DE10001731A1 - Verfahren zur Überwachung von Fertigungsanlagen - Google Patents

Verfahren zur Überwachung von Fertigungsanlagen

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DE10001731A1
DE10001731A1 DE10001731A DE10001731A DE10001731A1 DE 10001731 A1 DE10001731 A1 DE 10001731A1 DE 10001731 A DE10001731 A DE 10001731A DE 10001731 A DE10001731 A DE 10001731A DE 10001731 A1 DE10001731 A1 DE 10001731A1
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    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C3/00—Registering or indicating the condition or the working of machines or other apparatus, other than vehicles
    • G07C3/08—Registering or indicating the production of the machine either with or without registering working or idle time
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/4184—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by fault tolerance, reliability of production system
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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung von Fertigungsanlagen hinsichtlich ihrer Verfügbarkeit, insbesondere von solchen, die aus mehreren in einer Fertigungsstraße miteinander kombinierten Fertigungsmaschinen zusammengesetzt sind, die selbst und für sich computergestützt sind. Es wird über die Zeit eine begrenzte Anzahl von Daten schichtweise abgegriffen und verarbeitet. Hierfür wird auf einen Betriebskalender aufgesetzt, mit dem die Daten für die Zeiten für den leeren Einlauf in die Anlage und den vollen Auslauf schichtgenau erfasst werden. Die Anlagenzustände werden über 6 digitale Eingänge ermittelt, wobei die Zähler über 3 digitale Eingänge bei steigender Flanke gezählt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Ferti­ gungsanlagen, insbesondere solchen, die aus mehreren in einer Fertigungs­ strasse miteinander kombinierten Fertigungsmaschinen, zusammengesetzt sind die selbst und für sich computergestützt sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Überwachungssystem, mit dem die gesamte Fertigung eines Werkes oder eines Unternehmens auf einfache Weise unter Kotrolle gehal­ ten werden kann.
Es sind verschiedene Kontrollvorrichtungen bekannt, die auch zur Überwa­ chung von einzelnen Fertigungsmaschinen eingesetzt werden. So gibt es Einrichtungen, welche die Arbeitszeit und Leerlaufzeit einzelner Maschinen unter Verwendung von Zählmitteln registrieren oder anzeigen. Da hierbei Ar­ beitszeiten und Ruhezeiten erfasst werden, lässt sich auch eine Qualitäts­ kontrolle einzelner Fertigungsstufen verbinden.
Die vorliegende Aufgabe besteht jedoch darin, aus den digitalen Daten der einzelnen Stufen einer in einer aus mehren Stufen bestehenden Anlage, de­ ren Verfügbarkeit im Einzelnen und als Ganzes zu ermitteln. Die hierbei zu überwindende Schwierigkeit besteht darin, den Aufwand zu vermeiden, der zu groß wäre, wenn versucht werden sollte, alle verfügbaren Daten zu verar­ beiten. Ein solches Verfahren würde nicht nur einen erheblichen Hardware­ aufwand zur Folge haben, sondern auch den Ablauf des Verfahrens derartig verlangsamen, dass die Überwachung der Verfügbarkeit der Anlage hinter dem tatsächlichen Ablauf zeitlich zu sehr versetzt wäre.
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, dass die Anlagen­ verfügbarkeit im Verlauf der Zeit an Hand möglicht weniger Daten einer Fertigungsschicht ermittelt wird. Die Erfassung wird folglich schichtgenau durchgeführt. Da die Zeiten für einen leeren Einlauf in die Anlage und ei­ nen vollen Auslauf aus der Anlage die Anlagenlaufzeit verkürzen ist es wich­ tig, ob diese beiden Zustände in einer Pause oder in der produktiven Ar­ beitszeit einer Schicht aufgetreten sind. Vorteilhafterweise genügen nur we­ nige Schichtdaten, um diese Übersicht zu gewinnen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele des neuen Verfahrens und aus den folgenden Tabellen sowie aus den Ansprüchen. Ferner ist eine Zeichnung beigefügt, in der ein Blockschaltbild eines Einzelplatz Erfas­ sungssystem schematisch dargestellt ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung soll eine einfache und praktikable Lö­ sung darstellen, um Anlagen hinsichtlich ihrer Verfügbarkeit zu beurteilen. Die Anlagenverfügbarkeit wird anhand der Anlagenzustände im Verlauf der Zeit ermittelt.
Hierfür wird auf einen sogenannten Betriebskalender aufgesetzt, mit dem die wenigen notwendigen Daten schichtgenau erfasst werden. In diesem Sinne sind die Zeiten für den leeren Einlauf in die Anlage und der volle Auslauf notwendig oder wichtig und ob diese beiden Zustände in einer Pause oder in der produktiven Arbeitszeit aufgetreten sind.
Die Schichtdaten werden dargestellt als:
Tabelle 1
Schichtdefinition
Einzelanlagen, für die eine Erfassung durchgeführt werden soll, werden hie­ rarchisch in Gruppen zusammengefasst:
Tabelle 2
Anlagendefinition
Jede Anlage wird durch ihre Zustände, die als digitale Signale bereitstehen, beschrieben:
Tabelle 3
Aus diesen Zuständen werden weitere Zustände durch logische Verknüp­ fung gebildet:
Tabelle 4
Neben den Anlagenzuständen werden Stückzahlzähler geführt:
  • - Stückzahl gesamt produktiv
  • - Stückzahl Nacharbeit produktiv
  • - Stückzahl Ausschuss produktiv
Die Zähler werden durch digitale Impulse inkrementiert und zwar nur wenn die Anlage den Zustand (6) hat.
Ist die Anlage nicht im Zustand (6) und werden trotzdem Zählimpulse gemel­ det, so werden diese in einem separaten Zählertripel aufsummiert.
  • - Stückzahl gesamt nicht produktiv
  • - Stückzahl Nacharbeit nicht produktiv
  • - Stückzahl Ausschuss nicht produktiv
Bei Schichtbeginn werden alle Zähler auf 0 gesetzt.
Die Anlagenzustände werden hinsichtlich Zeitdauer je Schicht aufsummiert. Damit stehen die folgenden Zeitwerte je Schicht zur Verfügung:
Tabelle 5
Anlagen Schichtdaten
Die Zeiten werden nur dann aufsummiert, wenn der Betriebskalender für die entsprechende Anlage produktive Arbeitszeit meldet.
Aus den schicht- und anlagenbezogenen Kenngrößen werden folgende Auswertungen erstellt:
  • - Erfassungs-Verlauf
  • - Qualitätsverlauf
  • - Anlage blockiert (Einlauf, Auslauf, Rüsten, Störung)
Alle Auswertungen können über eine Anlage, über alle Anlagen einer Kos­ tenstelle oder über alle Anlagen eines Fertigungsbereiches durchgeführt werden. Die Werte werden nicht addiert, sondern nebeneinander dargestellt.
Weiterhin können die Auswertungen zeitlich zusammengefasst werden:
  • - Tagessummen über alle Schichten
  • - Wochensummen über alle Schichten
  • - Monatssummen über alle Schichten
  • - Wochensummen über alle Schichten einer Gruppe
  • - Monatsummen über alle Schichten einer Gruppe
Die Darstellung erfolgt grafisch und/oder tabellarisch je nach Eignung.
Auf die Auswertungen dürfen nur Benutzer zugreifen, die eine Berechtigung für die Anlagen zu einer Kostenstelle haben. Das heißt Benutzerrechte wer­ den kostenstellenbezogen vergeben.
Das System soll skalierbar sein, das heißt so gestaltet sein, dass sowohl ei­ ne einzelne Anlage auf einfachste Weise aufgezeichnet werden kann, als auch dass viele Anlagen eines Konzerns in einer gemeinsamen Datenbank gespeichert sind und Auswertungen von beliebigen im LAN befindlichen Rechnern aufgerufen werden können.
Im einzelnen gibt es einen hierarchischen Aufbau nach stets dem selben er­ finderischen Prinzip. Das einfachste Erfassungssystem besteht aus einfa­ chen Einzelplatzlösung (OEE-System: Stand alone) Hierbei werden die An­ lagenzustände über 6 digitale Eingänge ermittelt. Die Zähler werden über 3 digitale Eingänge bei steigender Flanke gezählt.
Die digitalen Signale sind entprellt bereitzustellen. Der Zählimpuls muss eine Mindestimpulsdauer und Mindestimpulsabstand einhalten.
Die digitalen Signale können über unterschiedliche Standardverfahren oder Bussysteme übermittelt werden, wie beispielsweise
  • - digitale Einsteckkarte
  • - dezentrale Eingangsmodule über RS232/RS485
  • - dezentrale Eingangsmodule über TCP/IP
  • - dezentrale Eingangsmodule über LON
  • - dezentrale Eingangsmodule über Profibus
  • - direktem Zugriff auf eine S5/S7
eingelesen werden.
Eine Anlage ist demnach im Einzelplatzbetrieb bereits durch neun digitale Eingänge hinreichend charakterisiert. Hiervon erfassen sechs digitale Ein­ gänge den Zustand der Anlage und mit drei digitalen Eingängen werden die Stückzahlen gezählt. Weiterhin werden die Schichtwechsel und die Pausen berücksichtigt, die aus dem Betriebskalender über zwei weiter Eingänge be­ rücksichtigt werden. Mithin reichen elf Signale aus um den Zustand zu er­ fassen. Wenn noch kundenspezifische Wünsche berücksichtigt werden sol­ len, können zwei Eingänge zu den sechs Eingängen hierfür bereitgehalten werden. Mit jedoch 16 Eingängen sollte ein Grenze nach oben gezogen werden.
In einem Serverprozess für Signalverarbeitung verarbeitet der Server je An­ lage vorsorglich die erwähnten acht 8 digitalen Eingänge. Dazu wird die Schichtdefinition im Betriebskalender berücksichtigt.
Um die Signale einer Anlage zuordnen zu können, wird in der Serverdefiniti­ on die Adressierung der Signale festgelegt. Je nach Typ der Signalquelle (Karte, RS232, usw.) werden unterschiedliche Adress-Informationen not­ wendig.
Jeder Serverprozess hat einen eindeutigen Namen.
Tabelle 6
Server Anlagedefinition
Wird in der Serverdefinition ein Eintrag zu diesem Server verändert, so muss der Serverprozess neu gestartet werden.
Über einen Benutzerdialog "Server" kann die Serverdefinition verwaltet wer­ den.
Der Serverprozess wird mit den beiden Parametern "ServerProcName" und Name der Datenbank gestartet.
Über den Benutzerprozess "Server" können die Parameter des Prozesses für den Server eingestellt werden.
Der Benutzerprozess wird mit dem Parameter Name der Datenbank gestar­ tet.
Das folgende Beispiel soll den Benutzerprozess für die Schichtdaten ver­ deutlichen:
Der Prozess Name sei: DE_OEE_GUI. Die vom DE_OEE_IO_Server ge­ sammelten Daten können von berechtigten Personen auf ihre Plausibilität hin kontrolliert und eventuell korrigiert werden.
Sind die Daten korrekt und für die statistische Auswertung freigegeben, so kennzeichnet der Benutzer die Schichtdaten mit Zeitstempel, Name und Kommentar.
Erweiterung der Anlagenschichtdaten:
Tabelle 7
Anlagen Schichtdaten
Weiterhin stehen die Funktionen zur Verfügung:
  • - Export der Datensätze bis zu einem bestimmten Datum in ein ASCII- File
  • - Import der Datensätze aus einem ASCII-File
  • - alle bereits exportierten Datensätze löschen
  • - alle importierten Datensätze löschen
Der Benutzerprozess DE_OEE_Statistik zeigt die in der Datenbank abge­ speicherten Schichtdaten als Auswertung an. Der Benutzer gibt die entspre­ chenden Auswahlkriterien ein.
Nicht freigegebenen Schichtdaten werden nicht dargestellt.
Im Standalone System gibt es keine Benutzerzugriffssteuerung. Als Datenbank kann beispielsweise MS-ACCESS verwendet werden.
Deshalb kann das erfindungsgemäße Erfassungssystem-System im Grup­ penbetrieb (Workgroup) mit mehreren Systeme mit gemeinsamer Datenbank benutzt werden. Die Anlagenzustände und Zähler und der Serverprozess für Signalverarbeitung werden wie oben beschrieben mit einigen Erweiterun­ gen behandelt.
Ein Serverprozess wird mit dem Namen der Datenbank gestartet aus dem z. B. der Betriebskalender und sonstige Systemparameter geladen werden. Diese Datenbank kann zum Beispiel lokal auf diesem Rechner liegen. Zu­ sätzlich zu dieser Datenbank kann eine Datenbank für die Anlagen Schicht­ daten angegeben werden. In diese Datenbank werden bei Schichtende und nach der Datenfreigabe die Schichtdaten kopiert.
Deshalb erfolgt die Erweiterung:
Tabelle 8
Server Anlagedefinition
Der Benutzerprozess für die Serverkonfiguration und für die Schichtda­ ten erfolgt wie oben beschrieben, gleichfalls mit der Erweiterung.
Bei Freigabe der Daten werden die Schichtdaten in Datenbank "Schichtda­ ten Kopieren" kopiert. Ebenso erfolgt der Benutzerprozess für die Auswer­ tung wie oben beschrieben.
Für die Zugriffssteuerung werden die Benutzer in Benutzergruppen einge­ teilt. Für jede Benutzergruppe kann festgelegt werden:
Eine Serverkonfiguration für ServerProcName wird erlaubt. Die "Schichtda­ ten ändern und freigeben" für Kostenstelle und Schicht werden erlaubt. Das "Auswertung anzeigen für Kostenstelle" wird erlaubt.
Als Datenbank wird MS-ACCESS verwendet oder eine sonstige ODBC- fähige Datenbank.
Es ist auch möglich, mehrere Systeme mit gemeinsamer Datenbank (als sogenanntes OEE-System "Enterprise") zu verwenden. Die Auswertung er­ folgt dann über Intranet.
Auch hierbei werden Anlagenzustände und Zähler, der Serverprozess für die Signalverarbeitung, der Benutzerprozess für die Serverkonfiguration, der Benutzerprozess für die Schichtdaten und der Benutzerprozess für die Aus­ wertung mit der folgenden Erweiterung benutzt:
Die Benutzeroberfläche wird als html-Dokument dargestellt. Die eingegebe­ nen Selektionskriterien werden vom Client einem Applikationsserver übermit­ telt. Dieser führt die Auswertung durch und bereitet die Ausgabe wiederum als html-Dokument auf. Über den Webserver wird das Dokument an den Client verteilt.
Für eine Zugriffssteuerung werden die Benutzer in Benutzergruppen ein­ geteilt. Für jede Benutzergruppe kann festgelegt werden:
Serverkonfiguration für ServerProcName erlaubt Schichtdaten ändern und freigeben für Kostenstelle und Schicht erlaubt Auswertung anzeigen für Kostenstelle erlaubt.
Als Datenbank wird MS ACCESS verwendet oder sonstige ODBC-fähige Da­ tenbank.
Es sind noch folgende Alternativen für Serverprozess möglich:
Wird das System dezentral aufgebaut, so können eigenständige Einheiten eine Anlage ohne permanente Netzwerkanbindung aufzeichnen und die Da­ ten auf Anforderung an einen Server übermitteln. Ein wesentlicher Vorteil des dezentralen Entwurfs sind:
  • - Erweiterbarkeit
  • - Unabhängigkeit vom aktuellen Netzwerkbetriebszustand
  • - keine permanente Netzwerklast
  • - Zählimpulse werden vor Ort ausgewertet; kein Datenverlust der bei hoher Netzlast möglich wäre
Für diese eigenständige Einheiten eignen sich Mikrocontroller mit F/A- Möglichkeiten und einer RealtimeClock (RTC).
Die Zähler werden entsprechend der Zustände und der RTC bzw. entspre­ chend der Taktimpulse gezählt.
Um komplett eigenständig zu arbeiten, bedarf es weiterer digitaler Signale:
  • - Tast-Impuls für Schichtwechsel
  • - Schalt-Impuls für Pause
Diese Signale entsprechen den genierten Signalen laut Betriebskalender.
Über das Netzwerk muss es möglich sein, die digitalen Signale auch fernzu­ steuern. Dieses macht besonders beim Betriebskalender Sinn. Denn z. B. könnte ein Scheduler (Wochenzeituhr, Programm auf einem PC) diese Sig­ nale generieren.
Die Eingangssignale werden übers Netzwerk für eine beliebige Weiterbear­ beitung bereitgestellt.
Die aufsummierten Zeiten werden je Schicht auf den Einheiten solange ge­ speichert bis die Schichtdaten von einem Programm über das Netzwerk ausgelesen und gelöscht werden.
Optional kann die dezentrale Einheit mit einem Display und einer einfachen Eingabemöglichkeit ausgestattet werden, so dass ohne zusätzliche PCs eine einfache Datenerfassung vor Ort möglich ist.
Eine folgende Ablaufbeschreibung gilt sowohl für den Serverprozess als auch für die dezentrale Alternative.
Die Ablaufbeschreibung erfolgt ereignisorientiert:
Ereignis Init
/ / bei Reset oder Neustart
/ / System überprüfen
/ / Zähler und Zeitsummen auf 0 setzen
Ereignis MachineStateChanged
/ / der Anlagenzustand hat sich geändert
/ / ermittle den neuen Anlagenzustand entsprechend der Eingänge
/ / wähle als aktuelle Zeitsumme den entsprechenden Summenzähler
/ / wähle als aktuelle Stückzahlzähler die entsprechenden Stückzahlzähler
Ereignis Timeclick
/ / die RTC meldet nach in bestimmten Zeitabständen deltaT ein Ereignis
/ / inkrementiere die aktuelle Zeitsumme um deltaT Zeiteinheiten
Ereignis IO
/ / ein IO-Teil wird gemeldet
/ / inkrementiere IO-Stückzahl der aktuellen Stückzahlzähler
Ereignis NIO
/ / dto.
Ereignis Correctable
/ / dto.
Ereignis PauseChanged
/ / Arbeitspausensignal hat sich verändert
/ / wenn Signal == 1:
halte RTC an, d. h. es wird kein weiterer Timeclick generiert
/ / wenn Signal == 0:
starte RTC, d. h. Timeclicks werden generiert
Ereignis Schichtwechsel
/ / ein Schichtwechsel wird angezeigt.
/ / speichere alle Zeitsummen und Stückzahlzähler ab (mit Zeitstempel für
/ / Schichtbeginn und -Ende)
/ / setze alle Summen und Zähler auf 0
/ / beginne mit der neuen Schicht.
Ereignis TimeSync
/ / übers Netzwerk wird die RTC synchronisiert um exakte Zeitstempel zu
/ / generieren.
Ereignis GetDataCount
/ / übers Netzwerk wird die Anzahl der gespeicherte Schichtdaten abgefragt
/ / die Anzahl der gespeicherten Schichten wird übermittelt (0 bis
/ / systembedingte Obergrenze)
Ereignis GetData(i)
/ / übers Netzwerk wird der i-te Schichtdatensatz abgefragt
/ / wird der 0-te Datensatz angefordert, so werden die aktuellen Zähler und
/ / Summen übermittelt.
Ereignis DeteteData(i)
/ / der i-te Datensatz wird gelöscht. Alle weiteren Datensätze rücken um eine
/ / Position auf.
Tabelle 9
Ablaufdiagramm
Ablaufdiagramm einer dezentralen Anlagenerfassungsstation
Tabelle 10
Tabelle 11
Ergänzungen für die Netzwerkversion
Tabelle 12
Systemlayout
Ein Signallaufplan

Claims (8)

1. Verfahren zur Überwachung von Fertigungsanlagen hinsichtlich ihrer Verfügbarkeit, insbesondere von solchen, die aus mehreren in einer Fertigungsstrasse miteinander kombinierten Fertigungsmaschinen, zusammengesetzt sind die selbst und für sich computergestützt sind, dadurch gekennzeichnet, dass über die Zeit eine begrenzte Anzahl von Daten schichtweise abgegriffen und verarbeitet wird.
2. Verfahren zur Überwachung von Fertigungsanlagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Betriebskalender auf­ gesetzt wird, mit dem die Daten für die Zeiten für den leeren Einlauf in die Anlage und den vollen Auslauf schichtgenau erfasst werden.
3. Verfahren zur Überwachung von Fertigungsanlagen nach Ansprü­ chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagenzustände über sechs digitale Eingänge ermittelt werden.
4. Verfahren zur Überwachung von Fertigungsanlagen nach Ansprü­ chen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Stückzah­ len über drei digitale Eingänge bei steigender Flanke gezählt wer­ den.
5. Verfahren zur Überwachung von Fertigungsanlagen nach Ansprü­ chen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass neben Anlagenzu­ ständen und Stückzahlenzähler Schichtwechsel und Pausen mit zwei Eingängen erfasst werden.
6. Verfahren zur Überwachung von Fertigungsanlagen nach Ansprü­ chen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit Anlagenzuständen und Zähler neun digitale Eingänge und mit Schichtwechsel- und Pau­ senerfassung elf digitale Eingänge benutzt Werden.
7. Verfahren zur Überwachung von Fertigungsanlagen nach Ansprü­ chen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für kundenspezifische Wünsche weitere, vorzugsweise jedoch zwei Eingänge bereit­ gehalten werden.
8. Verfahren zur Überwachung von Fertigungsanlagen nach Ansprü­ chen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl eine einzelne Anlage als auch beliebig viele Anlagen in eine gemeinsame Daten­ bank speicherbar und auswertbar sind.
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