wie eine Oberflächenbeschichtung oder sogar um die Parametrierung eines Bauteils auf einem elektrischen Teil des Werkstücks handeln. Zustände können dabei durch ihre notwen- digen vorgehenden Zustände beschrieben oder beschränkt werden. So ist es z.B. notwendig eine Bohrung vorzusehen bevor ein Bolzen durch die Bohrung geführt werden kann.

Zustände werden durch Zustandsübergänge ineinander überge- führt. Beispiele für Zustandsübergänge sind Materialentfer ^¬ nung, Beschichtung des Werkstücks und ebenso Qualitätsprüfungen, die das Werkstück an sich nicht verändern sondern nur eine Information über das Werkstück und dessen weiteren Verbleib liefern.

Das Generieren von neuen Fähigkeiten einer oder mehrerer Produktionseinheiten ist bisher ein aufwändiger manueller Pro- zess an dem mehrere Entwickler beteiligt sind. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht eine effiziente und gut

automatisierbare Generierung von Fähigkeiten zu erreichen. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung ein Simulationssystem, eine Produktionseinheit sowie ein Automatisierungsgerät anzu- geben, die im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Einsatz kommen .

Zur Lösung der Aufgabe werden folgende Schritte vorgeschla ^¬ gen :

- Erstellen zumindest eines Simulationsdatensatzes, wobei im Simulationsdatensatz den Anforderungen für zumindest einen Zustandsübergang Verhaltensmuster zugewiesen werden,

- Simulieren zumindest eines der Simulationsdatensätze, - Selektieren der Simulationsdatensätze deren Simulationsergebnisse definierbare Optimierungskriterien erfüllen,

- Speichern der selektierten Simulationsdatensätze als zumindest eine Fähigkeit in zumindest einer zweiten Datenbank. Anforderungen, im engl, auch „requirements" , beschreiben dabei einen oder mehrere Zustandsübergänge, die das Werkstück durchlaufen soll, z.B. als eine Abfolge von Zuständen, die das Werkstück im Produktionsprozess durchlaufen soll. Es ist ebenso denkbar, dass andere Daten zur Verfügung gestellt werden, die noch in Anforderungen umgewandelt werden müssen. Beispielsweise Daten, die lediglich das Produkt im Endzustand darstellen und erst durch einen oder mehrere weitere Schritte in Anforderungen inklusive einer Abfolge von Zuständen umge- wandelt werden müssen. Diese Abfolge von Zuständen sollte da ^¬ bei idealerweise unabhängig von den Produktionseinheiten definiert sein. Unter Umständen kann es sinnvoll sein einzelne Zustände direkt unter Anwendung der Fähigkeiten einer bestimmten Produktionseinheit zu beschreiben, z.B. da schlicht- weg noch keine besser geeignete Produktionseinheit bzw. Fä ^¬ higkeit zur Erreichung dieses Zustands existiert.

Anforderungen können den Fähigkeiten bzw. den Verhaltensmustern über einen Vergleich von deren Ein- und/oder Ausgangszu- ständen zugeordnet werden.

Es kann ebenso Teil einer Anforderung sein, dass Zustands ^¬ übergänge, die bisher durch mehrere Fähigkeiten abgebildet werden mussten, nun durch eine einzelne neue Fähigkeit abge- bildet werden sollen. Dies kann der Fall sein, wenn evaluiert werden soll ob eine neue Produktionseinheit mit erweitertem Funktionsumfang rentabel ist.

Besonders vorteilhaft ist dabei, dass mehrere Zustandsüber- gänge mittels einer einzigen neuartigen Fähigkeit realisiert werden können, die bisher nur durch aufwändige Kombination verschiedener bestehender Fähigkeiten erreicht werden konnten. Die Fähigkeiten werden mittels einer Simulation bzw. deren Simulationsergebnissen selektiert.

Die generischen Beschreibungen der Verhaltensmuster enthalten oder verweisen auf Simulationsdaten der Verhaltensmuster. Dabei kann es sich um physikalische elektrische thermische me- chanische sowie jegliche weitere notwendige Simulationsdaten für die jeweilige Anwendung handeln.

Das vorliegende Verfahren ist am effizientesten durchführbar, wenn bereits gewisse Datenstrukturen existieren, die für das Modellieren verschiedener Aspekte einer Produktionseinheit, Werkstücken und Werkzeugen relevant sind. Im heutigen Sprachgebrauch und im Umfeld von Industrie 4.0 ist oftmals von ei ^¬ nem sogenannten digitalen Zwilling, im englischen auch „digi- tal twin", die Rede.

Optimierungskriterien sind dabei jegliche Kriterien, die an dazu geeignet sind, die Eignung eines simulierten Ergebnisses für den tatsächlichen Einsatz in einer Produktionseinheit zu bewerten.

Das Speichern der Simulationsdatensätze als Fähigkeiten kann dabei derart ausgeführt sein, dass lediglich für die Fähig ^¬ keit relevante Parameter der Simulation abgespeichert werden. Es können aber ebenso vollständige Simulationsdatensätze, inkl. der Parameter der Fähigkeiten zu Archivierungszwecken gespeichert werden.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt: Ermitteln der Parameter des Simulationsdatensatzes, die durch die Simulation optimierbar sind. Dazu kann im Vorfeld z. B. eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt werden.

In einer weiteren Ausführungsform werden beim Erstellen des Simulationsdatensatzes Werkzeuge berücksichtigt. Auf diese

Weise steigt die Flexibilität des Verfahrens weiter. Weiter ^¬ hin können beim Erstellen des Simulationsdatensatzes Verhal ^¬ tensmuster auf Basis von Werkzeugen selektiert werden. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste Datenbank ge- nerische Beschreibungen von Werkzeugen, deren Anwendung Verhaltensmuster ausbilden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schritt des Simulierens unter Anwendung von Randbedingungen durchgeführt wird. Randbedingungen können dabei u. a. sogenannte

Constraints oder Boundarys sein, wie sie bei Simulationen üb- licherweise zum Einsatz kommen. Auch maximale anwendbare

Kräfte, Zeiten, Positionen oder Toleranzen, Geschwindigkeiten können als Randbedingungen mit einfließen. Dies erhöht die Qualität der Simulation durch Annäherung an die tatsächliche Ausführung einer Fähigkeit auf einem realen System weiter.

Werden Randbedingungen bereits beim Schritt des Erstellens des Simulationsdatensatzes angewandt, so können bereits von vorne herein unnötige Simulationen ausgeschlossen werden, die gewisse Randbedingungen von vorneherein verletzen (z. B. sehr lange Dauer des Prozesses bei zeitkritischen Werkstücken) .

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Anforderungen Randbe ^¬ dingungen umfassen. Auf diese Weise ist das Erstellen des Simulationsdatensatzes einfacher und effizienter möglich.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Fähigkeiten der Produktionseinheiten modular aufgebaut. Dies ermöglicht es bereits optimierte und simulierte Grundmodule weiter zu ver ^¬ wenden und diese an neue Fähigkeiten anzupassen, die z.B. neue Randbedingungen, wie erhöhte Qualitätsanforderungen, erfüllen sollen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird zumindest einer der Schritte vollautomatisiert vom Simulationssystem durchgeführt. Der strukturierte Aufbau des Verfahrens ermög ^¬ licht eine effiziente und automatisierte Durchführung des Verfahrens. Dies gilt auch wenn zwei, drei oder alle Schritte vollautomatisiert durchgeführt werden. Die Aufgabe wird weiter durch ein Simulationssystem gelöst, das zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zur Kommunika ^¬ tion mit zumindest einer der Datenbanken und eine Simulati- onseinheit aufweist, die zumindest zur Ausführung der folgen ^¬ den Schritte konfiguriert ist:

- Erstellen zumindest eines Simulationsdatensatzes, wobei im Simulationsdatensatz den Anforderungen für zumindest einen Zustandsübergang Verhaltensmuster zugewiesen werden,

- Simulieren zumindest eines der Simulationsdatensätze,

- Selektieren der Simulationsdatensätze deren Simulationsergebnisse definierbare Optimierungskriterien erfüllen,

- Speichern der selektierten Simulationsdatensätze als zumin- dest eine Fähigkeit in zumindest einer dritten Datenbank.

Die Aufgabe wird weiter durch eine Produktionseinheit gelöst, die zur Kombination von Verhaltensmustern zu Fähigkeiten und zur Anwendung von Fähigkeiten an Werkstücken ausbildet ist, aufweisend:

• ein Kommunikationsmodul, das zum Kommunizieren mit zumin ^¬ dest einer Datenbank ausgebildet ist,

• einen Prozessor, der zumindest zur Ausführung von Fähigkeiten, die durch ein erfindungsgemäßes Verfahren erstellt wurden, konfiguriert ist sowie

• einen Speicher, der zumindest zur temporären Speicherung von Fähigkeiten ausgebildet ist.

Die Aufgabe wird weiter durch ein Automatisierungsgerät zur Verwendung mit einer erfindungsgemäßen Produktionseinheit, aufweisend zumindest einen Prozessor, der zumindest zur Aus ^¬ führung und/oder Steuerung von Fähigkeiten, die durch ein er findungsgemäßes Verfahren erstellt wurden, konfiguriert ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

FIG 1 den allgemeinen Zusammenhang zwischen Werkstücken, Zu- ständen und Zustandsübergängen

FIG 2 eine mögliche Konfiguration eines Simulationssystems in Verbindung mit einer Produktionseinheit,

FIG 3 eine weitere Ausgestaltung eines Simulationssystems, FIG 4 eine weitere Ausgestaltung und räumliche Verteilung eines Simulationssystems,

FIG 5 zeigt das Zusammenspiel des Simulationssystems mit Da ^¬ tenbanken,

FIG 6 einen ersten Schritt des Verfahrens in der Konfigura ^¬ tion aus FIG 5,

FIG 7 einen zweiten Schritt des Verfahrens in der Konfigura ^¬ tion aus FIG 5 und 6,

FIG 8 einen dritten Schritt des Verfahrens in der Konfigura- tion aus FIG 5 bis 7 und

FIG 9 einen vierten Schritt des Verfahrens in der Konfigura ^¬ tion aus FIG 5 bis 8.

FIG 1 zeigt ein Werkstück W, das einen Produktionsprozess durchläuft in seinen verschiedenen Zuständen StO, Stl, St2 und St3. In diesem Fall ist der Produktionsprozess zu Bei ^¬ spielzwecken stark vereinfacht und darauf beschränkt, dass in den Rohling des Werkstücks W eine Bohrung B eingebracht wer ^¬ den soll, das Werkstück W eine Oberflächenbehandlung C erhal- ten soll (zum Beispiel eine Lackierung oder eine Passivie- rungsschicht ) und zum Schluss auch als Teil des Produktions ^¬ prozesses eine Qualitätssicherungsmaßnahme durchgeführt wer ^¬ den soll. Das Werkstück W soll im Laufe des Produktionsprozesses, aus ^¬ gehend vom Ursprungszustand StO, folgende Zustände Stl, St2, St3 durchlaufen:

• Zustand StO: Das Werkstück W liegt im Rohzustand vor und muss bearbeitet werden.

• Zustand Stl: Das Werkstück W weist nun eine Bohrung H auf, die in das Werkstück W eingebracht werden soll.

• Zustand St2 : Das Werkstück W weist nun neben der Bohrung H auch eine Oberflächenbeschichtung C auf. Die Oberflächenbe- Schichtung C kann dabei eine Lackierung oder weitere Ober- flächenbeschichtung sein.

• Zustand St3: Das Werkstück W hat seine physikalischen Eigenschaften nicht mehr verändert, sondern wurde einer Qua- litätskontrolle Q, hier dargestellt durch eine Kamera, un ^¬ terzogen. Die physikalischen Eigenschaften des Werkstücks W haben sich also nicht verändert, sondern es ist nun sichergestellt, dass das Werkstück W gewissen Qualitätsanforde- rungen entspricht, was sich in einer Zustandsänderung niederschlägt. Auch solche Zustandsübergänge können durch das vorliegende Verfahren berücksichtigt werden.

Zur Modellierung der Werkstücke W können Beschreibungen der physikalischen Parameter wie beispielsweise Form, Gewicht, Zusammensetzung, maximal mögliche Beschleunigung, maximal möglicher Druck, minimale und maximale Temperatur und weitere Parameter herangezogen werden. Wenn eine Fähigkeit einen Zu- standsübergang auf einem oder mehreren Werkstücken bewirkt, so ist eine Beschreibung der Prozessparameter auch Teil der digitalen Beschreibung bzw. der Modellierung des Werkstücks.

Beispielhaft wäre hier das Erstellen der zylindrischen Bohrung H im Werkstück W zu nennen. Weiterhin sind Randbedingun- gen wie bspw. die maximale Temperatur des Werkstücks während des Bohrungsvorgangs zu berücksichtigen.

Unterhalb des Werkstücks W und seinen verschiedenen Zuständen Stl, St2, St3 sind Zustandsübergänge StTOl, StT12, StT23 zu sehen. Der Zustandsübergang StTOl beschreibt dabei eine Mate ^¬ rialentfernung, in diesem Fall das Erstellen einer Bohrung. Dieser Zustandsübergang StTOl kann dabei dadurch charakterisiert sein, dass bereits spezifische Werkzeuge die einen der ^¬ artigen Zustandsübergang herbeiführen können angegeben sind, wie bspw. ein Bohrer oder ein Laser-Schneidevorrichtung.

Es ist weiterhin denkbar, dass lediglich die Dimensionen der Materialentfernung angegeben sind, wobei die geometrischen Dimensionen angegeben werden müssen, ebenso wie Randbedingun- gen wie eine maximale Prozesstemperatur, die Härte des Mate ^¬ rials aus dem das Werkstück W gefertigt ist sowie weitere Prozessparameter . Der Zustandsübergang StTOl kann weiterhin über die Ein- und Ausgangszustände, d.h. das Werkstück W im Zustand StO ohne Bohrung und das Werkstück W im Zustand Stl mit Bohrung H und ggf. einem Delta zwischen den Ein- und Ausganszuständen be- schrieben sein.

Weiterhin ist angedeutet, dass die Zustandsübergänge StTOl, StT12, StT23 auf verschiedene Arten beschrieben werden können. Der Zustandsübergang StTOl ist dabei durch die Fähigkei- ten SK011, SK012, SK013 beschrieben. Der Zustandsübergang

StT12 ist durch Verhaltensmuster B121, B122, B123 beschrieben. Der Zustandsübergang StT23 wird durch Randbedingungen CON231, CON232, CON233 beschrieben. Es ist weiterhin möglich die Zustandsübergänge durch Kombinationen von Fähigkeiten, Verhaltensmuster und/oder Randbedingungen sowie weitere hier nicht genannte Modellierungsformen zu beschreiben. Die sortenreine Beschreibung im vorliegenden Fall ist lediglich beispielhaft. Soll nun eine Alternative für eine der Fähigkeiten SK011, SK012, SK013 durch das vorliegende Verfahren erzeugt werden, so könnte es nötig sein die Fähigkeiten vorab hinsichtlich ihrer ein und Ausgangszustände zu analysieren. Ist aber ebenso denkbar, dass die Zustandsübergänge neben den notwendigen Fähigkeiten auch weitere Randbedingungen aufweisen, die ein Erstellen eines Simulationsmodells vereinfachen. Je breiter die Datenbasis ist, die dem Simulationssystem zur Verfügung steht, desto einfacher können neue Fähigkeiten SKI,

SKn erstellt werden. Eine sinnvolle Variante ist, dass nicht wie hier aus Übersichtlichkeitsgründen dargestellt nur jeweils Fähigkeiten SKI, SKn, Verhaltensmuster Bl, Bn oder Randbedingungen CON1, CONn zur Verfügung gestellt werden, sondern je nach auszuführendem Zustandsübergang eine Mischung aus bestehenden Fähigkeiten SKI, SKn, im Produktionssystem zur Verfügung stehender Verhaltensmustern Bl, Bn und/oder Randbedingungen CON1, CONn hinterlegt sind. Dies ist jeweils abhängig vom auszuführenden Produktions ^¬ schritt . Im Zustandsübergang StT12 ist die Oberflächenbeschichtung C näher bestimmt und beschrieben. Handelt es sich dabei bei ^¬ spielsweise um einen Lack, der einem Aushärteprozess unterzo ^¬ gen werden muss, so sind hier entsprechende Randbedingungen, wie die Aushärtetemperatur, die Lackbeschaffenheit und -färbe und evtl. eine vorherige Oberflächenbehandlung zu hinterle ^¬ gen .

Der Zustandsübergang StT23 beinhaltet die Qualitätsmaßnahmen Q, die an dem Werkstück W durchgeführt werden sollen. Dabei kann es sich beispielsweise um einen optischen Qualitätsab- gleich sowohl der Oberflächenbeschichtung C als auch der geometrischen Eigenschaften der Bohrung H sowie deren Position handeln. Besonders Vorteilhaft ist, dass derartige Qualitäts- maßnahmen Q nicht nur in einem separaten Schritt durchgeführt werden können, sondern durch einen Abgleich jedes Zustands Stl, St2, St3 mit dem hinterlegten Simulationsmodell bzw. dem digitalen Zwilling. Auf diese Weise kann die Qualität jedes einzelnen Zustandsübergangs StTOl, StT12, StT23 bewertet wer- den und bereits frühzeitig

FIG 2 zeigt eine mögliche Konfiguration eines Simulationssys ^¬ tems SIMSYS, das einen Prozessor CPU sowie einen Speicher HDD aufweist. Die Auswahl der Prozessoren CPU ist abhängig von der Ausprägung des Simulationssystems SIMSYS und unterliegt Abwägungen hinsichtlich Leistungsanforderungen und Wirtschaftlichkeit, wobei handelsübliche PC-Prozessoren bis hin zu spezialisierten Prozessoren (z.B. Graphics Processing Units / Physics Processing Units) auch in Kombination mit entsprechenden Recheneinheiten zum Einsatz kommen können. Der Speicher HDD kann als ein nichtflüchtiger Speicher im Sinne einer Festplatte, einem Cloud-Speicher oder weiteren lokalen oder dezentralen Speichermöglichkeiten ausgebildet sein. Eine Kommunikationsschnittstelle COM ermöglicht dem Simulations- System SIMSYS die Kommunikation mit einer ersten Datenbank

DB1, die Verhaltensmuster Bl, Bn aufweist. Diese Kommunikation wird über ein Kommunikationsnetz NET durchgeführt. Des Weiteren ist eine Produktionseinheit Ul zu sehen, die die Möglichkeit besitzt, mit einem ersten Werkzeug Tl oder einem zweiten Werkzeug T2 ausgerüstet zu werden. Die Produktions ^¬ einheit Ul ist dabei als ein Roboterarm ausgebildet, das Werkzeug Tl ist als ein Greifer, das Werkzeug T2 als eine Schweißspitze ausgebildet.

In der Basis der Produktionseinheit Ul ist angedeutet, dass diese verschiedene Verhaltensmuster Bl, B2, Bll, B12, B13, B22, B21 aufweist. Dabei sind Verhaltensmuster Bl, B2 als Ba- sis-Verhaltensmuster anzusehen, die beispielsweise eine Bewegung des Roboters ohne dessen Werkzeuge Tl, T2 ermöglichen. Die Verhaltensmuster Bll, B12, B13 sind dem ersten Werkzeug Tl zugeordnet, die Verhaltensmuster B21, B22 sind dem zweiten Werkzeug Tl zugeordnet. Diese modulare Aufbauweise verbessert eine flexible Einsetzbarkeit der Produktionseinheiten Ul,

Un und verbessert weiterhin die Abbildung der Produktionseinheiten Ul, Un, deren Verhaltensmuster Bl, Bn und der daraus aufgebauten Fähigkeiten SKI, SKn im vorliegenden simulativen Verfahren um neue Fähigkeiten simulativ zu gene- rieren.

In der Anzeige des Simulationssystems SIMSYS ist ein Simula ^¬ tionsmodell Ul ^λ der ersten Produktionseinheit Ul zu sehen. Die hier gezeigte graphische Darstellung soll nicht zwangs- läufig bedeuten, dass es sich zwangsläufig um eine SD-CAD- Darstellung auf einem HMI handelt, sondern soll vielmehr darstellen, dass mittels des Simulationssystem SIMSYS ein Simulationsmodell Ul ^λ in der für die Anwendung notwendigen und besten Form darstellbar und simulierbar ist. Eine graphische Darstellung ist dabei nicht zwangsläufig notwendig, kann aber zur Überwachung der Simulation sehr hilfreich sein. Derartige Darstellungen können auch über weite Strecken gestreamt werden und sind nicht an die Örtlichkeit des Simulationssystem SIMSYS gebunden.

FIG 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Simulationssys ^¬ tems SIMSYS, das über ein erstes Kommunikationsnetz NET1 mit einer ersten und einer zweiten Datenbank DB1, DB2 kommunizie- ren kann. Über ein zweites Kommunikationsnetz NET2 kann das Simulationssystem SIMSYS mit einer dritten Datenbank DB3 sowie einer ersten und einer zweiten Produktionseinheit Ul, U2 kommunizieren. Das zweite Kommunikationsnetz NET2 kann dabei ein industrielles Netzwerk, basierend bspw. auf PROFIBUS, PROFINET oder OPC UA sein.

Die dritte Datenbank DB3 weist Fähigkeiten SKI, SKn auf, die durch das erfindungsgemäße Verfahren vom Simulationssys- tem SIMSYS erstellt und dort abgelegt werden können. Es ist ebenso möglich, dass die dritte Datenbank DB3 bereits vorge ^¬ fertigte Fähigkeiten SKI, SKn zur weiteren Verwendung in der Produktionseinheit Ul und/oder im Simulationssystem

SIMSYS beinhaltet. Hier ist denkbar, dass bestehende Fähig- keiten SKI, SKn analysiert und als Grundlage für neue Fä ^¬ higkeiten SKI, SKn verwendet werden. Dies kann durch deren Struktur oder Austausch einzelner Verhaltensmuster (neues Werkzeug, mit verbesserten Eigenschaften, neuer Antrieb mit erhöhten Verfahrgeschwindigkeiten, etc.) geschehen.

In der in FIG 3 gezeigten Ausführungsform ist es denkbar, dass das Simulationssystem SIMSYS nicht nur Fähigkeiten SKI, SKn generiert, sondern die Fähigkeiten SKI, SKn direkt nach der Generierung auf einer der Produktionseinheiten Ul, U2 spielt. Das Konfigurieren der Produktionseinheiten Ul, U2 kann ebenso weiteren, nicht gezeigten Konfigurationseinheiten überlassen werden. Dabei ist es denkbar, dass die Simulati ^¬ onseinheit SIMSYS vollständig von den Produktionseinheiten Ul, U2 getrennt ist.

FIG 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung und räumliche Vertei ^¬ lung eines Simulationssystems SIMSYS, wie es bereits aus den vorhergehenden Figuren bekannt ist. Hier ist angedeutet, dass eine dezentrale Infrastruktur 100, die beispielsweise als Cloud-Lösung ausgebildet sein kann, vorgesehen ist. In der dezentralen Infrastruktur 100 ist das Simulationssystem

SIMSYS sowie die drei Datenbanken DB1, DB2, DB3 angeordnet. Die dezentrale Infrastruktur 100 ist über ein Weitbereichs- netz WAN, im Englischen „Wide Area Network", mit einer industriellen Anlage PLANT verbunden. Hierbei kann es sich um das Internet unter Anwendung industrieüblicher Tunnel (VPN) und/oder Verschlüsselungsmechanismen handeln. In der indust- riellen Anlage PLANT sind drei Produktionseinheiten Ul, U2, U3 angeordnet. Diese können über das Wahlverkehrsnetz WAN mit in den Datenbanken DB1, DB2, DB3 gespeicherten Verhaltensmustern Bl und/oder Fähigkeiten SKI versorgt werden. An dieser Stelle ist ausdrücklich darauf hinzuweisen, dass es sich bei den drei Datenbanken DB1, DB2, DB3 auch um rein logische Instanzen handeln kann, und die tatsächliche physikalische Im ^¬ plementierung immer vom Einsatzgebiet und z. B. dessen

Sicherheitsanforderungen abhängig ist und durch das Erfindungsgemäße Verfahren sehr flexibel gestaltbar ist.

FIG 5 zeigt das Zusammenspiel des Simulationssystems SIMSYS mit den Datenbanken DB1, DB2, DB3 sowie die Analyse von Anforderungen REQ im Detail. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass zur Durchführung des Verfahrens keinerlei graphische Darstel- lung notwendig ist und diese hier nur zu Zwecken der Übersichtlichkeit eingefügt wurde. Selbstverständlich können ei ^¬ nige Schritte auch graphisch dargestellt werden, um bei ^¬ spielsweise eine Kontrolle einzelner Schritte durch einen menschlichen Supervisor zu ermöglichen.

Die Datenbanken DB1, DB2, DB3 sind über ein Kommunikationsnetz NET mittels deren Kommunikationsschnittstellen COM verbunden. Das Simulationssystem SIMSYS hat somit Zugriff auf Verhaltensmuster Bl, Bn, die in der ersten Datenbank DB1 gespeichert sind, Anforderungen REQ1, REQn, die in der zweiten Datenbank DB2 gespeichert sind sowie auf eine dritte Datenbank DB3, in der Fähigkeiten SKI, SKn abgespeichert werden können. Vorgefertigte Fähigkeiten SKI, SKn können in der dritten Datenbank DB3 zur Simulation im Simulations- System SIMSYS zur Verfügung stehen. Das Simulationssystem

SIMSYS hat eine aktuelle Anforderung REQ geladen, die es zum Ziel haben ein Werkstück W im Zustand StO in einem Werkstück W im Zustand Stl zu überführen. Dabei ist zu sehen, dass die bereits aus FIG 1 bekannte Bohrung H in das Werkstück W ein ^¬ gebracht werden soll. Dies geschieht mittels eines Zustands- überganges StTOl. Notwendige Informationen/Daten bzgl. des Zustandsüberganges StTOl sind dabei in den Anforderungen REQ enthalten, wobei darüber hinaus Randbedingungen, z.B. hinsichtlich zulässiger Prozesstemperaturen, Bearbeitungszeiten, Oberflächengüten, Toleranzen, ... ebenfalls in den Anforderungen REQ enthalten sein können. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es nun mittels des Simulationssystems SIMSYS für den Zustandsübergang StTOl neue Fähigkeiten SKI, SKn zu erzeugen. Es hat sich dabei als Vorteilhaft erwiesen, die Si ^¬ mulationsmodelle mit Parameter-Schnittstellen auszustatten, wie sie die Produktionseinheiten Ul, Un aufweisen, um die Simulationsdaten direkt als Parametersätze für die Produkti- onseinheiten verwenden zu können.

Soll nun eine neue Fähigkeit SKI, SKn für die Anforderung REQ erstellt werden, so sind folgende Daten zu berücksichti ^¬ gen und ggf. im Verfahren zu verwenden:

• Modelle / Daten der verwendbaren Produktionseinheiten Ul,

Un und ggf. deren Werkzeuge Tl, Tn sowie

• Daten der Produktionseinheiten die diese einsetzen können,

• Parametersätze bzw. Parameteroptionen bei Produktionsein- heiten die keine Werkzeuge verwenden,

• Parameter des Werkstücks W,

• Randbedingungen der eingesetzten Teilnehmer am Verfahren.

Diese Daten werden idealerweise in einer standardisierten Da- tenstruktur zur Verfügung gestellt, um schließlich mittels einer oder mehrerer Simulationen für die bestehende Aufgabe ein nachvollziehbaren Kriterien optimiertes Produktionsverfahren zur Verfügung zu stellen. Ein Beispiel für eine Produktionseinheit Ul, Un, die ohne Werkzeugänderung völlig unterschiedliche Fähigkeiten SKI, SKn ausbilden kann, wäre ein Heizstrahler. Dieser kann je nach Temperatur ein leichtes Vortemperieren eines Bauteils für einen weiteren Prozessschritt durchführen oder bei deutlich höheren Temperaturen Lack- oder weitere Härteprozesse durchführen . FIG 6 zeigt die Konfiguration aus FIG 5, wobei der Schritt Sl, nämlich das Erstellen zumindest eines Simulationsdatensatzes SD1, SD2, im Detail gezeigt wird. Dazu wird zunächst dem Zustandsübergang StTOl, der hier beispielhaft drei Ver ^¬ haltensmuster Bl, B2, B3 aufweist, entsprechende Verhaltens- muster Bl, B2, B3 der Produktionseinheiten Ul, U2, U3 als mögliche Verhaltensmuster zugeordnet. Die möglichen Zuordnungen der Verhaltensmuster Bl, B2, B3 sind hier in einem Teil der ersten Datenbank DBl ^λ dargestellt. Dies soll andeuten, dass nicht die ganze Datenbank DBl zum Erstellen eines Simu- lationsdatensatzes SD1, SD2 benötigt wird, sondern natürlich eine Vorauswahl getroffen werden kann, um so den Traffic zwischen der Datenbank DBl und dem Simulationssystem SIMSYS möglichst gering zu halten. Es ist denkbar, dass Suchanforderungen nach bestimmten Verhaltensmustern Bl, Bn vom Simulati- onssystem an die Datenbank DBl gestellt werden, und die Suche nach geeigneten Verhaltensmustern Bl, Bn in einem hochoptimierten Datenbanksystem DBl durchgeführt werden. Im Folgenden soll nun davon ausgegangen werden, dass der Zustandsübergang StTOl wie in FIG 5 beschrieben das Platzieren einer Boh- rung H im Werkstück W darstellen soll. Sehr stark vereinfacht könnten also:

• das Verhaltensmuster Bl das Positionieren des Werkstücks W sein,

· das Verhaltensmuster B2 das Einbringen einer Bohrung in das Werkstück W und

• das Verhaltensmuster B3 das Entfernen der durch die Bohrung entstandenen Abfallprodukte und ggf. Grate. Es ist jeweils angedeutet, dass das Verhaltensmuster Bl von den Produktionseinheiten Ul, U3 angeboten wird und die Verhaltensmuster B2, B3 jeweils von den Produktionseinheiten U2 und U3 angeboten werden. Beispielhaft sind nun für den Zu- Standsübergang StTOl zwei Simulationsdatensätze SD1, SD2 er ^¬ stellt worden. Der Simulationsdatensatz SD1 kombiniert die Verhaltensmuster Bl, B2, B3 ausschließlich der Produktionseinheit U3. Hierbei könnte es sich beispielsweise um eine spezialisierte Bohrvorrichtung handeln, die das Positionieren des Werkstücks, das Einbringen der Bohrung sowie das Entfernen der Abfallprodukte selbst anbietet.

Der Simulationsdatensatz SD2 kombiniert die Verhaltensmuster Bl, B2, B3 der Produktionseinheiten Ul und U2, wobei Ul lediglich das Verhaltensmuster Bl bereitstellt und U2 die Verhaltensmuster B2 und B3 bereitstellt. Hier könnte es sich um einen Positionier-Vorrichtung Ul handeln, die in Kombination mit einem Laserschneidgerät U2, das die Materialentfernung des Verhaltensmusters B2 durch Laser durchführt. Hier könnte je nach Größe der Bohrung eine vollständige Sublimation des zu entfernenden Materials stattfinden, weswegen das Verhaltensmuster B3 implizit durch die Laservorrichtung U2 erfüllt ist, da die Abfallprodukte gasförmig abtransportiert werden.

FIG 7 zeigt nun das Simulieren eines der Simulationsdatensät ^¬ ze SD1 unter Anwendung einer Simulationszeit TSIM, ersten Randbedingungen CON1 sowie zweiten Randbedingungen CON2. Im Laufe der Simulation wird das Werkstück W im Zustand StO simulativ in das Werkstück W im Zustand Stl überführt. Die Simulationsergebnisse SIMRES1 sind dabei hier sinnbildlich als zwei Graphen dargestellt, die beispielsweise relevante Variablen, auch „Key Performance Indicators" - KPI genannt, darstellen können. Auch hier gilt, dass eine graphische Aus- wertung der Simulationsergebnisse nicht notwendig ist, aber durchgeführt werden kann. Ist die Simulationszeit TSIM in diskreten Schritten zur Verfügung gestellt, so lassen sich für diese diskreten Schritte für alle simulierten Eigenschaf ^¬ ten bzw. für alle Simulationsteilnehmer entsprechende Inkre- mente berechnen. Die Simulationszeit TSIM kann ebenso als er ^¬ eignisdiskrete Abbildung ereignisdiskreter Inkremente gewählt werden. Der Zustand der Produktionseinheit, ggf. des Werk ^¬ zeugs, der Zustand des Werkstücks W sowie der Zustand der Um- gebung werden in diesen Inkrementen (zeit- oder wertediskret) solange simuliert, bis das gewünschte Ergebnis, also der Zu- standsübergang StTOl vollendet ist bzw. das Werkstück im Zu ^¬ stand Stl vorliegt oder andere Abbruchkriterien für die Simu- lation vorliegen. Andere Abbruchkriterien können beispielsweise bei einer Überschreitung einer gewissen Zeitdauer gegeben sein, was in einer der Randbedingungen CON1 oder CON2 hinterlegbar ist. Die Randbedingungen CON1, CON2 können dabei ebenso maximale Temperaturen des Werkstücks, der Umgebung oder des Werkzeugs sein, sowie als Gütekriterien und weitere Randbedingungen vorliegen, die der Fachmann im simulativen Umfeld anwenden würde.

Idealerweise werden vor der Durchführung der Simulation folgende Schritte durchgeführt:

a) Erfassen von Anforderungen REQ an die neue Fähigkeit SKI, ... SKn,

b) Suche nach Verhaltensmustern Bl, Bn und/oder Werkzeugen Tl, Tn, deren physikalische Eigenschaften die Anforde ^¬ rungen REQ abbilden,

c) Identifizieren von Parametern, die durch die Simulation veränderbar sein sollen, bspw. durch Sensitivitätsanalysen im Vorfeld,

d) ggf. Übersetzen von Werkzeugdaten und/oder Verhaltensmus ^¬ tern Bl, Bn in simulationsfähige Daten sowie

e) Generieren eines Simulationsdatensatzes, der die jeweili ^¬ gen Modelle der Werkzeuge Tl, Tn und Modelle des Werk ^¬ stücks W miteinander vereinbart und eine Simulation ermög ^¬ licht .

FIG 8 zeigt Schritt S3 des Verfahrens, bei dem Simulationser ^¬ gebnisse SIMRES1, SIMRES2, SIMRES3 mit definierbaren Optimie ^¬ rungskriterien OPT verglichen werden. Die Ergebnisse 1, 2, 3 des Vergleichs sind ebenfalls dargestellt. Die Simulationser ^¬ gebnisse SIMRES1 erfüllen die definierbaren Optimierungskriterien OPT nicht, was im Ergebnis 1 entsprechend gekennzeich ^¬ net ist, die Ergebnisse SIMRES2 erfüllen die definieren Opti ^¬ mierungskriterien OPT, weswegen das Ergebnis 2 mit einem Ha- ken versehen ist, die Simulationsergebnisse SIMRES3 erfüllen die Optimierungskriterien OPT nicht hinreichen, weswegen in den Ergebnissen 3 angedeutet ist, dass die Simulation mit an- gepassten Parametern erneut durchzuführen ist. Dies kann bei- spielsweise der Fall sein, wenn absehbar ist, dass eine An ^¬ passung der Parameter ein zufriedenstellendes Ergebnis errei ^¬ chen würde. Derartige Iterationen einzelner Simulationen können beliebig oft durchgeführt werden, wenn bspw. grundlegende Optimierungskriterien OPT erfüllt sind und die bestmögliche Ausführungsform gefunden werden soll. Diese Kostenkriterien, wie Zeit, monetäre Kosten, Materialeinsatz, können dabei ebenfalls in den Randbedingungen enthalten sein, können aber auch Teil der Optimierungskriterien OPT sein. Ein Vergleich verschiedener Simulationsergebnisse SIMRES1, SIMRES2 unterei- nander ermöglicht das Ermitteln der geeignetsten Fähigkeiten SKI, SKn.

FIG 9 zeigt Schritt S4, in dem Simulationsdatensätze SD1, SD3 mit den zugeordneten Parametersätzen PARAM1, PARAM31 jeweils als eine Fähigkeit SKI, SK31 abgespeichert werden. Hierbei ist abhängig vom jeweiligen System, welche Parameter bzw. welche Informationen in der Fähigkeit SKI, SK31 abgelegt wer ^¬ den. Es ist denkbar, dass lediglich die Kombination aus einzelnen Verhaltensmustern Bl, Bn in den Fähigkeiten hinter- legt werden. Besonders Platzsparend wäre eine abspeichern nur der Information welche Verhaltensmuster angewandt werden müssen. Es ist denkbar, dass die jeweiligen Parametersätze die Simulationsergebnisse sowie die Simulationsmodelle mit den Fähigkeiten abgelegt werden, um eine spätere Überprüfung oder Optimierung zu ermöglichen. Abstufungen sind möglich. Dies ist insbesondere in Zeiten von hochverfügbaren Speichersyste ^¬ men mit geringen Kosten vorteilhaft. Alternativ oder ergänzend können neue generierte Fähigkeiten weiteren Produktions ^¬ einheiten, außerhalb des lokalen Bereichs oder sogar außer- halb des Unternehmens, z. B. gegen Lizenzgebühren, zur Verfü ^¬ gung gestellt werden. Weiterhin ist durch den Pfeil in Richtung der Datenbank DB3 angedeutet, dass die Fähigkeiten SKI, SK31 in der Datenbank DB3 gespeichert werden. Dort stehen sie für weitere Verwendung, z.B. Konfigurationen von Produktionseinheiten, zur Verfügung. Das Speichern der besten Parameter PARAMl, PARAMn und das Hinterlegen der Parameter PARAMl, PARAMn in einer neuen Fähigkeit SKI, SKn und/oder das Speichern der ermittelten Sequenz von Verhaltensmustern Bl, Bn in einer neuen Fähigkeit SKI, SKn kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren effizient und vollautomatisiert durchgeführt werden. Die Auswahl kann allerdings auch einem Experten Überlassen und dazu entsprechende Auswertungen bspw. von ausgewählten KPI automatisch zur Verfügung gestellt werden .

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ge ^¬ nerieren von Fähigkeiten SKI, SKn einer oder mehrerer Pro- duktionseinheiten Ul, Un, wobei die Produktionseinheiten Ul, Un durch Kombination von Verhaltensmustern Bl, Bn Fähigkeiten SKI, SKn ausbilden, wobei die Produktionseinheiten Ul, Un durch Anwendung von Fähigkeiten SKI, SKn zumindest einen Zustandsübergang StTl, StTn eines Werk- Stücks W bewirken, wobei eine erste Datenbank DB1 Verhaltens ^¬ muster Bl, Bn der Produktionseinheiten Ul, Un aufweist, wobei eine zweite Datenbank DB2 Anforderungen REQ1, REQn aufweist, die einen oder mehrere Zustandsübergänge StTl, StTn beschreiben, die das Werkstück W durchlaufen soll. Um ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht eine effiziente und gut automatisierbare Generierung von Fähigkeiten zu erreichen werden folgende Schritte vorgeschlagen:

Sl: Erstellen zumindest eines Simulationsdatensatzes SD1, ...

SDn, wobei im Simulationsdatensatz SD1, ... SDn den Anfor- derungen REQ1, REQn für zumindest einen Zustandsüber- gang StTl, StTn Verhaltensmuster Bl, Bn zugewiesen werden, S2 : Simulieren zumindest eines der Simulationsdatensätze SD1,

SDn, S3: Selektieren der Simulationsdatensätze SDl, ... SDn deren Simulationsergebnisse SIMRES1, SIMRESn definierbare Optimierungskriterien OPT erfüllen,

S4 : Speichern der selektierten Simulationsdatensätze SDl, ...

SDn als zumindest eine Fähigkeit SKI, SKn in zumindest einer dritten Datenbank DB3.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Simulationssystem

SIMSYS, eine Produktionseinheit Ul, Un sowie ein Automati ^¬ sierungsgerät, die im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Einsatz kommen.