AT516632A2 - Verfahren und eine Simulationsvorrichtung zur Simulation einer fiktiven Konfiguration einer Formgebungsanlage - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Simulation einer fiktiven Konfiguration einer Formgebungsanlage (1), wobei wenigstens ein im Betrieb dieser Formgebungsanlage (1) gemessener oder aus einem Speicher (2) dieser Formgebungsanlage (1) ausgelesener Prozesswert (Wist, Wsoll) als Eingabeparameter (P) für ein die fiktive Konfiguration der Formgebungsanlage (1) repräsentierendes Modell (M) verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Simulationsvorrichtung zur Simulation einer fiktiven Konfiguration einer Formgebungsanlage.

Auf gattungsfremden Gebieten wie der Verpackungsindustrie (US 2011/0289012 A1) und der Industrie zur Herstellung von Lagern und Dichtungen (EP 1 233 357 A1) gibt es bereits Verfahren und Systeme, die eine computerbasierte Simulation bestimmter Vorgänge zur Erkennung von Verbesserungspotenzialen bieten.

Derartige computerbasierte Systeme bzw. Verfahren sind im Industriebereich Formgebungstechnologie bis dato noch nicht bekannt. Für Formgebungs- bzw. Spritzgießanlagen sind bisher entweder vom Maschinenhersteller, vom Werkzeugmacher oder von anderen Anbietern optionale Software- oder Hardwareprodukte erhältlich. Darunter gibt es oftmals Optionen, die für den Betrieb der Anlage nicht zwingend erforderlich sind, die jedoch Vorteile unterschiedlichster Art versprechen. Mit anderen Worten sind unterschiedliche Anlagenkonfigurationen denkbar, die allesamt für die Herstellung eines bestimmten Formteils geeignet sind, die sich aber in einem oder mehreren der folgenden Merkmale unterscheiden: • Investitionskosten • Betriebskosten • Stückkosten (bezogen auf das hergestellte Formteil) • Ausschussrate • Prozess-Reproduzierbarkeit • Bedienkomfort • Einfachheit der Bedienung, der Inbetriebnahme oder der Fehlersuche • Energieverbrauch • Transparente Darstellung des Prozesses

Optionale Ausrüstungen zur Verbesserung der genannten Merkmale sind beispielsweise: • Energiesparendere Antriebe • Drehzahlgeregelte Pumpenantriebe • Isolierungen oder thermische Trennungen • Kühlung oder Temperierung von Bereichen der Anlage • Zusätzliche Sensoren in der Maschine oder im Werkzeug • Ölwartungseinheit • Kühlwasserverteiler mit elektronischer Überwachung und / oder Regelung des Durchflusses • Software und/oder Hardware zur Diagnose, Fehlersuche, etc. • Software und/oder Hardware zur vorbeugenden Wartung • Einsteil-Assistenten • Software und/oder Hardware zur Erhöhung der Konstanz von Schuss zu Schuss • Software und/oder Hardware zur Balancierung der Formfüllung zwischen den einzelnen Kavitäten bei Mehrkavitätenwerkzeugen • Software zu manuellen oder automatischen Veränderung der Regelcharakteristik • Aktiv schließende Rückstromsperre

In der Praxis zeigt sich, dass die erwarteten Vorteile abhängig vom hergestellten Bauteil, vom verwendeten Material oder von anderen Parametern in unterschiedlichem Ausmaß auftreten können. Es ist daher sowohl für den Kunden als auch für den Anbieter schwierig zu beurteilen, ob sich der Kauf einer solchen optionalen Ausrüstung im Einzelfall rechnet. Eine definitive Klärung ist meist mit großem Aufwand (Berechnung, Versuch) verbunden.

Eine fiktive Konfiguration muss jedoch nicht zwangsläufig eine Konfiguration sein, die ausschließlich durch Kauf einer optionalen Ausrüstung herstellbar ist. In dieser Offenbarung wird unter einer fiktiven Konfiguration auch eine Konfiguration verstanden, die durch Herstellen eines bestimmten Betriebszustandes, durch Ausoder Einschalten einzelner Funktionen oder Komponenten, durch Parametrieren der Anlage mit anderen als den aktuell verwendeten Sollwerten, durch Ändern der Umgebungsbedingungen, durch Ändern der eingesetzten Rohmaterialien,

Verbrauchsmaterialien, Hilfs- oder Betriebsstoffe oder dgl. realisierbar wäre. Ganz allgemein gesagt wird unter einer fiktiven Konfiguration eine Konfiguration der Anlage verstanden, die in irgendeiner Art und Weise von der zu einem bestimmten Zeitpunkt verwendeten aktuellen Konfiguration abweicht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren bzw. eine Simulationsvorrichtung zu schaffen. Insbesondere soll für eine Formgebungsanlage eine Möglichkeit geboten werden, um Verbesserungspotenziale einfach, schnell und ohne großen Aufwand erkennen zu können.

Dies wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 erreicht. Demnach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens ein im Betrieb der Formgebungsanlage gemessener oder aus einem Speicher dieser Formgebungsanlage ausgelesener Prozesswert als Eingabeparameter für ein die fiktive Konfiguration der Formgebungsanlage repräsentierendes Modell verwendet wird. Für die Simulationsvorrichtung wird dies dadurch erreicht, dass durch die Simulationsvorrichtung in Abhängigkeit eines Eingabeparameters auf Basis eines Prozesswerts der Formgebungsanlage ein die fiktive Konfiguration der Formgebungsanlage repräsentierendes Modell erstellbar ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Simulationsvorrichtung ist es nun möglich, den Nutzen von optionalen Ausrüstungen im konkreten Prozess zu ermitteln, schon bevor der Kunde die Investition für diese Ausrüstung tätigen muss. Außerdem ist es möglich, den Nutzen unterschiedlicher Konfigurationen, wie sie durch Änderung eines Betriebszustandes, durch Aus- oder Einschalten einzelner Funktionen oder Komponenten, durch Parametrieren der Anlage mit anderen als den aktuell verwendeten Sollwerten oder dgl. entstehen würden, im konkreten Prozess zu ermitteln, ohne diesen unterbrechen oder verändern zu müssen. Mit anderen Worten wird computerbasiert - ohne eine aufwändige Änderung in der realen Konfiguration der Formgebungsanlage -erkennbar, welche Vor- oder Nachteile eine fiktive Konfiguration bietet. Für die Durchführung des Verfahrens ist gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Berechnungseinheit vorgesehen. Diese kann gleichzeitig die Steuer- oder Regeleinheit zum Betrieb und zur Steuerung der Formgebungsanlage oder von zusätzlichen Komponenten (Roboter,

Peripheriegeräte, Temperiergeräte, usw.) sein. Es kann aber auch ein PC, ein Zentrairechner oder ein mobiles Endgerät sein.

Der Berechnungseinheit werden Daten über den jeweiligen Prozess (Prozessgrößen bzw. Prozesswerte) zur Verfügung gestellt. Solche Daten können die verwendeten Einstellwerte (Soll-Werte) als auch die ermittelten Messwerte (Ist-Werte) sein. Besonders einfach und daher vorteilhaft gestaltet sich die Übermittlung dieser Werte an die Berechnungseinheit dort, wo diese Bestandteil der Formgebungsanlage ist. Ist das nicht der Fall, muss eine geeignete Schnittstelle vorgesehen werden.

Die Berechnungseinheit ermittelt aus Prozess- und Modellgrößen ^Eingangsgrößen) mit Hilfe des Prognosemodells zumindest eine Kenngröße. Zur Begriffsdefinition unterscheidet man bei den Eingangsgrößen zwischen Modellgrößen und Prozessgrößen. Prozessgrößen sind Werte aus einem laufenden Prozess. Dies können gemessene Ist-Werte oder eingestellte bzw. einstellbare Soll-Werte sein. Modellgrößen charakterisieren eine bestimmte Anlagenkonfiguration. Modellgrößen sind also jene Größen, die für eine bestimmte Anlagenkonfiguration den Zusammenhang zwischen Prozessgrößen und der gewünschten Kenngröße beschreiben. Über das Prognosemodell (in weiterer Folge meist Berechnungsmethode genannt) errechnet die Berechnungseinheit eine Kenngröße aus den Eingangsgrößen. Eine Kenngröße beschreibt eine bestimmte Eigenschaft eines Prozesses. Es kann sich vorteilhafterweise um eine Zahl handeln.

Solche Kenngrößen beschreiben eine bestimmte Eigenschaft eines Prozesses. Vergleicht man nun zwei Kenngrößen (erste und zweite Kenngröße) miteinander, wobei die eine unter Zugrundelegung der realen Anlagenkonfiguration, die andere unter Zugrundelegung einer fiktiven Anlagenkonfiguration entstanden ist, so lässt sich aus dem Vergleich der Vor- oder Nachteil der fiktiven gegenüber der realen Konfiguration für den aktuellen Prozess quantitativ ermitteln.

Unter realer Anlagenkonfiguration ist die für den aktuellen Prozess tatsächlich verwendete Hard- und Software und die Konfiguration dieser Hard- und Software zu verstehen. Eine fiktive Anlagenkonfiguration würde entstehen, wenn Anlagenkomponenten (Hard- und/oder Software) ausgetauscht, entfernt, hinzugefügt, aktiviert oder deaktiviert werden würden oder wenn mindestens ein Parameter verändert werden würde.

Somit kann der Nutzen einer optionalen Ausrüstung, eines geänderten Betriebszustandes oder einer unterschiedlichen Parametrierung im konkreten Anwendungsfall dargestellt werden. Eine geeignete Darstellung kann die Ausgabe der Kenngrößen als numerische Werte mit einer geeigneten Maßeinheit sein oder ein aus den Kenngrößen gebildeter Vergleichswert (Differenz, Quotient, oder dergleichen). Die geeignete Maßeinheit kann im Falle einer Kostenersparnis eine Währungseinheit sein, im Falle einer Energieeinsparung eine elektrische Leistung, aber auch ein Prozentwert, der die relative Verbesserung angibt.

Damit wird das Ziel eines Vergleichs mindestens zweier Kenngrößen erreicht, wobei die erste Kenngröße dem realen Prozess (mit realer Anlagenkonfiguration) zugeordnet ist und die mindestens eine weitere Kenngröße einem fiktiven Prozess (mit fiktiver Anlagenkonfiguration) zugeordnet ist. Durch diesen Vergleich kann eine qualitative und quantitative Aussage über den Nutzen einer Änderung der Anlagenkonfiguration getroffen werden, ohne dass die Anlagenkonfiguration tatsächlich geändert werden muss.

Die mindestens zwei Kenngrößen können allesamt mithilfe des Prognosemodells berechnet werden: Als Eingangsgrößen für die Berechnung der ersten Kenngröße dienen die für die reale Anlagenkonfiguration charakteristischen Modellgrößen und die Prozessgrößen (Ist-Wert und/oder Soll-Wert), während für die Berechnung der weiteren Kenngrößen die für die fiktive Anlagenkonfiguration charakteristischen Modellgrößen herangezogen werden.

Alternativ dazu kann die erste Kenngröße auch direkt aus dem aktuellen Prozess ermittelt werden. Dies kann beispielweise durch Messung der Kenngröße selbst erfolgen oder durch Ableitung der Kenngröße aus der Messung anderer geeigneter Größen.

Die Berechnung kann auch umgekehrt durchgeführt werden: Beispielsweise kann es sinnvoll sein, eine fiktive Kenngröße vorzugeben und mit Hilfe des Prognosemodells auf fiktive Eingangsgrößen rückzurechnen. Alternativ dazu können auch Eingangsgrößen so berechnet werden, dass die Kenngröße einen Extremwert, also ein Minimum oderein Maximum, einnimmt (Optimierung).

An sich kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Prozesswert über eine geeignete Schnittstelle der Berechnungseinheit bzw. der Simulationsvorrichtung zugeführt wird. Somit müssen die Berechnungseinheit bzw. die Simulationsvorrichtung nicht Teil der Formgebungsanlage sein. Es kann also die Simulation erfolgen, ohne dass man sich tatsächlich in der Nähe bzw. in direkter Verbindung mit der Formgebungsanlage befindet, solange eben zumindest ein konkreter, über die Schnittstelle übermittelbarer Prozesswert zur Verfügung steht. Bevorzugt ist allerdings vorgesehen, dass der Prozesswert durch die Formgebungsanlage als Eingabeparameter für ein die fiktive Konfiguration der Formgebungsanlage repräsentierendes Modell verwendet wird.

Der Prozesswert kann ein bestimmter gemessener oder ausgelesener Ist-Wert oder ein Soll-Wert sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Prozesswert repräsentativ für eine Bedienungsgeschichte der Formgebungsanlage ist.

Ein Beispiel für einen konkreten Prozesswert ist die Abnützung eines bestimmten Teils der Formgebungsanlage. Wenn ein (oder vorteilhaft sogar mehrere) Abnützungswert(e) vorhanden ist (sind), so lässt dies Rückschlüsse auf eine bessere fiktive Konfiguration zu.

Besonders vorteilhaft ist demnach vorgesehen, dass eine erste, eine reale Konfiguration der Formgebungsanlage repräsentierende Kenngröße und/oder eine zweite, die fiktive Konfiguration der Formgebungsanlage repräsentierende Kenngröße ermittelt werden. Wenn also - um beim vorigen Beispiel zu bleiben - ein Abnützungswert einer Komponente nach einer gleichen Anzahl von Zyklen „schlechter“ ist als ein Abnützungswert einer anderen Komponente, so hat ein Tausch oder eine Änderung der abgenützteren Komponente einen größeren Nutzen, was sich in einer entsprechend „positiveren“ fiktiven Kenngröße der fiktiven Konfiguration wiederspiegelt. Für eine bessere und schnellere Erkennung kann hierzu vorgesehen sein, dass die erste Kenngröße und die zweite Kenngröße oder ein für eine Änderung von der ersten auf die zweite Kenngröße charakteristischer Vergleichswert ausgegeben werden.

Bevorzugt ist weiters vorgesehen, dass der Prozesswert, vorzugsweise zumindest zwei Prozesswerte, der realen Konfiguration der Formgebungsanlage an eine Berechnungseinheit übermittelt wird und von dieser Berechnungseinheit die erste Kenngröße berechnet wird. Dabei kann die Berechnung der ersten Kenngröße unter Anwendung einer ersten Berechnungsmethode erfolgen.

Die erste Berechnungsmethode kann über einen externen Datenträger und eine geeignete Schnittstelle der Berechnungseinheit zur Verfügung stehen. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die erste Berechnungsmethode in einem Speicher der Berechnungseinheit gespeichert wird.

Um die zweite Kenngröße zu ermitteln, ist bevorzugt vorgesehen, dass diese aus zumindest einem fiktiven Wert der Formgebungsanlage und dem zumindest einen Prozesswert der Formgebungsanlage ermittelt wird. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass der zumindest eine fiktive Wert in einem Speicher hinterlegt ist oder berechnet, übermittelt oder über eine Eingabevorrichtung eingegeben wird. Im Speziellen wird der zumindest eine fiktive Wert zum Berechnen der zweiten Kenngröße an die Berechnungseinheit übermittelt. Das Berechnen der zweiten Kenngröße erfolgt dann durch die Berechnungseinheit unter Anwendung einer zweiten Berechnungsmethode. Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die zweite

Berechnungsmethode auf Basis der ersten Berechnungsmethode erstellt wird, indem zumindest ein Prozesswert durch einen fiktiven Wert ersetzt wird und/oder zumindest ein fiktiver Wert hinzugefügt wird.

Hinsichtlich der bevorzugten Ausführungsbeispiele gelten diese sinngemäß sowohl für das Verfahren als auch für die Simulationsvorrichtung. Deswegen besteht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Simulationsvorrichtung darin, dass die Simulationsvorrichtung eine Berechnungseinheit zum Berechnen einer ersten, eine reale Konfiguration der Formgebungsanlage repräsentierende Kenngröße und/oder einer zweiten, die fiktive Konfiguration der Formgebungsanlage repräsentierende Kenngröße aufweist. Hierzu ist vorgesehen, dass von der Berechnungseinheit aus zumindest einem, vorzugsweise aus zumindest zwei, von einer Erfassungseinrichtung der Formgebungsanlage erfassten Prozesswert die erste Kenngröße berechenbar ist. Im Speziellen ist vorgesehen, dass von der Berechnungseinheit aus zumindest einem, von der Erfassungseinrichtung erfassten Prozesswert und zumindest einem, vorzugsweise eingebbaren, fiktiven Wert der fiktiven Konfiguration der Formgebungsanlage die zweite Kenngröße berechenbar ist. Für die Simulationsvorrichtung ist auch vorgesehen, dass diese zumindest einen Speicher aufweist, in dem zumindest eine erste Berechnungsmethode für die Berechnung der ersten Kenngröße durch die Berechnungseinheit hinterlegt ist. Von dieser Berechnungseinheit ist auf Basis der ersten Berechnungsmethode eine zweite Berechnungsmethode durch Ersetzen zumindest eines Prozesswerts durch einen fiktiven Wert und/oder durch Hinzufügen eines fiktiven Werts erstellbar.

Um die fiktive Konfiguration möglichst gut veranschaulichen zu können, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Simulationsvorrichtung eine Ausgabevorrichtung zum Ausgeben der ersten Kenngröße und/oder der zweiten Kenngröße aufweist.

Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die Simulationsvorrichtung eine Vergleichsvorrichtung aufweist, mit der aus der ersten Kenngröße und der zweiten

Kenngröße ein Vergleichswert ermittelbar ist. Auch dieser Vergleichswert ist über die Ausgabevorrichtung ausgebbar. Für eine einfache Bedienung ist vorgesehen, dass die Simulationsvorrichtung eine Eingabevorrichtung aufweist, wobei der zumindest eine fiktive Wert über die Eingabevorrichtung eingebbar oder änderbar ist. Natürlich können über die Eingabevorrichtung auch andere Einstellungen (beispielsweise Änderungen der Berechnungsmethoden, Anzeigen von alternativen Varianten, usw.) durchgeführt werden.

Grundsätzlich ist es so, dass sämtliche Bestandteile der Simulationsvorrichtung (Berechnungseinheit, Vergleichsvorrichtung, Ausgabevorrichtung, Eingabevorrichtung) nur als logische Komponenten vorhanden sein können und nicht in eine einzige bauliche Einheit integriert sein müssen. Beispielsweise kann die Berechnungseinheit nur über einen Zugangsserver erreichbar sein, während ein Kunde sich über seinen eigenen Computer die entsprechenden Modelle präsentieren lässt. Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass zumindest die Ausgabevorrichtung und die Eingabevorrichtung eine Einheit, vorzugsweise in Form eines Computers, bilden. Dieser, vorzugsweise transportable, Computer kann aber auch die Berechnungseinheit bilden. In diesem Fall ist dann die Erfassungseinrichtung, über welche die Eingabeparameter zur Simulationsvorrichtung gelangen, baulich und räumlich getrennt von den anderen logischen Komponenten. Alternativ ist es aber auch möglich, dass diese Komponenten allesamt in eine bestehende Steuer- oder Regeleinheit einer Formgebungsmaschine integriert sind und somit ein Anzeigen der relevanten Kenngrößen direkt am Bildschirm dieser Steuer- oder Regeleinheit erfolgt. Ebenso ist vorgesehen, dass eine erfindungsgemäße Simulationsvorrichtung bei einer bestehenden Steuer- oder Regeleinheit einer Formgebungsanlage nachrüstbar ist.

Schutz wird daher auch begehrt für eine Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Simulationsvorrichtung und einer Formgebungsanlage. Bevorzugt ist bei einer solchen Anordnung vorgesehen, dass sie eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen, vorzugsweise zum Auslesen oder Messen, zumindest eines Prozesswerts der

Formgebungsanlage aufweist. Entsprechend weist die Simulationsvorrichtung eine Schnittstelle zu dieser Erfassungseinrichtung auf, sodass der zumindest eine Prozesswert als Eingabeparameter für ein die fiktive Konfiguration der Formgebungsanlage repräsentierendes Modell an die Berechnungseinheit der Simulationsvorrichtung übermittelbar ist. Die nachrüstbare Simulationsvorrichtung weist besonders bevorzugt eine Schnittstelle zur Verbindung mit der Erfassungsvorrichtung (bzw. mit der Steuer- oder Regeleinheit) der Formgebungsanlage auf.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele im Folgenden näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Anordnung mit einer Formgebungsanlage und einer

Simulationsvorrichtung und Fig. 2 Details zu einem Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung 10 mit einer Formgebungsanlage 1 und einer Simulationsvorrichtung 5. Die Formgebungsanlage 1 weist zumindest eine Formgebungsmaschine 12 und/oderein Peripheriegerät 11 auf. Als Peripheriegerät 11 ist in Fig. 1 ein Handlingroboter zur Entnahme von Formteilen aus der Kavität 20 dargestellt. Peripheriegeräte 11 können aber auch Temperiergeräte, Trockner, Fördergeräte oder andere Automatisierungskomponenten sein.

Die Formgebungsmaschine 12 (Spritzgießmaschine oder Spritzpresse) an sich weist eine Einspritzeinheit 13 und eine Schließeinheit auf, wobei die Schließeinheit zumindest eine feststehende Formaufspannplatte 14 und eine bewegliche Formaufspannplatte 15 umfasst. Die bewegliche Formaufspannplatte 15 ist über eine Antriebsvorrichtung 18 bewegbar. Bei der dargestellten Drei-Platten-Maschine ist auch eine Stirnplatte 16 vorgesehen. Die bewegliche Formaufspannplatte 17 ist entlang der Holme 17 bewegbar. Weiters weist die Formgebungsmaschine 12 eine Steuer- oder Regeleinheit 19 auf.

Diese Steuer- oder Regeleinheit 19 bildet die Erfassungseinrichtung 6 bzw. steht mit der Erfassungseinrichtung 6 in signaltechnischer Verbindung. Über diese Erfassungseinrichtung 6 ist im Betrieb der Formgebungsanlage 1 zumindest ein Prozesswert (Ist-Wert Wist oder Sollwert Wsoll) erfassbar und als Eingabeparameter P an die Simulationsvorrichtung 5 weiterleitbar. Vor allem die Ist-Werte Wist können direkt über Sensoren der Erfassungseinrichtung 6 erfasst werden. Es ist aber auch möglich diese Ist-Werte Wist oder die Soll-Werte Wsoll (Einstellwerte) in einem Speicher 2 der Formgebungsanlage 1 zu speichern und entsprechend aus diesem Speicher 2 auszulesen.

Die Simulationsvorrichtung 5 weist als logische Komponenten die Berechnungseinheit 3, die Vergleichsvorrichtung 8, die Ausgabevorrichtung 7 und die Eingabevorrichtung 4 auf. Zumindest die beiden letzteren Komponenten können eine bauliche Einheit in Form eines Computers 9 bilden. Dabei kann die Ausgabevorrichtung 7 und die Eingabevorrichtung 4 beispielsweise gemeinsam in Form eines Touch-Screens ausgebildet sein. Zudem bilden die Eingangskanäle für die Eingangsparameter P eine Schnittstelle der Simulationsvorrichtung 5 mit der Formgebungsanlage 1. In der Berechnungseinheit 3 ist zumindest eine erste Berechnungsmethode Bi zum Berechnen einer ersten Kenngröße KREAl gespeichert, ln diese Berechnungsmethode Bi fließen die von der Erfassungseinrichtung 6 übermittelten Prozesswerte P (Ist-Werte W|ST und/oder Soll-Werte WSOll) sowie die zumindest eine Modellgröße Mi ein. Die Modellgröße/n Mi sowie die Prozesswerte bzw. Prozessgrößen bilden die Basis für die erste Berechnungsmethode Bi einer realen Konfiguration der Formgebungsanlage 1.

In der Berechnungseinheit 3 ist auch eine zweite Berechnungsmethode B2 gespeichert. Durch Anwendung dieser zweiten Berechnungsmethode B2 ist durch die Berechnungseinheit 3 eine zweite, fiktive Kenngröße KFikt errechenbar. In diese zweite Berechnungsmethode fließen die von der Erfassungseinrichtung 6 ermittelten Prozesswerte P sowie die zumindest eine Modellgröße Μί ein. Die zweite Berechnungsmethode stellt also ein die fiktive Konfiguration der Formgebungsanlage repräsentierendes Modell M dar. Diese fiktive Kenngröße Kfikt wird zur besseren Veranschaulichung über die Ausgebevorrichtung 7 angezeigt. Alternativ oder zusätzlich werden die zweite, fiktive Kenngröße Kfikt und die erste, reale Kenngröße Kreal einer Vergleichsvorrichtung 8 zugeführt. Von dieser Vergleichsvorrichtung 8 ist ein Vergleichswert V zwischen der ersten, realen Kenngröße KREAl und der zweiten, fiktiven Kenngröße Kfikt (über eine mathematische Funktion f) ermittelbar. Auch dieser Vergleichswert V ist über die Ausgabevorrichtung 7 anzeigbar. Beispielsweise kann dies ein Prozentwert sein, der die konkrete Verbesserung auf einen Blick erkennen lässt.

Um die Möglichkeiten des beschriebenen Verfahrens und der beschriebenen Simulationsvorrichtung 5 bei Formgebungsanlagen 1 im Detail zu erläutern, sind im Folgenden konkrete Ausführungsbeispiele angeführt. Das erste Ausführungsbeispiel beschreibt die Anwendungsmöglichkeit, wenn eine Entscheidung zu treffen ist, ob eine fiktive Konfiguration hinsichtlich des Energieverbrauchs tatsächlich Vorteile bringt. Das zweite Ausführungsbeispiel hilft zu erkennen, ob eine zwangsschließende Rückstromsperre tatsächlich Vorteile bringt. Mit dem dritten Ausführungsbeispiel sind die Vorteile eines Temperiergeräts mit drehzahlgeregelter Pumpe veranschaulicht.

Ausführungsbeispiel 1 - Energiesparende Maßnahmen

Der Energieverbrauch einer Formgebungsmaschine 12 kann vereinfacht durch die in Fig. 2 dargestellte Formel beschrieben werden. Dabei ist die Modellgröße A die Energie in kWh, die pro Zyklus erforderlich ist. Darin enthalten ist im Wesentlichen der Energieverbrauch für Bewegungen der Maschinenachsen. Stark vereinfacht kann der Wert als Konstante für einen bestimmten Maschinentyp angenommen werden. In einer genaueren Berechnung kann die Modellgröße A als Summe von Teilbeträgen für die einzelnen Bewegungen errechnet werden. Dabei ist es möglich, zuvor ermittelte Zusammenhänge in die Berechnung einfließen zu lassen, beispielsweise kann Aöffnen als Funktion der Öffnungsgeschwindigkeit und des Öffnungshubes berechnet werden.

Modellgröße B beschreibt den Energieverbrauch in kWh pro kg verarbeitetem Material. Der Energieverbrauch kann beispielsweise als Produkt der Enthalpie des verarbeiteten Kunststoffes und einem zuvor ermittelten Wirkungsgrad beim

Plastifizieren berechnet werden. Spezifische Enthalpiewerte können zum Beispiel der Fachliteratur entnommen werden.

Die Modellgröße C beschreibt die Verluste (Wärmeverluste, Leerlaufleistung der Antriebe, usw.), also im Wesentlichen jene Energie, die die betriebsbereite Formgebungsmaschine 12 benötigt ohne dass eine Bewegung der Achsen stattfindet.

Die Modellgrößen A, B und C können also - vom Anlagenhersteller zuvor ermittelt - in einem Speicher 2 der Steuer- oder Regeleinheit 19 hinterlegt sein. Alternativ dazu können diese Modellgrößen A, B und C nur anhand der Prozesswerte (im Konkreten zum Beispiel durch Messung der Leistungsaufnahme von Antrieben und Heizungen) automatisch ermittelt werden. Als gemessener Prozesswert (Ist-Wert Wist) fließen die Zykluszeit und das Schussgewicht in die Berechnungsmethode ein. In beiden Fällen erlaubt es die beschriebene Formel den Energieverbrauch E mit Zykluszeit und Schussgewicht umzuskalieren (siehe 3D-Diagramm in Fig. 2) sowie die Modellgrößen A, B, C oder Teile davon gegen andere (fiktiver Wert Wfikt) auszutauschen und damit einen neuen Energieverbrauch E zu berechnen, welcher der zweiten, fiktiven Kenngröße KFikt entspricht.

Auf diese Weise kann beispielsweise die Einsparung durch Verwendung einer Massezylinderisolierung berechnet werden, indem für den realen Prozess (erste Berechnungsmethode B-ι) der Anteil CMassezyiinder, unisoliert der Modellgröße C verwendet wird, hingegen für den fiktiven Prozess (zweite Berechnungsmethode B2) ein Anteil CMassezyiinder, isoliert) welcher dem fiktiven Wert WFikt entspricht. Damit ist es möglich, eine ausreichend genaue Schätzung für die Einsparung durch Nachrüstung der Isolierung zu erhalten. Dasselbe ist für energiesparende Antriebe möglich. Diese können entweder geringere Leerlaufverluste aufweisen (Modellgröße C wird kleiner) oder einen höheren Wirkungsgrad haben (Modellgröße A wird kleiner).

Der Energieverbrauch der realen Anlagenkonfiguration kann direkt über die Erfassungseinrichtung 6 gemessen werden oder mit Modellparametern, welche die reale Anlagenkonfiguration beschreiben, unter Zuhilfenahme aktuell gemessener Prozesswerte berechnet werden.

Ausführungsbeispiel 2 - Zwangsschließende Rückstromsperre

In bestimmten Fällen kann es Vorkommen, dass übliche Ring-Rückstromsperren nicht ausreichend reproduzierbar schließen. Dies führt dazu, dass von Zyklus zu Zyklus unterschiedliche Materialmengen in die Spritzgießform zwischen den Formaufspannplatten 14 und 15 eingespritzt werden. Qualitätsschwankungen, insbesondere Schussgewichtsschwankungen, sind die Folge. Ob solche Schwankungen im aktuellen Prozess vorliegen, kann beispielsweise anhand des Massepolsters beurteilt werden. Unter Massepolster versteht man die Menge an Schmelze, die nach dem Formfüllgang noch im Massezylinder der Einspritzeinheit 13 übrig ist. Wenn diese Menge schwankt, kann man in erster Näherung daraus schließen, dass die ins Werkzeug gelangte Menge an Schmelze ebensolchen Schwankungen unterworfen ist.

Mit einem einfachen Prognosemodell (erste Berechnungsmethode Bi) kann man also aus dem Massepolster einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Zyklen (mit entsprechenden Prozesswerten) beispielsweise eine Standardabweichung errechnen, woraus sich die erste, reale Kenngröße Kreal für das Sperrenschließverhalten der realen Anlagenkonfiguration ergibt.

Als zweite, fiktive Kenngröße Kfikt für eine fiktive Anlagenkonfiguration kann das Prognosemodell (zweite Berechnungsmethode B2) nun auch eine typische Standardabweichung für das Schließverhalten einer zwangsschließenden Sperre ausgeben. Im einfachsten Fall kann diese Standardabweichung für verschiedene Sperrendurchmesser als empirisch ermittelter, fiktiver Wert Wrkt als Modellgröße M2 im Prognosemodell hinterlegt sein. Der Prozesswert ist also in diesem Fall der Sperrendurchmesser. Die Berechnungsmethode B2 liefert für einen bestimmten Sperrendurchmesser die hinterlegte Standardabweichung als fiktive Kenngröße Kfikt·Um ein genaueres Ergebnis zu erhalten, ist ein verfeinertes Modell zweckmäßig, das für die Ermittlung der Standardabweichung als fiktive Kenngröße neben dem Sperrendurchmesser auch andere Prozessgrößen (z.B. das zu verarbeitende Material) berücksichtigt.

Durch das Vorliegen der beiden Kenngrößen Kreal und Kfikt ist es nun möglich, den konkreten Nutzen zu erkennen, der durch den Austausch der Ring-Rückstromsperre gegen eine zwangsschließende Sperre bringen würde. Ein Beispiel für eine solche zwangsschließende Sperre geht aus der DE 10 2012 015 337 A1 hervor.

Ausführungsbeispiel 3 - Temperiergerät mit drehzahlgeregelter Pumpe

In der Schutzrechts-Anmeldung DE 10 2014 001 346 A1 wird ein Verfahren zur Ermittlung der mindestens erforderlichen Durchflussmenge für einen Temperierkreis eines Formgebungswerkzeug beschrieben. In der Praxis fehlt oft die Kenntnis der tatsächlich erforderlichen Durchflussmengen. Es wird daher sicherheitshalber eine größere Durchflussmenge zur Verfügung gestellt, als tatsächlich für einen wirtschaftlichen Betrieb benötigt werden würde.

Die Reduktion der Durchflussmenge auf einen Wert, der gerade für die Kühlung der Formteile bei einer bestimmten Zykluszeit ausreicht, kann den Energieverbrauch reduzieren. Eine Reduktion der Durchflussmenge kann erzielt werden durch Drosselung vor dem Werkzeug oder bevorzugt durch Einsatz eines Temperiergerätes mit geringerer Pumpenleistung bzw. mit variabel einstellbarer Pumpenleistung.

Der Einsatz von Temperiergeräten mit geringerer Leistung bedeutet gleichzeitig geringere Investitionskosten für die Geräte.

Im Sinne dieser Erfindung ist nun vorgesehen, dass für den aktuellen Prozess und der realen Anlagenkonfiguration die Durchflussmengen (Prozesswerte) der einzelnen Kühlkreise ermittelt werden. Die Ermittlung kann durch automatische Messung erfolgen, falls entsprechende Sensorik vorhanden ist. Daraus ergibt sich eine reale Kenngröße KREal·

Das Prognosemodell (zweite Berechnungsmethode B2) ermittelt die minimal erforderliche Durchflussmenge für jeden Temperierkreis. Dafür können Eingaben (fiktive Werte Wrkt) durch den Maschineneinrichter erforderlich sein, beispielsweise Geometriedaten der Temperierkanäle. Die dann ermittelten minimalen Durchflussmengen stellen fiktive Kenngrößen Kfikt für ein die fiktive Konfiguration der Formgebungsanlage 1 repräsentierendes Modell dar.

Die Durchflussmengen können nun als fiktive Kenngrößen KFikt für den Vergleich mit den realen Kenngrößen KREAl herangezogen werden. Alternativ dazu kann auch aus den Durchflussmengen ein Energiebedarf errechnet werden und dieser als Kenngröße für den Vergleich herangezogen werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Umrechnung in eine monetäre Einsparung.

Somit ist durch die vorliegende Erfindung einfache und günstige Möglichkeit geschaffen, um einem Anwender einer Formgebungsanlage 1 zu zeigen, ob eine optionale Ausrüstung der Formgebungsanlage 1, das Herstellen eines bestimmten Betriebszustandes, das Aus- oder Einschalten einzelner Funktionen oder Komponenten, das Parametrieren der Anlage mit anderen als den aktuell verwendeten Sollwerten, das Ändern der Umgebungsbedingungen oder das Ändern der eingesetzten Rohmaterialien (fiktive Konfiguration) tatsächlich Vorteile gegenüber der vorhandenen Ausrüstung, des aktuellen Betriebszustandes, etc. (reale Konfiguration) bringt. Vor allem wird die durch die Ausgabe von konkreten Kenngrößen Kreal und Kfikt bzw. durch die Ausgabe eines Vergleichswerts V einfach und verständlich veranschaulicht.

Bezugszeichenliste: 1 Formgebungsanlage 2 Speicher 3 Berechnungseinheit 4 Eingabevorrichtung 5 Simulationsvorrichtung 6 Erfassungseinrichtung 7 Ausgabevorrichtung 8 Vergleichsvorrichtung 9 Computer 10 Anordnung 11 Peripheriegerät 12 Formgebungsmaschine 13 Einspritzeinheit 14 feststehende Formaufspannplatte 15 bewegliche Formaufspannplatte 16 Stirnplatte 17 Holme 18 Antriebsvorrichtung 19 Steuer-oder Regeleinheit 20 Kavität

Wist Ist-Wert P Eingabeparameter M Modell

Kreal erste, reale Kenngröße KFikt zweite, fiktive Kenngröße V Vergleichswert

Bi erste Berechnungsmethode

Mi Modellgrößen für erste Berechnungsmethode

Wfikt fiktiver Wert B2 zweite Berechnungsmethode M2 Modellgrößen für zweite Berechnungsmethode A Modellgröße B Modellgröße C Modellgröße

Wsoll Sollwert E Energieverbrauch f Funktion

Innsbruck, am 16. Dezember 2014

Claims (27)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Simulation einer fiktiven Konfiguration einer Formgebungsanlage (1), wobei wenigstens ein im Betrieb dieser Formgebungsanlage (1) gemessener oder aus einem Speicher (2) dieser Formgebungsanlage (1) ausgelesener Prozesswert (Wist, WSoll) als Eingabeparameter (P) für ein die fiktive Konfiguration der Formgebungsanlage (1) repräsentierendes Modell (M) verwendet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Prozesswert (Wist, Wsoll) durch die Formgebungsanlage (1) als Eingabeparameter (P) für das die fiktive Konfiguration der Formgebungsanlage (1) repräsentierende Modell (M) verwendet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der wenigstens eine Prozesswert (Wist, Wsoll) repräsentativ für eine Bedienungsgeschichte der Formgebungsanlage (1) ist.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine erste, eine reale Konfiguration der Formgebungsanlage (1) repräsentierende Kenngröße (Kreal) und/oder eine zweite, die fiktive Konfiguration der Formgebungsanlage (1) repräsentierende Kenngröße (Kfikt) ermittelt werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die erste Kenngröße (Kreal) und die zweite Kenngröße (Kfikt) oder ein für eine Änderung von der ersten Kenngröße (Kreal) auf die zweite Kenngröße (Kfikt) charakteristischer Vergleichswert (V) ausgegeben werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der wenigstens eine Prozesswert (Wist, Wsoll)· der realen Konfiguration der Formgebungsanlage (1) an eine Berechnungseinheit (3) übermittelt wird und von dieser Berechnungseinheit (3) die erste Kenngröße (Kreal) berechnet wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Berechnung der ersten Kenngröße (Kreal) unter Anwendung einer ersten Berechnungsmethode (Bt) erfolgt.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erste Berechnungsmethode (Bi) in einem Speicher der Berechnungseinheit (3) gespeichert wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die zweite Kenngröße (Kfikt) aus zumindest einem fiktiven Wert (WFikt) der Formgebungsanlage (1) und dem zumindest einen Prozesswert (W|ST, WSOll) der Formgebungsanlage (1) ermittelt wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der zumindest eine fiktive Wert (WFikt) im Speicher (2) der Formgebungsanlage (1) hinterlegt ist oder berechnet, übermittelt oder über eine Eingabevorrichtung (4) eingegeben wird.
11. 11 .Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der zumindest eine fiktive Wert (WFikt) zum Berechnen der zweiten Kenngröße (Krkt) an die Berechnungseinheit (3) übermittelt wird.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Berechnen der zweiten Kenngröße (Krkt) durch die Berechnungseinheit (3) unter Anwendung einer zweiten Berechnungsmethode (B2) erfolgt.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die zweite Berechnungsmethode (B2) in einem Speicher der Berechnungseinheit (3) gespeichert wird.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Berechnungsmethode (B2) auf Basis der ersten Berechnungsmethode (Bi) erstellt wird, indem zumindest ein Prozesswert (Wist, WSoll) durch einen fiktiven Wert (WrKt) ersetzt wird und/oder zumindest ein fiktiver Wert (Wrkt) hinzugefügt wird.
15. 15.Simulationsvorrichtung (5) zur Simulation einer fiktiven Konfiguration einer Formgebungsanlage (1), insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei durch die Simulationsvorrichtung (5) in Abhängigkeit eines, auf wenigstens einem Prozesswert (Wist, WSoll) der Formgebungsanlage (1) basierenden Eingabeparameters (P) ein die fiktive Konfiguration der Formgebungsanlage (1) repräsentierendes Modell (M) erstellbar ist.
16. 16.Simulationsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Simulationsvorrichtung (5) eine Berechnungseinheit (3) zum Berechnen einer ersten, eine reale Konfiguration der Formgebungsanlage (1) repräsentierende Kenngröße (Kreal) und/oder einer zweiten, die fiktive Konfiguration der Formgebungsanlage (1) repräsentierende Kenngröße (Kfikt) aufweist.
17. 17.Simulationsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei von der Berechnungseinheit (3) aus zumindest einem von einer Erfassungseinrichtung (6) der Formgebungsanlage (1) erfassten Prozesswert (Wist, WSOll) die erste Kenngröße (KREal) berechenbar ist.
18. 18. Simulationsvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, wobei von der Berechnungseinheit (3) aus zumindest einem, von der Erfassungseinrichtung (6) erfassten Prozesswert (Wist, WSOll) und zumindest einem fiktiven Wert (WFikt) der fiktiven Konfiguration der Formgebungsanlage (1) die zweite Kenngröße (Kfikt) berechenbar ist.
19. 19.Simulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Simulationsvorrichtung (5) eine Ausgabevorrichtung (7) zum Ausgeben der ersten Kenngröße (Kreal) und/oder der zweiten Kenngröße (Kfikt) aufweist.
20. 20. Simulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Simulationsvorrichtung (5) eine Vergleichsvorrichtung (8) aufweist, mit der aus der ersten Kenngröße (KREal) und der zweiten Kenngröße (Kfikt) ein Vergleichswert (V) ermittelbar ist.
21. 21. Simulationsvorrichtung nach Anspruch 20, wobei von der Ausgabevorrichtung (7) der Vergleichswert (V) ausgebbar ist.
22. 22.Simulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei die Simulationsvorrichtung (5) eine Eingabevorrichtung (4) aufweist, wobei der zumindest eine fiktive Wert (Wfikt) über die Eingabevorrichtung (4) eingebbar oder änderbar ist.
23. 23. Simulationsvorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Ausgabevorrichtung (7) und die Eingabevorrichtung (4) eine Einheit, vorzugsweise einen Computer (9), bilden.
24. 24. Formgebungsanlage mit einer Simulationsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 15 bis 23, wobei die Simulationsvorrichtung (5) zumindest einen Speicher aufweist, in dem zumindest eine erste Berechnungsmethode (B^ für die Berechnung der ersten Kenngröße (Kreal) durch die Berechnungseinheit (3) hinterlegt ist.
25. 25. Formgebungsanlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass von der Berechnungseinheit (3) auf Basis der ersten Berechnungsmethode (B^ eine zweite Berechnungsmethode (B2) durch Ersetzen zumindest eines Prozesswerts (Wist, Wsoll) durch einen fiktiven Wert (Whkt) und/oder durch Hinzufügen eines fiktiven Werts (WFikt) erstellbar ist.
26. 26. Anordnung (10) mit einer Simulationsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 15 bis 23 und einer Formgebungsanlage (1).
27. 27. Anordnung nach Anspruch 26, wobei die Formgebungsanlage (1) eine Erfassungsvorrichtung (6) zum Erfassen, vorzugsweise zum Auslesen oder Messen, zumindest eines Prozesswerts (Wist, Wsoll) der Formgebungsanlage (1) aufweist. Innsbruck, am 16. Dezember 2014