CH686378A5

CH686378A5 - Maschinenverwaltungssystem.

Info

Publication number: CH686378A5
Application number: CH318392A
Authority: CH
Inventors: Urs Dr Meyer
Original assignee: Rieter Ag Maschf
Priority date: 1992-10-12
Filing date: 1992-10-12
Publication date: 1996-03-15
Also published as: JPH06207332A; DE4334472A1

Description

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Beschreibung

Die Erfindung befasst sich mit einem Maschinenverwaltungssystem (Machine-Management-System) für Spinnereianlagen, wobei die Maschinenanlage der Spinnerei mit einem Datenspeicher versehen ist.

Stand der Technik / Verwandte Anmeldungen

Ein System der nun vorgesehenen Art ist in DOS 4 137 742 angedeutet worden. Diese DOS befasst sich mit der Erfassung von Daten, die zu einer Datei zusammengefasst und statistisch analysiert werden können, um das Disponieren im Zusammenhang mit Wartungsarbeiten zu verbessern. Gemäss der DOS soll diese Datei aus Daten zusammengestellt werden, die während den Wartungsarbeiten vom Wartungsteam erfasst werden.

Das gemäss dieser DOS vorgesehene Verfahren ist sicher sinnvoll. Die daraus entstehende Datei berücksichtigt aber nur einen Bruchteil der Informationen, die zur Verfügung stehen, und die Auswertung dieser Datei für die Bedienungsunterstützung ist in der DOS bloss angesprochen. Die DOS beinhaltet daher scheinbar nicht mehr als die Verlagerung einer Tätigkeit, die heute in einer gut geführten Spinnerei mit Papier und Bleistift durchgeführt wird, auf die Verwendung eines tragbaren Computers.

Gemäss DOS 4 031 419 werden ebenfalls Daten während den Wartungsarbeiten gesammelt.

Diese Erfindung sieht ebenfalls den Aufbau einer Datei als wichtiges Element des Systems vor. Die neue Datei kann sogar Daten beinhalten, die gemäss einem Verfahren nach DOS 4 137 742 gesammelt wurden. Sie beinhaltet aber noch viel mehr und steht auch in Verbindung mit Software (Programmen), die diese Daten für die Bedienungsunterstützung verwenden können.

Diese Erfindung stellt auch in gewissen Aspekten eine Weiterentwicklung der in den folgenden Patentanmeldungen festgehaltenen Gedanken dar:

a) PCT-Patentanmeldung WO 91/16481 (Obj. 2093)

b) DE-Patentanmeldung Nr. 4 131 247 (Obj. 2260)

c) EP-Patentanmeldung Nr. 541 483 (Obj. 2270)

d) EP-Patentanmeldung Nr. 92 1 07 474.6 (Obj. 2219)

Die Erfindung

Nach dieser Erfindung wird für mindestens einen und vorzugsweise jeden wichtigen Teil einer Spinnereimaschine der Zustand dieses Teils als Daten in einer Datei festgehalten. Diese Daten werden zumindest intermittierend, vorzugsweise mindestens periodisch und wenn möglich kontinuierlich bzw. qua-si-kontinuierlich, auf den neusten Stand gebracht und zwar mittels eines Berechnungsprogramms, welches eine vorgegebene Beanspruchungsfunktion und die zutreffenden Betriebsbedingungen berücksichtigt. Diese Beanspruchungsfunktion kann vom Komponenten- bzw. Maschinenhersteller festgelegt werden. Ansätze für solche Funktionen sind zum Beispiel in DE 4 131 247 (Obj. 2260) und in DE 3 937 439 (Zinser) enthalten. Die Betriebsbedingungen sind zum Beispiel aus einem System nach unserer EP-Anmeldung 92 107 474.6 (Obj. 2219) entnehmbar. Die effektiven Betriebsbedingungen sind aber vorzugsweise nicht bloss nach Obj. 2219 sondern auch gemäss einer «erweiterten» Sensorik nach EP 541 483 (Obj. 2270) zu ermitteln.

Der Inhalt der Datei ist nach den bevorzugten Ausführungen der Erfindung zu Analysen- bzw. Diagnoseprogrammen zugänglich, die zur Bedienungsunterstützung verwendet werden können. Die Resultate der Analysen bzw. Diagnosen können zum Beispiel dem Bedienungspersonal mittels eines Systems nach WO 91/16481 (Obj. 2093) zur Verfügung gestellt werden.

Ein Diagnosemittel (z.B. in der Form eines Programms) dient zum Ermitteln des betroffenen Teils beim Feststellen einer Störung. Durch die Anwendung einer geeigneten Sensorik kann eine Störung vor dem «katastrophalen» Vorkommen eines Defektes prognostiziert werden, so dass nach dem Feststellen der Störung noch etwas Zeit bleibt, um geeignete Massnahmen zu treffen, bevor der betroffene Teil nicht mehr einsatzfähig ist.

Das Analysemittel (z.B. in der Form eines Programms) kann zum Ermitteln von Wartungsbedürfnissen und das Weiterleiten von entsprechenden Hinweisen an ein Wartungsteam ausgelegt werden. Ein dazu geeignetes Mittel ist zum Beispiel im US-Patent 4 916 625 gezeigt worden.

Es kann eine Schnittstelle vorgesehen werden, welche die Kommunikation mit einem Ersatzteil-Verwaltungssystem ermöglicht, so dass sowohl Entscheide bezüglich der Ersatzteilvorsorgung wie auch die Entscheide über Wartungsmassnahmen anhand des Ersatzteilbestandes bzw. des -bedarfs getroffen werden können.

Das neue System kann in verschiedenen Ausführungen hardwaremässig realisiert werden. In einer ersten Variante wird die neue Datei, der mit ihr verbundenen Beanspruchungsrechner sowie die mit ihr verbundene Diagnose - bzw. Analysemittel in einem tragbaren Computer vorgesehen.

In einer zweiten Variante werden die neue Datei und der Beanspruchungsrechner in der Maschinensteuerung vorgesehen, wobei die Diagnose- bzw. Analysemittel in der Maschinensteuerung oder in tragbaren Geräten vorgesehen werden können.

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In der Lösung, (die dann bevorzugt wird, wo die Möglichkeiten zu ihrer Realisierung gegeben sind), werden die neue Datei, der Beanspruchungsrechner sowie die Analyse- bzw. Diagnosemittel in einer maschinenübergeordneten Steuerung, zum Beispiel in einem Prozessleitrechner, integriert. Die Diagnose- bzw. das Analysemittel kann als Expertensystem ausgeführt werden.

Die Sensorik der Maschine kann mit einer Auswertung verbunden werden, welche Signale an das neue System weiterleitet.

Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend als Beispiele anhand der Figuren der Zeichnungen näher erklärt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Kopie der Fig. 6 unserer PCT-Patentanmeldung WO 92/13121 (Layout einer Spinnerei), Fig. 2 eine Kopie der Fig. 22 der gleichen Patentanmeldung mit einer schematischen Darstellung der «kommunikationsfähigen» Maschine,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Spinnereimaschine mit einer «erweiterten» Sensorik zum Beispiel nach unserer EP-Patentanmeldung Nr. 541 483 (Ob. 2270) das heisst mit einer Sensorik, die Signale liefert, welche nicht bloss zur Erfüllung der Grundfunktion der Maschine erzeugt werden. Fig. 4 eine schematische Darstellung der Kernelemente eines Gerätes nach dieser Erfindung, Fig. 5 eine ähnliche Darstellung der gleichen Elemente zusammen mit zusätzlichen Modulen, welche die Bedienungsunterstützung anhand der von den Kernelementen angebotenen Daten erzielen,

Fig. 6 schematisch ein tragbares Gerät zur Realisierung eines Systems nach Fig. 5 in Zusammenarbeit mit einer Maschine nach Fig. 2,

Fig. 7 eine Kopie der Fig. 7 unserer PCT-Patentanmeldung Nr. WO 91/16481,

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Systems nach dieser Erfindung, die in einem Bedie-nungsunterstützungssystem nach Fig. 7 realisiert werden kann, und Fig. 9 + 10 ein System nach Fig. 8 in verschiedenen Arbeitsweisen.

Bedienungsunterstützung

Die in Fig. 1 dargestellte Spinnerei umfasst einen Ballenöffner 120, eine Grobreinigungsmaschine 122, eine Mischmaschine 124, zwei Feinreinigungsmaschinen 126, zwölf Karden 128, zwei Strecken 130 (erste Streckenpassage), zwei Kämmereivorbereitungsmaschinen 132, zehn Kämmaschinen 136, vier Strecken 138 (zweite Streckenpassage), fünf Flyer 140 und vierzig Ringspinnmaschinen 142. Jede Ringspinnmaschine 142 umfasst eine grosse Anzahl Spinnstellen (bis zu ca. 1200 Spinnstellen pro Maschine).

Fig. 1 zeigt eine heute konventionelle Anordnung zur Herstellung von einem sogenannten gekämmten Ringgarn. Das Ringspinnverfahren kann durch ein neueres Spinnverfahren (z.B. das Rotorspinnen) ersetzt werden, wobei die Flyer dann überflüssig werden. Da aber die Prinzipien dieser Erfindung unabhängig von der Art der Endspinnstufe anwendbar sind, reicht die Erklärung in Zusammenhang mit dem konventionellen Ringspinnen auch für die Anwendung der Erfindung in Zusammenhang mit neuen Spinnverfahren. Nicht gezeigt in Fig. 1 ist die Spulerei, die für neue Spinnverfahren (z.B. Rotorspinnen) ohnehin wegfällt.

Der Betrieb einer solchen Anlage stellt für die Betriebsführung eine äusserst komplexe Organisationsbzw. Dispositionsaufgabe dar, die durch sich stetig erhöhende Anforderungen bezüglich Qualität und Produktion bei stetig zunehmendem Kostendruck verkompiziert wird.

Die kommunikationsfähige Maschine:

Fig. 2 zeigt schematisch eine Maschine 580 mit einer eigenen Steuerung 582, die die Maschinenak-torik 584 steuert und Meldungen (Signale, Daten) von der Maschinensensorik 586 erhält. Diese Steuerung ist in der Form eines Computers mit geeigneten Programmen (Software). Die Maschine ist ausserdem mit einem sogenannten «Kommunikationsboard» 588 versehen, das mit der Steuerung 582 gekoppelt ist und ein Verbindungsmittel 589 aufweist, das zum Koppeln des Boards 588 mit einer Kommunikationsleitung dienen soll. Das Verbindungsmittel kann zum Beispiel zum Verbinden mit einem Koaxialkabel oder Lichtleiter oder mit einem verdrillten Doppeldraht gebildet werden.

Das Kommunikationsboard 588 umfasst vorzugsweise einen Speicher, welcher als Pufferspeicher für die gelieferten Daten bzw. die zu sendenden Daten dient. Dieser Pufferspeicher ist vorzugsweise gegenüber dem Normalbetrieb «überdimensioniert» und kann deswegen anfallende Daten über eine vorbestimmte Periode speichern. Das Kommunikationsboard ist auch allenfalls mit Treiber (Programme) ausgeführt. Das Board stellt Daten aus dem Speicher zu Datenpaketen zusammen, die über die Leitung gesendet werden kann.

Nach der bevorzugten Variante werden das Kommunikationsboard 588 und die Maschinensteuerung durch den Maschinenhersteller aneinander angepasst und zur Verbindung mit einem externen System vorbereitet. Dazu ist es notwendig, mit dem Systemlieferant ein geeignetes Protokoll (Übertragungsmodus) und ein gemeinsames «Objektverzeichnis» zu vereinbaren, wobei letzteres Verzeichnis die Informationserhalte der Signale definiert. Damit sind das externe System und die Maschinensteuerung gegenseitig kommunikationsfähig.

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Die Maschinensensorik

Fig. 3 zeigt wiederum die Maschinensteuerung 582, welche die Aktorik 584 der Maschine steuert, wie in WO 92/1314 für die Ringspinnmaschine erklärt wurde. Die Steuerung in Fig. 3 ist insbesondere mit der ihr zugeordneten Sensorik dargestellt, die im dargestellten Fall als «Sensorengruppen» gezeigt wurden, wobei jeder Sensorengruppe eine vorbestimmte Aufgabe zugeordnet ist. Die folgenden Gruppen sind in Fig. 3 aufgeführt, wobei nicht alle Gruppen in jedem Fall vorgesehen sind:

i) Produktionssensoren 586P - diese Sensoren sprechen auf den Durchsatz an und beeinflussen den Materialfluss in der Zu- bzw. Ablieferung; solche Sensoren sind in jeder modernen Spinnereianlage vorhanden. Beispiele sind in den folgenden Patentschriften zu finden: US 4 715 550; DE 4 141 407; JP-OS-3/33 233.

ii) Qualitätssensoren 586Q - sprechen auf die Qualität des Produktes der Maschine an; solche Sensoren sind zunehmend im Einsatz zu finden. Beispiele sind in den folgenden Patentschriften zu finden: EP 436 204; EP 156 153; DOS 4 113 384; EP 410 429.

iii) Sicherheitssensoren 586S - sprechen auf Zustände an, die unter Umständen zu Schäden führen können (Personen- oder Maschinen- bzw. Geräteschäden). Solche Sensoren sind in jeder modernen Spinnereianlage zu finden zum Beispiel in Türschaltern, Zutrittsüberwachungen, Überbrückungsschalter usw. Beispiele sind in den folgenden Patentschriften zu finden:

DE 3 912 737; DE 3 034 589; EP 353 784.

iv) Prozessredundante Sensoren 586R nach EP-541 483, (Obj. 2270) - sprechen auf Zustände an, die allenfalls einen Einfluss auf die Ergebnisse des Verfahrens einen Einfluss ausüben, wobei aber die Faserverarbeitung nicht direkt nach den Ausgangssignalen dieser Sensoren gesteuert wird. Beispiel sind Klimasensoren.

v) Maschinenzustandssensoren 586Z - sprechen auf den mechanischen Zustand der Maschine an. Solche Sensoren sind heute noch nicht weit verbreitet in Spinnereianlagen. Beispiele sind Sensoren, die den Energieverbrauch von Motoren bzw. der ganzen Maschine oder die Vibrationen bzw. Temperaturen an geeigneten Stellen in der Maschine überwachen. Beispiele sind in den folgenden Patentschriften zu finden: JP-AS-2-38 689; WO 85/04908; JP-OS-3-824.

vi) Bedienungseingriffe 586B - melden solche Eingriffe der Maschinensteuerung an. Solche Eingriffe können von einer Bedienungsperson oder von einem Bedienungsgerät (z.B. einem Ansetzroboter) ausgeübt werden. Beispiele solcher Sensoren sind in den folgenden Patentschriften zu finden: US 4 005 392; DOS 2 454 721; DOS 3 701 796.

Fig. 3 zeigt auch schematisch ein Zeiterfassungsmittel 590, welches das logbuchartige Speichern von Daten bzw. Ereignisse ermöglicht, was die nachträgliche Untersuchung der Daten, um zeitliche Korrelationen zu ermitteln, ermöglicht. Ein entsprechendes Konzept ist für den Materialfluss in DE 4 024 307, (Obj. 2175) gezeigt worden.

Die in Fig. 3 dargestellte Maschine ist auch mit einer Schnittstelle 592 versehen, welche der Mensch-Maschine-Kommunikation dient. Dies ist normalerweise für die bidirektionale Kommunikation konzipiert und umfasst zum Beispiel eine Tastatur zum Eingeben von Signalen in die Steuerung. In diesem Fall ist aber eher die Ausgabe von Bedeutung. Die kann zum Beispiel mittels eines Bildschirmes ausgeführt werden. Eine geeignete Bedienungsoberfläche für diesen Zweck ist in «Textile World», April 191, Seite 44 ff gezeigt worden. (G5/2 Ringspinnmaschine).

Die Ausgangssignale der Sensoren werden in der Steuerung ausgewertet und die Resultate der Auswertung werden in einer Datei in einem Speicher 594 des Steuerungsrechners festgehalten. Diese Datei (Der Speicher) enthält sowohl die aktuellen Werte der Ausgangssignale von den Sensoren wie auch Daten, welche den zeitlichen Verlauf dieser Werte über ein vorgegebenes Intervall darstellen (um langsam aufbauende Abweichungen erkennen zu lassen). Die Datei enthält ebenfalls Abweichungen ausserhalb vorgegebenen Toleranzgrenzen sowie Daten bezüglich Bedienungseingriffe. Geeignete Auswertungen sind in EP 365 901 und 415 222 gezeigt worden.

Fig. 4 zeigt nun die drei Kernelemente einer Anordnung nach dieser Erfindung, nämlich:

a) eine Datei (ein Speicher) 20, die eine «Liste» von Bauteilen der Maschine enthält, wobei für jeden Teil seinen aktuellen Zustand gespeichert ist. Die gespeicherten Angaben stellen die Betriebstauglichkeit des Teils dar zum Beispiel «tauglich», «fraglich», «defekt».

b) eine Datei (ein Speicher) 22, die für jeden Bauteil der vorerwähnten Liste eine «Beanspruchungsfunktion» enthält. Diese Funktion stellt für den betroffenen Bauteil eine Beziehung zwischen der zu erwartenden Zustandsänderung und den herrschenden Betriebsbedingungen dar. Beispiele für einfache Beanspruchungsfunktionen sind in DOS 3 939 439 (Zinser) und in unserer deutschen Patentanmeldung Nr. 4 137 247, (Obj. 2260) aufgeführt.

c) ein Rechner 24, welcher anhand von Daten bezüglich dem Ausgangszustand eines Bauteils und der herrschenden Betriebsbedingungen die zutreffende Beanspruchungsfunktion aus der Datei holen kann, um Hochrechnungen bezüglich Zustandsänderungen durchzuführen. Die Resultate solcher Hochrechnungen können sowohl als «Schätzungen» (ohne Einfluss auf die in der Datei gespeicherten Da-

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ten) ausgegeben werden, und/oder sie können als effektiv neuen Zustand in der Datei eingetragen werden, wonach sie eine neue Ausgangslage für weitere Hochrechnungen darstellen.

Die angegebenen Inhalte der Datei 20 können erweitert werden, wie nachfolgend in Zusammenhang mit komplexeren Beispielen aufgeführt wird. Eine vorteilhafte Erweiterung ist aber von vornherein klar -die Datei kann zum Beispiel mit Angaben zur eigentlichen Lebensdauer jedes eingesetzten Bauteils ergänzt werden, was einen Vergleich zwischen den hochgerechneten und den effektiven erreichten Werte ermöglicht.

Fig. 5 zeigt nun zwei vorteilhafte Erweiterungen der Elemente nach Fig. 4, wobei diese Erweiterungen jede für sich (d.h. voneinander unabhängig) eingesetzt werden können. Die wichtigen Erweiterungen umfassen

- einerseits ein Diagnosemodul 26, das anfallende Störungen in der Maschine nach ihren Ursachen untersuchen kann. Die Diagnose kann anhand der gespeicherten Zustandsdaten durchgeführt werden, sie kann aber auch zu Änderungen der gespeicherten Zustandsdaten führen, so dass eine bidirektionale Verbindung zwischen diesem Modul und der Datei 20 vorteilhaft ist. Das Diagnosemodul 26 kann als Expertensystem ausgeführt werden zum Beispiel nach dem System, das unter dem Namen «Maintex» von der Firma Frametec angeboten wird.

- andererseits ein Analysenmodul 28, welches anhand der in der Datei 20 gespeicherten Daten und Angaben zu den herrschenden Betriebsbedingungen die Wartungsbedürfnisse der Maschine ermittelt. Das Analysenmodul 28 könnte im Prinzip im Beanspruchungsrechner 24 integriert werden. Es ist aber vorzugsweise auch als standardmässig gestaltetes Expertensystem und daher als unabhängiges Modul mit Zugriff auf die Datei 20 ausgeführt. Die Prinzipien eines solchen Systems sind in US 4 916 625 gezeigt worden.

Zusätzliche Erweiterungen der bisher erwähnten in Datei 20 vorhandenen Daten bestehen vorzugsweise aus den folgenden Angaben für jeden auf der Liste stehenden Bauteil:

1. die zeitliche Dringlichkeit für einen Eingriff im Falle eines Defektes bzw. bei vorgegebenen Zuständen,

2. die Art und der Aufwand für den Eingriff,

3. eine «Priorität» für den Eingriff bzw. eine allfällige «Schadenhöhe» für den «Nichteingriff».

Diese Daten sind vorzugsweise in der Datei 20 im direkten Zusammenhang mit den aufgelisteten Bauteilen abgespeichert. Sie stehen somit beiden Modulen 26, 28 zur Verfügung. Sie könnten aber offensichtlich in den Modulen selbst integriert werden.

Vorrichtungen

Die beschriebenen Varianten können in die Maschinensteuerung 582 als Programme installiert werden. Die Rechenkapazität für die Beanspruchungskalkulation bzw. für das Betreiben der Expertensysteme ist dann im Minicomputer vorgesehen, welcher als Maschinensteuerung 582 eingesetzt wird. Die Dateien 20, 22 können in dem Computer 582 zugeordneten Speichern aufgebaut bzw. verwaltet werden.

Es ist allerdings kaum sinnvoll die Rechen- bzw. Speicherkapazität der Maschine mit diesen Funktionen zu belasten. Einerseits ist solche Kapazität normalenweise mit der Bewältigung der Steuerungsaufgaben nahezu voll ausgelastet. Andererseits müsste dann für jede Maschine einen eigenen Satz der zutreffenden Funktionen vorgesehen werden, obwohl diese Funktionen nur unregelmässig zum Einsatz kommen.

Es wäre sinnvoller zumindest das Störungsdiagnosemodul 26 in einem tragbaren Gerät zu realisieren, die von Maschine zu Maschine verlegt werden kann und bei Bedarf eingesetzt werden kann. Das Gerät kann von der Wartungsmannschaft mitgetragen werden. Ein solches Gerät ist zum Beispiel ein sogenannter «Notebook»-Computer, der in DOS 4 537 742 erwähnt ist.

Fig. 6 zeigt schematisch eine bevorzugte Variante eines portablen Gerätes, das mit Bildschirm 30, Zentralprozessoreinheit 32, Festplatte 38 sowie RAM-Speicher 34 und Arbeitsspeicher 36 versehen ist. Das Gerät ist mit einem Betriebssystem programmiert, das zum Betreiben der folgenden Applikationen geeignet ist. Die Applikation besteht aus den Modulen der Fig. 5, sowie eine zusätzliche Datei 40, die als «Reparatur-Unterstützung» bezeichnet werden kann und dem Instandhaltungs-Modul untergeordnet ist. Diese Datei 40 enthält zum Beispiel eine Reparaturanleitung und Angaben zur Verfügbarkeit der zutreffenden Ersatzteile sowie allenfalls Zeitvorgaben für die zutreffenden Serviceleistungen. Diese Angaben stehen zum Planen der notwendigen Arbeiten zur Verfügung.

Das Gerät muss über eine Schnittstelle 42 zur Kommunikation mit der Maschine angeordnet werden. Wie die Fig. 2 zeigt, ist dies für eine moderne Maschine kein besonderes Problem. Es muss ein geeignetes Kommunikationsprotokoll festgelegt werden, so dass die Informationen aus der Datei 594 (Fig. 3) über die Schnittstelle 588, 589 (Fig. 2) an das portable Gerät (Fig. 6) übertragen werden können, nachdem das Gerät mittels einer Leitung und Stecker mit der Maschine verbunden worden ist. Die Bedienungsunterstützung erfolgt über den Bildschirm 30 des portablen Gerätes. Über die gleiche Kommunikationsverbindung 42 kann das portable Gerät mit einer Datei (nicht gezeigt) verbunden werden, welche

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Stammdaten zur Verfügbarkeit von Ersatzteilen enthält. Dieses Merkmal wird aber anhand der nächsten Variante näher erklärt.

Fig. 8 zeigt eine Lösung, die auf Kommunikation zwischen der Maschinensteuerung und einem Pro-zessleitrechner beruht zum Beispiel nach WO 92/13121. Die Bedienungsunterstützung wird dann vorzugsweise über die Bedienungsoberfläche der betroffenen Maschine geleistet (nach WO 91/16481, Obj. 2093). Fig. 7 zeigt eine Kopie der Fig. 7 letzterer Anmeldung, um die Kommunikationsverbindung zu erläutern.

Der in Fig. 7 dargestellte Anlageteil umfasst (in der Reihenfolge der Prozessstufen, das heisst der «Verkettung» der Maschinen):

a) die Flyerstufe 300

b) eine Endspinnstufe 320, in diesem Fall durch Ringspinnmaschinen gebildet,

c) ein Vorgarntransportsystem 310, um Flyerspulen von der Flyerstufe 300 an die Endspinnstufe 320 und leere Hülsen von der Endspinnstufe 320 zurück an die Flyerstufe 300 zu tragen, und d) eine Umspulstufe 330, um die an den Ringspinnmaschinen gebildeten Kopse in grösseren (zylindrischen oder konischen) Packungen umzuwandeln.

Jede Verarbeitungsstufe 300, 320, 330 umfasst eine Mehrzahl von Hauptarbeitseinheiten (Maschinen), die je mit einer eigenen Steuerung versehen sind. Diese Steuerung ist in Fig. 7 nicht gezeigt, wird aber nachfolgend etwas näher erläutert. An der jeweiligen Maschinensteuerung angehängt, sind Robotikeinheiten (Bedienungsautomaten), die dieser Maschine direkt zugeteilt werden. In Fig. 7 ist für jeden Flyer der Stufe 300 ein eigener Doffer vorgesehen - die Funktion «Flyerdoffen» ist in Fig. 7 mit dem Kasten 302 angedeutet.

Eine mögliche Ausführung ist zum Beispiel in EP 360 149 bzw. in DE-OS 3 702 265.

In Fig. 7 sind auch für jede Ringspinnmaschine der Stufe 320 ein Bedienungsautomat pro Spinnstellenreihe zur Bedienung der Spinnstellen und eine Aufsteckungsbedienung für die Vorgarnzufuhr vorgesehen. Die Funktion «Spinnstellenbedienung» ist mit den Kasten 322, 324 (ein Kasten pro Spinnstellenreihe) und die Funktion «Vorgarnzufuhr» mit den Kasten 326 angedeutet. Eine mögliche Ausführung ist zum Beispiel in EP 394 708 und 392 482 gezeigt.

Das Vorgarntransportsystem 310 ist auch mit einer eigenen Steuerung versehen, die hier nicht näher erläutert werden soll. Das System 310 umfasst eine Einheit zum Reinigen von Vorgarnspulen, bevor sie an die Flyerstufe 300 zurückgegeben werden. In Fig. 7 ist die Funktion «Vorgarnspulenreiniger» durch den Kasten 312 angedeutet. Eine mögliche Ausführung dieses Anlageteiles ist zum Teil in EP 392 482 gezeigt.

Die Ringspinnmaschinen der Stufe 320 und Spulmaschinen der Stufe 330 bilden zusammen einen «Maschinenverbund», wodurch der Transport der Kopse an die Spulmaschinen gewährleistet ist. Die Steuerung dieses Verbundes erfolgt von der Spulmaschine.

Ein Netz 350 ist vorgesehen, wodurch alle Maschinen der Stufen 300, 320, 330 und das System 310 für den Signalaustausch (Datenübermittlung) mit einem Prozessleitrechner 340 verbunden sind. Der Rechner 340 bedient direkt ein Alarmsystem 342 und eine Bedienung 344 zum Beispiel in einer Leitstelle bzw. in einem Meisterbüro.

Eine sehr wichtige Funktion des Umspulens von Ringspinngarn ist die sogenannte Garnreinigung, die mit dem Kasten 360 angedeutet ist. Der Garnreiniger ist über dem Netz 350 mit dem Prozessleitrechner 340 verbunden. Durch diese Vorrichtung werden Garndefekte eliminiert und gleichzeitig Informationen (Daten) gewonnen, die Rückschlüsse auf die vorangehenden Verfahrensstufen ermöglichen. Die Garnreinigungsfunktion wird an der Spulmaschine ausgeübt.

Jede Maschine ist auch mit einer «Bedienungsoberfläche» (592, Fig. 3) versehen, die mit der jeweiligen Steuerung verbunden ist und Mensch-Maschine (oder sogar Robot-Maschine) Kommunikation ermöglicht. Die «Bedienungsoberfläche» kann auch als «Bedienungskonsol» bezeichnet werden. Ein Beispiel einer solchen Bedienungsoberfläche ist in DE-OS 3 734 277 gezeigt, allerdings nicht für eine Ringspinnmaschine, sondern für eine Strecke. Das Prinzip ist für alle solchen Bedienungsmittel gleich.

Nach einem Aspekt der Erfindung, nach WO 91/16481, ist die Anlage derart programmiert und ausgelegt, dass der Leitrechner 340 Bedienungsunterstützung über die Bedienungsoberfläche 592 der jeweiligen Maschine leisten kann, das heisst der Leitrechner kann Steuerbefehle über dem Netz 350 senden und die Maschinensteuerungen können derartige Steuerbefehle empfangen und befolgen, so dass der Zustand der Bedienungsoberfläche 592 vom Leitrechner 340 über der jeweiligen Steuerung bestimmt wird.

Die Maschine kann natürlich mit mehr als einer «Bedieneroberfläche» versehen werden. Wichtig dabei ist, dass die bzw. jede solche Bedieneroberfläche mit der Maschinensteuerung verbunden ist, so dass Signale zwischen der Bedieneroberfläche und der Maschinensteuerung ausgetauscht werden können. Wo zum Beispiel ein Hilfsgerät an einer Maschine mit einer eigenen Bedieneroberfläche versehen ist, das Gerät aber der Maschinensteuerung untergeordnet ist, dann ist die Bedienungsoberfläche des Gerätes der Maschine zuzuordnen.

Fig. 8 zeigt nun die schon erwähnten Dateien bzw. Module in Kombination mit der Maschinensteue-

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rung 582, wobei die Dateien und Module im Prozessleitrechner integriert sind 340, Fig. 7. Dieser Rechner 340 verfügt auch über eine Schnittstelle 42 mit einem Rechner (nicht gezeigt), welcher die Ersatzteilverwaltung steuert bzw. mit Daten über die Verfügbarkeit von Ersatzteilen gespeichert wird. Die Diagnose* bzw. die Analyse des Moduls 26 bzw. 28 wird an der betroffenen Maschine über ihre Bedienungsoberfläche 592 geleistet, wobei die Wartungsperson (bzw. Mannschaft) durch den Leitrechner 340 über ein Rufsystem nach PCT-W091/16481 an dieser Maschine gerufen worden ist. Über die Bedienungsoberfläche 592 kann Kommunikation zwischen dem Personal und dem Leitrechner 340 stattfinden. Das Personal kann aber auch allenfalls mit tragbaren Geräten (Fig. 6) ausgerüstet werden, die ebenfalls über dem Netz 350 mit dem Prozessleitrechner 340 kommunizieren können, was allenfalls sogar das wnloading» bestimmte Module vom Leitrechner 340 zum Gerät ermöglicht.

Die Fig. 9 und 10 werden nicht einzel beschrieben werden. Die zeigen je eine Version der Fig. 8, wobei in einem Fall (Fig. 9) eine Diagnose und im anderen Fall (Fig. 10) eine Analyse ausgeführt wird. Der Informationsfluss ist in beiden Fällen durch dicke «Kommunikationspfade» angedeutet. Die Kasten sind beschriftet, um das Vorgehen anhand von Beispielen zu verdeutlichen.

Grundgedanken zum Beispiel nach Fia. 8 bis 10

Das Studium der gesamten Aufgabenstellung der Maschinenverwaltung in der Spinnerei hat ergeben, dass beim Schritt von der rein programmgesteuerten vorbeugenden Wartung zur Instandhaltung nach Bedarf (On Condition Maintenance) auch die unvorhergesehene Störung mit einbezogen werden sollte. Hieraus entsteht nun ein integriertes System für die Bedienerunterstützung, das die gesamte Instandhaltung abdeckt.

Der Kern dieses Systems besteht aus einer nach den wesentlichen Bauteilen geordneten Zustands-Datei. Diese enthält als Kenngrösse die jeweilige Rest-Lebensdauer unter den aktuellen Betriebsbedingungen. Sie dient gleichzeitig der Störungsdiagnose für unvorhergesehene Ereignisse, indem für jeden Bauteil der Diagnose-Status «in Ordnung/fraglich/verdächtig/defekt» gespeichert ist.

Einerseits wird diese Datei aufdatiert durch ein Berechnungsmodul, das aufgrund fest vorgegebener Beanspruchungsfunktionen die jeweilige Rest-Lebensdauer berechnet.

Anderseits steht das Expertensystem für die Störungsdiagnose im Dialog mit dieser Datei, sobald eine Störung eintritt. Der Vorteil dieser Kombination liegt darin, dass die Diagnose auf die aktuelle Rest-Lebensdauer als Indiz zugreifen kann und somit eine bessere Erfolgswahrscheinlichkeit und ein rascherer Diagnoseablauf erwartet werden kann.

An dritter Stelle steht diese Datei einem Expertensystem für die Instandhaltung zur Verfügung. Dieses zweite Expertensystem verfolgt laufend den Bauteil-Zustand und gibt dem Bediener Hinweise für die kommenden Instandhaltungs-Arbeiten. Während dieser Arbeiten selbst übernimmt dieses Expertensystem die Bedienerunterstützung im Sinne einer elektronischen Wartungsanleitung. Zu diesem Zweck steht ihm die Datei «Reparatur-Unterstützung» zur Verfügung. Die Verbindung dieser Datei mit einer Schnittstelle zum Ersatzteil-Bestellwesen ergibt sich dann als logische Konsequenz. Diese Unterstützung des Expertensystems «Instand-haltung» mit einer Datei für die Ersatzteil-Verfügbarkeit und den Zeitvorgaben für Serviceleistungen ermöglicht erst eine vernünftige Vorausdisposition von Personal und Material.

Theoretisch wäre es möglich, die Beanspruchungsfunktion aufgrund der laufend angesammelten Betriebserfahrung automatisch anzupassen. Diesem Konzept steht aber entgegen, dass die Beanspruchungsfunktion nur mit grosser Umsicht und unter Berücksichtigung sämtlicher betrieblicher Umstände geändert werden darf. So dürfen beispielsweise vereinzelte fehlerhaft eingebaute Wälzlager nicht zu einem vorzeitigen Austausch aller Lager führen: ein solcher Fehler muss gezielt auf das einzelne Lager eruiert und behoben werden. Die Statistik der Eingriffe (Datei «Hinweise»), nachgeführt durch den Bediener, gibt hier unmittelbar die nötige Information.

Die zustandsabhängige Wartung

1. Zustand der Maschine, aktuell/gefordert

Der Zustand einer Maschine ist bestimmt durch den Zustand vieler einzelner Bauteile. Er lässt sich deshalb nur durch indirekte Merkmale auf effiziente Weise erfassen. Zu diesen Merkmalen gehören zum Beispiel:

- Unvorhergesehene Stillstände/Fadenbrüche/Bandbrüche/Alarme (durch Maschinensteuerung erfasst)

- Qualitätswerte am Ausgang der betreffenden Prozesstufe, beispielsweise die Anzahl der Schnitte des Garnreinigers (von der Q-Sensorik erfasst)

- Verlauf des Nutzeffektes für die gesamte Maschine (von der Maschinensteuerung oder dem Prozess-leitsystem errechnet)

- Abgang-Anteil mit Bezug auf die Materialqualität am Eingang (siehe zum Beispiel WO 92/00409)

- Bedienungsaufwand (schwierig, weil nur indirekt zu erfassen)

- Energieverbrauch

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- Druckabfall (Überwachungskriterium für Filter, Gebläse und Leitungen)

- Staubgehalt der Umgebungsluft

- Temperatur kritischer Maschinenteile

- Mechanische Schwingungen in Form von Vibration und Geräusch

- Stellgrössen von Regelkreisen, beispielsweise Langzeitregulierung des Bandquerschnittes (empfindlicher Indikator für das Abwandern wichtiger Eigenschaften: (siehe zum Beispiel WO 92/00409.

Problematisch ist nun, dass diese wenigen aber aussagekräftigen Grössen nur in Verbindung mit einer bestimmten Produktionsaufgabe, das heisst Betriebsparametern ausgewertet werden können. Einzelne Grössen gehören sogar zum Spinnplan. Folgerung: die Zielwerte und Toleranzen für diese Grössen sollten jeweils auf eine bestimmte Produktionsaufgabe (Spinnplan, «Rezeptur», Prozess-Spezifikati-on) bezogen in einer Datenbank abgelegt werden. Sie können durch Extrapolation aus ähnlichen Produktionsaufgaben gewonnen und mit zunehmender Betriebserfahrung verbessert werden. Dieses Hochzüchten der eigenen Standards über längere Zeit hinweg ist eine wichtige Aufgabe der Betriebsleitung, die vom Prozessleitsystem zu unterstützen ist.

Parallel zu diesem Zustand der Maschine verläuft der Zustand der einzelnen Bauteile. Dieser ist gekennzeichnet durch die Spuren des Gebrauchs: Verschmutzung, Alterung, Materialermüdung, Korrosion, Verschleiss, gewaltsame Deformation. Die Beurteilung des Zustandes erfordert eine durch Erfahrung geprägte Diagnosetechnik, die sich nicht durch Sensoren und Rechner automatisieren lässt. Entscheidend ist nun, dass diese Qualität von Maschinenzustand und Bauteilzustand im Prozessleitsystem berücksichtigt wird.

2. Zustandsprognose

Aktueller Zustand der kritischen Bauteile

In der klassischen Lehre wird dem Bauteil ein bestimmter Verschleisszustand zugeschrieben. Ausgehend vom Neuzustand wird ein Zeit- oder Beanspruchungs-abhängiger Verlauf angenommen. Hieraus ergibt sich eine Prognose, und verbunden mit einem bestimmten Endzustand auch der Zeitpunkt für den Austausch bzw. den Wartungseinsatz. (Schema: «Neuzustand nach letztem Eingriff-Beanspruchungsfunktion - künftiger Gebrauchszustand») für die Beanspruchungsfunktion sind die Zeit, die Betriebsdauer und das Produktionsvolumen als Parameter bekannt.

Zusammenhang Zustandsanspruch-Zukunftsprognose

In der betrieblichen Praxis wird der Zustand der Maschinen nicht aufgrund der einzelnen Bauteile sondern über das Betriebsverhalten der Maschine beurteilt (s. Abschnitt 1). Die Disposition der Wartung folgt deshalb dem folgenden Ablauf:

- Beurteilung des aktuellen Zustandes der Maschine aufgrund von Produktion, Qualität und Betriebsverhalten.

- Hieraus Bestimmung des Zustandes einzelner Bauteile durch das Expertenwissen des Benützers und gegebenenfalls spezifische Diagnose.

- Extrapolation des Betriebszustandes aufgrund der Betriebserfahrung, immer mit Rücksicht auf die Merkmale Produktion, Qualität und Betriebsverhalten.

- Disposition der Wartung «so gut wie nötig», das heisst eigentlich zustandsbezogen statt zeitbezogen.

Von diesem Vorgehen wird nur abgewichen, wo sich der Zustand nur schwierig ermitteln lässt und Langzeitschäden durch vorbeugendes Verhalten vermieden werden müssen: Ölwechsel in Spindeln (in Ermangelung einer Ölanalyse), Nachschmieren von Wälzlagern (Wartung billiger als Kontrolle).

Zum Nachvollziehen dieser Schritte ist das Prozessleitsystem das geeignete Instrument. Es verfügt über die Rechenkapazität für das Zuordnen des Zustandes wichtiger Bauteile zum Verhalten der Maschine. Weiter lässt sich darin eine Datenbank einrichten, welche den aktuellen Zustand und dessen Zukunftstrend für alle wichtigen Bauteile speichert.

Ein wichtiger Aspekt davon ist das Rechenverfahren für die Beanspruchung. Hier sind bisher lediglich Modelle bekannt, die linear von Zeit, Betriebsdauer oder Produktion abhängen. Tatsächlich ist die Beanspruchung stark nichtlinear und von Bauteil zu Bauteil äusserst unterschiedlich. Als Effekte kommen vor:

- Anzahl Startvorgänge: hohe Beanspruchung von einzelnen Teilen.

- Verschmutzung: stark nichtlinear abhängig von der Technologie (Spinnplan), weitgehend linear abhängig von der Produktion (Einsatzdauer). Beispiel: Lager der Streckwerkzylinder.

- Mechanischer Verschleiss von Lagerstellen: in der Regel nicht linear abhängig von der Anzahl Aktionen. Beispiel: Kopstransportband.

- Verschleiss von Technologieteilen: weitgehend linear abhängig von der Produktion. Beispiel: Kardengarnitur.

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- Gewaltsame Beschädigung: Zufallsunterworden. Beispiel: Schlägergarnitur in einer Putzereimaschine.

Hieraus ergibt sich als Konzept eine Tabelle / Datei auf Stufe Prozessleitrechner mit den wichtigsten Verschleissteilen. deren Verschleisscharakteristik / Beanspruchunasfunktion und dem jeweiligen hochgerechneten Zustand. Durch gezielte Kontrollen (Teil der Wartung) bei kritischen Bauteilen wird der aktuelle Zustand aufdatiert.

«Maschinenzustand»

Der Zustand eines Bauteiles soll idealerweise im Rahmen des «Zustandes der Maschine» beurteilt werden. Um dies zu ermöglichen ist es notwendig, Beurteilungskriterien für den «Maschinenzustand» aufzustellen. Dies muss anhand der von der Sensorik zur Verfügung gestellten Informationen geschehen.

Dazu wird vorzugsweise eine «Footprint-Datei» erstellt, die zum Beispiel die folgende Form aufweisen könnte:

Merkmal

Zielwert

Grenzwert

I stwert

Abweichung

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8.

Beispiele solcher «Merkmale» sind die Störungshäufigkeit, Qualitätsmerkmale des Produktes, Vibrationspegel, Energieverbrauch usw.

Eine solche Datei wird vorzugsweise für jede einer Anzahl verschiedener «Betriebsbedingungen» festgehalten zum Beispiel für verschiedene Spinnrezepte, wenn die entsprechenden Maschinenzustände sich voneinander wesentlich unterscheiden lassen.

Eine solche «Footprint-Datei» kann zum Beispiel als Element der Datei 594 (Fig. 3 und Fig. 8) vorgesehen werden.

Für jedes Merkmal ist es natürlich die normale Praxis, einen Vergleich des Istwertes mit einem Grenzwert bzw. mit einem Zielwert durchzuführen und Abweichungen vom Zielwert festzustellen. Die Footprint-Datei ermöglicht auch ein solches Vorgehen, wobei beim Oberschreiten eines Grenzwertes bzw. beim Feststellen einer unzulässigen Abweichung ein Alarm ausgelöst bzw. abgestellt werden kann. Insoweit enthält die Footprint-Datei nichts weiteres als eine Zusammenstellung der überwachten Parameter mit ihren zutreffenden Grössen.

In Kombination mit einer geeigneten Auswertung ermöglicht die Footprint-Datei aber die erwünschte Beurteilung des «Maschinen-Zustandes». Dies kann zum Beispiel nach einem bekannten Verfahren (z.B. das Ausrechnen der Wurzel der Summe der Quadratwerte für ausgewählte Grössen, beispielsweise y = VxT^ + X2^ + X3^ xn)

zur Berücksichtigung einer Mehrzahl von Faktoren geschehen. Die wesentlichen Grössen können sowohl Istwerte wie auch Abweichungen umfassen. Die Resultate der Auswertung werden dann dem Analysenmodul 28 bzw. dem Diagnosemodul 26 zur Verfügung gestellt.

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Claims

Patentansprüche

1. Maschinenanlage mit einem Datenspeicher, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens einen wichtigen Teil einer Spinnereimaschine der Zustand dieses Teils als Daten in einer Datei festgehalten wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten zumindest intermittierend auf den neusten Stand gebracht werden.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten mittels eines Berechnungsprogramms erneuert werden, welches eine vorgegebene Beanspruchungsfunktion und die zutreffenden Betriebsbedingungen berücksichtigt.

4. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Inhalt der Zustandsdatei zu Analysen- bzw. Diagnoseprogrammen zugänglich ist, die zur Bedienungsunterstützung verwendet werden können.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysenprogramm zur Bedienungsunterstützung bei Instandhaltungsarbeiten vorgesehen ist.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysenprogramm den Zugang zu einer weiteren Datei hat, die Anleitungen für Instandhaltungsarbeiten enthält.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Analysenprogramm den Zugang zu einer Datei hat, die Angaben zur Verfügbarkeit von Ersatzteilen enthält.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Schnittstelle zur Kommunikation mit einem Ersatzteil Verwaltungssystem umfasst.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsdatei der mit ihr verbundene Beanspruchungsrechner sowie die mit ihr verbundene Diagnose - bzw. Analysemittel in einem tragbaren Computer vorgesehen sind.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsdatei und der Beanspruchungsrechner in der Maschinensteuerung vorgesehen, wobei die Diagnose- bzw. Analysemittel in der Maschinensteuerung oder in tragbaren Geräten vorgesehen werden können.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsdatei, der Beanspruchungsrechner sowie die Analyse- bzw. Diagnosemittel in einer maschinenübergeordneten Steuerung, zum Beispiel in einem Prozessleitrechner, integriert sind.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnose- bzw. das Analysemittel als Expertensystem ausgeführt ist.

13. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik der Maschine mit einer Auswertung verbunden ist, welche Signale an die Anlage weiterleitet.

14. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um eine Mehrfaktorenanalyse durchzuführen und dabei eine Grösse zu ermitteln, welche den Maschinenzustand darstellt.

15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenzustand zur Beurteilung der Bauteilzustände herangezogen wird.

16. Anlage nach Anspruch 15 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenzu-standsdatei den Analysen- bzw. Diagnosenprogrammen zugänglich sind.

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