DE102004026640B4

DE102004026640B4 - Automatisierung des Kunststoff-Extrusionsblasens durch Einsatz der Neuro-Fuzzy-Technologie

Info

Publication number: DE102004026640B4
Application number: DE102004026640A
Authority: DE
Inventors: Klaus Klement
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2024-06-02
Also published as: DE102004026640A1

Abstract

Vorrichtung zum Kunststoff-Extrusionsblasen, umfassend
wenigstens eine aus mehreren Elementen bestehende Extrusionsblaseinrichtung (9), die mit einer Mehrzahl von Prozessparametern elektronisch steuerbar ist, und
eine Einrichtung zur elektronischen Ermittlung wenigstens einen Teils der Prozessparameter eines durch jede Extrusionsblaseinrichtung (9) durchgeführten Extrusionsblasprozesses, und
eine Einrichtung zur Analyse und Regelung der Mehrzahl der Prozessparameter zur elektronischen Steuerung jeder Extrusionsblaseinrichtung (9) in Form eines sich selbst kontrollierenden und selbst regulierenden elektronischen Neuro-Fuzzy-Systems, dadurch gekennzeichnet, dass jede Extrusionsblaseinrichtung (9) mehrere der folgenden durch ein elektronisches/optisches/funkgesteuertes Strecken-Netzwerk (10) miteinander verbundenen Elemente, wie eine Extrusionsblasmaschine und/oder ein Extrusionsblaswerkzeug und/oder ein Teileentnahmegerät und/oder ein Förderband und/oder ein Fördersystem und/oder eine Kühleinrichtung und/oder eine Abtrenneinrichtung und/oder eine Schneideinrichtung und/oder eine Säge und/oder eine Stanzeinrichtung und/oder eine Bohreinrichtung und/oder eine Kennzeichnungs-/Signierungseinrichtung und/oder eine Etikettierungseinrichtung und/oder eine Kalibrierungseinrichtung und/oder ein Kühlbecken und/oder eine Einrichtung zur gravimetrischen Messung und/oder eine Einrichtung zur optischen Raumformvermessung und/oder eine Einrichtung zur Wanddickenmessung und/oder...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kunststoff-Extrusionsblasen sowie ein Verfahren zur Prozess-Automatisierung des Kunststoff-Extrusionsblasens.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit wenigstens einer Extrusionsblaseinrichtung, die mit einer Mehrzahl von Prozessparametern steuerbar ist, und mit einer Einrichtung zur Ermittlung wenigstens einen Teils der Prozessparameter eines durch jede Extrusionsblaseinrichtung durchgeführten Extrusionsblasprozesses und mit einer Einrichtung zur Analyse und Regelung der Mehrzahl der Prozessparameter zur Steuerung jeder Extrusionsblaseinrichtung unter Verwendung wenigstens einen Teils der ermittelten Prozessparameter.
Zudem betrifft die Erfindung insbesondere ein Verfahren zur automatischen Steuerung einer Vorrichtung zum Kunststoff-Extrusionsblasen, in welchem wenigstens ein Teil der Prozessparameter eines durch eine Extrusionsblaseinrichtung durchgeführten Extrusionsblasprozesses ermittelt wird und die Prozessparameter zur Steuerung der Extrusionsblaseinrichtung unter Verwendung der ermittelten Prozessparameter analysiert und geregelt werden.

Derartige Vorrichtungen und Verfahren zum gesteuerten Kunststoff-Extrusionsblasen sind beispielsweise aus DE 38 16 273 C3 , DE 38 54 045 T2 und DE 692 13 307 T2 bekannt.

Weiterhin nennt die Schrift DE 197 43 600 A1 ein Verfahren zur Überwachung eines Produktionsprozesses, bei dem Signalverläufe an mehreren Stellen des Produktionsprozesses aufgenommen werden und mindestens eine Qualitätsaussage zu den erzeugten Produkten abgeleitet wird. Das Verfahren weist unter anderem folgende Schritte auf: die bei der Erzeugung der Produkte auftretenden Prozesskennzahlen werden zugehörigen Qualitätsmerkmalen zugeordnet, dann werden die derart gewonnenen Prozesskennzahlen einem neuronalen Netzwerk zugeführt, und schließlich in einer Überwachungsphase aus den Prozesskennzahlen mit Hilfe des trainierten neuronalen Netzwerks Qualitätsmerkmale abgeleitet, die beispielsweise zum Sortieren der erzeugten Produkte eingesetzt werden.

Die Schrift DE 195 18 804 A1 offenbart ein zur vorgenannten Schrift vergleichbares Verfahren zur Überwachung eines Produktionsprozesses, bei dem eine Messung von Signalverläufen an mehreren Stellen des Prozesses durch Sensoren erfolgt. Auch hier wird das Ziel verfolgt, in einer Überwachungsphase aus den Prozesskennzahlen mit Hilfe des trainierten neuronalen Netzwerks Qualitätsmerkmale abzuleiten, die beispielsweise zum Sortieren der erzeugten Produkte eingesetzt werden können.

Aus der Schrift DE 102 34 276 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung und Überwachung der Herstellung von thermoplastischen Extrusionsprofilen, insbesondere in einem Inline-Produktionsprozess mit Bedruckungsvorgang unter Verwendung einer optischen Neuro-Fuzzy-strukturierten Computer-Design-Bilddatenbank, offenbart, bei der der Inline-Produktionsprozess von einem Zentralleitstand aus in Verbindung mit einer Inspektionsvorrichtung gesteuert und geregelt wird.

Schließlich weist die Schrift DE 100 00 859 A1 darauf hin, dass ein automatisiertes Verfahren zum spanlosen Umformen einer dünnwandigen Seitenwandung eines Körpers unter anderem durch definiertes Einbringen von Energie in den lokalen Umformbereich, wobei das Energieprofil vorher mittels numerischer Methoden berechnet wurde, erfolgen kann.

Das Extrusionsblasverfahren findet bei der Fertigung von Hohlkörpern, Medienleitelementen, Folien und ähnlichen Produkten aus Kunststoff Verwendung. Dabei wird der Kunststoff als Granulat oder anderweitiges Mahlgut kontinuierlich einer Förderschnecke zugeführt, die in einem beheizten Metallzylinder rotiert. Die dabei entstehende Reibungswärme zusammen mit der von außen zugeführten Wärme schmelzen das Kunststoffgranulat, die rotierende Schnecke homogenisiert die so entstandene Kunststoffschmelze und fördert sie durch die Austrittsdüse. Diese Düse ist so gestaltet, dass ein schlauchförmiges Extrudat austritt, dessen Wandstärke ähnlich des zu fertigenden Produktes ist; so finden z.B. bei der Produktion von Kunststofffolien Ringdüsen Anwendung, die einen sehr engen Spalt aufweisen.

Üblicherweise steht in einer solchen Extrusionsblaslinie ein Teileentnahmegerät, der das Produkt aus der Extrusionsblaseinrichtung herausnimmt. Komplexe Kalibrier- und Abkühlvorgänge sind vor der endgültigen Fertigung des Produkts vonnöten.

Die Zusammenfassung mehrerer Extruder zu einer Coextrusionsblaseinrichtung erlaubt die Fertigung hochkomplexer, mehrschichtiger Produkte aus unterschiedlichen Kunststoffen in einem Arbeitsgang, beispielsweise in Form von mehrschichtigen Barrierefolien oder Hohlkörpern mit Barriereschichten.

Der Einsatz von Regelungstechnik beim Kunststoff-Extrusionsblasen ist bis heute auf Teilbereiche der Fertigungsstrecke, wie beispielsweise die Temperaturregelung der Zylinderzonen am Extruder, beschränkt. Einzelne Prozessschritte werden überwacht und Prozessparameter, wie die Rohstoffzufuhr und die Temperatur der Schmelzeinrichtung sowie Prüfdaten des gefertigten Produkts detektiert, protokolliert und in einem zentralen Bedienteil visualisiert.

Auf Grundlage dieser Daten ist man um eine Prozessoptimierung bzw. Anpassung an wechselnde Randbedingungen der Produktion bemüht, die im wesentlichen der Bedienperson der Extrusionsblaseinrichtung nach Maßgabe ihres Wissens obliegt. Die Analyse der protokollierten Daten durch die Bedienperson ist sehr zeitaufwendig sowie fehleranfällig und das Resultat personenabhängig.

Zwischen dem Auftreten von unerwünschten Prozess- und Produktabweichungen und der erfolgreichen Anpassung der Prozessparameter vergeht i.a. eine untolerierbar lange Zeitspanne, während der keine oder qualitativ ungenügende Produkte produziert und somit Ressourcen verschwendet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine automatische möglichst intelligente, vernetzte Steuerung einer Vorrichtung zum Kunststoff-Extrusionsblasen zur Verfügung zu stellen.

Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren für das automatisierte Kunststoff-Extrusionsblasen mittels eines sich selbst kontrollierenden und selbst regulierenden Neuro-Fuzzy-Systems zur Verfügung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kunststoff-Extrusionsblasen umfasst wenigstens eine aus mehreren Elementen bestehende Extrusionsblaseinrichtung, die mit einer Mehrzahl von Prozessparametern elektronisch steuerbar ist, und eine Einrichtung zur elektronischen Ermittlung wenigstens einen Teils der Prozessparameter eines durch jede Extrusionsblaseinrichtung durchgeführten Extrusionsblasprozesses, und eine Einrichtung zur Analyse und Regelung der Mehrzahl der Prozessparameter zur elektronischen Steuerung jeder Extrusionsblaseinrichtung in Form eines sich selbst kontrollierendes und selbst regulierendes Neuro-Fuzzy-Systems, das sich dadurch auszeichnet, dass jede Extrusionsblaseinrichtung mehrere der folgenden durch ein elektronisches/optisches/funkgesteuertes Strecken-Netzwerk miteinander verbundenen Elemente, wie eine Extrusionsblasmaschine und/oder ein Extrusionsblaswerkzeug und/oder ein Teileentnahmegerät und/oder ein Förderband und/oder ein Fördersystem und/oder eine Kühleinrichtung und/oder eine Abtrenneinrichtung und/oder eine Schneideinrichtung und/oder eine Säge und/oder eine Stanzeinrichtung und/oder eine Bohreinrichtung und/oder eine Kennzeichnungs-/Signierungseinrichtung und/oder eine Etikettierungseinrichtung und/oder eine Kalibrierungseinrichtung und/oder ein Kühlbecken und/oder eine Einrichtung zur gravimetrischen Messung und/oder eine Einrichtung zur optischen Raumformvermessung und/oder eine Einrichtung zur Wanddickenmessung und/oder eine Einrichtung zur Dichtigkeitsprüfung, umfasst, wobei die Strecken-Steuerung mit den Elementen über integrierte SPS-Steuerungen verbunden ist.

In der Vorrichtung können zusätzlich Extrusionsblaseinrichtungen vorgesehen werden, die herkömmlich gesteuert werden können.

Die ermittelten und zur Steuerung benutzten Prozessparameter können in dem Fall, dass die Vorrichtung zum Kunststoff-Extrusionsblasen mehrere Extrusionsblaseinrichtungen umfasst, sowohl die gleichen als auch unterschiedliche für jede der Extrusionsblaseinrichtungen sein.

Fuzzy-Systeme sind charakterisiert durch Begriffe wie etwa „Fuzzifizierung", „Zugehörigkeitsfunktionen" und „Fuzzy-Regeln". Die Verwendung von unscharfen Regeln ermöglicht es, auf der Grundlage der Fuzzy-Logik komplexe Probleme zu beschreiben und mittels Fuzzy-Reglern komplizierte technische Anwendungen, wie die automatische Steuerung von Vorrichtungen zum Kunststoff-Extrusionsblasen zu realisieren.

Die Kombination von Fuzzy-Reglern mit neuronalen Netzen ermöglicht die automatische Anpassung bzw. Generierung der Fuzzy-Regeln gemäß denen die Steuerung der Vorrichtung zum Kunststoff-Extrusionsblasen und somit die Produktionsautomatisierung mit dem Ziel der Optimierung der Produkteigenschaften und Produktionskosten zu erfolgen hat.

Unter neuronalen Netzen können Werkzeuge verstanden werden, die geeignet sind, beliebige nichtlineare Funktionen und somit auch Regeln der Fuzzy-Logik nachzubilden, falls diese Funktionen anhand von Beispielen vorliegen.

Aus einer großen Anzahl von Beispielen können Regelmäßigkeiten und somit Gewichtungen der neuronalen Netze erlernt/trainiert werden, die dann mittels vorgegebener, aber auch wiederum anpassbarer, unscharfer Fuzzy-Mengen und Regeln ausgedrückt werden. Die Kombination von Fuzzy-Reglern mit neuronalen Netzen erlaubt somit die intelligente lernbedingte Aufstellung und Parametrisierung der Fuzzy-Regeln/Fuzzy-Regelung.

In kombinierten Neuro-Fuzzy-Systemen sind kooperative bzw. Offline-Systeme von hybriden bzw. Online-Systemen zu unterscheiden.

Bei den erstgenannten Systemen werden die neuronalen Netze in bestimmten zeitlichen Abständen offline, d.h. nicht während des Betriebs, neu trainiert. Bei hybriden Systemen erfolgt das Trainieren während des Produktionsbetriebs. Insbesondere, durchaus aber nicht ausschließlich, bei diesen Systemen kann es sinnvoll sein, die Regelung der Prozessparameter nur innerhalb vorab bestimmter unterer und oberer Schranken zu erlauben.

Die Prozess-Automatisierung durch das elektronische Neuro-Fuzzy-System erlaubt jederzeit die schnelle Optimierung der Extrusionsblasprozesse und die personenunabhängige Prozessregelung unter maximaler Einsparung der Ressourcen und gleichzeitiger Qualitätsverbesserung.

In einer beispielhaften Weiterbildung umfasst die von dem elektronischen Neuro-Fuzzy-System gesteuerte Extrusionsblaseinrichtung die folgenden durch ein elektronisches und/oder optisches und/oder funkgesteuertes Strecken-Netzwerk über bevorzugterweise integrierte SPS Steuerungen und modulate Input/Output Klemmsysteme verbundene Elemente: eine Extrusionsblasmaschine und/oder ein Extrusionsblaswerkzeug/Formwerkzeug und/oder ein Teileentnahmegerät und/oder ein Förderband und/oder ein Fördersystem und/oder eine Kühleinrichtung und/oder eine Abtrenneinrichtung und/oder eine Schneideinrichtung und/oder eine Säge und/oder eine Stanzeinrichtung und/oder eine Bohreinrichtung und/oder eine Kennzeichnungs-/Signierungseinrichtung (z. B. in Form einer Prägeeinheit und/oder einer Druckeinrichtung und/oder einer Laserdruckeinrichtung, etc.), und/oder eine Etikettierungseinrichtung und/oder eine Kalibrierungseinrichtung und/oder ein Kühlbecken und/oder eine Einrichtung zur gravimetrischen Messung und/oder eine Einrichtung zur optischen Raumformvermessung (zur Längen- und/oder Höhen- und/oder Breitenbestimmung) und/oder eine Einrichtung zur Wanddickenmessung und/oder eine Einrichtung zur Dichtigkeitsprüfung. Die Aufzählung ist dabei nicht abschließend.

Jede Extrusionsblaseinrichtung ist vorteilhafterweise mit elektronischen/optischen/magnetischen Sensoren versehen, welche für die Messung des wenigstens einen Teils der Prozessparameter vorgesehen sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst zusätzlich eine Einrichtung zur elektronischen Ermittlung von Produktionsparametern von durch wenigsten eine Extrusionsblaseinrichtung gefertigten Produkten, wobei die Einrichtung zur Analyse und Regelung der Mehrzahl der Prozessparameter zur elektronischen Steuerung der wenigstens einen Extrusionsblaseinrichtung zusätzlich die ermittelten elektronischen Produktparameter verwendet. Die Zuhilfenahme von Produktparametern bei der Steuerung kann den erwünschten Optimierungsprozess beschleunigen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bedient sich eine elektronische Inline-Messtechnik der elektronischen/optischen/magnetischen Sensoren, wodurch das Ergebnis von Änderungen z.B. der Prozessparameter, wie beispielsweise des Druckes der Stützluft oder der Leistung oder der Temperatur des Extruders, zeitkritisch überprüft werden kann.

Die Aufzählung ist dabei nicht abschließend.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden von einer elektronischen Artikeldatenbank und/oder einem elektronischen Fertigungsplanungssystem und/oder einer elektronischen Prozessparameterdatenbank und/oder einer elektronischen Rechnereinheit für die Analyse und Trenddarstellung von Prozessparametern und/oder einer elektronischen Qualitäts- und Prüfdatenbank und/oder einer elektronischen Rechnereinheit zur Erfassung von Qualitäts- und Prüfdaten, Programme und Daten elektronisch zur Verfügung gestellt. Der Austausch der Daten und Programme erfolgt durch ein elektronisches und/oder optisches und/oder funkgesteuertes Werks-Netzwerk, mit dem das elektronische Neuro-Fuzzy-System verbunden ist.

Somit wird die kontinuierliche Analyse, Sicherung und Weiterverwendung sämtlicher relevanter Parameter garantiert. Beispielsweise kann die elektronische Artikeldatenbank über neue Daten der elektronischen Prozessparameterdatenbank aktualisiert werden.

In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung ist das elektronische Neuro-Fuzzy-System ein kooperatives System. Durch das offline Trainieren der elektronischen neuronalen Netze verringert sich das Risiko eines teilweise oder vollständigen Produktionsausfall durch unerwünschte, d.h. insbesondere die Qualität des Produkts mindernde, Lerneffekte der elektronischen neuronalen Netze.

In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Weiterbildung ist das elektronische Neuro-Fuzzy-System ein hybrides System, wodurch ein kontinuierliches online Trainieren der elektronischen neuronalen Netze ermöglicht wird.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur automatischen elektronischen Steuerung einer aus mehreren Elementen bestehenden Vorrichtung zum Kunststoff-Extrusionsblasen wird wenigstens ein Teil der Prozessparameter eines durch eine Extrusionsblaseinrichtung durchgeführten Extrusionsblasprozesses ermittelt, werden die Prozessparameter zur elektronischen Steuerung der Extrusionsblaseinrichtung unter Verwendung der ermittelten Prozessparameter analysiert und elektronisch geregelt, erfolgt die Analyse und Regelung der Prozessparameter zur elektronischen Steuerung der Extrusionsblaseinrichtung durch ein sich selbst kontrollierendes und selbst regulierendes elektronisches Neuro-Fuzzy-System, und werden kennzeichnenderweise die miteinander über ein elektronischen/optischen/funkgesteuerten Strecken-Netzwerk verbundenen Elemente mittels einer Strecken-Steuerung gesteuert, wobei die Strecken-Steuerung mit den Elementen über integrierte SPS-Steuerungen verbunden wird.

Dieses Verfahren erlaubt die schnelle und zuverlässige elektronische Optimierung der Extrusionsblasprozesse und die personenunabhängige Prozessregelung. Die Vorrichtung zum Kunststoff-Extrusionsblasen, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren automatisch elektronisch gesteuert werden soll, kann eine oder mehrere Extrusionsblaseinrichtungen umfassen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des beschriebenen Verfahrens wird eine Vorrichtung zum Kunststoff-Extrusionsblasen mit wenigstens zwei Extrusionsblaseinrichtungen elektronisch gesteuert/geregelt, und mittels eines elektronischen Fertigungsplanungssystems ein neuer Auftrag einer Extrusionsblaseinrichtung, die technisch geeignet ist und freie Kapazität hat, zugeordnet. Das elektronische Fertigungsplanungssystems erlaubt somit die automatische Zuordnung und Initialisierung eingehender Aufträge zu Beginn des Fertigungsprozesses.

Vorteilhafterweise werden die für die Produktion benötigten Daten, die Produktionsspezifikationen, wie beispielsweise die Produktzusammensetzung oder die für die Produktion erforderlichen Einrichtungen/Maschinen, mittels einer elektronischen Artikeldatenbank zusammengestellt. Ein Eingreifen eines Benutzers ist bei dem automatischen Abruf der elektronischen Daten aus dieser Datenbank und somit bereits in der Anfangsphase der Produktion nicht notwendig.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Weiterbildung erfolgt nach dem Abruf der elektronischen Daten aus der Artikeldatenbank eine artikelspezifische Umrüstung der Extrusionsblaseinrichtung. Diese Umrüstung kann durch eine Bedienperson erfolgen, die visuell über die erforderlichen Spezifikationen der Umrüstung informiert wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung erfolgt die Umrüstung automatisch und somit unabhängig von der Erfahrung und dem Wissen einer einzelnen Bedienperson.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung werden artikelspezifische elektronischen Einstellwerte und Prozessparameter nach Zugriff auf eine elektronischen Prozessparameterdatenbank an die Extrusionsblaseinrichtung elektronisch/optisch/funkgesteuert übertragen. So kann mit Rückgriff auf eine stets aktualisierte elektronische Datenbank die Steuerung der Vorrichtung zum Kunststoff-Extrusionsblasen über die elektronische Prozessparameter automatisch erfolgen.

In einer weiteren Weiterbildung werden die Prozessparameter und Qualitätsparameter der durch den Prozess gefertigten Produkte durch eine elektronische Prozessdatenverarbeitung erfasst und in einer elektronischen Prozessparameterdatenbank gespeichert/hinterlegt. Somit können sämtliche während der Produktion relevanten Parameter miteinander verglichen und analysiert werden.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung erfolgt die elektronische Speicherung der Prozess- und Qualitätsparameter nach Erreichen vorgegebener Sollwerte der elektronischen Prozessparameter.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Weiterbildung findet eine elektronische und/oder optische und/oder magnetische Inline-Messtechnik Anwendung, mittels derer die Prozess- und Qualitätsparameter erfasst werden können. Die Benutzung einer solchen elektronischen/optischen/magnetischen Inline-Messtechnik ermöglicht somit die zeitkritische Erfassung der relevanten Daten.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein zu fertigender Artikel während des Fertigungsprozesses einer oder mehreren Offline-Qualitätsprüfungen unterzogen. Die so gewonnenen elektronischen Daten können für jeden einzelnen Produktionsschritt mit den elektronischen Prozessparametern und ggf. weiteren Produktparametern verglichen werden.

Vorteilhafterweise werden die so gewonnenen elektronischen Qualitätsdaten in einer Qualitäts- und Prüfdatenbank gespeichert sowie zur Optimierung der Prozessparameter analysiert und somit für die gegenwärtige und zukünftige Optimierung des Produktionsprozesses elektronisch zur Verfügung gestellt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Trendverläufe der elektronischen Prozessparameter von aktuellen wie auch von historischen Produktionsprozessen analysiert werden. Der gleichzeitige Zugriff auf die Qualitäts- und Prüfdatenbank erlaubt eine Gegenüberstellung von Prozessverlauf und Produktqualität.

In sämtlichen Weiterbildungen kann das Verwendung findende elektronische Neuro-Fuzzy-System alternativ in Form eines kooperativen oder eines hybriden Systems realisiert sein. Bei den erstgenannten Systemen werden die elektronischen neuronalen Netze in bestimmten zeitlichen Abständen offline, d.h. nicht während des Betriebs, neu trainiert. Dieses Trainingsverfahren ist prinzipiell risikoärmer als bei hybriden Systemen, in denen das Trainieren kontinuierlich während des Produktionsbetriebs erfolgt.

In hybriden Systemen können online Anpassungen an veränderte Randbedingungen während des Produktionsprozesses vorgenommen werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens unter Nutzung hybrider oder kooperativer Systeme können die elektronischen Parameter der Fuzzy-Regler zur Regelung der Prozessparameter nur innerhalb vorbestimmter unterer und oberer Schranken verändert werden. Dadurch sinkt das Risiko qualitätsmindernder Änderungen der Prozessparameter durch das kontinuierliche online Trainieren.

In weiteren Ausbildungen des Verfahrens mit kooperativen oder hybriden Systemen erfolgt ein Trainieren der elektronischen neuronalen Netze des Neuro-Fuzzy-Systems nur dann, wenn die ermittelten Werte für einen oder mehrere Produktparameter innerhalb vorbestimmter unterer und oberer Schranken liegen. Hierdurch kann die Wahrscheinlichkeit erhöht werden, dass der Trainingseffekt positive Auswirkungen auf die Produktqualität hat.

Im Folgenden wird eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Es zeigt 1: Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Automatisierung des Kunststoff-Extrusionsblasens.
Ein neu eingehender Produktionsauftrag via elektronischem/optischem/funkgesteuertem Netzwerk wird von dem Fertigungsplanungssystem (1) automatisch einer technisch geeigneten Extrusionsblaseinrichtung (9) mit freier Kapazität zugeordnet. Die für die Produktion benötigten Fertigungsunterlagen werden mittels der Artikeldatenbank (2) zusammengestellt und über das elektronische/optische/funkgesteuerte Werks-Netzwerk (7), das den Datenaustausch sämtlicher Programme und Datenbanken auf der Verwaltungsebene ermöglicht, an die Strecken-Steuerung (8) mit dem elektronischen Neuro-Fuzzy-System übertragen.
Die Strecken-Steuerung (8) ist durch eine elektronische Ein-/Ausgabe-Einheit für die Qualitäts- und Prozessdatenverarbeitung mit dem elektronischen/optischen/funkgesteuerten Strecken-Netzwerk (10) verbunden. Die Strecken-Steuerung kann so mit sämtlichen Einrichtungen/Maschinen beispielsweise über integrierte SPS-Steuerungen und I/O Klemmen verbunden sein.
Die Strecken-Steuerung (8) verfügt über ein elektronisches Visualisierungssystem, welches einer Bedienperson Informationen über den eingehenden neuen Auftrag und die zur Produktion erforderliche Umrüstung der Extrusionsblaseinrichtung (9) anzeigen kann. So wird die Bedienperson beispielsweise über folgende Daten informiert: Die Werkzeug- und Entnahmegerätnummer, den Umbau/Anpassung des Extruders, der Abtrenneinrichtung und der Kennzeichnungseinrichtung. Bei einer vollautomatischen Umrüstung der Extrusionsblaseinrichtung kann auf eine Bedienperson verzichtet werden.
Nachdem die artikelspezifische Umrüstung der Extrusionsblaseinrichtung (9) abgeschlossen ist, wird der Auftrag in der Strecken-Steuerung (8) auf den Status „Anfahren" gesetzt. Daraufhin greift die Strecken-Steuerung (8) auf die elektronische Prozessparameterdatenbank (3) zu und lädt elektronisch die artikelspezifischen Einstellwerte und Prozessparameter. Diese Werte und Parameter werden an sämtliche Einrichtungen/Maschinen der Extrusionsblaseinrichtung (9), die durch das Strecken-Netzwerk (10) miteinander verbunden sind, elektronisch übertragen.
Die Vorrichtung fährt sodann mit den elektronisch übermittelten Parametern an und der Produktionsprozess wird automatisch auf die Fertigungssollwerte elektronisch geregelt. Nachdem der Soll-Arbeitspunkt, also beispielsweise die Schmelzetemperatur, erreicht worden ist, wird an der Strecken-Steuerung (8) der Status auf „Fertigung" gesetzt.
Von diesem Zeitpunkt an erfasst und speichert die elektronische Prozessdatenverarbeitung die Prozess- und Qualitätsparameter, die mittels der elektronischen/optischen/magnetischen Inline-Messtechnik bestimmt werden, in der elektronischen Prozessparameterdatenbank (3).
Das Ergebnis der Änderung der Prozessparameter kann durch die Inline-Messtechnik zeitkritisch überprüft werden.
Mithilfe einer elektronischen Rechnereinheit für die Prozess-Analyse (4) werden die Trendverläufe der Prozessparameter der aktuellen und historischen Fertigungsabläufe analysiert. Die elektronischen Daten der Prozessparameterdatenbank (3) werden für die Aktualisierung der elektronischen Artikeldatenbank (2) genutzt.
Während des gesamten Fertigungsprozesses wird das zu fertigende Produkt verschiedenen Offline-Qualitätsprüfungen, unter anderem einer Gewichtskontrolle, aber nicht ausschließlich, unterzogen und werden die Ergebnisse in der Qualitäts- und Prüfdatenbank (5) elektronisch gespeichert und von einer elektronischen Rechnereinheit (6) analysiert. Durch den gleichzeitigen elektronischen Zugriff auf die Qualitäts- und Prüfdatenbank (5) wird eine direkte Gegenüberstellung von Prozessverlauf und Produktqualität ermöglicht.
In dem elektronischen Neuro-Fuzzy-System der Strecken-Steuerung (8) werden die Prozess- und Qualitätsparameter analysiert. Das Neuro-Fuzzy-System wertet die elektronischen Daten mittels eines neuronalen Netzes aus und ändert die Parameter der Fuzzy-Regler zur Regelung der Prozessparameter bzw. führt diese innerhalb der gesetzten Grenzen nach.
Im Fall eines kooperativen Systems erfolgt das Trainieren des elektronischen neuronalen Netzes offline.
Bevorzugt findet ein hybrides System Anwendung, wodurch ein online Training während des Betriebs ermöglicht wird. Somit wird eine kontinuierliche automatische Prozessoptimierung erreicht.
Damit wird zusammengefasst eine Vorrichtung zum Kunststoff-Extrusionsblasen sowie ein Verfahren zur Prozess-Automatisierung des Kunststoff-Extrusionsblasens vorgeschlagen, das elektronisch gesteuert und geregelt wird von dem erfindungsgemäßen elektronischen Neuro-Fuzzy-System.

Claims

Vorrichtung zum Kunststoff-Extrusionsblasen, umfassend wenigstens eine aus mehreren Elementen bestehende Extrusionsblaseinrichtung (9), die mit einer Mehrzahl von Prozessparametern elektronisch steuerbar ist, und eine Einrichtung zur elektronischen Ermittlung wenigstens einen Teils der Prozessparameter eines durch jede Extrusionsblaseinrichtung (9) durchgeführten Extrusionsblasprozesses, und eine Einrichtung zur Analyse und Regelung der Mehrzahl der Prozessparameter zur elektronischen Steuerung jeder Extrusionsblaseinrichtung (9) in Form eines sich selbst kontrollierenden und selbst regulierenden elektronischen Neuro-Fuzzy-Systems, dadurch gekennzeichnet, dass jede Extrusionsblaseinrichtung (9) mehrere der folgenden durch ein elektronisches/optisches/funkgesteuertes Strecken-Netzwerk (10) miteinander verbundenen Elemente, wie eine Extrusionsblasmaschine und/oder ein Extrusionsblaswerkzeug und/oder ein Teileentnahmegerät und/oder ein Förderband und/oder ein Fördersystem und/oder eine Kühleinrichtung und/oder eine Abtrenneinrichtung und/oder eine Schneideinrichtung und/oder eine Säge und/oder eine Stanzeinrichtung und/oder eine Bohreinrichtung und/oder eine Kennzeichnungs-/Signierungseinrichtung und/oder eine Etikettierungseinrichtung und/oder eine Kalibrierungseinrichtung und/oder ein Kühlbecken und/oder eine Einrichtung zur gravimetrischen Messung und/oder eine Einrichtung zur optischen Raumformvermessung und/oder eine Einrichtung zur Wanddickenmessung und/oder eine Einrichtung zur Dichtigkeitsprüfung, umfasst, wobei die Strecken-Steuerung (8) mit den Elementen über integrierte SPS-Steuerungen verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere elektronische/optische/magnetische Sensoren jeder Extrusionsblaseinrichtung (9) zur elektronischen Messung des wenigstens einen Teils der Prozessparameter vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Einrichtung zur Ermittlung von Produktionsparametern von durch wenigsten eine Extrusionsblaseinrichtung (9) gefertigten Produkten vorgesehen ist, wobei die Einrichtung zur Analyse und Regelung der Mehrzahl der Prozessparameter zur elektronischen Steuerung der wenigstens einen Extrusionsblaseinrichtung (9) zusätzlich die ermittelten Produktparameter verwendet.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Extrusionsblaseinrichtung (9) mit einer elektronischen und/oder optischen und/oder magnetischen Inline-Messtechnik ausgestattet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronisches/optisches/funkgesteuertes Werks-Netzwerk (7) mit dem elektronischen Neuro-Fuzzy-System verbunden ist, und außerdem mit wenigstens einer elektronischen Artikeldatenbank (2) und/oder einem elektronischen Fertigungsplanungssystem (1) und/oder einer elektronischen Prozessparameterdatenbank (3) und/oder einer elektronischen Rechnereinheit für die Analyse von Produktionsprozessen (4) und/oder einer elektronischen Qualitäts- und Prüfdatenbank (5) und/oder einer elektronischen Rechnereinheit zur Erfassung von Qualitäts- und Prüfdaten (6) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Neuro-Fuzzy-System ein kooperatives System ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Neuro-Fuzzy-System ein hybrides System ist.
Verfahren zur automatischen Steuerung einer aus mehreren Elementen bestehenden Vorrichtung zum Kunststoff-Extrusionsblasen, in welchem wenigstens ein Teil der Prozessparameter eines durch eine Extrusionsblaseinrichtung (9) durchgeführten Extrusionsblasprozesses ermittelt wird, wobei die Prozessparameter zur elektronischen Steuerung der Extrusionsblaseinrichtung (9) unter Verwendung der ermittelten Prozessparameter analysiert und geregelt werden und die elektronische Analyse und Regelung der Prozessparameter zur elektronischen Steuerung der Extrusionsblaseinrichtung (9) durch ein sich selbst kontrollierendes und selbst regulierendes elektronisches Neuro-Fuzzy-System erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander über ein elektronischen/optischen/funkgesteuerten Strecken-Netzwerkes (10) verbundenen Elemente mittels einer Strecken-Steuerung (8) gesteuert werden, wobei die Strecken-Steuerung (8) mit den Elementen über integrierte SPS-Steuerungen verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum Kunststoff-Extrusionsblasen mit wenigstens zwei Extrusionsblaseinrichtungen (9) elektronisch gesteuert wird, und in welchem mittels eines Fertigungsplanungssystems (1) elektronisch ein neuer Auftrag einer Extrusionsblaseinrichtung (9), die technisch geeignet ist und freie Kapazität hat, zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer elektronischen Artikeldatenbank (2) für einen Auftrag benötigte Produktionsspezifikationen elektronisch zusammengestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die artikelspezifische Umrüstung der Extrusionsblaseinrichtung (9) automatisch elektronisch gesteuert und geregelt erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach Zugriff auf eine elektronische Prozessparameterdatenbank (3) artikelspezifische Einstellwerte und Prozessparameter an die Extrusionsblaseinrichtung (9) via elektronischen/optischen/funkgesteuerten Netzwerk übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessparameter und Qualitätsparameter der durch den Prozess gefertigten Produkte durch eine elektronische Prozessdatenverarbeitung erfasst und in einer Prozessparameterdatenbank (3) elektronisch gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Speicherung der Prozess- und Qualitätsparameter nach Erreichen vorgegebener Sollwerte der Prozessparameter erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozess- und/oder die Qualitätsparameter mittels einer elektronischen und/oder optischen und/oder magnetischen Inline-Messtechnik erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass während des Fertigungsprozesses ein zu fertigender Artikel einer oder mehreren Offline-Qualitätsprüfungen unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten der Offline-Qualitätsprüfungen in einer Qualitäts- und Prüfdatenbank (5) elektronisch gespeichert und zur Optimierung der Prozessparameter einer statistischen Analyse unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Trendverläufe der Prozessparameter aktueller und/oder zurückliegender Fertigungen elektronisch analysiert werden und durch den gleichzeitigen elektronischen/optischen/funkgesteuerten Zugriff auf die elektronische Qualitäts- und Prüfdatenbank (5) eine Gegenüberstellung von Prozessverlauf und Produktqualität visualisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein kooperatives elektronisches Neuro-Fuzzy-System die Prozessparameter analysiert und regelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein hybrides elektronisches Neuro-Fuzzy-System die Prozessparameter analysiert und regelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Parameter für die Fuzzy-Regeln des elektronischen Neuro-Fuzzy-Systems zur elektronischen Regelung der Prozessparameter nur so verändert werden, dass die Werte der Prozessparameter innerhalb vorbestimmter unterer und oberer Schranken verbleiben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Trainieren der elektronischen neuronalen Netze des Neuro-Fuzzy-Systems nur dann erfolgt, wenn die ermittelten Werte für einen oder mehrere Produktparameter innerhalb vorbestimmter unterer und oberer Schranken liegen.