CN1890673A - 用于操作工业设备的方法 - Google Patents

Abstract

用于操作工业设备的方法使用用于产生用于汽车工业的带钢的酸洗机组来处理。使用设备(1)执行的、与酸洗机组(1)耦合的串列式压榨机承受的初始条件。设备(1)接收人力资源、能量、媒体、原材料、半成品等形式的输入(2)，所述输入(2)被设备(1)转换为输出(3)。因为工厂是热轧钢厂，因此输出(3)是热轧带的形式。输入(2)的不同组件可以被分配到与实际设备相关的生产要素市场(4)。输出(3)的不同组件可以进一步被分配到与实际设备(1)相关的产品市场(5)。

Description

用于操作工业设备的方法

技术领域

本发明涉及一种用于操作工业设备的方法和工业过程，具体上涉及使用期长的工业生产设施的操作。在这种情况下，所述设施的操作特别地涉及所述设施的正在进行的维护和适当设定目标的现代化。

背景技术

使用期长(long-lived)的工业设备——如轧钢厂、造纸厂或玻璃制造厂——被建立来用于特殊目的。同时，与在计划和设立时的所述设备相关的、在销售、技术、方法和生产要素市场中流行的条件，与相关的风险一起考虑，并且也被投射到未来。

在所述种类的设备的服务寿命过程中，不仅在这些条件而且对于将所述设备集成到公司环境中都存在改变。因此，例如，作为客户要求或技术发展的结果，可以进一步开发要生产的产品，并且在所述产品的制造中使用的技术也可以如此。现有的技术经历磨损和某些其他的老化过程。在软件或IT系统的环境中，这被称为逐渐过时。由于这些情况，在所述设备的寿命过程中产生另外的企业风险。可以在例如下述方面表现这些风险：产品质量的下降、生产停工期、竞争者获得领先或也通过丢失商业机会。

公知的是，在工业设备的生命周期中，执行特定的时间间隔的例行维护、依赖于事件的主动维护或较长时间间隔的设备完全现代化。在一些工业部门中，例如在汽车工业中，也已经证明将设备的寿命打折扣和例如与每次产品创新同步地建立新的生产设施是经济上可行的。

例行维护和主动维护的缺点是：可以使用其在最佳的情况下恢复主要由设计确定的原始状态。不发生对于新条件、生产要素、产品、市场或公司策略的改进或适配。

虽然完全的现代化没有这个缺点，但是对其部分来说，它具有下述缺点：显著的生产停歇总是与其相关，并且必须启动具有不可低估的附加风险的在金融和技术上复杂的处理过程。

因为高投资量和与其相关的财政折旧期，不可能在所有的工业部门中以相同的方式来牺牲寿命。

发明内容

本发明基于下述技术问题：提供一种用于操作技术设备的方法，通过所述方法，结构改进措施可以在保留价值(value retention)增长方面以特别设定目标和有效的方式来有意地避免否则代表操作员来执行。同时，也可以通过计算机程序和使用计算机系统来实现所述方法。

另一个技术问题是在长期的基础上将所述设备的技术影响变量可靠地设置为它们的设定点值。

通过在独立权利要求中所述的特征来提供对于这个技术问题的解决方案。有益的发展通过在从属权利要求中所述的特征来再现，或者可以从结合附图的说明来得出。

本发明基于下述认识：可以通过在长期的基础上将技术影响变量可靠地设置为它们的设定点值来提高设备的保留价值。

在本说明书中，设备的保留价值被理解为一个变量，它不仅包括所述设备的替换值或当前市场值，而且非常基本地包括所述设备的经济实用性，作为在流行的经济和法律体制条件下在设备地点在当前和未来使用所述设备来产生收益的能力。由于所述的受益方面，所述保留价值也可以被解译为固定资本回报。所述保留价值可以以EBIT(在利税之前的收入)的形式来表达，并且一般依赖于许多因素，但是也包括大量的技术影响变量。哪些影响变量或测量变量对于确定在现实世界情况下的这种经济实用性、即对于实际设备或实际过程是重要的，依赖于设备的类型和其技术环境。在许多情况下，所述变量包括设备的报废率、其效率、其服务寿命、其可用性、转换到新的或不同的产品所需要的时间、其能量和水的消耗、维护步骤所需要的时间和许多其他的测量变量。经验显示可以通过大约100到200有效技术测量变量来在许多情况下捕获对于设备的经济实用性的技术影响。如果成功地识别了用于共同确定或至少基本上共同确定实际设备的保留价值的那些技术测量变量，则必须在下一个步骤指定要使用哪些测量方法来确定相应的测量变量。在多数情况下，用于要调查的类型的设备的测量方法是已知的和在工业内被建立，并且达到这样的程度：确定所述测量方法对于本领域内的技术人员不是问题。

在所述方法的此中间阶段的结果是用于确定要调查的设备的经济实用性的那组被识别的技术测量变量。换句话说，这组测量变量表示所述设备的技术相关的经济条件。

如果期望的话，也可以将所识别的测量变量组合为单个变量。在这种情况下，在基于模型的规程中记录了上述测量变量如何在技术上相关和它们如何影响保留价值。然后所述模型产生用于指定如何可以计算上述单个变量的计算规则。在缺少在这种情况下所需要的详细知识的情况下，也可能选择启发式方法和按照测量变量影响经济实用性的程度来加权所述测量变量。这种加权的因子可以随后被组合以形成单个变量。在所述变量的适当标准化中，这可以例如是在1和6之间的数量，并且在这个范围代替(to that extent standsin)所述设备的技术相关的经济条件的学校标记(school mark)的特性。

在识别了相关的测量变量和相关的测量方法后，通过使用指定的测量方法测量所识别的测量变量来记录实际设备的真实状态。

一旦要调查的实际设备的实际状态已经被确定，则指定基准。在此上下文中的基准是用于评估要调查的设备的先前确定的实际状态的标准。为了指定基准，优选的是，对于与要评估的设备相比较时类似的这些设备记录实际状态。

在多数情况下，存在例如来自同一制造商或来自竞争的制造商或甚至来自同一经营商或其他经营商的现有设备，它们类似于要调查的设备。如果是这种情况，则记录这样的设备的实际状态。对于类似设备的实际状态的评估，作为一般原则，选择相同组的测量变量。但是，由于实际的原因，经常不可能测量在类似的设备上的该组测量变量中的所有测量变量，例如因为不允许获取这样的设备。在这种情况下，比在要调查的设备的情况下有更少数量的来自类似设备的测量值。在这种情况下，可以仅仅在有限的程度上使用所述类似设备的测量变量来用于比较，并且必须由另外的设备和来源来支持基准。例如，类似于要调查的设备的在开发或建立阶段中的新的设备可以用于此目的。在这种情况下，也可以以如上所述的方式来确定实际状态。作为规则，只在新设备的制造商是个人地实践按照本发明的方法的制造商，这才可能。

设备特定的关键组件和/或设备相关的创新也可以被记录来用于指定基准。因此，存在其中某些安装组件在经济上有特殊意义的设备。其一个示例是一种用于更换辊的新方法，所述方法可以对打印机部分中的磨损辊提供相当快的辊更换。另一个示例是通过使用基于先前不可用的实时计算能力的新的基于模型的方法而调整产品的厚度的新手段(例如保护性涂敷)。同样有特别的经济意义的是，在实际应用中第一次提供的、允许转换到新产品以第一次全自动进行的可能。总之，所述种类的关键组件和设备相关的创新在不可低估的程度上影响所述设备的价值，因此在特定工业的基础上从现有设备开始系统地被记录，并且以用于设备的扩展程度的检查表的方式来用于基准。

类似地，可以在与要调查的设备相关的市场中逐渐建立影响设备的经济实用性并且也被并入基准中的技术创新。因此，例如，数字化带来的替代或另外的可能影响传统、即模拟录像机或电视机的生产设施的经济价值。这类似地适用于照像机的生产设施，因为数字照像机正在变得越来越重要。对于所述的情况，产品部分的数字化有相当大的经济重要性，而且特别是对于专用于生产这些产品类型的非数字产品的这样的设备而言。

为了设计基准，必须研究与设备相关的市场以及记录在这些市场中的改变。与所述设备相关的市场是生产要素市场和产品市场。同样重要的是如上所述的用于登记设备相关的创新和关键组件的设备的技术环境。

在按照本发明的方法的随后的步骤中，将实际设备的实际状态与指定的基准相比较，以确定其价值的改变将提高设备的保留价值的至少一个测量变量。因此在这个步骤中，相对于所述基准来测量要调查的设备的当前状态。通过这种手段，发现哪个测量变量可以在其价值上被实际地改进，结果是定性特性。如果例如考虑是否报废率的降低会对保留价值具有影响，那么有可能经由基准而首先建立类似的设备具有什么报废率。如果来自类似的设备的报废率较小，则在许多情况下应该可能以合理的成本来降低要调查的设备的报废率。如果实际设备的报废率比类似的设备更好，则作为规则，不需要对于这个测量变量采取行动，因为经验已经说明：在任何情况下都好到最佳的测量变量的进一步改进与很高的开销相关联。总之，相对于基准来测量设备的状态，使得能够对于哪些测量变量改变可以以合理的成本来提高设备的经济实用性来得到定性的结论。

在相对于基准而测量了设备状态后，可选地有可能不仅进行所述类型的定性声明，而且以真实的方式量化在保留价值上的提高，并且将其例如以EBIT的形式表达。这是通过经济成本/收益计算而进行的，并且对于本领域内的技术人员是一般的。

一旦已经识别了其价值改变将提高设备的保留价值的测量变量，则随后确定需要对于所述设备进行哪个结构测量或哪些结构测量，以便在正向上改变所述测量变量，即以提高设备的保留价值的方式来改变它。并行地，保证也在详细考虑时可以在技术上执行在这个实际设备上的测量。

所述方法的所实现结果是由于技术影响变量的优化设置而提高了设备的保留价值。

与使用基准相关联的优点是在较大程度的客观基础上公开了设备的现有技术弱点，因此所述弱点不依赖于设备经营商的操作人员的主观评估。因此，更可靠和更客观地确定设备的弱点。

可以在下述事实中看到使用基准的另一个优点：可以使用基准来发现可以以在经济上合理的费用在资本、人力、材料和能量上改进哪些测量变量。作为与类似设备的比较结果，与设备的相应测量变量相关联的测量值是较好还是较差变得清楚。以这种方式，避免了下述情况：在技术同时财政开销特别高的点启动优化设备的处理。换句话说，使用这种方法，更容易可能以最小的努力和资源来实现设备的最大技术改进。

在一个优选实施例中，包含捕获测量变量到相对于基准的安装状态的测量的步骤、即按照权利要求1的步骤a)-d)，比随后的方法步骤非常频繁地被执行(至少3的因子)。以这种方式，设备经营商总是具有最新的基准，在任何给定时间了解与类似设备的状态相关的当前设备状态，并且不冒相对于过时尺度而测量要调查的设备的风险。也可以独立地和很大程度上与在设备的状态记录处理无关地执行用于指定基准所需要的许多步骤。但是，要推荐上述的修正频率以保证信息是最新的。

一种特别节省人工的规程是使用软件支持来执行实际状态的记录，也可能是实际状态与基准的比较。在实际状态的记录期间，用户将通过选择列表来指定要对其确定实际状态的设备的类型。所述程序然后向用户提示与用户的设备的测量变量相关的测量值。这是可能的，因为使用相同的测量变量来评估彼此类似的设备，并且对于所述程序存储与类似的设备相关的测量变量。可选地，假定基准被存储在所述程序中，所述程序然后也可以进行实际状态与基准的比较。在这种情况下，也可能上述的软件集成到所述设备中，并且有可能与用于运行设备所需要的软件(例如用于CNC机器的逻辑)链接。同时，可以因此至少部分自动地并且近乎实时地执行相关的测量变量的测量值的记录。然后可以通过设备的服务提供商或经营商以规则间隔来向系统中导入更新的基准。

也可以(像所述整体方法本身那样)由外部服务提供商来执行实际状态的记录——有可能包括实际状态与基准的比较，并且在这种情况下，所述实际状态的记录比通过设备经营商的人员所执行的在更大程度上客观。通常，所述处理然后也特别快地完成，并且因为外部专业人员的专门知识，也以提高的方法可靠性而完成所述处理。

也可能使用软件支持来记录实际状态，并且通过上述的外部服务提供商来执行与基准的比较。

在适合于改进的设备的技术测量变量的识别后，按照本发明的所述方法也包括识别与设备相关的结构测量，据此，在提高设备的保留价值的同时将改变至少一个测量变量的值。这种方法步骤需要平均的工程知识，并且在当前的环境中不需要进一步说明。

在识别了所述结构测量后，有可能在数量上确定设备的经济实用性将提高多少。同时，也可以将与所述结构测量相关联的在财政和技术上的费用与设备的完全现代化的成本相比较。如果通过服务提供商来执行按照本发明的方法，则可以与所述提供商达成合同协议：所述服务提供商将共享不仅与所述转换相关联的风险，而且可能不能实现期望的保留价值的风险。

如果当生产设施的实际状态至少与其设定点状态一样好时执行结构测量，则获得按照本发明的所述方法的另一个优点。在图3a和3b中示出了更详细地对此解释的尝试。在这些附图中，相对于时间来绘制变量“P”。连续直线示出了这个变量的设定点进展情况，而摇摆曲线示出了实际状态。

变量“P”代表设备的抽象性能，所述性能通常与被绑定到设备的资本回报同义。设定点曲线指示在设备中投入的资本的回报的哪个技术相关可能在一给定时间适用。这个值通常是正的，因为否则设备的操作将是不经济的。以理想的形式来表示设定点曲线的连续进展。通常，设定点值也依赖于非技术变量，但是这些在本说明书的上下文中无关。因此，如果实际曲线位于设定点曲线之下，则所述技术可能未被利用，结果是不必要的相对损耗，所述相对损耗在最差的情况下可导致设备发生绝对的损耗。借助于本发明，通过及时的反应保证相对损耗的时段尽可能短，并且实际曲线与设定点曲线的偏移尽可能小。同时，保证根据所改变的初始技术条件来在数值上调整设定点值本身。

但是，因为以提高设备的保留价值的方式来设置测量变量，因此“P”也代表每个测量变量，所述每个测量变量在上述的说明方面对于设备的经济实用性具有影响。换句话说，在设定点曲线下的实际曲线进展是其中测量变量(例如每周维护所需要的时间)比设定点差的进展。

如果现在以所提出的及时的方式来执行所述结构测量，则避免了测量变量落在其设定点值下的阶段。在图3b中示出了这个结果。因此以这种方式，有可能可靠地和长期地将设备的测量变量设置到它们的设定点值。

可以通过计算机系统来至少分成几部分来实施上述方法。这种系统首先包括用于识别用于共同确定实际设备的保留价值的那些技术测量变量的部件。这些部件可以是微处理器，它采用在工作存储器中和/或在硬盘存储器上的数据，以便执行所述识别。所述系统也拥有用于输入与所识别的测量变量相关的测量值的部件，如键盘或者串行或并行接口或者USB端口。所述系统还拥有用于将被研究的设备的实际状态与在系统中存储的基准相比较的部件，用于确定其值的改变将提高设备的保留价值的至少一个测量变量。所述比较部件也可以是与工作存储器和/或硬盘存储介质组合的微处理器。

可选地，所述系统还具有使得结构测量能够改善要识别的设备的部件，通过所述测量，在提高设备的保留价值的同时将改变至少一个测量变量的值；所述系统可能也具有评估部件，如微处理器的浮点单元，通过使用它，作为结构测量的结果，可以量化地确定设备的保留价值将提高多少。

可以通过计算机系统来至少分成几部分来实施按照本发明的方法。这个程序执行下列步骤：

a)它识别共同确定实际设备的保留价值的那些技术测量变量，

b)它向用户提示与所识别的测量变量相关的测量值，用户例如经由键盘来输入所述值，

c)它将设备的实际状态与对于所述程序存储的基准相比较，并且确定其值的改变将提高设备的保留价值的至少一个测量变量。

如果期望的话，则所述程序识别这样的结构测量以改善设备，通过它，在将提高所述设备的保留价值的同时将改变所述至少一个测量变量的值，并且作为结构测量的结果，量化地建立所述设备的保留价值将提高多少(以EUR或另一种货币为单位)。

所述程序可以被存储在计算机存储器中的诸如CD或DVD之类的数据介质上，或者可以通过电载波信号而被从计算机到计算机传送。最后所述的选项可以例如在诸如LAN或WLAN的网络中或经由因特网来使用。

附图说明

下面将结合附图参见示例实施例来更详细地说明本发明，附图中：

图1示出了热轧钢厂经受的初始条件，

图2以流程图的形式示出了如何执行所述方法，

图3a和3b示出了与现有技术相比较达到哪个结果，

图4示出了用于实现本发明的计算机系统。

附件1：所述示例实施例的测量变量

具体实施方式

所述方法的实际实现在以与酸洗机组(pickling line)耦合的串列式压榨机(mill)的形状的设备上处理，用于产生用于汽车工业的带钢。

图1示出了与酸洗机组1耦合的串列式压榨机或使用设备1执行的方法1’承受的初始条件。设备1接收人力资源、能量、媒体、原材料、半成品等的形式的输入2，所述输入被设备1转换为输出3。因为工厂是热轧钢厂，因此输出3是热轧带(hot-rolled strip)的形式。输入2的不同组件可以被分配到与实际设备相关的生产要素市场4。输出3的不同组件可以进一步被分配到与实际设备1相关的产品市场5。

除了由设备1执行的方法之外，还可以在市场上例如从竞争者获得其总体形成方法市场6的竞争方法。相对于器件1，有与其竞争的在设备市场7中的技术上类似的系统以及在组件级的与设备相关的关键组件8。

图2以流程图的形式示出了在按照本发明的方法中应用的步骤。附加到符号的字母a)到f)在此方面对应于权利要求1的方法步骤a)到f)。

在步骤a)中识别在附件1中所述的测量变量。因为一个测量变量是OEE，因此总体上的测量变量的总数很小，具体上小于在说明书中引用的数量100到200。在步骤b)中测量这些变量。

现在，按照步骤c)，正在设计一种基准用于来自不同来源的方法，所述基准在完成时将允许执行步骤d)、e)和f)。按照上面已经说明的图3a和图3b的模型计算示出了当执行所述方法时最后期望什么结果。

图4示出了按照本发明的计算机系统，包括计算机10，其输出通过图形卡11而被显示在监视器12上。计算机10具有中央微处理器13，它经由系统总线14而链接到系统存储器15。系统存储器15包括ROM(只读存储器)16、BIOS(基本输入/输出系统)17和RAM(随机存取存储器)18形式的工作存储器。计算机10还具有硬盘19、软盘驱动器20、DVD驱动器21。硬盘19、软盘驱动器20和DVD驱动器21经由各自的接口19’、20’和21’而连接到系统总线14。

操作系统22、按照本发明的计算机程序23、数据24和基准25被存储在硬盘19上。当调用程序23时，它被装入工作存储器18中，其中，它具有：第一模块26，用于识别用于共同确定实际设备的保留价值的那些技术测量变量；第二模块27，用于查询与所识别的测量变量相关的测量值；第三模块28，用于将设备的实际状态与基准25相比较，以便确定至少一个测量变量，其值的改变将提高设备的保留价值。另外的程序模块29也可以被存储在RAM中，诸如用于识别结构测量的模块或用于计算可以通过结构修改测量而在数量上将设备的保留价值提高多少(以EUR或另一种货币为单位)的评估模块。

在程序23的执行期间，通过系统10来查询测量值。所述值可以由用户经由键盘30与来自计算机鼠标31的支持而键入，由此，数据经由串行接口32和系统总线14而达到工作存储器15。

作为对此的替代方式，可以由服务器33提供数据。如果计算机10是LAN的一部分，则数据经由网卡34到达系统总线14。如果计算机10是WAN的一部分，则经由调制解调器或路由器35，并且经由串行接口32向系统总线14传送数据。

附件1：测量变量

a)OEE(总体设备效率)。在这种情况下，OEE包括：由于所制造的产品的质量不足而导致的损耗(作为所制造的产品的数量的百分比)；计划的或未计划的设备停工期(作为每周的工作时间的百分比)；由于设备的降低的速度而导致的损耗(作为否则可能将以最大速度制造的百分比)；以及其他损耗

b)热轧带的消耗

c)酸洗剂的消耗

d)电和其他能量的消耗

e)辊的消耗

f)所制造的钢每吨所需要的人-小时数

g)由设备的经营商自己的雇员因维护所需要的人-小时数

h)由外部人员维护和修理所需要的人-小时数

i)特定的备件周转

j)所安装的设备的状态(经由评估矩阵而确定)

k)保持设备工作所需要的维护开销

l)信息技术配置水平

Claims (18)

1.一种用于操作工业设备、特别是生产设施的方法，包括下列步骤：

a)识别用于共同确定实际设备(1)的保留价值的那些技术测量变量，

b)通过测量所识别的测量变量来记录这个设备(1)的实际状态，

c)指定基准(25)，

d)将实际设备(1)的实际状态与指定的基准相比较，以便确定至少一个测量变量，其值的改变将提高设备的保留价值，

e)识别结构测量以改善设备(1)，通过它在提高所述设备的保留价值的同时将改变来自步骤e)的至少一个测量变量的值，

f)执行所述结构测量。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，为了指定基准，在与要评估的设备相比较类似的设备上记录实际状态。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于，类似的设备是现有的设备或当前在建立阶段中的设备。

4.按照权利要求2的方法，其特征在于，为了指定基准，系统地记录设备特定关键组件(8)和/或设备相关创新。

5.按照权利要求1的方法，其特征在于，为了指定基准，记录在下述内容中的实际状态和重要技术趋势：

-在与设备相关的生产要素市场(4)中，

-在与设备相关的产品市场(5)中，

-在设备的技术环境中。

6.按照权利要求1的方法，其特征在于，通过外部服务提供商来执行步骤a)到f)的至少一个。

7.按照权利要求1的方法，其特征在于，借助于软件而至少部分地确定按照步骤a)、b)和d)的设备的实际状态。

8.按照权利要求1的方法，其特征在于，比步骤e)和f)非常频繁地执行步骤a)到d)。

9.按照权利要求1的方法，其特征在于，在已经识别了结构测量后，作为所述测量的结果，在数量上确定设备的保留价值将提高多少。

10.按照权利要求1的方法，其特征在于，当设备的实际状态至少与其设定点状态一样好时执行结构测量。

11.一种用于操作工业设备的系统，

a)具有用于识别用以共同确定实际设备(1)的保留价值的那些技术测量变量的部件(26，13，15)，

b)具有用于输入与所识别的测量变量相关的测量值的部件(30，35，32，34)，

c)具有用于将设备(1)的实际状态与基准(25)相比较以确定至少一个测量变量的部件(26，13，15)，所述至少一个测量变量的值的改变将提高所述设备的保留价值。

12.按照权利要求11的系统，其特征在于，提供第二识别部件(29，13)，通过它，可以识别用于改善设备的结构测量，由此，当提高所述设备的保留价值的同时将改变所述至少一个测量变量的值。

13.按照权利要求12的系统，其特征在于，提供评估部件(29，13)，通过它，作为结构测量的结果，可以在数量上确定设备的保留价值将提高多少。

14.一种用于操作工业设备、特别是生产设施的计算机程序，包括下列步骤：

a)识别用于共同确定实际设备(1)的保留价值的那些技术测量变量，

b)查询与所识别的测量变量相关的测量值，

c)将设备(1)的实际状态与基准(25)相比较，以便确定至少一个测量变量，其值的改变将提高设备的保留价值。

15.按照权利要求14的计算机程序，其特征在于，识别用于改善设备的结构测量，通过它，在提高设备的保留价值的同时将改变至少一个测量变量的值。

16.按照权利要求15的计算机程序，其特征在于，作为所述结构测量的结果，在数量上建立设备的保留价值将提高多少。

17.一种计算机程序产品，它可以被直接地装入数字计算机的内部存储器中，并且包括软件代码部分，通过它，当所述产品运行在计算机上时执行按照权利要求14-16之一的各步骤。

18.按照权利要求17的计算机程序产品，被实现在数据介质上，被存储在计算机存储器(18，19)中，或通过电载波信号而被传送。

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