CN117441139A - 生产设备和用于操作生产机器的方法 - Google Patents
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Abstract
操作具有至少两种不同的待机状态的生产机器(1)。在每种待机状态下，根据状态出现引入流(ES)和排出流(AS)，包括能量流(EN)和材料流(ST)。每种待机状态具有相关联的基本等级(BB1、BB2)，该基本等级取决于机器(1)从相应的待机状态转换至生产状态时所经过的时间段。基本等级(BB1、BB2)越高，所述时间段越短。
Description
技术领域
本发明涉及用于操作生产机器的方法，其中，生产机器除了其生产状态之外，还可以呈现至少一种通常被称为待机状态的非生产状态，并且存在进入生产机器的引入流和离开生产机器的排出流两者，引入流和排出流中的每一者是连续的或不连续的。本发明还涉及包括至少一个生产机器的生产设备。
背景技术
CN 111950767 A公开了一种涉及能效并访问数据库的分析系统。该分析系统尤其处理、操作和维护数据。此处旨在进行实时数据获取。能效分析的结果可以示出在显示屏上，并且应当作为供操作和维护人员进行决策的依据。
DE 10 2013 111 497 A1公开了一种衣物处理装置，该衣物处理装置指示能效并且旨在使用户能够实时检查能效。DE 10 2013 111 497 A1中描述的衣物处理装置尤其包括热泵。
EP 1 886 199 B1描述了一种用于生产机器、特别是机床的评估装置的操作方法。作为该操作方法的一部分，传感器在产品的生产期间捕获生产机器的实际状态。然后，将捕获的状态与预先限定的状态组合进行比较，由此确定满足要求的状态组合。随后可以进行进一步的评估。状态的记录时间在此处是尤其重要的。最终的目的是获得关于生产机器的统计信息。
EP 2 522 202 B1公开了一种具有操作状态警示灯装置的生产机器。在这种情况下，生产机器也可以是机床。操作状态警示灯装置适于在视觉上显示多种不同的操作状态，其可以具有至少1平方米大小的警示灯表面。
在DE 10 2018 101 754 A1中描述的一种用于操作生产机器的方法设想的是，在第一步骤中，通过传感器来捕获生产机器的生产进度和机器状态。在进一步的步骤中，创建数据集，由此除其他以外，进行关于生产进度、订单量和可用生产能力的评估。
DE 10 2012 206 082 A1提出了一种用于评估设备的状态和用于启动措施的方法。作为该方法的一部分，在预先限定的持续时间的参照周期内记录能量和/或介质数据以确定参考值。在该方法的后续步骤中，在比较周期内记录数据，该比较周期的持续时间可以对应于参考周期的持续时间。如果在比较周期中记录的值与参考周期的相关值偏差太大，则可以启动预先限定的措施。
DE 10 2009 008 033 B3涉及向与能量相关的对象供应不同类型的能量。DE 102009 008 033 B3详细提及了热空气、冷空气、压缩空气以及电。对每种类型的能量的需求是可以分配的最大能量/功率的一定比例，并且应当使用神经网络来确定。此处，对象被视为神经元，神经元设置有适于生命周期的各个阶段的接口。
发明内容
本发明的目的是指定一种用于操作生产机器的节省资源的方法，该方法相对于现有技术取得了进一步的发展，在该方法的背景下，在机器的不同状态之间进行切换，其中，必须在最广泛的意义上考虑进入机器的材料流和非材料流以及从机器离开的流两者。
根据本发明，该目的通过根据权利要求1的用于操作生产机器的方法来实现。该方法可以在具有至少两种不同的待机状态的生产机器中实现。每种待机状态均可以与机器的生产状态区分开来。在生产状态和每个待机状态下，根据状态出现引入流和排出流，包括能量流和材料流。
每种可能的待机状态与基本等级相关联，该基本等级取决于机器从待机状态转换至生产状态时所经过的时间段。所指定的时间段越短、即可以实现从待机状态恢复至生产状态的速度越快，则基本等级越高。此外，在个别情况下，其他因素也可能影响基本等级。
针对不同的待机状态，为每个流、无论是材料流还是非材料流分配关键指标，其中，相关流与生产状态中出现的对应流具有的相似度越大，关键指标越高。每个关键指标均与所谓的未来因子相关联，该未来因子在对应流的加权恒定的情况下设置为一，但是也可以设想为高于或低于一的值，以预测未来偏离的、更高或更低的加权。在简单的方法变型中，关键指标由生产机器的用户来分配。在更复杂的变型中，可以基于数据库中存储的信息来设置关键指标的自动生成，这允许得出关于可能的未来发展的结论。
对于输入侧和输出侧上的每个待机状态，将用未来因子加权的关键指标增加至输入侧和输出侧上的加权关键指标。由此形成特定状态的总体等级因子。因此，通过从相关待机状态的基本等级中减去时间与总体等级因子的乘积来对各个待机状态的时间相关的状态等级进行计算。
下一步骤是自动确定第一待机状态的状态等级与第二待机状态的状态等级相对应的时间。该确定的时间也自动地与例如由操作人员输入的预期持续时间进行比较，在该持续时间内，生产机器将脱离生产状态。最后，如果机器以非生产的方式使用的预期持续时间比所确定的时间长，则输出用于切换至待机状态的信号：该待机状态与包括在计算中的至少一个其他待机状态相比具有较低的总体等级因子。机状态相比具有较低的总等级因子(BB2)。
根据权利要求9，能够根据本方法操作的生产机器可以集成到的更广泛的生产设备中。
待机状态中的一种待机状态可以限定为€CO模式。与其他可能的非生产操作状态相比，€CO模式位于两个极端之间：第一极端是生产机器的完全、即时的操作准备就绪状态；第二极端是生产机器的完全关闭状态。在任何情况下，至少在要相互比较的待机状态中的一种待机状态中，存在流入生产机器中或离开生产机器的某种类型的流。机器恢复生产操作的准备程度越高，通常伴随着更高的消耗和/或排放。相反地，在待机状态下关闭或节流通常意味着完全重新启动生产机器需要更长的时间。
所提出的操作方法不仅权衡了各种竞争目标：即一方面是最自发的、随时的操作准备并且另一方面是最大可能地关闭生产状态之外的流，而且在权衡过程中考虑到了可预见或可估计的未来发展。这意味着，在需要对机器的操作状态做出决定的当前时间点，可以对标准赋予特别高的加权，该标准的重要性在未来仅增加。
由所提出的操作方法自动确定要切换到的待机状态。其他步骤可以自动触发或由生产机器的操作人员触发。在任何情况下，除了具有直接时间相关性的影响、例如电能的消耗之外，非线性时间相关性影响也可以包括在状态等级中。例如，这可能包括不能被理解为时间的函数的风险，并且这些风险可能与材料流或能量流的停止相关联。同样地，借助于这种定性等级，对连结至生产机器的至少一个其他设备的相关性可以以一般化的方式包括在状态等级中。
该操作方法特别地构造为对多于两种可能的待机状态彼此进行比较，其中，在生产机器已经恢复生产操作之后，在切换到所选择的待机状态的所基于的预测与受该切换影响的实际量之间进行比较。
基于对多于两种可能的待机状态的比较，可以存储多个实际场景，包括切换到待机状态和恢复生产操作，并且可以通过人工智能手段对多个实际场景进行评估，以进一步开发待机状态和切换期间所使用的算法。各种场景的评估除其他以外可选地包括生产机器的状态改变的时间或预期切换的时间。
无论进行什么评估，切换至可能的待机状态中的一种待机状态可以触发阻塞时间，在该阻塞时间期间，在相反方向上的切换被阻塞。
配置为执行根据本申请的操作方法的生产机器可以执行任何生产步骤。例如，它可以是用于加工金属工件的机器，例如通过用限定的或未限定的切削刃进行加工。该机器还可以设置成用于工件的成形或初步成形——包括通过3D打印而成形。附加地或替代性地，组装步骤例如由生产机器执行。在所有情况下，生产机器可以是更综合的生产设备的一部分。
在生产机器的典型实施方式中，至少在可选择的待机状态中的一种待机状态下存在以下流：所述流包括位于输入侧上的电流和压缩空气流以及位于输出侧上的至少间接引起的气态流。其他可能的流包括例如冷却润滑剂的流和任何成分的废气流。噪声排放也构成了在本操作方法中可以发挥作用的流。
附图说明
在下文中，参照附图更详细地解释本发明的示例性实施方式。在附图中：
图1以框图示出了用于操作生产机器的方法的特征；
图2以图表示出了在生产机器的状态中随时间的推移可能发生的变化；
图3以流程图示出了用于操作生产机器的方法；
图4以符号化的表示示出了生产机器。
具体实施方式
在示例性实施方式中，总体上用附图标记1标记的生产机器是旨在用于磨削工件的机器，其中附加步骤、包括工件的处理可选地同样能够通过机器1来执行。机器1的壳体用2标记，并且旋转式机器元件、即在当前情况下的磨削轮用3标记。
输入侧流ES和输出侧流AS既出现在机器1的生产操作期间、即此处为磨削工件时，并且还出现在非生产阶段中。可以在能量流EN与材料流ST之间进行区分。输入侧上的管线4、5尤其用于向机器1供应液体和气体介质，特别是水、冷却润滑剂和压缩空气，其中，在后一种情况下，在能量供给与介质供给之间存在重叠。
一般地，输入侧能量流被称为ESEa、ESEb等，并且输入侧材料流被称为ESSa、ESSb等。输出侧能量流ASEa可以具有流回收的形式。特别地，CO2排放应当作为输出侧材料流ASSa被提及，但是这不一定必须意味着CO2由机器1直接排放。相反地，由机器1的操作间接引起的CO2排放也可以归因于机器1的操作。另一输出侧材料流ASSb尤其是废水流，该废水流可以通过输出侧管线7排出。由机器1排放的气态物质可以通过输出侧管线8排出。
图1中概述的表格式图表填写有机器1的包括待机状态的各种状态。此处，以某种方式作用于机器1或离开机器1的各个不一定连续的单独的流、即所有能量流EN和材料流ST都与关键指标相关联，该关键指标被解释为机器1在该状态中留下的足迹的尺寸。因此，对于每个输入侧流ESEa、ESEb、ESSa、ESSb和输出侧流ASEa、ASSa、ASSb存在输入侧关键指标EEK和输出侧关键指标EAK。
作为示例，水的流入和CO2的排放可以在图1中看出。对于资源消耗和资源排放，假定所谓的足迹的等级将在未来发生变化、即通常在几年到几十年的时间范围内变化。通过限定单个输入侧未来因子ZFE和输出侧未来因子ZFA来考虑这种情况。
在最简单的情况下、即如果期望等级保持相同，则将相应的因子ZFE、ZFA设置为一。如果假定资源消耗或资源排放的重要性日益增加，则将相关值ZFE、ZFA设置为大于一的量。理论上，在重要性减小的情况下，未来因子ZFE、ZFA低于一也是可能的。
在每种情况下，将各个关键指标EEK、EAK乘以相关联的单个未来因子ZFESa、ZFASa，其结果是针对每个流ESEa、ASEa等分别获得加权输入侧关键指标ZEEK和加权输出侧关键指标ZEAK。将加权关键指标ZEEK、ZEAK添加到所有输入流EN和输出流ST上。此外，存在其他标准SK，该标准以输入侧关键指标EKa和输出侧关键指标AKa的形式表达，并且特别地反映不连续的影响。这种影响特别地可以体现在：包括机器1或连结至机器1的设备综合体的可用性取决于机器1的选定待机状态。这种关系也以一般的数字方式被捕获，并且包括在输入侧关键指标SZEK和输出侧关键指标SZAK的总的加权中。根据这些关键指标SZEK、SZAK，最终通过相加形成总体等级因子GZK，其中，在未来因子ZFE、ZFA为一的情况下可以缩短计算过程。在任何情况下，机器1的每个待机状态均与单独的总体等级因子GZK相关联。
总体等级因子GZK指示机器1的状态等级变化的速度。这是基于与每个可选择的待机状态相关联的基本等级BB1、BB2。相关状态与机器1的生产操作越相似，基本等级BB1、BB2越高。例如，在当前情况下，“机器开启”状态的基本等级BB1设置为100，而也被称为€CO模式的待机状态的基本等级BB2设置为70。
取决于时间t的状态等级通过从基本等级BB1中减去相关联的总体等级因子GZK与时间t的乘积来自动计算，如图2所示。如果机器1保持在“开启”状态中，则假定基本等级BB1较高，然而，由于大量材料和能量流入以及不可避免地发生的排放，该基本等级快速下降。相反地，在€CO模式的情况下、即从等级BB2开始，最初存在较低的等级水平，但是随后的等级较平稳地下降。可以集成到机器1中的评估单元12确定在什么极限时间tG处从与基本等级BB1相关联的待机状态切换到€CO模式、即具有基本等级BB2的状态是有利的。实际上，时间tG例如为五分钟、十分钟或十五分钟或更长。
在机器1上，存在被称为€CO模式字段9的显示字段，其以纯文本显示€CO模式是否被激活。可选地，€CO模式字段9被集成到机器1的显示装置11中。显示装置11尤其可以用于显示可归因于€CO模式的操作时间以及总的操作时间数。还可以显示在当前状态下是否打算自动激活€CO模式。机器1的控制元件、包括开关和按钮被指定为10。显示装置11还可以以本身已知的方式实现控制元件的功能。为了能够特别快速且容易地识别€CO模式是否被激活，相应的字段9具有颜色编码。此处，例如，“绿色”意味着€CO模式被关闭并且机器处于“开启”状态中、即处于即时操作的状态中，该状态与基本等级BB1相关联。然而，如果€CO模式字段9以颜色“橙色”出现，则这意味着生产机器1处于€CO模式中。€CO模式字段9可以被设计为按钮，利用该按钮可以激活或停用€CO模式，只要满足必要的要求并且评估单元12没有执行自动切换即可。
为了解释包括处于€CO模式中的至少一个操作阶段的操作方法，下面参照根据图3的流程图。在第一步骤S1中，确定针对第一待机状态的基本等级BB1。在第二步骤S2中，针对第二待机状态、即在当前情况下针对€CO模式做出相应的确定。步骤S3表示针对第一待机状态确定总体等级因子GZK，步骤S4表示针对第二待机状态的相应等级因子的确定。在步骤S5中，以所描述的方式计算时间tG，该时间由匹配状态等级、即图2中示出的特性曲线的交点限定。
在步骤S6中，比较机器1的预期停机时间是大于还是小于所计算的极限时间tG。如果预期超过所计算的时间tG，则下一步骤S7检查是否满足改变待机状态的其他要求。特别地，要求是切换到€CO模式不会被操作人员阻止。如果满足必要的要求，则在步骤S8中改变待机状态、即激活€CO模式。根据所选定的设置，这也可以自动完成，在这种情况下，显示直到€CO模式被自动激活为止的时间。
如果期望重置到之前的状态，则步骤S9对期间必须维持€CO模式的所需等待时间是否已经到期进行检查。等待时间、也被称为€CO模式的保持时间将显示给操作人员。如果等待时间尚未到期，则在步骤S11中仅捕获由用户提出的相应改变请求，否则返回至查询、即步骤S9。如果取消€CO模式的所有要求均已满足，则在步骤S10中恢复机器1先前的状态，并且如与在步骤S6中确定预期没有超过时间tG的情况一样，在步骤S12中继续操作。
在步骤S13中，将在生产机器1的包括€CO模式的操作期间记录的数据书输至数据库DB，其中，数据传输也可以在任何其他时间发生。在步骤S14中从数据库DB传输数据。在接下来的步骤S15中，将在当前情况下获得的数据与已经到期并被评估的过程相关的存储信息进行比较。包括人工智能手段的该评估的结果可能是需要更改€CO模式的设置，这发生在步骤S16中。即使没有对€CO模式进行任何更改，数据在步骤S17中也将返回至数据库DB，这使得用于选择和进一步开发最佳待机状态的算法能够被连续优化。该方法的完成被称为步骤S18。
附图标记列表
1机器、设备
2壳体
3旋转式机器元件
4输入侧管线
5输入侧管线
6电线
7输出侧管线
8输出侧管线
9€CO模式
10控制元件
11显示装置
12评估单元
AKa 输出侧关键指标
AS 输出侧流
ASEa 输出侧能量流
ASSa 输出侧材料流
ASSb 输出侧材料流
BB1 基本等级
BB1 基本等级
DB 数据库
EAK 输出侧关键指标
EEK 输入侧关键指标
EKa 输入侧关键指标
EN 能量流
ES 输入侧流
ESEa 输入侧能量流
ESEb 输入侧能量流
ESSa 输入侧材料流
ESSb 输入侧材料流
GZK 总体等级因子
SK 其他标准
ST 材料流
SZEK 输入侧总的关键指标
SZAK 输出侧总的关键指标
S1…S18方法步骤
t 时间
tG 极限时间
ZFE 输入侧未来因子
ZFA 输出侧未来因子
ZFESa 输入侧单个未来因子
ZFASa 输出侧单个未来因子
ZEEK 输入侧加权关键指标
ZEAK 输出侧加权关键指标。
Claims (10)
1.一种用于操作生产机器(1)的方法，所述生产机器具有至少两种不同的待机状态，其中，在每种待机状态下，根据所述状态出现引入流(ES)和排出流(AS)、包括能量流(EN)和材料流(ST)，并且每种待机状态与基本等级(BB1、BB2)相关联，所述基本等级取决于所述机器(1)从相应的所述待机状态转换至生产状态时所经过的时间段，其中，所述基本等级(BB1，BB2)越高，所述时间段越短，并且其中
-针对不同的待机状态，为每个流(ES、AS)分配关键指标(EEK、EAK)，其中，所述关键指标(EEK、EAK)越高，相关流(ES、AS)与所述生产状态中出现的流具有的相似度越大，
-每个关键指标(EEK、EAK)与未来因子(ZFE、ZFA、ZFESa、ZFASa)相关联，并且所述未来因子在相应流的加权恒定的情况下设置为一，并且能够变得大于或小于一，以预测未来偏离的、更高或更低的加权，
-针对输入侧和输出侧上的每种待机状态，将用未来因子(ZFE、ZFA、ZFESa、ZFASa)加权的关键指标(ZEEK、ZESAK)增加至所述输入侧和输出侧上的加权关键指标(SZEK、SZAK)，并且由此形成特定状态的总体等级因子(GZK)，
-通过从相关待机状态的基本等级(BB1、BB2)中减去时间(t)和总等级因子(GZK)的乘积来对各个待机状态的时间相关的状态等级进行计算，
-确定第一待机状态的状态等级与第二待机状态的状态等级相对应的时间(tG)，
-将确定的时间(tG)与所述生产机器脱离所述生产状态的预期持续时间进行比较，
-如果所述预期持续时间比所确定的时间(tG)长，则输出用于切换至待机状态的信号，所述待机状态与包括在计算中的至少一个其他待机状态相比具有较低的总等级因子(BB2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生产机器通过所述信号自动设置为具有最低总等级因子(BB2)的待机状态。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在没有进行自动切换的情况下，用于切换至特定待机状态的所述信号以所述生产机器(1)的操作者能够识别的形式输出。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，所述状态等级包括呈关键指标(EKa、Aka)形式的非线性时间相关影响，所述关键指标包括对连结至所述生产机器(1)的至少一个其他设备的相关性。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，将多于两种可能的待机状态相互比较，其中，在所述生产机器(1)已经恢复生产操作之后，在切换至选定待机状态所依据的预测与受所述切换影响的实际量之间进行比较。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过人工智能手段存储并评估多个实际场景以进一步开发待机状态以及切换期间使用的算法，其中，所述多个实际场景包括所述机器(1)切换到待机状态和恢复生产操作。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述生产机器(1)的状态改变的时间被包括在不同场景的评估中。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的方法，其特征在于，切换至可能的待机状态中的一种待机状态触发阻塞时间，在所述阻塞时间期间，在相反方向上的切换被阻塞。
9.一种生产设备，所述生产设备包括构造为执行根据权利要求1所述的方法的至少一个生产机器(1)，其中，至少在可选择的待机状态中的一种待机状态中，在输入侧和输出侧上存在总共至少三个不同的流(ES、AS)，所述流包括材料流(ST)和能量流(EN)。
10.根据权利要求9所述的生产设备，其特征在于，存在流(ES、AS)，所述流在所述生产机器(1)的生产操作期间和至少一个待机状态两者中存在，所述流包括位于所述输入侧上的电流和压缩空气流以及位于所述输出侧上的至少间接引起的气态流。
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