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Die Erfindung betrifft Verfahren zur Visualisierung von umweltrelevanten Eigenschaften von Produktionseinheiten eines Produktionsprozesses durch einen elektronischen Rechner. Bei diesem Verfahren werden folgende Schritte durchgeführt. Von jeder zu betrachtenden Produktionseinheit wird ein Datensatz erzeugt. Dies bedeutet, dass Daten der Produktionseinheit jeweils in mindestens einem Datensatz abgelegt werden. Es können allerdings auch mehrere Datensätze pro Produktionseinheit erzeugt werden. Bei einem nächsten Schritt werden die Datensätze jeweils mit mindestens einem Wert für die umweltrelevante Eigenschaft der betreffenden Produktionseinheit befällt. Dann werden die Datensätze in einer Ausgabeeinheit derart ausgegeben, dass in der Ausgabe einer Zuordnung des jeweiligen Wertes für die umweltrelevante Eigenschaft zur zugehörigen Produktionseinheit erkennbar ist.
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Bei dem Verfahren wird von einem Layout für eine Fabrikplanung ausgegangen. Der Prozess der Fabrikplanung beinhaltet die Auswahl und die Anordnung und technische Verknüpfung von technischen Produktionseinheiten, so dass ein Produktionsprozess mit den ausgewählten Produktionseinheiten ausgeführt werden kann. Hierbei kann der in Frage stehende Produktionsprozess in vieler Hinsicht optimiert werden. Dabei wird das Argument der Nachhaltigkeit von Produktionsprozessen immer wichtiger. Die Weichenstellung für nachhaltige Produktionsprozesse, die sich technisch gegenüber anderen Produktionsprozessen auf Dauer durchsetzen können, muss bereits im Stadium der Fabrikplanung berücksichtigt werden. Hierzu ist es notwendig, die Vorgaben eines Produktionsprozesses in ein Fabrik-Layout umzusetzen und dieses hinsichtlich von umweltrelevanten Eigenschaften möglichst nachhaltig zu gestalten. Ist ein optimales Fabrik-Layout gefunden worden, kann dieses anschließend umgesetzt werden.
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Die Berücksichtigung der technischen Rahmenbedingungen für die Umsetzung eines solchen Fabrik-Layouts ist allerdings außerordentlich komplex, so dass bei der Fabrikplanung Hilfsmittel zum Einsatz kommen, die solche Zusammenhänge visualisieren. Beispielsweise stellt die ifu Hamburg ein solches Verfahren zur Verfügung, welches mit dem Programmprodukt e!sankey
® unterstützt wird. Mit diesem Programm lassen sich beispielsweise Flussdiagramme wie Sankey-Diagramme erstellen, in denen beispielsweise die Kohlendioxidentwicklung von Prozessen (CO
2-footprint) oder der Energieverbrauch oder der Wirkungsgrad (also der Energieverlust) visualisiert werden. Dies gibt dem Fabrikplaner leicht auswertbare Informationen an die Hand, die er in seine Entscheidungen einfließen lassen kann. Allerdings bleibt die Aufgabe der Fabrikplanung dennoch komplex, wobei sich insbesondere der Planungsschritt, die Produktionseinheiten in geeigneter Weise in der geplanten Fertigungsstätte aufzustellen, einen losgelösten Prozessschritt darstellt. Dieser Prozessschritt kann ebenfalls durch rechnergestützte Planungsverfahren unterstützt werden, wie diese beispielsweise gemäß der
WO 2010/086261 A1 beschrieben werden. Es kann dabei ein Modellaufbau verwendet werden, oder eine direkte Eingabe in ein Planungsprogramm erfolgen, wobei eine virtuelle Darstellung des Planungs-Layouts eine Bewertung verschiedener Varianten erleichtert. Vorzugsweise werden hierzu dreidimensionale Darstellungen des Fabrik-Layouts genutzt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Visualisierung von umweltrelevanten Eigenschaften von Produktionseinheiten eines Produktionsprozesses anzugeben, bzw. einen maschinenlesbaren Programmscode anzugeben, der für die Durchführung eines solchen Verfahrens geeignet ist bzw. ein Speichermedium mit einem solchen maschinenlesbaren Programmcode anzugeben, mit dem die Unterstützung eines Fabrikplaners hinsichtlich der Berücksichtigung von umweltrelevanten Aspekten der Fabrikplanung besser unterstützt wird.
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Diese Aufgabe wird mit dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Datensätze der betreffenden Produktionseinheiten jeweils mit Daten der räumlichen Lage der betreffenden Produktionseinheiten befüllt werden und die Datensätze dann derart ausgegeben werden, dass in der Ausgabe eine maßstabgerechte räumliche Anordnung der Produktionseinheiten erkennbar ist. Die Datensätze mit den Daten der räumlichen Lage der betreffenden Produktionseinheit müssen dieser betreffenden Produktionseinheit eindeutig zugeordnet werden können. Es kann sich dabei um die Datensätze handeln, die auch mit der umweltrelevanten Eigenschaft der betreffenden Produktionseinheit befüllt werden. Es können für die räumliche Lage aber auch zusätzliche Datensätze geschaffen werden, wobei sowohl diese Datensätze wie auch die Datensätze mit den umweltrelevanten Eigenschaften eindeutig den Produktionseinheiten zugeordnet werden können. Durch die eindeutige Zuordnung ist somit erfindungsgemäß vorteilhaft eine Verknüpfung der Informationen mit Umweltrelevanz und der Information zur räumlichen Lage der Produktionseinheiten möglich. Dies ermöglicht es, die umweltrelevanten Eigenschaften der Produktionseinheiten in Abhängigkeit der Lage der Produktionseinheiten in der Fertigung darzustellen, so dass Zusammenhänge visualisiert werden, welche sich aus der Konfiguration der Produktionseinheiten untereinander ergeben. Diese Zusammenhänge können aber durch Modifikation des Fabrik-Layouts beeinflusst werden, wobei der Fabrikplaner durch Visualisierung dieser Zusammenhänge auf einfache Weise die Auswirkungen einer Modifikation erfassen kann, die ihm sonst evtl. verborgen bliebe. Hierdurch wird vorteilhaft der Planungsprozess verbessert und das Auffinden optimaler Lösungen vereinfacht. Im Ergebnis lassen sich Fabrik-Layouts erstellen, die hinsichtlich umweltrelevanter Aspekte (beispielsweise Aspekte der Nachhaltigkeit) gewöhnlichen Fabrik-Layouts technisch überlegen sind.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Datensätze auch mit Daten der räumlichen Ausdehnung der betreffenden Produktionseinheit befüllt werden. Dies hat den Vorteil, dass nicht nur die Lage der Produktionseinheiten zueinander erfassbar ist, sondern auch dargestellt werden kann, wie groß die Zwischenräume zwischen den Produktionseinheiten sind, da die räumliche Ausdehnung in der Ausgabe beispielsweise dreidimensional dargestellt werden kann. Hierdurch ergeben sich auch weitere Zusammenhänge zu den umweltrelevanten Eigenschaften, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt werden können.
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Erfolgt die Lösung der Aufgabe mit dem eingangs genannten maschinenlesbaren Programmcode, so ist Voraussetzung, dass dieser eine Eingabevorrichtung zur Befüllung von Datensätzen ansteuern kann und ebenso eine Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe dieser Datensätze ansteuern kann, so dass das erfindungsgemäße Verfahren mit diesem Programmcode automatisiert durchgeführt werden kann. Der Programmcode kann beispielsweise zur Eingabe der relevanten Daten auffordern, die ein Fabrikplaner beispielsweise mittels einer Tastatur eingeben kann. Die Ausgabe kann beispielsweise an einem Bildschirm erfolgen. Hierbei erfolgt im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Datenverarbeitung, die eine Ausgabe der in den Datensätzen befindlichen Informationen nach festgelegten Standards ermöglicht. Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch ein Speichermedium, auf dem der maschinenlesbare Programmcode gespeichert ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Werte für die umweltrelevante Eigenschaft der betreffenden Produktionseinheit der Energiebedarf (z. B. Strom oder Druckluft) und/oder der Medienbedarf (z. B. Wasser, Schmiermittel, Kühlmittel) und/oder die Wärmeentwicklung und/oder der Kühlungsbedarf und/oder die Kohlendioxidentwicklung dieser Produktionseinheit verwendet werden. Hierbei handelt es sich also um umweltrelevante Eigenschaften, die in erster Linie den Material- und Energiefluss berücksichtigen, der mit den betreffenden Produktionseinheiten verknüpft ist. Dabei geht es einerseits um Verbrauchsaspekte der Produktionseinheiten, also den Energiebedarf oder den Wasserbedarf oder auch andere Materialien, die beispielsweise bearbeitet werden (in die Produktionseinheit hinein). Andererseits gibt es umweltrelevante Eigenschaften, die einen Stoff- oder Energiefluss aus der betreffenden Produktionseinheit heraus beschreiben. Beispielsweise der Aspekt der Wärmeentwicklung bzw. der Kohlendioxidentwicklung.
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Anhand der oben angegebenen Eigenschaften kann beispielhaft erläutert werden, wie die Anordnung von Produktionseinheiten diese umweltrelevanten Eigenschaften beeinflussen kann. Wird beispielsweise eine Produktionseinheit mit erhöhtem Kühlungsbedarf direkt neben einer Produktionseinheit mit hoher Wärmeentwicklung platziert, so entsteht ein Energiefluss zwischen diesen beiden Produktionseinheiten. Die Wärmeentwicklung der einen Produktionseinheit führt zu einer Erwärmung der anderen Produktionseinheit und damit auch zur Erhöhung des Kühlungsbedarfs, für die Kühlung muss jedoch Energie aufgebracht werden, so dass hierdurch der zu planende Produktionsprozess einen höheren Gesamtenergiebedarf aufweist. Dieser kann z. B. zustande kommen, weil eine Produktionseinheit, die einen Kühlkreislauf unterhält, einen höheren Energiebedarf hat. Hierdurch steigt beispielsweise auch die umweltrelevante Eigenschaft der Kohlendioxidentwicklung dieser Produktionseinheit. In diesem Zusammenhang soll erwähnt werden, dass der Begriff Produktionseinheiten im Rahmen dieser Erfindung im weitesten Sinne verstanden werden soll. Es handelt sich hierbei nicht lediglich um die Einheiten, die an der Herstellung eines Produktes direkt beteiligt sind, sondern auch um Einheiten, die für die Durchführung des gesamten Produktionsprozesses erforderlich sind. Am Beispiel der Kühlungseinheit stellt diese das zuverlässige Funktionieren der zu kühlenden Produktionseinheit sicher und ist somit indirekt am Produktionsprozess beteiligt.
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Eine andere Möglichkeit bezüglich des genannten Beispiels besteht darin, die Maschine mit großer Wärmeentwicklung an einem Ort aufzustellen, wo diese Wärme in dem betreffenden Produktionsprozess prozessbedingt zum Einsatz kommen kann. Dadurch kann eine Produktionseinrichtung eingespart oder mit einem geringeren Energieverbrauch dimensioniert werden, welche ansonsten die Wärme für den Produktionsprozess an dieser Stelle zur Verfügung stellen müsste. Auch hierdurch wird vermieden, dass in dem zu optimierenden Produktionsprozess unnötig Energie verschwendet wird und die Emission von Kohlendioxid unnötig steigt.
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Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als Werte für die umweltrelevante Eigenschaft der betreffenden Produktionseinheit die verbleibende Lebensdauer und/oder der Wartungsbedarf dieser Produktionseinheit verwendet werden.
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Hierbei handelt es sich um umweltrelevante Eigenschaften der betreffenden Produktionseinheiten, die nicht direkt mit dem Produktionsablauf zu tun haben. Allerdings können auch diese im Fabrikplanungsprozess Berücksichtigung finden und evtl. zu Lösungen führen, die aufgrund der Berücksichtigung übergreifender umweltrelevanter Aspekte nachhaltiger sind. Beispielsweise kann es aus Gründen der Nachhaltigkeit sinnvoll sein, gebrauchte Produktionseinheiten, deren Ende der Lebensdauer bald erreicht ist, die jedoch in dem Planungskonzept noch Verwendung finden sollen, alle in einem bestimmten Bereich der Fertigungseinrichtung anzuordnen. Müssen diese dann durch modernere Produktionseinrichtungen ersetzt werden, so betrifft dies dann nur den besagten Teil der Fertigungsstätte, so dass nur dieser Bereich neu geplant werden muss. Die restliche Fertigungsstätte muss nicht umgestaltet werden, wodurch auch ein umweltrelevanter Aufwand eingespart (Energieverbrauch, Materialverbrauch aufgrund von Umbauten usw.). Auch der Wartungsbedarf erzeugt einen gewissen Verbrauch an Material (beispielsweise Betriebsflüssigkeiten) und Energie (beispielsweise Anfahrt des Wartungsingenieurs), so dass derartige Aspekte als umweltrelevante Eigenschaft von Produktionseinrichtungen ausgewertet werden können.
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Die Berücksichtigung der oben angegebenen umweltrelevanten Eigenschaften führt dazu, dass das entstehende Fabrik-Layout evtl. von einem optimierten Fabrik-Layout abweicht, welches beispielsweise lediglich die Materialflüsse zwischen den Produktionseinheiten berücksichtigt. Greift man das oben genannte Beispiel auf, dass eine Produktionseinheit mit erhöhtem Kühlungsbedarf nicht neben einer Produktionseinheit mit erhöhter Wärmeentwicklung stehen soll, kann es beispielsweise passieren, dass dadurch der Materialfluss (beispielsweise ein Fließband) zwischen den Fertigungseinrichtungen komplexer wird. Weitere Wege würden beispielsweise einen erhöhten Energiebedarf für die Förderung erzeugen, so dass dieser in der Lösung wiederum gegengerechnet werden muss. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Transporteinrichtungen als eigene Produktionseinheit in dem Konzept berücksichtigt werden, und deren umweltrelevanten Eigenschaften (beispielsweise der oben genannte erhöhte Energieverbrauch) gegen die Vorteile einer bestimmten Anordnung von Produktionseinheiten ins Verhältnis gesetzt werden.
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Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Datensätze dahingehend modifiziert werden, dass die räumliche Lage und/oder die umweltrelevante Eigenschaft der betreffenden Produktionseinheit geändert werden. Anschließend erfolgt erneut eine Ausgabe der Datensätze dahingehend, dass in der Ausgabe eine maßstabgerechte räumliche Anordnung der Einheiten erkennbar ist. Diese verwendet insbesondere denselben Maßstab wie die vorhergehende Ausgabe der Datensätze. Dadurch wird es vorteilhaft ermöglicht, dass in der erneuten Ausgabe eine Zuordnung des jeweiligen Wertes für die umweltrelevante Eigenschaft zur zugehörigen Einheit möglich ist und gleichzeitig deren Änderung aufgrund des Modifizierens der Datensätze erkennbar wird. Damit diese erkennbar wird, können unterschiedliche Darstellungsverfahren angewendet werden. Beispielsweise kann die alte Ausgabe noch erkennbar sein, indem diese beispielsweise halbtransparent dargestellt wird, wobei die neue Ausgabe in der Darstellung stärker zu Tage tritt. Hierdurch wird dem Fabrikplaner sofort der Unterschied deutlich, indem dieser in der Ausgabe in geeigneter Weise visualisiert wird. Auch ist es möglich, die Änderung in Form von Zahlenwerten beispielsweise am Rande der betreffenden Produktionseinheit auszugeben und damit sichtbar zu machen. Hierdurch lässt sich der Optimierungsprozess vorteilhaft beschleunigen. Insbesondere ist es auch möglich, dass in dem Verfahren durch den Rechner automatisch Alternativen berechnet werden, die zu einer Verbesserung bestimmter umweltrelevanter Eigenschaften führen. Beispielsweise kann das Programm aus einer Bibliothek bestimmte Produktionseinheiten auswählen, die einen geringeren Energiebedarf haben. Auch kann eine Anordnung hinsichtlich bestimmter umweltrelevanter Aspekte modifiziert werden, so dass hinsichtlich eines bestimmten Aspektes eine optimale Anordnung erzielt wird. Der Fabrikplaner kann dann überprüfen, ob andere Aspekte, die ebenfalls in die Fabrikplanung einfließen, dabei zu stark in den Hintergrund gerückt wurden und dann Korrekturen vornehmen. Für eine automatische Optimierung und Modifizierung der Anordnung der Produktionseinheiten können gebräuchliche Algorithmen zur Anwendung kommen. Hierzu können verfügbare Simulationsprogramme ausgewählt werden, die am Markt erhältlich sind.
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Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein zusätzlicher Datensatz erzeugt wird, der die räumlichen Gegebenheiten der Fertigungsstätte enthält. Dies ermöglicht es vorteilhaft, die Gegebenheiten der Fertigungsstätte bei dem Verfahren zur Visualisierung in idealer Weise zu berücksichtigen. Hier können auch Randbedingungen festgelegt werden, die beispielsweise durch die räumlichen Gegebenheiten der Fertigungsstätte vorgegeben sind. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn das Gebäude der Fertigungsstätte bereits existiert und nicht neu gebaut wird, so dass diese Rahmenbedingungen für eine optimale Kompromisslösung unter Einsatz der bereits vorhandenen Gegebenheiten genutzt werden können. Beispielsweise können in der vorhandenen Fertigungsstätte bereits Leitungen verlegt worden sein. Andere bauliche Gegebenheiten wie Stützpfeiler, Tragbalken, Fenster und Eingänge sowie Ausgänge können ebenfalls berücksichtigt werden.
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Gemäß einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zusätzliche Datensatz mit mindestens einem Wert für eine umweltrelevante Eigenschaft der betreffenden Fertigungsstätte befüllt wird. Hierdurch können auch Umweltaspekte Berücksichtigung finden, die durch die Fertigungsstätte gegeben sind. Beispiele hierfür könnte eine Energieversorgung sein, die Möglichkeiten einer Wärmeabführung, eine Wasserversorgung, wie z. B. ein nahe liegender Fluss bei einem Kraftwerk, oder die Verkehrsanbindung, die für den Abtransport bzw. die Zulieferung von Stoffen für den Fertigungsprozess von Bedeutung sind und somit den Energieverbrauch der Produktion eines bestimmten Produktes direkt beeinflussen. Hierdurch kann vorteilhaft eine weitere Optimierung des Produktionsprozesses erfolgen, indem die Systemgrenzen des betrachteten Systems erweitert werden.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die Datensätze der Produktionseinheiten jeweils mit den Daten der räumlichen Lage dadurch befüllt werden, dass auf einem maßstabgerechten Plan der Fertigungsstätte platzierte Modelle dieser Produktionseinheiten mit einem Sensor erfasst werden. Die vom Sensor erzeugten Messdaten können dann durch den Rechner automatisiert ausgewertet und in die Daten der räumlichen Lage der Produktionseinheiten umgewandelt werden. Hierdurch wird die Eingabe bestimmter Anordnungen bedeutend erleichtert und kann über beispielsweise dreidimensionale Modelle intuitiv erfolgen. Hierdurch ist es möglich, auch Personen in den Fabrikplanungsprozess einzubeziehen, die sich mit den rechnergestützten Anwendungen nicht auskennen. Die Daten werden dann automatisiert in die betreffenden Datensätzen der Produktionseinheiten übernommen und können dann in der bereits beschriebenen Weise am Ausgabegerät ausgegeben werden. Das Verfahren zur Eingabe der Datensätze durch Platzierung von Modellen auf dem maßstabsgerechten Plan der Fertigungsstätte ist in der oben genannten
WO 2010/086261 A1 detailliert beschrieben und kann in der dort beschriebenen Weise erfolgen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Darstellung des jeweiligen Wertes für die umweltrelevante Eigenschaft grafisch erfolgt. Hierbei wird der Betrag des Wertes maßstabsgerecht durch die Größe des verwendeten grafischen Darstellungselementes dargestellt. Die Zuordnung des grafischen Darstellungselementes zur zugehörigen Produktionseinheit erfolgt ebenfalls grafisch. Dies ermöglicht eine einfache und übersichtliche Auswertung der Planungsvariante durch Einsichtnahme in die Darstellung, da die Werte betragsmäßig schnell erfasst werden können und eine Zuordnung zu der betreffenden Produktionseinheit der Ausgabe ebenfalls leicht zu entnehmen ist. Beispielsweise kann die Planungsvariante der Fertigungsstätte dreidimensional dargestellt werden, wobei der Betrag des Wertes durch das Volumen des grafischen Darstellungselementes ebenfalls dreidimensional dargestellt wird und eine Zuordnung über Bezugslinien zu den ebenfalls dreidimensional dargestellten Produktionseinheiten erfolgt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die grafischen Darstellungselemente dreidimensionale Körper sind, insbesondere einfache Geometrien aufweisen, wie z. B. Kugeln, Zylinder oder Quader. Diese unterschiedlichen Darstellungselemente können auch zur Unterscheidung unterschiedlicher umweltrelevanter Eigenschaften Verwendung finden. Auch kann vorteilhaft vorgesehen werden, dass zur Unterscheidung der grafischen Darstellungselemente diese in unterschiedlicher Farbe dargestellt werden. Die unterschiedliche Farbe und unterschiedliche Formen können einerseits dazu verwendet werden, verschiedene umweltrelevante Eigenschaften voneinander unterscheidbar zu machen. Eine Verwendung unterschiedlicher Formen und Farben ist allerdings auch möglich, um z. B. die Zuordnung zu bestimmten Produktionseinheiten einfacher zu gestalten. Beispielsweise können jede Produktionseinheit und die dazugehörigen Darstellungselemente jeweils in derselben Farbe dargestellt werden, wodurch eine grafische Zuordnung der Darstellungselemente zu den zugehörigen Produktionseinheiten möglich wird.
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Um eine Unterscheidung unterschiedlicher umweltrelevanter Eigenschaften zu ermöglichen, ist es natürlich auch möglich, diese in unterschiedlichen Darstellungsvarianten bei der Ausgabe vorzusehen. Es werden also mehrere Layer definiert, die angewählt werden können, um bei der grafischen Ausgabe unterschiedliche umweltrelevante Eigenschaften unabhängig voneinander darstellen zu können.
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Alternativ kann auch vorgesehen werden, dass die Darstellung des jeweiligen Wertes für die umweltrelevante Eigenschaft grafisch dahingehend erfolgt, dass zumindest der Wert, bevorzugt auch weitere Eigenschaften in einem grafischen Darstellungselement als Textausgabe dargestellt wird und die Zuordnung des grafischen Darstellungselementes zur zugehörigen Produktionseinheit ebenfalls grafisch erfolgt. Der Text kann beispielsweise in Fenstern ausgegeben werden, die sich in der oben bereits beschriebenen Weise den einzelnen Produktionseinheiten zuordnen lassen. Die Textausgabe kann selbstverständlich auch auf den oben bereits beschriebenen dreidimensionalen grafischen Darstellungselementen erfolgen, indem deren Außenfläche in geeigneter Weise beschriftet wird.
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Eine mögliche Zuordnung der grafischen Darstellungselemente zu den zugehörigen Produktionseinheiten ist dadurch gegeben, dass das jeweilige Darstellungselement scheinbar schwebend oberhalb oder neben oder auch unterhalb der zugehörigen Produktionseinheit angeordnet werden kann. Durch eine eindeutige geometrische Beziehung, beispielsweise einem Schweben immer in derselben Höhe oberhalb der betreffenden Produktionseinrichtung, kann eine Zuordnung durch den Betrachter schnell und sicher vorgenommen werden. Außerdem ist damit auch intuitiv eine räumliche Beziehung der Darstellungselemente untereinander auswertbar. Betrachtet man beispielsweise die Wärmeentwicklung aller Produktionseinheiten und stellt diese als Kugeln oberhalb der betreffenden Produktionseinheiten dar, so lässt grafisch schnell ermitteln, wo in der Fertigungsstätte insgesamt die meiste Wärme anfallen wird. Hierdurch kann beispielsweise das Problem einer richtigen Belüftung der Fertigungsstätte in einfacher Weise vorab bereits gelöst werden.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die grafischen Darstellungselemente durch Anwählen der betreffenden Darstellung der Produktionseinheit sichtbar und unsichtbar gemacht werden können. Dies ist beispielsweise möglich, wenn mit einem Mauszeiger auf dem Bildschirm auf die betreffenden Produktionseinheiten geklickt werden kann. Dies kann beispielsweise das Öffnen eines Kontextmenüs bewirken, wo die verschiedenen darstellbaren umweltrelevanten Eigenschaften angezeigt werden, so dass die aktuell interessierende Eigenschaft ausgewählt und anschließend dargestellt werden kann. Hierdurch erhält der Benutzer ein benutzerfreundliches Interface, welches ihm die Auswertung der Ausgabe erleichtert.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen
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1 die Anwendung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Raum, wobei die Eingabe intuitiv über dreidimensionale Modelle erfolgt,
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2 schematisch die Schnittstellen eines Ausführungsbeispiels eines Programmcodes, welches zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist,
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3 schematisch eine zweidimensionale Ausgabe der Datensätze gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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4 schematisch die zweidimensionale Ausgabe von Datensätzen, die gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt wurden und
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5 schematisch die dreidimensionale Darstellung der Datensätze, die gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt wurden.
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In 1 ist ein Raum 11 dargestellt, in dem das erfindungsgemäße Planungsverfahren zur Visualisierung der umweltrelevanten Eigenschaften 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 Produktionseinheit aufgestellt ist. Die Unterlage stellt in nicht dargestellter Weise den Umriss einer Fertigungsstätte in Form einer Werkshalle dar. Ein erster Schritt besteht in der Eingabe der Daten der räumlichen Lage der betreffenden Produktionseinheit 15. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Fabrikplaner 16 manuell das Modell 15 an seinen richtigen Platz stellt. Weitere Modelle (nicht dargestellt) und weitere Personen (ebenfalls nicht dargestellt) können sich an dieser Planungsphase beteiligen.
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Während dieser Planungsphase nimmt eine Digitalkamera 17 mittels eines Bildsensors 18 in regelmäßigen Zeitabständen oder nach Bedarf Aufnahmen (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 (nicht dargestellt, oder möglich ist auch eine Variante mit geneigter Bildachse). Aufgrund der Brennweite eines Objektivs 20 der Digitalkamera 17 ergibt sich allerdings für die Modelle am Rand des aufgenommenen Bildes eine Blickrichtung α, die bei ca. 75° zur Unterlage 14 liegt.
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Um trotz der perspektivischen Verzerrung infolge unterschiedlicher Betrachtungsrichtungen innerhalb des Bildes die Lage des Modells genau bestimmen zu können, wird mit der Digitalkamera
17 mindestens ein weiteres Bild aus der strichpunktiert dargestellten Position aufgenommen. Die Kamera kann mittels eines Stativs
21 bewegt werden. Der genaue Ablauf des oben beschriebenen Verfahrens kann der bereits genannten
WO 2010/086261 A1 entnommen werden. Die Bilddaten der Digitalkamera
17 werden in nicht dargestellter Weise in einem weiteren Schritt 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 ein interaktives Agieren an dem Modellaufbau möglich, wobei bei Modifikationen an dem durch den Modellaufbau
13 präsentierten Planungsergebnis sofort oder zeitversetzt an dem Ausgabegerät
22 angezeigt werden, so dass die intuitiv am Modellaufbau erzielten Ergebnisse gleichzeitig einer Analyse durch das Planungsprogramm unterworfen werden können. Es sind also gleichzeitig kurzfristige Korrekturen durch den Fabrikplaner möglich sowie eine Berechnung vorteilhafter Planungsalternativen und Vorschläge durch das Planungsprogramm.
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Bei der Ausgabe werden gleichzeitig die umweltrelevanten Eigenschaften berücksichtigt, die in den Datensätzen für die betreffenden Produktionseinheiten abgelegt sind. Diese werden mit dem Ausgabegerät 22 angezeigt und stehen somit grafisch aufbereitet dem Fabrikplaner zur Verfügung. Die Auswertung dieser durch das Planungsprogramm zur Verfügung gestellten Daten ist also in gleicher Weise intuitiv möglich, wie der vor dem Fabrikplaner stehende dreidimensionale Modellaufbau der Fertigungsstätte. Dies ermöglicht ein konsequent intuitives Arbeiten und Auffinden einer sachgerechten Lösung in kurzer Zeit. Hierbei kann auch die Expertise von Personal benutzt werden, welches den Produktionsablauf kennt, jedoch wenig Erfahrungen mit Planungsprozessen für Fabriken besitzt. Gleichzeitig können Algorithmen zur Optimierung durch das Planungsprogramm zur Verfügung gestellt werden, so dass ein Interagieren zwischen automatisierten und manuellen Teilprozessen möglich ist.
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Die Schnittstellen eines Programmcodes P sind in 2 dargestellt. Es besteht eine Schnittstelle loc, welche zur Eingabe der die räumliche Lage und auch die räumliche Ausdehnung der Produktionseinheiten betreffenden Daten ermöglicht. Diese Schnittstelle kann insbesondere durch die in 1 dargestellten intuitiven Planungswerkzeuge unterstützt werden. Weiterhin besteht eine Schnittstelle sus, über die die im Programmcode zur Verfügung gestellten Datensätze mit umweltrelevanten Eigenschaften der Produktionseinheiten befüllt werden können. Dies kann beispielsweise durch manuelle Eingabe dieser Daten erfolgen. Insbesondere ist es aber auch möglich, eine Verbindung zu Datenbanken beispielsweise im Internet zu schaffen, so dass diese Daten aus externen Datenvorräten zur Verfügung gestellt werden können. Hierzu gehören beispielsweise Untersuchungen unabhängiger Umweltorganisationen oder auch die Angaben der Hersteller der betreffenden Produktionseinheiten, die jeweils zu Rate gezogen werden können. In an sich bekannter Weise (deshalb nicht näher dargestellt) müssen dem Programmcode auch die für den Produktionsprozess selbst relevanten Daten zur Verfügung stehen (Prozessdaten, technische Daten der Produktionseinheiten, Anbindung an andere Produktionseinheiten usw.).
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Weiterhin hat der Programmcode eine Schnittstelle zur Ausgabe der berechneten Planungsalternativen bzw. der erzeugten Datensätze. Diese Schnittstelle kann mit einer Ausgabeeinrichtung 22 verbunden werden.
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In 3 ist eine Ausgabe 23 dargestellt, die als Beispiel für eine eindimensionale Betrachtung eines Fertigungsprozesses dienen könnte. Diese besteht aus einem Fertigungsprozess, bei der eine Fertigungsstätte 24 ein Fließband 25 aufweist. Dieses gibt die Produktionsrichtung 26 vor, die die eindimensionale Betrachtungsweise des Fertigungsprozesses definiert. Die Ausgabe erfolgt allerdings zweidimensional, obwohl Modifikationen nur in einer Dimension vorgenommen werden können. Es sind Produktionseinheiten 27a, 27b, 27c dargestellt, die entlang des Fließbandes 25 angeordnet sind. Oberhalb dieser Produktionseinheiten 27a, 27b, 27c sind rechteckige Darstellungselemente 28 dargestellt, die die Wärmeentwicklung der einzelnen Produktionseinheiten 27a, 27b, 27c darstellen.
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Es wird davon ausgegangen, dass die Produktionseinheit 27a beliebig im Fertigungsprozess angeordnet werden kann, weil deren Handhabung unabhängig von dem weiteren Produktionsprozess ist. Außerdem wird davon ausgegangen, dass zwischen den Produktionseinheiten 27b und 27c ein Fabrikarbeiter 29 arbeiten muss. Außerdem ist in der Fertigungsstätte 24 ein Lüfter 30 bereits vorhanden, der die Fertigungsstätte in die Richtung 31 kühlt.
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Die Visualisierung der Wärmeentwicklung durch die Darstellungselemente 28 ermöglicht es jetzt dem Fabrikplaner oder einem automatisierten Optimierungsprogramm, die Fertigungseinrichtung 27a von der ursprünglichen, gestrichelt angedeuteten Position in die nun in 3 dargestellte Position zu verschieben (Pfeil 32), was bewirkt, dass die Kühlluft 31 den Fabrikarbeiter 29 erreicht, bevor diese durch die Produktionseinheit 27a stark aufgewärmt wurde. Hierbei ist Voraussetzung, dass die Kühlung durch die Kühlluft 31 für die Fertigungseinheit 27a an der neuen Position noch ausreicht. Außerdem ist hierdurch eine Kühlung der Fertigungseinheiten 27b und 27c verbessert. Gleichzeitig verbessert sich die Qualität des Arbeitsplatzes für den Fabrikarbeiter 29, indem die umweltrelevante Eigenschaft der Wärmeentwicklung der Produktionseinheit 27a in gebührender Weise berücksichtigt wurde.
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In 4 ist eine zweidimensionale Ausgabe der Fertigungsstätte 23 in Form eines Grundrisses zu erkennen. Die Fertigungsstätte weist einen Mittelgang 33 auf, der freigehalten werden muss. Neben den Produktionseinheiten 27a, 27b, 27c sind wieder Darstellungselemente 28 in Form von Kreisen dargestellt. Es wird deutlich, dass Produktionseinheiten 27a mit einer großen Wärmentwicklung nach einer Optimierung in der rechten unteren Ecke der Fertigungsstätte 24 angeordnet sind. Hier befindet sich auch eine Kühlanlage 34, so dass beispielsweise die Wege des Kühlmittels aus der Kühlanlage 34 in der Fertigungsstätte 24 kurz gehalten werden können. Außerdem befindet sich in der linken oberen Ecke der Fertigungsstätte 24 ein Labor 35, welches vor der entstehenden Wärme der Produktionseinheiten 27a möglichst geschützt werden muss. Daher sind im Bereich des Labors 35 Produktionseinheiten 27b mit vergleichsweise geringer Wärmeentwicklung angeordnet. Zu erkennen ist auch ein Mauszeiger 36a, mit dem eine der Produktionseinheiten 27b gerade angeklickt wird, wodurch sich ein Darstellungselement 36b mit Textinformation in Form eines Fensters öffnet.
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In 5 ist eine dreidimensionale Ausgabe 23 einer Fertigungsstätte 24 zu erkennen. In dieser sind zwei Produktionseinheiten 27a mit großem Wasserverbrauch und eine Produktionseinheit 27b mit geringem Wasserverbrauch dargestellt. Aus baulichen Gründen befindet sich in der Fertigungsstätte 24 ein Podest 37, dessen zur Verfügung stehender Bauraum genutzt werden muss.
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Weiterhin ist in 5 ein System von Versorgungsleitungen 38 für Wasser zu erkennen, welches zu allen Produktionseinheiten 27a, 27b, 27c führt. Bei der Produktionseinheit 27c handelt es sich um eine Pumpe, welche nicht direkt am Produktionsprozess beteiligt ist, diesen jedoch indirekt mit unterstützt. Der Wasserverbrauch ist in Form von zylinderförmigen Darstellungselementen 28z dargestellt. Außerdem ist der Energieverbrauch der Produktionseinheit 27c als Darstellungselement 28k in Form einer Kugel dargestellt.
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5 zeigt die Ausgabe 23 nach erfolgter Optimierung. Entsprechend dem Doppelpfeil 39 ist angedeutet, dass eine der Produktionseinheiten 27a mit der Produktionseinheit 27b den Platz getauscht hat. Somit steht jetzt die Produktionseinheit 27b mit geringem Wasserverbrauch 28z auf den Podest, so dass weniger Wasser auf das Niveau des Podestes 37 gepumpt werden muss. Daher verringert sich der Energieverbrauch der Produktionseinheit 27c (Pumpe), wobei der ursprüngliche Energieverbrauch noch durch eine transparente Kugel k angezeigt wird.
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Eine weitere Maßnahme besteht drin, eine zusätzliche Versorgungsleitung 38z vorzusehen, die die beiden Produktionseinheiten 27a miteinander verbindet. Das Wasser der einen Produktionseinheit 27a kann nämlich anschließend noch durch die andere Produktionseinheit 27a genutzt werden, weswegen deren Wasserverbrauch schrumpft. Hierdurch ist eine weitere Optimierung beispielhaft dargestellt. Die Einsparung ist dadurch visualisiert, dass der ehemalige Wasserverbrauch der betreffenden Produktionseinheit 27a noch durch einen transparenten Zylinder z dargestellt ist und ein Vergleich zum jetzigen Wasserverbrauch 28z sofort deutlich wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/086261 A1 [0003, 0017, 0031]