DE10126251A1 - Online process monitoring and online process modeling - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Optimierung der Prozessführung sowie Prozessüberwachung in einer Anlage für die Verarbeitung mindestens eines Produktes über eine oder mehrere Verarbeitungsstufen in einem oder mehreren Teilprozessen. Erfindungsgemäß wird für mindestens einen der Teilprozesse unter Verwendung mindestens eines einem Anlagenteil zugeordneten Maschinenparameters und/oder unter Verwendung mindestens eines einer Verarbeitungsstufe des Produktes zugeordneten Produktparameters mindestens ein Modell zur Charakterisierung mindestens eines Teilaspektes des Prozesses erstellt. Erfindungsgemäß ist mindestens einem Anlagenteil mindestens ein Online-Sensor und/oder mindestens ein Offline-Sensor zugeordnet.The invention relates to a method for optimizing process control and process monitoring in a system for processing at least one product via one or more processing stages in one or more sub-processes. According to the invention, at least one model for characterizing at least one partial aspect of the process is created for at least one of the partial processes using at least one machine parameter assigned to a plant part and / or using at least one product parameter assigned to a processing level of the product. According to the invention, at least one online sensor and / or at least one offline sensor is assigned to at least one system part.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Optimierung der Prozessführung sowie Prozessüberwachung in einer einen oder mehrere Anlagenteile und/oder eine oder mehrere diskrete Maschinen aufweisenden Anlage für die Verarbeitung mindestens eines Produktes über eine oder mehrere Verarbeitungsstufen in einem oder mehreren Teilprozessen. The invention relates to a method for optimizing process control as well Process monitoring in one or more plant parts and / or one or at least several discrete machines for processing of a product over one or more processing stages in one or more Sub-processes.
Die Erfindung bezieht sich ausserdem auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens in einer mehrere Anlagenteile und/oder diskrete Maschinen aufweisenden Anlage zur Verarbeitung eines Produktes in mehreren Teilprozessen. The invention also relates to a device for carrying out a Such a process in one of several plant parts and / or discrete machines System for processing a product in several sub-processes.
Ein Verfahren zum Regeln eines Feinmahlwerks ist z. B. aus der DE 43 00 861 A1 bekannt. A method for regulating a fine grinder is e.g. B. from DE 43 00 861 A1 known.
Die EP 1 043 070 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Betriebsparameter eines Feinwalzwerks für die Schokoladeherstellung. EP 1 043 070 A1 discloses a method and an apparatus for controlling the Operating parameters of a fine rolling mill for chocolate production.
Die DE 199 31 181 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung der Prozessführung sowie Prozessüberwachung in einer Anlage zur Schokoladeherstellung. DE 199 31 181 A1 relates to a method and a device for optimizing the Process control and process monitoring in a plant for Chocolate production.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wirtschaftlichkeit eines beliebigen industriellen Prozesses und insbesondere seine Automatisierung zu erhöhen. The invention has for its object the economy of any industrial process and in particular to increase its automation.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, das prozessbezogene Wissen von Experten leichter zugänglich zu machen, damit es z. B. für abgewandelte Prozesse leichter verwendet werden kann. Another task is the process-related knowledge of experts to make it more easily accessible so that B. easier used for modified processes can be.
Diese Aufgaben werden gemäss Anspruch 1 verfahrensmässig dadurch gelöst, dass bei dem eingangs beschriebenen Verfahren für mindestens einen der Teilprozesse unter Verwendung mindestens eines einem Anlagenteil bzw. einer Maschine zugeordneten Maschinenparameters und/oder unter Verwendung mindestens eines einer Verarbeitungsstufe des Produktes zugeordneten Produktparameters mindestens ein Modell zur Charakterisierung mindestens eines Teilaspektes des Prozesses erstellt wird. According to claim 1, these tasks are solved procedurally in that in the method described at the beginning for at least one of the sub-processes using at least one of a plant part or a machine assigned machine parameters and / or using at least one of them Processing level of the product associated with product parameters at least one model is created to characterize at least one partial aspect of the process.
Zur vorrichtungsmässigen Aufgabenlösung wird gemäss Anspruch 71 als Teil der eingangs beschriebenen Vorrichtung mindestens einem Anlagenteil bzw. mindestens einer diskreten Maschine mindestens ein Online-Sensor und/oder mindestens ein Offline- Sensor zugeordnet. According to claim 71, the device-based task solution is part of the at least one system part or at least one discrete machine at least one online sensor and / or at least one offline Assigned sensor.
Zweckmässigerweise für das erfindungsgemässe Verfahren ein Teilaspekt des Prozesses mindestens eine ausgewählte Aufgabenstellung in Verbindung mit dem Prozess, mindestens ein ausgewählter Ort und/oder mindestens ein ausgewählter örtlicher Bereich innerhalb des Prozesses, mindestens ein ausgewählter Zeitpunkt und/oder mindestens ein ausgewähltes Zeitintervall innerhalb des Prozesses. Weitere zweckmässige, beliebig kombinierbare Teilaspekte des Prozesses können sein: mindestens ein Anlagenteil bzw. mindestens eine diskrete Maschine der Anlage, mindestens eine Verarbeitungsstufe des Produktes. Appropriately for the method according to the invention, a partial aspect of the Process at least one selected task in connection with the process, at least one selected location and / or at least one selected local Area within the process, at least one selected time and / or at least one selected time interval within the process. Further Appropriate, arbitrarily combinable partial aspects of the process can be: at least one Plant part or at least one discrete machine of the plant, at least one Processing stage of the product.
Ein bevorzugter Teilaspekt des Prozesses ist die Regelung mindestens eines Produktparameters. Dies ermöglicht eine optimale Ausnutzung der Ressourcen und eine Konstanthaltung der Produktqualität. A preferred partial aspect of the process is the regulation of at least one Product parameter. This enables optimal use of resources and a Keeping product quality constant.
Ein weiterer bevorzugter Teilaspekt des Prozesses ist die Rezepterstellung für mindestens ein Produkt. Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht dabei eine schnelle und flexible Einführung neuer Produkte. Another preferred aspect of the process is recipe creation at least one product. The method according to the invention enables a quick one and flexible introduction of new products.
Besonders vorteilhafte Teilaspekte des Prozesses sind die Fehlererkennung mindestens eines Anlagen- bzw. Maschinenteils, die Fehlerdiagnose für den mindestens einen Anlagen- bzw. Maschinenteil sowie die Fehlerursachendiagnose für den mindesten eine Anlagen- bzw. Maschinenteil. Dies ermöglicht eine Reduktion der Stillstandszeiten und eine weniger häufig nötige Kontrolle durch das Betriebspersonal. sowie eine schnelle Behebung von Fehlern, insbesondere auch durch unerfahrenes Betriebspersonal. Insgesamt führt dies zu einem schnelleren Ansammeln von Erfahrung und Transparenz bezüglich eines spezifischen industriellen Prozesses. Error detection is a particularly advantageous aspect of the process at least one plant or machine part, the fault diagnosis for the at least a plant or machine part and the cause of the fault diagnosis for the least a plant or machine part. This enables a reduction in downtimes and less frequent control by operators. as well as a quick correction of errors, especially due to inexperienced users Operating personnel. Overall, this leads to a faster accumulation of experience and Transparency regarding a specific industrial process.
Ein weiterer besonders vorteilhafter Teilaspekt für den Prozess besteht darin besteht, dass mindestens ein Online-Sensor und/oder mindestens ein Offline-Sensor ersetzt bzw. simuliert wird. So können teuere Sensoren ersetzt werden und insgesamt die Zahl der Teile des betreffenden Anlagenteils bzw. der betreffenden Maschine verringert werden, was zur Senkung der Anschaffungskosten und zur Steigerung der Zuverlässigkeit der mit dem erfindungsgemässen Verfahren betriebenen Anlage bzw. der Maschinen beiträgt. In manchen Fällen lassen sich auf diese Weise bisher nicht mögliche Sensoraufgaben lösen, und zwar insbesondere dann, wenn ein Sensor für die benötigten Aufgaben nicht vorhanden ist oder wenn ein Ort in der Anlage für einen erforderlichen Sensor einer bestimmten Bauart z. B. aus Platzgründen, zu hoher Temperatur etc. nicht zugänglich ist. Another particularly advantageous partial aspect for the process consists in that replaces at least one online sensor and / or at least one offline sensor or is simulated. So expensive sensors can be replaced and the total number the parts of the relevant plant part or the relevant machine reduced be what to lower the acquisition cost and increase reliability the plant or machines operated with the method according to the invention contributes. In some cases this has not been possible so far Solve sensor tasks, especially if a sensor for the required Tasks does not exist or if a location in the facility is required for a Sensor of a certain type z. B. not for space reasons, too high temperature etc. is accessible.
Zweckmässigerweise erstellt das Modell für mindestens einen Teilaspekt des Prozesses jeweils mindestens eine Beziehung zwischen Maschinenparametern mindestens einer mindestens einem Teilprozess zugeordneten Maschine und/oder Produktparametern mindestens eines mindestens einer Verarbeitungsstufe zugeordneten Produktes. The model expediently creates the at least one partial aspect of the Process at least one relationship between machine parameters at least a machine assigned to at least one subprocess and / or Product parameters associated with at least one at least one processing level Product.
Vorzugsweise werden als ggf. weiterzuverarbeitendes Ergebnis unterschiedliche Teilmengen der Menge aller Parameter eines Modells verwendet. So lässt sich der Bearbeitungsaufwand bei der Modellerstellung und -anwendung wirkungsvoll reduzieren, da Redundanzen vermieden werden. Ausserdem kann Information gezielter und auf das wesentliche beschränkt erfasst werden. Dies erleichtert den Lernprozess für das Personal. Preferably, different results are to be processed as the result Subsets of the set of all parameters of a model are used. So you can Effectively reduce processing effort when creating and using models, because Redundancies can be avoided. In addition, information can be more targeted and on the materially limited are recorded. This facilitates the learning process for that Staff.
Zur Gewinnung einer unterschiedlichen Teilmenge als Ergebnis kann das Modell z. B. invertiert werden. To obtain a different subset as a result, the model can e.g. B. be inverted.
Vorzugsweise werden jedem Parameter wahlweise Werte unterschiedlicher Kategorien zugeordnet, wobei die Kategorie eines Wertes insbesondere Ist-Werte, Soll-Werte, Schätzwerte, Vorhersagewerte, Abweichungswerte und Messwerte sein können. Auch dies steigert die Flexibilität des erfindungsgemässen Verfahrens. So können z. B. nicht vorhandene Werte durch andere (vorhandene) Werte ersetzt werden. Each parameter is preferably given values of different categories assigned, with the category of a value in particular actual values, target values, Estimated values, predictive values, deviation values and measured values can be. Also this increases the flexibility of the method according to the invention. So z. B. not existing values are replaced by other (existing) values.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung werden die im Modell nicht berücksichtigten Parameter bei der Verwendung des Modells unabhängig vom Modell gezielt beeinflusst und/oder überwacht, wobei die Beeinflussung und/oder Überwachung vorzugsweise derart erfolgt, dass die nicht berücksichtigten Parameter konstant gehalten werden. Diese Massnahmen steigern die Zuverlässigkeit des Modells. In a particularly advantageous embodiment, they are not in the model considered parameters when using the model targeted regardless of the model influenced and / or monitored, the influencing and / or monitoring preferably takes place in such a way that the parameters not taken into account are kept constant become. These measures increase the reliability of the model.
Vorteilhafterweise wird mindestens ein massgeblicher Produktparameter an mindestens einem Ort in der Anlage bzw. in einer diskreten Maschine und/oder zu mindestens einem Zeitpunkt bzw. einem Zeitintervall zu Anlagen- bzw. Maschinenparametern mindestens eines Anlagenteils bzw. mindestens einer Maschine der Anlage in Beziehung gebracht. Die Verwendung massgeblicher Parameter sorgt für mehr Übersichtlichkeit und vereinfacht das Modell. At least one relevant product parameter is advantageously used on at least one a location in the system or in a discrete machine and / or at least a point in time or a time interval for plant or machine parameters at least one plant part or at least one machine of the plant in relation brought. The use of relevant parameters ensures greater clarity and simplifies the model.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung werden bisher unbekannte Rezepte für neue Produkte auf der Grundlage bisher bekannter Rezepte anderer Produkte erstellt, wobei ein Rezept aus ausgewählten Produkt- und Maschinenparametern besteht. Dies ermöglicht eine schnellere Entwicklung neuer, noch unbekannter Rezepte. In a further advantageous embodiment, previously unknown recipes for create new products based on previously known recipes for other products, where a recipe consists of selected product and machine parameters. This enables faster development of new, still unknown recipes.
Vorzugsweise werden für die Rezepterstellung bisher bekannte Rezepte, die Charakterisierung der bekannten Produkte sowie die Charakterisierung des neuen Produktes in kodierter Form vorgegeben, und das neue Rezept wird ebenfalls in kodierter Form abgegeben. Dies hat den Vorteil, dass bei der Zusammenarbeit verschiedener Firmen und bei notwendiger Geheimhaltung von bekannten Rezepten keine explizite Offenbarung von Rezepten nötig ist. Dies erleichtert insbesondere die Rezepterstellung im Rahmen von Auftragsforschung oder bei kundenspezifischen Entwicklungen. Zumindest ein Teil der Kodierung kann dabei eine Skalierung der Parameter bzw. der Parameterbereiche sein. Previously known recipes are preferred for recipe creation Characterization of the known products as well as the characterization of the new product in coded form, and the new recipe is also in coded form issued. This has the advantage that when different companies and companies work together no explicit revelation if known recipes are necessary of recipes is necessary. This makes it easier to create recipes in the frame of contract research or customer-specific developments. At least part of it The coding can be scaled for the parameters or the parameter ranges his.
Zweckmässigerweise wird in einem mindestens einen Teilprozess durchführenden Erfassungs-Prozessabschnitt, der mindestens einer bestimmten Verarbeitungsstufe des Produktes bzw. mindestens einem bestimmten Anlagenteil oder einer bestimmten Maschine entspricht, mindestens einer der Produktparameter und/oder mindestens einer der von den Produktparametern abhängigen Maschinenparameter verwendet, um je nach seinem in Abhängigkeit von den Produktparametern angenommenen Wert eine entsprechende Veränderung mindestens eines Maschinenparameters eines Ansteuerungs-Prozessabschnitts, der mindestens einer bestimmten Verarbeitungsstufe des Produktes bzw. einem bestimmten Anlagenteil oder einem bestimmten Maschinenteil entspricht, durchzuführen. Vorzugsweise besteht der Erfassungs-Prozessabschnitt aus mindestens einem Online-Sensor und/oder mindestens einem Offline-Sensor, kann aber aus mindestens einem ersetzten bzw. simulierten Online-Sensor und/oder mindestens einem ersetzten bzw. simulierten Offline-Sensor bestehen. Eine derartige Regelung kann besonders leicht umgestaltet werden, da sowohl die Erfassung, die Regelstrecke als auch die Ansteuerung äusserst flexibel sind. It is expedient to carry out at least one sub-process Detection process section of at least a certain processing level of the Product or at least a certain plant part or a certain Machine corresponds to at least one of the product parameters and / or at least one the machine parameters dependent on the product parameters used to each according to its value depending on the product parameters corresponding change of at least one machine parameter Control process section that at least a certain processing level of Product or a specific system part or a specific machine part corresponds to perform. The acquisition process section preferably consists of at least one online sensor and / or at least one offline sensor but from at least one replaced or simulated online sensor and / or there is at least one replaced or simulated offline sensor. Such Regulation can be redesigned particularly easily since both the acquisition and the The controlled system as well as the control are extremely flexible.
Man kann auch auf die Schätzung eines aktuellen Ist-Wertes mindestens eines Produktparameters und/oder mindestens eines Maschinenparameters oder auf die Vorhersage eines zukünftigen Ist-Wertes mindestens eines Produktparameters und/oder mindestens eines Maschinenparameters zurückgreifen. Dadurch kann oftmals im voraus reagiert werden und ein ggf. erforderlicher Aufwand abgeschätzt werden, wodurch eine Ressourcenplanung ermöglicht wird. You can also estimate at least one current actual value Product parameters and / or at least one machine parameter or on the Prediction of a future actual value of at least one product parameter and / or use at least one machine parameter. This can often be done in advance are reacted to and any effort required is estimated, resulting in a Resource planning is made possible.
Insbesondere wird die Schätzung aktueller Ist-Werte und/oder die Vorhersage zukünftiger Ist-Werte eines Fehlermusters durchgeführt. Ebenso kann auch die Schätzung aktueller Ist-Werte und/oder die Vorhersage zukünftiger Ist-Werte eines Fehlerursachenmusters durchgeführt werden, wobei das Fehlermuster einen Teil der Gesamtheit aller möglichen Fehler mindestens eines Prozessabschnitts darstellt und das Fehlerursachenmuster einen Teil der Gesamtheit aller möglichen Fehlerursachen mindestens eines Prozessabschnitts darstellt. Dadurch wird z. B. die Behandlung mehrerer gleichzeitig auftretender Fehler auf übersichtliche Art und Weise ermöglicht. In particular, the estimation of current actual values and / or the prediction future actual values of an error pattern carried out. Likewise, the estimate current actual values and / or the prediction of future actual values of a Fault cause pattern are carried out, the fault pattern being part of the entirety of all represents possible errors of at least one process section and that Failure cause pattern at least part of the total of all possible causes of failure represents a process section. This z. B. the treatment of several errors occurring at the same time in a clear manner.
Vorzugsweise wird für mindestens ein Modell das Ergebnis mindestens eines Modells verwendet, wobei für mindestens ein Modell eine Schätzung und/oder Vorhersage verwendet wird. Für die Erkennung des Fehlerursachenmusters kann mindestens ein Fehlermuster verwendet werden. Dies ermöglicht Modularität und Flexibilität, und das Verfahren bleibt übersichtlich. The result of at least one model is preferably used for at least one model used, with an estimate and / or prediction for at least one model is used. At least one can be used to identify the cause of the fault Error patterns are used. This enables modularity and flexibility, and that Procedure remains clear.
Der Erfassungs-Prozessabschnitt kann je nach Bedarf prozessmässig vor, in oder hinter dem Ansteuerungs-Prozessabschnitt liegen. Auf diese Weise werden Prozesseigenschaften optimal ausgewertet und das vorhandene Automatisierungspotential des Prozesses optimal genutzt. The acquisition process section can be process-related before, in or lie behind the control process section. That way Process properties optimally evaluated and the existing automation potential of the Process optimally used.
Zweckmässigerweise wird zur Modellerstellung ein neuronales Netz, ein Fuzzy-System, ein Expertensystem, ein wissensbasiertes System, ein genetischer Algorithmus oder eine klassische Methode verwendet. Alternativ kann auch ein hybrides Modell verwendet werden, das aus beliebigen Kombinationen der genannten Arten von Modellen oder der Modellerstellung besteht. Appropriately, a neural network, a fuzzy system, an expert system, a knowledge-based system, a genetic algorithm or used a classic method. Alternatively, you can use a hybrid model be used from any combination of the types of models or the model creation exists.
Als Grundlage für die Modellerstellung wird vorwiegend auf eine oder zwei der
folgenden Informationsquellen zurückgegriffen:
- a) prozessspezifische Produkt-, Anlagen- oder Labordaten;
- b) allgemeines Wissen der Verfahrens- und Regelungstechnik bzw. des Prozessingenieurwesens;
- c) prozessspezifisches Erfahrungswissen des Betriebsexperten.
- a) process-specific product, plant or laboratory data;
- b) general knowledge of process and control engineering or process engineering;
- c) process-specific experience of the operating expert.
Wegen den weiter oben genannten Gründen liegt auch hier die Information der Informationsquellen vorzugsweise mindestens teilweise in kodierter Form vor und/oder wird das Modellergebnis mindestens teilweise in kodierter Form abgegeben. Because of the reasons mentioned above, the information of the Sources of information are preferably at least partially in coded form before and / or the model result at least partially in coded form.
Zweckmässigerweise werden die Maschinenmodelle, Produktmodelle und Teilprozessmodelle gespeichert. Dies ist für Offline-Untersuchungen bedeutend. The machine models, product models and Sub-process models saved. This is important for offline investigations.
Ausserdem können die Maschinenmodelle, die Produktmodelle und die Teilprozessmodelle während des Prozesses der Verarbeitung des Produkts ständig aktualisiert werden, wobei die Aktualisierung der Modelle insbesondere dadurch erreicht wird, indem eine Anpassung an Änderungen der im Modell nicht berücksichtigten Parameter erfolgt. Diese Massnahmen erhöhen die Zuverlässigkeit des Modells sowie seiner Anwendung auf den industriellen Prozess. In addition, the machine models, the product models and the Sub-process models are constantly updated during the process of processing the product, the updating of the models is achieved in particular by an adaptation to changes in the parameters not taken into account in the model takes place. These measures increase the reliability of the model and its application on the industrial process.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eine Verarbeitungs- und Speichereinheit auf, in der die von den Online-Sensoren bzw. den Offline-Sensoren erfassten Daten verarbeitet und gespeichert werden. Preferably, the device according to the invention for performing the inventive method on a processing and storage unit in which the the data collected from the online sensors or the offline sensors is processed and get saved.
Insbesondere ist die Verarbeitungs- und/oder Speichereinheit programmierbar. In particular, the processing and / or storage unit is programmable.
Weitere vorteilhafte Gesichtspunkte und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 53 bis 70 sowie 74 bis 78. Further advantageous aspects and possible uses of the invention result from subclaims 53 to 70 and 74 to 78.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus auch aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figur. Further advantages, features and possible uses of the invention result from also from the description of an embodiment of the invention based on the Figure.
Claims (78)
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