自动化设备、功能模块、方法、计算机程序和存储介质

技术领域

本发明涉及一种具有按照权利要求1的前序部分的特征的自动化设备，以及涉及一种功能模块、一种方法、一种计算机程序和一种存储介质。

背景技术

在过程自动化中，不仅在生产中而且在测量和检查任务中，都采用具有过程模块的模块化结构。由于创新周期变得越来越快，必须经常改装这种模块化结构。即使在单个模块出故障时，也必须对设备进行更换并经常进行重新编程。

也许形成最接近的现有技术的出版物DE 10 2016 204 174 A1描述了一种自动化设备，该自动化设备具有至少一个功能模块并且具有至少一个评估单元。功能模块可布置在设备区域中，其中功能模块具有用于记录周围环境数据的传感器单元。评估单元构造为，基于周围环境数据来确定功能模块的绝对位置。

发明内容

在本发明的范围内，建议了一种具有权利要求1的特征的自动化设备。此外，建议了具有权利要求12的特征的功能模块、具有权利要求13的特征的方法、具有权利要求14的特征的计算机程序和具有权利要求15的特征的存储介质。从从属权利要求、说明书和附上的图中得出本发明的优选的和/或有利的实施形式。

建议了一种用于执行工艺流程的自动化设备。自动化设备尤其是生产的自动化设备，或者是测量和检查技术的自动化设备。借助自动化设备，在工艺流程中，可制造产品，或者可检查和/或可加工对象。工艺流程包括至少一个过程步骤。工艺流程例如是工件的制造过程、对象的检查流程和/或加工流程。工艺流程可以具有多个过程步骤，其中过程步骤相继地（尤其是按有秩序的顺序）被执行，用于执行该过程。

自动化设备包括至少一个功能模块，用于执行工艺流程的过程步骤。尤其是，自动化设备可以包括恰恰一个、两个或者十个功能模块。这些功能模块可以同类地或者不同地来构造。尤其是，自动化设备可以具有多个功能模块，所述功能模块构造为，可以执行同一过程步骤。过程步骤例如是加工步骤或者测量步骤。例如，过程步骤是钻孔、锯开、测量电参量或者使电参量换向。功能模块优选地是机电对象。功能模块具有至少一个功能和/或能力，其中所述功能和/或能力尤其是对于执行该过程步骤是必需的，或者构造用于执行过程步骤。在自动化设备中的多个功能模块的组合尤其是允许实施复杂的工作流程和/或工艺流程。功能模块尤其是可布置在设备区域中。优选地，功能模块构造用于彼此交互。特别优选的是，这些功能模块形成固定的功能模块。

功能模块具有至少一个对象接口。对象接口构造用于接受和/或移交对象。例如，在对象接口处可以接受、保持和/或运输对象。对象尤其是工件。优选地，在对象接口处，给功能模块提供对象。功能模块具有模块数据。模块数据尤其是以数据技术方式寄存在功能模块中。模块数据具体而言持久地寄存在功能模块中，例如是制造商寄存的模块数据。模块数据优选地具有功能模块的信息，和/或可以表征功能模块。例如，模块数据包括如下信息：涉及哪种类型的功能模块，例如加工模块或者检查模块。

自动化设备具有运输装置。运输装置构造用于向对象接口移交对象，和/或构造用于从对象接口接受对象、尤其是经过加工的对象或者工件。例如，运输装置给功能模块提供对象，其中所述对象利用功能模块来加工，其中经过加工的对象（例如工件）借助运输装置从功能模块被运走。运输装置可以表示传送带、线性单元或者机器人单元。运输装置尤其是构造为，有针对性地将对象引至对象接口，和/或有针对性地和/或受控制地将对象从对象接口运输出。

自动化设备具有用于控制功能模块的控制装置。控制装置尤其是自动化设备的全局控制装置。例如，控制装置是处理器、微芯片或者计算机单元。尤其是给控制装置提供有功能模块的模块数据。例如，功能模块为此以数据技术方式与控制装置连接。借助控制装置对功能模块的操控和/或控制尤其是基于工艺流程图。工艺流程图例如是程序。工艺流程图例如考虑要执行的过程步骤的顺序。在工艺流程图中，工艺流程尤其是以函数的形式和/或以功能模块的形式来表示。例如，寄存在工艺流程图中的是，在第一步骤中，利用作为功能模块的锯将对象锯开；并且在第二过程步骤中，利用其他功能模块继续处理被锯开的对象，其中例如借助运输装置将被锯开的对象从第一功能模块运输至其他功能模块。

控制装置构造为，基于模块数据来使工艺流程图参数化。工艺流程图在此例如包括参数。例如，工艺流程图的参数是要使用的一个和/或多个功能模块，其中所述参数例如是针对功能和/或功能模块的过程步骤的占位符（Platzhalter）。工艺流程图的参数也可以是所需的对象接口。控制装置构造为，给工艺流程图的参数分配模块数据和/或来自模块数据的信息。借助分配给工艺流程图的参数的模块数据，用于利用功能模块来执行工艺流程的工艺流程图可以被用于操控功能模块。

本发明基于如下思考：提供高度灵活的自动化设备，用于执行工艺流程。尤其是，功能模块可以这样简单地被更换，因为工艺流程图可以借助新集成的功能模块的模块数据被重新参数化并且这样可以立即成为工艺流程的部分。在工艺流程图尤其是控制装置的部分并且在功能模块中寄存有模块数据之后，这样可以提供灵活的模块化的自动化设备。

特别优选的是，模块数据包括功能模块的功能信息。例如，功能信息是关于如下过程步骤的信息：所述过程步骤可以借助功能模块来执行。尤其是，模块数据包括功能模块的名称。例如，功能模块的名称是锯、钻头、万用表。尤其是可以给功能模块的名称分配有类型标识码，例如分配有编码。特别优选的是，给功能模块的名称始终分配有同类的功能信息。例如，每个锯都可以包括“锯开”作为功能信息，每个钻头都可以包括功能信息“钻出孔”，并且每个万用表都可以包括信息“电阻测量”。工艺流程图的参数在此例如包括名称和/或功能信息。例如，工艺流程图参数是在对象中钻出孔，其中控制装置构造来选择如下功能模块：所述功能模块在模块数据中具有功能信息“钻出孔”。

尤其是设置了，模块数据包括对象接口方位（Objektschnittstellenlage）。优选地，对象接口方位是在功能模块之内的固有的对象接口方位。例如，对象接口方位以相对于原点的笛卡尔坐标再现了功能模块中的对象接口的方位，其中该原点例如是功能模块在设备区域中的固定点。控制装置例如构造为，借助包括对象接口方位的模块数据来控制和/或协调对象从运输装置向对象接口的移交。

特别优选的是，模块数据包括关于功能模块的类型的信息。尤其是，给在自动化设备之内的每种类型和/或类型类别的功能模块分配同类的功能信息和/或对象接口方位。例如，给每种类型的功能模块分配有相同数目的其他模块数据和/或模块数据的参数。尤其是，给每种类型的功能模块分配有其他模块数据的相同名称和/或功能模块的参数的相同名称。该构建方案基于如下思考：这样通过利用类型参数化和/或通过调用功能模块的类型，工艺流程图是可参数化的。通过针对一种类型的功能模块使用名称相同的其他模块数据，和/或通过使用相同数目的其他模块数据和/或参数，可以通过在使工艺流程图参数化时调用类型来对剩余的和/或其他所需的参数进行简单地和精确地参数化。例如，该类型的功能模块是锯，其中该类型的功能模块“锯”那么作为其他模块数据具有用于接受对象的对象接口方位、即锯片位置，并且具有用于移交经过加工的对象的移交接口，使得在使工艺流程图参数化的情况下在调用类型“锯”时可以利用运输装置直接开动对象接口，并且在正确的部位处锯开所述对象。所述构建方案基于如下思考：能够实现自动化设备的简单的参数化。

可选地设置了，在模块数据中给功能和/或功能信息分配有功能参数。尤其是，给功能始终分配有相同数目和/或相同种类的功能参数。功能参数在此尤其是对于执行功能和/或过程步骤必需的参数。尤其是，功能是可借助功能模块来执行的过程步骤。例如，功能“钻孔”的功能参数是钻孔位置、孔深度和/或距对象接口方位的相对间距。该构建方案基于如下思考：借助分配给功能的功能参数，可能精确到点地（punktgenaue）和/或受控制地加工对象和/或执行过程步骤或工艺流程。

特别优选的是，功能模块具有至少两个对象接口。尤其是，功能模块可以具有恰恰两个、三个、四个或者十个对象接口。尤其是设置了，对象接口中的一个对象接口形成用于从运输装置接受对象的接受接口，其中对象接口中的其他对象接口形成用于向运输装置移交经过加工的对象的移交接口。例如，在接受接口与移交接口之间进行加工，尤其是利用过程步骤进行加工。控制装置可以构造为，操控运输装置。例如，控制装置操控运输装置，在接受接口处给功能模块提供对象，和/或从功能模块的移交接口取出经过加工的对象，和/或进一步运输所述经过加工的对象。特别优选的是，第一功能模块的移交接口与其他功能模块的接受接口连接和/或相互影响，其中该连接例如借助运输装置进行。

特别优选的是，功能模块构造为，向控制装置发送模块数据。尤其是，功能模块构造为，每隔一定时间（例如周期地、优选地以分钟间隔）向控制装置发送模块数据。可选地设置了，功能模块在其启动时（尤其是在初始化时）向控制装置发送模块数据。所述构建方案基于如下思考：控制装置这样构造为，能够快速地对自动化设备中的适配和/或改装做出反应，例如可以识别出通过另外的功能模块更换和/或替换一个功能模块，并且可以将新功能模块这样并入（einbinden）到工艺流程中。尤其是，在工艺流程运行期间并入进行替换的功能模块。

可选地设置了，控制装置包括工艺流程作为管理壳（Administration Shell）。尤其是，数字孪生也可以被理解为管理壳。管理壳尤其是包括清单（Manifest）和组件管理器（Komponentenmanager）。清单优选地包括元信息，所述元信息给出了关于功能模块的功能性和/或非功能特性的消息。组件管理器例如是自管理和对功能模块的访问的组织器。所述构建方案基于如下思考：能够实现控制装置的技术上稳定的并且同时简单的实现方式。

特别优选的是，自动化设备具有至少两个具有相同功能的功能模块，和/或具有至少两个构造用于执行相同的过程步骤的功能模块。例如，自动化设备包括两个功能模块，这两个功能模块能够实现钻孔。控制装置在此尤其是具有选出模块。选出模块构造为，选出用于执行过程步骤的所选出的功能模块。例如，尤其是作为参数，工艺流程图设置了过程步骤，并且自动化设备具有至少两个如下功能模块：所述功能模块能够实现所述过程步骤，这样选出模块构造为，选出这两个功能模块中的一个功能模块，并且利用所选出的功能模块的模块数据来使工艺流程图参数化。

可选地设置了，通过选出模块选出所选出的功能模块基于有效性评价（Effektivitaetsbewertung）。例如，选出基于整体设备效率(Overall-Equipment-Effectiveness)方法。在此，例如基于效率参数或者优化参数来支持对所选出的功能模块的选出，例如具有相同功能的功能模块中的哪个功能模块更快速地和/或更精确地工作。该构建方案基于如下思考：提供一种自动化设备，在利用功能模块重新组织和/或重新建立该自动化设备时，该自动化设备减轻用户在选出正确的功能模块时的负担。

可选地设置了，控制装置对于功能模块的类型和/或对于功能模块的功能已寄存了所需的和/或要检索的参数的信息。例如，控制装置针对自动化设备的每种类型的功能模块知道，要检索哪些参数和/或哪些模块数据，和/或为了使工艺流程参数化需要哪些参数和/或哪些模块数据。尤其是，寄存有所需的和/或要检索的参数的名字和/或名称的信息。

功能模块形成本发明的其他主题。所述功能模块尤其是自动化设备的功能模块，如先前所描述的那样。功能模块构造用于执行过程步骤。过程步骤尤其是可以是多个功能模块的较大的工艺流程的部分。功能模块具有至少一个对象接口。此外，功能模块包括模块数据，其中模块数据例如包括功能信息、对象接口方位和/或关于功能模块的类型的信息。功能模块尤其是构造为，以数据技术方式来提供模块数据，例如给控制装置以数据技术方式来提供模块数据。

用于执行工艺流程的方法形成本发明的其他主题。工艺流程优选地具有多个过程步骤。过程步骤例如利用功能模块来执行。功能模块具有对象接口和模块数据。借助运输装置，对象被提供给对象接口，和/或从对象接口接受对象。借助控制装置，基于工艺流程图来控制功能模块。工艺流程图尤其是经过参数化的工艺流程图。功能模块将模块数据提供给控制装置。控制装置基于模块数据来使工艺流程图参数化，例如从模块数据提取所有用于根据工艺流程图来执行工艺流程的参数。

用于执行先前描述的方法的计算机程序形成本发明的其他主题。尤其是，计算机程序构造为，当在计算机单元或者数据处理设备上实施所述计算机程序时，执行所述方法的所有步骤。尤其是，在功能模块上和/或在自动化设备上可实施所述计算机程序。

机器可读的存储介质形成本发明的其他主题。在机器可读的存储介质上，存储有如先前所描述的计算机程序。

附图说明

从附上的图及其描述中，得出本发明的其他优点、作用和构建方案。在此：

图1示出了作为本发明的实施例的自动化设备；

图2示出了模块数据的示意性结构；

图3示意性地示出了实例工艺流程；

图4示出了具有模块数据的功能模块的实施例；

图5示意性地示出了作为实施例的工艺流程。

具体实施方式

图1示出了自动化设备1。自动化设备1是用于生产工件的设备。自动化设备1可以是生产链的部分。例如，自动化设备1是生产站的区段。借助自动化设备1，由对象2a制造两个经过加工的对象2b。尤其是，经过加工的对象2b可以形成工件，或者被继续处理成工件。

自动化设备1具有至少一个功能模块3。功能模块3构造用于执行过程步骤。功能模块3例如形成过程站。对象2a可借助功能模块3来加工。例如，功能模块3形成锯、钻头或者焊接设备。对象2a在此被锯开、被拧或者被焊接。要利用功能模块3执行的过程步骤尤其是工艺流程的部分。工艺流程例如表征工件的制造过程。

功能模块3具有两个对象接口4a和4b。此外，自动化设备1具有运输装置5。运输装置5构造为，运输对象2和/或经过加工的对象2b。例如，运输装置5形成传送带。替选地，运输装置5构造为机器人，该机器人可以运输对象2a和/或2b。借助运输装置5，给功能模块3提供对象2a。在对象接口4a处，给功能模块3提供对象2a。对象接口4a形成接受接口。在接受接口处，向功能模块3移交对象2a，并且从那里出发在功能模块3中继续处理和/或继续运输对象2a。在功能模块3中加工之后，在对象接口4b处向运输装置5移交经过加工的对象2b。对象接口4b在此形成移交接口。从移交接口4b出发，进一步利用运输装置5来运输经过加工的对象2b。

自动化设备1具有控制装置6。控制装置6具有工艺流程图。工艺流程图反映了工艺流程和用于制造工件的过程步骤。借助控制装置，操控功能模块3，用于执行过程步骤。此外，借助控制装置6来操控运输装置5，用于运输对象2a和/或2b。尤其是，借助控制装置6来操控运输装置5，将对象2a运输至对象接口4a并且从对象接口4b接受和运走经过加工的对象2b。

功能模块具有模块数据7（图2）。给控制装置6提供有模块数据7。控制装置6构造为，基于模块数据7来使工艺流程图参数化，使得基于由该功能模块3提供的模块数据7来操控该功能模块3。

图2示例性地示出了模块数据7的结构。模块数据7尤其是形成数字数据包。模块数据7在此具有类型信息t，其中类型信息t包括功能模块的类型的信息。例如，类型信息是关于涉及哪个功能模块和/或涉及哪个种类的功能模块的信息。图2中的功能模块例如是锯，其中类型信息那么由信息“锯”来形成。

此外，模块数据7包括功能信息f。功能信息f包括相应的功能模块3具有的功能的信息。尤其是，功能信息f具有关于功能模块3可执行的过程步骤的信息。对于这里所选择的锯实例，功能信息f由信息“彼此锯开”来形成。

此外，模块数据7具有其他参数，所述其他参数也被称作变量v。变量v包括关于为了运行功能模块3和/或为了实施功能f所需的信息。在所选择的实例中，变量这里包括两个变量v1和v2，其中v1是接受接口的对象接口方位，并且变量v2是移交接口的对象接口方位。

图3示例性地示出了工艺流程图8。工艺流程图8包括两个过程步骤9a和9b。在时间上在过程步骤9a之后，执行过程步骤9b。此外，工艺流程图8包括三个运输步骤10a、10b和10c。在运输步骤10a中，利用运输装置5将对象2a引至第一功能模块3。向功能模块3移交对象2a，其中利用功能模块3在移交之后实施过程步骤9a。过程步骤9a在此包括动作11a。动作11a例如是将对象2a彼此锯开。被彼此锯开的对象形成中间对象，向运输装置5移交所述中间对象，并且在运输步骤10b中，所述中间对象从第一功能模块3被运输至其他功能模块3。向其他功能模块3移交中间产品和/或中间对象，其中利用其他功能模块3执行过程步骤9b。过程步骤9b具有两个动作11b和11c。动作11b和11c利用相同的功能模块3来执行，可是在时间上相继地执行。例如，动作11b是钻出第一孔，并且动作11c是钻出其他孔，这两个动作利用同一钻头来钻孔，其中其他功能模块3例如形成钻台（Bohrstation）。在过程步骤9b（这里为钻出两个孔）结束之后，向运输装置5移交经过加工的对象2b，并且在运输步骤10c中运走经过加工的对象2b。经过加工的对象2b例如由配备有两个孔的中间对象来形成。工艺流程图8在此尤其是通过过程步骤9a、9b是可描述的，其中过程步骤9a、9b分别需要功能和/或一种类型的功能模块3。

工艺流程图8例如可以以经过参数化的形成来寄存，其中过程步骤9a、9b分别作为参数来寄存。控制装置6在此构造为，借助模块数据7和/或基于模块数据7来使寄存为参数的过程步骤9a、9b参数化和/或填充所述过程步骤9a、9b。例如，控制装置6构造为识别出，过程步骤9a需要锯，使得控制单元6构造为选出功能模块3，所述功能模块3形成锯并且具有相对应的功能f。控制单元6因此检验，过程步骤9或工艺流程图8需要哪种类型、哪种功能和/或哪些变量，并且在那里集成这些信息。

图4示出了四个功能模块3a、3b、3c和3d作为实施例。功能模块3a和功能模块3b分别形成锯。功能模块3c和功能模块3d分别形成钻台。

功能模块3a构造为锯台。作为模块数据7a，功能模块3a包括ID 1。ID 1是用来以数据技术方式可操控和/或可调用功能模块3a的参考。例如，ID 1包括功能模块3a的网络地址。此外，模块数据7a具有类型信息t。功能模块3a的类型信息t形成信息“锯”。作为功能信息f，功能模块3a的模块数据7a包括信息“锯开”。此外，模块数据7a包括两个变量p1和p2。变量p1形成接受接口的对象接口方位。点p1在该实例中通过笛卡尔坐标X=1、Y=3和Z=5来表征。变量p2这里是移交接口的对象接口方位。点p2这里通过笛卡尔坐标X=1、Y=1和Z=3来限定。

功能模块3b同样形成锯。作为模块数据7b，功能模块3b具有ID 2作为标志。ID 2例如是功能模块3b的网络标志。作为类型，模块数据7b具有信息“锯”，并且作为功能信息f，模块数据7b具有信息“锯开”。作为变量，模块数据7b具有点p1和p2，其中点p1和p2这里又分别形成移交接口和接受接口的对象接口方位。点p1在该实施例中通过笛卡尔坐标X=5、Y=10和Z=4来描述。移交接口的点p2在该实施例中通过笛卡尔坐标X=1、Y=1和Z=1来描述。

功能模块3c形成钻台，该钻台构造用于在对象中钻出孔。作为模块数据7c，功能模块3c具有ID 3。ID 3构造成用于操控和/或寻址功能模块3c。此外，模块数据7c具有类型信息和功能信息。类型信息具有信息“钻头”。功能信息f具有两个功能，其中第一功能是功能“对钻头进行定位”，并且第二功能是“钻出孔”。模块数据7c作为变量具有点p3，其中点P3描述了在钻孔和/或钻出孔时的工件和/或对象位置。在该实施例中，点p3通过坐标X=11、Y=16和Z=10来描述。

如功能模块7c那样，功能模块3d同样是钻台，并且具有模块数据7d。模块数据7d具有ID 4，并且具有类型信息和功能信息。类型信息和功能信息与模块数据7c中的类型信息和功能信息相同地构造。可是，在模块数据7d中，点p3与模块数据7c不同，该点p3在该实施例中具有坐标X=11、Y=16和Z=40。

图5示意性地示出了方法的流程和/或工艺流程。在第一步骤100中，工艺流程和/或工艺流程图由控制装置6加载。工艺流程和/或工艺流程图例如以数据技术方式寄存在控制装置中。替选地，可以由用户在控制装置处创建工艺流程图。

在步骤200中，功能模块3基于工艺流程图而被选出和被参数化。在此，工艺流程图例如被寄存，使得在那里作为参数寄存有类型和/或功能，用于执行该过程。基于类型和/或功能，并且基于所提供的模块数据7，控制装置6分别选出功能模块3，用于执行相应的过程步骤。在该实例中，使用图4中的功能模块3a-3d。例如，工艺流程图设置将对象锯开并且紧接着钻孔。控制装置6构造为，选出两个锯3a、3b之一。在该实例中，控制装置6已选出功能模块3a作为锯，并且已选出功能模块3c作为钻头。利用模块数据7a和7c来使工艺流程图参数化。借助利用由模块数据7a和7c构成的模块数据来参数化的工艺流程图，那么操控功能模块3a和3c，用于执行过程步骤。

在过程步骤300中，借助运输装置5将对象运输至功能模块3a的接受接口。在此，对象被运输至笛卡尔点p1，其中p1具有坐标X=1、Y=3和Z=5。在步骤400中，操控功能模块3a，用于执行锯开步骤。在锯开步骤中，对象被锯开。利用功能模块3a进行锯开。

在运输步骤500中，被锯开的对象从功能模块3a被运输至功能模块3c。在此，运输物（Transport）从功能模块3a的移交接口被运输至功能模块3c的钻孔点p3。那就是说，进行从笛卡尔坐标X=4、Y=1和Z=3至笛卡尔坐标X=11、Y=16和Z=10的运输。在步骤600中，操控功能模块3c，用于执行功能“对钻头进行定位”和“钻出孔”。在执行步骤600之后，进行取出步骤700。在取出步骤700中，例如借助运输装置5，取出经过加工的对象2b。在该实施例中，从功能模块3c的点p3、那就是说从笛卡尔点X=11、Y=16和Z=40进行取出。