EP3959571A1 - Method for determining remaining useful life cycles, remaining useful life cycle determination circuit, and remaining useful life cycle determination apparatus - Google Patents

Method for determining remaining useful life cycles, remaining useful life cycle determination circuit, and remaining useful life cycle determination apparatus

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Publication number
EP3959571A1
EP3959571A1 EP20712294.6A EP20712294A EP3959571A1 EP 3959571 A1 EP3959571 A1 EP 3959571A1 EP 20712294 A EP20712294 A EP 20712294A EP 3959571 A1 EP3959571 A1 EP 3959571A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
determining
remaining
value
cycle
remaining usage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20712294.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jonathan MANRIQUE GARAY
Carsten Trimborn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102020200051.4A external-priority patent/DE102020200051A1/en
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Priority claimed from PCT/EP2020/057149 external-priority patent/WO2020216530A1/en
Publication of EP3959571A1 publication Critical patent/EP3959571A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0283Predictive maintenance, e.g. involving the monitoring of a system and, based on the monitoring results, taking decisions on the maintenance schedule of the monitored system; Estimating remaining useful life [RUL]
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/37Measurements
    • G05B2219/37209Estimate life of gear, drive
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/37Measurements
    • G05B2219/37252Life of tool, service life, decay, wear estimation

Definitions

  • the invention relates to a method for determining remaining usage cycles, a
  • RUL Remaining Useful Lifetime
  • Such methods are typically based on stochastic methods or models and can be used to predict a threshold value at which a
  • methods for determining a RUL for a production device are often based on online adaptation, a value that is used for the determination being continuously updated in such methods, so that the determination is continuously updated.
  • US Pat. No. 8,725,456 B1 discloses a prognostic tool for determining a RUL of a component or a sub-system on the basis of two different regression models.
  • the RUL is determined here based on an artificial intelligence training.
  • Degradation modeling determines a remaining service life.
  • the laid-open specification CN 107194478 A describes a method for predicting a remaining service life in which a drift parameter and a diffusion parameter are used to describe a degradation process. With such methods, however, no future usage cycle is determined, but a duration.
  • the object of the present invention is to provide a method for determining
  • a method according to the invention for determining remaining usage cycles of a production device due to wear includes:
  • Determination of a future usage cycle of the part of the production device for which the maintenance variable has a predetermined second status value the future usage cycle being determined based on the first status value and based on a discrete stochastic degradation model.
  • Remaining usage cycle determination circuit set up to carry out a method according to the invention according to the first aspect.
  • Remaining usage cycle determining device comprises a remaining usage determining circuit according to the second aspect.
  • RUL remaining useful life
  • a prediction can be imprecise because simplifications have to be made, which can result in the complexity of the device being lost, and interactions of the device with the environment not
  • labeled data may have to be used to create a
  • Conditions can lead to an inaccurate forecast.
  • a Monte Carlo simulation based on a linear Wiener process model can be carried out, which can lead to large variations or inaccuracies if there are small variations in a drift of the Wiener process, so that initial values are falsified by condition monitoring For example, a positive value can become negative or close to zero.
  • a determined confidence interval in a forecast can be too large, so that a Monte Carlo simulation does not converge to a defined failure threshold.
  • a drift control can be implemented in order to exclude a drift around a zero value or a negative drift, so that a Monte Carlo simulation converges. In this way, computing power can advantageously also be reduced.
  • a negative drift can also indicate a statement about an improvement in a state of a production device.
  • some embodiments relate to a method for determining
  • Residual usage cycles of a production device due to wear and tear comprising:
  • Determination of a future usage cycle of the part of the production device for which the maintenance variable has a predetermined second status value the future usage cycle being determined based on the first status value and based on a discrete stochastic degradation model.
  • the device can comprise any device that must or can be serviced due to wear, such as a production device in FIG.
  • a cycle can comprise a predetermined operating duration, a predetermined operating time, a predetermined period, and the like, in which the device executes a predetermined or device-typical process or method.
  • Production device are subject to wear, for example by mechanical
  • a first status value of a maintenance variable of a part of the production device is determined.
  • the maintenance variable can be a physical, mechanical and / or electronic variable, and the like, which can indicate wear.
  • the maintenance quantity can include an elongation of the part, a temperature, a thickness, a pressure, a humidity, a filling amount, and the like.
  • the first status value can comprise a measured value of the maintenance variable, for example ten bar if the maintenance variable comprises a pressure.
  • the sensor can accordingly be set up to generate sensor data which are indicative of the state value.
  • the senor can, for example, be a pressure sensor, a distance sensor, a
  • Temperature sensor a humidity sensor, a color sensor, and the like.
  • the sensor data can also be indicative for several (e.g.
  • CM data may include or be indicative of statistical parameters of each work cycle of the production device and stored in the production device and retrieved after (or during) each production cycle or after each part produced by the production device.
  • a buffer can thereby advantageously be defined, which should be present so that if the production device fails, enough parts are present so that a production line does not have to be shut down.
  • such a buffer can advantageously be dispensed with in some exemplary embodiments, since as a result no space or storage capacity (which is typically limited) has to be released and no financial means have to be expended for the buffer.
  • a cycle can be for a produced component (or product) (or for a specific number of produced components or
  • the future usage cycle can comprise a usage cycle which is determined on the basis of a current and / or past usage cycle or from the first status value in the current and / or past usage cycle, for which the
  • Maintenance variable assumes a predetermined second state value.
  • the second status value (for example five bar) can be a threshold value at which maintenance must be carried out or at which maintenance must be scheduled.
  • the second status value can also be a value from which another method can be used or from which subsequent values can be known.
  • the second state value can be determined based on the first state value and on a discrete stochastic degradation model. For example, the first
  • State value can be used as the initial value for the discrete stochastic degradation model.
  • the discrete stochastic degradation model can generally include a model, an algorithm, and the like, which, based on a stochastic and / or statistical analysis and based on the first state value, allows a prediction of the maintenance variable in future usage cycles.
  • the stochastic degradation model is discrete in that a variable des
  • the degradation model is discrete.
  • the usage cycle is a discrete variable as opposed to a continuous variable such as time.
  • a problem with the continuous variable time can, for example, be that in such a model it cannot typically be taken into account that the
  • Production device or the part of the production device can be switched off.
  • each usage cycle is evenly distributed in the time dimension.
  • the method further comprises: determining a number of remaining usage cycles of the production device based on the future one
  • the remaining usage cycles can result from or correspond to the future usage cycle, for example the remaining usage cycles can be the number of
  • Use cycles include until the future use cycle is reached, or another use cycle, which is determined on the basis of the future use cycle, is reached, and the like.
  • the method further comprises: generating a
  • the probability density function can be indicative of a probability.
  • a probability can be specified as a function of a variable, for example as a function of time.
  • using the continuous variable of time can be disadvantageous, so that, in some
  • the variable is a usage cycle, so that the future
  • Use cycle can advantageously be determined.
  • the probability density function is indicative of a probability for which future usage cycle the maintenance variable assumes the second state value.
  • the degradation model includes a Wiener process model.
  • degradation for example in an electrochemical device, can occur in a random manner.
  • a stochastic model such as a Wiener process, can therefore be used to describe the degradation.
  • the degradation can be described partly deterministically and partly stochastically, with the deterministic part being able to be the same for all tested devices (that is to say for one
  • the stochastic part can represent an uncertainty which is generated by a difference in the devices within the total population.
  • a Wiener process which does not describe a pure random walk, but a random walk with a drift.
  • a Wiener process can be described with the following formula (1):
  • X (t) corresponds to the degradation
  • x i to the first state value
  • l (t) to a drift coefficient
  • B (t) to a Brownian movement
  • the continuous variable becomes time
  • T describes the remaining service life
  • inf stands for infimum (as is generally known)
  • w stands for a failure threshold (FT) to which the
  • Equation (3) stands for the probability density function, p for the circle number, and exp for an exponential function to the base e (Euler number), without restricting the present invention thereto, since every possible exponential function can be used.
  • X (t) can be used, where c stands for a (future) cycle of use and in formula (1), each t can be replaced with a c without loss of generality, so that the formula is not repeated here .
  • a remaining usage cycle C can be defined as in formula (4):
  • the remaining usage cycle as described herein, can be indicative of the future
  • the future usage cycle can be or correspond to a predetermined number of usage cycles before the remaining usage cycle.
  • cQ which can also be briefly defined as n, describes the number of past cycles since a previous determination of residual usage cycles or since the determination of the first status value.
  • the Wiener process model is based on a drift, as described herein.
  • a Wiener process model represents a Markovian property whereby the Wiener process model is memoryless, i.e. if the second state value were determined exclusively based on the Wiener process model, a prediction would always be based on the first state value x 1, but no historical first state values (from previous measurements) would be taken into account.
  • the degradation model comprises a Bayesian forecasting model.
  • the method further comprises: determining a drift in the Wener process model based on the Bayesian prediction model. It is generally known that the drift coefficient l (t) is subject to a process that changes over time. Therefore, the first state value can be the only known value, which is why the drift must be determined.
  • the drift is generally considered to be deterministic. However, in some exemplary embodiments it can be modeled as a random variable (or stochastic variable).
  • the drift is determined based on a Bayesian filter and / or a Kalman filter.
  • the drift can in a
  • State space model can be constructed as shown in formulas (6) and (7):
  • h can be proportional to a normally distributed noise
  • e can be proportional to a further normally distributed noise be as a variance to represent a Brownian motion.
  • formula (6) represents a system equation
  • formula (7) represents an observation equation. H and e may be uncorrelated.
  • the present invention is not limited to this.
  • n can originate from the natural numbers and comprises the past cycles since a method according to the invention was previously carried out.
  • c i corresponds to a current cycle or a cycle of a last measurement by a sensor and C in corresponds to a cycle of the last execution of a
  • a strand tracking filter algorithm is used to detect sudden signal changes (or sudden (short-term) changes in the first
  • the degradation model includes a Monte Carlo simulation.
  • c i is a usage cycle on which a past (or the last) sensor measurement was carried out and c f is a future usage cycle on which the FT is achieved.
  • the method further comprises: processing the first status value.
  • the first state value can, for example, be noisy, an outlier from a statistic, and the like.
  • the first status value can therefore be processed, i.e. processed to filter and / or normalize the first state value.
  • the processing includes filtering.
  • a Kalman filter can be used to filter a noise.
  • noise can make a prediction or the determination of the second status value and / or the future usage cycle incorrect. This can be caused, for example, by an indirect measurement.
  • a Kalman filter can be implemented in the form of the following third algorithm:
  • Noise can thus advantageously be removed and the determination of the second state value can be carried out based on a more stable first state value.
  • the processing includes a rolling window regression.
  • the rolling window regression can be applied after the Kalman filter in order to filter a fluctuation of the first state value on a short time scale.
  • a mean value is formed for several (consecutive) first status values. For example, a first mean value is formed for the first through the nth first state value (in a first window). The window is then shifted by one position so that a second mean value is formed for the second to n + 1-th first state values. Then the window can be shifted one more place so that for the third to n + 2th
  • the stability of the first state value and thus the determination of the future state value can advantageously be increased.
  • the processing is therefore also based on one
  • the method further comprises: determining at least one threshold value based on the first status value, which is indicative of the second status value.
  • the first threshold value can include, for example, a healthy threshold, a failure threshold, and the like, as described herein.
  • a (predetermined) standard can advantageously be met and a
  • a pressure can be an indirect measurement of an amount of current flowing through a motor.
  • an FT can be based on a standardized The (maximum) value of such a current flow rate can be given, which is expressed by pressure values in a chamber of the motor.
  • the FT can represent a value at which the device can no longer be operated.
  • a threshold value can be established up to which the device can still be operated without damage having typically already occurred.
  • a threshold value can include security until the FT is reached and can be referred to as HT (Healthy Threshold).
  • a BU (Business as Usual) threshold value can be defined, which can designate a state in which the device is operated.
  • the HT can be defined based on the BU and using a standard deviation s from first state values (or raw data) during a BU operating mode. Without limiting the present invention to this, the HT can be defined as follows:
  • the BU can be determined on the basis of filtered first state values (which have been filtered with a Kalman filter, as described herein), wherein advantageously a probability that the BU assumes a value above the HT is low as a result of the filtering as long as the BU is below of the HT lies.
  • a random (or stochastic) degradation or wear takes place.
  • the HT can be recognized before damage to a device occurs.
  • Some exemplary embodiments relate to a remaining usage cycle determining circuit which is set up to carry out a method according to the invention.
  • the remaining usage cycle determination circuit can comprise, for example, a CPU (Central Processing Unit), GPU (Graphic Processing Unit) or any other type of at least one processor, an FPGA (Field Programmable Gate Array), and the like.
  • the circuit can receive sensor data in that it is connected to at least one sensor or comprises at least one sensor. Furthermore, it can be connected to at least one sensor and at the same time comprise at least one (other) sensor.
  • the at least one sensor can be set up to measure at least one status value of at least one maintenance variable or to generate measurement data that are indicative of the at least one status value, for example by means of a direct or indirect measurement.
  • the senor can also be set up to measure several maintenance variables, such as a pressure and a humidity, a distance, a volume, and the like.
  • the remaining usage cycle determination circuit can also have one (or more)
  • inventive method can be carried out.
  • Some exemplary embodiments relate to a remaining usage cycle determining device which comprises a remaining usage cycle determining circuit according to the invention.
  • the device for determining the remaining usage cycle can, for example, comprise a computer, server, and the like, and at least one sensor or be connected to it.
  • the device for determining the remaining usage cycle can also comprise a device for which a number of remaining usage cycles is to be determined.
  • FIG. 1 schematically shows an embodiment of a method according to the invention for
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a method according to the invention for determining remaining usage cycles of a production device due to wear in a block diagram
  • 3 shows a production device for which a number of remaining usage cycles can be determined
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a method according to the invention for determining remaining usage cycles of a production device due to wear in a flow chart
  • Fig. 6 is a graph showing degradation
  • FIG. 7 shows a device for determining the remaining usage cycle according to the invention with a circuit for determining the remaining usage cycle according to the invention.
  • FIG. 1 The remaining usage cycles of a production device due to wear and tear is shown in a block diagram in FIG. 1.
  • a first state value of a maintenance variable of a part of a production device is determined based on sensor data of a sensor for the production device, as described herein.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a method 10 according to the invention for determining remaining usage cycles of a production device due to wear.
  • the first status value is processed as described herein.
  • At least one threshold value is determined based on the first state value, which is indicative of the second state value, as described herein.
  • a drift in a Wiener process model is determined based on a Bayesian prediction model as described herein.
  • a probability density function for determining the remaining usage cycles is generated as described herein.
  • a future usage cycle of the part of the production device for which the maintenance variable has a predetermined second status value is determined, the future usage cycle being determined based on the first status value and based on a discrete stochastic degradation model, as described herein.
  • a number of remaining usage cycles of the production device is determined based on the future usage cycle, as described herein.
  • Fig. 3 shows a production device for which a number of remaining usage cycles can be determined.
  • the production device is a gluing machine 20 which has a motor 21 with a motor axis 22, a spindle 23, a nut 24 with rolling elements, guide rods 25, a piston 26, an adhesive chamber 27, an inlet valve 28, an outlet valve 29, and a Has nozzle 30.
  • the gluing machine 20 can distribute glue.
  • the manifold, as it operates under high pressure, can be prone to wear.
  • the spindle 23 can be difficult to maintain, which can be expensive.
  • a method according to the invention is therefore used for the spindle 23.
  • a sensor system that monitors the gluing machine 20 can measure a pressure in the gluing chamber 27 in addition to eight further parameters. In this exemplary embodiment, the pressure is the relevant maintenance variable.
  • the (maximum) pressure (during a production cycle) is the main maintenance variable in this exemplary embodiment, according to which a possible failure of the spindle 23 can be predicted or estimated.
  • the nozzle may have a momentary blockage while the adhesive is being applied. As a result, it may be necessary to increase the pressure in the glue chamber 27 in order to free the nozzle.
  • a current of the motor 21 can be increased.
  • the current, and thus the pressure can, however, be subject to fluctuations, as a result of which a data point which reflects the maximum pressure which after a production cycle (measured indirectly) can be an outlier and / or noisy.
  • the pressure is filtered with a Kalman filter and a rolling window regression with a moving average.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a method 40 according to the invention in a flowchart.
  • Condition monitoring is carried out in 41, whereby a first status value of a maintenance variable is obtained, i.e. a pressure data set is determined by a pressure sensor.
  • the obtained print dataset is filtered as described herein.
  • a drift estimate for a Wiener process based on a Bayesian network is carried out in 45, as described herein.
  • the drift estimation is applied in such a way that a negative value or a zero value for the drift is avoided in order to advantageously avoid a divergence of a Monte Carlo simulation, which advantageously makes it possible to save computing power.
  • a future usage cycle is determined. This means that it is determined how often the pressure is likely to exceed the maximum pressure value in future usage cycles.
  • the future usage cycle then indicates a failure threshold.
  • a number of remaining usage cycles is determined based on this. If in 47 the number of remaining usage cycles is less than the usage cycles per day (i.e. the gluing machine can then still be used on the production day), a new print data record is determined in 48. If the number of remaining usage cycles is greater, a report is generated in 49 and maintenance is initiated.
  • maintenance can be carried out when a production break occurs or when one is planned.
  • the production break can be planned based on the remaining usage cycles determined so that
  • FIG. 5 shows a graph 50 for determining remaining usage cycles, which shows on an ordinate 51 a measured pressure in an adhesive chamber (as described above), which is plotted as data points 52 against a time 53. Between the data points 52 there are empty spaces 54 which are created by production breaks (for example weekends). A healthy threshold 55 is also shown. The data points which are above the HT 55 correspond to second state values, have thus been determined using a method according to the invention. The data points above the HT 55 provide information about a number of remaining usage cycles up to a failure threshold 56.
  • FIG. 6 shows a graph 60 which shows a degradation, with a multiplicity of probability density functions 61. The graph 60 has an ordinate 62
  • Probability density functions 61 normally distributed.
  • Probability density functions 61 indicate an expected number of remaining usage cycles, while crosses 65 represent an actual number of remaining usage cycles before a failure.
  • an accurate prediction can be made. For example, here eighty percent of the determined remaining usage cycles remain below a predefined confidence interval, so that an accuracy is advantageously high, so that a
  • FIG. 7 shows a remaining usage cycle determining device 70 according to the invention for determining a number of remaining usage cycles of a production device 73
  • Remaining usage cycle determining device 70 comprises a sensor interface 71 which receives sensor data from a sensor 72.
  • the sensor 72 is set up to generate sensor data which are indicative of a first state value (or a plurality of first state values) of a maintenance variable, as described herein.
  • the sensor interface 71 is set up to determine the first status value from the sensor data.
  • the remaining-use cycle determining device 70 further includes a
  • Embodiment is designed as a CPU, and which is set up to a
  • the present invention apart from gluing machines, can generally be used in
  • Such production devices can contain, for example, a spindle drive, a gear drive, a roller bearing, and / or other components.
  • the present invention can be used for all components affected by wear, such as vehicle components that are monitored with appropriate sensors (for example vibration sensors).
  • sensors for example vibration sensors
  • Wheel bearing damage, gear damage, and the like can be predicted.

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  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Abstract

1. The invention relates to a method (1; 10; 40) for determining remaining useful life cycles of a production apparatus (20; 73) based on wear, comprising the steps of: determining (2; 11; 41) a first state value of a maintenance variable of a part of the production apparatus (20; 73) based on sensor data of a sensor for the production apparatus; and determining (3; 16; 49) a future use cycle of the part of the production apparatus (20; 73) for which the maintenance variable has a previously specified second state value, wherein the future use cycle is determined based on the first state value and based on a discrete stochastic degradation model.

Description

Beschreibung description
Verfahren zum Bestimmen von Restnutzungszyklen, Procedure for determining remaining usage cycles,
Restnutzungszyklusbestimmungsschaltung, Restnutzungszyklusbestimmungsvorrichtung Remaining usage cycle determining circuit, remaining usage cycle determining device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Restnutzungszyklen, eine The invention relates to a method for determining remaining usage cycles, a
Restnutzungszyklusbestimmungsschaltung, und eine Remaining usage cycle determining circuit, and a
Restnutzungszyklusbestimmungsvorrichtung. Remaining usage cycle determining device.
Generell sind Verfahren bekannt, um eine Restnutzungsdauer (engl. Remaining Useful Lifetime (RUL)) einer Vorrichtung zu bestimmen. In general, methods are known for determining a Remaining Useful Lifetime (RUL) of a device.
Solche Verfahren basieren typischerweise auf stochastischen Methoden oder Modellen und können dazu verwendet werden, einen Schwellwert vorherzusagen, zu welchem eine Such methods are typically based on stochastic methods or models and can be used to predict a threshold value at which a
Vorrichtung aufgrund von Verschleiß ausfällt, wie beispielsweise im Kontext von Device fails due to wear and tear, such as in the context of
Turbomaschinerie (bspw. in der Luft- und Raumfahrt) und/oder im Kontext von Turbo machinery (e.g. in the aerospace industry) and / or in the context of
Waffen(systemen). Weapons (systems).
Dahingegen basieren Verfahren zur Bestimmung einer RUL für eine Produktionsvorrichtung häufig auf einer Online-Adaptierung, wobei ein Wert, welcher für die Bestimmung verwendet wird, in solchen Verfahren ständig aktualisiert wird, sodass die Bestimmung ständig aktualisiert wird. In contrast, methods for determining a RUL for a production device are often based on online adaptation, a value that is used for the determination being continuously updated in such methods, so that the determination is continuously updated.
Beispielsweise ist aus der Patentschrift US 8,725,456 B1 ein prognostisches Werkzeug bekannt um eine RUL einer Komponente oder eines Sub-Systems anhand von zwei verschiedenen Regressionsmodellen zu bestimmen. Die RUL wird hierbei basierend auf einem Training einer künstlichen Intelligenz bestimmt. For example, US Pat. No. 8,725,456 B1 discloses a prognostic tool for determining a RUL of a component or a sub-system on the basis of two different regression models. The RUL is determined here based on an artificial intelligence training.
Des Weiteren ist auf der Offenlegungsschrift CN 107480440 A, eine Furthermore, on the laid-open specification CN 107480440 A, a
Restlebensdauervorhersagemethode bekannt, welche basierend auf einer zufälligen Remaining service life prediction method known, which is based on a random
Degradationsmodellierung eine Restlebensdauer bestimmt. Degradation modeling determines a remaining service life.
Außerdem beschreibt die Offenlegungsschrift CN 107194478 A eine Methode zur Vorhersage einer Restlebensdauer, in welcher ein Drift-Parameter und ein Diffusionsparameter verwendet werden, um einen Degradationsprozess zu beschreiben. Bei solchen Methoden wird jedoch kein zukünftiger Nutzungszyklus bestimmt, sondern eine Dauer. In addition, the laid-open specification CN 107194478 A describes a method for predicting a remaining service life in which a drift parameter and a diffusion parameter are used to describe a degradation process. With such methods, however, no future usage cycle is determined, but a duration.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Bestimmen von The object of the present invention is to provide a method for determining
Restnutzungszyklen, eine Restnutzungszyklusbestimmungsschaltung, und eine Remaining use cycles, a remaining use cycle determining circuit, and a
Restnutzungszyklusbestimmungsvorrichtung bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwinden. To provide residual usage cycle determining device which at least partially overcome the above-mentioned disadvantages.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen von This object is achieved by the method according to the invention for determining
Restnutzungszyklen nach Anspruch 1 , durch die erfindungsgemäße Residual usage cycles according to claim 1, by the inventive
Restnutzungszyklusbestimmung nach Anspruch 14, und durch die erfindungsgemäße Remaining cycle of use determination according to claim 14, and by the invention
Restnutzungszyklusbestimmungsvorrichtung nach Anspruch 15 gelöst. Remaining use cycle determining device according to claim 15 solved.
Nach einem ersten Aspekt umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen von Restnutzungszyklen einer Produktionsvorrichtung aufgrund von Verschleiß: According to a first aspect, a method according to the invention for determining remaining usage cycles of a production device due to wear includes:
Bestimmen eines ersten Zustandswertes einer Wartungsgröße eines Teils der Determining a first state value of a maintenance variable of a part of the
Produktionsvorrichtung basierend auf Sensordaten eines Sensors für die Production device based on sensor data from a sensor for the
Produktionsvorrichtung; und Production device; and
Bestimmen eines zukünftigen Nutzungszyklus des Teils der Produktionsvorrichtung, zu welchem die Wartungsgröße einen vorher festgelegten zweiten Zustandswert aufweist, wobei der zukünftige Nutzungszyklus basierend auf dem ersten Zustandswert und basierend auf einem diskreten stochastischen Degradationsmodell bestimmt wird. Determination of a future usage cycle of the part of the production device for which the maintenance variable has a predetermined second status value, the future usage cycle being determined based on the first status value and based on a discrete stochastic degradation model.
Nach einem zweiten Aspekt ist eine erfindungsgemäße In a second aspect, one is according to the invention
Restnutzungszyklusbestimmungsschaltung dazu eingerichtet ein erfindungsgemäßes Verfahren nach dem ersten Aspekt durchzuführen. Remaining usage cycle determination circuit set up to carry out a method according to the invention according to the first aspect.
Nach einem dritten Aspekt umfasst eine erfindungsgemäße According to a third aspect, includes an inventive
Restnutzungszyklusbestimmungsvorrichtung eine Restnutzungsbestimmungsschaltung nach dem zweiten Aspekt. Remaining usage cycle determining device comprises a remaining usage determining circuit according to the second aspect.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Further advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims and the following description of preferred exemplary embodiments of the present invention.
Wie bereits diskutiert, bestimmen bekannte Verfahren eine Restnutzungsdauer (RUL). Jedoch wurde erkannt, dass solche Verfahren keine Produktionspausen (bspw. Wochenende) in Betracht ziehen (können), sodass möglicherweise eine notwendige Wartung zu früh ausgeführt wird, was kostenineffizient sein kann. As already discussed, known methods determine a remaining useful life (RUL). However, it was recognized that such procedures do not involve breaks in production (e.g. weekends) (Can) take into account that necessary maintenance may be carried out too early, which can be cost-inefficient.
Deshalb wurde erkannt, dass es vorteilhaft und einfacher sein kann, wenn Restnutzungszyklen bestimmt werden, da in diesem Fall keine Produktionspause in Betracht gezogen werden muss. So kann eine Wartung bspw. anhand von bereits produzierten Teilen geplant werden, womit eine unerwünschte Unsicherheit durch eine lange Pause (bspw. durch von Menschen gemachte Zeitpläne) reduziert wird. It was therefore recognized that it can be advantageous and simpler if residual usage cycles are determined, since in this case no production break has to be taken into account. For example, maintenance can be planned on the basis of parts that have already been produced, which reduces unwanted uncertainty due to a long break (e.g. due to man-made schedules).
Ferner wurde erkannt, dass es wünschenswert sein kann, wenn Produktionskosten gemindert und eine Produktqualität gleichzeitig erhöht oder zumindest konstant gehalten werden kann. Furthermore, it was recognized that it can be desirable if production costs can be reduced and product quality can be increased or at least kept constant at the same time.
Dies kann durch eine frühzeitige Erkennung oder Antizipation einer möglichen Betriebsstörung, eines möglichen Funktionsausfalls oder anderer Störungen einer Produktionslinie erreicht werden. This can be achieved through the early detection or anticipation of a possible malfunction, a possible malfunction or other malfunctions in a production line.
Bei bekannten Methoden kann solch eine frühzeitige Erkennung ungenau stattfinden. With known methods, such an early detection can take place imprecisely.
Beispielsweise, in modellbasierten Methoden, welche eine physikalische Repräsentation eines Verhaltens einer Vorrichtung beschreiben können, kann eine Vorhersagen deswegen ungenau sein, weil Vereinfachungen getroffen werden müssen, womit die Komplexität der Vorrichtung verloren gehen kann, sowie Interaktionen der Vorrichtung mit der Umwelt nicht For example, in model-based methods that can describe a physical representation of the behavior of a device, a prediction can be imprecise because simplifications have to be made, which can result in the complexity of the device being lost, and interactions of the device with the environment not
notwendigerweise in Betracht gezogen werden. necessarily be considered.
Des Weiteren, bei datengetriebenen Modellen (bspw. künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen) wird eine hohe Datenqualität vorausgesetzt und eine gewisse Anzahl an Ausfällen, damit solche Modelle eine Vorhersage lernen, was kostenineffizient sein kann Furthermore, with data-driven models (e.g. artificial intelligence, machine learning), a high data quality and a certain number of failures are required so that such models can learn a prediction, which can be cost-inefficient
Des Weiteren müssen möglicherweise gelabelte Daten verwendet werden, um ein Furthermore, labeled data may have to be used to create a
datengetriebenes Modell zu trainieren, wobei solche gelabelten Daten nicht notwendigerweise zur Verfügung stehen, da beispielsweise eine notwendige Infrastruktur nicht existiert oder da Kosten für solch eine Infrastruktur unverhältnismäßig hoch sein können. to train a data-driven model, whereby such labeled data is not necessarily available, for example because a necessary infrastructure does not exist or because the costs for such an infrastructure can be disproportionately high.
Darüber hinaus sind solche Methoden nicht zwangsweise transferierbar zwischen zwei Furthermore, such methods are not necessarily transferable between two
Vorrichtungen, auch wenn sich die Vorrichtungen ähnlich sind oder wenn sie leicht bzgl. einer Aufgabe oder in ihrer Konstruktion variieren. Deshalb müsste ein maschinelles Lernen bei einem Transfer neu durchgeführt werden, wobei, wie oben erwähnt, eine Datenmenge zum Training möglicherweise nicht ausreicht. Außerdem können solche Verfahren nicht auf neue Vorrichtungen angewendet werden. Devices, even if the devices are similar or if they vary slightly with regard to a task or in their construction. For this reason, machine learning would have to be carried out again for a transfer, whereby, as mentioned above, the amount of data for training may not be sufficient. In addition, such methods cannot be applied to new devices.
Insofern wurde erkannt, dass eine Kombination aus statistischen Modellen und stochastischen Prozessen, um eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion zur Risikoanalyse und zum Entscheiden, ob und wann eine Wartung durchgeführt werden muss, solche Nachteile überwinden kann. In this respect, it was recognized that a combination of statistical models and stochastic processes to create a probability density function for risk analysis and for deciding whether and when maintenance has to be carried out can overcome such disadvantages.
Des Weiteren wurde erkannt, dass es wünschenswert sein kann, wenn eine Restnutzungsdauer nicht bei Anfang, kurz nach einer Inbetriebnahme einer Produktionsvorrichtung, oder kurz nach einer Wartung durchgeführt werden muss, da es unnötige Kosten verursachen kann und notwendige (gelabelte) Daten nicht notwendigerweise vorhanden sind, wie hierin diskutiert. Furthermore, it was recognized that it can be desirable if a remaining useful life does not have to be carried out at the beginning, shortly after commissioning of a production device, or shortly after maintenance, since it can cause unnecessary costs and necessary (labeled) data are not necessarily available as discussed herein.
Außerdem wurde erkannt, dass die Bestimmung der Restlebensdauer unter solchen It was also recognized that determining the remaining life among such
Bedingungen zu einer ungenauen Vorhersage führen kann. Hierbei kann eine Monte-Carlo- Simulation basierend auf einem linearen Wiener-Prozess-Modell durchgeführt werden, was zu großen Variationen bzw. Ungenauigkeiten führen kann, wenn kleine Variationen in einem Drift des Wiener-Prozesses vorliegen, sodass Anfangswerte durch ein Condition Monitoring verfälscht werden, bspw. kann ein positiver Wert zu einem negativen werden oder nahe Null kommen. Darüber hinaus kann ein ermitteltes Konfidenzintervall in einer Vorhersage zu groß sein, sodass eine Monte-Carlo-Simulation nicht zu einem definierten Ausfallschwellwert (Failure Threshold) konvergiert. Conditions can lead to an inaccurate forecast. A Monte Carlo simulation based on a linear Wiener process model can be carried out, which can lead to large variations or inaccuracies if there are small variations in a drift of the Wiener process, so that initial values are falsified by condition monitoring For example, a positive value can become negative or close to zero. In addition, a determined confidence interval in a forecast can be too large, so that a Monte Carlo simulation does not converge to a defined failure threshold.
Deshalb wurde erkannt, dass eine Driftkontrolle implementiert werden kann, um einen Drift um einen Nullwert oder einen negativen Drift auszuschließen, sodass eine Monte-Carlo-Simulation konvergiert. Damit kann vorteilhafterweise auch eine Rechenleistung reduziert werden. Therefore it was recognized that a drift control can be implemented in order to exclude a drift around a zero value or a negative drift, so that a Monte Carlo simulation converges. In this way, computing power can advantageously also be reduced.
In manchen Ausführungsbeispielen kann ein negativer Drift aber auch eine Aussage über eine Verbesserung eines Zustands einer Produktionsvorrichtung hindeuten. In some exemplary embodiments, however, a negative drift can also indicate a statement about an improvement in a state of a production device.
In anderen Worten wurde erkannt, dass eine Bestimmung einer Restlebensdauer ab In other words, it was recognized that a determination of a remaining service life began
Inbetriebnahme einer Produktionsvorrichtung nicht notwendigerweise durchgeführt werden muss und verwirrend sein kann, wenn eine Notwendigkeit einer Wartung zu einem zu frühen Zeitpunkt stattfindet, da dadurch eine Fehleranfälligkeit der Restlebensdauerbestimmung erhöht wird. Deshalb betreffen manche Ausführungsbeispiele ein Verfahren zum Bestimmen von Commissioning of a production device does not necessarily have to be carried out and can be confusing if a need for maintenance occurs too early, since this increases the susceptibility to errors in determining the remaining service life. Therefore, some embodiments relate to a method for determining
Restnutzungszyklen einer Produktionsvorrichtung aufgrund von Verschleiß, umfassend: Residual usage cycles of a production device due to wear and tear, comprising:
Bestimmen eines ersten Zustandswertes einer Wartungsgröße eines Teils der Determining a first state value of a maintenance variable of a part of the
Produktionsvorrichtung basierend auf Sensorsensordaten eines Sensors für die Production device based on sensor sensor data of a sensor for the
Produktionsvorrichtung; und Production device; and
Bestimmen eines zukünftigen Nutzungszyklus des Teils der Produktionsvorrichtung, zu welchem die Wartungsgröße einen vorher festgelegten zweiten Zustandswert aufweist, wobei der zukünftige Nutzungszyklus basierend auf dem ersten Zustandswert und basierend auf einem diskreten stochastischen Degradationsmodell bestimmt wird. Determination of a future usage cycle of the part of the production device for which the maintenance variable has a predetermined second status value, the future usage cycle being determined based on the first status value and based on a discrete stochastic degradation model.
Die Vorrichtung kann jede Vorrichtung umfassen, welche aufgrund von Verschleiß gewartet werden muss oder kann, wie zum Beispiel eine Produktionsvorrichtung in der The device can comprise any device that must or can be serviced due to wear, such as a production device in FIG
Automobilindustrie und dergleichen. Automotive industry and the like.
Ein Zyklus kann in diesem Kontext eine vorbestimmte Betriebsdauer, eine vorbestimmte Betriebszeit, eine vorbestimmte Periode, und dergleichen, umfassen, in welcher die Vorrichtung einen vorbestimmten oder vorrichtungstypischen Vorgang oder ein Verfahren ausführt. In this context, a cycle can comprise a predetermined operating duration, a predetermined operating time, a predetermined period, and the like, in which the device executes a predetermined or device-typical process or method.
In jedem Betriebszyklus kann ein Teil der Produktionsvorrichtung oder die ganze In each operating cycle, part or all of the production device
Produktionsvorrichtung einem Verschleiß unterliegen, bspw. durch mechanische Production device are subject to wear, for example by mechanical
Beanspruchung, durch Erosion, oder durch andere Umstände, welche dazu führen, dass der Teil oder die ganze Produktionsvorrichtung gewartet werden muss bzw. kann. Stress, through erosion or other circumstances which lead to the part or the entire production device having to or can be serviced.
Generell ist es wünschenswert, dass man einen Zeitpunkt kennt, wann eine Wartung durchgeführt werden soll, um diese beispielsweise zu terminieren (d.h. einen Termin für eine Wartung festzulegen), da es beispielsweise bei einer zu spät durchgeführten Wartung zu einem Betriebsausfall, und somit zu höheren Kosten, führen kann, während es bei einer zu früh durchgeführten Wartung zu erhöhten Kosten durch eine zu hohe Wartungsfrequenz kommen kann. In general, it is desirable to know a point in time when maintenance is to be carried out in order, for example, to schedule it (ie to set a date for maintenance), since, for example, if maintenance is carried out too late, there will be an operational downtime and thus higher Costs, while maintenance performed too early can lead to increased costs due to excessive maintenance frequency.
In manchen Ausführungsbeispielen wird ein erster Zustandswert einer Wartungsgröße eines Teils der Produktionsvorrichtung bestimmt. In some exemplary embodiments, a first status value of a maintenance variable of a part of the production device is determined.
Die Wartungsgröße kann eine physikalische, mechanische, und/oder elektronische Größe, und dergleichen sein, welche auf den Verschleiß hindeuten kann. Beispielsweise kann die Wartungsgröße eine Dehnung des Teils, eine Temperatur, eine Dicke, einen Druck, eine Feuchtigkeit, eine Füllmenge, und dergleichen umfassen. The maintenance variable can be a physical, mechanical and / or electronic variable, and the like, which can indicate wear. For example, the maintenance quantity can include an elongation of the part, a temperature, a thickness, a pressure, a humidity, a filling amount, and the like.
Der erste Zustandswert kann einen Messwert der Wartungsgröße umfassen, bspw. zehn Bar, wenn die Wartungsgröße einen Druck umfasst. The first status value can comprise a measured value of the maintenance variable, for example ten bar if the maintenance variable comprises a pressure.
Der Sensor kann dementsprechend dazu eingerichtet sein, Sensordaten zu erzeugen, welche indikativ für den Zustandswert sind. The sensor can accordingly be set up to generate sensor data which are indicative of the state value.
Daher kann der Sensor beispielsweise einen Drucksensor, einen Distanzsensor, einen Therefore, the sensor can, for example, be a pressure sensor, a distance sensor, a
Temperatursensor, einen Feuchtigkeitssensor, einen Farbsensor, und dergleichen umfassen. Temperature sensor, a humidity sensor, a color sensor, and the like.
Die Sensordaten können darüber hinaus auch indikativ für mehrere (bspw. The sensor data can also be indicative for several (e.g.
aufeinanderfolgende) Zustandswerte sein, welche einzeln, in Gruppen, oder als (gewichteter) Durchschnittswert in das Bestimmen des zukünftigen Nutzungszyklus einfließen. consecutive) status values, which flow into the determination of the future usage cycle individually, in groups or as a (weighted) average value.
Die Sensordaten können beispielsweise aus einem Condition Monitoring (CM) stammen, was typischerweise in bekannten Produktionsvorrichtungen vorgesehen ist. So muss The sensor data can originate, for example, from condition monitoring (CM), which is typically provided in known production devices. So must
vorteilhafterweise keine zusätzliche Sensorik vorgesehen sein, was Kosten reduziert. CM-Daten können statistische Parameter jedes Arbeitszyklus der Produktionsvorrichtung beinhalten oder indikativ dafür sein und in der Produktionsvorrichtung gespeichert werden und nach (oder während) jedem Produktionszyklus oder nach jedem von der Produktionsvorrichtung produzierten Teil abgerufen werden. advantageously no additional sensors are provided, which reduces costs. CM data may include or be indicative of statistical parameters of each work cycle of the production device and stored in the production device and retrieved after (or during) each production cycle or after each part produced by the production device.
Des Weiteren kann dadurch vorteilhafterweise ein Puffer definiert werden, welcher vorhanden sein sollte, damit bei einem Ausfall der Produktionsvorrichtung genügend Teile vorhanden sind, damit eine Produktionslinie nicht stillgelegt werden muss. Furthermore, a buffer can thereby advantageously be defined, which should be present so that if the production device fails, enough parts are present so that a production line does not have to be shut down.
Außerdem kann in manchen Ausführungsbeispielen vorteilhafterweise auf solch einen Puffer verzichtet werden, da dadurch kein Platz bzw. Lagerkapazität (welche typischerweise begrenzt ist) freigegeben werden muss und auch keine finanzielle Mittel für den Puffer aufgewendet werden müssen. In addition, such a buffer can advantageously be dispensed with in some exemplary embodiments, since as a result no space or storage capacity (which is typically limited) has to be released and no financial means have to be expended for the buffer.
In anderen Worten: In manchen Ausführungsbeispielen kann ein Zyklus für ein produziertes Bauteil (oder Produkt) (oder für eine bestimmte Anzahl an produzierten Bauteilen oder In other words: In some exemplary embodiments, a cycle can be for a produced component (or product) (or for a specific number of produced components or
Produkten) stehen, sodass Zyklen einer Produktionsvorrichtung vorteilhafterweise mit dem Bauteilpuffer verglichen werden können, sodass ein erfindungsgemäßes Verfahren eine Prognose über eine Restnutzungsdauer genauer macht. Products), so that cycles of a production device advantageously with the Component buffers can be compared so that a method according to the invention makes a prognosis about a remaining useful life more accurate.
Der zukünftige Nutzungszyklus kann einen Nutzungszyklus umfassen, welcher ausgehend von einem aktuellen und/oder vergangenen Nutzungszyklus bzw. von dem ersten Zustandswert in dem aktuellen und/oder vergangenen Nutzungszyklus, bestimmt wird, zu welchem die The future usage cycle can comprise a usage cycle which is determined on the basis of a current and / or past usage cycle or from the first status value in the current and / or past usage cycle, for which the
Wartungsgröße einen vorher festgelegten zweiten Zustandswert einnimmt. Maintenance variable assumes a predetermined second state value.
Beispielsweise kann der zweite Zustandswert (bspw. fünf Bar) ein Schwellwert sein, zu dem eine Wartung durchgeführt werden muss oder zu dem eine Wartung terminiert werden muss. Der zweite Zustandswert kann auch ein Wert sein, ab welchem ein anderes Verfahren benutzt werden kann oder ab welchem darauffolgende Werte bekannt sein können. For example, the second status value (for example five bar) can be a threshold value at which maintenance must be carried out or at which maintenance must be scheduled. The second status value can also be a value from which another method can be used or from which subsequent values can be known.
Der zweite Zustandswert kann basierend auf dem ersten Zustandswert und auf einem diskreten stochastischen Degradationsmodell bestimmt werden. Beispielsweise kann der erste The second state value can be determined based on the first state value and on a discrete stochastic degradation model. For example, the first
Zustandswert als Anfangswert für das diskrete stochastische Degradationsmodell verwendet werden. State value can be used as the initial value for the discrete stochastic degradation model.
Das diskrete stochastische Degradationsmodell kann allgemein ein Modell, einen Algorithmus, und dergleichen umfassen, welches oder welcher basierend auf einer stochastischen und/oder statistischen Analyse und basierend auf dem ersten Zustandswert, eine Prädiktion über die Wartungsgröße in zukünftigen Nutzungszyklen erlaubt. The discrete stochastic degradation model can generally include a model, an algorithm, and the like, which, based on a stochastic and / or statistical analysis and based on the first state value, allows a prediction of the maintenance variable in future usage cycles.
Das stochastische Degradationsmodell ist insofern diskret, als dass eine Variable des The stochastic degradation model is discrete in that a variable des
Degradationsmodells diskret ist. Im Speziellen ist in dieser Erfindung der Nutzungszyklus eine diskrete Variable, im Gegensatz zu einer kontinuierlichen Variable wie bspw. Zeit. The degradation model is discrete. In particular, in this invention, the usage cycle is a discrete variable as opposed to a continuous variable such as time.
Problematisch an der kontinuierlichen Variable Zeit kann beispielsweise sein, dass bei einem solchen Modell typischerweise nicht in Betracht gezogen werden kann, dass die A problem with the continuous variable time can, for example, be that in such a model it cannot typically be taken into account that the
Produktionsvorrichtung oder der Teil der Produktionsvorrichtung (unerwartet oder erwartet) abgeschaltet werden kann. In anderen Worten, in einem solchen Modell wird typischerweise davon ausgegangen, dass jeder Nutzungszyklus gleichmäßig in der zeitlichen Dimension verteilt ist. Des Weiteren kann problematisch sein, dass es schwierig sein kann, verbleibende Teile im Puffer (wie oben beschrieben) mit der verbleibenden Zeit zu vergleichen, da es nicht notwendigerweise eine Entsprechung gibt. Production device or the part of the production device (unexpected or expected) can be switched off. In other words, in such a model it is typically assumed that each usage cycle is evenly distributed in the time dimension. Furthermore, it can be problematic that it can be difficult to compare remaining parts in the buffer (as described above) with the remaining time, since there is not necessarily a correspondence.
Bei einer industriellen Produktionsvorrichtung kann es jedoch Vorkommen, dass sie However, in an industrial production device, it may
beispielsweise an Feiertagen, an Wochenenden, in Betriebsferien, und dergleichen for example on public holidays, on weekends, during company holidays, and the like
abgeschaltet ist, sodass eine solche Gleichverteilung nicht gegeben ist. Dies kann bei kontinuierlichen stochastischen Modellen zu einer fehlerhaften Vorhersage über eine zukünftigen Zeit führen, zu welchem eine Wartungsgröße einen festgelegten Wert annimmt. is switched off, so that such an even distribution is not given. In the case of continuous stochastic models, this can lead to an incorrect prediction of a future time at which a maintenance variable assumes a fixed value.
Damit ergibt sich in der vorliegenden Erfindung der Vorteil, dass nicht von solch einer The present invention thus has the advantage that not one of these
Gleichverteilung ausgegangen werden muss, was zunächst vorteilhafterweise ein Uniform distribution must be assumed, which is initially advantageous
Degradationsmodell vereinfacht, und zum anderen vorteilhafterweise eine genauere Simplified degradation model and, on the other hand, advantageously a more precise one
Vorhersage über den vorher festgelegten zweiten Zustandswert zulässt. Allows prediction of the previously determined second state value.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner: Bestimmen einer Anzahl von Restnutzungszyklen der Produktionsvorrichtung basierend auf dem zukünftigen In some exemplary embodiments, the method further comprises: determining a number of remaining usage cycles of the production device based on the future one
Nutzungszyklus. Usage cycle.
Die Restnutzungszyklen können sich aus dem zukünftigen Nutzungszyklus ergeben oder diesem entsprechen, beispielsweise können die Restnutzungszyklen die Anzahl an The remaining usage cycles can result from or correspond to the future usage cycle, for example the remaining usage cycles can be the number of
Nutzungszyklen umfassen, bis der zukünftige Nutzungszyklus erreicht ist, oder ein anderer Nutzungszyklus, welcher anhand des zukünftigen Nutzungszyklus bestimmt wird, erreicht ist, und dergleichen. Use cycles include until the future use cycle is reached, or another use cycle, which is determined on the basis of the future use cycle, is reached, and the like.
So kann vorteilhafterweise eine Korrelation zwischen den Teilen des Puffers (wie oben beschrieben) mit den Restnutzungszyklen hergestellt werden, sodass vorteilhafterweise eine Wartung besser geplant werden kann. In this way, a correlation between the parts of the buffer (as described above) with the remaining usage cycles can advantageously be established, so that maintenance can advantageously be better planned.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner: Erzeugen einer In some exemplary embodiments, the method further comprises: generating a
Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion zum Bestimmen der Restnutzungszyklen. Probability density function for determining the remaining usage cycles.
Die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion kann, wie allgemein bekannt ist, indikativ für eine Wahrscheinlichkeit sein. Typischerweise kann eine Wahrscheinlichkeit in Abhängigkeit einer Variable angegeben werden, wie beispielsweise in Abhängigkeit der Zeit. Wie jedoch hierin diskutiert, kann das Verwenden der kontinuierlichen Variable Zeit nachteilig sein, sodass, in manchen As is well known, the probability density function can be indicative of a probability. Typically, a probability can be specified as a function of a variable, for example as a function of time. However, as discussed herein, using the continuous variable of time can be disadvantageous, so that, in some
Ausführungsbeispielen, die Variable ein Nutzungszyklus ist, sodass der zukünftige Embodiments, the variable is a usage cycle, so that the future
Nutzungszyklus vorteilhafterweise bestimmt werden kann. Use cycle can advantageously be determined.
Daher ist in manchen Ausführungsbeispielen die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion indikativ für eine Wahrscheinlichkeit, zu welchem zukünftigen Nutzungszyklus die Wartungsgröße den zweiten Zustandswert annimmt. Therefore, in some exemplary embodiments, the probability density function is indicative of a probability for which future usage cycle the maintenance variable assumes the second state value.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Degradationsmodell ein Wiener-Prozess- Modell. In some exemplary embodiments, the degradation model includes a Wiener process model.
Beispielsweise kann eine Degradation (oder ein Verschleiß), beispielsweise in einem elektrochemischen Gerät, auf eine zufällige Art und Weise vor sich gehen. For example, degradation (or wear and tear), for example in an electrochemical device, can occur in a random manner.
Deshalb kann, um die Degradation zu beschreiben, ein stochastisches Modell herangezogen werden, wie beispielsweise ein Wiener-Prozess. A stochastic model, such as a Wiener process, can therefore be used to describe the degradation.
Hierbei wird, in manchen Ausführungsbeispielen, in Betracht gezogen, dass die Degradation teilweise deterministisch und teilweise stochastisch beschrieben werden kann, wobei der deterministische Teil bei allen getesteten Geräten gleich sein kann (also bei einer Here, in some exemplary embodiments, it is taken into account that the degradation can be described partly deterministically and partly stochastically, with the deterministic part being able to be the same for all tested devices (that is to say for one
Gesamtpopulation), und wobei der stochastische Teil eine Unsicherheit abbilden kann, welche durch eine Verschiedenheit der Geräte innerhalb der Gesamtpopulation erzeugt wird. Total population), and the stochastic part can represent an uncertainty which is generated by a difference in the devices within the total population.
Deshalb wird, in manchen Ausführungsbeispielen, ein Wiener- Prozess in Betracht gezogen, welcher nicht einen reinen Random-Walk, sondern einen Random-Walk mit einem Drift beschreibt. Solch ein Wiener-Prozess kann, wie allgemein bekannt ist, mit folgender Formel (1) beschrieben werden: Therefore, in some exemplary embodiments, a Wiener process is considered which does not describe a pure random walk, but a random walk with a drift. As is well known, such a Wiener process can be described with the following formula (1):
In Formel (1) entspricht X(t) der Degradation, xi dem ersten Zustandswert, l(t) einem Drift- Koeffizienten (beschreibt also den deterministischen Teil), s einem Dispersionskoeffizienten, und B(t) einer Brownschen Bewegung (beschreibt also den stochastischen Teil). In dieser Beschreibung des Wiener-Prozesses wird die kontinuierliche Variable Zeit In formula (1), X (t) corresponds to the degradation, x i to the first state value, l (t) to a drift coefficient (thus describes the deterministic part), s to a dispersion coefficient, and B (t) to a Brownian movement (thus describes the stochastic part). In this description of the Wiener process, the continuous variable becomes time
beschrieben. Um eine Beschreibung der Degradation X(t) zu finden kann hierbei zunächst eine Menge von bekannten Werten (also erste Zustandswerte basierend auf einer Sensormessung, welche indikativ ist für ein Condition Monitoring (CM)) X1 :i = {x1, x2, ... , xi} in Betracht gezogen werden. Basierend auf der Menge Xi ,, kann eine Restlebensdauer (RUL (Remaining Useful Lifetime)) definiert werden, wie in Formel (2) gezeigt: described. In order to find a description of the degradation X (t), a set of known values (i.e. first state values based on a sensor measurement, which is indicative of condition monitoring (CM)) X 1: i = {x1, x2,. .., x i } should be considered. Based on the quantity Xi ,, a remaining service life (RUL (Remaining Useful Lifetime)) can be defined, as shown in formula (2):
In Formel (2) beschreibt T, die Restlebensdauer, inf steht für Infimum (wie allgemein bekannt ist), und w steht für einen Ausfallschwellwert (Failure Threshold (FT)), zu welchem die In formula (2), T describes the remaining service life, inf stands for infimum (as is generally known), and w stands for a failure threshold (FT) to which the
Vorrichtung typischerweise nicht mehr benutzbar ist. Device is typically no longer usable.
Dadurch kann sich eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion der Restlebensdauer ergeben zu: This can result in a probability density function of the remaining service life:
In Formel (3) steht für die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, p für die Kreiszahl, und exp für eine Exponentialfunktion zur Basis e (Euler’sche Zahl), ohne die vorliegende Erfindung darauf zu beschränken, da jede mögliche Exponentialfunktion verwendet werden kann. In formula (3) stands for the probability density function, p for the circle number, and exp for an exponential function to the base e (Euler number), without restricting the present invention thereto, since every possible exponential function can be used.
Nun kann eine solche Berechnung der Restlebensdauer nachteilig und ungenau sein, wie hierin beschrieben ist, weswegen die vorliegende Erfindung Restnutzungszyklen bestimmen kann. Now, such a calculation of the remaining life can be disadvantageous and inaccurate as described herein, and therefore the present invention can determine remaining usage cycles.
Hierbei kann statt X(t) X(c) verwendet werden, wobei c für einen (zukünftigen) Nutzungszyklus steht und in Formel (1) kann ohne Beschränkung der Allgemeinheit jedes t mit einem c ersetzt werden, sodass eine Wiederholung der Formel hier nicht stattfindet. Instead of X (t), X (c) can be used, where c stands for a (future) cycle of use and in formula (1), each t can be replaced with a c without loss of generality, so that the formula is not repeated here .
Des Weiteren lässt sich ein Restnutzungszyklus C, wie in Formel (4) definieren: Furthermore, a remaining usage cycle C can be defined as in formula (4):
Der Restnutzungszyklus kann, wie hierin beschrieben, indikativ für den zukünftigen The remaining usage cycle, as described herein, can be indicative of the future
Nutzungszyklus sein, oder indikativ dafür, wie viele Nutzungszyklen mit einer Produktionsvorrichtung noch möglich sind, bevor die Vorrichtung ausfällt oder nicht mehr nutzbar ist. Usage cycle, or an indication of how many usage cycles with a Production device are still possible before the device fails or is no longer usable.
Der zukünftige Nutzungszyklus kann in solchen Ausführungsbeispielen eine vorbestimmte Anzahl an Nutzungszyklen vor dem Restnutzungszyklus sein oder diesem entsprechen. In such exemplary embodiments, the future usage cycle can be or correspond to a predetermined number of usage cycles before the remaining usage cycle.
Daraus kann sich eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion ergeben, welche in Formel (5) ersichtlich ist: c-Q, was auch kurz als n definiert werden kann beschreibt die Anzahl an vergangenen Zyklen seit einer vorherigen Bestimmung von Restnutzungszyklen bzw. seit dem Bestimmen des ersten Zustandswertes. This can result in a probability density function, which can be seen in formula (5): cQ, which can also be briefly defined as n, describes the number of past cycles since a previous determination of residual usage cycles or since the determination of the first status value.
Nach jedem Zyklus kann ein erfindungsgemäßes Verfahren erneut angewendet werden, sodass vorteilhafterweise eine genauere Vorhersage der Restnutzungszyklen stattfinden kann, solange ein Verschleißschwellwert (Healthy Threshold) bereits überschritten ist. After each cycle, a method according to the invention can be applied again, so that advantageously a more precise prediction of the remaining usage cycles can take place as long as a wear threshold value (healthy threshold) has already been exceeded.
In manchen Ausführungsbeispielen basiert das Wiener-Prozess-Modell auf einem Drift, wie hierin beschrieben. In some exemplary embodiments, the Wiener process model is based on a drift, as described herein.
Wie allgemein bekannt ist, repräsentiert ein Wiener-Prozess-Modell eine Markovianische Eigenschaft, wodurch das Wiener-Prozess-Modell gedächtnislos ist, d.h. wenn der zweite Zustandswert ausschließlich basierend auf dem Wiener-Prozess-Modell bestimmt werden würde, würde eine Vorhersage immer auf dem ersten Zustandswert x, basieren, aber keine historischen ersten Zustandswerte (aus vorherigen Messungen) würden in Betracht gezogen werden. As is well known, a Wiener process model represents a Markovian property whereby the Wiener process model is memoryless, i.e. if the second state value were determined exclusively based on the Wiener process model, a prediction would always be based on the first state value x 1, but no historical first state values (from previous measurements) would be taken into account.
Deshalb umfasst das Degradationsmodell, in manchen Ausführungsbeispielen, ein Bayesisches Vorhersagemodell (Bayesian forecasting model). Therefore, in some exemplary embodiments, the degradation model comprises a Bayesian forecasting model.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner: Bestimmen eines Drifts im Wener-Prozess-Modell basierend auf dem Bayesischen Vorhersagemodell. Generell ist bekannt, dass der Drift-Koeffizient l(t) einem sich mit der Zeit verändernden Prozess unterliegt. Deshalb kann der erste Zustandswert der einzige bekannte Wert sein, weswegen der Drift bestimmt werden muss. In some exemplary embodiments, the method further comprises: determining a drift in the Wener process model based on the Bayesian prediction model. It is generally known that the drift coefficient l (t) is subject to a process that changes over time. Therefore, the first state value can be the only known value, which is why the drift must be determined.
Wie oben beschrieben, wird der Drift generell als deterministisch betrachtet. Jedoch kann er, in machen Ausführungsbeispielen, als Zufallsvariable (oder stochastische Variable) modelliert werden. As described above, the drift is generally considered to be deterministic. However, in some exemplary embodiments it can be modeled as a random variable (or stochastic variable).
In manchen Ausführungsbeispielen wird der Drift basierend auf einem Bayesischen Filter und/oder einem Kalmanfilter bestimmt. In some exemplary embodiments, the drift is determined based on a Bayesian filter and / or a Kalman filter.
Auf solche eine Art und Weise kann der Drift, wie allgemein bekannt ist, in einem In such a way, as is well known, the drift can in a
Zustandsraummodell (state space model) konstruiert werden, wie in den Formeln (6) und (7) dargestellt ist: State space model can be constructed as shown in formulas (6) and (7):
h kann proportional zu einem normalverteilten Rauschen sein, e kann proportional zu einem weiteren normalverteilten Rauschen als Varianz sein, um eine Brownsche Bewegung darzustellen. Darüber hinaus stellt Formel (6) eine Systemgleichung und Formel (7) eine Beobachtungsgleichung (Observation equation) dar. h und e können unkorreliert sein. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. h can be proportional to a normally distributed noise e can be proportional to a further normally distributed noise be as a variance to represent a Brownian motion. In addition, formula (6) represents a system equation and formula (7) represents an observation equation. H and e may be uncorrelated. However, the present invention is not limited to this.
Wenn h und e unkorreliert sind, kann Formel (7) erfindungsgemäß angepasst werden, woraus sich Gleichung (8) ergibt: If h and e are uncorrelated, formula (7) can be adapted according to the invention, from which equation (8) results:
Hierbei ist e ~ N(0, n), also proportional zu einer Normalverteilung um Null als erster Here e ~ N (0, n), i.e. proportional to a normal distribution around zero, is the first
Zustandswert mit n als Varianz, wobei n aus den natürlichen Zahlen stammen kann und die vergangenen Zyklen seit einem vormaligen Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst. ci entspricht also einem gegenwärtigen Zyklus bzw. einem Zyklus einer letzten Messung durch einen Sensor und Ci-n entspricht einem Zyklus des letztmaligen Ausführen eines State value with n as the variance, where n can originate from the natural numbers and comprises the past cycles since a method according to the invention was previously carried out. c i corresponds to a current cycle or a cycle of a last measurement by a sensor and C in corresponds to a cycle of the last execution of a
erfindungsgemäßen Verfahrens. method according to the invention.
Typischerweise kann sich in bekannten Verfahren, wie beispielsweise in Gleichung (7), die Varianz von e mit der Zeit erhöhen, obwohl kein Nutzungszyklus stattgefunden hat, da keine Nutzungspausen und dergleichen in Betracht gezogen werden. Typically, in known methods, such as, for example, in equation (7), the variance of e can increase over time, although no usage cycle has taken place, since no usage breaks and the like are taken into account.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren, welches Gleichung (8) in Betracht zieht, erhöht sich die Varianz jedoch vorteilhafterweise nur mit jedem Nutzungszyklus, sodass sich der Vorteil ergibt, dass ein unnötiges Hinzufügen von Unsicherheit in das Bestimmen des zweiten In a method according to the invention which takes equation (8) into account, however, the variance advantageously only increases with each usage cycle, so that there is the advantage that an unnecessary addition of uncertainty in the determination of the second
Zustandswertes vermieden wird. State value is avoided.
In manchen Ausführungsbeispielen wird ein Strang Tracking Filter Algorithmus verwendet, um plötzliche Signaländerungen (bzw. plötzliche (kurzzeitige) Änderungen des ersten In some exemplary embodiments, a strand tracking filter algorithm is used to detect sudden signal changes (or sudden (short-term) changes in the first
Zustandswertes) herauszufiltern, und um den Drift zu bestimmen. State value) and to determine the drift.
Hierfür kann folgender erster Algorithmus implementiert werden: The following first algorithm can be implemented for this:
iv) Zustandsschätung basierend auf dem Bayesischen Vorhersagemodell für eine einzelne Variable: iv) State estimation based on the Bayesian predictive model for a single variable:
Aktualisieren der Driftschätzung und der Varianz: Update the drift estimate and the variance:
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Degradationsmodell eine Monte-Carlo- Simulation. In some exemplary embodiments, the degradation model includes a Monte Carlo simulation.
Hierbei kann vorteilhafterweise bei einer ausreichend hohen Anzahl N an Simulationen basierend auf dem ersten Algorithmus eine Genauigkeit der Bestimmung des zweiten In this case, with a sufficiently high number N of simulations based on the first algorithm, an accuracy of the determination of the second can advantageously be achieved
Zustandswertes erhöht werden. State value can be increased.
Damit kann eine Anzahl an Restnutzungszyklen, bspw. anhand des folgenden zweiten This allows a number of remaining usage cycles, for example on the basis of the following second
Algorithmus bestimmt werden. Algorithm to be determined.
Input: Erster Zustandswert Geschätzter Drift Failure Threshold FTInput: first status value Estimated Drift Failure Threshold FT
Initialisierung: S = 0 Initialization: S = 0
Simuliere N Degradationspfade wie folgt: Simulate N degradation paths as follows:
v) end while v) end while
vi) end for vi) end for
vii) Erzeuge basierend auf der Menge Sf eine Normalverteilung vii) Generate a normal distribution based on the set S f
Hierbei ist i < j < f. Darüber hinaus ist ci ein Nutzungszyklus, an welchem eine vergangene (bzw. die letzte) Sensormessung durchgeführt wurde und cf ist ein zukünftiger Nutzungszyklus, an welchem der FT erreicht wird. Here i <j <f. In addition, c i is a usage cycle on which a past (or the last) sensor measurement was carried out and c f is a future usage cycle on which the FT is achieved.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner: Prozessieren des ersten Zustandswertes. Der erste Zustandswert kann beispielsweise rauschbehaftet sein, ein Ausreißer aus einer Statistik, und dergleichen. In some exemplary embodiments, the method further comprises: processing the first status value. The first state value can, for example, be noisy, an outlier from a statistic, and the like.
Deshalb kann der erste Zustandswert prozessiert, d.h. verarbeitet werden, um den ersten Zustandswert zu filtern und/oder zu normalisieren. The first status value can therefore be processed, i.e. processed to filter and / or normalize the first state value.
Deshalb umfasst, in manchen Ausführungsbeispielen das Prozessieren ein Filtern. Therefore, in some exemplary embodiments, the processing includes filtering.
Beispielsweise kann ein Kalman-Filter angewendet werden zum Filtern eines Rauschens. For example, a Kalman filter can be used to filter a noise.
Generell kann Rauschen eine Vorhersage bzw. das Bestimmen des zweiten Zustandswertes und/oder des zukünftigen Nutzungszyklus fehlerhaft machen. Dies kann beispielsweise durch eine indirekte Messung verursacht sein. In general, noise can make a prediction or the determination of the second status value and / or the future usage cycle incorrect. This can be caused, for example, by an indirect measurement.
Um Rauschen von dem ersten Zustandswert zu entfernen, kann ein Kalman-Filter in Form des folgenden dritten Algorithmus implementiert werden: To remove noise from the first state value, a Kalman filter can be implemented in the form of the following third algorithm:
Input: Erster Zustandswert x; Input: first status value x ;
Output: Gefilterter erster Zustandswert Output: Filtered first status value
Aktualisierung der Signalabschätzung und der Varianz: Update of the signal estimate and the variance:
Somit kann vorteilhafterweise Rauschen entfernt werden und das Bestimmen des zweiten Zustandswertes kann basierend auf einem stabileren ersten Zustandswert durchgeführt werden. Noise can thus advantageously be removed and the determination of the second state value can be carried out based on a more stable first state value.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Prozessieren eine Rolling-Window-Regression. In some exemplary embodiments, the processing includes a rolling window regression.
Die Rolling-Window-Regression kann nach dem Kalman-Filter angewendet werden, um eine Fluktuation des ersten Zustandswertes auf einer kurzen Zeitskala zu filtern. Hierfür werden für mehrere (aufeinanderfolgende) erste Zustandswerte ein Mittelwert gebildet. Beispielsweise wird für den ersten bis n-ten ersten Zustandswert ein erster Mittelwert gebildet (in einem ersten Fenster). Danach wird das Fenster um eine Stelle verschoben, sodass für den zweiten bis n+1-ten ersten Zustandswert ein zweiter Mittelwert gebildet wird. Danach kann das Fenster um eine weitere Stelle verschoben werden, sodass für den dritten bis n+2-ten The rolling window regression can be applied after the Kalman filter in order to filter a fluctuation of the first state value on a short time scale. For this purpose, a mean value is formed for several (consecutive) first status values. For example, a first mean value is formed for the first through the nth first state value (in a first window). The window is then shifted by one position so that a second mean value is formed for the second to n + 1-th first state values. Then the window can be shifted one more place so that for the third to n + 2th
Zustandswert ein dritter Mittelwert gebildet wird. State value a third mean value is formed.
Dadurch kann vorteilhafterweise eine Stabilität des ersten Zustandswertes und somit der Bestimmung des zukünftigen Zustandswertes erhöht werden. As a result, the stability of the first state value and thus the determination of the future state value can advantageously be increased.
In manchen Ausführungsbeispielen basiert daher das Prozessieren ferner auf einem In some exemplary embodiments, the processing is therefore also based on one
beweglichen Mittelwert, wie hierin beschrieben. moving average as described herein.
In manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner: Bestimmen wenigstens eines Schwellwerts basierend auf dem ersten Zustandswert, welcher indikativ ist für den zweiten Zustandswert. In some exemplary embodiments, the method further comprises: determining at least one threshold value based on the first status value, which is indicative of the second status value.
Der erste Schwellwert kann beispielsweise ein Healthy Threshold, ein Failure Threshold, und dergleichen umfassen, wie hierin beschrieben. The first threshold value can include, for example, a healthy threshold, a failure threshold, and the like, as described herein.
Dadurch kann vorteilhafterweise ein (vorgegebener) Standard erfüllt werden und eine As a result, a (predetermined) standard can advantageously be met and a
Zuverlässigkeit der Vorrichtung gewährleistet werden. Reliability of the device can be guaranteed.
Um einen Standard zu erfüllen und eine Zuverlässigkeit zu gewährleisten werden To be able to meet a standard and ensure reliability
typischerweise mehrere Tests durchgeführt, bevor eine Vorrichtung freigegeben wird, um beispielsweise in einer Produktion verwendet zu werden. In solchen Tests kann die Vorrichtung derart getestet werden, dass ihr Verhalten unter Extrembedingungen überprüft wird. Basierend auf solchen Tests können typischerweise Standards erzeugt werden, welche die typically several tests are performed before a device is released, for example for use in production. In such tests, the device can be tested in such a way that its behavior is checked under extreme conditions. Based on such tests, standards can typically be generated which the
Extrembedingungen als Schwellwerte für spezifische Vorrichtungscharakteristika definieren. Define extreme conditions as thresholds for specific device characteristics.
Durch eine Vorgabe, welche beispielsweise durch einen Standard gesetzt ist, kann man beispielsweise eine maximal erlaubte Bedienungsbedingung einer Vorrichtung oder eines Teils einer Vorrichtung im Voraus kennen. By means of a specification which is set, for example, by a standard, it is possible, for example, to know in advance a maximum permitted operating condition of a device or a part of a device.
Beispielsweise kann im Fall einer Klebemaschine, ein Druck eine indirekte Messung für eine Stromflussmenge eines Motors sein. Ferner kann ein FT basierend auf einem standardisierten (maximalen) Wert solch einer Stromflussmenge gegeben sein, welche sich durch Druckwerte in einer Kammer des Motors äußert. For example, in the case of a gluing machine, a pressure can be an indirect measurement of an amount of current flowing through a motor. Furthermore, an FT can be based on a standardized The (maximum) value of such a current flow rate can be given, which is expressed by pressure values in a chamber of the motor.
Eine Betreibung oder Bedienung des Motors oberhalb solch eines maximalen Wertes kann gefährlich sein für eine Intaktheit des Motors. Deshalb kann bei einer Betreibung oberhalb des maximalen Wertes eine Betriebspause (downtime) des Motors vorgenommen werden, um weitere Schäden zu vermeiden. Operating or operating the engine above such a maximum value can be dangerous for the intactness of the engine. Therefore, if the engine is operated above the maximum value, the engine can be downtime in order to avoid further damage.
In solch einem Kontext kann der FT einen Wert repräsentieren, bei welchem die Vorrichtung nicht mehr bedient werden kann. In such a context, the FT can represent a value at which the device can no longer be operated.
Darüber hinaus kann basierend auf einem Test oder einer Überprüfung und/oder basierend auf einem Standard (oder mehreren Standards), ein Schwellwert festgelegt werden, bis zu welchem man die Vorrichtung noch bedienen kann, ohne dass typischerweise bereits ein Schaden entstanden ist. Solch ein Schwellwert kann eine Sicherheit umfassen bis der FT erreicht ist und kann als HT (Healthy Threshold) bezeichnet werden. Des Weiteren kann ein BU-Schwellwert (Business as Usual) definiert werden, welcher einen Zustand bezeichnen kann, zu welchem die Vorrichtung bedient wird. In addition, based on a test or a check and / or based on a standard (or several standards), a threshold value can be established up to which the device can still be operated without damage having typically already occurred. Such a threshold value can include security until the FT is reached and can be referred to as HT (Healthy Threshold). Furthermore, a BU (Business as Usual) threshold value can be defined, which can designate a state in which the device is operated.
Der HT kann basierend auf dem BU definiert werden und anhand einer Standardabweichung s von ersten Zustandswerten (oder Rohdaten) während eines BU-Betriebsmodus. Ohne die vorliegende Erfindung darauf zu beschränken, kann der HT folgendermaßen definiert werden: The HT can be defined based on the BU and using a standard deviation s from first state values (or raw data) during a BU operating mode. Without limiting the present invention to this, the HT can be defined as follows:
Der BU kann anhand von gefilterten ersten Zustandswerten (welche mit einem Kalman-Filter, wie hierin beschrieben gefiltert wurden) bestimmt werden, wobei vorteilhafterweise eine Wahrscheinlichkeit, dass der BU einen Wert oberhalb des HT annimmt, durch die Filterung gering ist, solange der BU unterhalb des HT liegt. Außerdem findet jedes Mal, wenn der Schwellwert (HT) überschritten wird, eine zufällige (bzw. stochastische) Degradation bzw. ein Verschleiß statt. The BU can be determined on the basis of filtered first state values (which have been filtered with a Kalman filter, as described herein), wherein advantageously a probability that the BU assumes a value above the HT is low as a result of the filtering as long as the BU is below of the HT lies. In addition, every time the threshold value (HT) is exceeded, a random (or stochastic) degradation or wear takes place.
Wenn der gefilterte erste Zustandswert den HT überschreitet, können, in manchen If the filtered first state value exceeds the HT, in some
Ausführungsbeispielen, keine Restnutzungszyklen mehr bestimmt werden, sodass Embodiments, no more residual usage cycles are determined, so that
vorteilhafterweise der HT erkannt werden kann, bevor ein Schaden an einer Vorrichtung entsteht. Manche Ausführungsbeispiele betreffen eine Restnutzungszyklusbestimmungsschaltung, welche dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. advantageously, the HT can be recognized before damage to a device occurs. Some exemplary embodiments relate to a remaining usage cycle determining circuit which is set up to carry out a method according to the invention.
Die Restnutzungszyklusbestimmungsschaltung kann beispielsweise eine CPU (Central Processing Unit), GPU (Graphic Processing Unit) oder irgend eine andere Art von wenigstens einem Prozessor, einem FPGA (Field Programmable Gate Array), und dergleichen umfassen. Die Schaltung kann Sensordaten erhalten, indem sie mit wenigstens einem Sensor verbunden ist, oder wenigstens einen Sensor umfasst. Des Weiteren kann sie mit wenigstens einem Sensor verbunden sein und gleichzeitig wenigstens einen (anderen) Sensor umfassen. The remaining usage cycle determination circuit can comprise, for example, a CPU (Central Processing Unit), GPU (Graphic Processing Unit) or any other type of at least one processor, an FPGA (Field Programmable Gate Array), and the like. The circuit can receive sensor data in that it is connected to at least one sensor or comprises at least one sensor. Furthermore, it can be connected to at least one sensor and at the same time comprise at least one (other) sensor.
Der wenigstens eine Sensor kann dazu eingerichtet sein, wenigstens einen Zustandswert wenigstens einer Wartungsgröße zu messen bzw. Messdaten zu generieren, die indikativ für den wenigstens einen Zustandswert sind, beispielsweise durch eine direkt oder indirekte Messung. The at least one sensor can be set up to measure at least one status value of at least one maintenance variable or to generate measurement data that are indicative of the at least one status value, for example by means of a direct or indirect measurement.
Des Weiteren kann der Sensor auch dazu eingerichtet sein, mehrere Wartungsgrößen zu messen, wie beispielsweise einen Druck und eine Luftfeuchtigkeit, eine Distanz, ein Volumen, und dergleichen. Furthermore, the sensor can also be set up to measure several maintenance variables, such as a pressure and a humidity, a distance, a volume, and the like.
Die Restnutzungszyklusbestimmungsschaltung kann außerdem einen (oder mehrere) The remaining usage cycle determination circuit can also have one (or more)
Computer, Server, und dergleichen umfassen, welche so geschaltet sind, dass ein Computers, servers, and the like, which are connected so that a
erfindungsgemäßes Verfahren ausgeführt werden kann. inventive method can be carried out.
Manche Ausführungsbeispiele betreffen eine Restnutzungszyklusbestimmungsvorrichtung, welche eine erfindungsgemäße Restnutzungszyklusbestimmungsschaltung umfasst. Some exemplary embodiments relate to a remaining usage cycle determining device which comprises a remaining usage cycle determining circuit according to the invention.
Die Restnutzungszyklusbestimmungsvorrichtung kann beispielsweise einen Computer, Server, und dergleichen umfassen sowie wenigstens einen Sensor oder mit diesem verbunden sein. Darüber hinaus kann die Restnutzungszyklusbestimmungsvorrichtung auch eine Vorrichtung umfassen, für welche eine Anzahl von Restnutzungszyklen bestimmt werden soll. The device for determining the remaining usage cycle can, for example, comprise a computer, server, and the like, and at least one sensor or be connected to it. In addition, the device for determining the remaining usage cycle can also comprise a device for which a number of remaining usage cycles is to be determined.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen: Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Embodiments of the invention will now be described by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 schematically shows an embodiment of a method according to the invention for
Bestimmen von Restnutzungszyklen einer Produktionsvorrichtung aufgrund von Verschleiß in einem Blockdiagramm; Determining remaining usage cycles of a production device due to wear in a block diagram;
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen von Restnutzungszyklen einer Produktionsvorrichtung aufgrund von Verschleiß in einem Blockdiagramm; 2 shows a further exemplary embodiment of a method according to the invention for determining remaining usage cycles of a production device due to wear in a block diagram;
Fig. 3 eine Produktionsvorrichtung, für die eine Anzahl von Restnutzungszyklen bestimmt werden kann; 3 shows a production device for which a number of remaining usage cycles can be determined;
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen von Restnutzungszyklen einer Produktionsvorrichtung aufgrund von Verschleiß in einem Ablaufdiagramm; 4 shows a further exemplary embodiment of a method according to the invention for determining remaining usage cycles of a production device due to wear in a flow chart;
Fig. 5 einen Graphen zum Bestimmen von Restnutzungszyklen; 5 shows a graph for determining remaining usage cycles;
Fig. 6 einen Graphen, welcher eine Degradation darstellt; und Fig. 6 is a graph showing degradation; and
Fig. 7 eine erfindungsgemäße Restnutzungszyklusbestimmungsvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Restnutzungszyklusbestimmungsschaltung zeigt. 7 shows a device for determining the remaining usage cycle according to the invention with a circuit for determining the remaining usage cycle according to the invention.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 1 zum Bestimmen von An embodiment of a method 1 according to the invention for determining
Restnutzungszyklen einer Produktionsvorrichtung aufgrund von Verschleiß ist in Fig. 1 in einem Blockdiagramm dargestellt. The remaining usage cycles of a production device due to wear and tear is shown in a block diagram in FIG. 1.
In 2 wird ein erster Zustandswert einer Wartungsgröße eines Teils einer Produktionsvorrichtung basierend auf Sensordaten eines Sensors für die Produktionsvorrichtung bestimmt, wie hierin beschrieben. In FIG. 2, a first state value of a maintenance variable of a part of a production device is determined based on sensor data of a sensor for the production device, as described herein.
In 3 wird ein zukünftiger Nutzungszyklus des Teils der Produktionsvorrichtung bestimmt, zu welchem die Wartungsgröße einen vorher festgelegten zweiten Zustandswert aufweist, wobei der zukünftige Nutzungszyklus basierend auf dem ersten Zustandswert und basierend auf einem diskreten stochastischen Degradationsmodell bestimmt wird, wie hierin beschrieben. Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 10 zum Bestimmen von Restnutzungszyklen einer Produktionsvorrichtung aufgrund von Verschleiß. In FIG. 3, a future usage cycle of the part of the production device for which the maintenance variable has a predetermined second state value is determined, the future usage cycle being determined based on the first state value and based on a discrete stochastic degradation model, as described herein. FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a method 10 according to the invention for determining remaining usage cycles of a production device due to wear.
In 11 wird ein erster Zustandswert einer Wartungsgröße eines Teils einer In FIG. 11, a first state value of a maintenance quantity of part of a
Produktionsvorrichtung basierend auf Sensordaten eines Sensors für die Production device based on sensor data from a sensor for the
Produktionsvorrichtung bestimmt, wie hierin beschrieben. Production device determined as described herein.
In 12 wird der erste Zustandswert prozessiert, wie hierin beschrieben. In FIG. 12, the first status value is processed as described herein.
In 13 wird wenigstens ein Schwellwert basierend auf dem ersten Zustandswert bestimmt, welcher indikativ ist für den zweiten Zustandswert, wie hierin beschrieben. In FIG. 13, at least one threshold value is determined based on the first state value, which is indicative of the second state value, as described herein.
In 14 wird ein Drift in einem Wiener-Prozess-Modell bestimmt basierend auf einem Bayesischen Vorhersagemodell, wie hierin beschrieben. In FIG. 14, a drift in a Wiener process model is determined based on a Bayesian prediction model as described herein.
In 15 wird eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion zum Bestimmen der Restnutzungszyklen erzeugt, wie hierin beschrieben. In FIG. 15, a probability density function for determining the remaining usage cycles is generated as described herein.
In 16 wird ein zukünftiger Nutzungszyklus des Teils der Produktionsvorrichtung bestimmt, zu welchem die Wartungsgröße einen vorher festgelegten zweiten Zustandswert aufweist, wobei der zukünftige Nutzungszyklus basierend auf dem ersten Zustandswert und basierend auf einem diskreten stochastischen Degradationsmodell bestimmt wird, wie hierin beschrieben. 16, a future usage cycle of the part of the production device for which the maintenance variable has a predetermined second status value is determined, the future usage cycle being determined based on the first status value and based on a discrete stochastic degradation model, as described herein.
In 17 wird eine Anzahl von Restnutzungszyklen der Produktionsvorrichtung basierend auf dem zukünftigen Nutzungszyklus bestimmt, wie hierin beschrieben. In FIG. 17, a number of remaining usage cycles of the production device is determined based on the future usage cycle, as described herein.
Fig. 3 zeigt eine Produktionsvorrichtung, für die eine Anzahl von Restnutzungszyklen bestimmt werden kann. Fig. 3 shows a production device for which a number of remaining usage cycles can be determined.
Die Produktionsvorrichtung ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Klebemaschine 20, welche einen Motor 21 mit einer Motorachse 22, eine Spindel 23, eine Nuss 24 mit Rollelementen, Führungsstäbe 25, einen Kolben 26, eine Klebstoffkammer 27, ein Eingangsventil 28, ein Ausgangsventil 29, und eine Düse 30 aufweist. In this exemplary embodiment, the production device is a gluing machine 20 which has a motor 21 with a motor axis 22, a spindle 23, a nut 24 with rolling elements, guide rods 25, a piston 26, an adhesive chamber 27, an inlet valve 28, an outlet valve 29, and a Has nozzle 30.
Mit einer Hochdruckpumpe und einem Verteiler kann die Klebemaschine 20 Klebstoff verteilen. Der Verteiler, da er unter Hochdruck betrieben wird, kann anfällig für Verschleiß sein. Darüber hinaus kann die Spindel 23 schwierig zu warten sein, womit hohe Kosten verbunden sein können. Deshalb wird das ein erfindungsgemäßes Verfahren für die Spindel 23 angewendet. Eine Sensorik, welche die Klebemaschine 20 überwacht, kann neben acht weiteren Parameter einen Druck in der Klebekammer 27 messen. Der Druck ist in diesem Ausführungsbeispiel die relevante Wartungsgröße. With a high pressure pump and distributor, the gluing machine 20 can distribute glue. The manifold, as it operates under high pressure, can be prone to wear. About that In addition, the spindle 23 can be difficult to maintain, which can be expensive. A method according to the invention is therefore used for the spindle 23. A sensor system that monitors the gluing machine 20 can measure a pressure in the gluing chamber 27 in addition to eight further parameters. In this exemplary embodiment, the pressure is the relevant maintenance variable.
Der (maximale) Druck (während eines Produktionszyklus) ist in diesem Ausführungsbeispiel die Hauptwartungsgröße, nach welchem ein möglicher Ausfall der Spindel 23 vorhergesagt bzw. eingeschätzt werden kann. Während einer Klebstoffauftragung kann die Düse eine momentane Blockade haben. Dadurch kann es notwendig sein, dass der Druck in der Klebekammer 27 erhöht werden muss, um die Düse freizumachen. Um den Druck zu erhöhen, kann, wie weiter oben beschrieben, ein Strom des Motors 21 erhöht werden. Der Strom, und damit der Druck, kann jedoch Schwankungen unterliegen, wodurch ein Datenpunkt, welcher den maximalen Druck widerspiegelt, welcher nach einem Produktionszyklus (indirekt gemessen), ein Ausreißer und/oder rauschbehaftet sein kann. The (maximum) pressure (during a production cycle) is the main maintenance variable in this exemplary embodiment, according to which a possible failure of the spindle 23 can be predicted or estimated. The nozzle may have a momentary blockage while the adhesive is being applied. As a result, it may be necessary to increase the pressure in the glue chamber 27 in order to free the nozzle. In order to increase the pressure, as described above, a current of the motor 21 can be increased. The current, and thus the pressure, can, however, be subject to fluctuations, as a result of which a data point which reflects the maximum pressure which after a production cycle (measured indirectly) can be an outlier and / or noisy.
Deshalb wird, wie hierin beschrieben, der Druck mit einem Kalman-Filter und einer Rolling- Window-Regression mit einem beweglichen Mittelwert gefiltert. Therefore, as described herein, the pressure is filtered with a Kalman filter and a rolling window regression with a moving average.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens 40 in einem Ablaufdiagramm. 4 shows a further exemplary embodiment of a method 40 according to the invention in a flowchart.
In 41 wird ein Condition Monitoring durchgeführt, wodurch ein erster Zustandswert einer Wartungsgröße erhalten wird, d.h. ein Druckdatensatzes wird von einem Drucksensor ermittelt. Condition monitoring is carried out in 41, whereby a first status value of a maintenance variable is obtained, i.e. a pressure data set is determined by a pressure sensor.
In 42 wird der erhaltene Druckdatensatz gefiltert, wie hierin beschrieben. In 42, the obtained print dataset is filtered as described herein.
In 43 wird entschieden, ob ein Verschleiß stattgefunden hat, d.h. ob ein maximaler Druckwert überschritten wurde. At 43 it is decided whether there has been wear, i.e. whether a maximum pressure value has been exceeded.
Wenn der maximale Druckwert nicht überschritten wurde in 44, wird ein neuer erster If the maximum pressure value has not been exceeded in 44, a new first is made
Zustandswert ermittelt. State value determined.
Wenn der maximale Druckwert überschritten wurde, wird in 45 eine Driftschätzung für einen Wiener-Prozess basierend auf einem Bayesischen Netzwerk durchgeführt, wie hierin beschrieben. Die Driftschätzung wir derart angewendet, dass ein negativer Wert oder ein Nullwert für den Drift vermieden wird, um vorteilhafterweise ein Divergieren einer Monte-Carlo-Simulation zu vermeiden, womit vorteilhafterweise Rechenleistung eingespart werden kann. If the maximum pressure value has been exceeded, a drift estimate for a Wiener process based on a Bayesian network is carried out in 45, as described herein. The drift estimation is applied in such a way that a negative value or a zero value for the drift is avoided in order to advantageously avoid a divergence of a Monte Carlo simulation, which advantageously makes it possible to save computing power.
In 46 wird basierend darauf, also basierend auf einem Wiener-Prozess mit Drift anhand einer Monte-Carlo-Simulation ein zukünftiger Nutzungszyklus bestimmt. Das heißt, es wird ermittelt, wie oft der Druck in zukünftigen Nutzungszyklen den maximalen Druckwert voraussichtlich überschreiten wird. Der zukünftige Nutzungszyklus gibt dann einen Failure Threshold an. In 46, based on this, that is to say based on a Wiener process with drift using a Monte Carlo simulation, a future usage cycle is determined. This means that it is determined how often the pressure is likely to exceed the maximum pressure value in future usage cycles. The future usage cycle then indicates a failure threshold.
Darauf basierend wird eine Anzahl an Restnutzungszyklen bestimmt. Ist in 47 die Anzahl an Restnutzungszyklen kleiner als die Nutzungszyklen pro Tag (d.h. dann kann die Klebemaschine noch an dem Produktionstag benutzt werden), wird ein neuer Druckdatensatz in 48 ermittelt. Wenn die Anzahl an Restnutzungszyklen größer ist, wird in 49 ein Bericht erstellt und eine Wartung veranlasst. A number of remaining usage cycles is determined based on this. If in 47 the number of remaining usage cycles is less than the usage cycles per day (i.e. the gluing machine can then still be used on the production day), a new print data record is determined in 48. If the number of remaining usage cycles is greater, a report is generated in 49 and maintenance is initiated.
In diesem Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass genügend erste Zustandswerte vorhanden sind bzw. dass der Sensordatensatz groß genug ist, sodass eine In this exemplary embodiment, it is assumed that there are sufficient first status values or that the sensor data set is large enough so that a
statistische/stochastische Analyse durchgeführt werden kann, wobei die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Beispielsweise kann auch nur ein erster Zustandswert vorhanden sein. statistical / stochastic analysis can be performed, but the present invention is not limited thereto. For example, only a first status value can be present.
In solch einem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Wartung durchgeführt werden, wenn eine Produktionspause stattfindet oder wenn eine geplant ist. So kann die Produktionspause beispielsweise anhand der ermittelten Restnutzungszyklen geplant werden, sodass In such a method according to the invention, maintenance can be carried out when a production break occurs or when one is planned. For example, the production break can be planned based on the remaining usage cycles determined so that
vorteilhafterweise Kosten eingespart werden können, welche durch eine unplanmäßige advantageously costs can be saved, which by an unscheduled
Produktionspause entstehen können. Production break can arise.
Fig. 5 zeigt einen Graphen 50 zum Bestimmen von Restnutzungszyklen, welcher auf einer Ordinate 51 einen gemessenen Druck in einer Klebstoffkammer (wie oben beschrieben) zeigt, welcher als Datenpunkte 52 gegen eine Zeit 53 aufgetragen ist. Zwischen den Datenpunkten 52 liegen leere Stellen 54, welche durch Produktionspausen (bspw. Wochenende) entstehen. Des Weiteren ist ein Healthy Threshold 55 dargestellt. Die Datenpunkte, welche oberhalb des HT 55 liegen entsprechen zweiten Zustandswerten, sind also mit einem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt worden. Die Datenpunkte oberhalb des HT 55 geben Aufschluss über eine Anzahl an Restnutzungszyklen bis zu einem Failure Threshold 56. ln Fig. 6 ist ein Graph 60 dargestellt, welcher eine Degradation darstellt, mit einer Vielzahl von Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen 61. Der Graph 60 hat auf einer Ordinate 62 eine FIG. 5 shows a graph 50 for determining remaining usage cycles, which shows on an ordinate 51 a measured pressure in an adhesive chamber (as described above), which is plotted as data points 52 against a time 53. Between the data points 52 there are empty spaces 54 which are created by production breaks (for example weekends). A healthy threshold 55 is also shown. The data points which are above the HT 55 correspond to second state values, have thus been determined using a method according to the invention. The data points above the HT 55 provide information about a number of remaining usage cycles up to a failure threshold 56. FIG. 6 shows a graph 60 which shows a degradation, with a multiplicity of probability density functions 61. The graph 60 has an ordinate 62
Wahrscheinlichkeit (oder Wahrscheinlichkeitsdichte, engl.: Likelihood) aufgetragen und auf einer Abszisse 63 zukünftige Nutzungszyklen. Wie zu sehen ist, sind die Probability (or probability density, English: likelihood) plotted and 63 future usage cycles on an abscissa. As can be seen, they are
Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen 61 normalverteilt. Die Mittelwerte 64 der Probability density functions 61 normally distributed. The mean values 64 of the
Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen 61 geben eine erwartete Anzahl von Restnutzungszyklen an, während Kreuze 65 eine tatsächliche Anzahl von Restnutzungszyklen vor einem Ausfall darstellen. Probability density functions 61 indicate an expected number of remaining usage cycles, while crosses 65 represent an actual number of remaining usage cycles before a failure.
Hierbei ist der Vorteil ersichtlich, dass bei einer Anwendung eines erfindungsgemäßen The advantage here is evident that when using an inventive
Verfahrens, eine genaue Vorhersage getroffen werden kann. Beispielsweise bleiben hier achtzig Prozent der bestimmten Restnutzungszyklen unterhalb eines vorher festgelegten Konfidenzintervalls, sodass eine Exaktheit vorteilhafterweise hoch ist, sodass ein Procedure, an accurate prediction can be made. For example, here eighty percent of the determined remaining usage cycles remain below a predefined confidence interval, so that an accuracy is advantageously high, so that a
erfindungsgemäßes Verfahren in Produktionsvorrichtungen verwendet werden kann, und eine Unsicherheit durch die kontinuierliche Variable Zeit kann vorteilhafterweise außer Acht gelassen werden. according to the invention can be used in production devices, and an uncertainty due to the continuous variable time can advantageously be disregarded.
Fig. 7 zeigt eine erfindungsgemäße Restnutzungszyklusbestimmungsvorrichtung 70 zum Bestimmen einer Anzahl von Restnutzungszyklen einer Produktionsvorrichtung 73. Die 7 shows a remaining usage cycle determining device 70 according to the invention for determining a number of remaining usage cycles of a production device 73
Restnutzungszyklusbestimmungsvorrichtung 70 umfasst eine Sensorschnittstelle 71 , welche Sensordaten eines Sensors 72 erhält. Der Sensor 72 ist dazu eingerichtet, Sensordaten zu erzeugen, welche indikativ sind für einen ersten Zustandswert (bzw. eine Vielzahl von ersten Zustandswerten) einer Wartungsgröße, wie hierin beschrieben. Remaining usage cycle determining device 70 comprises a sensor interface 71 which receives sensor data from a sensor 72. The sensor 72 is set up to generate sensor data which are indicative of a first state value (or a plurality of first state values) of a maintenance variable, as described herein.
Die Sensorschnittstelle 71 ist dazu eingerichtet, den ersten Zustandswert aus den Sensordaten zu ermitteln. The sensor interface 71 is set up to determine the first status value from the sensor data.
Des Weiteren enthält die Restnutzungszyklusbestimmungsvorrichtung 70 eine The remaining-use cycle determining device 70 further includes a
erfindungsgemäße Restnutzungszyklusbestimmungsschaltung 74, welche in diesem remaining use cycle determination circuit 74 according to the invention, which in this
Ausführungsbeispiel als CPU ausgebildet ist, und welche dazu eingerichtet ist, ein Embodiment is designed as a CPU, and which is set up to a
erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. carry out the inventive method.
Die vorliegende Erfindung kann, abgesehen von Klebemaschinen, generell bei The present invention, apart from gluing machines, can generally be used in
Produktionsvorrichtungen Anwendung finden, die von Verschleiß betroffen sind, wie Find production devices that are affected by wear and tear, such as
beispielsweise in der Autoindustrie. Solche Produktionsvorrichtungen können beispielsweise ein Spindelgetriebe, ein Zahnradgetriebe, ein Wälzlager, und/oder andere Bauteile enthalten. Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung bei allen von Verschleiß betroffenen Bauteilen Anwendung finden, wie beispielsweise von Fahrzeugkomponenten, welche mit entsprechender Sensorik (bspw. Schwingungssensor) überwacht werden. Beispielsweise kann ein for example in the auto industry. Such production devices can contain, for example, a spindle drive, a gear drive, a roller bearing, and / or other components. In addition, the present invention can be used for all components affected by wear, such as vehicle components that are monitored with appropriate sensors (for example vibration sensors). For example, a
Radlagerschaden, ein Getriebeschaden, und dergleichen vorhergesagt werden. Bei einem Elektrofahrzeug (mit vorhandenen Sensoren) kann eine Vorhersage über Schäden am Wheel bearing damage, gear damage, and the like can be predicted. In the case of an electric vehicle (with existing sensors), a prediction of damage to the
Antriebsstrang durchgeführt werden. Drivetrain are carried out.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
1 Verfahren zum Bestimmen von Restnutzungszyklen 1 Procedure for determining remaining usage cycles
2 Bestimmen erster Zustandswert 2 Determine first state value
3 Bestimmen zukünftiger Nutzungszyklus 3 Determine future usage cycle
10 Verfahren zum Bestimmen von Restnutzungszyklen 10 Procedures for Determining Remaining Usage Cycles
11 Bestimmen erster Zustandswert 11 Determination of the first state value
12 Prozessieren erster Zustandswert 12 Processing of the first status value
13 Bestimmen wenigstens eines Schwellwert basierend auf dem ersten Zustandswert 13 determining at least one threshold value based on the first state value
14 Bestimmen Drift 14 Determine drift
15 Erzeugen Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion 15 Generate probability density function
16 Bestimmen zukünftiger Nutzungszyklus 16 Determine future usage cycle
17 Bestimmen Anzahl von Restnutzungszyklen 17 Determining the number of remaining usage cycles
20 Klebemaschine 20 gluing machine
21 Motor 21 engine
22 Motorachse 22 motor axis
23 Spindel 23 spindle
24 Nuss 24 nut
25 Führungsstäbe 25 management staff
26 Kolben 26 pistons
27 Klebstoffkammer 27 glue chamber
28 Eingangsventil 28 inlet valve
29 Ausgangsventil 29 outlet valve
30 Düse 30 nozzle
40 Verfahren zum Bestimmen von Restnutzungszyklen 40 Procedure for determining remaining usage cycles
41 Durchführen Condition Monitoring 41 Performing condition monitoring
42 Filtern 42 filters
43 Entscheidung, ob Verschleiß stattgefunden hat 43 Decision whether wear has taken place
44 Ermittlung neuer erster Zustandswert 44 Determination of new first status value
45 Durchführen Driftschätzung 45 Performing drift estimation
46 Bestimmen zukünftiger Nutzungszyklus 46 Determining Future Usage Cycle
47 Analyse ob Anzahl an Restnutzungszyklen größer als Anzahl an Nutzungszyklen pro Tag 47 Analysis of whether the number of remaining usage cycles is greater than the number of usage cycles per day
48 Ermittlung neuer Druckdatensatz 49 Erstellen Bericht 48 Determination of new print data record 49 Creating a report
50 Graph zum Bestimmen von Restnutzungszyklen 50 Graph for determining remaining usage cycles
51 Ordinate mit gemessenem Druck 51 ordinate with measured pressure
52 Datenpunkte 52 data points
53 Zeit 53 time
54 Leere Stelle (Produktionspause) 54 Blank (production pause)
55 Healthy Threshold 55 Healthy Threshold
56 Failure Threshold 56 Failure Threshold
60 Graph, welcher eine Degradation darstellt 60 graph showing degradation
61 Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion 61 Probability density function
62 Ordinate mit Wahrscheinlichkeit 62 ordinate with probability
63 Abszisse mit zukünftigen Nutzungszyklen 63 abscissa with future usage cycles
64 Mittelwert der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion 64 Mean value of the probability density function
65 Kreuz, welche eine tatsächlich Anzahl von Restnutzungszyklen darstellen 65 cross, which represent an actual number of remaining usage cycles
70 Restnutzungszyklusbestimmungsvorrichtung 70 Remaining Usage Cycle Determination Device
71 Sensorschnittstelle 71 Sensor interface
72 Sensor 72 sensor
73 Produktionsvorrichtung 73 production device
74 Restnutzungszyklusbestimmungsschaltung 74 Remaining Usage Cycle Determination Circuit

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren (1 ; 10; 40) zum Bestimmen von Restnutzungszyklen einer 1. Method (1; 10; 40) for determining remaining usage cycles of a
Produktionsvorrichtung (20; 73) aufgrund von Verschleiß, umfassend: A production device (20; 73) due to wear and tear, comprising:
Bestimmen (2; 11 ; 41) eines ersten Zustandswertes einer Wartungsgröße eines Teils der Produktionsvorrichtung (20; 73) basierend auf Sensordaten eines Sensors für die Produktionsvorrichtung; und Determining (2; 11; 41) a first status value of a maintenance variable of a part of the production device (20; 73) based on sensor data of a sensor for the production device; and
Bestimmen (3; 16; 49) eines zukünftigen Nutzungszyklus des Teils der Determining (3; 16; 49) a future usage cycle of the part of the
Produktionsvorrichtung (20; 73), zu welchem die Wartungsgröße einen vorher festgelegten zweiten Zustandswert aufweist, wobei der zukünftige Nutzungszyklus basierend auf dem ersten Zustandswert und basierend auf einem diskreten Production device (20; 73) for which the maintenance variable has a predetermined second status value, the future usage cycle based on the first status value and based on a discrete
stochastischen Degradationsmodell bestimmt wird. stochastic degradation model is determined.
2. Verfahren (1 ; 10; 40) nach Anspruch 1 , ferner umfassend: 2. The method (1; 10; 40) of claim 1, further comprising:
Bestimmen (17) einer Anzahl von Restnutzungszyklen der Produktionsvorrichtung (20; 73) basierend auf dem zukünftigen Nutzungszyklus. Determination (17) of a number of remaining usage cycles of the production device (20; 73) based on the future usage cycle.
3. Verfahren (1 ; 10; 40) nach Anspruch 2, ferner umfassend: 3. The method (1; 10; 40) of claim 2, further comprising:
Erzeugen (15) einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion zum Bestimmen der Generating (15) a probability density function for determining the
Restnutzungszyklen. Remaining usage cycles.
4. Verfahren (1 ; 10; 40) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das 4. The method (1; 10; 40) according to any one of the preceding claims, wherein the
Degradationsmodell ein Wiener-Prozess-Modell umfasst. Degradation model includes a Wiener process model.
5. Verfahren (1 ; 10; 40) nach Anspruch 4, wobei das Degradationsmodell ein Bayesisches Vorhersagemodell umfasst. 5. The method (1; 10; 40) according to claim 4, wherein the degradation model comprises a Bayesian prediction model.
6. Verfahren (1 ; 10; 40) nach Anspruch 5, ferner umfassend: 6. The method (1; 10; 40) of claim 5, further comprising:
Bestimmen (14) eines Drifts im Wiener-Prozess-Modell basierend auf dem Bayesischen Vorhersagemodell. Determination (14) of a drift in the Wiener process model based on the Bayesian prediction model.
7. Verfahren (1 ; 10; 40) nach einem der Ansprüche 5 und 6, wobei das Degradationsmodell eine Monte-Carlo-Simulation umfasst. 7. The method (1; 10; 40) according to any one of claims 5 and 6, wherein the degradation model comprises a Monte Carlo simulation.
8. Verfahren (1 ; 10; 40) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend: 8. The method (1; 10; 40) according to any one of the preceding claims, further comprising:
Prozessieren (12) des ersten Zustandswertes. Processing (12) the first status value.
9. Verfahren (1 ; 10; 40) nach Anspruch 8, wobei das Prozessieren ein Filtern umfasst 9. The method (1; 10; 40) according to claim 8, wherein the processing comprises filtering
10. Verfahren (1 ; 10; 40) nach Anspruch 9, wobei das Filtern auf einem Kalman-Filter basiert. 10. The method (1; 10; 40) according to claim 9, wherein the filtering is based on a Kalman filter.
11. Verfahren (1 ; 10; 40) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Prozessieren eine11. The method (1; 10; 40) according to any one of claims 8 to 10, wherein the processing a
Rolling-Window-Regression umfasst. Includes rolling window regression.
12. Verfahren (1 ; 10; 40) nach Anspruch 11 , wobei das Prozessieren ferner auf einem 12. The method (1; 10; 40) according to claim 11, wherein the processing further on a
beweglichen Mittelwert basiert. moving average based.
13. Verfahren (1 ; 10; 40) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend: 13. The method (1; 10; 40) according to any one of the preceding claims, further comprising:
Bestimmen (13) wenigstens eines Schwellwerts basierend auf dem ersten Zustandswert, welcher indikativ ist für den zweiten Zustandswert. Determining (13) at least one threshold value based on the first state value, which is indicative of the second state value.
14. Restnutzungszyklusbestimmungsschaltung (74), welche dazu eingerichtet ist, das 14. Remaining usage cycle determination circuit (74), which is configured to the
Verfahren (1 ; 10; 40) nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen. Method (1; 10; 40) to be carried out according to one of the preceding claims.
15. Restnutzungszyklusbestimmungsvorrichtung (70) zum Bestimmen von 15. remaining usage cycle determining device (70) for determining
Restnutzungszyklen, welche eine Restnutzungszyklusbestimmungsschaltung nach Anspruch 14 umfasst. Remaining usage cycles comprising a remaining usage cycle determining circuit according to claim 14.
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