DE102012104885B4 - Method for the error-free operation of a production machine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betrieb einer Fertigungsmaschine, bei dem in laufender Produktion mithilfe einer Prozessüberwachungseinheit Prozesswerte von der Fertigungsmaschine zugeordneten Sensoren erfasst werden und für jedes Werkstück, welches mittels der Fertigungsmaschine hergestellt oder bearbeitet wird, geprüft wird, ob ein durch die Prozesswerte definierter Prozesspunkt innerhalb eines Verarbeitungsbereichs (B) liegt, welcher alle Raumpunkte innerhalb eines Werteraums (Y) ausschließt, deren Prozesswerte zu Ausschussteilen führen, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu geprüft wird, ob der Raumpunkt in einem, vorzugsweise zumindest weitgehend vollständig innerhalb des Verarbeitungsbereichs (B) liegenden, Verarbeitungsfenster (V) liegt, dessen Grenzen vorab mithilfe eines Klassifikationsverfahrens bestimmt worden sindund wobei im Rahmen einer Vorproduktion, eine Bestimmung des Verarbeitungsfensters (V) dadurch erfolgt, dass zunächst jedem Werkstück seine Schussnummer eindeutig zugeordnet und das Werkstück als Gutteil oder als Ausschussteil mit Ausschussgrund oder Ausschussursache identifiziert wird, wonach mithilfe einer Klassifikation der zu Gutteilen gehörenden Prozesspunkte und der zu Ausschussteilen gehörenden Prozesspunkte das Verarbeitungsfenster (V) mittels V:= V0- S - A ermittelt wird,wobei V0als vorab bestimmte Teilmenge der Prozesswerte ein Ausgangsverarbeitungsfenster ist, A die Vereinigung von Ausschussmengen Ajist, deren Grenzhyperfläche zu den Gutteilen mit einem Klassifikationsverfahren bestimmt wird und S ein Sicherheitsbereich,vorzugsweise mit einer Breite zwischen 0 und einer Sollqualität, höchst vorzugsweise zwischen 0 und 6σzu den Ausschussmengen ist unddass als Klassifikationsverfahren das Support Vector Machines-Verfahren mit dem Hinge Loss oder dem logistischen Loss eingesetzt wird unddass ein Zielprozesspunkt definiert wird, wobei eineProzesssteuerung mit dem Ziel einer Erreichung des Zielprozesspunkts in die laufende Produktion eines Werkstücks eingreifen kann, wenn aufgrundder von der Prozessüberwachungseinheit erhobenen Messwerte eine Abweichung von dem Zielprozesspunkt zu erwarten istMethod for operating a manufacturing machine in which, during ongoing production, process values from sensors assigned to the manufacturing machine are recorded with the aid of a process monitoring unit and a check is made for each workpiece that is manufactured or processed by means of the manufacturing machine whether a process point defined by the process values is within a processing area ( B), which excludes all spatial points within a value space (Y) whose process values lead to reject parts, characterized in that for this purpose it is checked whether the spatial point is in a processing window (V), preferably at least largely completely within the processing area (B) ), the limits of which have been determined in advance with the aid of a classification process and where, as part of pre-production, the processing window (V) is determined by first assigning its shot number uniquely to each workpiece and adding the W part is identified as a good part or as a reject part with a reason for rejecting or rejecting the cause, according to which the processing window (V) is determined using V: = V0- S - A with the aid of a classification of the process points belonging to good parts and the process points belonging to reject parts, with V0 being a pre-determined subset the process values is an output processing window, A is the union of scrap quantities Ajist, the boundary hypersurface to the good parts is determined with a classification method and S is a safety range, preferably with a width between 0 and a target quality, most preferably between 0 and 6σ, to the scrap quantities and that as a classification method the support vector machines method is used with the hinge loss or the logistic loss and that a target process point is defined, with a process control intervening in the ongoing production of a workpiece with the aim of reaching the target process point en if a deviation from the target process point is to be expected on the basis of the measured values collected by the process monitoring unit
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Fertigungsmaschine, bei dem in laufender Produktion mithilfe einer Prozessüberwachungseinheit Prozesswerte von der Fertigungsmaschine zugeordneten Sensoren erfasst werden und für jedes Werkstück, welches mittels der Fertigungsmaschine hergestellt oder bearbeitet wird, geprüft wird, ob ein durch die Prozesswerte definierter Prozesspunkt innerhalb eines Verarbeitungsbereichs liegt, welcher alle Raumpunkte innerhalb eines Werteraums ausschließt, deren Prozesswerte zu Ausschussteilen führen.The present invention relates to a method for operating a manufacturing machine, in which process values from sensors assigned to the manufacturing machine are recorded during ongoing production with the aid of a process monitoring unit, and for each workpiece that is manufactured or processed by the manufacturing machine, it is checked whether a workpiece defined by the process values Process point lies within a processing area which excludes all spatial points within a value range whose process values lead to rejects.
Ein solches Verfahren ist bereits aus der
Dieses Verfahren ist nur anwendbar in einer rückverfolgbaren Fertigung mit einem kontinuierlichen Verbesserungsprozess. Die übliche Fertigung ist nicht rückverfolgbar und hat keinen kontinuierlichen Verbesserungsprozess, sondern folgt einer Abfolge von Abmustern, Serienanlauf, Serienfertigung und Ersatzteilfertigung.This method can only be used in traceable production with a continuous improvement process. The usual production is not traceable and does not have a continuous improvement process, but follows a sequence of samples, series start-up, series production and spare parts production.
Norbert Wiener hatte 1947 eine grundlegende Idee, auf welche die Anmeldung unter anderem zurück- greift. Norbert Wiener nannte das Verfahren „kybernetische Steuerung“. Er verwendete den Begriff einer kybernetischen Steuerung nach „Kybernetes“, einem griechischen Steuermann eines Segelschiffs, der bei Wind und Wetter verhindern muss, dass das Boot auf den Klippen zerschellt. Kybernetes bedeutet gleichzeitig „Lot- se“. Der Lotse hat Kenntnis der Fahrwege im Meer. So wie der Lotse dafür sorgt, dass ein Schiff nicht strandet, so soll die kybernetische Steuerung dafür Sorge tragen, dass die gemessenen Prozessdaten im Verarbeitungsbereich bleiben und gute Teile entstehen.In 1947, Norbert Wiener had a basic idea which the application made use of, among other things. Norbert Wiener called the process "cybernetic control". He used the term cybernetic control after "Cybernetes", a Greek helmsman of a sailing ship who has to prevent the boat from crashing on the cliffs in wind and weather. Cybernetes also means “guide”. The pilot has knowledge of the routes in the sea. Just as the pilot ensures that a ship does not run aground, the cybernetic control system should ensure that the measured process data remain in the processing area and that good parts are created.
Die Forschungen zur kybernetischen Steuerung blieben erfolglos, weil es nicht gelang, den Verarbeitungsbereich präzise zu bestimmen. Unter Verarbeitungsbereich verstehen wir die Menge aller Prozesspunkte, bei denen gute Teile entstehen. Es gibt guten Grund zur Annahme, dass es unmöglich ist, bei typischen Fertigungsmaschinen, wie einer Spritzgießmaschine, den Verarbeitungsbereich exakt zu bestimmen.The research on cybernetic control remained unsuccessful because it was not possible to precisely determine the processing area. By processing area we mean the set of all process points at which good parts are created. There is good reason to believe that it is impossible to accurately determine the processing area in typical manufacturing machines, such as an injection molding machine.
Die Qualität wird beispielsweise beim Spritzgießen von ca. 80 Maschinengrößen und 2 Prozesskurven, der Werkzeuginnendruckkurve und der Werkzeuginnentemperaturkurve bestimmt. Mit jeder Dimension wächst die Anzahl der Extrempunkte exponentiell an. Um die Grenzen des Verarbeitungsbereichs exakt bestimmen zu können, muss man also extrem genau messen. Bei 80 Messgrößen steigt aber die Fehlerquote, wenigstens eines dieser 80 Messgeräte misst im Allgemeinen nicht genau. Damit gilt die genaue Bestimmung des Verarbeitungsbereichs als unmöglich.In injection molding, for example, the quality is determined by approx. 80 machine sizes and 2 process curves, the cavity pressure curve and the cavity temperature curve. The number of extreme points increases exponentially with each dimension. In order to be able to determine the limits of the processing area exactly, you have to measure extremely precisely. With 80 measured variables, however, the error rate increases; at least one of these 80 measuring devices generally does not measure accurately. The exact determination of the processing area is therefore considered impossible.
Es gab einen zweiten Denkfehler der kybernetischen Forschung. Die Klassifikation des Verarbeitungsbereichs wurde gesehen als eine Abbildung f : Y -> Z von den Prozesswerten in Z, die 2-elementige Menge {0,1} bzw. Ausschuss und Gut. Der Ausschuss hat aber eine innere Struktur, die Ausschussgründe, oder Ausschussursachen. Die Ausschussursachen sind gut klassifizierbar. Die Situation ist gut vergleichbar mit der Medizin, ein Arzt kann schwer diagnostizieren, ob jemand gesund ist, aber eine Diagnose für eine spezielle Krankheit ist Routine.There was a second flaw in cybernetic research. The classification of the processing area was seen as a mapping f: Y -> Z of the process values in Z, the 2-element quantity {0.1} or scrap and good. However, the committee has an internal structure, the committee reasons or the causes of the committee. The causes of rejects are easy to classify. The situation is well comparable to medicine, a doctor can find it difficult to diagnose whether someone is healthy, but a diagnosis for a specific disease is routine.
In dem Buch Hastie T.; Tibshirani R.; Friedmann J.: The Elements of Statistical Learning; Springer 2009 erfolgte eine mathematische Analyse der Erkenntnisfähigkeit in hochdimensionalen Räumen. Eine wichtige Erkenntnis dieser Professoren von Stanford war, dass mathematische Verfahren auf Basis des Konzepts der Nähe in hochdimensionalen Räumen nicht mehr tragen, dass aber einfache Konzepte, wie trennende Hyperebenen auch im hochdimensionalen Raum funktionieren. Das bedeutet, dass man zwar den Verarbeitungsbereich nicht bestimmen kann, aber lokal trennende Hyperebene oder trennende Mannigfaltigkeiten bestimmen kann.In the book Hastie T .; Tibshirani R .; Friedmann J .: The Elements of Statistical Learning; Springer 2009 carried out a mathematical analysis of the cognitive ability in high-dimensional spaces. An important finding of these professors from Stanford was that mathematical procedures based on the concept of proximity no longer work in high-dimensional spaces, but that simple concepts such as separating hyperplanes also work in high-dimensional space. This means that the processing area cannot be determined, but locally separating hyperplane or separating manifolds can be determined.
Die
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum fehlerfreien Betrieb einer Fertigungsmaschine zu schaffen, welches als kybernetische Steuerung arbeitet.Against this background, the present invention is based on the object of creating a method for error-free operation of a manufacturing machine which works as a cybernetic control.
Diese Aufgabe wird durch den beiliegenden Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung mit weiteren Alternativen genannt.This problem is solved by the attached claim 1. Advantageous embodiments of the invention are mentioned in the subclaims and in the following description with further alternatives.
Aus den vorstehenden Überlegungen heraus entstand der Gedanke, dass mit einer vernünftig beschriebenen Menge
Einrichter in der Kunststoffverarbeitung, Materiallieferanten sowie das IKV Aachen haben die Technik eines Verarbeitungsfensters entwickelt, einer einfacher zu beschreibenden Teilmenge des Verarbeitungsbereichs.Fitters in plastics processing, material suppliers and the IKV Aachen have developed the technology of a processing window, a subset of the processing area that is easier to describe.
Das Konzept des Verarbeitungsfensters ist ferner beschrieben in dem Buch Johannaber, F.; Michaeli, W.: Handbuch Spritzgießen. Hanser, München 2004. In diesem Buch geht Prof. Michaeli davon aus, dass das Verarbeitungsfenster manuell bestimmt wird. Prof. Michaeli definiert: „Ein Verarbeitungsfenster ... umfasst Bereiche zwischen Werten, bei denen Kunststoffe sich zu gebrauchstüchtigen Spritzgussteilen verarbeiten lässt.“The concept of the processing window is also described in the book Johannaber, F .; Michaeli, W .: Injection Molding Manual. Hanser, Munich 2004. In this book, Prof. Michaeli assumes that the processing window is determined manually. Prof. Michaeli defines: "A processing window ... includes areas between values at which plastics can be processed into usable injection-molded parts."
Die Anzahl der Eckpunkte eines Polyeders wächst exponentiell mit der Dimension an, also ist eine manuelle empirische Bestimmung nicht möglich.The number of vertices of a polyhedron increases exponentially with the dimension, so a manual empirical determination is not possible.
Die wesentlichen Ansätze, die Qualität automatisch zu verbessern, verwenden entweder Sensorik, z.B. nach
Die Qualitätskontrolltheorie sieht Variationen als Ursache von Ausschuss an und versucht mit Prüfplänen die Variationen zu begrenzen. Dies ist auch mit modernen Spritzgießmaschinen möglich. Prüfpläne setzen jedem Messwert eine obere und untere Schranke, man versucht also anstelle des nicht bestimmbaren Verarbeitungsbereichs einen Quader zu verwenden. Ein Quader eignet sich aber schlecht für das Thema Qualität. Jeder weiß, wenn ein Steak zu heiß gebraten wird, muss die Bratzeit kürzer sein. Ist die Bratzeit länger, muss die Temperatur niedriger sein. Der Verarbeitungsbereich liegt schräg.Quality control theory regards variations as the cause of rejects and tries to limit the variations with test plans. This is also possible with modern injection molding machines. Test plans set an upper and lower limit for each measured value, so one tries to use a cuboid instead of the non-determinable processing area. However, a cuboid is poorly suited for the subject of quality. Everyone knows that if a steak is cooked too hot, the roasting time has to be shorter. If the roasting time is longer, the temperature must be lower. The processing area is inclined.
Ähnlich ist es beim Spritzgießen, hier gibt es beispielsweise obere und untere Schranken für Verarbeitungstemperatur, Verweilzeit und Schneckengeschwindigkeit. Wenn zwei dieser Messwerte steigen, muss der Dritte fallen, sonst tritt Ausschuss auf. Auch hier liegt der Verarbeitungsbereich schräg. Der Ansatz eines Prüfplans vereinfacht zu sehr, statt dessen benötigt man in der Kunststoffverarbeitung zur Prozessüberwachung ein vernünftig beschriebenes Verarbeitungsfenster.It is similar with injection molding, where there are, for example, upper and lower limits for processing temperature, dwell time and screw speed. If two of these readings rise, the third must fall, otherwise scrap occurs. Here, too, the processing area is inclined. The approach of a test plan simplifies too much, instead one needs a properly described processing window for process monitoring in plastics processing.
Der bisher einzige erfolgreiche Weg, Fehler umfassend zu beseitigen, ist das so genannte Six Sigma DMAIC-Verfahren. Die Abkürzung „DMAIC“ steht hierbei für „Define (Definieren), Measure (Messen), Analyze (Analysieren), Improve (Verbessern), Control (Kontrollieren)“.The only successful way to date to eliminate errors comprehensively is the so-called Six Sigma DMAIC process. The abbreviation “DMAIC” stands for “Define, Measure, Analyze, Improve, Control”.
Im ersten Schritt, der Definition, werden aus Kundensicht Fehler- und Ausschussgründe definiert. Die Anzahl der Fehler werden, nach Gründen geordnet, manuell erfasst und statistisch ausgewertet. Es gilt, die häufig auftretenden Fehler zu beseitigen.In the first step, the definition, the reasons for errors and rejects are defined from the customer's point of view. The number of errors, sorted by reason, is recorded manually and statistically evaluated. It is important to eliminate the errors that occur frequently.
Während des Messens werden an ausgewählten Stellen möglichst alle relevanten Daten erfasst, die den Fehler möglicherweise verursachen könnten.During the measurement, all relevant data that could possibly cause the error are recorded at selected points.
Die erfassten Messwerte werden im Rahmen der Analyse von einem Spezialisten statistisch untersucht, um einen Zusammenhang zwischen dem Auftreten der Fehler und Variationen der Messwerte herzustellen. Beim Verbesserungsprozess verwendet man die Analyseergebnisse, um einen besseren Sollprozesspunkt zu bestimmen.The recorded measured values are statistically examined as part of the analysis by a specialist in order to establish a connection between the occurrence of the errors and variations in the measured values. The improvement process uses the analysis results to determine a better target process point.
Das SIX SIGMA Verfahren wurde in
Wie bei SIX SIGMA werden auch bei A6σ Fehlergründe definiert und gemessen. Für jeden erfassten Fehlergrund erfolgt dann eine Klassifikation. Eine Klassifikation ist bei A6σ eine Abbildung
0 symbolisiert hier Ausschuss, 1 symbolisiert Gutteile. Man darf aber nicht denken, dass mit dem Urbild von 1 der Verarbeitungsbereich gemeint war. Der Sinn ist etwas ganz anderes.0 here symbolizes rejects, 1 symbolizes good parts. But one should not think that the archetype of 1 meant the processing area. The meaning is something completely different.
Am einfachsten versteht man den Sinn, wenn man als Klassifikationsverfahren lineares SVM auswählt, eines der besten Verfahren. Bei linearem SVM wird die Abbildung durch eine trennende Hyperebene bestimmt. Diese trennende Hyperebene ist die optimale trennende Hyperebene zwischen Gutteilen und Teilen mit dem untersuchten Ausschussgrund. Diese Hyperebene kann man sich am besten als Tangentialebene des Verarbeitungsbereichs vorstellen, wobei die Tangentialebene an der Stelle aufgespannt wird, an der der Ausschuss entsteht. Die Trennung zwischen Gut und Ausschuss wird also lokal bestimmt.The easiest way to understand the meaning is to select linear SVM as the classification method, one of the best methods. In the case of linear SVM, the mapping is determined by a separating hyperplane. This separating hyperplane is the optimal separating hyperplane between good parts and parts with the examined reason for rejects. This hyperplane can best be imagined as the tangential plane of the processing area, the tangential plane being spanned at the point where the scrap arises. The separation between good and reject is therefore determined locally.
Die Tangentialebene besitzt einen Normalenvektor, der in das Innere des Verarbeitungsbereichs zeigt. In Analogie zur Tangentialebene verwendet A6σ den Normalenvektor der trennenden Hyperebene, um ins Innere des Verarbeitungsbereichs zu kommen. A6σ bestimmt einen neuen Zielprozesspunkt indem der alte Zielprozesspunkt mithilfe des Normalenvektors auf den Abstand 6σ der trennenden Hyperebene geschoben wird. σ ist wie üblich die statistische Standardabweichung der Prozessdaten. Im letzten Schritt sucht man einen Einstelldatensatz, mit dem in der Nähe des Zielprozesspunktes produziert werden kann.The tangent plane has a normal vector that points into the interior of the processing area. In analogy to the tangential plane, A6σ uses the normal vector of the separating hyperplane to get inside the processing area. A6σ determines a new target process point by shifting the old target process point to the distance 6σ of the separating hyperplane with the help of the normal vector. As usual, σ is the statistical standard deviation of the process data. In the last step, you are looking for a setting data record that can be used for production in the vicinity of the target process point.
SIX SIGMA und A6σ beschäftigt sich nicht mit der Frage der kybernetischen Steuerung und des Verarbeitungsbereichs, sondern man beschränkt sich darauf, die Grenzen des Verarbeitungsbereichs lokal zu untersuchen und diese Ergebnisse zu nutzen, um zu einem besseren Zielprozesspunkt und einer besseren Einstellung zu gelangen.SIX SIGMA and A6σ do not deal with the question of cybernetic control and the processing area, but are limited to examining the limits of the processing area locally and using these results to arrive at a better target process point and a better setting.
Insofern ist es eine große Überraschung, dass es ein einfaches Verfahren gibt, das Verarbeitungsfenster in 5 Schritten zu bestimmen :
- Startverarbeitungsfenster
V0 bestimmen Ausschussgründe definieren - Messen
- Ausschussbereich
A klassifizieren - Sicherheitsbereich
S bestimmen
- Start processing window
V 0 Determine Define Rejection Reasons - measure up
- Committee area
A. classify - security area
S. determine
Das Verarbeitungsfenster
Das vorstehend beschriebene Verfahren wird im Folgenden mithilfe eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The method described above is explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment.
Es zeigen
-
1 einen in einen Ausschussbereich und einen Verarbeitungsbereich geteilten Prozesswertebereich, -
2 den Wertebereich gemäß1 mit einem dem Verarbeitungsbereich zugeordneten Startverarbeitungsfenster, -
3 den Wertebereich gemäß1 mit den trennenden Hyperflächen (hier Linien) zu den Ausschussbereichen, -
4 den Wertebereich gemäß3 mit einem Sicherheitsbereich und dem Verarbeitungsfenster, sowie -
5 ein Detail des Verarbeitungsfensters gemäß4 zur Veranschaulichung der Bestimmung eines adaptiven Sollprozesspunkts.
-
1 a process value area divided into a reject area and a processing area, -
2 the range of values according to1 with a start processing window assigned to the processing area, -
3 the range of values according to1 with the separating hypersurfaces (here lines) to the reject areas, -
4th the range of values according to3 with a security area and the processing window, as well -
5 a detail of the processing window according to FIG4th to illustrate the determination of an adaptive target process point.
Solche Hinweise werden heute in Materialdatenbanken gespeichert und dienen als Ausgangspunkt einer Abmusterung. Bei einem Überschreiten der vorgegebenen Verarbeitungstemperatur
Ein Startverarbeitungsfenster kann automatisch bestimmt werden. In der Kunststoffverarbeitung kann man zum Beispiel mit linearem SVM eine Klassifikation aller bekannte Ausschussgründe über alle bereits erfassten Teile eines Materials laufen lassen. In der Bearbeitung kann man mit einem Sollprozesspunkt mit einem Quader rund um den Sollprozesspunkt beginnen. Ein solches Startverarbeitungsfenster wird jedoch die Grenzhyperflächen des Verarbeitungsbereichs
Erforderlich ist im Verfahren zunächst, dass definiert wird, wann ein Fehler auftritt, der ein Werkstück zu einem Ausschussteil macht, und wann ein Werkstück als Gutteil anzusehen ist. Dabei soll nach Ausschussgründen und ggf. nach Ausschuss-Orten unterschieden werden.In the process, it is first necessary to define when an error occurs which makes a workpiece a reject part and when a workpiece is to be regarded as a good part. A distinction should be made between the reasons for rejects and, if necessary, the reject locations.
Beim Abmustern oder Serienanlauf kann der Einrichter eine Ausschussmeldung der zugehörenden Schussnummer zuordnen. Damit kann ein Testdatenbestand entstehen. Voraussetzung ist hierbei, dass die Maschine ausreichend mit Sensoren versehen ist, und dass die gemessenen Prozesswerte schussweise abgespeichert werden.When sampling or the start of series production, the setter can assign a reject message to the associated shot number. A test database can thus be created. The prerequisite for this is that the machine is adequately equipped with sensors and that the measured process values are saved shot by shot.
Im folgenden wird folgende Notation verwendet werden:
- i
- Schussnummer bzw. Losnummer
- yi
- Vektor der Prozesswerte des i-ten Schuss
- Y
- Raum der Prozesswerte
- j
- Nummer des Ausschussgrunds
- Aj
- j-ter Ausschussbereich
- Z
- Menge mit den Zahlen 0,1
- fj
- charakteristische Funktion von Aj
- V0
- Startverarbeitungsfenster
- Sj
- Sicherheitsbereich zum j-ten Ausschussgrund
- V
- Verarbeitungsfenster
- i
- Shot number or lot number
- y i
- Vector of the process values of the i-th shot
- Y
- Process values room
- j
- Number of the rejection reason
- A j
- jth committee area
- Z
- Quantity with the numbers 0.1
- f j
- characteristic function of A j
- V 0
- Start processing window
- S j
- Safety area for the jth reason for rejects
- V
- Processing window
Beim Abmustern und bei dem Serienanlauf entsteht ein Testdatenbestand
Außerdem weiß der Einrichter, ob das Teil Ausschuss oder gut ist.The setter also knows whether the part is bad or good.
Die Charakteristische Funktion des Ausschussbereichs Aj hat die Eigenschaft
Die Aufgabenstellung der Klassifikation ist es nun, die Funktionen fj so gut wie möglich zu approximieren. Mathematisch misst man die Abweichung mit einer Lossfunktion
Es gibt viele gute Klassifikationsverfahren, aber SVM zeichnet sich durch eine besondere mathematische Eleganz aus. Gute Klassifikationsverfahren bieten eine Dämpfung, die eine negative Wirkung von Messfehlern mildert. SVM hat die zusätzliche Eigenschaft, dass SVM erklärbare Ergebnisse liefert. Ein mit linearem SVM ermitteltes äußeres Verarbeitungsfenster
Die Parametrierung der SVM-Berechnung erfolgt dergestalt, dass alle Ausschussteile sowie manche Gutteile außerhalb des von den Hyperebenen abgetrennten Bereichs liegen können.The parameterization of the SVM calculation takes place in such a way that all reject parts as well as some good parts can lie outside the area separated from the hyperplanes.
Als äußeres Verarbeitungsfenster entsteht in diesem Fall ein konvexer Verarbeitungspolyeder. Es gilt die Polyedergleichung
Ausschuss entsteht durch Variationen von Prozesswerten, so dass durch die Variation die Prozesswerte außerhalb des Verarbeitungsfensters liegen. Deshalb muss man den Sollprozesspunkt ausreichend weit in das Verarbeitungsfenster verschieben. Jedes Verfahren, das den bestehenden Zielprozesspunkt (oder auch Sollprozesspunkt) durch einen weiter im Inneren des Verarbeitungsbereichs liegenden Zielprozesspunkt verbessert, ist zulässig. Für die kybernetische Steuerung empfiehlt sich ein einfaches Verfahren, die senkrechte Verschiebung auf einen SIX SIGMA Abstand.Scrap results from variations in process values, so that the process values are outside the processing window due to the variation. Therefore you have to move the target process point far enough into the processing window. Any method that improves the existing target process item (or target process item) by adding a target process item further inside the processing area is permissible. A simple procedure is recommended for cybernetic control: vertical shifting to a SIX SIGMA distance.
Ein einfacher Weg zu Qualität in Teile- und Wechselfließfertigung lässt sich durch eine Gleichung beschreiben:
Bei den genannten Vektoren handelt es sich um Vektoren des Prozessraums, also um n-Tupel von Prozesswerten.The vectors mentioned are vectors of the process space, i.e. n-tuples of process values.
Bei dem Vektor
Ein Weg dazu kann ein menschlicher Eingriff sein oder eine fachspezifische Berechnung.One way to do this can be human intervention or a technical calculation.
Damit muss das Verarbeitungsfenster einen zusätzlichen Sicherheitsbereich aufweisen, welcher eine Breite von
Die Aufgabenstellung der kybernetischen Steuerung besteht dann darin, den Prozess innerhalb des Verarbeitungsfensters zu halten.The task of cybernetic control is then to keep the process within the processing window.
Die Aufgabenstellung einer Prozessüberwachung ist dann, nur die im Verarbeitungsfenster produzierten Artikel als zulässig zu akzeptieren. Mit linearem SVM entsteht eine erklärende Prozessüberwachung.The task of process monitoring is then to only accept the articles produced in the processing window as permissible. An explanatory process monitoring is created with linear SVM.
Ein AusdruckAn expression
Man kann in manchen Fällen Kennzahlen verwenden, um die Rechenzeit der Klassifikation zu verkürzen. Dabei setzt die Klassifikation nicht auf dem vollen Prozessdatenbestand auf, sondern der Prozessdatenbestand wird zunächst mithilfe von Kennzahlen reduziert. Danach wird die Klassifikationsberechnung auf dem reduzierten Datenbestand durchgeführt.In some cases, key figures can be used to shorten the computation time of the classification. The classification is not based on the full process data stock, but the process data stock is first reduced with the help of key figures. The classification calculation is then carried out on the reduced database.
Die Senkrechte auf der von SVM errechneten trennenden Hyperfläche heißt EXPLAIN und die Werte von EXPLAIN erklären die Ausschussursachen.The vertical on the separating hypersurface calculated by SVM is called EXPLAIN and the values of EXPLAIN explain the causes of rejects.
Der Explainvektor ist nicht nur eine mathematische Zahl, sondern er erklärt die Ausschussursache. Prozessgrößen, also Dimensionen, die den Ausschuss verursachen, haben große Koeffizienten im Explainvektor. Die Koeffizienten von Prozessgrößen, die den Ausschuss nicht verursachen, sind Null oder zumindest klein.The explain vector is not just a mathematical number, it explains the cause of the reject. Process variables, i.e. dimensions that cause rejects, have large coefficients in the explain vector. The coefficients of process variables that do not cause rejects are zero or at least small.
Für jede Ausschussursache liefert lineares SVM eine trennende Hyperebene mit der zugehörenden Gleichung. Die Hyperebene wird dabei mithilfe des Explainvektors und des Vektors der Prozesswerte bestimmt zu
Damit ist jetzt klar, wie das Verarbeitungsfenster
Damit ergibt sich als Lösung für das Verarbeitungsfenster
Nachdem das Verarbeitungsfenster
Einrichter von Fertigungsmaschinen verwenden meist zwei Schritte zur Beseitigung von Fehlern. Zuerst sucht man eine Erklärung des Fehlers, dann beseitigt man den Fehler. Wenn der Fehler durch das automatische Verfahren erklärt wurde und ein fehlerfreier Sollprozesspunkt bestimmt wurde, so gibt es nun mehrere Möglichkeiten fortzufahren:
- a) Vorhersage einer fehlerfreien Einstellung durch Regression
- b) Vorhersage mit Regelungstechnik oder Modell
- c) Vorhersage durch kybernetische Steuerung
- d) Halbautomatische Steuerung, bei der ein Einrichter auf Basis der Erklärung des Fehlers die Führungsgrößen selber setzt.
- a) Prediction of an error-free setting by regression
- b) Prediction with control technology or a model
- c) Prediction through cybernetic control
- d) Semi-automatic control in which a setter sets the reference values himself based on the explanation of the error.
Das Regressionsverfahren eignet sich besonders, wenn das Verarbeitungsfenster breit ist. Bei Verwendung von Regression ist es erforderlich, dass die einem Werkstück zugehörigen Einstelldaten und Prozesswerte diesem über die Schussnummer eindeutig zugeordnet sind. Bei den anderen Verfahren wird der Zusammenhang aus dem Modell errechnet oder manuell gesetzt.The regression method is particularly useful when the processing window is wide. When using regression, it is necessary that the setting data and process values associated with a workpiece are clearly assigned to it via the shot number. With the other methods, the relationship is calculated from the model or set manually.
Es gibt viele Regressionsverfahren, mit denen man eine Funktion f : X -> Y bestimmen kann, die jedem Einstellsatz den erwarteten mittleren Prozesspunkt zuordnet. Ein in einem gewissen Sinne optimales Verfahren ist SVM. Die Auswahl des Verfahrens hängt von technischen Randbedingungen und den bei dem Problem auftretenden Dimensionen ab. Bei der Montage wächst die Anzahl der Dimensionen an und man sollte z.B. mit technischem Vorwissen, cascade SVM oder einer Hauptkomponentenanalyse die Anzahl der Dimensionen reduzieren.There are many regression methods with which one can determine a function f: X -> Y that assigns the expected mean process point to each set of adjustments. One of the best practices in a sense is SVM. The selection of the procedure depends on the technical boundary conditions and the dimensions occurring in the problem. During assembly, the number of dimensions increases and you should reduce the number of dimensions, e.g. with prior technical knowledge, cascade SVM or a main component analysis.
Im vorigen Schritt des Verfahrens wurde ein Zielprozesspunkt µ bestimmt. Ein Weg dorthin ist die Definition
In der letzten Zeit hat sich die mathematische Modellbildung immer mehr im Bereich der Steuerungs- und Regelungstechnik verbreitet. Wenn die Fertigungsmaschine eine berechnete Regelung besitzt oder der Zusammenhang zwischen Führungsgrößen, Stellgrößen und Messgrößen errechnet oder ausreichend genau geschätzt werden kann, so kann diese modellbasierte Voraussage der Funktion f : X -> Y verwendet werden, um den gesuchten Einstelldatensatz zu bestimmen.In recent times, mathematical modeling has spread more and more in the field of control and regulation technology. If the manufacturing machine has a calculated control system or the relationship between reference variables, manipulated variables and measured variables can be calculated or estimated with sufficient accuracy, this model-based prediction of the function f: X -> Y can be used to determine the desired setting data set.
Bisher können wir mit der Qualitätsgleichung einen verbesserten Sollprozesspunkt bestimmen und somit die Maschineneinstellung verbessern. Die Aufgabenstellung der Kybernetik war aber, im laufenden Betrieb im Verarbeitungsbereich
Mit einfachen geometrischen Mitteln kann nun ein adaptiver Prozessvektor
In dem Bild ist eine Hilfslinie durch den erwarteten Prozessvektor
Diese Gerade trifft auf die Verbindungslinie zwischen einem Sollprozessvektor mit Sollqualität
Die vier Punkte
Damit ergibt sich die Gleichung für den adaptiven Prozesspunkt zu
Bei diesen einfachen Berechnungen war vorausgesetzt, dass es am günstigsten ist, den adaptiven Prozesspunkt mit einer Senkrechten, also in Richtung des Explainvektors, vom Ausschussbereich wegzuschieben. In vielen Fällen ist es jedoch besser, schräg zu gehen und dabei den adaptiven Prozesspunkt in das Innere des Verarbeitungsfensters
Im Cockpit eines Flugzeugs gibt es heute viele Instrumente und viele Eingriffsmöglichkeiten des Piloten. Der Pilot kann das Wissen der Flugrouten- und Flughöhenberechnungen nutzen, um selbst besser zu steuern, als ohne diese Unterstützung.In the cockpit of an airplane today there are many instruments and many options for the pilot to intervene. The pilot can use the knowledge of the flight route and flight altitude calculations to steer better himself than without this support.
Ähnlich könnte jetzt eine normale Fertigungsmaschine gesteuert werden, vorausgesetzt es gibt ausreichend Messinstrumente und das beschriebene Verfahren ist implementiert.A normal production machine could now be controlled in a similar manner, provided there are sufficient measuring instruments and the method described is implemented.
Der Einrichter einer Fertigungsmaschine benötigt bei der Abmusterung und Serienanlauf ausreichende Information über die Messungen, auch über die vergangenen Zyklen. Die Ausschussmeldung muss schussbezogen erfolgen können.The setter of a production machine needs sufficient information about the measurements, also about the previous cycles, for the sampling and the start of series production. It must be possible to report the rejects on a shot-related basis.
Die Klassifikation liefert dem Einrichter eine Erklärung für die Ausschussursache, je nach verwendeter Klassifikation ist das Ergebnis unterschiedlich genau. Hier sollte der Einrichter eingreifen können.The classification provides the setter with an explanation of the cause of rejects; the accuracy of the result varies depending on the classification used. The setter should be able to intervene here.
Das beschriebene Verfahren liefert nun Vorschläge für Sollprozesspunkt und Einstelldatensatz. So wie ein Pilot eine errechnete Route abändern kann, so sollte ebenso der Sollprozesspunkt durch den Einrichter anpassbar sein.The method described now provides suggestions for the target process point and the setting data record. Just as a pilot can change a calculated route, the set process point should also be adaptable by the setter.
Weite Teile des Fluges können von Autopiloten durchgeführt werden, ähnlich kann in der Serienfertigung die Maschine mit der „kybernetischen Steuerung“ und der „erklärenden Prozessüberwachung“ gesteuert werden.Large parts of the flight can be carried out by autopilot, similarly in series production the machine can be controlled with the "cybernetic control" and the "explanatory process monitoring".
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann bei Urformmaschinen, Bearbeitungsmaschinen und Montagemaschinen genutzt werden, insbesondere trifft dies für Spritzgießmaschinen mit Werkzeuginnendruckmessung zu.The method described above can be used in primary molding machines, processing machines and assembly machines; this applies in particular to injection molding machines with cavity pressure measurement.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- YY
- ProzesswertraumProcess value space
- AA.
- AusschussbereichCommittee area
- BB.
- VerarbeitungsbereichProcessing area
- V0 V 0
- StartverarbeitungsfensterStart processing window
- Va V a
- äußeres Verarbeitungsfensterouter processing window
- VV
- VerarbeitungsfensterProcessing window
- SS.
- Sicherheitsbereichsecurity area
- Ai A i
- InhomogenitätsbereichInhomogeneity area
- Ae A e
- ErstarrungsbereichFreezing area
- Az A z
- ZersetzungsbereichDecomposition area
- Psoll P should
- Sollprozesswertvektor mit SollqualitätTarget process value vector with target quality
- Perw P adult
- erwarteter Prozessvektorexpected process vector
- Padp P adp
- adaptiver Prozesspunktadaptive process point
- TT
- VerarbeitungstemperaturProcessing temperature
- tt
- VerweildauerLength of stay
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