Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Fertigung von Glasscheiben und betrifft einen automatisierten Fertigungsprozess zum Biegen von Glasscheiben mit einem integrierten digitalen Abbild des Fertigungsprozesses. Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf eine automatisierte Fertigungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen automatisierten Fertigungsprozes ses zum Biegen von Glasscheiben.

Bei der Herstellung von Glasscheiben für Automobile werden flache Gläser zugeschnitten, vor bearbeitet und anschließend einem Glasbiegeprozess bei hohen Temperaturen im Bereich von 500°C bis 750°C unterzogen, um die für Automobile typische gewölbte Geometrie auszubilden. Insbesondere im Bereich der Verglasung von Personenkraftwagen hat die Sicherheit der Insas sen eine zentrale Bedeutung. Da unbehandeltes Glas im Bruchfall ein erhebliches Verletzungsri siko darstellt, wird unter anderem Einscheibensicherheitsglas als Windschutz-, Fleck- oder Sei tenscheibe verbaut. Einscheibensicherheitsglas wird durch einen thermischen Vorspannprozess, der aus Erhitzung und anschließender schneller Abkühlung besteht, aus normalem Glas erzeugt. Die so eingebrachten inneren Spannungen erhöhen die Bruchfestigkeit. Gleichzeitig sorgen sie dafür, dass das Glas bei Bruch in kleine Stücke mit stumpfen Kanten zerfällt. Das Biegen und thermische Vorspannen der Scheiben erfolgt in aller Regel in einem kombinierten Fertigungspro zess, bei dem die Erwärmung der Scheiben auf Biegetemperatur für das thermische Vorspannen genutzt wird.

In der WO 2004/087590 und WO 2006072721 ist jeweils ein Verfahren beschrieben, bei dem die Scheibe zunächst auf einem Biegerahmen durch Schwerkraft vorgebogen wird, gefolgt von einer Pressbiegung mittels einer oberen oder unteren Biegeform. In der EP 255422 und US 5906668 ist jeweils die Biegung einer Scheibe durch Ansaugen gegen eine obere Biegeform beschrieben. EP 1550639 A1 , US 2009/084138 A1 und EP 2233444 A1 kann jeweils eine Vorrichtung entnom men werden, bei der ein Pressrahmen auf einem Schlitten, der auf einem stationären Träger verschiebbar gelagert ist, zwischen Biegestationen transportierbar ist.

Die DE 102005043022 A1 zeigt ein Verfahren zur Steuerung und/oder Überwachung einer Be wegung eines freien Körpers bei einer industriellen Maschine, wobei die Bewegung des freien Körpers simuliert wird. In der industriellen Serienfertigung von Glasscheiben werden automatisierte Fertigungsanlagen eingesetzt, bei denen mittels Aktoren, zum Beispiel Elektromotoren, und Sensoren eine Bewe gungsregelung von bewegbaren Anlageteilen erfolgt. Beispielsweise können durch einen Servo motor, der aus einem Elektromotor und einem Sensor besteht, in Kombination mit einer Motor steuerung, fest definierte Positionen angefahren werden. Die Sensoren (Kodierer), beispiels weise Drehgeber, erfassen die Ist-Zustände der Aktoren und kodieren diese in digitale Signale.

Aktoren weisen meist individuelle Steuerungen auf (z.B. Motorsteuerung). Die Bewegungsrege lungen von Aktoren werden aber typischer Weise von zumindest einer übergeordneten, speicher programmierbaren Steuerungseinrichtung (SPS) kontrolliert. Diese enthält die Steuerungslogik für den Ablauf des gesamten Fertigungsprozesses und führt alle Prozessdaten an einem zentra len Punkt zusammen. Die SPS koordiniert den Fertigungsprozess, indem sie Sollwerte zum rich tigen Zeitpunkt an die untergeordneten Bewegungsregelungen übermittelt und den Prozessab lauf über die Rückmeldung von Sensorwerten im Prozess überwacht. Die SPS ist somit die zent rale Kontrollinstanz des automatisierten Fertigungsprozesses.

Wesentlich hierbei ist, dass ein menschlicher Bediener über eine Mensch-Maschine-Schnittsteile (MMS) Einfluss auf den automatisierten Prozessablauf nehmen kann, indem spezifische Stellgrö ßen (Parameterwerte) zur Steuerung des Fertigungsprozesses eingegeben werden. Der Ferti gungsprozess ist zu diesem Zweck parametrisiert. Durch eine Änderung der Werte von Pro zessparametern wird die Programmierung der SPS nicht verändert.

Dem Bediener kommt hierbei eine wichtige Aufgabe zu, da in aller Regel eine Änderung von Parameterwerten im automatisierten Fertigungsprozess erforderlich ist, wenn sich Prozessbedin gungen geändert haben. Beispielsweise sind Aktoren anders anzusteuern, wenn ein Werkzeug wechsel erfolgt ist oder generell ein anderes, beispielsweise zeitlich optimiertes Verfahren mit reduzierten Taktzeiten, durchgeführt werden soll. Dies erfordert gut geschulte Bediener und ist herausfordernd, zumal moderne Anlagen zur automatisierten Glasbiegung durch zusätzliche Funktionalitäten immer komplexer werden.

Besonders wichtig bei einer Änderung von Prozessparametern ist die Aufrechterhaltung der Ma schinensicherheit, wobei Kollisionen von Anlageteilen unter allen Umständen zu vermeiden sind. Kollisionen können zu Beschädigungen von Anlageteilen führen und möglicher Weise längere Ausfallzeiten der Fertigungsanlage mit sich bringen. Jedoch ist es aufgrund des stetig steigenden Komplexitätsgrads von automatisierten Fertigungsanlagen mitunter schwierig, die Parameter so einzustellen, dass die Maschinensicherheit stets gegeben ist.

Erschwerend kommt hinzu, dass die Biegung von Glasscheiben in einer heißen Umgebung mit einer eingeschränkten räumlichen Zugänglichkeit stattfindet, so dass eine visuelle Überwachung des Fertigungsprozesses schwierig und aus bestimmten Sichtpositionen oder Sichtwinkeln über haupt nicht möglich ist. Für den Bediener ist es mitunter schwierig oder überhaupt nicht zu erken nen, ob sich Anlageteile gefährlich nahe kommen.

Für die Praxis der Serienfertigung wichtig sind ferner Energieeinsparung und kurze Taktzeiten. Dem Bediener obliegt hier die Aufgabe, durch Eingabe optimierter Parameterwerte Wegstrecken von bewegbaren Anlageteilen zu verringern, deren Geschwindigkeiten und Beschleunigungen gegebenenfalls zu erhöhen, sowie für einen zeitlich schnell aufeinander folgenden Zugriff auf eine zu bearbeitende Glasscheibe zu sorgen, um generell eine zeitliche Komprimierung des Ferti gungsprozesses zu erreichen. Dies erhöht jedoch die Gefahr von Kollisionen von bewegbaren Anlageteilen.

In der Praxis hat sich gezeigt, dass Ungenauigkeiten oder Fehler in der Bewegung von beweg baren Anlageteilen auftreten können, wobei sich eine Ist-Position eines Anlageteils von dessen Soll-Position unterscheidet. Im schlimmsten Fall kann hierdurch eine Kollision von Anlageteilen erfolgen.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen verbesserten auto matisierten Fertigungsprozess sowie eine automatisierte Fertigungsanlage zur Biegung von Scheiben zur Verfügung zu stellen, mit denen diese Nachteile vermieden werden können. So sollen insbesondere Fehler bei der Positionierung von Anlageteilen erkannt und Kollisionen von Anlageteilen zuverlässig und sicher vermieden werden. Derartige Fehler sollen automatisch korrigiert werden können. Der Bediener soll außerdem in der Lage sein, den Prozessablauf aus verschiedenen, auch unzugänglichen Blickwinkeln beobachten zu können. Zudem sollen Para meterwerte im Hinblick auf ein wählbare Prozesseigenschaft, vorzugsweise die Taktzeit zum Bearbeiten von Scheiben, optimiert werden können. Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch einen automati sierten Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben sowie eine automatisierte Fertigungsan lage zur Durchführung des Verfahrens gemäß den nebengeordneten Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß ist ein automatisierter Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben gezeigt, bei dem eine Scheibe mittels bewegbarer Anlageteile bearbeitbar ist, wobei die bewegbaren An lageteile auf Basis manuell eingebbarer Parameterwerte durch eine speicherprogrammierbare Steuereinrichtung (SPS) steuerbar sind. Die speicherprogrammierbare Steuereinrichtung kann Steuersignale an Aktoren der bewegbaren Anlageteile ausgeben und Sensorsignale von Senso ren zum Erfassen von Ist-Zuständen der Aktoren empfangen.

Gemäß vorliegender Erfindung werden im automatisierten Fertigungsprozess von einem Bedie ner manuell eingegebene Parameterwerte zur Steuerung der bewegbaren Anlageteile sowohl an die speicherprogrammierbare Steuereinrichtung zur Steuerung der Aktoren als auch an ein digi tales Abbild des automatisierten Fertigungsprozesses übermittelt. Vorteilhaft übermittelt die spei cherprogrammierbare Steuereinrichtung die Parameterwerte an das digitale Abbild. Die speicher programmierbare Steuereinrichtung sendet entsprechende Steuersignale an die Aktoren auf Ba sis der Parameterwerte und regelt den automatisierten Fertigungsprozess, wobei Ist-Sensorda- ten empfangen werden. Zeitgleich wird im digitalen Abbild eine Simulation des automatisierten Fertigungsprozesses auf Basis der manuell eingegebenen Parameterwerte ausgeführt. Der reale Fertigungsprozess und der durch das digitale Abbild simulierte Fertigungsprozess werden zeit gleich ausgeführt. Hierbei ermittelt das digitale Abbild insbesondere simulierte Soll-Sensordaten auf Basis der Parameterwerte. Im Sinne vorliegender Erfindung bezeichnet der Begriff "Soll-Sen sordaten" von dem digitalen Abbild auf Basis der eingegebenen Parameterwerte generierte Soll- Daten, welche Sensordaten der realen Sensoren entsprechen sollen. Es versteht sich, dass dies keine von realen Sensoren empfangene Daten sondern simulierte Daten sind.

Wesentlich hierbei ist, dass das digitale Abbild Ist-Sensordaten der Sensoren des realen Ferti gungsprozesses empfängt und eine Abweichung der empfangenen Ist-Sensordaten des realen Fertigungsprozesses von den (simulierten) Soll-Sensordaten für jeden Sensor ermittelt, wobei für den Fall, dass die Abweichung der Ist-Sensordaten von den Soll-Sensordaten für einen Sensor einen vorgebbaren Wert überschreitet eine Information auf einem Monitor ausgegeben und/oder der Fertigungsprozess angehalten wird. Im Sinne vorliegender Erfindungsbeschreibung wird als "bewegbares Anlageteil" ein Anlageteil verstanden, das durch einen Aktor auf einer erzwungenen Bewegungsbahn gehalten wird, im Unterschied zu einem freien Körper, wie eine Scheibe. Im Unterschied zu einem bewegbaren Anlageteil kann ein freier Körper nicht alleine von einem Aktor auf einer erzwungenen Bewe gungsbahn gehalten werden. Dementsprechend ist eine Scheibe kein bewegbares Anlageteil im Sinne der Erfindung.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein integriertes digitales Abbild (auch als "digitaler Schatten" bezeichnet) des automatisierten Fertigungsprozesses zum Biegen von Scheiben nutzbringend im realen Fertigungsprozess eingesetzt werden kann. Insbesondere kön nen hierdurch die eingangs genannten Probleme beim automatisierten Biegeprozess vermieden werden, was nachfolgend detailliert dargestellt wird. Das digitale Abbild simuliert den realen Fer tigungsprozess in einer programmtechnischen Umsetzung (Software), die in bereits vorhandenen oder für diesen Zweck zusätzlich vorgesehenen Logikbausteinen ausgeführt wird.

Das digitale Abbild des automatisierten Fertigungsprozesses erfordert eine automatische, com putergestützte Verarbeitung der Prozessdaten, insbesondere der Steuerungs- und Sensordaten. Damit diese Daten digitalisiert vorliegen und auch beeinflussbar sind, wird der Einsatz einer spei cherprogrammierbaren Steuerungseinrichtung (SPS) vorausgesetzt. Der automatisierte Ferti gungsprozess wird von einem Bediener durch manuelle Eingabe spezifischer Stellgrößen (Para meterwerte) gesteuert.

Das digitale Abbild umfasst eine dreidimensionale (3D) Simulation der Kinematik der (durch einen jeweiligen Aktor) bewegbaren Anlageteile der Fertigungsanlage, insbesondere der kompletten Fertigungsanlage, sowie optional eine Visualisierung der simulierten Kinematik der bewegbaren Anlageteile auf mindestens einem Monitor. Eine übergeordnete Steuerung der Kinematiksimula tion erfolgt durch eine SPS, die in Hardware oder Software (Emulation) implementiert sein kann. Des Weiteren ist eine Kommunikations- und Dateneinrichtung vorgesehen, welche eine bidirek tionale Kommunikation über eine vorzugsweise standardisierte Maschine-zu-Maschine (M2M-)Kommunikation ermöglicht, so dass Zugriff auf aktuelle Prozessdaten in hinreichender Aktualisierungsrate besteht. Vorzugsweise kann die Kommunikations- und Dateneinrichtung Pro zessdaten auch speichern. Als Schnittstelle zum realen Prozess ist die Kommunikations- und Dateneinrichtung direkt mit der SPS des realen Fertigungsprozesses verbunden. Die Kinema tiksimulation bezieht benötigte Prozessdaten aus der Kommunikations- und Dateneinrichtung und ist zudem mit der SPS des digitalen Abbilds verbunden. Das digitale Abbild bildet das Verhalten und die Eigenschaften des automatisierten Fertigungs prozesses in einem Detaillierungsgrad passend zu seinem Anwendungszweck der Unterstützung des menschlichen Bedieners im Betrieb des Prozesses ab. Ziel ist ein Erkenntnisgewinn über Vergangenheit, Gegenwart und/oder Zukunft des automatisierten Fertigungsprozesses, wobei im Rahmen vorliegender Erfindungsbeschreibung in wesentlicher Weise auf einen aktuell ablaufen den Fertigungsprozess abgestellt wird. Dieser Erkenntnisgewinn wird eingesetzt, um den Bedie ner in seiner Aufgabe als Prozessverantwortlicher und oberste Entscheidungsinstanz zu unter stützen.

Ein wesentlicher Bestandteil des digitalen Abbilds ist die kinematische Simulation des automati sierten Fertigungsprozesses. Zunächst wird dafür ein geometrisches Modell der Fertigungsan lage, in der der abzubildende Fertigungsprozess abläuft, innerhalb des kinematischen Simulati onsmodells aufgebaut. Der Detaillierungsgrad liegt im Ermessen des Modellierers und muss an die Zielsetzung des digitalen Abbilds und an den spezifischen Fertigungsprozess angepasst sein. So kann einerseits sogar eine Detaillierung bis hin zu einzelnen Schrauben sinnvoll sein, wenn diese beispielsweise die Bewegung von anderen Anlageteilen limitieren oder anderweitig relevant für den Ablauf des Fertigungsprozesses sind. Andererseits können in anderen Szenarien auch größere, komplexe Baugruppen eventuell durch Platzhaltergeometrien ersetzt oder komplett aus gelassen werden. Vorzugsweise wird ein digitales 3D-Geometriemodell mit einem Computer Aided Design (CAD)-System erstellt, welches üblicherweise als Kanten-, Flächen- oder Volumen modell aufgebaut ist. Nach dem geometrischen Modell der Fertigungsanlage ist das zweite Ele ment der Simulation das kinematische Modell. Das kinematische Modell ist mit dem zunächst unbeweglichen geometrischen Modell verknüpft und erlaubt so sämtliche Bewegungsfreiheits grade des realen Fertigungsprozesses nachzubilden. Der Einfluss der realen Aktoren auf den Fertigungsprozess wird vorteilhaft durch kinematische Zwangsbedingungen vereinfacht nachge bildet. Beispielsweise wird ein Tisch betrachtet, der über eine Spindel mit einem Elektromotor verbunden ist und so in einer Führung einachsig linear bewegt werden kann. Der Elektromotor wird durch eine Motorsteuerung kontrolliert, die Sollwerte für die Achsposition des Tisches, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung als Parameter entgegennimmt. In dem Simulationsmo dell wird dem 3D-Geometriemodell des Tisches vorteilhaft ein einachsiger, linearer Freiheitsgrad zugewiesen, sodass dessen Position direkt durch eine Variable beeinflussbar ist. Diese Verein fachung abstrahiert stark von dem originalen mechanischen Verhalten, erlaubt aber trotzdem den Ablauf des Fertigungsprozesses akkurat wiederzugeben. Ein weiterer Bestandteil der kinemati schen Simulation ist die Sensorik. Im realen Fertigungsprozess benötigt die Steuerung (SPS) als Eingangswerte die Sensordaten des Prozesses, so dass diese als Reaktion darauf Sollwertevor gaben für die Aktoren treffen kann. Dementsprechend müssen diese von dem Simulationsmodell nachgebildet werden. Durch die 3D-Kinematiksimulation wird der Prozessablauf durch das Be wegungsverhalten der durch die Aktoren beeinflussten Fertigungsanlage abgebildet. Die pri mären Zustandsgrößen sind die Positionsvariablen der beweglichen Anlageteile. Die Einbezie hung der Glasscheibe in den Prozessablauf ist optional.

Durch die externe Parametrisierbarkeit des SPS-Steuerungsprogrammes können beliebige Pa rameterkonfigurationen und deren Auswirkungen auf den Prozessablauf simuliert werden. Rele vante Informationen für den Prozessbediener sind zunächst, ob das Steuerungsprogramm mit den gewählten Parameterwerten korrekt abläuft. Diesbezügliche Fragenstellungen können sein, ob alle Positionen mit den gegebenen Geschwindigkeiten erreicht werden können, ob die Wei terbeförderung der Glasscheibe erfolgreich ist oder ob Kollisionen auftreten. Darüber hinaus sind die Auswirkungen auf Prozessgrößen wie die Taktzeit relevant. Besonders vorteilhaft ist eine Vi sualisierung des simulierten Prozessablaufes durch eine 3D-Animation auf mindestens einem Monitor, was eine effektivere Informationsübertragung des Ablaufes eines komplexen Fertigungs prozesses unter neuer Parametrisierung zum Menschen als lediglich textbasierte Informationen ermöglicht.

Die SPS steuert im automatisierten Fertigungsprozess den Prozess- und Bewegungsablauf. An die Eingänge der SPS sind die Sensoren, an die Ausgänge die Aktoren angeschlossen. Die Nut zung des digitalen Abbilds für die Darstellung von Prozesszuständen erfordert eine von dem re alen Prozess unabhängige Simulation von Prozesszuständen. Daher muss die 3D-Kinematiksi- mulation separat, analog zur Funktionsweise der SPS, gesteuert werden. Wichtigstes Ziel ist da bei die Übertragbarkeit der Simulationsergebnisse auf die Steuerung des realen Prozesses. Ide alerweise verursacht dieselbe Parameterkonfiguration identische Bewegungsabläufe, unabhän gig davon, ob die im Prozess eingesetzte SPS, eine weitere SPS in Hardware oder eine Abbil dung (Emulation) der SPS für die Kinematiksimulation genutzt wird. Die Steuerung innerhalb der Simulation erlaubt zudem eine komplette Abstraktion der Sensorik innerhalb des Simulationsmo dells, da das Steuerungsprogramm direkt auf sämtliche simulierte Prozesszustände und Prozess größen zugreifen kann. Beispielsweise ist eine SPS-Emulation mit der 3D-Kinematiksimulation verbunden. Da das reale Steuerungsprogramm in der SPS-Emulation genutzt wird, müssen sämt liche für die Bewegungssteuerung erforderlichen Sensoren des automatisierten Fertigungspro- zesses im Simulationsmodell implementiert werden und die Sensorsignale in einer SPS-kompa- tiblen Form vorliegen. Zudem ist die Anbindung der Sensoren und Aktoren der 3D-Kinematiksi- mulation an die virtuellen Eingänge bzw. Ausgänge der SPS-Emulation zu realisieren.

Besonders vorteilhaft kann das digitale Abbild somit Informationen über einen zukünftigen Pro zesszustand bzw. Zustand der Fertigungsanlage mithilfe der Kinematiksimulation generieren. Durch die Kinematiksimulation kann der Ablauf des Fertigungsprozesses unabhängig von den aktuellen Prozessdaten eines gerade ablaufenden tatsächlichen Prozesses dargestellt werden. Dadurch ist es dem digitalen Abbild möglich, Aussagen über die Auswirkungen von Parameterän derungen auf beliebige Prozessgrößen zu treffen. Darauf aufbauend kann eine geeignete Opti mierungsstrategie genutzt werden, um Prozessparameter hinsichtlich festgelegter Kriterien zu optimieren. Insbesondere können Kollisionen von Anlageteilen vermieden werden.

Möglich ist auch, dass das digitale Abbild die Prozessdaten des im Betrieb befindlichen tatsäch lichen Fertigungsprozesses nutzt und sich so laufend in denselben Zustand wie der reale Prozess versetzt. Basierend auf diesen Daten kann das digitale Abbild den aktuellen Zustand der Ferti gungsanlage durch eine Darstellung auf mindestens einem Monitor (z.B. 3D-Animation) visuali- sieren. Weiterhin kann dieser Datenstrom zu Zwecken der Prozessanalyse genutzt werden. So können aus den vorhandenen Daten durch Aggregation, Reduktion oder Berechnung neue pro zessbezogene Größen generiert werden und diese entsprechend visualisiert werden. Hierbei kann das digitale Abbild auch Sicherheitsprüfungen durchführen, indem er sicherheitsrelevante Prozessgrößen überwacht und diese mit vorher definierten Regeln vergleicht.

Denkbar ist auch, dass durch die Verarbeitung früherer Prozessdaten das digitale Abbild in der Lage ist, Fehlerursachen zu analysieren und darzustellen.

Ergebnisse des digitalen Abbilds werden dem Bediener über eine visuelle Darstellung auf min destens einem Monitor und gegebenenfalls textbasiert übermittelt. Die Anzeige einer textbasier ten Information kann beispielsweise auch durch die MMS erfolgen.

Die Kommunikations- und Dateneinrichtung legt fest, welche Daten in welcher Form sowohl ver arbeitet als auch gespeichert werden und übermittelt diese Daten nach Bedarf an die 3D-Kine- matiksimulation. Die erforderlichen Prozessdaten des realen Prozesses werden durch eine Ver bindung mit der SPS, die diese zentral verarbeitet, ausgelesen. Die Hauptaufgabe der Kommu- nikations- und Dateneinrichtung ist demnach die Übermittlung von historischen und aktuellen Pro zessdaten an die Simulation in einem kompatiblen Datenformat und einer hinreichenden Aktuali sierungsrate.

Die Interaktion des Bedieners mit dem digitalen Abbild kann grundsätzlich auf drei verschiedenen Ebenen stattfinden. Zuerst kann das digitale Abbild eine reine Informationsfunktion ausführen, d.h. dass dieses dem Menschen Informationen zur Verfügung stellt, die er selbstständig interpre tieren muss und gegebenenfalls in einem Prozesseingriff umsetzen kann. Die Informationen kön nen entweder manuell von dem Bediener angefordert werden oder auch automatisch durch das digitale Abbild bereitgestellt werden. In dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt optional eine visuelle Darstellung des auf zuvor eingegebenen Parameterwerten basierenden Prozessablaufs auf mindestens einem Monitor.

Die zweite Stufe ist das Unterbreiten von Handlungsvorschlägen durch das digitale Abbild, die vom Benutzer entweder angenommen oder abgelehnt werden können. Auch die Vorschläge kön nen entweder manuell durch den Menschen oder automatisch ausgelöst werden.

Die dritte Stufe beschreibt die vollautomatische Handlung durch das digitale Abbild, die den Be diener in eine passive Rolle versetzt. Dieser überwacht die automatisch ausgeführten Aktionen und kann in seinem eigenen Ermessen auf diese reagieren. Der Bediener ist jedoch die oberste Entscheidungsinstanz und entscheidet manuell welche Informationen tatsächlich in den realen Prozess zurückgeleitet werden.

Wie bereits ausgeführt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der reale Fertigungsprozess und der durch das digitale Abbild simulierte Fertigungsprozess zeitgleich (simultan) ablaufen, wo bei das digitale Abbild die Ist-Sensordaten der Sensoren des realen Fertigungsprozesses vor zugsweise in Echtzeit empfängt. Hierbei erfolgt ein permanenter Abgleich der Ist-Sensordaten von den Soll-Sensordaten für jeden Sensor, wobei die entsprechenden Abweichungen ermittelt werden. Falls die Abweichung der Ist-Sensordaten von den Soll-Sensordaten für einen Sensor einen vorgebbaren bzw. vorgegebenen Wert überschreitet wird eine Information auf einem Mo nitor ausgegeben und/oder der Fertigungsprozess angehalten. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass mögliche Fehler bei der Bewegung bzw. Positionierung von bewegbaren Anlagetei len erkannt werden können, um insbesondere Kollisionen zwischen Anlageteilen zuverlässig und sicher zu vermeiden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des automatisierten Fertigungsprozesses zum Biegen von Scheiben wird durch das digitale Abbild ein auf den Parameterwerten basierender, simulierter Bewegungsablauf der bewegbaren Anlageteile auf mindestens einem Monitor dargestellt. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Sicht von außen in aller Regel aufgrund der Besonderheiten der heißen Biegezone in der realen Fertigungsanlage sehr eingeschränkt ist und eine visuelle Begut achtung von Anlageteilen oft nicht möglich ist. Besonders vorteilhaft wird der simulierte Bewe gungsablauf der bewegbaren Anlagenteile in einer vergrößerten Darstellung und/oder verschie denen Blickwinkeln auf dem mindestens einen Monitor dargestellt, was dem Bediener eine ge naue visuelle Begutachtung des Prozessablaufs ermöglicht.

Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung des automatisierten Fertigungsprozesses zum Biegen von Scheiben wird der simulierte Bewegungsablauf des mindestens einen bewegbaren Anlageteils in zeitlicher Verzögerung auf dem mindestens einem Monitor dargestellt. Dies ermög licht dem Bediener den simulierten Prozessablauf sehr genau, gleichsam in Zeitlupe, zu studie ren.

Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung des automatisierten Fertigungsprozesses zum Biegen von Scheiben werden neben der visuellen Darstellung des Bewegungsablaufs bewegba rer Anlageteile auch weitergehende Informationen auf dem mindestens einen Monitor dargestellt, welche für den Bediener nutzbringend sein können. Vorzugsweise wird mindestens ein Weg-Zeit- Diagramm (Zyklogramm) mindestens eines bewegbaren Anlageteils auf dem mindestens einen Monitor dargestellt. Dies erleichtert dem Bediener die Analyse des Prozessablaufs.

Gemäß einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestaltung des automatisierten Fertigungs prozesses zum Biegen von Scheiben werden die Parameterwerte durch das digitale Abbild des automatisierten Fertigungsprozesses so verändert, dass die ermittelte Abweichung der Ist-Sens- ordaten von den Soll-Sensordaten für einen oder mehrere Sensoren den jeweils vorgebbaren Wert unterschreitet. Diese Maßnahme ermöglicht, dass die Gefahr einer möglichen Kollision ver ringert wird.

Die von einem Bediener eingegebenen Parameterwerte sind typischer Weise suboptimal im Hin blick auf eine wählbare Prozesseigenschaft, wie die Taktzeit bei der Bearbeitung von Scheiben. Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung des automatisierten Fertigungsprozesses zum Biegen von Scheiben erfolgt durch das digitale Abbild des automatisierten Fertigungsprozesses anhand eines Optimierungsalgorithmus auf Basis der Ist-Sensordaten und/oder der simulierten Soll-Sensordaten eine selbsttätige Optimierung der Parameterwerte in Bezug auf eine wählbare Prozesseigenschaft, vorzugsweise die Taktzeit.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des automatisierten Fertigungsprozesses zum Biegen von Scheiben werden die empfangenen Ist-Sensordaten gespeichert, was eine nachträglich Ana lyse von Fehlern ermöglicht.

Das automatisierte Fertigungsverfahren zum Biegen von Scheiben, welches sich im digitalen Ab bild wiederfindet, umfasst vorzugsweise die folgenden (z.B. sukzessiven) Schritte:

Bereitstellen einer auf Biegetemperatur erwärmten Scheibe in einer Biegezone, beispielsweise direkt unterhalb einer Form. Fixieren der Scheibe an einer Kontaktfläche (eines Werkzeugs) der Form. Vorteilhaft erfolgt ein Fixieren der Scheibe durch Anblasen mit einem gasförmigen Fluid. Alternativ und vorzugsweise ergänzend wird die Scheibe durch Ansaugen an der Kontaktfläche der Form festgelegt. Positionieren eines Rahmens innerhalb der Biegezone, beispielsweise direkt unterhalb der Form, während die Scheibe an der Form festgelegt ist, und Auflegen der Scheibe auf den Rahmen. Der Rahmen dient zum auflagernden Transport der Scheibe, wobei eine Bie gung der Scheibe durch Schwerkraft erfolgen kann.

Optional wird ein Pressrahmen innerhalb der Biegezone bereitgestellt, wobei die Scheibe zwi schen der Form und dem Pressrahmen verpresst wird. Optional kann die Scheibe auf den Press rahmen gelegt werden.

Optional wird ein Vorspannrahmen in der Biegezone bereitgestellt, wobei die Scheibe auf dem Vorspannrahmen zu einer Kühleinrichtung zum thermischen Vorspannen der Scheibe transpor tiert wird. Während des Transports auf dem Vorspannrahmen kann eine Biegung der Scheibe im Innenbereich der Scheibe durch Schwerkraft erfolgen.

Beispielsweise wird zunächst ein Pressrahmen in der Biegezone bereitgestellt, gefolgt von einem Verpressen der Scheibe zwischen Form und Pressrahmen und anschließendem Bereitstellen ei nes Vorspannrahmens in der Biegezone, sowie einem Ablegen der Scheibe auf dem Vorspann rahmen.

Es versteht sich, dass die Scheibe zur Erzeugung komplexer Geometrien zeitlich nacheinander an mehreren Formen fixiert werden kann. Vorzugsweise wird die mindestens eine Form nur in vertikaler Richtung translatorisch auf und ab bewegt. Vorzugsweise wird der mindestens eine Rahmen nur in einer horizontalen Richtung translatorisch hin und her bewegt.

Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf eine automatisierte Fertigungsanlage zum Biegen von Scheiben, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet eingerichtet ist. Die Fertigungsanlage umfasst bewegbare Anlageteile zum Bearbeiten einer Scheibe, die auf Basis manuell eingebbarer Parameterwerte durch eine speicherprogrammierbare Steuereinrich tung steuerbar sind. Die speicherprogrammierbare Steuereinrichtung kann Steuersignale an Ak toren der bewegbaren Anlageteile ausgeben und Sensorsignale von Sensoren zum Erfassen von Ist-Zuständen der Aktoren empfangen. Die Fertigungsanlage verfügt über ein digitales Abbild des automatisierten Fertigungsprozesses sowie optional mindestens einen Monitor zur Darstellung von den Prozessablauf betreffenden Inhalten. Die Fertigungsanlage ist programmtechnisch so eingerichtet, dass manuell eingegebene Parameterwerte zur Steuerung der Bewegung beweg barer Anlageteile sowohl an die speicherprogrammierbare Steuereinrichtung zur Steuerung der Aktoren als auch an ein digitales Abbild des automatisierten Fertigungsprozesses übermittelt wer den, das digitale Abbild simulierte Soll-Sensordaten auf Basis der Parameterwerte ermittelt, das digitale Abbild Ist-Sensordaten empfängt und eine Abweichung der Ist-Sensordaten von den Soll- Sensordaten für jeden Sensor ermittelt, wobei für den Fall, dass die Abweichung der Ist-Sensor daten von den Soll-Sensordaten für einen Sensor einen vorgebbaren Wert überschreitet eine Information auf einem Monitor ausgegeben und/oder der Fertigungsprozess angehalten wird.

Im Rahmen vorliegender Erfindungsbeschreibung bezieht sich der Begriff "Scheibe" generell auf eine Glasscheibe, beispielsweise ein Kalk-Natron-Glas.

Die automatisierte Fertigungsanlage zum Biegen von Scheiben umfasst vorteilhaft mehrere struk turell und funktionell voneinander abgrenzbare Zonen. Wesentlicher Bestandteil ist eine Biege zone zum Biegen von heißen Scheiben, die vorteilhaft mit einer Heizeinrichtung zum Erwärmen von Scheiben ausgerüstet ist. Insbesondere kann die Biegezone zu diesem Zweck auf eine Tem peratur gebracht werden, die ein plastisches Verformen von Scheiben ermöglicht und beispiels weise im Bereich von 500°C bis 750°C liegt. Die Biegezone ist vorzugsweise als eine zur äußeren Umgebung hin geschlossene bzw. verschließbare, heizbare Kammer, ausgebildet. Für eine Biegung von Scheiben umfasst die Biegezone mindestens eine Form, die mit einem Werkzeug zum Fixieren einer Scheibe ausgerüstet werden kann, sowie mindestens einen Rah men (z.B. ringförmiger Rahmen), auf dem die Scheibe abgelegt werden kann. Typischer Weise liegt die Scheibe dem Rahmen nur mit dem Scheibenrand auf. Das Werkzeug weist eine Kon taktfläche zum Kontaktieren der Scheibe auf. Die Kontaktfläche ist für eine gewünschte Biegung der Scheibe geeignet ausgebildet. Der Rahmen dient zum Ablegen der Scheibe und, gegebe nenfalls zum Verpressen des Randbereichs der Scheibe mit einer Form. In Form eines Pressrah mens verfügt der Rahmen über eine Pressfläche, die komplementär zur Kontaktfläche eines Werkzeugs einer Form ausgebildet ist. Vorteilhaft ist der Rahmen für eine Flächenvorbiegung durch Schwerkraft im Innenbereich der Scheibe geeignet ausgebildet, wobei ein Durchsacken des Innenbereichs der Scheibe nach unten durch Schwerkraft ermöglicht ist. Der Rahmen kann zu diesem Zweck offen, d.h. mit einer zentralen Durchbrechung versehen sein, aber auch vollflä chig ausgebildet sein, solange ein Durchsacken des Innenbereichs der Scheibe ermöglicht ist. Eine offene Gestaltung ist im Hinblick auf eine einfachere Prozessierung von Scheiben bevorzugt.

In einer Ausgestaltung weist die Biegezone mindestens eine Form und einen der mindestens einen Form zugeordneten Pressrahmen auf, wobei Form und Pressrahmen in vertikaler Richtung relativ zueinander versetzbar sind, so dass die Scheibe im Randbereich zwischen Form und Pressrahmen verpresst werden kann. Vorzugsweise ist die Form nur translatorisch (eindimensi onal bzw. einachsig) in vertikaler Richtung bewegbar. Vorzugsweise ist der Pressrahmen nur translatorisch in einer horizontalen Ebene bewegbar. Dies ermöglicht eine einfache Steuerung von Form und Pressrahmen. Beispielsweise weist die Biegezone nur eine einzige Form und zu geordneten Pressrahmen auf. Für komplexere Scheibengeometrien kann die Biegezone bei spielsweise auch zwei oder mehr Formen und mindestens einen zugeordneten Pressrahmen auf weisen, wobei eine Biegung der Scheibe in mehreren Stufen erfolgt.

Vorzugsweise weist die mindestens eine Form ein Mittel zum Fixieren einer Scheibe an deren Kontaktfläche auf, beispielsweise eine pneumatische Saugeinrichtung zum Ansaugen eines gas förmigen Fluids, insbesondere Luft, durch welche die Scheibe mittels Unterdrück gegen die Kon taktfläche gezogen werden kann. Die Kontaktfläche kann zu diesem Zweck beispielsweise mit mindestens einem Saugloch, vorteilhaft mit einer Vielzahl von über die Kontaktfläche beispiels weise gleichmäßig verteilten Sauglöchern versehen sein, an denen für eine Saugwirkung an der Kontaktfläche jeweils ein Unterdrück anlegbar ist. Die Saugeinrichtung erzeugt einen typischer Weise nach oben gerichteten Strom eines gasförmigen Fluids, insbesondere Luft, der ausreicht, um die Scheibe an der Kontaktfläche festzuhalten. Dies ermöglicht es insbesondere, einen Rah men zur Aufnahme der an der Kontaktfläche festgelegten Scheibe, unterhalb der Scheibe zu platzieren. Alternativ oder ergänzend umfasst das Mittel zum Fixieren einer Scheibe an der Kon taktfläche eine pneumatische Blaseinrichtung zum Erzeugen eines gasförmigen Fluidstroms, ins besondere eines Luftstroms, die so ausgebildet ist, dass eine Scheibe durch den gasförmigen Fluidstrom von unten her angeblasen, hierdurch angehoben und gegen die Kontaktfläche der Form gedrückt werden kann. Das Fixieren einer Scheibe an der Kontaktfläche einer Form ist nicht zwingend mit einem Biegevorgang verbunden, kann jedoch zu einer Biegung der Scheibe führen.

Die automatisierte Fertigungsanlage verfügt vorteilhaft über eine Vorwärmzone mit einer Heiz einrichtung zum Erwärmen von Scheiben auf Biegetemperatur, sowie einen Transportmechanis mus, insbesondere vom Typ Rollenbett, zum Transportieren von Scheiben von der Vorwärmzone zur Biegezone, insbesondere zu einer Entnahmeposition (z.B. direkt) unterhalb einer Form. Das Rollenbett ist vorteilhaft so ausgebildet, dass einzelne Scheiben nacheinander zur Entnahmepo sition transportiert werden können. Die Entnahmeposition kann insbesondere einem Endab schnitt des Rollenbetts entsprechen.

Vorteilhaft verfügt die automatisierte Fertigungsanlage weiterhin über eine thermische Vorspann zone mit einer Kühleinrichtung zum thermischen Vorspannen einer Scheibe, wobei ein Vorspann rahmen (z.B. Vorspannring) zum Transport einer Scheibe von der Biegezone in die Vorspann zone vorgesehen sein kann. Durch das thermische Vorspannen (Tempern) wird gezielt eine Tem peraturdifferenz zwischen einer Oberflächenzone und einer Kernzone der Scheibe erzeugt, um die Bruchfestigkeit der Scheibe zu erhöhen. Die Vorspannung der Scheibe wird vorteilhaft mittels einer Vorrichtung zum Anblasen der Scheibe mit einem gasförmigen Fluid, vorzugsweise Luft, erzeugt. Vorzugsweise werden die beiden Oberflächen einer Scheibe gleichzeitig mit einem küh lenden Luftstrom beaufschlagt.

Beispielsweise weist die Fertigungsanlage mindestens eine Form, einen Pressrahmen (z.B. Pressring) und einen Vorspannrahmen (z.B. Vorspannring) auf, wobei die Form durch eine rezip roke translatorische Bewegung in vertikaler Richtung abgesenkt und angehoben werden kann, und sowohl Pressrahmen als auch Vorspannrahmen jeweils durch eine reziproke translatorische Bewegung in einer horizontalen Richtung versetzt werden können, insbesondere in eine Position direkt unterhalb der mindestens einen Form. Somit kann eine Scheibe von der Form aufgenom- men, im Zusammenwirken mit dem Pressrahmen verpresst und anschließend auf dem Vorspann rahmen abgelegt werden. Press- und Vorspannrahmen werden hierbei vorteilhaft nacheinander in eine Position direkt unterhalb der Form verfahren.

Die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung können einzeln oder in beliebigen Kombinati onen realisiert sein. Insbesondere sind die vorstehend genannten und nachstehend zu erläutern den Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombi nationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu ver lassen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen in vereinfachter, nicht maßstabsgetreuer Darstellung:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften automatisierten Fertigungs-

Prozesses zum Biegen von Scheiben;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Fertigungsanlage zum Biegen von Scheiben in Draufsicht für den Fertigungsprozess von Fig. 1 ;

Fig. 3 eine schematische Veranschaulichung der Prozessteuerung durch die SPS;

Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Informationsflüsse in der Fertigungsan lage von Figur 2;

Fig. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Informationsflüsse in der Fertigungsan lage von Figur 2 mit integriertem digitalen Abbild;

Fig. 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Informationsflüsse bei einem ersten An wendungsfall des digitalen Abbilds in der Fertigungsanlage von Figur 5;

Fig. 7 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Informationsflüsse bei einem zweiten Anwendungsfall des digitalen Abbilds in der Fertigungsanlage von Figur 5; Fig. 8 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Informationsflüsse bei einem dritten An wendungsfall des digitalen Abbilds in der Fertigungsanlage von Figur 5.

Es seien zunächst die Figuren 1 und 2 betrachtet. Figur 1 veranschaulicht anhand einer schema tischen Darstellung einen beispielhaften automatisierten Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben in der Automobilverglasung. Im Fertigungsprozess werden flache, zweidimensionale Gläser verarbeitet, die zuvor zugeschnitten und vorbearbeitet wurden. Das resultierende Produkt ist ein so genanntes Einscheibensicherheitsglas mit einer im Rahmen gewisser Randbedingun gen frei gestaltbaren Geometrie. Dazu wird eine Scheibe in einer Fertigungsanlage in zwei Schrit ten bearbeitet. Zunächst wird die Scheibe unter Flitzeeinwirkung formgebend durch Pressung gebogen und daraufhin durch kontrollierte Abkühlung vorgespannt. Figur 2 veranschaulicht an hand einer schematischen Darstellung eine beispielhafte Fertigungsanlage für den automatisier ten Fertigungsprozess von Figur 1 in einer Draufsicht von oben. In der schematischen Darstellung von Figur 1 verläuft der Fertigungsprozess zeitlich von links nach rechts ab.

Hierbei wird zunächst eine Scheibe 2 über eine Heizstrecke erhitzt, da eine Umformung vom Glas im kalten Zustand nicht möglich. Das Aufheizen der Scheibe 2 erfolgt in einer Vorwärmzone 12 durch Heizstrahlung 3, die von ober- und unterhalb eines Rollenbetts 4, dem die Scheibe 1 für deren Transport aufgelagert ist, zugeführt wird. Auf dem Rollenbett 4 wird die Scheibe 1 einer Biegezone 5 zugeführt. Innerhalb der Biegezone 5 wird die Scheibe 1 von unten her mit Heißluft 6 angeblasen und von einer vertikal verfahrbaren Form 7 aufgenommen. Die Form 7 ist zur Er zeugung eines Unterdrucks an deren Oberfläche mit einer Ansaugvorrichtung für die Scheibe 1 versehen sein. Die Oberfläche der Form 7 ist zum Erreichen einer gewünschten Geometrie der zu produzierenden Scheibe 2 speziell gestaltet. Durch die Anpassung des heißen Glases an die Oberfläche der Form 7 wird bereits eine Umformung der Scheibe 1 erreicht. Nun wird als Gegen stück der Form 7 ein horizontal verfahrbarer, heißer Pressring 8 unter die Form 7 gefahren. Im Gegensatz zur Form 7 bildet der Pressring 8 nicht die komplette Geometrie der Scheibe 1 ab, sondern bietet nur eine Kontaktfläche für den Rand der Scheibe 1 . Die Form 7 wird anschließend abgesenkt und die Scheibe 1 zwischen Form 7 und Pressring 8 formgebend gepresst. Die Scheibe 1 verbleibt nach dem Pressvorgang mithilfe eines an der Oberfläche der Form 7 erzeug ten Unterdrucks an der Form 7 bis der Pressring 8 zurückgefahren und ein horizontal verfahrba rer, kalter Vorspannring 9, der sich zuvor in einer Vorspannzone 10 neben dem Biegeofen 5 befand, dessen Position eingenommen hat. Nun wird der Unterdrück gelöst und die Scheibe 1 auf dem Vorspannring 9 abgelegt. Auf dem Vorspannring 9 wird die Scheibe 1 aus dem Biegeofen 5 in die Vorspannzone 10 transportiert und mit einem Kaltluftstrom 11 vorgespannt und abgekühlt. Nach dem Vorspannen ist der Prozess abgeschlossen und die Scheibe 1 kann entnommen wer den. In Figur 2 sind die linearen Bewegungen der drei zentralen Elemente Form 7, Pressring 8 und Vorspannring 9 schematisch anhand von Pfeilen veranschaulicht.

In der Fertigungsanlage 1 werden die Scheiben 1 automatisch zugeführt, als auch fertige Schei ben automatisch entnommen und an nachgelagerte Fertigungsschritte überstellt. Der Ablauf des Fertigungsprozesses innerhalb der Fertigungsanlage 1 läuft vollständig automatisiert ab, wobei sich Form 7, Pressring 8 und Vorspannring 9 jeweils einachsig durch Aktoren (z.B. Servomotoren) bewegen lassen. Der durch Aktoren gesteuerte Bewegungsverlauf von Form 7, Pressring 8 und Vorspannring 9 ist maßgeblich für den Transport und die resultierende Geometrie der Scheibe 1 . Zusätzlich zu den Aktoren zur Bewegung dieser zentralen Elemente der Fertigungsanlage 1 wer den weitere Aktoren eingesetzt, um den Prozess gezielt zu beeinflussen. Beispielsweise wird die Fleiß- und Kaltluftzufuhr durch von Aktoren bewegte Klappen gesteuert, sowie die Abtrennung von verschiedenen Ofenbereichen durch verfahrbare Türen realisiert. Prozessbestimmend ist je doch die Steuerung der Achsen von Form 7, Pressring 8 und Vorspannring 9 der Fertigungsan lage 1 , da deren Bewegungen sich untereinander bedingen und sie im selben Arbeitsbereich operieren. So muss sich beispielsweise die Form 7 in den Pressring 8 absenken, um den Press schritt durchzuführen zu können. Kleine Abweichungen in der Position oder der zeitlichen Abfolge der Bewegungen können so in unerwünschten Kollisionen resultieren, was einen kostspieligen Stillstand des Fertigungsprozesses nach sich zieht, darüber hinaus aber auch aufgrund der ho hen Geschwindigkeiten und Kräfte der Servomotoren auch schwere Beschädigungen der Werk zeuge und der Fertigungsanlage 1 selbst verursachen können. Eine Steuerung hiervon verschie dener Achsen ist wichtig für den erfolgreichen Ablauf des Fertigungsprozesses, deren Steuerung orientiert sich jedoch an den Bewegungen der zentralen Elemente der Fertigungsanlage 1 .

Der anhand der Figuren 1 und 2 veranschaulichte automatisierte Fertigungsprozess zum Biegen von Scheiben umfasst eine einzige Form sowie einen Press- und Vorspannring. Dies ist nur bei spielhaft zu verstehen, wobei es sich versteht, dass grundsätzlich mehrere Formen eingesetzt werden können um sehr komplexe Scheibengeometrien zu fertigen. Zudem ist das thermische Vorspannen der Scheibe optional.

Die Prozessteuerung erfolgt durch eine zentrale SPS, die mit sämtlichen Sensoren der Ferti gungsanlage 1 verbunden ist und auf dieser Basis Sollwertvorgaben für die verschiedenen anzu steuernden Achsen ermittelt. Dies ist in Figur 3 schematisch veranschaulicht. Demnach gibt die SPS auf Basis von empfangenen Sensordaten Bewegungsregelungen für die jeweiligen Aktoren vor. Untergeordnete Motorregelungen übernehmen die Regelung der Aktoren anhand der Soll werte der SPS. Zusätzlich steuert die SPS die nicht kinematischen Prozesseinflüsse, zum Bei spiel Ofentemperaturen und Anströmungsdrücke. Der Bediener kann durch die MMS auf die SPS zugreifen und den Prozessablauf steuern, wobei zu diesem Zweck spezifische Parameter in der MMS eingegeben werden.

Figur 4 veranschaulicht anhand eines Diagramms die verschiedenen Informationsflüsse beim au tomatisierten Fertigungsprozess zum Biegen von Glasscheiben wie er beispielsweise in der Fer tigungsanlage 1 von Figur 2 ausgeführt wird. Die Rolle des menschlichen Bedieners ist die Über wachung und Parametrisierung des Fertigungsprozesses. Hierfür steht dem Bediener die MMS zur Verfügung, über die der Fertigungsprozess gestartet oder gestoppt werden kann, sowie Pa rameter zur Steuerung des Fertigungsprozesses eingegeben werden können. Eine beispielhafte Eingabemaske der MMS ist dargestellt, in der ein Parameterwert (hier z.B. 200) für eine "Vorpo sition B" und ein weiterer Parameterwert für eine "Pressposition 1" (hier z.B. 250) manuell einge geben werden können. Die Parameter werden an die SPS übertragen, durch welche eine ent sprechende Steuerung des Glasbiegeprozesses erfolgt, wobei die SPS hierzu auf Sensordaten zurückgreift. Diverse Prozessinformationen, welche von der SPS bereitgestellt werden, können dem Bediener über die MMS zur Kenntnis gebracht werden, was hier nicht näher dargestellt ist. Auf Monitoren wird der von Kameras aufgenommene tatsächliche Prozessablauf dargestellt, was dem Bediener unterstützende Prozessinformationen liefert. In aller Regel hat der Bediener aber keine direkte visuelle Einsicht in den Fertigungsprozess, da die Achsbewegungen größtenteils innerhalb der geschlossenen Biegezone stattfinden. Zudem ist die Einsicht durch Kameras be grenzt, da es sich um eine Hochtemperaturumgebung handelt und Spezialkameras mit ver gleichsweise schlechter Auflösung und Blickwinkel eingesetzt werden müssen. Aufgrund des An- lagenaufbaus werden in aller Regel mindestens vier Sichten benötigt, um den Prozessablauf voll ständig wiederzugeben. Der Bediener überwacht die Fertigung insbesondere in Hinblick auf An lagenfehlfunktionen, wie den Verlust einer Scheibe innerhalb der Anlage, welche durch eine feh lerhafte Heißluftanströmung oder ein Abreißen des Unterdruckes verursacht werden kann.

Die Prozessparametrisierung ist wichtig für den ordnungsgemäßen Ablauf des Fertigungsprozes ses. Insbesondere nach der Umrüstung der Form mit einem neuen Werkzeug müssen die Para meter an den veränderten Prozess und die neue Werkzeuggeometrie angepasst werden. Die Programmierung der SPS gibt die vorhandenen Bewegungspositionen der Achsen und deren grundlegende Ablaufstruktur vor. Eine Änderung der Programmierung findet nur bei tiefgreifen- den Prozessänderungen statt, zum Beispiel, wenn ein komplett neuer Bewegungsschritt einge- führt wird. Die konkreten Achspositionswerte eines spezifischen Bewegungsschrittes sowie die zugehörige Geschwindigkeit und Beschleunigung sind Gegenstand der Parametrisierung durch den Bediener. Für jeden Werkzeugtyp existieren zwar Parametervorgabewerte, diese müssen aber gegebenenfalls an die Beschaffenheit der Scheibe oder an herrschende Bedingungen ma nuell angepasst werden. Der Bediener gibt alle Parameterwerte manuell in die MMS ein und überschreibt nach einer Betätigung des Startknopfes die vorhandene Parametrisierung der SPS. Der Prozess wird daraufhin mit den neuen Parametern durchgeführt.

Gemäß vorliegender Erfindung ist die automatisierte Fertigungsanlage zum Biegen von Scheiben mit einem digitalen Abbild des automatisierten Fertigungsprozesses versehen, welches den Be diener unterstützt. Die bestehende IT-Infrastruktur wird genutzt, um den Informationsfluss des digitalen Abbilds nahtlos mit einzubeziehen. Die Steuerung des digitalen Abbilds wird daher in die MMS integriert. Wie eingangs dargestellt, handelt es sich beim digitalen Abbild um eine pro grammtechnisch umgesetzte kinematische Simulation des Glasbiegeprozesses.

Dies ist anhand der schematischen Darstellung von Figur 5 veranschaulicht, worin die verschie denen Informationsflüsse beim Glasfertigungsprozesses unter Einbeziehung des digitalen Ab bilds in einer zu Figur 4 analogen Darstellung gezeigt sind. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die das digitale Abbild betreffenden Unterschiede zu Figur 4 erläutert und ansonsten wird auf obige Ausführungen Bezug genommen.

Das direkt an die SPS angeschlossene digitale Abbild umfasst mehrere Bestandteile. Zentraler Bestandteil ist eine 3D-Kinematiksimulation des Glasfertigungsprozesses, die durch eine hier bei spielsweise programmtechnische (emulierte) SPS gesteuert wird. (Simulierte) Sensordaten kön nen an die emulierte SPS gesendet werden. An die 3D-Kinematiksimulation angeschlossen ist eine Kombination aus einem Kommunikations-Server und einer Datenbank, durch welche die Kommunikation mit der SPS für den realen Fertigungsprozess erfolgt. Hier ist der Kommunikati ons-Server beispielsweise in Form eines OPC UA-Servers ausgebildet. OCT UA ist ein bidirekti onales Maschine-Maschine Kommunikationsprotokoll, das für die industrielle Automatisierung entwickelt wurde. Die Details sind dem Fachmann bekannt und für das Verständnis der Erfindung nicht relevant, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden muss. Konkret ermöglicht der Einsatz von OPC UA die Übertragung aktueller Prozessdaten zwischen der SPS des realen Fertigungsprozesses und der 3D-Kinematiksimulation. Die Datenbank speichert den in den OPC UA-Server eingehenden Prozessdatenstrom. So kann die 3D-Kinematiksimulation über den OPC UA-Server auf aktuelle und frühere Prozessdaten zugreifen. Die emulierte SPS führt das originale Steuerungsprogramm der SPS für den realen Glasbiegeprozess aus. Eine Visualisierung der 3D- Kinematiksimulation wird dem Bediener, zusätzlich zu den Kamerabildern, auf den Monitoren dargestellt.

Die 3D-Kinematiksimulation umfasst ein geometrisches Modell der Fertigungsanlage, in der der abzubildende Fertigungsprozess abläuft, in Verbindung mit einem kinematischen Simulationsmo dell. Die 3D-Kinematiksimulation bildet den Prozessablauf der durch die Aktoren beeinflusste Fertigungsanlage ab, wobei die primären Zustandsgrößen die Positionsvariablen der bewegli chen Anlageteile sind.

Im Weiteren werden verschiedene Anwendungsfälle des integrierten digitalen Abbilds des Glas- biegeprozesses der Fertigungsanlage 1 beschrieben.

Ein erster Anwendungsfall ist anhand Figur 6 veranschaulicht, worin die verschiedenen Informa tionsflüsse beim Glasfertigungsprozesses unter Einbeziehung des digitalen Abbilds in einer zu Figur 5 analogen Darstellung gezeigt sind. Hierbei geht es in wesentlicher Weise um eine Simu lation des automatisierten Fertigungsprozesses anhand aktueller Sensordaten, welche parallel zum realen Fertigungsprozess abläuft.

Der Informationsfluss von dem im Betrieb befindlichen Glasbiegeprozess zum digitalen Abbild ist einseitig und automatisch. Sensordaten werden über die SPS und den OPC UA-Server an die 3D-Kinematiksimulation übermittelt und gleichzeitig in der Datenbank archiviert. Die Archivierung in der Datenbank ist lediglich optional. Auf Basis dieses Sensordatenstromes wird die Simulation des Glasbiegeprozesses ohne Einwirkung des Bedieners selbsttätig ausgeführt, solange keine anderen Steuerungsbefehle vom Bediener ausgelöst werden. Die Abbildung des aktuellen Pro zesszustandes versetzt das Simulationsmodell fortlaufend in den Zustand des echten Prozesses, so dass insbesondere die Bewegungen der Achsen der Hauptbestandteile der Fertigungsanlage als 3D-Animation auf den Monitoren dargestellt werden können. Das Problem der schlechten Einsicht in den Prozess aufgrund der Hochtemperaturumgebung kann so gelöst werden. Zudem werden Informationen, die gegebenenfalls bereits textbasiert durch die MMS angezeigt werden, anschaulich in der 3D-Animation visualisiert. Temperaturmessungen können als Textanmerkung in dem richtigen Bereich der Biegezone dargestellt werden und Anblasungen mit Heiß- und Kalt luft können durch Animationen visualisiert und mit zusätzlichem Kontext, wie aktueller Druck und Temperatur, versehen werden. Die Verdichtung der Informationen und die Visualisierung in einer 3D-Animation ermöglichen dem Bediener einen besseren und schnelleren Überblick über den Prozessverlauf.

Mit der Methode der Prozessanalyse kann diese Funktion weiter unterstützt werden. Anstatt die Auswahl der Informationen in der Visualisierung dauerhaft statisch festzulegen, können jeweils die wichtigsten Informationen passend zum aktuellen Prozesszustand dynamisch angezeigt wer den. Dazu werden die Ist-Prozessdaten den Bewegungsschritten der Achsen zugeordnet und daraufhin in Abhängigkeit von den Abweichungen zu den Sollwerten bzw. Durchschnittswerten priorisiert. Zudem können Durchsatzstatistiken aus den Prozessdaten als neue Größen berech net werden. Während die MMS eine statische Zykluszeit, basierend auf der Dauer des program mierten Bewegungsablaufes in der SPS, anzeigt, kann in der 3D-Kinematiksimulationsumgebung der durchschnittliche Durchsatz, der durch Verzögerungen in den vorgelagerten Fertigungsschrit ten beeinflusst wird, errechnet werden.

Die Nutzung des aktuellen Prozessdatenstroms (Ist-Sensordaten) ermöglicht auch Sicherheits prüfungen. Da das Simulationsmodell den geometrischen Zustand der Anlage abbildet und, im Gegensatz zur SPS, Daten über die Abmessungen der aktuell eingebauten Werkzeuge besitzt, können durch das digitale Abbild Abstände zwischen den Achsen im laufenden Betrieb des Pro zesses ermittelt werden. Abstände, die Grenzwerte unterschreiten, können dem Bediener in der 3D-Animation hervorgehoben werden. In Fällen besonders schwerwiegender Abweichungen kann die Simulation auch eigenständig in den Prozess eingreifen und über den OPC UA- Server einen Befehl zum Anlagenstopp an die SPS senden.

Gleiches gilt für die Überwachung des Unterdruckes, der die Scheibe nach dem Pressen an der Form hält. Detektiert die 3D-Kinematiksimulation anhand der Daten der Drucksensoren ein Ab reißen des Unterdruckes, kann der exakte Anlagenzustand bei Auftritt des Fehlers in der 3D- Animation dargestellt und eingefroren werden, sodass dem Ofenführer eine bessere Entschei dungsgrundlage als die begrenzte Einsicht durch die Kameras für den benötigen Prozesseingriff dargeboten werden kann.

Ein zweiter Anwendungsfall ist anhand Figur 7 veranschaulicht, worin wiederum die verschiede nen Informationsflüsse beim Glasfertigungsprozesses unter Einbeziehung des digitalen Abbilds in einer zu Figur 5 analogen Darstellung gezeigt sind. Hierbei geht es in wesentlicher Weise um eine Fehleranalyse nach Auftreten einer Störung im echten Glasbiegeprozess. Im Gegensatz zum Anwendungsfall von Figur 6 wird die Fehleranalyse bei Bedarf manuell durch den Bediener ausgelöst. Nach der Befehlsauslösung über die MMS wird dieser an die 3D-Kine- matiksimulation weitergeleitet. Die Simulation fragt frühere Sensordaten beim OPC UA- Server an. Diese Sensordaten werden aus der Datenbank ausgelesen und dienen der 3D-Kinematiksi- mulation als neue Datenquelle. Daraufhin durchläuft das Simulationsmodell die vergangenen Pro zesszustände und visualisiert sie analog zur Nutzung aktueller Prozessdaten.

Im Fertigungsbetrieb sind zwei beispielhafte Szenarien für diese Anwendung besonders relevant. Zum ersten können Anlagenfehler, beispielsweise ungeplante Stillstände, Glasverlust innerhalb des Ofens oder Kollisionen untersucht werden. Anhand des Zeitstempels des Fehlers kann der fehlerhafte Zyklus identifiziert werden und dem Bediener visualisiert werden. Der Vergleich der Prozessdaten des fehlerhaften Fertigungszyklus mit früheren, fehlerfreien Zyklen gleicher Para metrisierung und Werkzeugbestückung aus der Datenbank ermöglicht die Hervorhebung unge wöhnlicher bzw. vom Sollwert abweichender Werte. So hilft das digitale Abbild bei der Fehlerur sachenanalyse durch die Identifikation und Visualisierung von potentiellen Fehlerquellen. Eine erste Einschätzung des Fehlerausmaßes und des eventuellen Reparaturbedarfs kann direkt an der Anlage durch das verantwortliche Personal ohne zusätzliche Hilfsmittel durchgeführt werden. Das zweite Nutzungsszenario der Fehleranalyse betrifft fehlerhafte Glasscheiben. Jede gefertigte Scheibe besitzt eine eindeutige Identifikationsnummer, die zusammen mit den früheren Prozess daten in der Datenbank gespeichert wird. Daher kann jede Scheibe dem Datenabbild ihres indi viduellen Fertigungszyklus zugeordnet werden. Stellt die dem Glasbiegeprozess nachgelagerte Messstation vermehrt Abweichungen von der Sollgeometrie fest, kann der Bediener anhand der Scheibennummer die Fertigung dieser Scheibe durch das digitale Abbild erneut visualisieren las sen. Analog zu der Untersuchung von Anlagenfehlern enthält die 3D-Animation des Fertigungs zyklus der fehlerhaften Scheiben zusätzliche Informationen aus dem Vergleich mit vorherigen Zyklen gleicher Konfiguration. Dies unterstützt den Bediener in der Entscheidung, ob und wie eine Parameteranpassung vorgenommen werden muss oder ob fehlerhaftes Anlagenverhalten ursächlich für die Geometrieabweichungen sind.

Ein dritter Anwendungsfall ist anhand Figur 8 veranschaulicht, worin gleichermaßen die verschie denen Informationsflüsse beim Glasfertigungsprozesses unter Einbeziehung des digitalen Ab bilds in einer zu Figur 5 analogen Darstellung gezeigt sind. Hierbei geht es in wesentlicher Weise um die Überprüfung neuer Parameter, insbesondere zur Vermeidung von Kollisionen von Anla geteilen, und darauf aufbauend deren automatische Optimierung. Der Test von neuen Parametern für den Betrieb des Fertigungsprozesses stellt eine wichtige Unterstützungsfunktion des digitalen Abbilds für den Bediener dar. Durch die Häufigkeit der Pa rameteränderungen in Verbindung mit den schweren Folgen bereits eines einzigen falsch einge gebenen Parameters resultiert eine einfache und zuverlässige Methode zur risikolosen Vor abüberprüfung von Änderungen. Zur Nutzung dieser Methode gibt der Bediener die neuen Para meterwerte vorzugsweise in die normale Eingabemaske der MMS ein und betätigt beispielsweise eine neu hinzugefügte Schaltfläche, um die Simulation auszulösen, anstatt die SPS des realen Fertigungsprozesses mit den neuen Werten direkt zu parametrisieren. Die Parameter werden über die SPS und den OPC UA-Server an die 3D-Kinematiksimulation übertragen, die die emu lierte SPS neu parametrisiert. Die 3D-Kinematiksimulation stoppt beispielsweise die laufende Verarbeitung aktueller Prozessdaten und ist somit unabhängig vom laufenden Fertigungspro zess. Die emulierte SPS führt das Steuerungsprogramm aus und steuert die Aktoren des Simu lationsmodells über dessen ausgelesene Sensorwerte. Die Simulationsumgebung simuliert so den Prozessablauf mit dem originalen Steuerungsprogramm unter dem neuen Parametrisie rungsvorschlag des Bedieners und visualisiert den Prozessverlauf auf den Monitoren. Gleichzei tig errechnet die Simulation die resultierende Zykluszeit der neuen Parameterkonfiguration und ob Kollisionen aufgetreten sind. Die 3D-Animation ermöglicht dem Bediener somit eine visuelle und qualitative Validierung des neuen Prozessablaufes inklusive eventuell auftretender Kollisio nen. Die Simulationsergebnisse bezüglich Zykluszeit und gegebenenfalls in Kollisionen involvier ten Anlagenbestandteilen werden beispielsweise auch als Text an die MMS übertragen und an gezeigt. Am Ende eines Überprüfungszyklus liegt die finale Entscheidung über die Anwendung der neuen Parametrisierung beim Bediener, der diese mit einem Knopfdruck bestätigen oder ver werfen kann.

Eine vorzugsweise ergänzend ausgeführte automatische Optimierung von Parametern verläuft größtenteils analog zum Test einer neuen Parametrisierung. Der Bediener gibt zu diesem Zweck einen Parametersatz als Grundlage des Optimierungsvorganges in die MMS ein, der von dem digitalen Abbild verarbeitet wird. Anstatt eines Simulationsdurchlaufes werden nun mehrere Durchläufe, die zur Zeitersparnis vorzugsweise auf die 3D-Animation verzichten, durchgeführt. Zwischen den Durchläufen werden die Parameter anhand eines Optimierungsalgorithmus bei spielsweise zur Zykluszeitminimierung schrittweise angepasst. Die Parameterkonfiguration mit der geringsten Zykluszeit, die jedoch immer noch ordnungsgemäß und ohne Kollisionen abläuft, wird visualisiert und die zugehörigen Parameter in der Eingabemaske der MMS dargestellt. Der Bediener muss den Parametrisierungsvorschlag final bestätigen, bevor dieser auf den realen Pro zess angewandt wird. Vorzugsweise erfolgt eine automatische Optimierung von Parametern im Hinblick auf eine Ver ringerung der Abweichungen der Ist-Sensordaten von den Soll-Sensordaten, wodurch die Gefahr von Kollisionen vermieden werden kann.

Aus obigen Ausführungen ergibt sich, dass die Erfindung einen neuartigen automatisierten Ferti gungsprozess zum Glasbiegen sowie eine Fertigungsanlage mit einem digitalen Abbild des au tomatisierten Fertigungsprozesses zur Verfügung stellt, bei dem eine Kollision von Anlageteilen durch Fehler zuverlässig und sicher vermieden werden können. Zudem können Prozessparame- ter im Hinblick auf die Vermeidung von Kollisionen und der Taktzeit optimiert werden.

Bezugszeichenliste

I Fertigungsanlage 2 Scheibe

3 Heizstrahlung

4 Rollenbett

5 Biegezone

6 Heißluft 7 Form

8 Pressring

9 Vorspannring

10 Vorspannzone

I I Kaltluftstrom 12 Vorwärmzone