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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung einer Fertigungsstätte mit Fertigungseinrichtungen. Bei diesem Verfahren werden die räumlichen Abmessungen eines zu beurteilenden Aspektes der Fertigungsstätte ermittelt. Dann werden die Abmessungen zu einem den zu beurteilenden Aspekt der Fertigungsstätte beschreibenden Datensatz zusammengefasst. Bei den zu beurteilenden Aspekten kann es sich um alle raumgebundenen Informationen handeln, die für den in der Fertigungsstätte durchgeführten Fertigungsprozess von Belang sind. Diesbezüglich sind hauptsächlich selbstverständlich die geometrischen Gegebenheiten der Fertigungsstätte zu verstehen. Unter den räumlichen Abmessungen dieses zu beurteilenden Aspektes sind also insbesondere die Maße der Fertigungseinrichtungen zu verstehen.
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Allerdings können auch andere Aspekte der Fertigungsstätte von Bedeutung sein. Beispielsweise die Entstehung von Wärme. Diese kann bei der Fabrikplanung von Bedeutung sein, wenn beispielsweise Fertigungseinrichtungen mit erhöhter Wärmeentwicklung von Fertigungseinrichtungen getrennt aufgestellt werden sollen, an denen Menschen arbeiten müssen, die vor der Wärmeentwicklung geschützt werden müssen. Ein ähnlicher Aspekt ist die Entstehung von Produktionsgeräuschen. Maschinen, die als starke Lärmquellen identifiziert werden, können beispielsweise ebenfalls möglichst weit weg von den Mitarbeitern platziert werden.
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Als Fertigungsstätte soll im weiteren Sinne ein Gebilde verstanden 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 Fabrikhalle oder sogar eine gesamte Fabrik als Modell dargestellt werden. Als Fertigungseinrichtungen sind im weiteren Sinne alle für die Fertigung erforderlichen räumlichen Einheiten 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 Fertigungsleiter, Laufwege für Mitarbeiter usw. verstanden werden.
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An sich ist es allgemein bekannt, Fertigungsstätten wie beispielsweise Fabrikhallen zum Zwecke der Planung als Modell darzustellen. Derartige Modelle können insbesondere in der das Vorstellungsvermögen der an der Planung Beteiligten unterstützen. Als Alternative bieten sich rechnergestützte Planungswerkzeuge für die Fabrikplanung an, wie diese beispielsweise in einem Firmenprospekt von 2008 durch die Firma Fujitsu unter dem Handelsnamen GLOVIA angeboten werden. Diese rechnergestützten Planungstools erfordern die Eingabe von virtuellen zweidimensionalen oder dreidimensionalen Modellen der Fertigungseinrichtungen sowie der räumlichen Gegebenheiten der Fertigungsstätte. Anschließend können die so erzeugten Modelle in einer virtuellen Umgebung zusammengestellt werden und ein Fertigungsablauf simuliert werden, um Rückschlüsse auf die Funktionstauglichkeit der geplanten Fertigungsstätte ziehen zu können.
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Sowohl mittels realer Modellaufbauten als auch mittels eines rechnergestützten Visualisierens von Fertigungsstätten können Optimierungsprozesse durchgeführt werden, die vor einem Aufbau oder einem Umbau der Fertigungsstätte eine Optimierung der Fertigungsabläufe sowie des Raumbedarfs und weiterer Aspekte zulassen. Allerdings ist die Erstellung von realen oder rechnergestützten Modellen mit Aufwand verbunden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Vermessen einer Fertigungsstätte anzugeben, mit welchem der Aufwand einer Erstellung von Modellen der zu planenden Fertigungsstätte vergleichsweise gering ausfällt.
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Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vermessung mit einem Sensor durchgeführt wird, der sich während der Ermittlung der Abmessungen oberhalb der Fertigungseinrichtungen befindet. Außerdem ist der Sensor erfindungsgemäß in ein Fluggerät integriert, mit dem der Sensor oberhalb der Fertigungseinrichtungen bewegt wird. Bei dem Sensor kann es sich je nach dem zu erfassenden Aspekt der Fertigungsstätte um unterschiedliche Sensoren handeln. Auch können an dem Fluggerät Sensoren unterschiedlicher Art befestigt sein. Die geometrischen Abmessungen der Fertigungseinrichtungen lassen sich beispielsweise mit einer digitalen Kamera als Sensor ermitteln. Hierbei muss eine Bildverarbeitung erfolgen, um die geometrischen Abmessungen der Fertigungseinrichtungen sowie deren Platzierung in der Fertigungsstätte zu ermitteln. Eine andere Möglichkeit besteht darin, Abstandssensoren zu verwenden, welche unter Hinzuziehung der aktuellen Position des Fluggerätes ein Rückschluss auf die Geometrie der Fertigungseinrichtungen zulässt. Für eine Wärmeverteilung in der Fertigungsstätte kann beispielsweise eine Wärmebildkamera verwendet werden. Die Geräuschentwicklung von Lärmquellen lässt sich beispielsweise mit Richtmikrofonen als Sensor ermitteln.
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Die Verwendung eines Fluggerätes, um den Sensor in der Fertigungsstätte zu bewegen, hat den Vorteil, dass die Ermittlung der zu beurteilenden Aspekte in einen Bereich der Fertigungsstätte verlegt wird, der naturgemäß weniger mit Fertigungseinrichtungen verstellt ist. Die Vermessung erfolgt also aus der Vogelperspektive, wobei sich vorteilhaft das Fluggerät vergleichsweise ungehindert bewegen kann. Dies verringert vorteilhaft den Aufwand bei der Erstellung der Datensätze, da weniger Hindernisse in der Fertigungsstätte bei der Durchführung der Messung umgangen werden müssen. Beispielsweise kann das Fluggerät einem vorgegebenen Programm folgen, um die Vermessung automatisiert oder zumindest halbautomatisiert durchzuführen.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mit dem Sensor Bilder oder Filme der Fertigungsstätte erzeugt werden. Dies kann mit den bereits erwähnten Kameras erfolgen. Einzelne Bilder müssen zur Auswertung in geeigneter Weise zusammengefügt werden, um eine lückenlose Vermessung der Fertigungsstätte zu ermöglichen. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung ist hierbei vorgesehen, dass die Bilder mit einer Überlappung aufgenommen werden, so dass bei einem Zusammenfügen der Bilder zu einer Gesamtsicht optische Verzerrungen in den Überlappungsbereichen neutralisiert werden können. Vorzugsweise kann die Überlappung hierbei mehr als 10% der Ausdehnung der Bilder betragen. Unter der Ausdehnung der Bilder ist jeweils die Länge des Bildes quer zur betreffenden Überlappung mit dem Nachbarbild zu verstehen. Eine Neutralisierung der Verzerrung wird durch technisch verfügbare Software erledigt, die beispielsweise auch bei der Herstellung von Panoramabildern zum Einsatz kommt.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, Filme von der Fertigungsstätte zu erzeugen. Diese ermöglichen durch eine Veränderung der Perspektive während der Flugphase des Fluggerätes ebenfalls einen Rückschluss auf die Geometrie der Fertigungseinrichtungen in der Fertigungsstätte, wobei diese unter Berücksichtigung der aktuellen Position des Fluggerätes berechnet werden kann.
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Vorteilhaft ist es, wenn aus den Bildern oder dem Film eine zweidimensionale Karte oder ein dreidimensionales Modell erzeugt wird. Dieses Modell kann, wie eingangs bereits erwähnt, virtuell oder plastisch sein. Ein virtuelles Modell kann insbesondere in ein Programm zur Fabrikplanung eingelesen werden und dort durch weitere Fabrikplanungsprozesse modifiziert werden. Körperliche Modelle dienen eher der Erstellung von Grobkonzepten in einen größeren Kreis von Fabrikplanern oder anderen beteiligten Personen. Als Programme zur Fabrikplanung können alle Programme verwendet werden, die eine Layoutplanung zulassen. Hierzu müssen diese Programme nicht notwendigerweise als Fabrikplanungsprogramme bezeichnet sein.
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Wird das Modell in ein Programm zur Fabrikplanung eingelesen, so ist besonders vorteilhaft, wenn in diesem Programm mit einem bereits bestehenden virtuellen Referenzmodell verglichen wird. In dem Programm können dann Unterschiede zwischen dem Modell und dem Referenzmodell erfasst werden. Referenzmodelle entstehen beispielsweise häufig beim ursprünglichen Planungsprozess einer Fertigungseinrichtung. Diese wird dann entsprechend dem ursprünglichen Planungsergebnis umgesetzt. Im Betrieb der Fertigungsstätte sind allerdings häufig Modifikationen der Fertigungseinrichtungen notwendig, die beispielsweise aufgrund der sich wandelnden Anforderungen an die Fertigungsstätte vorgenommen werden müssen. Außerdem gibt es Fertigungseinrichtungen wie beispielsweise Lagerbereiche, die naturgemäß ständigen Veränderungen (beispielsweise Lagergröße) unterworfen sind.
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Wird für eine bestehende Fertigungsstätte ein erneuter Planungsprozess angestoßen, kann jedoch das virtuelle Referenzmodell verwendet werden, um im aktuellen Planungsprojekt den Aufwand der Datenerfassung zu vermindern. Werden die Unterschiede zwischen dem Modell und dem Referenzmodell erfasst, können die Daten, die sich in dem Modell und dem Referenzmodell nicht unterscheiden, ohne weiteren Aufwand übernommen werden. Der Erfassungsaufwand fällt dann nur für die ermittelten Unterschiede an. In dem Programm zur Fabrikplanung kann insbesondere unter Berücksichtigung der Unterschiede durch eine Modifikation des Referenzmodells mit geringem Aufwand ein virtuelles Ist-Modell erzeugt werden, was in dem aktuellen Planungsprojekt die Grundlage bilden kann.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens wird erhalten, wenn in der Fertigungsstätte mehrere Sender angebracht sind, wobei die von diesen Sendern gesendeten Signale von dem Fluggerät empfangen werden. Aus diesen Signalen bestimmt das Fluggerät dann seine Position bezüglich der Sender. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist von besonderem Vorteil, da Planungsprozesse von Fertigungsstätten gewöhnlich in geschlossenen Räumen stattfinden. Hier können terrestrische Navigationshilfen wie beispielsweise GPS, aufgrund der Abschirmung durch Gebäudeteile eingeschränkt oder aufgehoben sein. Hierbei ist es von Vorteil, wenn das Fluggerät Signale von hierzu vorgesehenen Sendern erhält. Dies hat zusätzlich den Vorteil, dass mittels dieser Sender eine höhere Genauigkeit erzielt werden kann.
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Die Anzahl der Sender muss unter Berücksichtigung der Gegebenheiten der Fertigungsstätte bestimmt werden. Hierbei sind selbstverständlich die Grundsätze zu berücksichtigen, dass zu einer zweidimensionalen Peilung wenigstens zwei Sender und zu einer dreidimensionalen Peilung wenigstens drei Sender erforderlich sind. Allerdings kann die Verwendung weiterer Sender von Vorteil sein, da in der Fertigungsstätte beispielsweise Nischen oder auch größere Fertigungseinrichtungen vorhanden sein können, die zu einer Abschattung bestimmter Sender führt.
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Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das Fluggerät Abstandssensoren aufweist, mit denen Hindernisse in der geplanten Flugbahn ermittelt werden. Hierzu können z. B. die Abstandssensoren verwendet werden, die auch zur Vermessung der Fertigungsstätte verwendet werden. Es können aber auch gesonderte Abstandssensoren vorgesehen werden. Die Abstandssensoren ermöglichen ein eigenständiges Reagieren des Fluggerätes auf Hindernisse, wodurch dieses vor Kollisionen wirksam geschützt werden kann. Hierzu ist es sinnvoll, dass die Signale der Abstandssensoren bezüglich anderer Steuersignale für das Fluggerät priorisiert werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass das Fluggerät manuell mittels einer Fernsteuerung durch einen Fabrikplaner gesteuert wird. Macht dieser Fehler oder reagiert er nicht rechtzeitig auf ein Hindernis, so kann der Abstandssensor einen Steuerassistenten aktivieren, der das Fluggerät automatisch ausweichen lässt. Abstandssensoren können auch Verwendung finden, um beispielsweise eine konstante Flughöhe des Fluggerätes in der Fertigungsstätte einzuhalten.
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Statt einer manuellen Steuerung kann vorteilhaft auch vorgesehen werden, dass zur Steuerung des Fluggerätes ein bereits bestehendes virtuelles Referenzmodell verwendet wird, wobei die Flugroute des Fluggerätes unter Berücksichtigung der Geometrie des Referenzmodells bestimmt wird. Grundsätzlich können Hindernisse, die in dem Referenzmodell zu erkennen sind, auf diesem Wege bereits durch Programmierung einer geeigneten Flugroute berücksichtigt werden. Außerdem kann eine Flugroute bestimmt werden, die gleichzeitig eine Generierung leicht auswertbarer Daten ermöglicht. Die bereits erwähnten Abstandssensoren würden dann auf Hindernisse reagieren, die sich beispielsweise aufgrund von Diskrepanzen zwischen dem Referenzmodell und der realen Welt im Weg der vorbestimmten Flugroute befinden.
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Weiterhin kann bei der Flugroute vorteilhaft berücksichtigt werden, wenn Abweichungen von dem Referenzmodell bereits bekannt sind. Beispielsweise können Daten des Auftraggebers vorliegen, dass er an einer bestimmten Stelle der Fertigungsstätte bereits eine Fertigungseinrichtung aufgestellt hat. Diese kann auch vor einer Vermessung dann durch Modifikation des Referenzmodells selbst oder durch einen direkten Eingriff in die geplante Flugroute berücksichtigt werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben.
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Es zeigen
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1 ein Ausführungsbeispiel des Ablaufes des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 schematisch ein Referenzmodell einer Fertigungsstätte, wie es in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einsatz kommen kann,
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3 ein Fluggerät während der Vermessung einer Fertigungsstätte gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in perspektivischer Darstellung, wobei es sich um die Fertigungsstätte handelt, die auf dem Referenzmodell gemäß 2 basiert und
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4 ein Ist-Modell, welches aus den Messdaten des Verfahrens gemäß 3 gewonnen wurde und das Referenzmodell aus 2 berücksichtigt.
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In 1 ist der Prozessablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in unterschiedlichen Varianten dargestellt. Von der zu vermessenden Fertigungsstätte kann ein Referenzmodell als Datensatz 11 vorhanden sein. Dieser kann in ein Fluggerät 12 eingegeben werden, so dass dieses unter Zuhilfenahme dieser Daten vollautomatisch oder halbautomatisch in der betreffenden Fertigungsstätte 13 im Flug Daten zur Vermessung sammeln kann. Hierbei kann beispielsweise eine Kamera 14 als Sensor zum Einsatz kommen, wobei die Aufnahme der Messdaten strichpunktiert angedeutet ist. Das Fluggerät 12 weist außerdem einen Rotor 15 auf, mit dem es sich in der Luft halten und in der Fertigungsstätte 13 navigieren kann.
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In einem nächsten Schritt erfolgt die Auswertung der Daten in einem Computer 16. Hierzu kann der Datensatz 11, der das Referenzmodell der Fertigungsstätte 13 enthält, auch in dieser Planungsphase berücksichtigt werden, indem dieser Datensatz 11 in den Computer 16 eingespeist wird. In jedem Fall wird jedoch ein Datensatz 17 in den Computer 16 eingespeist, der aus einer Zusammenfassung der Messergebnisse des Fluggerätes 12 besteht. Zumindest aus diesem Datensatz 17, evtl. unter Zuhilfenahme des Datensatzes 11 des Referenzmodells wird ein Datensatz 18 erzeugt, welcher unter Berücksichtigung der realen Verhältnisse in der Fertigungsstätte 13 ein Ist-Modell desjenigen Zustandes der Fertigungsstätte 13 enthält, welcher den Ausgangspunkt für das bevorstehende Planungsprojekt bilden soll.
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In 2 ist das Referenzmodell des Datensatzes 11 schematisch dargestellt. Zu erkennen ist die Fertigungsstätte 13, in der exemplarisch zwei Fertigungseinrichtungen 19a, 19b erfasst sind. Diese Daten ergeben das Referenzmodell 20, welches gemäß 1 als Datensatz 11 dem Fluggerät 12 bzw. dem Computer 16 zur Verfügung gestellt werden kann.
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In 3 ist die reale Fertigungsstätte 13 abgebildet. Es ist zu erkennen, dass in den oberen Ecken der Fertigungsstätte 13 Sender 21 angebracht sind, die eine Navigation des Fluggerätes 12 in der Fertigungsstätte 13 unterstützen sollen. Zu diesem Zweck senden die Sender Positionssignale 22 aus, welche durch einen gestrichelten Pfeil exemplarisch dargestellt sind und durch eine Antenne 23 vom Fluggerät 12 empfangen werden können.
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Neben der Optik 14 weist das Fluggerät einen Abstandssensor 24 auf, um in der Flugbahn liegende Hindernisse zu erfassen (Sensorsignal 25). Ein Hindernis könnte beispielsweise eine von der Decke herabhängende Fertigungseinrichtung 19c sein. Zu erkennen ist, wie die angedeutete Flugbahn 26 um die Fertigungseinrichtung 19c herum gewählt wird.
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Weiterhin ist zu erkennen dass die Fertigungseinrichtung 19b in ihrer Geometrie verändert wurde, so dass die im Referenzmodell 20 vorgesehene Geometrie in der Realität nicht verwirklicht ist. Daher stellt die Fertigungseinrichtung 19b für das Fluggerät 12 kein Hindernis dar, so dass eine programmierte Flugbahn, die der Referenzgeometrie der Fertigungseinrichtung 19b ausweicht (strichpunktierter Pfeil 26a) in die dargestellte geradlinige Flugbahn 26 abgeändert werden kann. Eine weitere Änderung im Vergleich zum Referenzmodell 20 besteht in der exemplarisch dargestellten Fertigungseinrichtung 19d, die durch die Kamera 14 erfasst wird.
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4 stellt ein Ist-Modell 27 dar, welches unter Zuhilfenahme des Referenzmodells 20 gemäß 2 durch den Computer 16 gemäß 1 erzeugt wurde. Zu erkennen ist die unveränderte Fertigungseinrichtung 19a, die als Hindernis ermittelte Fertigungseinrichtung 19c, die in ihrer Geometrie modifizierte Fertigungseinrichtung 19b und die zusätzlich optisch ermittelte Fertigungseinrichtung 19d. Dieses Ist-Modell 27 kann nun als Grundlage für den weiteren Planungsprozess für die Fabrik verwendet werden, wobei dieses Ist-Modell 27 in Form des Datensatzes 18 gemäß 1 zur Verfügung steht und daher auch in Planungsprogrammen für die Fabrik verwendet werden kann.