| JP2003256014 | WORK MACHINING PRODUCTION SYSTEM |
| JP2978778 | MANAGING METHOD OF PRODUCTION LINE |
| JP09179916 | COMPONENT INVENTORY SCHEDULE PLANNING SUPPORT SYSTEM |
MÜLLER, Martin C (Kafkastraße 10, München, 81737, DE)
UZELAC, Sanja (Centa-Herker-Bogen 15, München, 80797, DE)
MÜLLER, Martin C (Kafkastraße 10, München, 81737, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur Eingabe eines räumlichen Aufbaus von Fertigungseinrichtungen, die zusammen eine Fertigungsstätte bil¬ den, in ein rechnergestütztes Planungsprogramm, wobei • von den Fertigungseinrichtungen reale, zweidimensionale oder dreidimensionale, zumindest hinsichtlich ihres kör perlichen Flächenbedarfes maßstabsgerechte Modelle (24, 25) verwendet werden, mit denen ein Modellaufbau der Fertigungsstätte auf einer flächigen Unterlage (14) ge¬ bildet wird, • der Modellaufbau mit einem Sensor, insbesondere einem Bildsensor (18) erfasst wird, • die Positionen der Modelle (24, 25) auf der Grundlage der durch den Sensor erfassten Daten durch das Planungs Programm berechnet und mit Datensätzen der Fertigungs¬ einrichtungen in dem Planungsprogramm verknüpft werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass • die Datensätze der Fertigungseinrichtungen Daten zum über den körperlichen Flächenbedarf hinausgehenden rele vanten Flächenbedarf (15b) der Fertigungseinrichtungen aufweisen, • Überlappungen des jeweiligen relevanten Flächenbedarfs benachbarter Fertigungseinrichtungen ermittelt werden und • die Überlappungen zwar zugelassen werden, jedoch über ein Ausgabegerät (22) angezeigt werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Datensätze der Fertigungseinrichtungen weitere Vorgaben für die Fertigungseinrichtungen, insbesondere Standards und Richtlinien, enthalten. 3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass weitere Datensätze in dem Planungsprogramm vorgesehen sind, die die Beziehungen der Fertigungseinrichtungen untereinan- der, insbesondere Stoffflüsse und Transportwege (31), betref¬ fen . 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zusätzliche Datensätze in dem Planungsprogramm vorgesehen sind, die die baulichen Gegebenheiten der Fertigungsstätte betreffen . 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass • das Planungsprogramm einen Korrekturvorschlag zur Vermeidung der ermittelten Überlappungen berechnet und • der Korrekturvorschlag über das Ausgabegerät (22) ange¬ zeigt wird. 6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass • das Planungsprogramm einen Korrekturvorschlag zur Vermeidung von ungenutzten Leerflächen berechnet und • der Korrekturvorschlag über das Ausgabegerät (22) ange¬ zeigt wird. 7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Ausgabegerät (22a) die Überlappungen und/oder Korrekturvorschläge auf der flächigen Unterlage (18) darstellt. 8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass von der aufgestellten Planungsvariante und/oder von den Korrekturvorschlägen die zu erwartenden Kosten und/oder der Flächenbedarf berechnet werden. 9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Datensätze der Fertigungseinrichtungen und/oder die weiteren Datensatze der Beziehungen zwischen den Fertigungseinrichtungen mit individuellen Präferenzen ergänzt werden, die den Variantenreichtum der Korrekturvorschläge begrenzen. 10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass • die Modelle (24, 25) mit maschinell auslesbaren Trägern (26) von Identifikationskennungen versehen werden und • die Träger (26) optisch auslesbar sind und derart an den Modellen (24, 25) angebracht werden, dass diese aus ei¬ ner Blickrichtung von oben auf die Unterlage (14) optisch zugänglich sind, nachdem die Modelle (24, 25) auf der Unterlage (14) platziert wurden. 11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass • von dem Modellaufbau mit dem Bildsensor (18) eine zeit- liehe Folge von digitalen Bildern erstellt wird, • Änderungen der Positionen der Träger (26) durch einen Vergleich der Bilder ermittelt werden und • die aktualisierten Positionen der Träger (26) über die Identifikationskennungen mit Datensätzen der Fertigungs- einrichtungen in dem Planungsprogramm verknüpft werden. |
Verfahren zur Eingabe eines räumlichen Aufbaus von Ferti ¬ gungseinrichtungen in ein rechnergestütztes Planungsprogramm und dessen Optimierung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Eingabe eines räumlichen Aufbaus von Fertigungseinrichtungen, die zusammen eine Fertigungsstätte bilden, in ein rechnergestütztes Planungs- programm und dessen Optimierung. Bei dem Verfahren werden von den Fertigungseinrichtungen, die z. B. aus Bearbeitungsmaschinen für ein Produkt bestehen können, zweidimensionale oder dreidimensionale maßstabgerechte Modelle erzeugt, die zumindest hinsichtlich ihres körperlichen Flächenbedarfs mit den Originalen übereinstimmen. Mit diesen wird ein Modellaufbau der Fertigungsstätte auf einer flächigen Unterlage herge ¬ stellt. Anschließend wird der Modellaufbau mit einem Sensor erfasst, wobei vorzugsweise ein Bildsensor, z. B. eine CCD- Kamera zum Einsatz kommt. Dann wird die Position der Modelle auf der Grundlage der durch den Sensor erfassten Daten durch das Planungsprogramm berechnet und mit Datensätzen der Fertigungseinrichtungen in dem Planungsprogramm verknüpft. Die Erkennung der Modelle kann dabei beispielsweise durch eine ge ¬ eignete Bildverarbeitung mit einem anschließenden Musterver- gleich erfolgen.
Als Fertigungsstätte soll im weiteren Sinne ein Gebilde ver ¬ standen werden, was aus mindestens zwei Fertigungseinrichtungen besteht. Hiermit kann beispielsweise eine Fertigungszelle gemeint werden, die mehrere Maschinen enthält. Es kann als Fertigungsstätte jedoch auch beispielsweise eine ganze Fab ¬ rikhalle oder sogar eine gesamte Fabrik als Modell darge ¬ stellt werden. Als Fertigungseinrichtungen sind im weiteren Sinne alle für die Fertigung erforderlichen räumlichen Ein- heiten zu verstehen. Hierzu gehören im engeren Sinne Maschinen zur Bearbeitung von Produkten, jedoch gleichfalls Einrichtungen zum Transport der Produkte zwischen den unterschiedlichen Maschinen sowie weitere in der Fertigungsstätte notwendige räumliche Einrichtungen. Unter sonstige räumliche Einrichtungen können beispielsweise Büros für Fertigungslei ¬ ter, Laufwege für Mitarbeiter, Lagerflächen für Material usw. verstanden werden. An sich ist es allgemein bekannt, Fertigungsstätten wie beispielsweise Fabrikhallen als Modell darzustellen. Derartige Modelle können insbesondere in der Planungsphase das Vorstel ¬ lungsvermögen der an der Planung Beteiligten unterstützen. Als Alternative bieten sich rechnergestützte Planungswerkzeu ¬ ge für die Fabrikplanung an, wie diese beispielsweise in ei ¬ nem Firmenprospekt von 2008 durch die Firma Fujitsu unter dem Handelsnamen GLOVIA angeboten werden. Diese rechnergestützten Planungstools erfordern die Eingabe von virtuellen dreidimen- sionalen Modellen der Fertigungseinrichtungen sowie der räumlichen Gegebenheiten der Fertigungsstätte. Anschließend kön ¬ nen die so erzeugten Modelle in einer virtuellen Umgebung zusammengestellt werden und ein Fertigungsablauf simuliert wer ¬ den, um Rückschlüsse auf die Funktionstauglichkeit der ge- planten Fertigungsstätte ziehen zu können.
Sowohl mittels realer Modellaufbauten als auch mittels rechnergestützter Simulationen von Fertigungsstätten können Optimierungsprozesse durchgeführt werden, die vor einem Aufbau der Fertigungsstätte eine Optimierung der Fertigungsabläufe sowie des Raumbedarfs und weiterer Aspekte zulassen. Hierbei haben reale Modellaufbauten den Vorteil, dass eine intuitive Schnittstelle für den Fabrikplaner besteht. Andererseits ha ¬ ben rechnergestützte Planungsprogramme den Vorteil, dass eine Simulation des Fertigungsablaufes leichter fällt und bei der Modellbildung neben räumlichen Daten auch weitere Daten verarbeitet werden können. Um in dem oben beschriebenen Planungsprogramm eine Simulation der Fertigungsstätte aufbauen zu können, müssen nämlich die Rahmenbedingungen für den jeweiligen zu planenden Anwendungsfall bekannt sein. Hierzu gehören die räumlichen Gegebenhei ¬ ten der Fertigungsstätte, die bereits vorhanden sein kann (Optimierungsaufgabe) oder noch gebaut werden muss (Planungs ¬ aufgabe) , und die Eigenschaften der zur Anwendung kommenden Fertigungseinrichtungen. Die Daten können bereits in Datenbanken vorliegen, so dass eine Verknüpfung mit dem Planungsprogramm vergleichsweise einfach durchgeführt werden kann. Allerdings müssen Daten, die noch nicht zur Verfügung stehen, in das Planungsprogramm eingegeben werden, wodurch für den Fabrikplaner ein Aufwand entsteht.
Um den Aufwand der Eingabe der Daten in das Planungssystem zu erleichtern, wird gemäß der US 2002/0107674 AI vorgeschlagen, dass die Modelle der Fertigungseinrichtungen beispielsweise mit zweidimensionalen Markern versehen werden können, die zur Erkennung der einzelnen Modelle geeignet sind. Mit Hilfe die ¬ ser Marker kann beispielsweise durch ein optisches Erken- nungssystem die Identität der einzelnen Fertigungseinrichtungen erkannt werden. Weiterhin ist es möglich, deren Ausrichtung zu erkennen. Mittels eines größeren Rechenaufwandes kann auch das Modell selbst als Marker eingesetzt werden, wobei dieses durch geeignete optische Erkennungsverfahren erkannt werden muss.
Gemäß der US 4,700,317 ist ein Programm für eine Layoutplanung, beispielsweise von Fabriken, beschrieben, bei dem neben dem tatsächlichen Flächenbedarf der Fertigungseinrichtungen auch ein größerer, relevanter Flächenbedarf berücksichtigt werden kann. Dieser wird durch das Programm automatisch identifiziert und bei der Generierung eines Vorschlags für das Layout berücksichtigt. Nachdem der den relevanten Flächenbe ¬ darf der Fertigungseinrichtungen berücksichtigende Vorschlag erarbeitet wurde, wird der Vorschlag an einer geeigneten Aus ¬ gabeeinrichtung ausgegeben. Dort wird der Flächenbedarf der einzelnen Fertigungseinrichtungen dargestellt, wobei Fertigungseinrichtungen, deren relevanter Flächenbedarf größer ist, einen entsprechend größeren Abstand zu benachbarten Fertigungseinrichtungen aufweisen. In welcher Weise die Berücksichtigung eines relevanten Flächenbedarfs einzelner Fertigungseinrichtungen im Einzelnen in das vorgeschlagene Planungsergebnis eingeflossen sind, lässt sich der Ausgabe nicht entnehmen .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Eingabe des Zusammenspiels von Fertigungseinrichtungen einer Fertigungsstätte in ein rechnergestütztes Planungsprogramm anzugeben, wobei das Verfahren zur Eingabe nachfolgende Opti mierungsschritte vergleichsweise rationell ermöglichen soll.
Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren er- findungsgemäß durch folgende Maßnahmen gelöst. Die Datensätze der Fertigungseinrichtungen weisen auch Daten zum relevanten Flächenbedarf der Fertigungseinrichtungen auf, wobei der relevante Flächenbedarf über den körperlichen Flächenbedarf hinausgeht. Ein relevanter Flächenbedarf bestimmter Fertigungs- einrichtungen kann aus unterschiedlichen Gründen den tatsächlichen (räumlichen) Flächenbedarf dieser Fertigungseinrichtungen übersteigen. Beispielsweise muss eine Zugänglichkeit durch Personal gewährleistet sein, so dass zwischen zwei Fer ¬ tigungseinrichtungen ein gewisser Abstand eingehalten werden muss. Außerdem kann auch das zu bearbeitende Werkstück einen Raumbedarf aufweisen, der bei der Aufstellung der Fertigungseinrichtungen berücksichtigt werden muss. Es muss nämlich ge ¬ währleistet werden, dass die Bereitstellung des Werkstücks beispielsweise durch ein Bereitstellungssystem möglich ist. Auch sind andere Gründe denkbar, weswegen der tatsächliche Flächenbedarf der Fertigungseinrichtung größer ist (beispielsweise Wartungsklappen) . Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist weiterhin vorgesehen, dass Überlappungen des jeweiligen relevanten Flächenbedarfs benachbarter Fertigungseinrichtungen ermittelt werden. Anschließend werden diese Überlappungen über ein Ausgabegerät angezeigt. Die Anzeige dieser Überlappungen kann auf unter- schiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann um die Ferti ¬ gungseinrichtungen herum der relevante Flächenbedarf durch eine geeignet eingefärbte Fläche dargestellt werden. Überlap ¬ pungen sind dann als Schnittflächen zwischen benachbarten tatsächlichen Flächenbedarfskennzeichnungen zu erkennen.
Überlappungen können aber auch dadurch angezeigt werden, dass im Bereich der Überlappungen das Ausgabegerät ein Gefahrensymbole oder Pfeile als Vorschläge, wie Überlappungen vermie ¬ den werden können, dargestellt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist daher auf eine vergleichsweise effektive Weise eine Korrektur von fehlerhaften Fabrikplanungsprozessen im dreidimensionalen Modell möglich. Die intuitive Eingabe der Fabrikplaner durch Stellen der Modelle erzeugt als Ausgabe sozusagen ein Feedback eines rech- nergestützten Fabrikplanungssystems, welches unter Berück ¬ sichtigung geeigneter Datensätze sofort Kollisionen zwischen dem relevanten Flächenbedarf einzelner Fertigungseinrichtungen ermitteln kann. Der Fabrikplanungsprozess ist somit als Dialog zwischen den menschlichen Planern am Planungstisch und dem das Ausgabegerät nutzenden Fabrikplanungsprogramm (kurz auch als Planungsprogramm bezeichnet) zu verstehen. Hierdurch lässt sich vorteilhaft ein großer Rationalisierungseffekt bei gleichzeitig intuitivem Eingabeverfahren erzeugen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Datensätze der Fertigungseinrichtungen weitere Vorgaben für die Fertigungseinrichtungen, insbesondere Standards und Richtlinien, enthalten. Dies ermöglicht dem Fabrikplanungs- programm vorteilhaft, dass nicht nur Kollisionen hinsichtlich des Flächenbedarfs Berücksichtigung finden können, sondern auch Vorgaben, die sich an sich in der Aufteilung der Fabrikhalle nicht darstellen lassen. Beispielsweise könnte berück ¬ sichtigt werden, dass in einer Fertigungseinrichtung zur La- ckierung von Werkstücken eine Geruchsbelästigung auftritt, so dass Fertigungseinrichtungen, die durch Menschen betrieben werden, nicht in der Nähe dieser lackierenden Fertigungseinrichtung stehen. Standards und Richtlinien, die als weitere Vorgaben in den Datensätzen Berücksichtigung finden, könnten beispielsweise Sicherheitsabstände bei Gefahrgut oder ähnli ¬ ches sein. Durch Berücksichtigung dieser zusätzlichen Informationen wird die Rationalität des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft weiter gesteigert. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass weitere Datensätze in dem Planungsprogramm vorgesehen sind, die die Beziehungen der Fertigungseinrichtungen untereinander, insbesondere Stoffflüsse und Transportwege, betreffen. Es handelt sich bei den weiteren Datensätzen, die im Folgenden auch im- mer konkret als „weitere Datensätze" bezeichnet werden, also um Daten, die nicht direkt mit den Fertigungseinrichtungen verknüpft sind und daher in den weiteren Datensätzen abgelegt werden. Weiterhin gibt es im Folgenden konkret als „zusätzliche Datensätze" bezeichnete zusätzliche Datensätze, die die baulichen Gegebenheiten der Fertigungsstätte (Stützpfeiler usw. Höhe der Fertigungshalle, Montagekräne, Türen, Fenster us.) betreffen. Hinsichtlich der Stoffflüsse und Transportwe ¬ ge in den weiteren Datensätzen ist beispielsweise zu bemer- ken, dass in der Fertigungsstätte Wege zum Transport von Ma ¬ terial und zum Erreichen der einzelnen Fertigungseinrichtungen durch das Personal vorgesehen werden müssen. Außerdem können in den weiteren Datensätzen Beziehungen abgespeichert werden, die beispielsweise durch einen ungehinderten Materi- alfluss des Werkstücks oder von Hilfsstoffen vorgegeben sind. Beispielsweise könnte bei einer Fließbandproduktion die Auf ¬ reihung der Fertigungseinrichtungen in einer bestimmten Reihenfolge am Fließband erforderlich sein. Diese Beziehungen lassen sich allerdings besser in weiteren Datensätzen able- gen, die nicht fest an eine bestimmte Fertigungseinrichtung gebunden sind. Durch die weiteren Datensätze kann damit das Fabrikplanungsprogramm vorteilhaft noch rationeller auf die Planungsaktionen reagieren, welche durch den Fabrikplaner am Planungstisch vorgenommen werden. Die zusätzlichen Datensätze ermöglichen überdies eine effiziente Berücksichtigung der räumlichen Gegebenheiten der Fertigungsstätte. Transportwege sollten z. B. zu einen Tor der Werkshalle führen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Planungsprogramm einen Korrekturvorschlag zur Vermeidung der ermittelten Überlappungen berechnet und der Korrekturvorschlag über das Ausgabege ¬ rät angezeigt wird. Indirekt werden mit dem Korrekturvor ¬ schlag auch die Überlappungen angezeigt, da durch die vorge ¬ nommenen Änderungen auf die zugrunde liegende Ermittlung von Überlappungen durch das Planungsprogramm geschlossen werden kann. Hierbei kommen an sich bekannte Algorithmen zur Optimierung des planerischen Fabrikkonzepts zur Anwendung, welche in verfügbaren Fabrikplanungsprogrammen bereits umgesetzt sind. Optimierungsprobleme der genannten Art sind als sog. 2- dimensionales Packen bekannt und können durch eine Reihe von Ansätzen gelöst werden, zum Beispiel durch eine leichte Variante der in Beasley J E (1985), „An Exact Two-dimensional Non-guillotine Cutting Tree Search Procedure", Operations Re- search 33(1): 49-64 vorgeschlagenen sog. ILP-Formulierung (ILP steht für Integer Linear Programming, deutsch ganzzahlig-lineare Programmierung) . In der Zielfunktion muss dabei lediglich der Abstand der korrigierten von der gemessenen Position jedes einzelnen Objektes als Gewicht eingesetzt wer- den. Praktisch gelöst kann diese Formulierung dann durch handelsübliche Software werden, wie zum Beispiel "CPLEX" der Firma IBM ILOG oder "XPRESS" der Firma FICO (früher Fair Isaac, früher Dash) . Die Rechenzeiten hängen dabei stark von der Zahl an Fertigungseinrichtungen ab. Überschreitet diese eine gewisse Grenze, beispielsweise 100, kann man statt des ¬ sen auch lokale Suchheuristiken einsetzen, wie z.B. evolutionäre Algorithmen, ein sog. Simulated Annealing oder auch ein sog. OptLets Framework, das in der DE 10 2005 011 148 AI be ¬ schrieben wird.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der Korrekturvorschlag über das Ausgabegerät angezeigt wird, so dass dem intuitiv arbeitenden Fabrikplaner ein Feedback mit einem Verbesserungsvorschlag gegeben wird. Dieser kann den Verbesserungsvorschlag befolgen oder ggf. einen anderen Verbesserungsvorschlag auf dem Pla ¬ nungstisch umsetzen, um zu sehen, ob das Planungsprogramm nach Analyse des alternativen Vorschlags keine weiteren Kol ¬ lisionen ausgibt. Die Rationalitätssteigerung bei der Generierung von Korrekturvorschlägen liegt also vorteilhaft in einer Beschleunigung des Prozesses, da der intuitiv arbeitende Fabrikplaner dem Vorschlag folgen kann oder hinsichtlich eines alternativen Vorschlages inspiriert wird. In gleicher Weise kann vorteilhaft das Planungsprogramm auch einen Korrekturvorschlag zur Vermeidung von ungenutzten Leerflächen berechnen und diesen Korrekturvorschlag über das Aus ¬ gabegerät anzeigen. Genauso wie Kollisionen verhindert werden müssen, kann ein wettbewerbsfähiges Planungskonzept nur er ¬ stellt werden, wenn die Fläche der Fertigungsstätte optimal genutzt wird. In diesem Kontext sind auch ungenutzte Leerflä ¬ chen zu vermeiden, welche in der gleichen Weise erkannt und analysiert werden können wie Kollisionen (vgl. das zu den Kollisionen Angegebene) .
Wie in der eingangs erwähnten US 2002/0107674 AI beschrieben, kann die automatische Erfassung der Modelle beispielsweise durch eine Bildverarbeitung unter Erkennung der zweidimensio- nalen oder dreidimensionalen Modelle erfolgen. Um die Modelle leichter automatisiert erfassen zu können, kann vorgesehen werden, dass die Modelle mit maschinell auslesbaren Trägern von Identifikationskennungen versehen sind. Als Träger von Informationen sollen im weiteren Sinne alle physikalischen Einrichtungen verstanden werden, welche maschinell auslesbare Informationen zur Verfügung stellen können. Dies bedeutet, dass zu diesem Träger jeweils eine Möglichkeit zur maschinel ¬ len Auslesung durch ein passendes Lesegerät gegeben sein muss. Beispielsweise kann der Träger die Information auf mag- netischem Wege speichern, wobei zum Auslesen dieser Informationen ein magnetischer Sensor als Lesegerät in dessen Nähe gebracht werden muss. Eine weitere Möglichkeit ist die Ver ¬ wendung so genannter RFID-Tags, welche durch ein geeignetes Lesegerät aktiviert werden und die in dem Träger gespeicher- ten Informationen beispielsweise über eine Funk- oder Infrarotschnittstelle abgeben. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von akustischen Informationen. Der Träger muss zu diesem Zweck ein akustisches Signal emitieren, welches durch einen akustischen Sensor aufgefangen werden kann. Zusätzlich kann vorgesehen werden, dass der Träger zusätzlich zu den Identifikationskennungen Lagekennungen aufweist, die Koordinaten der jeweiligen Lage des betreffenden Trägers auf dem betreffenden Modell enthalten. Mit der Identifikations- kennung lässt sich nämlich lediglich das Modell über den Träger identifizieren, so dass durch das Einlesen Daten über das Modell zur Verfügung gestellt werden, die in ein Planungspro ¬ gramm eingespeist werden können. Soll jedoch auch die Lage des Modells auf dem Plan durch das Bild bestimmt werden, so ist es vorteilhaft, hierzu lediglich die Lage des Informati ¬ onsträgers zu bestimmen. Dieses ist mit vergleichsweise ge ¬ ringem Rechenaufwand möglich, da dieser lediglich begrenzte Abmessungen aufweist. Ist die Lage des Informationsträgers auf dem zugehörigen Modell bekannt, so kann über die ermit ¬ telte Position des Informationsträgers auch auf die Position des Modells auf der Unterlage geschlossen werden. Hierdurch ist vorteilhaft eine einfache Abbildung eines realen Mo ¬ dellaufbaus in einem Planungsprogramm möglich.
Vorteilhaft ist es, wenn die Träger optisch auslesbar sind und aus einer Blickrichtung von oben auf die Unterlage optisch zugänglich sind. Die optische Zugänglichkeit ist erfor ¬ derlich, da zur Erstellung des Modellaufbaus die Modelle auf der Unterlage platziert werden. Die Unterlage bildet somit ein Modell des Bodens der Fertigungsstätte, wobei die Ausle ¬ sung der Träger auf optischem Wege sozusagen aus der Vogelperspektive am besten erfolgen kann, ohne dass sich die Mo ¬ delle gegenseitig verdecken. Dabei ist eine senkrechte Blick- richtung besonders vorteilhaft. Selbstverständlich können auch hiervon abweichende Blickrichtungen gewählt werden, solange sichergestellt ist, dass sich die Modelle nicht gegen ¬ seitig verdecken. Insbesondere bei der Verwendung von zweidi ¬ mensionalen Modellen, also beispielsweise von Plättchen die lediglich die Umrisse der Fertigungseinrichtungen auf der Unterlage darstellen, kann ein vergleichsweise großer Winkel für die Blickrichtung von beispielsweise 20° bis 90° gewählt werden. Werden dreidimensionale Modelle verwendet, ist ein Winkel für die Blickrichtung von 60° bis 90° vorteilhaft. Der senkrechte Blickwinkel entspricht einem Winkel von 90°. Die Identifikationskennungen können aus eindimensionalen oder zweidimensionalen Strichcodes bestehen. Als Beispiele für einen eindimensionalen Strichcode können der Code 39, der Code 93 oder der Code 128 genannt werden. Als Vertreter zweidimensionaler Strichcodes sind beispielsweise der UR-Code, der DATAMATRIX- oder der AZTEC-Code zu nennen.
Insbesondere, wenn als Einrichtung zum Auslesen der Träger eine Kamera verwendet wird, die einen Bildsensor und ein Ob ¬ jektiv enthält, ist auch zu berücksichtigen, dass eine senkrechte Blickrichtung lediglich im Zentrum des aufgenommenen Bildes gewährleistet ist. An den Bildrändern ergeben sich zwangsläufig Blickrichtungen von oben auf die Unterlage, die von der Senkrechten zur Unterlage abweichen.
Daher ist es vorteilhaft, wenn von dem Modellaufbau mehrere sich überschneidende Bilder aufgenommen werden. Hierdurch ist es möglich, den Blickwinkel in den Bildern durch Verwendung entsprechender Optiken mit längeren Brennweiten gering zu halten und durch Auswertung der Überschneidungen die Vielzahl der Bilder zu einem einzigen Bild zusammenzusetzen. Hierdurch können die Modelle der Fertigungseinrichtungen auf den verschiedenen Bildern zueinander ins Verhältnis gesetzt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich die Bilder so weit überschneiden, dass jeder Träger mindestens auf zwei Bildern abgebildet ist. Fehler bei der Ermittlung der Position des jeweiligen Modells aufgrund der perspektivischen Verzerrung in den Bildern können dann durch einen Vergleich von mindestens zwei relevanten Bildern korrigiert werden. Relevante Bilder sind diejenigen Bilder, welche den betreffenden Träger abbilden. Dies müssen mindestens zwei Bilder sein. Unter der perspektivischen Verzerrung im Zusammenhang mit dieser Erfindung ist der Umstand zu verstehen, dass ein Bild nur in der optischen Achse des Objektives genau aus der vorgegebenen Blickrichtung, beispielsweise der senkrechten Blickrichtung aufgenommen werden kann. Die Objekte in den Randbereichen des aufgenommenen Bildes haben zwangsläufig eine von dieser be ¬ stimmten Blickrichtung abweichende Blickrichtung, die bei der Ermittlung der Position des betreffenden Trägers auf der Unterlage berücksichtigt werden muss. Durch Vergleich der Posi ¬ tion des betreffenden Trägers auf einem anderen Bild lässt sich dieser Positionsfehler ermitteln, wobei hierbei der Abstand der Bildachsen der beiden Bilder voneinander Berücksichtigung findet.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens wird erhalten, wenn von dem Modellaufbau mit dem Bildsensor eine zeitliche Folge von digitalen Bildern erstellt wird. Diese zeitliche Folge ergibt sozusagen einen Film, der den intuiti ¬ ven Planungsprozess durch Verstellen der Modelle darstellt. Die Intervalle zwischen der Erstellung der einzelnen Bilder kann hierbei frei gewählt werden, wobei die einzelnen Bilder einen Vergleich der unterschiedlichen Planungszustände ermöglichen soll. Hierdurch können Änderungen der Positionen der Träger durch einen Vergleich der Bilder ermittelt werden. Die aktualisierten Positionen der Träger können dann über die Identifikationskennungen mit Datensätzen der Fertigungseinrichtungen in dem Planungsprogramm verknüpft werden und das in dem Planungsprogramm verwendete virtuelle Modell der Fertigungsstätte jeweils an das reale Modell angepasst werden. Vorteilhaft kann mit dem Planungsprogramm ein Ausgabegerät angesteuert werden, auf dem die Änderungen der Position der mit den Trägern verknüpften Fertigungseinrichtungen dargestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass bereits während der intuitiven Planungsphase mit dem realen Modell ermittelt wer ¬ den kann, welche Auswirkungen die vorgeschlagenen (nachgestellten) Änderungen auf das im Planungsprogramm enthaltene virtuelle Modell der Fertigungsstätte haben. Dadurch können auch Aussagen überprüft werden, welche sich nur mit dem Pla- nungsprogramm erstellen lassen. Hierbei können gebräuchliche Planungsprogramme Verwendung finden. Es sind sowohl klassi ¬ sche CAD-Andwendungen denkbar sowie weitere Planungsprogramme wie die z. B. eine Transportmatrix/Sankey-Diagramm- Darstellung, eine Anordnungsoptimierung nach Schmigalla, oder eine Nutzwert-Analyse unterstützen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die bereits erwähnten Kor ¬ rekturvorschläge des Planungsprogramms auf der flächigen Un ¬ terlage dargestellt werden, also derjenigen Unterlage, auf der die Modelle durch den Fabrikplaner verschoben werden.
Dies lässt vorteilhaft eine direkte, intuitiv schnell erfass ¬ bare Kopplung zwischen dem durch die Modelle repräsentierten Planungsvorschlag der Fabrikplaner und den Korrekturvorschlä ¬ gen des Planungsprogramms zu. Beispielsweise kann das Pla- nungsprogramm die Umrisse der Modelle in der Position darstellen, wie es der Vorschlag des Planungsprogramms vorsieht. Die Fabrikplaner können sich dann entscheiden, ob sie die Modelle entsprechend dem Vorschlag korrigieren, also auf den Grundriss ziehen, oder eine andere Planungsvariante auspro- bieren. In gleicher Weise lassen sich auch die Überlappungen direkt auf der flächigen Unterlage darstellen. Als Ausgabege ¬ rät kann beispielsweise ein Projektor (Beamer) verwendet werden, der den Planungsvorschlag von oben auf die flächige Un ¬ terlage projiziert. Eine Alternative ist die Ausführung der flächigen Unterlage als Flachbildschirm, so dass die Modelle auf der Bildschirmfläche verschoben werden. Der Bildschirm kann dann gleichzeitig zur Ausgabe des alternativen, durch das Planungsprogramm berechneten Vorschlags verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei Verwendung von ma ¬ schinell auslesbaren Trägern folgendermaßen durchgeführt. Die Modelle werden mit maschinell auslesbaren Trägern von Identi- fikationskennungen versehen. Mit den Modellen wird ein Mo- dellaufbau der Fertigungsanlage auf einer flächigen Unterlage gebildet. Von diesem Modellaufbau wird mit einem Bildsensor aus einer Blickrichtung von oben auf die Unterlage mindestens ein digitales Bild erstellt. Die Identifikationskennungen der Modelle werden maschinell erfasst. Die Positionen der zu den Trägern gehörenden Modelle werden in dem digitalen Bild ermittelt. Und zuletzt werden die Positionen der Modelle über die Identifikationskennungen mit Datensätzen der Fertigungseinrichtungen in dem Planungsprogramm verknüpft. Vorteilhaft kann vorgesehen werden, dass zusätzlich zu den
Identifikationskennungen Lagekennungen auf den Trägern vorgesehen werden, die die Koordinaten der jeweiligen Lage der Träger auf den Modellen enthalten. Es ist dann möglich, die Position der durch die Träger repräsentierten Modelle auf der Unterlage durch Ermittlung der Position der Träger unter Berücksichtigung der Lagekennungen zu berechnen. Im Einzelnen wird dabei folgendermaßen vorgegangen. Die Position des Trägers in dem Bild wird ermittelt. Hierbei können eventuell in der beschriebenen Weise mehrere Bilder ausgewertet werden, um die Position des Trägers zweifelsfrei zu bestimmen. Anschlie ¬ ßend wird die Position des Trägers mit den Lagekennungen überlagert, so dass in Abhängigkeit von der Position des Trä ¬ gers auf die Position des gesamten Modells auf der Unterlage geschlossen werden kann. Dieser Rückschluss erfolgt also durch eine Berechnung des Planungsprogramms, welchem die hierzu notwendigen Informationen in Form von Identifikations- kennungen und Lagekennungen zur Verfügung gestellt wird. Eine alternative Möglichkeit besteht darin, dass die Daten ¬ sätze der Fertigungseinrichtungen in dem Planungsprogramm die Koordinaten der jeweiligen Lage der Träger auf den Modellen bereits enthalten. In diesem Fall sind keine Lagekennungen auf den Trägern notwendig, da diese Daten bereits im Pla- nungsprogramm abgespeichert wurden. Diese können abgerufen werden, indem die Identifikationskennungen des betreffenden Modells ausgewertet werden und nach Identifikation des Mo ¬ dells die Koordinaten der Lage des Trägers aus dem Datensatz der Fertigungseinrichtung abgerufen werden. Wenn diese zur Verfügung stehen, kann die Position der durch die Träger repräsentierten Modelle auf der Unterlage durch Ermittlung der Position der Träger unter Berücksichtigung der Lage der Träger auf den Modellen berechnet werden. Eine besondere Variante der Erfindung sieht vor, dass von der aufgestellten Planungsvariante und/oder von den Korrekturvorschlägen die zu erwartenden Kosten und/oder der Flächenbedarf berechnet werden. Hierzu kann das Planungsprogramm vorteilhaft herangezogen werden, so dass von einem Planungsvorschlag zeitnah entscheidungswesentliche Aspekte ermittelt werden können, nämlich welche Kosten mit diesen Planungsvorschlag verbunden sein werden und wie groß der Flächenbedarf insgesamt ist. Auf diese Weise entstehen zusätzliche Kriterien, die den Fabrikplanern bei ihren Entscheidungen unterstützen.
Eine weiterführende Ausführungsform der Erfindung sieht außerdem vor, dass die Datensätze der Fertigungseinrichtungen und/oder die weiteren Datensätze der Beziehung zwischen den Fertigungseinrichtungen mit individuellen Präferenzen ergänzt werden, die den Variantenreichtum der Korrekturvorschläge begrenzen. Hierdurch können individuelle Vorgaben berücksichtigt werden, welche damit den ganzen Planungsprozess beein ¬ flussen und das Auffinden eines diese Präferenzen berücksich- tigenden Ergebnisses erleichtern. Das Planungsverfahren lässt sich also vorteilhaft weiter rationalisieren.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den Figuren jeweils mit den glei ¬ chen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figu ¬ ren ergeben. Es zeigen Figur 1 die Anwendung eines Ausführungsbeispiels des erfin ¬ dungsgemäßen Verfahrens in einem Raum schematisch,
Figur 2 eine räumliche Darstellung eines Ausschnittes eines
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Mo- dellaufbaus und
Figur 3 und 4 Anzeigen am Ausgabegerät bei Anwendung eines
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens vor und nach der Korrektur der Anordnung der Modelle auf Grund von Überschneidungen.
In Figur 1 ist ein Raum 11 dargestellt, in dem das erfindungsgemäße Planungsverfahren durchgeführt werden soll. In der Mitte des Raumes befindet sich ein Tisch 12, auf dem ein Modellaufbau 13 schematisch dargestellt ist. Dieser besteht aus einer Unterlage 14, auf der exemplarisch ein Modell 15 einer Maschine als Fertigungseinrichtung aufgestellt ist. Die Unterlage stellt in nicht dargestellter Weise den Umriss ei ¬ ner Fertigungsstätte in Form einer Werkshalle dar. Ein erster wesentlicher Verfahrensschritt in dem erfindungs ¬ gemäßen Planungsverfahren besteht darin, dass ein Fabrikplaner 16 manuell das Modell 15 an seinen richtigen Platz stellt. Weitere Modelle (nicht dargestellt) und weitere Per ¬ sonen (ebenfalls nicht dargestellt) können sich an dieser Planungsphase beteiligen.
Während dieser Planungsphase nimmt eine Digitalkamera 17 mit- tels eines Bildsensors 18 in regelmäßigen Zeitabständen Auf ¬ nahmen (Bilder) von dem Modellaufbau 13 auf. Dies geschieht von oben, im Ausführungsbeispiel genau in senkrechter Richtung, d. h. der Schwerkraft folgend. Hierdurch entsteht eine Bildachse 19, die senkrecht auf der Unterlage 14 steht. Auf- grund der Brennweite eines Objektivs 20 der Digitalkamera 17 ergibt sieht allerdings für die Modelle am Rand des aufgenom ¬ menen Bildes eine Blickrichtung , die bei ca. 75° zur Unterlage 14 liegt. Um trotz der perspektivischen Verzerrung infolge unterschiedlicher Betrachtungsrichtungen innerhalb des Bildes die Lage des Modells genau bestimmen zu können, wird mit der Digital ¬ kamera 17 mindestens ein weiteres Bild aus der strichpunk ¬ tiert dargestellten Position aufgenommen. Zum Bewegen der Ka- mera ist diese auf einem Stativ 21 befestigt. Alternativ
(nicht dargestellt) kann die Kamera auch von dem Fabrikplaner 16 gehalten und manuell ausgerichtet werden, ein Stativ ist in diesem Falle nicht notwendig. Die Bilddaten der Digitalkamera 17 werden in nicht darge ¬ stellter Weise in einem zweiten Planungsschritt von einem Planungsprogramm verarbeitet und in dem Raum 11 mittels eines an der Wand befindlichen Ausgabegerätes 22 in Form eines Bildschirms ausgegeben. Hierdurch ist für den Fabrikplaner 16 ein interaktives Agieren an dem Modellaufbau 13 möglich, wo ¬ bei Modifikationen an dem durch den Modellaufbau 13 repräsentierten Planungsergebnis sofort an dem Ausgabegerät 22 ange ¬ zeigt werden, so dass die intuitiv am Modellaufbau 13 erziel- ten Ergebnisse gleichzeitig einer Analyse durch das Planungs ¬ programm unterworfen werden können. Auf diese Weise sind kurzfristige Korrekturen möglich, wodurch eine effiziente Op ¬ timierung des Planungsergebnisses erfolgen kann. Das Ausgabegerät 22 ist durch einen Flachbildschirm ausgebil ¬ det. Alternativ zu diesem Ausgabegerät kann jedoch auch das Ausgabegerät 22a Verwendung finden. Hierbei handelt es sich um einen Projektor (Beamer) , mit dem ein Bildschirminhalt von schräg oben auf die Oberfläche des Tisches 12 geworfen werden kann. Hierbei können bei einer maßstabgetreuen Darstellung
Planungsalternativen des Planungsprogramms direkt mit den Mo ¬ dellen 15 auf den Tisch 12 korreliert werden, so dass dem Fabrikplaner 16 ein direkter Vergleich seiner Variante und der durch das Planungsprogramm vorgestellten Variante möglich ist. Durch die Projektionsrichtung von schräg oben muss das durch das Ausgabegerät 22a erzeugte Bild auf der Oberfläche des Tisches entzerrt werden, was allerdings durch gebräuchli ¬ che Optiken in dem Ausgabegerät 22a unproblematisch möglich ist. Die schräge Projektionsrichtung ist erforderlich, damit die Kamera 18 in dem projizierten Bild nicht als Schatten sichtbar wird.
Alternativ (nicht in Figur 1 dargestellt) ist es auch mög ¬ lich, auf eine fest installierte Kamera zu verzichten und die Bilder mit einer Kamera freihändig zu erstellen. In diesem
Fall kann der Beamer auch über dem Tisch mit senkrechter Ausrichtung montiert sein. In Figur 2 ist ein repräsentativer Ausschnitt des Modellauf ¬ baus 13 gemäß Figur 1 dargestellt. Auf der Unterlage 14 ist der Grundriss 23 der zu planenden Fabrikhalle zu erkennen. Auf der Unterlage ist weiterhin ein zweidimensionales Modell 24 und ein dreidimensionales Modell 25 von Fertigungseinrich ¬ tungen zu sehen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Ma ¬ schinen, Fertigungszellen oder auch erforderliche Freifläche wie Lagerzonen Pufferzone oder Wege handeln. Die Modelle 24, 25 sind auf bestimmten Stellen der Unterlage platziert und repräsentieren daher einen bestimmten Planungszustand in dem Prozess der Fabrikplanung.
Die Modelle 24, 25 sind mit Trägern 26 von Informationen versehen. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 handelt es sich um Träger optischer Informationen in Form eines zweidimensionalen Strichcodes. Die Informationen beinhalten eine Identi- fikationskennung für das jeweilige Modell, was auf diesem We ¬ ge eindeutig einer zu planenden Fertigungseinrichtung zuzuordnen ist, welche in dem Planungsprogramm mitsamt zusätzlih- cer Informationen wie resultierender Flächebedarf, Zugänglichkeit, Sicherheitsvorschriften usw. abgespeichert ist. Weiterhin enthalten Die Träger Informationen über deren Lage auf dem jeweiligen Modell. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 sind diese Lageinformationen beispielsweise in einem karthesischen Koordinatensystem x-y-z wie in Figur 2 eingezeichnet ausgedrückt. Da die Modelle auf der Unterlage auch verdreht werden können, gibt es weiterhin eine Koordinate φ, die den Drehwinkel der mit den Modellen verbundenen relativen Koordinatensysteme (nicht dargestellt) gegenüber einem orts- festen Koordinatensystem 28 der Unterlage um die senkrechte z-Achse ausdrückt.
Bei dem Modell 24 handelt es sich um ein zweidimensionales Modell, so dass in diesem Fall lediglich eine xi und eine yi Koordinate abgespeichert ist. Das Modell 25 wird als dreidi ¬ mensionales Modell durch die Koordinaten x 2 , y 2 , z 2 beschrie ¬ ben. Hierbei geben die Koordinaten jeweils die Lage des Mit ¬ telpunktes des jeweiligen Trägers 26 bezüglich des restlichen Modells an.
Die Winkelkoordinate φ kann nicht auf dem Träger abgespei ¬ chert werden. Sie muss vielmehr unter Berücksichtigung der Winkelstellung des Modells 24, 25 auf der Unterlage ermittelt werden. Zu diesem Zweck kann der Träger eine Ausrichtungsinformation aufweisen, deren Winkellage durch eine Bildverarbeitung des aufgenommenen Bildes gewonnen wird.
Weiterhin ist auf der Unterlage eine Marke 27 mit den Koordi- naten X3, y zum ortsfesten Koordinatensystem 28 vorgesehen.
Diese dient der Ausrichtung der Digitalkamera 17, so dass die Lage der Bildachse 19 bezüglich des ortsfesten Koordinatensystems 28 bekannt ist. Dies erleichtert die räumliche Ein ¬ ordnung der Modelle in dem Planungsprogramm. Zuletzt ist auf der Unterlage auch ein weiterer Träger 29 vorgesehen, der die Lage des ortsfesten Koordinatensystems 28 kennzeichnet.
Die Darstellung der Lagekennungen ist lediglich exemplarisch vorgenommen worden und kann auch auf anderem Wege erfolgen. Insbesondere können die angedeuteten Koordinaten auch in das Planungsprogramm direkt eingegeben werden, so dass eine Hinterlegung auf den Trägern nicht notwenig ist. In diesem Falle wird eine Verknüpfung der Lageinformationen mit den Modellen über die Identifikationskennung im Planungsprogramm vorgenom- men.
In den Figuren 3 und 4 sind beispielhaft zwei Ausgaben am Ausgabegerät 22 oder 22a dargestellt, wie sie durch ein ge ¬ eignetes Planungsprogramm generiert werden können. Wenn diese durch das Ausgabegerät 22a ausgegeben werden, erfolgt dies auf der flächigen Unterlage 14, wobei in den Figuren 3 und 4 die realen Modelle weggelassen wurden. Diese werden vielmehr direkt als Umrisse der Fertigungseinrichtungen 15a darge- stellt, wobei in der Ausgabe deren realer (körperlicher) Flächenbedarf erkennbar wird. Außerdem ist jeder Fertigungseinrichtung 15a ein relevanter Flächenbedarf 15b zugeordnet, der durch die Vorgaben der jeweiligen Fertigungseinrichtung 15a definiert ist. Weiterhin zeigt die Ausgabe des Planungspro- gramms Transportwege 31, welche unbedingt freigehalten werden müssen. Es sind auch Materialbereitstellflächen 32 vorgesehen, die als Pufferzonen für die Zwischenlagerung von Fertigungsgütern (Rohmaterialien, Werkstücke) dienen. Bei der Ausgabe gemäß Figur 3 handelt es sich zunächst um ei ¬ ne Ausgabe, die lediglich Kollisionen sichtbar machen soll. Dieses wird durch ein Gefahrensymbol 33 in Form eines Blitzes angezeigt. Außerdem entstehen Schnittflächen 34 zwischen den Bereichen des relevanten Flächenbedarfs 15b jeweils benach- barter Fertigungseinrichtungen 15a. Hierdurch kann der
Fabrikplaner 16 den Änderungsbedarf schnell erkennen.
Gemäß Figur 4 kann das Planungsprogramm weiterhin einen Korrekturvorschlag machen. Wie in Figur 4 unschwer zu erkennen ist, sind die Gefahren 33 gemäß Figur 3 eliminiert worden, indem die Fertigungseinrichtungen 15a verschoben wurden. Die unterschiedlichen Verschieberichtungen werden in der Ausgabe durch das Planungsprogramm durch kleine Doppelpfeile 35 ge ¬ kennzeichnet, damit die Korrektur für den Fabrikplaner 16 nachvollziehbar ist.
Auf Grundlage der Ausgabe gemäß Figur 4 kann das Planungspro ¬ gramm ohne große Probleme (wegen der maßstabsgerechten Darstellung) die erforderliche Gesamtfläche des Konzeptes er- rechnen. Die Gesamtfläche setzt sich zusammen aus der Verkehrsfläche, bestehend aus den Transportwegen 31, der Maschi ¬ nennutzfläche, bestehend aus dem relevanten Flächenbedarf 15b der Fertigungseinrichtungen 15a, der Logistikfläche, beste- hend aus der Materialbereitstellungsflächen 32 und der verbleibenden Restfläche. Hieraus können Kennzahlen abgeleitet werden, die eine Bewertung der Planungsalternative ermög ¬ lichen .