DE102004026642A1 - Automatisierung der Kunststoff-Extrusion durch Einsatz der Neuro-Fuzzy-Technologie - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kunststoff-Extrusion sowie ein Verfahren zur Prozess-Automatisierung der Kunststoff-Extrusion. DOLLAR A Die Vorrichtung umfasst wenigstens eine Extrusionseinrichtung, die mit einer Mehrzahl von elektronischen Prozessparametern steuerbar ist, eine elektronische Einrichtung zur Ermittlung wenigstens einen Teils der Prozessparameter eines durch jede Extrusionseinrichtung durchgeführten Extrusionsprozesses und eine elektronische Einrichtung zur Analyse und Regelung der Mehrzahl der Prozessparameter zur elektronischen Steuerung jeder Extrusionseinrichtung unter Verwendung wenigstens einen Teils der ermittelten Prozessparameter. DOLLAR A Sie zeichnet sich dadurch aus, dass die elektronische Einrichtung zur Analyse und Regelung der Prozessparameter ein sich selbst kontrollierendes und selbst regulierendes elektronisches Neur-Fuzzy-System ist. DOLLAR A In dem Verfahren wird wenigstens ein Teil der elektronischen Prozessparameter eines durch eine Extrusionseinrichtung durchgeführten Extrusionsprozesses ermittelt und werden die Prozessparameter zur elektronischen Steuerung der Extrusionseinrichtung unter Verwendung der ermittelten Prozessparameter analysiert und geregelt. DOLLAR A Es zeichnet sich dadurch aus, dass die elektronische Analyse und Regelung der Prozessparameter zur Steuerung der Extrusionseinrichtung durch ein selbst kontrollierendes und selbst regulierendes elektronisches Neuro-Fuzzy-System erfolgt.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kunststoff-Extrusion sowie ein Verfahren zur Prozess-Automatisierung der Kunststoff-Extrusion.
  • Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit wenigstens einer Extrusionseinrichtung, die mit einer Mehrzahl von Prozessparametern steuerbar ist, und mit einer Einrichtung zur Ermittlung wenigstens einen Teils der Prozessparameter eines durch jede Extrusionseinrichtung durchgeführten Extrusionsprozesses und mit einer Einrichtung zur Analyse und Regelung der Mehrzahl der Prozessparameter zur Steuerung jeder Extrusionseinrichtung unter Verwendung wenigstens einen Teils der ermittelten Prozessparameter.
  • Zudem betrifft die Erfindung insbesondere ein Verfahren zur automatischen Steuerung einer Vorrichtung zur Kunststoff-Extrusion, in welchem wenigstens ein Teil der Prozessparameter eines durch eine Extrusionseinrichtung durchgeführten Extrusionsprozesses ermittelt wird und die Prozessparameter zur Steuerung der Extrusionseinrichtung unter Verwendung der ermittelten Prozessparameter analysiert und geregelt werden.
  • Derartige Vorrichtungen und Verfahren zur gesteuerten Kunststoff-Extrusion sind beispielsweise aus DE 199 61 743 A1 , US 4,240,863 und US 4,882,105 bekannt.
  • Das Extrusionsverfahren findet bei der Fertigung von Rohren, Profilen, Platten, 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 weist bereits die Konturen des zu extrudierenden Produktes auf; so finden z.B. bei der Produktion von Kunststofffolien Breitschlitzdüsen, bei der Rohrproduktion Ringdüsen Anwendung.
  • Üblicherweise steht am Ende einer solchen Extrusionslinie ein Abzug, der das Produkt aus dem Extruder herauszieht. Komplexe Kalibrier- und Abkühlvorgänge sind vor der endgültigen Fertigung des Produkts vonnöten.
  • Die Zusammenfassung mehrerer Extruder zu einer Co-Extrusion erlaubt die Fertigung hochkomplexer, mehrschichtiger Produkte aus unterschiedlichen Kunststoffen in einem Arbeitsgang.
  • Der Einsatz von Regelungstechnik in der Kunststoff-Extrusion 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 Extrusionseinrichtung 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 zur Kunststoff-Extrusion zur Verfügung zu stellen.
  • Beschreibung
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren für die automatisierte Kunststoff-Extrusion mittels eines sich selbst kontrollierenden und selbst regulierenden Neuro-Fuzzy-Systems zur Verfügung.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kunststoff-Extrusion umfasst wenigstens eine Extrusionseinrichtung, die mit einer Mehrzahl von Prozessparametern steuerbar ist, und eine Einrichtung zur Ermittlung wenigstens einen Teils der Prozessparameter eines durch jede Extrusionseinrichtung durchgeführten Extrusionsprozesses, und eine Einrichtung zur Analyse und Regelung der Mehrzahl der Prozessparameter zur Steuerung jeder Extrusionseinrichtung unter Verwendung des wenigstens einen Teils der ermittelten Prozessparameter, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Analyse und Regelung der Prozessparameter ein sich selbst kontrollierendes und selbst regulierendes Neuro-Fuzzy-System ist.
  • In der Vorrichtung können zusätzlich Extrusionseinrichtungen vorgesehen werden, die herkömmlich gesteuert werden können.
  • Die ermittelten und zur Steuerung benutzten Prozessparameter können in dem Fall, dass die Vorrichtung zur Kunststoff-Extrusion mehrere Extrusionseinrichtungen umfasst, sowohl die gleichen als auch unterschiedliche für jede der Extrusionseinrichtungen 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 zur Kunststoff-Extrusion 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 zur Kunststoff-Extrusion 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 Extrusionsprozesse 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 Extrusionseinrichtung die folgenden durch ein elektronisches und/oder optisches und/oder funkgesteuertes Strecken-Netzwerk über bevorzugterweise integrierte SPS Steuerungen und modulare Input/Output Klemmsysteme verbundene Elemente: einen Extruder und/oder ein Extrusionswerkzeug/Formwerkzeug und/oder eine Kalibrierungseinrichtung und/oder einen Vakuumtank und/oder ein Kühlbecken und/oder einen Wickler und/oder eine Säge und/oder einen Abhacker (Trenneinrichtung) und/oder einen Abzug und/oder einen Stapelautomat und/oder einen Muffautomat (Automat zur Herstellung von Rohrendverbindungen) 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 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.
  • Die Aufzählung dieser Einrichtungen/Maschinen ist dabei nicht abschließend.
  • Jede Extrusionseinrichtung 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 Extrusionseinrichtung gefertigten Produkten, wobei die Einrichtung zur Analyse und Regelung der Mehrzahl der Prozessparameter zur elektronischen Steuerung der wenigstens einen Extrusionseinrichtung 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 Vakuums der Kalibrierung 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 erifndungsgemäßen 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 Vorrichtung zur Kunststoff-Extrusion wird wenigstens ein Teil der Prozessparameter eines durch eine Extrusionseinrichtung durchgeführten Extrusionsprozesses ermittelt, werden die Prozessparameter zur elektronischen Steuerung der Extrusionseinrichtung unter Verwendung der ermittelten Prozessparameter analysiert und elektronisch geregelt und erfolgt kennzeichnenderweise die Analyse und Regelung der Prozessparameter zur elektronischen Steuerung der Extrusionseinrichtung durch ein sich selbst kontrollierendes und selbst regulierendes elektronisches Neuro-Fuzzy-System.
  • Dieses Verfahren erlaubt die schnelle und zuverlässige elektronische Optimierung der Extrusionsprozesse und die personenunabhängige Prozessregelung. Die Vorrichtung zur Kunststoff-Extrusion, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren automatisch elektronisch gesteuert werden soll, kann eine oder mehrere Extrusionseinrichtungen umfassen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des beschriebenen Verfahrens wird eine Vorrichtung zur Kunststoff-Extrusion mit wenigstens zwei Extrusionseinrichtungen elektronisch gesteuert/geregelt, und mittels eines elektronischen Fertigungsplanungssystems ein neuer Auftrag einer Extrusionseinrichtung, 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 Extrusionseinrichtung. 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 Extrusionseinrichtung elektronisch/optisch/funkgesteuert übertragen. So kann mit Rückgriff auf eine stets aktualisierte elektronische Datenbank die Steuerung der Vorrichtung zur Kunststoff-Extrusion 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 der Kunststoff-Extrusion.
  • Ein neu eingehender Produktionsauftrag via elektronischem/optischem/funkgesteuertem Netzwerk wird von dem Fertigungsplanungssystem (1) automatisch einer technisch geeigneten Extrusionseinrichtung (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 Extrusionseinrichtung (9) anzeigen kann. So wird die Bedienperson beispielsweise über folgende Daten informiert: Die Werkzeug- und Kalibrierungsnummer, den Umbau/Anpassung des Abzugs, der Säge/Abhacker-Einheit und der Werkzeug- sowie Stapelautomat/Muffautomat/Wickler-Einheit. Bei einer vollautomatischen Umrüstung der Extrusionseinrichtung kann auf eine Bedienperson verzichtet werden.
  • Nachdem die artikelspezifische Umrüstung der Extrusionseinrichtung (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 Extrusionseinrichtung (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 zur Kunststoff-Extrusion sowie ein Verfahren zur Prozess-Automatisierung der Kunststoff-Extrusion vorgeschlagen, das elektronisch gesteuert und geregelt wird von dem erfindungsgemäßen elektronischen Neuro-Fuzzy-System.

Claims (23)

  1. Vorrichtung zur Kunststoff-Extrusion umfassend wenigstens eine Extrusionseinrichtung (9), die mit einer Mehrzahl von Prozessparametern elektronisch steuerbar ist, und eine Einrichtung zur elektronischen Ermittlung wenigstens einen Teils der Prozessparameter eines durch jede Extrusionseinrichtung (9) durchgeführten Extrusionsprozesses, und eine Einrichtung zur Analyse und Regelung der Mehrzahl der Prozessparameter zur elektronischen Steuerung jeder Extrusionseinrichtung unter Verwendung des wenigstens einen Teils der ermittelten Prozessparameter, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Analyse und Regelung der Prozessparameter ein sich selbst kontrollierendes und selbst regulierendes elektronisches Neuro-Fuzzy-System ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Extrusionseinrichtung (9) die folgenden durch ein elektronisches/optisches/funkgesteuertes Strecken-Netzwerk (10) miteinander verbundenen Elemente, wie einen Extruder und/oder ein Extrusionswerkzeug/Formwerkzeug und/oder eine Kalibrierungseinrichtung und/oder einen Vakuumtank und/oder ein Kühlbecken und/oder einen Wickler und/oder eine Säge und/oder einen Abhacker (Trenneinrichtung) und/oder einen Abzug und/oder einen Stapelautomat und/oder einen Muffautomat (Automat zur Herstellung von Rohrendverbindungen) 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 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, umfasst.
  3. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere elektronische/optische/magnetische Sensoren jeder Extrusionseinrichtung (9) zur elektronischen Messung des wenigstens einen Teils der Prozessparameter vorgesehen sind.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Einrichtung zur Ermittlung von Produktionsparametern von durch wenigsten eine Extrusionseinrichtung (9) gefertigten Produkten vorgesehen ist, wobei die Einrichtung zur Analyse und Regelung der Mehrzahl der Prozessparameter zur elektronischen Steuerung der wenigstens einen Extrusionseinrichtung (9) zusätzlich die ermittelten Produktparameter verwendet.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Extrusionseinrichtung (9) mit einer elektronischen und/oder optischen und/oder magnetischen Inline-Messtechnik ausgestattet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronisches/optisches/funkgesteuertes Werks-Netzwerk (7), mit dem das elektronische Neuro-Fuzzy-System verbunden ist, und mit dem wenigstens eine elektronische Artikeldatenbank (2) und/oder ein elektronisches Fertigungsplanungssystem (1) und/oder eine elektronische Prozessparameterdatenbank (3) und/oder eine elektronische Rechnereinheit für die Analyse von Produktionsprozessen (4) und/oder eine elektronische Qualitäts- und Prüfdatenbank (5) und/oder eine elektronische Rechnereinheit zur Erfassung von Qualitäts- und Prüfdaten (6) verbunden ist oder sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Neuro-Fuzzy-System ein kooperatives System ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Neuro-Fuzzy-System ein hybrides System ist.
  9. Verfahren zur automatischen Steuerung einer Vorrichtung zur Kunststoff-Extrusion, in welchem wenigstens ein Teil der Prozessparameter eines durch eine Extrusionseinrichtung (9) durchgeführten Extrusionsprozesses ermittelt wird, wobei die Prozessparameter zur elektronischen Steuerung der Extrusionseinrichtung (9) unter Verwendung der ermittelten Prozessparameter analysiert und geregelt werden, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass die elektronische Analyse und Regelung der Prozessparameter zur elektronischen Steuerung der Extrusionseinrichtung (9) durch ein sich selbst kontrollierendes und selbst regulierendes elektronisches Neuro-Fuzzy-System erfolgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zur Kunststoff-Extrusion mit wenigstens zwei Extrusionseinrichtungen (9) elektronisch gesteuert wird, und in welchem mittels eines Fertigungsplanungssystems (1) elektronisch ein neuer Auftrag einer Extrusionseinrichtung (9), die technisch geeignet ist und freie Kapazität hat, zugeordnet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer elektronischen Artikeldatenbank (2) für einen Auftrag benötigte Produktionsspezifikationen elektronisch zusammengestellt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die artikelspezifische Umrüstung der Extrusionseinrichtung (9) automatisch elektronisch gesteuert und geregelt erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach Zugriff auf eine elektronische Prozessparameterdatenbank (3) artikelspezifische Einstellwerte und Prozessparameter an die Extrusionseinrichtung (9) via elektronischen/optischen/funkgesteuerten Netzwerk übertragen werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, 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.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Speicherung der Prozess- und Qualitätsparameter nach Erreichen vorgegebener Sollwerte der Prozessparameter erfolgt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozess- und/oder die Qualitätsparameter mittels einer elektronischen und/oder optischen und/oder magnetischen Inline-Messtechnik erfasst werden.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass während des Fertigungsprozesses ein zu fertigender Artikel einer oder mehreren Offline-Qualitätsprüfungen unterzogen wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, 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.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, 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.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein kooperatives elektronisches Neuro-Fuzzy-System die Prozessparameter analysiert und regelt.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein hybrides elektronisches Neuro-Fuzzy-System die Prozessparameter analysiert und regelt.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 21, 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.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 22, 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.
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