СИСТЕМА И СПОСОБ СБОРКИ МОДУЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ШКАФА
SYSTEM AND METHOD FOR ASSEMBLING A MODULAR DISTRIBUTION CABINET

Настоящее изобретение относится к системе, а также к способу сборки электрических и/или электронных встроенных модулей для размещения модульного оборудования распределительного шкафа в корпусе распределительного шкафа, который оборудован крепежными приспособлениями для нескольких электрических и/или электронных встроенных модулей и содержит дополнительные необязательные компоненты. Кроме того, настоящее изобретение также относится к компьютерному программному продукту, реализующему данный способ, а к также к специальному информационному формату, производимому им для цели осуществления сборки.
Область настоящего изобретения относится к технологии распределительных шкафов. Распределительные шкафы используются иногда в домашних условиях, но, главным образом, в промышленных системах в качестве защитных корпусов для электрических и/или электронных компонентов. Такой распределительный шкаф рассматриваемого здесь типа содержит электрические и электронные компоненты, которые обычно сконструированы в форме стандартизованных встроенных модулей, чтобы предпочтительно управлять автоматизированной производственной установкой, технологической инженерной установкой, станком и т.д. Таким образом, встроенные модули в распределительном шкафу представляют собой управляющие компоненты, которые не расположены непосредственно в машине в качестве периферийных устройств. В качестве встроенных модулей могут присутствовать, например, программируемые логические устройства, устанавливающие соединения с источниками энергии, машинами и системами, которые подлежат управлению. Оборудование распределительного шкафа с приспособлениями распределительного шкафа осуществляется согласно зависящей от применения конструкции.
В настоящее время такая схема концептуального проектирования и конструирования корпусного оборудования основана на программном обеспечении, например, созданной формы EPLAN Pro Panel так называемой плановой конструкции, которая находится в пределах объема настоящей заявки. Такая плановая конструкция включает в частности, трехмерную монтажную схему в форме плана, виртуальную электропроводку электрических и электронных установочных модулей и, если это необходимо, другие компоненты, а также конфигурацию медных электрических шин и аналогичных приспособлений для гибких систем распределения электроэнергии, которые приспособлены для подачи и распределения электроэнергии. Электрические или электронные установочные модули могут быть фиксированы, например, посредством цилиндрических направляющих внутри распределительного шкафа. Для оборудования распределительного шкафа также могут быть спроектированы необязательные компоненты, такие как воздуходувки, фильтры, вентиляторы, теплообменники, установки кондиционирования воздуха, внутренние осветительные системы, кабельные вводы и т.д. Кроме того, объем технической информации плановой конструкции также может содержать дополнительную информацию в отношении конструкционных граничных условий, таких как специальное направление ввода кабелей, необходимые для крепления затягивающие крутящие моменты винтов, необходимые дополнительные защитные крышки и т.д.
При изготовлении современных распределительных шкафов и систем управления плановая конструкция может быть создана заказчиком, который производит планирование на основе программного обеспечения для своего приложения. Эта стадия конструирования также может быть осуществлена производителем распределительных шкафов согласно техническим условиям заказчика. В качестве поддержки для планирования является доступной вспомогательная система с прилагаемой объектной библиотекой, с помощью которой конфигурация распределительного шкафа может быть создана с учетом геометрических размеров и действующих стандартов. Получаемая в результате плановая конструкция затем передается производителю распределительных щитов и распределительных шкафов, который проверяет плановую конструкцию с экспертной точки зрения в пределах объема технологического обслуживания и затем передает инструкции для изготовления распределительного шкафа в своей электрической мастерской. В электрической мастерской производителя распределительных шкафов и систем управления один или несколько монтажников осуществляют сборку распределительных шкафов с применением специальных знаний и профессионального опыта. Обычно распределительный шкаф выходит из электрической мастерской в форме предварительно собранного и предварительно испытанного изделия, которое устанавливают, подключают и вводят в эксплуатацию на площадке заказчика.
В частности, в течение сборочного процесса могут возникать ошибки в реализации конструкции, которая обычно является доступной для монтажников в качестве общей схемы в сочетании с перечнями деталей. Для осуществления конструкции требуются достаточные знания и опыт монтажников в целях сокращения до минимума риска ошибок и продолжительности сборки.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы дополнительно усовершенствовать способ, а также систему сборки модульного оборудования распределительного шкафа таким образом, что обеспеченная технической поддержкой безошибочная сборка зависимого от применения индивидуально спроектированного оборудование распределительного шкафа может быть реализована с учетом особенно времясберегающей последовательности сборочных стадий.
Эту задачу решает система сборки модульного оборудования распределительного шкафа по пункту 1 формулы изобретения. В пункте 6 формулы изобретения предложен способ, осуществляемый с применением этой системы, который может быть реализован в компьютерном программном продукте по пункту 11 формулы изобретения. В соответствующих содержащих ссылки зависимых пунктах формулы изобретения отражены дополнительные преимущественные признаки настоящего изобретения.
Настоящее изобретение включает описание системного проектирования, которое предназначено для сборки модульного оборудования распределительного шкафа общего типа, где компьютеризованный вспомогательный блок определяет высокопроизводительную последовательность сборочных стадий посредством анализа плановой конструкции и ее разделения на индивидуальные сборочные стадии, основанные друг на друге. Вспомогательный блок определяет, что индивидуальные сборочные стадии могут быть осуществлены надлежащим образом с участием монтажника или робота. Решение включает, в первую очередь, определение разнообразных возможных сборочных альтернатив, предпочтительно на основании ресурсов монтажников и роботизированного устройства, а также выбор из них наиболее эффективной сборочной альтернативы. В качестве критерия эффективности используется, главным образом, расчетная продолжительность сборки для полного сборочного процесса, которая должна быть минимальной. Для осуществления высокопроизводительной последовательности сборочных стадий, определенной посредством компьютеризованного вспомогательного блока, по меньшей мере для одного монтажника на сборочной площадке установлен по меньшей мере один индикаторный блок для графической и/или текстовой информации, посредством которого визуально представлены индивидуальные сборочные стадии определенной последовательности сборочных стадий. Это обеспечивает поддержку измерения для предпочтительно безошибочного осуществления конструкции. Кроме того, входной блок расположен на установочной площадке для подтверждения выполненной установочной стадии с участием монтажника, таким образом, что вспомогательный блок может регистрировать выполнение и инициировать следующую плановую установочную стадию. Индикаторный блок также может быть объединен с входным блоком, например, в качестве планшетного компьютера с чувствительным к сигналу дисплеем.
Следующая сборочная стадия в результате анализа посредством компьютеризованного вспомогательного блока также может быть осуществлена посредством роботизированного устройства вместо монтажника-оператора, если анализ плановой конструкции посредством вспомогательного блока показывает, что по меньшей мере одна из сборочных стадий является подходящей для выполнения в качестве автоматизированной сборочной стадии.
Для осуществления этой аналитической деятельности, которая имеет большое значение для настоящего изобретения, в компьютеризованном вспомогательном блоке осуществляется аналитический алгоритм, который разделяет плановую конструкцию, включая по меньшей мере трехмерную схему установочных модулей, расположенных в распределительном шкафу, с конфигурацией соединения, а также перечень деталей плановых установочных модулей, на индивидуальные сборочные стадии, которые основаны друг на друге, таким образом, что аналитический алгоритм посредством доступа к информационной базе знаний определяет установочные модули, подлежащие сборке на сборочной стадии, а также соответствующие сборочные инструкции в определенной последовательности. Если, например, обеспечивающий электропитание установочный модуль определен в плановой конструкции, и информационная база знаний показывает, что он должен быть установлен в первую очередь, то обеспечивающий электропитание установочный модуль определен для установочной стадии А. Кроме того, информационная база знаний обеспечивает установочную инструкцию, согласно которой обеспечивающий электропитание установочный модуль должен быть установлен вручную монтажником. Согласно схеме обеспечивающий электропитание установочный модуль должен быть смонтирован в верхнем левом углу распределительного шкафа.
Набор данных, содержащий эту информацию, может быть использован для индивидуального описания каждой сборочной стадии. Запись данных состоит из идентификатора для сборочной стадии, назначения сборочного объекта, информации в текстовой или графической форме о том, как должен быть собран сборочный объект (сборочные инструкции), и кто должен осуществлять эту сборочную стадию (роботизированное устройство или монтажник). Эта запись данных также может содержать определение приоритетов, показывающих, что сборочная стадия должна быть осуществлена предпочтительно роботизированным устройством и, в качестве альтернативы, монтажником, если роботизированное устройство не является доступным.
Таким образом, информационный формат содержит конкретную информацию в отношении определения
1. Когда? (сборочные стадии А, В, С, D),
2. Что? (монтажный объект х, у),
3. Как? (сборочная инструкция/схема),
4. Кто? (робот R/монтажник /М).
Этот специальный информационный формат имеет преимущество универсальной применимости, в том числе в отношении монтажника, который может иметь сборочную инструкцию, представленную в форме текстовой или графической информация, и в отношении управления посредством роботизированного устройства, причем сборочная инструкция в этом случае хранится в машиночитаемой форме. В то же время, этот информационный формат ограничен концентрированным содержанием данных, которые могут быть быстро обработаны с применением компьютера и интегрированы в модели реляционной базы данных.
Если сборочная инструкция выдана монтажнику для ручного выполнения сборочной стадии, в соответствии с мерой, которая дополнительно улучшает настоящее изобретение, предложено, что компьютеризованный вспомогательный блок имеет доступ к базе данных визуального представления, в которой хранятся записи данных библиотеки сборочных стадий, в которой графическая и/или текстовая информация индивидуальных сборочных стадий установочных модулей хранится в восстанавливаемой форме. Вспомогательный блок имеет доступ к индивидуальным записям данных базы данных визуального представления, чтобы выдавать подходящие сборочные инструкции монтажнику в зависимости от результатов анализа.
В соответствии с другой мерой улучшения изобретательского уровня, предложено, что компьютеризованный вспомогательный блок взаимодействует с оценочным устройством для исследования зарегистрированного датчиком фактических положений установки смонтированных установочных модулей и всех компонентов с целевой спецификацией, учитывая заданные установочные допуски. Кроме того, при осуществлении автоматизированной электропроводки распределительного шкафа оказывается особенно важным, что фактическое положение установки отклоняется в пределах узких установочных допусков от целевого положения установки, заданного плановой конструкцией. Если, например, электропроводка осуществляется в качестве последующей сборочной стадии, такая проверка допуска обеспечивает, что автоматизированная сборочная стадия осуществляется правильно. Результат такой проверки допуска может обычно передаваться между соседними сборочными стадиями, чтобы существовала возможность учета результата предшествующей сборочной стадии компенсирующим допуск образом.
Согласно другой мере улучшения настоящего изобретения предложено, что компьютеризованный вспомогательный блок присоединяется к системе управления производством производственной установки, чтобы учитывать информацию о технологически доступных производственных ресурсах монтажников и/или роботизированного устройства. На этом основании компьютеризованная вспомогательная система способна определять последовательность сборочных стадий, которая приспособлена к текущей производственной рабочей нагрузке. Если информация, получаемая от производственной системы управления, показывает, например, что электропроводка роботизированного устройства вышла из строя вследствие неисправностей или уже является полностью загруженной другими сборочными задачами в течение планового периода, компьютеризованная вспомогательная система может определять, что вместо ручного выполнения сборочная стадия электропроводки осуществляется с участием монтажника. Принимая во внимание данное обстоятельство, компьютеризованная вспомогательная система может, учитывая производственное планирование, преобразовывать сборочную стадию, первоначально запланированную в качестве автоматизированной сборочной стадии, в ручную сборочную стадию и в данном отношении выдавать сборочную инструкцию не в форме управляющих команд для роботизированного устройства, но в форме графической и/или текстовой информации для поддержки монтажника.
Согласно настоящему изобретению способ сборки общего модульного оборудования распределительного шкафа предпочтительно спроектирован как компьютерный программный продукт, у которого программные коды служат для осуществления способа. Анализ плановой конструкции, служащей в качестве входной информации, может происходить в центральном пункте, в то время как визуальное представление индивидуальных сборочных стадий для монтажника или управление роботизированного устройства для автоматизированного выполнения сборочных стадий осуществляется децентрализованным образом на сборочной площадке. Вследствие предусмотренного подтверждения выполненных сборочных стадий с участием монтажника или роботизированного устройства, сообщение между сборочной площадкой и центральным вспомогательным блоком осуществляется в обоих направлениях, в результате чего индивидуальные сборочные стадии осуществляются в рамках этой распределенной системы.
Следующие меры по усовершенствованию настоящего изобретения ниже описаны более подробно вместе с описанием примера порядка осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фигуры. В числе фигур:
на фиг.1 представлена схематическая блочная диаграмма системы сборки модульного оборудования распределительного шкафа;
на фиг.2 представлена технологическая схема индивидуальных стадий сборочной процедуры, подлежащей осуществлению с помощью системы;
на фиг.3а представлен примерный набор данных, выпускаемый посредством компьютеризованного вспомогательного блока для инициирования сборочной стадии А; и
на фиг.3b представлен примерный набор данных, выпускаемый посредством компьютеризованного вспомогательного блока для инициирования сборочной стадии D.
Как представлено на фиг.1, система сборки модульного оборудования распределительного шкафа содержит компьютеризованный вспомогательный блок 1 для определения высокопроизводительной последовательности сборочных стадий. Это осуществляется на основании плановой конструкции 2, которая поступает во вспомогательный блок 1 в форме файла. Плановая конструкция 2 содержит информацию в отношении трехмерной схемы 3 и перечня деталей 4 всех установочных модулей 5-5''' и других компонентов, которые должны быть смонтированы в корпусе 6 распределительного шкафа на фиксаторах 7, например, цилиндрических направляющих.
Чтобы определять высокопроизводительную последовательность сборочных стадий, компьютеризованный вспомогательный блок 1 разделяет плановую конструкцию 2 на индивидуальные сборочные стадии, которые основаны друг на друге, и которые должны быть осуществлены с участием монтажника М или посредством роботизированного устройства R. Для этой цели аналитический алгоритм осуществляется в компьютеризованном вспомогательном блоке 1 в рамках анализа 10, который определяет установочные модули 5-5"', которые должны быть смонтированы согласно плановой конструкции 2 в определенной последовательности на сборочных стадиях A-D, а также согласно соответствующей сборочной инструкции. Анализ осуществляется с доступом к подключенной информационной базе знаний W, в которой хранится информация, включающая необходимые технологические знания, например, содержание сборки, последовательность сборки, опыт сборки.
Кроме того, компьютеризованный вспомогательный блок 1 содержит базу данных визуального представления V, в которой хранятся записи данных библиотеки сборочных стадий. Указанные наборы данных содержат графическую и/или текстовую информацию для индивидуальных сборочных стадий A-D, которые сделаны доступными для монтажника М на сборочной площадке, чтобы содействовать ему в осуществлении сборочной стадии, указанной в соответствующих инструкциях.
Кроме того, компьютеризованный вспомогательный блок 1 оборудован оценочным устройством 8, которое взаимодействует с исследованием фактических положений установки смонтированных установочных модулей 5-5''', которые зарегистрированы посредством датчиков с применением устройства камеры 13, с целевыми условиями, учитывающими заданные установочные допуски.
Кроме того, компьютеризованный вспомогательный блок 1 также принимает информацию в отношении технологически доступных производственных ресурсов от производственной системы управления 9 более высокого уровня в форме планирования ресурсов предприятия (ERP)/выполненной технологической стадии (PPS) для монтажников М и/или роботизированного устройства R, чтобы определять эффективную последовательность сборочных стадий. На основании вышеупомянутой информации, компьютеризованный вспомогательный блок 1 осуществляет последовательность сборочных стадий A-D, которая приспособлена к текущей эксплуатации производственных мощностей установки.
Если компьютеризованный вспомогательный блок 1 определяет, что сборочные стадии А, В и D должны быть осуществлены вручную с участием монтажника М, соответствующая рабочая инструкция в форме графической и/или текстовой информации представляется на индикаторном блоке 11, установленном на сборочной площадке. Последующие индикаторные блоки 11' и 11'' присутствуют, чтобы визуально представлять другие ручные сборочные стадии С и D из последовательности сборочных стадий, определенной посредством компьютеризованного вспомогательного блока 1. Кроме того, входной блок 12-12' также установлен на установочной площадке для ручной установки с участием монтажника, причем монтажником должна быть по меньшей мере подтверждена выполненная установочная стадия, таким образом, что компьютеризованный вспомогательный блок 1 может, например, регистрировать выполнение установочной стадии А в результате получения этой информации, чтобы затем инициировать следующую плановую установочную стадию В. Это может быть осуществлено на той сборочной площадке или на соседней сборочной площадке в мастерской.
Основная последовательность сборочной процедуры, осуществляемой системой, разъясняется ниже со ссылкой на фиг.2:
В рамках начальной стадии (а) плановая конструкция, созданная с применением программного обеспечения, такого как EPLAN Pro Panel, делается доступной компьютеризованному вспомогательному блоку для анализа. Плановая конструкция содержит по меньшей мере данные о трехмерной схеме и соответствующую информацию по перечню материалов защитного оборудования, которое должно быть смонтировано. Таким образом, в файле плановой конструкции описана зависящая от применения конфигурация распределительного шкафа.
На стадии (b) данные плановой конструкции обрабатывают с применением аналитического алгоритма, чтобы разделить плановую конструкцию на индивидуальные сборочные стадии А, В, С, D, которые основаны друг на друге. Аналитический алгоритм определяет в контексте разделения с применением информации из базы знаний, что монтажнику или роботизированному устройству следует осуществлять соответствующую сборочную стадию, и производит соответствующее назначение.
Если анализ показывает, что сборочная стадия А, получаемая в результате разделения плановой конструкции, должна быть осуществлена вручную, после стадии (с) осуществляется визуальное представление ручной сборочной стадии А определенной последовательности сборочных стадий для монтажника на индикаторном блоке, установленном на его рабочей площадке. Индикаторный блок содержит графическую и/или текстовую информацию в качестве сборочных инструкций, которые взяты из базы данных визуального представления посредством компьютеризованного вспомогательного блока.
После этого на стадии (d) монтажник осуществляет представленную ручную сборочную стадию А, на которой, например, переходное устройство для программируемого логического контроллера е устройство устанавливается на цилиндрические направляющие распределительного шкафа в качестве встроенного модуля.
Если сборочная стадия А выполняется с участием монтажника, то монтажник подтверждает на одной стадии (е) профессионально выполненную сборку посредством входного блока, установленного на сборочной площадке, который в данном примере выполнения сконструирован в форме клавиатуры, чтобы иметь возможность ввода не только бинарной подтверждающей информации, но также комментариев в отношении особых ситуаций в ходе выполняемой сборки, которые поступают в порядке обратной связи в компьютеризованный вспомогательный блок. Эта информация поступает в порядке обратной связи в компьютеризованный вспомогательный блок. Такое затруднение монтажа может быть вызвано тем, что электрический установочный модуль, который должен быть расположен в верхнем левом углу корпуса, трудно установить на цилиндрические направляющие монтажной плиты, прикрепленной к задней стенке распределительного шкафа, вследствие возможных больших геометрических размеров.
Благодаря этой и аналогичной информация, информационная база знаний компьютеризованного вспомогательного блока может затем быть обогащена в отношении информационной технологии таким образом, что может быть улучшено планирование будущих сборочных стадий. Если вышеупомянутая трудность передачи информации в порядке обратной связи оценивается в качестве актуальной, она может быть исключена в будущем, когда будут присутствовать идентичные или аналогичные установочные модули для этого критического положения установки в распределительном шкафу. В данном отношении эта обратная связь также производит воздействие на будущие проекты, полученные посредством системы автоматизированного проектирования с применением упомянутого выше инструмента планирования с поддержкой программного обеспечения.
После того, как установка выполняется, подтверждается и комментируется, если это необходимо, установочные допуски смонтированного установочного модуля технически проверяются датчиком на следующей стадии (f). Это может быть осуществлено, например, посредством устройства камеры системы восприятия изображений, которая регистрирует фактическое положение установки смонтированного встроенного модуля.
На следующей стадии (d) информация о допуске учитывается посредством компьютеризованного вспомогательного блока в течение следующей сборочной стадии после целевого/фактического сравнения и передается, если это необходимо. Таким образом, на последующей сборочной стадии, в частности, на автоматизированной сборочной стадии, может быть принята информация в отношении того, что эта стадия может быть осуществлена полностью посредством роботизированного устройства вследствие фактического положения установки, или что требуется предварительная переработка.
Эта оценки приемлемости отклонений в пределах заданного поля допуска осуществляется на стадии (h) последовательности сборочных стадий. Затем инициируется следующая сборочная стадия В.
1
Если одна из сборочных стадий А, В, С, D определяется в качестве автоматизированной сборочной стадии С на стадии (b), эта автоматизированная сборочная стадия С передается посредством вспомогательного блока на стадии (с) на роботизированное устройство в форме машиночитаемых сборочных инструкций для установки оборудования распределительного шкафа. Такое роботизированное устройство может представлять собой, например, роботизированную электропроводку для электрических и электронных установочных модулей. При сборке указанных встроенных модулей положение электрических штырей является известным, благодаря плановой конструкции, в частности, известной схеме. Указанные штыри могут быть автоматически снабжены электропроводкой внутри распределительного шкафа согласно диаграмме электропроводки, которая также относится к плановой конструкции.
Это осуществляется на следующей стадии (d'), на который роботизированное устройство осуществляет автоматизированную сборочную стадию С с применением роботизированного управления. Управляющие команды блока роботизированного управления получают, используя машиночитаемый сборочные инструкции вспомогательного блока.
После выполнения автоматизированной сборочной стадии С это также подтверждается на стадии (е'), таким образом, что компьютеризованный вспомогательный блок может регистрировать выполнение автоматизированной сборочной стадии С и инициировать следующую плановую сборочную стадию D.
Однако перед этим осуществляется исследование установочного допуска в соответствии со стадиями (f)-(h).
На фиг.3а проиллюстрирован примерный набор выходных данных компьютерного программного продукта, который в результате анализа, осуществляемого посредством компьютеризованного вспомогательного блока, разделяет плановую конструкцию на индивидуальные сборочные стадии А, В, С, D. Чтобы описать последовательность сборочных стадий, информационный формат набора выходных данных содержит по меньшей мере один ключевой идентификатор для примерной сборочной стадии «А», которой соответствует сборочный объект «установочный модуль ху» и в случае сборочной стадии, которая должна быть выполнена вручную, сборочная инструкция, подлежащая применению для этой цели, в форме графической и/или текстовой информации «схема», а также идентификатор того, что эта сборочная стадия назначена для ручной сборки «М» на заданной сборочной площадке.
Как представлено на фиг.3b, набор выходных данных для сборочной стадии, которая должна быть осуществлена автоматически с применением роботизированного устройства, составляют ключевая идентификации сборочной стадии «С», назначение сборочного объекта «установочный модуль yz», соответствующая сборочная инструкция в форме машиночитаемой информации «код» и идентификация для назначения автоматизированной сборки R с применением конкретного роботизированного устройства.
Настоящее изобретение не ограничено примерной предпочтительной конструкцией, которая описана выше. Например, также могут быть осуществлены другие последовательности ручных и автоматизированных сборочных стадий. Даже чисто ручная последовательность сборочных стадий или чисто автоматизированная последовательность сборочных стадий может быть осуществлена согласно принципу решения в рамках настоящего изобретения.