DE202020100886U1 - Device for process optimization of a production plant - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Prozessoptimierung einer Produktionsanlage zur Herstellung von Werkstoffplatten, wobei die Produktionsanlage zumindest Vorrichtungen zur Beleimung eines Materials, Formung eines Vlieses aus dem beleimten Material und dessen Verpressung zu Werkstoffplatten aufweist und zur Herstellung einer Werkstoffplatte Produktparameter der zu fertigenden Werkstoffplatte und Anlagenparameter der Produktionsanlage eingestellt werden, wobei die Produktionsanlage und/oder deren Vorrichtungen Computer/SPS zur Steuerungen und/oder Regelungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Computer mit einem künstlich neuronalen Netz zur Erstellung von Prognosen der Produkteigenschaften der herzustellenden Werkstoffplatte angeordnet ist und die Schnittstelle des neuronalen Netzes zur Versorgung mit Eingangsparametern in Wirkverbindung mit Vorrichtungen zur Ausgabe von Messwerten der Produkt- und/oder Anlagenparameter der Produktionsanlage steht. Device for process optimization of a production plant for the production of material panels, the production system having at least devices for gluing a material, forming a fleece from the glued material and pressing it into material panels, and for producing a material panel, product parameters of the material panel to be manufactured and system parameters of the production system are set, wherein the production plant and / or its devices have computer / PLC for control and / or regulation, characterized in that a computer is arranged with an artificial neural network for creating prognoses of the product properties of the material panel to be produced and the interface of the neural network for supplying Input parameters are in operative connection with devices for outputting measured values of the product and / or system parameters of the production system.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prozessoptimierung einer Produktionsanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for process optimization of a production plant according to the preamble of claim 1.
Taktpressen oder kontinuierlich arbeitende Ein- oder Doppelbandpressen werden allgemein zur Herstellung von Werkstoffplatten aus Kunststoffen und/oder auf biologischen Rohstoffen basierenden Rohmaterialien (Holz, Pflanzen) benutzt. Das Rohmaterial wird hierzu aufbereitet, in der Regel getrocknet und mit einem Bindemittel in einem vorgegebenen Mischungsverhältnis versetzt. Anschließend wird in einer solchen Produktionsanlage das beleimte Material (Flüssig- oder Trockenbeleimung) wird anschließend in einem Streuvorrichtung in vorgegebenen Schichten und/oder Flächengewichtsverhältnissen zu einem Materialvlies geschüttet oder gestreut und einer Presse zugeführt. Vorzugsweise wird für eine kontinuierliche Produktion das Materialvlies auf einem endlos umlaufenden Formband hergestellt und in eine kontinuierlich arbeitende Presse eingeführt und dort unter Druck und Wärmezufuhr zu einer Werkstoffplatte verpreßt.Intermittent presses or continuously operating single or double belt presses are generally used for the production of material panels made of plastics and / or raw materials based on biological raw materials (wood, plants). The raw material is prepared for this purpose, usually dried and mixed with a binding agent in a specified mixing ratio. The glued material (liquid or dry gluing) is then poured or sprinkled into a material fleece in a scattering device in predetermined layers and / or area weight ratios in such a production plant and fed to a press. For continuous production, the material fleece is preferably produced on an endlessly revolving molding belt and introduced into a continuously operating press, where it is pressed under pressure and with the supply of heat to form a material plate.
Bei der Herstellung wird zur Erhöhung der Produktivität und Einhaltung der Qualität die Beherrschung einer Vielzahl an Parametern angestrebt, nicht nur die Einstellungen für die Anlage respektive der darin angeordneten Einzelmaschinen zum Inhalt hat, sondern auch die Einflussnahme der Materialgüte und physikalischen Eigenschaften.During production, in order to increase productivity and maintain quality, the aim is to master a large number of parameters, including not only the settings for the system or the individual machines arranged in it, but also influencing the material quality and physical properties.
In der Praxis stützt sich ein technologisch erfahrener Naturwissenschaftler auf seine bisherigen Erfahrungen und legt die Werte für die Produktionsanlage im Vorfeld fest, beispielsweise für die Bindemittelmenge pro Materialeinsatz, die Höhe und/oder das Flächengewicht des Materialvlieses und den notwendigen Einsatz von Druck- und Wärme über den Zeitraum der Verpressung, somit der Produktionsgeschwindigkeit. Anschließend versucht er die Produktionsgeschwindigkeit, die Temperatur und den Druck, ggfs. auch die Temperatur- und Druckkurven zu optimieren um das Produkt zu verbessern und den Produktionsausstoß pro Zeiteinheit zu optimieren. Dabei nimmt er Ist- und Messwerte aus der Produktion zu Hilfe und basierend aus früheren Erfahren wird er nun probeweise und mit Fingerspitzengefühl versuchen die Parameter zu optimieren um schlussendlich die Qualität und die Menge des herzustellenden Produktes zu erhöhen.In practice, a technologically experienced scientist relies on his previous experience and sets the values for the production system in advance, for example for the amount of binder per material use, the height and / or the weight per unit area of the material fleece and the necessary use of pressure and heat the period of pressing, thus the production speed. Then he tries to optimize the production speed, the temperature and the pressure, if necessary also the temperature and pressure curves in order to improve the product and to optimize the production output per unit of time. He uses actual and measured values from production as an aid and based on previous experience he will now try to optimize the parameters on a trial basis and with sensitivity in order to ultimately increase the quality and quantity of the product to be manufactured.
Weiter ist es nun bekannt, durch die Sammlung von Produktionsparametern aus früheren Erfahrungswerten und einer Vielzahl an bisherigen Herstellungsszenarien (Sammlung von Messergebnissen vor und nach der Verpressung) Qualitätsvorhersagen zu treffen bzw. die Einstellung der Produktionsanlage im Vorfeld maschinell bzw. mit mathematischen Modellen zu optimieren. Hierzu werden mathematische Methoden oder physikalische Modelle generiert, auf der Basis von der automatisierten Aufzeichnung von Kennwerten, -linien oder -feldern im laufenden Betrieb. Dabei werden die maschinen- oder prozessspezifischen Charakteristika berücksichtigt und Ist- oder Laborwerte zurückgelesen, ggfs. auch Rezeptur- oder Sollwerte berücksichtigt.Furthermore, it is now known to make quality predictions by collecting production parameters from previous experience and a large number of previous production scenarios (collection of measurement results before and after pressing) or to optimize the setting of the production plant in advance by machine or with mathematical models. For this purpose, mathematical methods or physical models are generated on the basis of the automated recording of characteristic values, lines or fields during operation. In doing so, the machine or process-specific characteristics are taken into account and actual or laboratory values are read back, and if necessary, recipe or setpoint values are also taken into account.
Dieses Prinzip hat sich bereits bewährt, leidet aber an dem Nachteil, dass die Werte / Parameter manuell oder mit adaptiven Verfahren unter Eingabe von Vorschlagswerten bestätigt werden müssen. Auch hat sich gezeigt, dass bei zu vielen oder wechselnden Parametern, besonders wenn diese zu wenig erforscht oder ihre Wechselwirkungen untereinander schwankend sind, diese nur aufwändig zu erfassen und nachvollziehbar sind. Der Aufwand der Modellbildung steigt exponentiell und damit stoßen diese Verfahren an ihre Grenzen. Insbesondere ist von Nachteil, dass eine Vielzahl an notwendigen Produktqualitäten erst umständlich nach der Herstellung mittels Laborprüfverfahren ermittelt werden können, insbesondere erst nach der Auskühlung und Restaushärtung des Bindemittels. Bereits hier entstehen problematische Fehleinschätzungen, da beispielsweise die Laborwerte eines „Laborschnittes“, also eines speziell aus dem Produktstrang abgeschnitten Werkstoffplattenteils nicht hundertprozentig mit den Werten einer warmausgelagerten Werkstoffplatte übereinstimmen können, die in einem Plattenstapel zu liegen kommt, der einen deutlich geringeren Abkühlungsgradienten aufweist, als die Laborplatte die zügig auskühlt.This principle has already proven itself, but suffers from the disadvantage that the values / parameters have to be confirmed manually or with adaptive methods by entering suggested values. It has also been shown that if there are too many or changing parameters, especially if they have not been researched enough or their interactions with one another fluctuate, they are difficult to record and understand. The effort involved in modeling increases exponentially and this means that these methods reach their limits. In particular, it is disadvantageous that a large number of necessary product qualities can only be determined laboriously after production by means of laboratory test methods, in particular only after the binding agent has cooled down and has hardened. Problematic misjudgments already arise here, since, for example, the laboratory values of a “laboratory cut”, i.e. a material plate part specially cut from the product strand, cannot exactly match the values of an artificially aged material plate that comes to lie in a stack of plates that has a significantly lower cooling gradient than the laboratory plate that cools down quickly.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine Vorrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist in einer gattungsgemäßen Produktionsanlage Prognosen zur Herstellungsqualität des Produktes zu entwickeln.The object of the present invention is to create a device with which it is possible to develop prognoses for the manufacturing quality of the product in a generic production plant.
In einer Erweiterung der Aufgabe soll es möglich sein die Erfahrungen auf einer Anlage an andere Anlagen gleicher oder andere Art, insbesondere im Variantenbau, zu portieren.In an extension of the task, it should be possible to port the experience gained from one system to other systems of the same or a different type, especially in variant construction.
Im Zuge der Automatisierung soll es schlussendlich möglich sein die Produktionsanlage basierend auf den Prognosen einzustellen, um eine automatisierte Produktionsanlage zu schaffen.In the course of automation, it should ultimately be possible to adjust the production system based on the forecasts in order to create an automated production system.
In einer Erweiterung des Aufgabe soll es ermöglicht werden auch Kleinchargen herzustellen, bei denen die üblicherweise stattfindende Einpendelung der Produktionsanlage mit ihren Produktionsparametern mit den bisher gekannten Steuer- und Regelungsalgorithmen gar nicht vollumfänglich umgesetzt werden kann, da die Schwingungen der Regelungen sich gegenseitig beeinflussen und es relativ lange dauern kann bis sich die Produktion auch mit einer guten verwendbaren Qualität eingespielt hat Beispielsweise kann nach der Herstellung einer relativ dicken Werkstoffplatte (40 mm Dicke) eine kleine Charge einer Dünnplatte (12 mm, 6 mm) herzustellen sein. Alleine die Temperaturunterschiede zwischen den Produktionschargen können zweistellige Werte aufweisen. Die notwendige Abkühlzeit würde für einen Produktionsunterbrechung sorgen, wobei bei einer optimierten Anlagensteuerung- und -parametrierung, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zuerst eine schnellere Geschwindigkeit der Produktion und in Abhängigkeit von der (notwendigen) Abkühlung der Hauptpresse der negative Gradient der Produktionsgeschwindigkeit mit vorgeschlagen, ausgewertet und umgesetzt werden kann.In an extension of the task, it should also be made possible to manufacture small batches in which the leveling-off of the production plant that usually takes place with its production parameters cannot be fully implemented with the previously known control and regulation algorithms, since the oscillations of the controls mutually influence each other and relatively It can take a long time until the production has established itself with a good usable quality. For example, after the production of a relatively thick material plate (40 mm thickness), a small batch of a thin plate (12 mm, 6 mm) can be produced. The temperature differences between the production batches alone can show double-digit values. The necessary cooling time would ensure an interruption in production, whereby with an optimized system control and parameterization, according to the method according to the invention, first a faster speed of production and, depending on the (necessary) cooling of the main press, the negative gradient of the production speed is also proposed, evaluated and can be implemented.
Die Erfindung versteht unter beleimten Material nicht nur eine Flüssigbeleimung, bei der das Bindemittel beispielsweise versprüht und auf das Material aufgebracht wird, sondern auch die Herstellung von Mischverhältnissen aus Material/Bindemittel im Trockenverfahren.The invention understands glued material not only as liquid gluing, in which the binder is sprayed, for example, and applied to the material, but also the production of mixing ratios of material / binder in the dry process.
Wenn auch die Verwendung der Erfindung auf eine Produktionsanlage zur Herstellung von Werkstoffplatten angepasst ist, so lassen sich die Lehre und die Erkenntnisse der Erfindung auch in einer hydraulischen Spritzgusspresse, Metallumformmaschinen, Recyclinganlagen und/oder anderen Produktionsanlagen durchaus umsetzen. Besonderes bevorzugt ist die Erfindung im Sondermaschinenbau verwendbar, wenn die Werte normiert und/oder aggregiert werden und somit sich ein einfacher Art und Weise auf andere Produktionsanlagen, bevorzugt gleichen Typs, portieren lassen. Even if the use of the invention is adapted to a production plant for the production of material plates, the teaching and the knowledge of the invention can also be implemented in a hydraulic injection molding press, metal forming machines, recycling plants and / or other production plants. The invention can particularly preferably be used in special machine construction when the values are standardized and / or aggregated and can thus be easily ported to other production systems, preferably of the same type.
Unter dem Einsatz von neuronalen Netz verstehen man den Einsatz von Maschinenlernen, bei dem kein Modell auf Basis von mathematischen und/oder physikalischen Werten zusammenhängend vorgegeben wird und danndie Modellparameter angepasst werden, sondern den Einsatz von künstlichen neuronalen Netzen, bei dem Teile oder der komplette Algorithmus durch Trainingsverfahren angepasst werden. Eine oder mehrere Lagen eines Netzwerks können damit definiert und/oder erstellt werden sowie Startwerte für die Gewichtungs-Parameter aus den bisherigen Erfahrungen. Die neuronale Netze können auch mehrlagig sein und können unterschiedliche Strukturen aufweisen. Gemein ist ihnen, dass im Design-Schritt keine Modellbildung im eigentlichen Sinne erfolgt, sondern lediglich eine Rahmen-Struktur vorgegeben wird wie das Netz aufgebaut ist und dann ein Optimierungsalgorithmus die Parameter optimiert. Dieser Optimierungsalgorithmus benötigt bzw. hat keine Informationen über den Prozess welcher nachgebildet wird und passt lediglich sämtliche Netzparameter so an, dass bei den Trainingsdaten die Ausgangsgrößen möglichst gut mit den vorgegebenen Zielgrößen übereinstimmten. Beispiel für ein neuronales Netz aus einer anderen Industrie ist z.B. das AlexNet welches zur Gesichtserkennung eingesetzt wird.The use of neural networks is understood to mean the use of machine learning, in which no model is coherently specified based on mathematical and / or physical values and the model parameters are then adjusted, but the use of artificial neural networks in which parts or the complete algorithm are used can be adjusted through training procedures. One or more layers of a network can thus be defined and / or created, as well as starting values for the weighting parameters from previous experience. The neural networks can also be multilayered and can have different structures. What they have in common is that in the design step, there is no modeling in the actual sense, but only a framework structure is specified for how the network is constructed and then an optimization algorithm optimizes the parameters. This optimization algorithm does not need or has no information about the process that is being simulated and only adapts all network parameters in such a way that the output variables in the training data matched the specified target variables as closely as possible. An example of a neural network from another industry is e.g. AlexNet, which is used for face recognition.
Wird erkannt, dass der Algorithmus nicht mehr optimal funktioniert, kann ein selbstständiges Nach-Trainieren stattfinden oder der Betreiber kann dazu aufgefordert werden die automatisierte Anpassung manuell einzuleiten. If it is recognized that the algorithm is no longer working optimally, independent retraining can take place or the operator can be requested to initiate the automated adjustment manually.
Produktparameter sind Variablen, mit denen die Merkmale der herzustellenden Werkstoffplatte erfasst werden. Für die notwendigen Optimierungs- und Regelungszwecke sind keine exakten analytischen Bestimmung aller Produkteigenschaften, einschließlich Laborwerten, notwendig, sondern es ist ausreichend nur wesentliche Produktparameter einzubeziehen. Diese könnten sein: Produktname, Mischungsverhältnis Material bzw. Material/Bindemittel, Grundfeuchte des Ausgangs oder vermischten Materials, Pressfaktor, Wärmeeintrag, Temperatur, Produktionsgeschwindigkeit, geometrische Merkmale des Querschnitts (Schichtaufbau), Preßbarkeit, Qualitätsindex, ....Product parameters are variables with which the characteristics of the material plate to be produced are recorded. For the necessary optimization and control purposes, no exact analytical determination of all product properties, including laboratory values, is necessary, but only essential product parameters are sufficient to be included. These could be: product name, mixing ratio of material or material / binder, basic moisture content of the starting material or mixed material, compression factor, heat input, temperature, production speed, geometric features of the cross-section (layer structure), compressibility, quality index, ...
Eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Prozessoptimierung einer Produktionsanlage zur Herstellung von Werkstoffplatten weist zumindest Vorrichtungen zur Beleimung eines Materials, Formung eines Vlieses aus dem beleimten Material und dessen Verpressung zu Werkstoffplatten auf, wobei zur Herstellung einer Werkstoffplatte Produktparameter der zu fertigenden Werkstoffplatte und Anlagenparameter der Produktionsanlage eingestellt werden und wobei in der Produktionsanlage und/oder deren Vorrichtungen Computer/SPS zur Steuerung und/oder Regelung angeordnet sind.A generic device for process optimization of a production plant for the production of material panels has at least devices for gluing a material, forming a fleece from the glued material and pressing it to form material panels, whereby product parameters of the material panel to be manufactured and system parameters of the production system are set for the production of a material panel and computer / PLC for control and / or regulation being arranged in the production plant and / or its devices.
Die Erfindung besteht für die Vorrichtung darin, dass ein Computer mit einem künstlich neuronalen Netz zur Erstellung von Prognosen der Produkteigenschaften der herzustellenden Werkstoffplatte angeordnet ist und die Schnittstelle des neuronalen Netzes zur Versorgung mit Eingangsparametern in Wirkverbindung mit Vorrichtungen zur Ausgabe von Messwerten der Produkt- und/oder Anlagenparameter der Produktionsanlage steht.For the device, the invention consists in that a computer is arranged with an artificial neural network for creating forecasts of the product properties of the material panel to be produced and the interface of the neural network for supplying input parameters in operative connection with devices for outputting measured values of the product and / or system parameters of the production system.
Besonders bevorzugt wird die Vorrichtung zur Ausgabe von Messwerten mit dem Computer der aktuellen Produktion und/oder mit einer Datenbank mit bekannten Daten aus vorherigen Produktionszyklen wirkverbunden sein.The device for outputting measured values is particularly preferably operatively connected to the computer of the current production and / or to a database with known data from previous production cycles.
Alternativ oder kumulativ kann dem virtuellen Netz vor und/oder nachgeschaltet eine Einrichtung zur Normierung und/oder Aggregation der Werte angeordnet sein.Alternatively or cumulatively, a device for normalizing and / or aggregating the values can be arranged upstream and / or downstream of the virtual network.
Alternativ oder kumulativ kann der Computer mit dem künstlich neuronalen Netz mit anderer Produktionsanlagen gleicher oder durch Variantenkonstruktion ähnlicher Bauart wirkverbunden sein.Alternatively or cumulatively, the computer can be functionally connected to the artificial neural network with other production systems of the same type or of a similar type by means of variant construction.
Alternativ oder kumulativ können durch Ausführung des neuronalen Netzes als Computerprogrammprodukt ausgewählte Eigenschaften der herzustellenden Werkstoffplatte durch Nachbildung von während der Produktion ablaufenden Prozessen prognostiziert und/oder die Eingangsparameter optimiert für das Bedienungspersonal auf einer Einrichtung zur Visualisierung darstellbar sein. Alternatively or cumulatively, by executing the neural network as a computer program product, selected properties of the material panel to be manufactured can be predicted by simulating processes running during production and / or the input parameters can be displayed in an optimized manner for the operating personnel on a visualization device.
Alternativ oder kumulativ kann der eine Wirkverbindung mit der Produktionsanlage stehende Optimierungsrechner geeignet sein die optimierten Produktparameter und/oder Anlagenparameter basierend auf der Prognose an die Computer zur Steuerung und/oder Regelung der Produktionsanlage oder deren Vorrichtungen zu übermitteln.Alternatively or cumulatively, the optimization computer that is actively connected to the production system can be suitable for transmitting the optimized product parameters and / or system parameters based on the prognosis to the computer for controlling and / or regulating the production system or its devices.
Alternativ oder kumulativ kann der übergeordnete Optimierungsrechner geeignet sein die Produktionsanlage zu starten und/oder anzuhalten.Alternatively or cumulatively, the higher-level optimization computer can be suitable for starting and / or stopping the production plant.
Alternativ oder kumulativ können in dem Computerprogrammprodukt mehrere neuronale, bevorzugt unterschiedliche Netze, neben- und hintereinander angeordnet sein und/oder im Optimierungsrechner eine Schnittstelle zur Überarbeitung und/oder Normierung der Ergebnisse angeordnet sein.Alternatively or cumulatively, a plurality of neural, preferably different networks can be arranged next to and behind one another in the computer program product and / or an interface for revising and / or normalizing the results can be arranged in the optimization computer.
Alternativ oder kumulativ kann zur Ausführung des Computerprogrammproduktes im Optimierungsrechner im Computer zur Steuerung und/oder Regelung der Produktionsanlage eine, bevorzugt separate Grafikkarte, angeordnet sein.Alternatively or cumulatively, a, preferably separate, graphics card can be arranged in the computer for controlling and / or regulating the production system for executing the computer program product in the optimization computer.
Alternativ oder kumulativ kann eine Schnittstelle im Optimierungsrechner zum Transfer von Informationen mit dem Hersteller der Produktionsanlage, einer anderen Produktionsanlage und/oder der Cloud angeordnet sein.Alternatively or cumulatively, an interface can be arranged in the optimization computer for transferring information with the manufacturer of the production plant, another production plant and / or the cloud.
Bevorzugt können in der Produktionsanlage zumindest eine Zerkleinerungsvorrichtung, eine Sortiervorrichtung, eine Einstellvorrichtung für das Mischverhältnis innerhalb des Materials, zumindest einer Bereitstellungsvorrichtung für das Bindemittel, eine Lagerungsvorrichtung, Prüfvorrichtung, Messvorrichtung für das Material und/oder die Werkstoffplatten, und/oder dergleichen angeordnet sein.At least one shredding device, a sorting device, a setting device for the mixing ratio within the material, at least one supply device for the binding agent, a storage device, testing device, measuring device for the material and / or the material panels, and / or the like can preferably be arranged in the production plant.
Das neuronale Netz kann unter anderem dazu benutzt werden auf die Vorgabe eines oder einiger Produktparameter (Qualität, Dicke, Breite der Werkstoffplatte) ein Prognose der Werkstoffplattenqualität abzugeben und diese bevorzugt iterativ zu optimieren. Am Ende besteht nun die Möglichkeit eine komplexe Produktionsanlage mit möglichst optimalen Produktionsparametern anzufahren und in kürzester Zeit oder sogar sofort eine ausreichende Produktqualität herzustellen.The neural network can be used, among other things, to provide a prognosis of the material plate quality based on the specification of one or several product parameters (quality, thickness, width of the material panel) and to optimize it, preferably iteratively. At the end of the day, it is now possible to start up a complex production plant with the best possible production parameters and to produce sufficient product quality in the shortest possible time or even immediately.
Während der Produktion kann eine automatische iterative Optimierung dadurch realisiert werden, dass ein Optimierungsrechner getrennt von der Anlagensteuerung bzw. den Steuerungen der einzelnen Anlagenkomponenten (Vorrichtung zur Beleimung, Vorrichtung zur Formung des Mattenvlieses, Presse, ....) mit Hilfe des neuronalen Netzwerkes Messwertsätze sowie Verläufe der Prozessgrößen vergangener, theoretischer oder im Einzelfall vorgegebener Werte durchrechnet und den Herstellungsprozess iterativ in den optimalen Betriebspunkt überführt. Dazu wird der übergeordnete Optimierungsrechner nach Abschluss der Optimierung eine Prognose der Werkstoffqualität und in der Folge Kennzahlen zur Steuerung und/oder Regelung der Produktionsanlage ausgeben. In vorgegebenen Abständen kann weiter überprüft werden, ob die Prozessparameter in den vorgebenenen Toleranzgrenzen liegen und ob die Presszeit kürzer bzw. die Pressgeschwindigkeit größer als bei der bisherigen ist.During the production, an automatic iterative optimization can be realized that an optimization computer is separated from the system control or the controls of the individual system components (device for gluing, device for forming the mat, press, ...) with the help of the neural network measured value sets as well as processes of the process variables of past, theoretical or in individual cases specified values are calculated and the manufacturing process is iteratively transferred to the optimal operating point. For this purpose, the higher-level optimization computer will output a forecast of the material quality and subsequently key figures for the control and / or regulation of the production plant after the optimization has been completed. It can also be checked at specified intervals whether the process parameters are within the specified tolerance limits and whether the pressing time is shorter or the pressing speed is greater than the previous one.
Es sei auf das offensichtliche hingewiesen, dass die einzelnen zu einer Anlage gehörenden Fördereinrichtungen oder sonstigen Anlagenkomponenten, die zwar notwendig für den Produktionsprozess aber prozessökonomisch keine Auswirkung aufweisen, nicht extra erwähnt, aber in den Steuerungsprozess einbezogen sind. Beispielsweise werden in Abhängigkeit von der Produktionsgeschwindigkeit der Presse die notwendigen Förder- und Transportanlagen entsprechend angepasst und gesteuert, damit die Edukte oder die Produkte entsprechend zu- oder abgefördert werden.It should be pointed out that the individual conveying devices or other system components belonging to a system, which are necessary for the production process but have no process-economical effect, are not specifically mentioned, but are included in the control process. For example, depending on the production speed of the press, the necessary conveying and transport systems are adapted and controlled accordingly so that the educts or the products are conveyed in or out accordingly.
Die Erfindung hat nun überraschend auch festgestellt, dass die Reduktion der Produktparameter auf einige wesentliche Parameter möglich ist, insbesondere wenn diese untereinander eine Korrelation aufweisen. Hierzu kann auch mit Hilfe eines selbstlernenden neuronalen Netzwerkes zum einen entschieden werden, welche Produktparameter mit den Maschinenparametern optimal korrelieren. Alternativ kann dies auch aus Erfahrungswerten vorgegeben sein/werden.The invention has now surprisingly also found that it is possible to reduce the product parameters to a few essential parameters, in particular if they correlate with one another. For this purpose, a self-learning neural network can also be used to decide which product parameters optimally correlate with the machine parameters. Alternatively, this can also be specified from empirical values.
Im Folgenden werden weitere mögliche Alternativen, dargestellt, die die Lehre der Erfindung weiter verbessern können. Diese können alternativ oder kumulativ in die Anpassung der Lehre eingebracht werden.Further possible alternatives which can further improve the teaching of the invention are presented below. These can alternatively or cumulatively be incorporated into the adaptation of the teaching.
Bevorzugt werden die Eingangsparameter für das neuronale Netz aus ausgewählten Produktparametern und/oder Anlagenparametern gebildet. Die Parameter liegen dabei als Messwerte von entsprechender Sensorik vor und/oder können als Vorgaben der Steuerung entnommen werden.The input parameters for the neural network are preferably formed from selected product parameters and / or system parameters. The parameters are measured values of Appropriate sensors in front of and / or can be taken from the control as specifications.
Alternativ oder kumulativ können die Eingangsparameter aus aktuellen Produktionsdaten und/oder bekannten Daten aus vorherigen Produktionszyklen gewonnen werden. Bei einer aktuellen Produktion sind meistens noch keine Werte für die Produktqualität erhältlich, da sich die endgültigen Werkstoffplatteneigenschaften in der Regel sich erst nach der Abkühlung der Werkstoffplatte ausbilden und/oder diese Eigenschaften in langwierigen Labortests erst später in Erfahrung zu bringen sind. In Vorteilhafter Weise könnten aber aktuelle Parameter der Produktion mit Erfahrungswerten aus Datenbanken verknüpft werden um eine Prognose der aktuellen Qualität abzuleiten.Alternatively or cumulatively, the input parameters can be obtained from current production data and / or known data from previous production cycles. In current production, there are usually no values available for the product quality, as the final material panel properties usually only develop after the material panel has cooled down and / or these properties can only be found out later in lengthy laboratory tests. However, current parameters of the production could advantageously be linked with empirical values from databases in order to derive a prognosis of the current quality.
Alternativ oder kumulativ können die Eingangsparameter normiert und/oder aggregiert werden, insbesondere zur Reduktion der Datenanzahl und/oder durch Nutzung von korrelierenden Parametern.Alternatively or cumulatively, the input parameters can be normalized and / or aggregated, in particular to reduce the number of data and / or by using correlating parameters.
Alternativ oder kumulativ kann das künstliche neuronale Netz mit vorhandenen normierten und/oder aggregierten Eingangsparametern trainiert werden, insbesondere unter Zuhilfenahme der zugehörigen vorhandenen und gemessenen Produkteigenschaften, die es zu prognostizieren gilt.Alternatively or cumulatively, the artificial neural network can be trained with existing standardized and / or aggregated input parameters, in particular with the aid of the associated existing and measured product properties that are to be forecast.
Alternativ oder kumulativ kann durch die Normierung und/oder Aggregierung das künstliche neuronale Netz auf anderer Produktionsanlagen gleicher oder durch Variantenkonstruktion ähnlicher Bauart portiert werden.Alternatively or cumulatively, the normalization and / or aggregation can be used to port the artificial neural network to other production systems of the same type or by means of variant constructions of a similar type.
Alternativ oder kumulativ kann durch die Prognose des künstlichen neuronalen Netzes die Produktqualität der herzustellenden Werkstoffplatte bestimmt und bevorzugt visualisiert werden.Alternatively or cumulatively, the prognosis of the artificial neural network can be used to determine and preferably visualize the product quality of the material panel to be manufactured.
Alternativ oder kumulativ können zum Trainieren des neuronalen Netzes die Eingangsparameter angepasst werden, bevorzugt aus den Ergebnissen einer vorherigen Prognose des neuronalen Netzes.Alternatively or cumulatively, the input parameters can be adapted for training the neural network, preferably from the results of a previous prognosis of the neural network.
Alternativ oder kumulativ können in einem Optimierungsrechner mit Hilfe des neuronalen Netzwerkes ausgewählte Produktparameter und/oder Anlagenparameter durch Nachbildung von während der Produktion ablaufenden Prozessen und/oder Prognosen der Produkteigenschaften optimiert werden. Alternativ oder kumulativ kann der in Wirkverbindung mit der Produktionsanlage stehende Optimierungsrechner die optimierten Produktparameter und/oder Anlagenparameter an die Computer zur Steuerung und/oder Regelung der Produktionsanlage oder deren Vorrichtungen, an einen Kontrollmechanismus oder an einen Bediener zur Freigabe visualisiert oder direkt übermitteln. Bevorzugt wird die Optimierung vor oder zu Produktionsbeginn durchgeführt, um unnötigen Ausschuss durch Regelungsschwankungen zu minimieren oder zu vermeiden.Alternatively or cumulatively, selected product parameters and / or system parameters can be optimized in an optimization computer with the aid of the neural network by simulating processes running during production and / or predicting the product properties. Alternatively or cumulatively, the optimization computer in operative connection with the production system can visualize or directly transmit the optimized product parameters and / or system parameters to the computers for controlling and / or regulating the production system or their devices, to a control mechanism or to an operator for approval. The optimization is preferably carried out before or at the start of production in order to minimize or avoid unnecessary rejects due to control fluctuations.
Bevorzugt wird auf ein detailliertes physikalisches Modell des Produktionsprozesses im neuronalen Netz verzichtet, um die Komplexität des Systems herabzusetzen.A detailed physical model of the production process in the neural network is preferably dispensed with in order to reduce the complexity of the system.
Hinsichtlich der Ausgestaltung des neuronalen Netzes können auch mehrere neuronale, bevorzugt unterschiedliche, Netze neben- und/oder hintereinander verwendet werden.With regard to the design of the neural network, several neural, preferably different, networks can also be used next to and / or one behind the other.
Alternativ oder kumulativ können die Ergebnisse aus mehreren und/oder verschiedenen neuronalen Netzen vor Weitergabe verrechnet und/oder verglichen werden und bevorzugt ein zusammengefasstes Ergebnis weitergegeben und/oder als Grundlage für eine weiteren Optimierungsdurchlauf verwendet wird.Alternatively or cumulatively, the results from several and / or different neural networks can be offset and / or compared before forwarding and a summarized result is preferably forwarded and / or used as the basis for a further optimization run.
Besonders bevorzugt kann eine Grafikkarte, bevorzugt im Computer der Produktionsanlage, benutzt werden. Die Grafikkarten sind in der Regel für eine höhere spezialisierte Rechenleistung ausgelegt und können u.a. auch als Normteile eingekauft werden.A graphics card, preferably in the computer of the production plant, can be used with particular preference. The graphics cards are usually designed for higher specialized computing power and can also be purchased as standard parts, among other things.
Alternativ oder kumulativ kann während der Nachbildung des Prozesses das Verhalten der Produktionsanlage und/oder der Vorrichtungen nachgebildet werden.Alternatively or cumulatively, the behavior of the production plant and / or the devices can be simulated during the simulation of the process.
Alternativ oder kumulativ kann während der Nachbildung des Prozesses das Verhalten der Werkstoffe, des Bindemittels und/oder der Aushärtegradient des Bindemittels nachgebildet werden.Alternatively or cumulatively, the behavior of the materials, the binding agent and / or the hardening gradient of the binding agent can be simulated during the simulation of the process.
Alternativ oder kumulativ kann während der Nachbildung des Prozesses die Eigenschaften des Produktes respektive der Werkstoffplatte prognostiziert werden.Alternatively or cumulatively, the properties of the product or the material panel can be forecast during the simulation of the process.
Alternativ oder kumulativ kann während der Nachbildung des Prozesses Prognosen zu aktuellen und/oder geänderten Prozessparametern erstellt und ausgegeben werden.Alternatively or cumulatively, forecasts of current and / or changed process parameters can be created and output during the simulation of the process.
Alternativ oder kumulativ kann während der Nachbildung des Prozesses Informationen zum Verschleiß, von Fehlverhalten, für zukünftige Prozesse erstellt und ausgegeben werden.Alternatively or cumulatively, information on wear and tear, incorrect behavior, for future processes can be created and output during the simulation of the process.
Alternativ oder kumulativ kann während einer laufenden Produktion die Nachbildung des Prozesses überprüft und/oder trainiert werden.Alternatively or cumulatively, the simulation of the process can be checked and / or trained during an ongoing production.
Alternativ oder kumulativ können zur Nachbildung des Prozesses am Anfang vorgegebene Parameter eingegeben oder festgelegt werden.Alternatively or cumulatively, predetermined parameters can be entered or specified at the beginning to simulate the process.
Bevorzugt kann zur Nachbildung des Prozesses zumindest ein virtueller Sensor eingerichtet sein, der virtuelle Messwerte als Eingangsparameter für das neuronale Netz generiert.In order to simulate the process, at least one virtual sensor can preferably be set up, which generates virtual measured values as input parameters for the neural network.
Alternativ oder kumulativ können zur Verwendung in anderen oder weiteren Produktionsanlagen und zur dortigen Nachbildung des Prozesses Ergebnisse der vorliegenden Nachbildung über eine Schnittstelle übertragen werden. Alternativ oder kumulativ kann die verwendete Parametrierung des neuronalen Netzes, sofern die Zahl und Form der Eingangs- und Ausgangsparameter gleich bleiben, austauschbar sind und nach einem neuen Einlesen der Netzstrukturen und Initialisierungsparametern in beliebig anderen Netzstrukturen zur Prozessnachbildung verwendet werden.Alternatively or cumulatively, results of the present simulation can be transmitted via an interface for use in other or further production systems and for the simulation of the process there. Alternatively or cumulatively, the parameterization of the neural network used can be interchangeable, provided the number and shape of the input and output parameters remain the same, and can be used in any other network structures for process simulation after the network structures and initialization parameters have been read in again.
Bevorzugt wird im Zuge der automatisierten Verwendung der Produktionsanlage eine Optimierung der Produktion oder der Qualität und/oder eine Reduzierung von Materialeinsatz oder Ausschuss durchgeführt wird. Alternativ oder kumulativ bekommt der in Wirkverbindung mit der Produktionsanlage stehende Optimierungsrechner gemessene Material-, Produkt- und/oder Anlagenparameter von der Produktionsanlage und/oder ihren Vorrichtungen übermittelt..In the course of the automated use of the production plant, it is preferred to optimize the production or the quality and / or reduce the use of materials or rejects. Alternatively or cumulatively, the optimization computer, which is in operative connection with the production system, receives measured material, product and / or system parameters from the production system and / or its devices.
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| WO2023041754A3 (en) * | 2021-09-17 | 2023-06-29 | Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau | Installation and method for continuously producing material boards, and a test device and test method |
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