专利名称：带有制造装置的比例正确的模型的制造车间的模型结构以及将制造装置的空间结构输入 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造车间(Fertigungsstatte )的模型结构，其中模型结构包括平面的
基础，在所述基础上存在制造装置的多个真实的二维或三维的至少关于其在基础上的占地需求来说是比例正确的(maiistabsgerechten)模型。作为制造车间，广义地理解为包括至少两个制造装置的构造(Gebilde)。由此，例如可意味着包含多个机床的制造单元。但作为制造车间例如也将整个厂房或甚至整个工厂表示为模型。作为制造装置，广义理解为对于制造所要求的所有的空间上的单元。为此，狭义地，用于加工产品的机床属于制造装置，然而用于在不同的机床之间运输产品的装置以及在制造车间内必须的其他的空间上的装置同样属于制造装置。其他的空间上的装置例如可理解为生产管理者的办公室，工作人员的行走路径等。
背景技术：
普遍公知将制造车间(例如厂房)表示为模型。在规划阶段，此类模型特别地可支持规划参与者的想像力。作为替代，在此提供了计算机支持的规划工具以用于工厂规划，如在Fujitsu公司的2008年的公司手册中以商品名GLOVIA所提供的。此计算机支持的规划工具要求输入制造装置以及制造车间的空间情况的虚拟三维模型。然后，可以将由此产生的模型在虚拟环境中组装且模拟制造流程，以便能够得出所规划的制造车间的功能适用性的结论。通过真实的模型构造以及通过计算机支持的对于制造车间的模拟，可执行优化过程，所述优化过程在构造制造车间之前允许进行制造流程的优化以及空间需求和其他方面的优化。在此，真实模型构造的优点是对于工厂规划人员具有直观的接口。另一方面，计算机支持的规划程序的优点是容易进行制造流程的模拟，且在建模中除空间数据外也可处理另外的数据。此外，本发明涉及用于将一起形成了制造车间的制造装置的空间结构输入到计算机支持的规划程序内的方法。为在以上所述的规划程序中可构建对制造车间的模拟，实际上必须已知对于各待规划的应用情况的边界条件。制造车间的空间情况属于边界条件，所述空间情况可以是已经存在的(优化任务)或仍须构造(规划任务)，且要应用的制造装置的特征也属于边界条件。数据可已经存在于数据库内，使得与规划程序的连接可相对简单地执行。然而，尚未供使用的数据必须被输入到规划程序内，由此给工厂规划者带来不便。为减轻将数据输入待规划系统内的不便，根据US 2002/0107674 Al建议，可对制造装置的模型例如设置二维标记，所述二维标记适合于识别单个的模型。借助于此标记，例如可通过光学识别系统识别单个制造装置的身份。此外可以识别所述制造装置的定向。通过更高的计算成本，也可将模型自身用作标记，其中此标记须通过合适的光学识别方法识别。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，一方面给出带有制造装置模型的制造车间的真实的模型结构，且另一方面给出用于将制造车间的制造装置的相互配合输入到计算机支持的规划程序内的方法，其中模型结构和输入方法在应用中应当是相对合理的。上述技术问题利用本文开头所述的模型结构通过如下解决，即模型具有机器可读取的识别标识载体。作为信息的载体应广义地理解为可提供机器可读取的信息的所有物理装置。这意味着对此载体应分别给出由合适的读取装置进行机器读取的可能性。例如，载体可通过磁性方式存储信息，其中为读取此信息必须将磁性传感器作为读取装置置于此信息附近。另外的可能性是使用所谓的RFID标签，所述RFID标签通过合适的读取装置激活且例如通过无线或红外接口给出存储在载体内的信息。另外的可能性是使用声学信息。为此目的载体必须发出声学信号，所述声学信号可通过声学传感器捕获。根据本发明建议载体除识别标识外还具有位置标识(Lagekenrumgen)，所述位置标识含有所涉及的载体在所涉及的模型上的各位置的坐标。使用识别标识可仅通过载体来识别模型，使得通过读入可提供关于模型的数据，所述数据可馈送到规划程序内。但如果通过图像也应确定模型在规划中的位置，则有利的是为此仅确定信息载体的位置。这可使用相对低的计算成本实现，因为所述信息载体仅具有有限的尺寸。如果信息载体在所属的模型上的位置已知，则通过信息载体的所确定的位置也可推断出模型在基础上的位置。以此， 有利地实现了在规划程序中真实模型结构的简单建模(Abbildimg)。根据本发明的特别有利的构造建议，载体是可光学读取的且在从上方到基础的观察方向上是光学可达的。光学可达性是需要的，因为为制定模型结构将模型放置在基础上。基础因此形成了制造车间的地板的模型，其中从鸟瞰透视可以以光学方式最好地布置 (Auslesung)载体，而不使得模型相互遮挡。在此，垂直观察方向是特别优选的。当然，也可选择与所述垂直观察方向偏离的观察方向，只要保证模型不相互遮挡。特别地，在使用二维模型时，即例如在使用仅表示制造装置在基础上的轮廓的薄片(Plattchen )时，可选择相对大的观察方向角度，例如20度至90度。如果使用三维模型，则60度至90度的观察方向角度是优选的。垂直观察角度对应于90度的角度。特别地，如果将包含图像传感器和物镜的照相机用作读取载体的装置，则也可考虑仅在所拍摄的图像的中心保证垂直的观察方向。在图像边缘处不可避免具有从上方到基础的观察方向，该观察方向与向着基础的垂直方向偏离。根据本发明的另一个构造建议，识别标识由一维或二维条形码形成。这具有的优点是，在照相机的数字图像处理中可容易地分析条形码。为此可使用用于条形码的通用标准，使得可有利地快速且可靠地以可使用的软件进行识别。作为用于一维条形码的示例可涉及Code 39，Code 93或Code 128。作为二维条形码的代表，例如包括UR Code, DATAMATRIX 或AZTEC Code。此外，上述技术问题也通过本文开头提到的方法通过如下解决，即进行以下的方法步骤。产生制造装置的至少关于其占地需求来说是比例正确的二维或三维真实模型。模型具有机器可读取的识别标识载体。利用模型形成平面基础上的制造设备的模型结构。利用图像传感器在从上方到基础的观察方向上建立该模型结构的至少一个数字图像。机器地采集模型的识别标识。在数字图像中确定与载体相关的模型的位置。且最后通过识别标识将模型的位置与规划程序内的制造装置的数据组相关联。用于描述方法的概念在前文中在关于模型结构的权利要求的解释中已解释，且关于方法权利要求具有相同的含义。根据本发明建议，除识别标识外在载体上还提供位置标识，所述位置标识含有载体在模型上的各位置的坐标。也可以通过在考虑位置标识的条件下确定载体的位置来计算通过载体所表示的模型在基础上的位置。具体而言按如下进行。确定载体在图像中的位置。 在此，可通过所描述的方式分析多个图像，以便毫无疑问地确定载体的位置。然后将载体的位置与位置标识重叠，使得根据载体的位置可推断基础上的整个模型的位置。此推断通过规划程序的计算进行，将为此所需的信息以识别标识和位置标识的形式提供给所述规划程序使用。根据本发明的解决方案的替代可能性在于，在规划程序内制造装置的数据组已包含了载体在模型上的各位置的坐标。在此情况中，不需要载体的位置标识，因为此数据已存储在规划程序内。该数据的调出可通过分析所涉及的模型的识别标识且在识别模型之后从制造装置的数据组调出载体位置的坐标来进行。如果该数据可供使用，则可通过考虑到载体在模型上的位置而确定载体的位置来计算通过载体所表示的模型在基础上的位置。根据本发明的构思在于，工厂规划者可有利地借助在基础上的真实模型来直观地以简单的方式构建所规划的制造车间的规划变体。在此，有利地的是，也可以采用不具备使用用于工厂规划的程序支持的规划工具的经验但由于其工作而能够带来丰富的实践知识的人员。作为示例，所述人员包括来自制造业的工作人员，例如生产领导和工匠。另一方面， 有利的是不必舍弃通过规划程序对规划变体的检查。数据到规划程序内的输入在此有利地得以自动化，使得有利地节约了熟悉规划程序操作的工厂规划者的工作。以此，规划程序的应用得以加速，且因此更经济。此外，对于工厂规划的规划概念的解决方案总体上有利地在更短的时间内得到，且在此还有利的是参与制造的工作人员的优化潜力得以加强。根据本发明的方法的构造建议，载体是可光学读取的且被施加在模型上使得在将模型放置在基础上之后该载体在从上方到基础的观察方向上是光学可达的。在规划阶段中，规划过程的流程以真实模型按如下方式执行。将模型放置在基础上，以此形成制造车间的模型结构。通过光学传感器从上方、即优选地从垂直于基础的观察方向上，但也可从与该垂直的观察方向偏离的观察方向上拍摄此模型结构。由此形成数字图像，对所述数字图像可进行另外的图像处理。因为载体有利地是从上方光学可达的，所以该载体也在数字图像上成像，使得通过图像处理可分析光学信息。此外有利的是对模型结构拍摄多个交叠的图像。由此可以通过使用带有更长焦距的相应光学器件将图像中的观察角度保持为很小且通过对交叠的分析将多个图像组合成为一个唯一的图像。由此可使制造装置的模型在不同的图像中相互保持比例。特别有利的是使图像交叠为使得每个载体至少在两个图像上成像。在确定各模型的位置时由于图像中的透视变形造成的误差则可通过至少两个相关图像的比较而被修正。 相关图像意味着将所涉及的载体成像的那些图像。相关图像必须是至少两个图像。结合本发明，透视变形理解为如下情况，即图像仅可在物镜的光轴中严格地符合预先给定的观察方向(例如垂直观察方向)上被拍摄。在所拍摄的图像的边缘区域内的物体不可避免地具有与该确定的观察方向偏离的观察方向，所述偏离的观察方向在确定所涉及的载体在基础上的位置时必须被考虑。通过所涉及的载体在另外的图像上的位置的对比，可确定此位置误差，其中在此考虑两个图像相互问图像轴线的距离。当使用图像传感器建立模型结构的数字图像的时间序列时，得到方法的特别有利的构造。该时间序列可以说给出了录像，所述录像通过模型的调节显示了直观的规划过程。 在此可自由选择单个图像的建立之间的间隔，其中单个图像应实现不同的规划状态的比较。以此可通过图像比较确定载体位置的改变。可通过识别标识将载体的当前位置与规划程序中制造装置的数据组相关联，且将在规划程序中所使用的虚拟制造车间模型分别与真实模型相匹配。有利地可使用规划程序来控制输出装置，在所述输出装置上显示了与载体相关联的制造装置的位置改变。其优点是在使用真实模型的直观规划阶段期间就可确定，所建议 (再次调整)的改变对包含在规划程序中的制造车间的虚拟模型具有哪些效果。由此也可检验仅可使用规划程序得到的论断。在此可使用通用的规划程序。可考虑经典的CAD应用以及另外的规划程序，例如传输矩阵/Sankey图显示，根据khmigalla的排列优化，或有用值分析。
本发明的另外的细节在下文中根据附图描述。附图中相同或相应的附图元素分别提供以相同的附图标号，且仅在如下程度上多次解释各个附图之间的差异如何。各图为图1示意性地示出了根据本发明的方法的实施例在空间中的应用，和图2示出了根据本发明的模型结构的实施例的部分的空间图示。
具体实施例方式在图1中图示了其中要执行根据本发明的规划方法的空间11。在空间中央具有桌子12，在所述桌子12上示意性地图示了模型结构13。所述模型结构13包括基础14，在所述基础14上典型地安放了作为制造装置的机床的模型15。基础以未图示的方式表示了具有厂房形式的制造车间的轮廓。在根据本发明的规划方法中的第一基本方法步骤在于，工厂规划者将模型15手工调整到正确的位置。另外的模型(未图示)和另外的人员(也未图示)可参与此规划阶段。在该规划阶段期间，数字照相机17通过图像传感器18以规则的时间间隔拍摄模型结构13的图像。该拍摄从上方进行，在实施例中严格地在垂直方向上进行，即在重力方向上进行。由此形成了垂直于基础14的图像轴线19。然而由于数字照相机17的物镜20 的焦距，对于模型在所拍摄的图像的边缘处得到相对于基础14大约75度的观察方向α。为了尽管由于透视变形导致图像内的不同的观察方向仍可严格确定模型的位置， 使用数字照相机17从虚线图示的位置拍摄至少一个图像。将照相机固定在支架21上以移动照相机。替代地(未图示)，照相机也可由工厂规划者16手持且手工定向，在此情况中不需要支架。图像照相机17的图像数据以未图示的方式在第二规划步骤中被规划程序处理， 且在空间11内通过位于墙壁上的以显示器形式的输出装置22输出。以此，实现了工厂规划者16与模型结构13的交互动作，其中对通过模型结构13表示的规划结果的修改立即在输出装置22上显示，使得直观地在模型结构13上获得的结果可同时接受规划程序的分析。 以此方式可进行短期修正，以此可实现规划结果的有效优化。在图2中图示了根据图1的模型结构13的代表性部分。在基础14上可见待规划的厂房的轮廓23。在此基础上还可见制造装置的二维模型M和三维模型25。在此，所述制造装置例如是机床或制造单元。模型对、25放置在基础的确定的位置上且因此表示工厂规划过程中的一定的规划状态。模型M、25提供有信息载体26。在根据图2的实施例中，所述信息载体沈是具有二维条形码形式的光学信息载体。信息包括各模型的识别标识，这以该方式唯一地与存储在规划程序中的待规划的制造装置相关。此外，载体含有关于其在各模型上的位置的信息。在根据图2的实施例中，此位置信息通过如在图2中表示的笛卡尔坐标系x-y-z来表达。因为模型在基础上也可旋转，所以此外存在坐标φ，所述坐标φ表达了与模型相关的相对坐标系(未图示)相对于基础的、位置固定的坐标系观围绕垂直轴线Z的旋转角度。模型M是二维模型，从而在该情况中仅存储坐标X1和yi。模型25作为三位模型通过坐标&、72和&描述。在此，坐标分别给出了各载体沈的中点相对于模型其余部分的位置。角度坐标φ可不存储在载体内。而是将所述角度坐标φ通过考虑模型Μ、25在基础上的角度位置(Winkelstellimg)来确定。为此目的，载体可具有定向信息，所述定向信息的角度位置(Winkellage)通过对于所拍摄的图像进行图像处理获得。此外，在基础上提供带有相对于位置固定的坐标系28的坐标x3、y3的标记27。此标记用于数字照相机17的定向，使得图像轴线19相对于位置固定的坐标系观的位置是已知的。这有助于模型在规划程序内的空间布置。最后，在基础上还提供了其他载体四，所述载体四标记了位置固定的坐标系观的位置。位置标识的显示仅示例性地进行，且也可通过其他方式实现。特别地，所指出的坐标系也可直接输入到规划程序中，使得不需要在载体上进行存储。在此情况中，位置信息与模型的关联通过规划程序中的识别标识进行。
权利要求
1.一种制造车间的模型结构，所述模型结构包括平面的基础(14)和制造装置的放置在所述基础(14)上的多个至少关于其在所述基础(14)上的占地需求来说是比例正确的二维或三维的真实的模型04、25)，其中所述模型(对、2幻提供有机器可读取的识别标识的载体(沈)，其特征在于，所述载体06)除识别标识外还具有位置标识，所述位置标识含有载体06)在模型上的各位置的坐标。
2.根据权利要求1所述的模型结构，其特征在于，所述载体06)是可光学读取的且在从上方到所述基础(14)的观察方向上是光学可达的。
3.根据权利要求2所述的模型结构，其特征在于，所述识别标识包括一维或二维的条形码。
4.一种用于将一起形成了制造车间的制造装置的空间结构输入到计算机支持的规划程序内的方法，其中 产生制造车间的至少关于其占地需求来说是比例正确的二维或三维的真实的模型 (24,25), 为模型(对、2幻设置机器可读取的识别标识的载体06)， 除所述识别标识外在载体06)上还提供位置标识，所述位置标识含有载体06)在模型(对、2幻上的各位置的坐标，或对规划程序内的制造装置的数据组补充载体06)在模型上的各位置的坐标， 利用所述模型(对、2幻形成平面的基础(18)上的制造设备的模型结构，眷使用图像传感器(18)在从上方到基础(14)的观察方向上建立所述模型结构的至少一个数字图像，眷机器采集所述模型04、25)的识别标识， 通过在考虑载体06)的位置标识或规划程序内的数据组的位置坐标的条件下确定载体(18)的位置来计算通过载体(18)所代表的模型(对、2幻在基础(14)上的位置， 将模型的位置通过识别标识与在规划程序中的制造装置的数据组相关联。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述载体06)是光学可读取的，且被这样施加在模型(对、2幻上，使得在将模型(对、2幻放置在基础(14)上之后，所述载体06) 在从上方到所述基础的观察方向上是光学可达的。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，为机器采集光学可读取的识别标识，分析数字图像。
7.根据权利要求4至6中一项所述的方法，其特征在于，对模型结构拍摄多个交叠的图像。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于， 图像交叠，使得每个载体06)至少在两个图像中成像，和 在确定各模型04、25)的位置时由于图像中的透视变形造成的误差通过至少两个相关图像的比较而被修正。
9.根据权利要求4至8中一项所述的方法，其特征在于，眷使用图像传感器(18)对模型结构建立数字图像的时间序列， 通过图像的比较确定载体06)的位置改变，和 将载体06)的当前位置通过识别标识与在规划程序内的制造装置的数据组相关联。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，使用规划程序控制输出装置(22)，在所述输出装置0 上显示与载体06)相关联的制造装置的位置改变。
全文摘要
本发明涉及用于工厂规划的方法和用于执行此方法的模型结构(13)。根据本发明建议，为模型结构的模型(24、25)设置信息载体(26)，例如二维条形码，使得所述模型(24、25)在被放置在基础(14)上之后其位置可通过数字图像处理确定。由此真实模型(24、25)可借助三维的真实模型用于直观的工厂规划，其中通过信息载体可以将由此形成的数据传输到规划程序内。有利地，可通过此方式将通过真实模型的直观工厂规划的方法与通过规划程序的工厂规划的方法相互组合，其中通过信息载体实现了两个规划步骤之间的有效接口，所述接口特别地也允许利用两个规划方法交互工作。
文档编号G06Q50/00GK102301310SQ201080005959
公开日2011年12月28日 申请日期2010年1月20日 优先权日2009年1月30日
发明者C.冯伊森, C.格罗什, C.罗斯米勒, S.乌泽拉克 申请人:西门子公司