WO2019086160A1 - Verfahren zur zustandsüberwachung einer fertigungsanlage - Google Patents

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WO2019086160A1
WO2019086160A1 PCT/EP2018/074503 EP2018074503W WO2019086160A1 WO 2019086160 A1 WO2019086160 A1 WO 2019086160A1 EP 2018074503 W EP2018074503 W EP 2018074503W WO 2019086160 A1 WO2019086160 A1 WO 2019086160A1
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Christoph KIELHORN
Helmut Lippert
Markus Buschmann
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • Y02P90/30—Computing systems specially adapted for manufacturing

Definitions

  • the present invention relates to a method for condition monitoring of a
  • Production plant which reproducibly carries out recurring processes, in particular a cycle-bound production plant.
  • Condition monitoring of a manufacturing plant is used to detect wear-related errors during the ongoing process before the worst-case faults lead to factory failure or faulty productions.
  • different methods are available for this, which are adapted to the workpiece to be machined and to the expected signs of wear.
  • damage can be prevented by means of vibration monitoring
  • Another known method for monitoring the condition of a production plant is an oil quality measurement, in which wear particles in the lubricant are detected and the viscosity of the lubricant is determined.
  • wear phenomena can be determined by a thermography, in which the temperature of the manufacturing plant is measured area-wise, because the machining with worn tools generates increased friction and therefore an elevated temperature.
  • Sensor data possible which are correlated with the energy data. This is usually the temperature, speed and / or travel speed of components.
  • DE 199 03 826 A1 discloses a system for monitoring a production plant in which different process characteristics are recorded and processed from various sensors.
  • DE 10 2010 043 651 A1 also proposes a method for monitoring a system in which, in addition to energy consumption values, component-specific status data are also collected, which are to be evaluated together for condition monitoring.
  • the active power of several consecutive recurring processes is registered as a reference data record, and at least one parameterized reference data record is automatically formed from the reference data record, the course of which is correlated with the actual data. History of the active power of the current process is compared, so that deviations between the parameterized reference data and the actual course of the active power to draw conclusions about the state of the manufacturing plant.
  • the active power is the product of the current and the voltage applied to the production plant, so that the method is analogous by the measurement of the current is applicable, provided that a constant voltage can be assumed at the manufacturing plant.
  • the inventive method an automatic condition monitoring, which is based solely on the measurement of the active power and / or the current during the current process.
  • the inventive method an automatic condition monitoring, which is based solely on the measurement of the active power and / or the current during the current process.
  • measured values of temperatures, speeds, accelerations or the like can be used in the context of
  • the present invention is characterized in particular by the possibility of automatic parameterization of the reference data record.
  • a data analysis, a segmentation, a classification of the segments, a method selection and parameter calculation and a review of the parameterized reference data set is performed. The individual process steps will be discussed below.
  • the reference data set is preferably recorded over a long period of time, preferably over 24 hours, so that a number of recurring processes are carried out during this time.
  • Characteristics determines, in particular the number of recurring processes, the number of cycles, the average process or cycle time, the minimum process or cycle time, the minimum and maximum active power, the average difference between two consecutive measured values and / or the measured value resolution, ie Accuracy with which the values are measured.
  • the process or cycle time is the period of time passes between a bar start and the following bar start. Any transport times of a workpiece (standby time) that enters and exits the production line are already included in the cycle time. This is to be distinguished from the process or cycle time, which represents the time period between the beginning of the bar and the end of the bar. The transport times of the workpieces between two bars are therefore not attributable to the cycle time.
  • the segmentation of the reference data set takes place in segments that are to be assigned to a process or cycle time.
  • Each segment begins with the beginning of a bar and ends with the end of the bar. For example, in the case of cycles lasting 55 s and a transport time of the workpiece of 5 s, the (theoretical) assumption of uninterrupted production gives 1 .440 segments for one cycle
  • the segments are then iteratively classified by comparing the segments and assigning different classes in case of significant differences.
  • the significant differences may be due to sometimes different operations performed on workpieces in the same manufacturing plant. How many classes ultimately have to be formed depends, in particular, on the process to be monitored and the predefinable tolerances.
  • the subsequent parameter calculation is done class by class. This means that for parameter calculation, at least one description method is applied class-by-class to all reference data of the segments, so that per class and
  • Description method is a selectable rule with which the measured values of all
  • Segments of a class are linked together.
  • a preferred description method provides for averaging the values of all the measured values of the segments at one time and determining the standard deviation.
  • Reference data set contains in this case a time course of the mean values of all
  • Measurements including an envelope of the height of three times the standard deviation.
  • the reference data record with sufficient precision, for which it is first tested on the original reference data record.
  • the parameterized reference data sets are applied to the reference data record for checking, wherein the check is concluded positively if at least one parameterized reference data record corresponds to the course of the reference data record at every clock without significant deviations. Accordingly, it checks if every section of the
  • Reference data set corresponds to the course of at least one parameterized reference data set, with any tolerances are adjustable and can be specified for example by the envelope. If the course of the reference data set can not be represented by the multiple stringing together of parameterized reference data sets, the parameterized reference data sets must be rejected and the parameterization of the reference data set must be rejected
  • the current production process can be monitored with the parameterized reference data set by the timing of the
  • Energy data of the current process is compared with the parameterized reference data set. If the energy data show significant deviations over time that can not be found in the data of the reference data set, the deviations indicate signs of wear. The time within a cycle, in which the deviations are present, provides valuable information on the type of error diagnosis
  • Fig. 1 shows a schematic structure of an apparatus for performing the method
  • FIG. 2 shows a method sequence during the parameterization of a reference data record.
  • Fig. 1 shows a manufacturing plant 1 within a production line of motor vehicles.
  • the illustrated manufacturing plant 1 is a clock-bound manufacturing plant 1, in the
  • production plant 1 is connected via a measuring line 2 to a microcontroller 3 which first records the energy data of production plant 1 as a reference data record over a period of 24 hours with a resolution of one measured value per second and stores.
  • the parameterization of the reference data set is then carried out via a web server on a suitable computer 4, which stores the parameterized reference data records after a successful check returned to the microcontroller 3.
  • the monitoring of the current process in the production takes place again on the microcontroller 3, which passes on the measured values to a correspondingly established database 5 for permanent storage.
  • Fig. 2 This is based on a reference data set P ref (t), which shows the energy data of a clock-linked production plant as a function of time.
  • the recorded reference data set P re f (t) is first analyzed and various characteristics are determined. For this purpose, first the times are determined at which a clock starts (T an ) and at which a clock ends (Tbn), which can be assumed that the energy consumption during manufacture - ie during a clock - many times higher than during is the standby time between two cycles, in which the workpiece moves out of the manufacturing plant and enters a new workpiece. Based on the specified times, the number of clocks that took place during the recording of the reference data set is determined. In the illustrated reference data record P ref (t), five clocks are found, taking into account the values determined, which in the case of
  • Segmentation are each assigned to a segment, so that shown in the
  • the segments Si, S3 and S5 are assigned to the class A and the segments S2 and S4 form class B.
  • the number of different classes is before the
  • the final check of the determined data sets reveals whether the segments ..., S5 are completely described by at least one of the parameterized reference data sets or if there are deviations.
  • the parameterization would have to be repeated with other values and possibly with a different description method until a suitable parameterized reference data record is available, so that the original reference data record consists of a sequence of different parameterized

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Fertigungsanlage, die reproduzierbar wiederkehrende Prozesse durchführt, insbesondere einer taktgebundenen Fertigungsanlage. Um ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Fertigungsanlage zu schaffen, das einfach anwendbar und automatisierbar ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Wirkleistung P(t) von mehreren aufeinanderfolgenden wiederkehrenden Prozessen als Referenzdatensatz Pref (t) registriert wird, und aus dem Referenzdatensatz Pref (t) automatisch mindestens ein parametrierter Referenzdatensatz Pref, para (t) gebildet wird, dessen Verlauf mit dem Ist-Verlauf der Wirkleistung Pist (t) des laufenden Prozesses verglichen wird, so dass Abweichungen zwischen dem parametrierten Referenzdatensatz Pref, para (t) und dem Ist-Verlauf der Wirkleistung Pist (t) einen Rückschluss auf den Zustand der Fertigungsanlage erlauben.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Fertigungsanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer
Fertigungsanlage, die reproduzierbar wiederkehrende Prozesse durchführt, insbesondere einer taktgebundenen Fertigungsanlage.
Die Zustandsüberwachung einer Fertigungsanlage dient dazu, verschleißbedingte Fehler während des laufenden Prozesses festzustellen, bevor die Fehler im ungünstigsten Fall zu einem Ausfall der Fertigungsanlage oder zu Fehlproduktionen führen. In Abhängigkeit der Art der Fertigungsanlage stehen hierfür unterschiedliche Verfahren zur Verfügung, die an das zu bearbeitende Werkstück und an die zu erwartenden Verschleißerscheinungen angepasst sind.
Beispielsweise lassen sich mittels einer Schwingungsüberwachung Schäden und
Verschleißerscheinungen an Wälzlagern, Zahnrädern, Wellen oder ähnlichen Bauteilen frühzeitig und zuverlässig durch die Veränderung des spezifischen Frequenzspektrums der jeweiligen Komponente ermitteln, wozu die Amplitude sowie die Frequenz und die auftretenden Beschleunigungen an den Komponenten der Anlage gemessen werden. Abweichungen dieser Messwerte von festgelegten Sollwerten deuten auf individuelle Abnutzungs- und
Verschleißerscheinungen hin.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Fertigungsanlage ist eine Ölqualitätsmessung, wozu Verschleißpartikel im Schmierstoff festgestellt werden und die Viskosität des Schmierstoffs ermittelt wird.
Ferner können insbesondere bei Zerspanungswerkzeugen, wie beispielsweise Drehmeißel, Fräser, Verschleißerscheinungen durch eine Thermografie festgestellt werden, bei der die Temperatur der Fertigungsanlage flächenartig gemessen wird, weil die Zerspanung mit verschlissenen Werkzeugen eine erhöhte Reibung und mithin eine erhöhte Temperatur erzeugt.
Schließlich ist es bekannt, aus dem Energieverbrauch bzw. der Leistungsaufnahme einzelner Antriebe einer Fertigungsanlage den Zustand abzuschätzen. Dieses Verfahren setzt auf der Überlegung auf, dass ein etwaiger Verschleiß an Reibstellen zu einer Erhöhung der Reibung und mithin zu einer Erhöhung des Drehmoments und der Strom- bzw. Leistungsaufnahme führt. Beispielsweise erlaubt dieses Verfahren einen Rückschluss auf den Werkzeugverschleiß einer spanenden Werkzeugmaschine, weil bei konstanter Zustellung und Schnittgeschwindigkeit die Stromaufnahme des Hauptantriebs proportional zur Schnittkraft ist. Diese steigt mit
zunehmendem Werkzeugverschleiß an, womit sich erforderliche Werkzeugwechsel anhand der Stromaufnahme feststellen lassen.
Mit bekannten Verfahren ist die Zustandsüberwachung einer Fertigungsanlage über die
Überwachung der Energiedaten nur unter Hinzunahme weiterer Daten, insbesondere
Sensordaten möglich, die mit den Energiedaten korreliert werden. Üblicherweise handelt es sich hierbei um die Temperatur, Drehzahl und/oder Verfahrgeschwindigkeit von Komponenten. Beispielsweise wird in DE 199 03 826 A1 ein System zur Überwachung einer Fertigungsanlage offenbart, bei dem aus diversen Sensoren unterschiedliche Prozesskenndaten aufgenommen und verarbeitet werden.
In vergleichbarer Weise schlägt auch DE 10 2010 043 651 A1 ein Verfahren zur Überwachung einer Anlage vor, bei dem neben Energieverbrauchswerten auch komponentenspezifische Zustandsdaten erhoben werden, die zusammen für eine Zustandsüberwachung auszuwerten sind.
Nachteilig an den bekannten Verfahren ist, dass die Verfahren jeweils auf spezielle
Anwendungsfälle und auf spezielle Fertigungsanlagen ausgelegt sind, weshalb die Anwendung der Verfahren mit einem erheblichen Aufwand bei der Einstellung erforderlicher Parameter verbunden sind. Darüber hinaus ist für bekannte Verfahren eine umfangreiche Sensorik erforderlich, was sowohl bei der Installation als auch bei der Wartung einen hohen
Arbeitsaufwand und mithin hohe Kosten erzeugt. Ferner lassen sich die bekannten Verfahren aufgrund der inkonsistenten und systemspezifischen Kenndaten nicht ohne Weiteres automatisieren, was den Arbeitsaufwand bei der Installation zudem erhöht.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer Fertigungsanlage zu schaffen, das einfach anwendbar und automatisierbar ist. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass die Wirkleistung von mehreren aufeinanderfolgenden wiederkehrenden Prozessen als Referenzdatensatz registriert wird, und aus dem Referenzdatensatz automatisch mindestens ein parametrierter Referenzdatensatz gebildet wird, dessen Verlauf mit dem Ist- Verlauf der Wirkleistung des laufenden Prozesses verglichen wird, so dass Abweichungen zwischen dem parametrierten Referenzdatensatz und dem Ist-Verlauf der Wirkleistung einen Rückschluss auf den Zustand der Fertigungsanlage erlauben. Die Wirkleistung ist dabei das Produkt aus dem Strom und der an der Fertigungsanlage anliegenden Spannung, so dass das Verfahren analog durch die Messung des Stroms anwendbar ist, sofern von einer konstanten Spannung an der Fertigungsanlage ausgegangen werden kann.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren zur Zustandsuberwachung erlaubt das
erfindungsgemäße Verfahren eine automatische Zustandsuberwachung, die ausschließlich auf der Messung der Wirkleistung und/oder des Stroms während des laufenden Prozesses basiert. Auf weitere Kenndaten durch andere Sensoren, insbesondere Messwerte von Temperaturen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen oder dergleichen kann im Rahmen des
erfindungsgemäßen Verfahrens verzichtet werden. Insofern lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren ohne Weiteres an unterschiedlichen Fertigungsanlagen anwenden, ohne auf unterschiedliche Sensoranordnungen angepasst werden zu müssen. Mithin ist eine einfache Automatisierbarkeit des Verfahrens gegeben.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend sowie in den Unteransprüchen angegeben.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass sich die vorliegende Erfindung insbesondere durch die Möglichkeit einer automatischen Parametrierung des Referenzdatensatzes auszeichnet. Hierzu ist nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass anhand des Referenzdatensatzes eine Datenanalyse, eine Segmentierung, eine Klassifizierung der Segmente, eine Verfahrensauswahl und Parameterberechnung sowie eine Überprüfung des parametrierten Referenzdatensatzes durchgeführt wird. Auf die einzelnen Verfahrensschritte wird im Folgenden eingegangen.
Der Referenzdatensatz wird vorzugsweise über eine lange Zeitspanne, vorzugsweise über 24 Stunden aufgezeichnet, so dass während dieser Zeit etliche wiederkehrende Prozesse durchgeführt werden. Bei der Datenanalyse des Referenzdatensatzes werden mehrere
Kennwerte bestimmt, insbesondere die Anzahl der wiederkehrenden Prozesse, die Anzahl der Takte, die mittlere Prozess- oder Taktzeit, die minimale Prozess- oder Taktdauer, die minimale und maximale Wirkleistung, die durchschnittliche Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messwerten und/oder die Messwertauflösung, also die Genauigkeit, mit der die Werte gemessen werden. Bei der Prozess- oder Taktzeit handelt es sich um die Zeitspanne, die zwischen einem Taktanfang und dem darauffolgenden Taktanfang vergeht. Etwaige Transportzeiten eines Werkstücks (Standby-Zeit), das in die Fertigungsanlage ein- und ausfährt, sind in der Taktzeit bereits enthalten. Hiervon zu unterscheiden ist die Prozess- oder Taktdauer, die die Zeitspanne zwischen Taktanfang und Taktende darstellt. Die Transportzeiten der Werkstücke zwischen zwei Takten sind der Taktdauer daher nicht zuzuordnen.
Anhand der ermittelten Kennwerte erfolgt die Segmentierung des Referenzdatensatzes in Segmente, die einer Prozess- oder Taktdauer zuzuordnen sind. Jedes Segment beginnt dabei mit dem Beginn eines Taktes und endet mit dem Ende des Taktes. Im Falle von Takten, die beispielweise 55 s dauern und einer Transportzeit des Werkstücks von 5 s, erhält man unter der (theoretischen) Annahme einer ununterbrochenen Fertigung 1 .440 Segmente für einen
Referenzdatensatz mit einer Länge von 24 Stunden.
Die Segmente werden anschließend iterativ klassifiziert, indem die Segmente miteinander verglichen werden und im Falle signifikanter Unterschiede unterschiedlichen Klassen zugeordnet werden. Die signifikanten Unterschiede können durch zum Teil unterschiedliche Arbeitsschritte bedingt sein, die an Werkstücken in derselben Fertigungsanlage durchgeführt werden. Wie viele Klassen letztendlich gebildet werden müssen, ist insbesondere von dem zu überwachenden Prozess und den vorgebbaren Toleranzen abhängig.
Die anschließende Parameterberechnung erfolgt klassenweise. Das bedeutet, dass zur Parameterberechnung klassenweise auf alle Referenzdaten der Segmente mindestens ein Beschreibungsverfahren angewendet wird, so dass sich pro Klasse und
Beschreibungsverfahren ein parametrierter Referenzdatensatz ergibt. Ein
Beschreibungsverfahren ist dabei eine wählbare Vorschrift, mit der die Messwerte aller
Segmente einer Klasse miteinander verknüpft werden. Beispielsweise sieht ein bevorzugtes Beschreibungsverfahren vor, aus allen Messwerten der Segmente zu einem Zeitpunkt den Mittelwert zu bilden und die Standardabweichung zu bestimmen. Der parametrierte
Referenzdatensatz enthält in diesem Fall einen zeitlichen Verlauf der Mittelwerte aller
Messwerte inklusive einer Hüllkurve von der Höhe der dreifachen Standardabweichung.
Nach der automatisierten Parametrierung des Referenzdatensatzes ist eine Überprüfung durchzuführen, ob der parametrierte Referenzdatensatz anwendbar ist und ob er den
Referenzdatensatz hinreichend genau beschreibt, wozu er zunächst an dem ursprünglichen Referenzdatensatz getestet wird. Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass zur Überprüfung die parametrierten Referenzdatensätze auf den Referenzdatensatz angewendet werden, wobei die Überprüfung positiv abgeschlossen wird, wenn mindestens ein parametrierter Referenzdatensatz dem Verlauf des Referenzdatensatzes bei jedem Takt ohne signifikanten Abweichungen entspricht. Demnach wird überprüft, ob jeder Abschnitt des
Referenzdatensatzes dem Verlauf mindestens eines parametrierten Referenzdatensatzes entspricht, wobei etwaige Toleranzen einstellbar sind und beispielsweise durch die Hüllkurve vorgegeben werden können. Sollte sich der Verlauf des Referenzdatensatzes nicht durch die mehrfache Aneinanderreihung von parametrierten Referenzdatensätzen darstellen lassen, sind die parametrierten Referenzdatensätze zu verwerfen und die Parametrierung des
Referenzdatensatzes ist mit anderen Vorgaben bzw. Parametern zu wiederholen.
Sobald ein parametrierter Referenzdatensatz vorliegt, der eine hinreichend genaue
Beschreibung des Referenzdatensatzes liefert, kann der laufende Produktionsprozess mit dem parametrierten Referenzdatensatz überwacht werden, indem der zeitliche Verlauf der
Energiedaten des laufenden Prozesses mit dem parametrierten Referenzdatensatz verglichen wird. Sollten die Energiedaten im Laufe der Zeit signifikante Abweichungen aufzeigen, die in den Daten des Referenzdatensatzes nicht wiederzufinden ist, deuten die Abweichungen auf Verschleißerscheinungen hin. Der Zeitpunkt innerhalb eines Taktes, bei dem die Abweichungen vorliegen, liefert bei der Fehlerdiagnose wertvolle Hinweise auf die Art der
Verschleißerscheinung und welche Komponente der Fertigungsanlage betroffen ist.
Eine konkrete Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Abbildungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und
Fig. 2 einen Verfahrensablauf bei der Parametrierung eines Referenzdatensatzes.
Fig. 1 zeigt eine Fertigungsanlage 1 innerhalb einer Produktionslinie von Kraftfahrzeugen. Die dargestellte Fertigungsanlage 1 ist eine taktgebundene Fertigungsanlage 1 , in der
wiederholbare Fertigungsprozesse durchgeführt werden. Um den Zustand der
Fertigungsanlage 1 während des laufenden Betriebs permanent überwachen zu können, ist die Fertigungsanlage 1 über eine Messleitung 2 mit einem Mikrocontroller 3 verbunden, der die Energiedaten der Fertigungsanlage 1 zunächst als Referenzdatensatz über einen Zeitraum von 24 Stunden mit einer Auflösung von einem Messwert pro Sekunde aufzeichnet und speichert. Die Parametrierung des Referenzdatensatzes erfolgt anschließend über einen Webserver auf einem geeigneten Computer 4, der die parametrierten Referenzdatensätze nach einer erfolgreich durchgeführten Überprüfung an den MikroController 3 zurückgibt. Die Überwachung des laufenden Prozesses bei der Fertigung erfolgt wiederum auf dem Mikrocontroller 3, der zur dauerhaften Speicherung die Messwerte an eine entsprechend eingerichtete Datenbank 5 weitergibt.
Die automatisierbare Parametrierung des aufgezeichneten Referenzdatensatzes ist
schematisch in Fig. 2 dargestellt. Hierin wird von einem Referenzdatensatz Pref(t) ausgegangen, der die Energiedaten einer taktgebundenen Fertigungsanlage in Abhängigkeit der Zeit zeigt. Der aufgezeichnete Referenzdatensatz Pref(t) wird zunächst analysiert und es werden verschiedene Kenndaten ermittelt. Hierzu werden zunächst die Zeiten bestimmt, an denen ein Takt beginnt (Tan) und an denen ein Takt endet (Tbn), wozu davon ausgegangen werden kann, dass der Energieverbrauch während der Fertigung - also während eines Taktes - um ein Vielfaches höher als während der Standby-Zeit zwischen zwei Takten ist, bei denen das Werkstück aus der Fertigungsanlage herausfährt und ein neues Werkstück einfährt. Anhand der festgelegten Zeiten wird die Anzahl der Takte ermittelt, die während der Aufzeichnung des Referenzdatensatzes stattgefunden haben. Im dargestellten Referenzdatensatz Pref(t) werden unter Berücksichtigung der ermittelten Werte fünf Takte aufgefunden, die bei der
Segmentierung jeweils einem Segment zugeordnet werden, so dass sich im gezeigten
Ausführungsbeispiel die Segmente
Figure imgf000007_0001
Ss ergeben.
Die identifizierten Segmente werden anschließend miteinander verglichen und im Falle signifikanter Differenzen unterschiedlichen Klassen zugeordnet. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel werden die Segmente Si , S3 und S5 der Klasse A zugeordnet und die Segmente S2 und S4 bilden Klasse B. Die Anzahl unterschiedlicher Klassen ist vor der
Durchführung der Parametrierung nicht festgelegt und davon abhängig, wie stark der
Energieverbrauch pro Segment von jeweils anderen Segmenten differiert.
In jeder Klasse werden die Messwerte aller Segmente über ein geeignetes
Beschreibungsverfahren miteinander verknüpft, so dass sich ein resultierender zeitlicher Verlauf der Energiedaten inklusive einer Hüllkurve ergibt, die eine Art Toleranzbereich um den zeitlichen Verlauf der Energiedaten bildet. Pro Klasse und Besch reibungsverfahren entsteht so ein parametnerter Referenzdatensatz, wobei in Fig. 2 pro Klasse nur ein einziger parametrierter Referenzdatensatz gezeigt ist.
Die abschließende Überprüfung der ermittelten Datensätze ergibt, ob die Segmente ..., S5 vollständig von mindestens einem der parametrierten Referenzdatensätze beschrieben werden oder ob Abweichungen vorhanden sind. In diesem Fall müsste die Parametrierung erneut mit anderen Werten und ggf. mit einem anderen Beschreibungsverfahren wiederholt werden, bis ein geeigneter parametrierter Referenzdatensatz vorhanden ist, so dass sich der ursprüngliche Referenzdatensatz aus einer Aneinanderreihung verschiedener parametrierter
Referenzdatensätze ergibt. Diese parametrierten Referenzdatensätze können anschließend für die laufende Überwachung des Fertigungsprozesses verwendet werden.
Bezugszeichenliste
Fertigungsanlage
Messleitung
MikroController
Computer
Datenbank

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Zustandsuberwachung einer Fertigungsanlage (1 ), die reproduzierbar wiederkehrende Prozesse durchführt, insbesondere einer taktgebundenen
Fertigungsanlage (1 ),
dadurch gekennzeichnet, dass
a) die Wirkleistung P(t) von mehreren aufeinanderfolgenden wiederkehrenden Prozessen als Referenzdatensatz Pref (t) registriert wird, und
b) aus dem Referenzdatensatz Pref (t) automatisch mindestens ein parametrierter
Referenzdatensatz Pref, para (t) gebildet wird, dessen Verlauf mit dem Ist-Verlauf der Wirkleistung Pist (t) des laufenden Prozesses verglichen wird, so dass Abweichungen zwischen dem parametrierten Referenzdatensatz Pref, para (t) und dem Ist-Verlauf der Wirkleistung Pist (t) einen Rückschluss auf den Zustand der Fertigungsanlage erlauben.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur automatischen
Parametrierung des Referenzdatensatzes Pref (t) eine Datenanalyse des
Referenzdatensatzes Pref (t), eine Segmentierung, eine Klassifizierung der Segmente, eine Verfahrensauswahl und Parameterberechnung sowie eine Überprüfung des parametrierten Referenzdatensatzes r ref, para (t) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Datenanalyse des Referenzdatensatzes Pref (t) mehrere Kennwerte bestimmt werden, insbesondere
- die Anzahl N der wiederkehrenden Prozesse, insbesondere die Anzahl N der Takte,
- die mittlere Prozess- oder Taktzeit Tz,
- die minimale Prozess- oder Taktdauer TD,
- die minimale und maximale Wirkleistung Pmin und Pmax,
- die durchschnittliche Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messwerten
und/oder
- die Messwertauflösung.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Segmentierung die Abschnitte des Referenzdatensatzes Pref (t) ermittelt werden, die einer Prozess- oder Taktdauer TD und mithin einem Segment zuzuordnen sind.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Segmente miteinander verglichen werden und im Falle signifikanter Unterschiede unterschiedlichen Klassen zugeordnet werden.
6. Verfahren nach Ansprüche 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Parameterberechnung klassenweise auf alle Referenzdaten der Segmente mindestens ein
Beschreibungsverfahren angewendet wird, so dass sich pro Klasse und
Beschreibungsverfahren ein parametrierter Referenzdatensatz Pref, para (t) ergibt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung eines
Beschreibungsverfahrens eine Mittelwertbildung aller Messwerte der Segmente einer Klasse zu einem Zeitpunkt erfolgt und die Standardabweichung ermittelt wird, so dass der parametrierte Referenzdatensatz Pref, para (t) einen zeitlichen Verlauf der Mittelwerte aller Messwerte und eine Hüllkurve von der Höhe der dreifachen Standardabweichung enthält.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur
Überprüfung die parametrierten Referenzdatensätze r ref, para (t) auf den
Referenzdatensatz Pref (t) angewendet werden, wobei die Überprüfung positiv
abgeschlossen wird, wenn mindestens ein parametrierter Referenzdatensatz Pref, para (t) dem Verlauf des Referenzdatensatzes Pref (t) bei jedem Takt ohne signifikanten
Abweichungen entspricht.
PCT/EP2018/074503 2017-11-03 2018-09-11 Verfahren zur zustandsüberwachung einer fertigungsanlage WO2019086160A1 (de)

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