an einer Werkzeugmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks an einer Werkzeugmaschine, welches zur Erzielung des gleichen Bearbeitungsergebnisses auf mehrere mögliche Bearbeitungsvarianten bearbeitet werden kann. Unter einer Werkzeugmaschine wird im Rahmen der Erfindung jede Art von Werkzeugmaschine zum Bearbeiten von Werkstücken, also insbesondere auch eine Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung, zum Umformen oder zur Laserbearbeitung von Werkstücken verstanden. Bisher kann die bei der Bearbeitung eines oder mehrerer Werkstücke an der Werkzeugmaschine verbrauchte Energie allenfalls abgeschätzt werden. Aus dem abgeschätzten Energieverbrauch lassen sich die werkstückbezogenen Energiekosten ebenfalls nur abschätzen und daher auch nur bedingt als Grundlage für eine Kostenkalkulation nutzen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bei der Bearbeitung eines oder mehrerer Werkstücke an der Werkzeugmaschine verbrauchte Energie möglichst zu optimieren bzw. zu minimieren, sowie eine hierfür geeignete Werkzeugmaschine anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem

- vor der Bearbeitung eine Steuereinheit mithilfe einer Wissensdatenbank automati- siert für zumindest einige der mehreren möglichen Bearbeitungsvarianten den elektrischen Energieverbrauch und/oder den Gasverbrauch ermittelt und auf Basis dieser ermittelten Energie- und/oder Gasverbräuche automatisiert eine der einigen möglichen Bearbeitungsvarianten zur Bearbeitung auswählt,

- das Werkstück gemäß der ausgewählten Bearbeitungsvariante bearbeitet wird, und

- nach der Bearbeitung der tatsächliche elektrische Energieverbrauch und/oder der tatsächliche Gasverbrauch der ausgewählten Bearbeitungsvariante automatisiert in die Wissensdatenbank neu aufgenommen werden. Erfindungsgemäß werden die elektrischen Energie und/oder die Gaszuführungen zur Werkzeugmaschine und somit die Energie- und/oder Gasverbräuche überwacht, z.B. für

- Gase, wie Sauerstoff und Stickstoff, zum Laserschneiden oder -schweißen;

- Druckluft/Vakuum zum Betrieb der Pneumatik an einer Werkzeugmaschine, wie z.B. Klappen zum Teileausschleusen.

Anhand der gemessenen Verbrauchswerte kann der Energie- und/oder Gasverbrauch einer Werkzeugmaschine teile- oder auftragsbezogen sehr genau bestimmt werden, so dass eine separate Gasverbrauchsüberwachung entfallen kann. Der gemessene Energie- und/oder Gasverbrauch fließt in die Wissensbasis ein und wird nachfolgend zur Auswahl einer möglichst effizienten Bearbeitungsvariante herangezogen. Vorteilhaft wird der Verbrauch (Strom, Gas, bspw. Vakuum für Sauger oder Druckluft für Pneumatik) von Automatisierungskomponenten separat oder zusätzlich von der Werkzeugmaschine selbst bestimmt, so dass geprüft werden kann, ob es ef- fizienter ist, die Maschine maschinell oder manuell zu ent- bzw. beladen. Das Erfassen der Verbrauchswerte erfolgt automatisiert ohne Zutun des Bedienpersonals und insbesondere synchron zu der Bearbeitung der Werkstücke durch die Werkzeugmaschine, um einen exakten werkstückbezogenen Energieverbrauch und daraus die werkstückbezogenen Energiekosten ermitteln zu können. Beispielsweise können die bei der Bearbeitung eines Werkstücks angefallenen elektrischen Energiekosten aus den Energieverbrauchswerten am Bearbeitungsanfang und -ende, aus dem aktuellen Strompreis sowie ggf. auch aus der Anzahl der bearbeiteten gleichen Werkstücke ermittelt werden. Eine Überwachung der Verbrauchswerte ermöglicht auch eine Aussage über die

Versorgungsnetzqualität und erleichtert eine Inbetriebnahme und Fehlersuche an der Werkzeugmaschine. Diagnosedaten werden auf der Werkzeugmaschine bzw.

Steuereinheit gespeichert und können durch einen Servicemitarbeiter vor Ort oder über die Diagnose per Telefon bzw. Internet abgefragt werden.

Bevorzugt ermittelt vor der Bearbeitung die Steuereinheit mithilfe der Wissensdatenbank automatisiert für die einigen möglichen Bearbeitungsvarianten auch die zum Bearbeiten des Werkstücks jeweils erforderliche Bearbeitungsdauer und wählt die eine der einigen möglichen Bearbeitungsvarianten zur Bearbeitung automatisiert auch auf Basis dieser ermittelten Bearbeitungsdauer aus, also z.B. eine Bearbeitungsvariante mit einer möglichst kurzen Bearbeitungsdauer. Nach der Bearbeitung wird dann die tatsächliche Bearbeitungsdauer der ausgewählten Bearbeitungsvariante automatisiert in die Wissensbasis neu aufgenommen. Alternativ oder zusätzlich zur Bearbeitungsdauer ermittelt vor der Bearbeitung die Steuereinheit automatisiert für die einigen möglichen Bearbeitungsvarianten auch die aktuelle Prozessdauer, also die Summe aus Bearbeitungsdauer, der für einen Werkzeugwechsel erforderlichen Wechseldauer und der zum Be-/Entladen des Werkstücks erforderlichen Be- und Entladedauer, und wählt die eine der einigen mögli- chen Bearbeitungsvarianten zur Bearbeitung automatisiert auch auf Basis dieser ermittelten Prozessdauer aus, also z.B. eine Bearbeitungsvariante mit einer möglichst kurzen Prozessdauer. Bevorzugt können in den möglichen Bearbeitungsvarianten berücksichtigt werden:

- die Verwendung unterschiedlicher Schneidparameter (bspw. in Abhängigkeit von Gasart, Gasverbrauch, Bearbeitungsgeschwindigkeit, Bearbeitungsqualität („Slow&Safe" oder„Quick&Dirty");

- die Werkstückmaterialart (so ist es denkbar, ein höherwertiges Material einzuset- zen, wenn der Kunde damit einverstanden ist und wenn dieses eine effizientere

Bearbeitung erlaubt); und

- Varianten mit ausschließlich automatisiertem Be- und/oder Entladen des Werkstücks und Varianten mit manuellem Be- und/oder Entladen des Werkstücks. Besonders bevorzugt vergleicht die Steuereinheit automatisiert die einigen möglichen Bearbeitungsvarianten bezüglich der Kosten ihrer jeweils ermittelten Energie- und/oder Gasverbräuche miteinander und wählt automatisiert insbesondere die kostengünstigste Bearbeitungsvariante zur Bearbeitung aus. Damit wäre es auch möglich, die Effizienz einer Bearbeitungsvariante in Abhängigkeit der aktuellen Stromkos- ten (z.B. Unterschiede Tag/Nacht, oder durch Informationen aus dem„Smart Grid") zu berechnen.

Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, welches Codemittel aufweist, die zum Durchführen aller Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ange- passt sind, wenn das Programm auf der Steuereinheit abläuft.

Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt auch die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Werkzeugmaschine zum Bearbeiten von Werkstücken, mit einer Energiemesseinrichtung zum Messen der bei einer Werk- Stückbearbeitung verbrauchten elektrischen Energie, und/oder mit einer Gasmesseinrichtung zum Messen der bei der Werkstückbearbeitung verbrauchten Gasmenge, mit einer Wissensdatenbank, in der der elektrische Energieverbrauch und/oder der Gasverbrauch von unterschiedlichen Bearbeitungsvarianten bei der Bearbeitung von Werkstücken gespeichert sind, und mit einer Steuereinheit, die programmiert ist, vor der Bearbeitung mithilfe der Wissensdatenbank automatisiert für zumindest einige der mehreren möglichen Bearbeitungsvarianten den elektrischen Energieverbrauch und/oder den Gasverbrauch zu ermitteln und auf Basis dieser ermittelten Energie- und/oder Gasverbräuche automatisiert eine der einigen möglichen Bearbeitungsvari- anten zur Bearbeitung auszuwählen, das Werkstück gemäß der ausgewählten Bearbeitungsvariante zu bearbeiten und nach der Bearbeitung automatisiert den gemessenen elektrischen Energieverbrauch und/oder den gemessenen Gasverbrauch der ausgewählten Bearbeitungsvariante in die Wissensdatenbank neu aufzunehmen. Die Steuereinheit kann besonders einfach in die Werkzeugmaschinensteuerung integriert sein, beispielsweise als ein Softwaremodul.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigte und beschriebene Ausführungsform ist nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern hat vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine 1 zur Bearbeitung von Werkstücken 2. Bei der Werkzeugmaschine 1 kann es sich beispielsweise um eine Laserbearbeitungsmaschine, eine Laserschweißmaschine oder eine kombinierte Stanz-/Laserschneidmaschine handeln. Die Werkzeugmaschine 1 weist bei- spielsweise einen C0 ₂ -Laser, Diodenlaser oder Festkörperlaser als Laserstrahlerzeuger 3 auf. Die Werkzeugmaschine 1 wird darüber hinaus mit Prozessgas 4 (z.B. Sauerstoff oder Stickstoff) versorgt, das zusammen mit dem Laserstrahl 5 des Laserstrahlerzeugers 3 aus einem relativ zum Werkstück 2 verfahrbaren Bearbeitungskopf 6 zur Bearbeitung des Werkstücks 2 austritt.

Die Werkzeugmaschine 1 weist in ihrer elektrischen Energieversorgung 7 (z.B. Dreiphasenwechselstrom-Energieeinspeisung) eine Energiemesseinrichtung 8 zum Messen der bei einer Werkstückbearbeitung verbrauchten elektrischen Energie sowie in ihrer Prozessgaszuführung 9 eine Gasmesseinrichtung 10 zum Messen der bei der Werkstückbearbeitung verbrauchten Prozessgasmenge auf. Die Werkzeugmaschine 1 umfasst weiterhin eine Steuereinheit (Maschinensteuerung) 11 , die den Bearbeitungskopf 6 zur Bearbeitung des Werkstücks 2 entsprechend verfährt, und eine Wissensdatenbank 12, in der der elektrische Energieverbrauch und der Gasverbrauch von unterschiedlichen Bearbeitungsvarianten bei der Bearbeitung von Werkstücken 2 gespeichert sind. Da die Messung bereits an der Energie- und Gaseinspeisung erfolgt, wird der Gesamtverbrauch der Werkzeugmaschine 1 , inklusive Laserstrahlerzeuger 3 und Steuereinheit 1 1 , erfasst. Zum Bearbeiten eines Werkstücks 2, welches zur Erzieiung des gleichen Bearbeitungsergebnisses auf mehrere mögliche Bearbeitungsvarianten an der Werkzeugmaschine 1 bearbeitet werden kann, werden - gesteuert von der entsprechend programmierten Steuereinheit 11 - die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:

- Vor der Bearbeitung ermittelt die Steuereinheit 1 1 mithilfe der Wissensdatenbank 12 automatisiert für zumindest einige der mehreren möglichen Bearbeitungsvari- anten den elektrischen Energieverbrauch und den Gasverbrauch und wählt auf Basis dieser ermittelten Energie- und Gasverbräuche automatisiert eine der einigen möglichen Bearbeitungsvarianten zur Bearbeitung aus. Besonders bevorzugt vergleicht die Steuereinheit 1 1 automatisiert die einigen möglichen Bearbeitungs- Varianten bezüglich der Kosten ihrer jeweils ermittelten Energie- und Gasverbräuche miteinander und wählt automatisiert möglichst die kostengünstigste Bearbeitungsvariante zur Bearbeitung aus.

- Danach wird das Werkstück 2 gemäß der ausgewählten Bearbeitungsvariante bearbeitet.

- Abschließend werden nach der Bearbeitung automatisiert der tatsächliche elektrische Energieverbrauch und der tatsächliche Gasverbrauch der ausgewählten Bearbeitungsvariante in die Wissensdatenbank 12 neu aufgenommen.

Zusätzlich zu den Energie- und Gasverbräuchen kann vor der Bearbeitung die Steuereinheit 1 1 mithilfe der Wissensdatenbank 12 automatisiert für die einigen möglichen Bearbeitungsvarianten auch die zum Bearbeiten des Werkstücks jeweils erforderliche Bearbeitungsdauer ermitteln und automatisiert die eine der einigen möglichen Bearbeitungsvarianten zur Bearbeitung auch auf Basis dieser ermittelten Bearbeitungsdauer auswählen, also z.B. eine Bearbeitungsvariante mit einer möglichst kurzen Bearbeitungsdauer. Nach der Bearbeitung wird dann die tatsächliche Bearbeitungsdauer der ausgewählten Bearbeitungsvariante automatisiert in die Wissensbasis 12 neu aufgenommen. Auch kann vor der Bearbeitung die Steuereinheit 11 automatisiert für die einigen möglichen Bearbeitungsvarianten die Prozessdauer, also die Summe aus Bearbeitungsdauer, der für einen Werkzeugwechsel erforderlichen Wechseldauer und der zum Be-/Entladen des Werkstücks erforderlichen Be- und Entladedauer, ermitteln und automatisiert die eine der einigen möglichen Bearbeitungsvarianten zur Bearbei- tung auch auf Basis dieser ermittelten Prozessdauer auswählen, also z.B. eine Bearbeitungsvariante mit einer möglichst kurzen Prozessdauer.

Als„Nebenprodukt" der Strom- und Gasflussmessung kann z.B. die Versorgungsnetzqualität auf Stromschwankungen oder Aussetzer überwacht/mitgeloggt werden und so zur Fehleranalyse herangezogen werden, bspw. bei Maschinenausfall oder Produktion von Ausschuss.

Obwohl in Fig. 1 als ein Teil der Werkzeugmaschine 1 dargestellt, können die Messeinrichtungen 8, 10 auch getrennt von der Werkzeugmaschine 1 angeordnet sein.

Anders als im beschriebenen Ausführungsbeispiel, bei dem der elektrische Energieverbrauch und der Gasverbrauch gemessen werden und die Bearbeitungsvariante anhand dieser beiden gemessenen Verbrauchswerte ausgewählt wird, ist es erfindungsgemäß auch möglich, nur den elektrischen Energieverbrauch oder nur den Gasverbrauch zu messen und die Bearbeitungsvariante anhand dieses einen gemessenen Verbrauchswertes auszuwählen.