DE102005013289A1

DE102005013289A1 - Verfahren zum Kompensieren langsam veränderlicher Merkmale einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102005013289A1
Application number: DE200510013289
Authority: DE
Inventors: Volker Dr. Maier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2025-03-23
Also published as: DE102005013289B4

Abstract

Bei einem Verfahren zum automatischen Kompensieren langsam veränderlicher Merkmale einer Werkzeugmaschine (12), die an einer Produktionsstätte (10) bereitgestellt ist, erfassen ein oder mehrere Sensoren (22, 24, 26) Merkmalsdaten und leiten diese über eine Datenverbindung, das Internet (20), an eine von der Produktionsstätte (10) unabhängige Serverplattform (28). Dort verwendet ein Computermodellalgorithmus (34, 36) die Merkmalsdaten zur Erzeugung von veränderten Maschinensteuergrunddaten und leitet diese veränderten Maschinensteuergrunddaten über das Internet (20) an die Maschinensteuerung (14), die diese Maschinensteuergrunddaten zur Kompensation der langsam veränderlichen Merkmale verwendet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Kompensieren langsam veränderlicher Merkmale einer Werkzeugmaschine.
Elektronische Steuerungen von Werkzeugmaschinen verwenden üblicherweise Maschinensteuergrunddaten, auf deren Grundlage dann Prozessdaten zur aktuellen Steuerung der Werkzeugmaschine erzeugt werden. Die Maschinensteuergrunddaten spiegeln die Eigenschaften der Werkzeugmaschine wider. Diese Eigenschaften sind jedoch langfristig, also langsam veränderlich. Zu diesen Eigenschaften gehört beispielsweise die Temperatur, denn eine zu hohe Temperatur kann zu einer thermischen Drift in einer Werkzeugmaschine führen, was zur Folge haben kann, dass die Werkzeugmaschine nicht mehr präzise arbeitet. Es ist daher wünschenswert, die Maschinensteuergrunddaten an die langsam veränderlichen Merkmale wie etwa die Temperatur anzupassen. Bisher erfolgt eine solche Anpassung lokal an einer Produktionsstätte, an der die Werkzeugmaschine aufgestellt ist. Mit komplexen Algorithmen, z.B. mit Fuzzy Logik können veränderliche Maschineneigenschaften errechnet werden. Die Algorithmen sind sehr speicher- und rechenintensiv und können daher nicht auf Computereinheiten an den Werkzeugmaschinen selbst ablaufen. Die Algorithmen werden daher auf gesonderten Computereinheiten betrieben, und Kompensationswerte werden an die Maschinensteuerung einzeln übertragen. Diese Übertragung erfolgt teilweise noch von Hand über Tastaturen oder über kurzfristige Verbindungen von Maschinensteuereinheiten mit PCs.
Zur Vereinfachung werden bei der Inbetriebnahme der Maschine einmalig Kompensationswerte oder -tabellen in der Maschinensteuerung hinterlegt. Veränderungen dieser Werte im Laufe der Zeit erfolgen dann nicht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Kompensieren langsam veränderlicher Merkmale einer Werkzeugmaschine möglichst automatisch ablaufen zu lassen, insgesamt zu vereinfachen und flexibler zu gestalten.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1. Die Erfindung macht sich zunutze, dass elektronische Steuerungen von Werkzeugmaschinen und Sensoren in Datenverbindung mit einer von der Produktionsstätte, an der die Werkzeugmaschine steht, unabhängigen Serverplattform bringbar ist. Auf der Serverplattform kann ein Computermodellalgorithmus betrieben werden, der Werte ausgibt, welche eine Kompensation der langsam veränderlichen Merkmale zum Erzeugen eines Normalzustands bereitstellt.

Im Einzelnen erfasst das erfindungsgemäße Verfahren zum automatischen Kompensieren langsam veränderlicher Merkmale einer Werkzeugmaschine, dass

– eine Werkzeugmaschine mit einer elektronischen Steuerung, welche Maschinensteuergrunddaten verwendet, auf deren Grundlage sie Prozessdaten erzeugt, an einer Produktionsstätte bereitgestellt ist,
– ein oder mehrere Sensoren, die Merkmalsdaten erfassen, ebenfalls an der Produktionsstätte, insbesondere an der Werkzeugmaschine bereitgestellt sind,
– die Werkzeugmaschine und die Sensoren in Datenverbindung mit einer von der Produktionsstätte unabhängigen Serverplattform stehen,
– auf der Serverplattform ein Computermodellalgorithmus zur modellhaften Darstellung des Verhaltens der Werkzeugmaschine in Abhängigkeit von den Merkmalsdaten und zum modellhaften Vornehmen einer Kompensation und Bereitstellen von veränderten Maschinensteuergrunddaten bereitsteht,
– die Sensoren über die Datenverbindung Merkmalsdaten an die Serverplattform übermitteln,
– auf der Serverplattform der Computermodellalgorithmus unter Verwendung der übermittelten Merkmalsdaten betrieben wird, d.h. abläuft, und veränderte Maschinensteuergrunddaten in Abhängigkeit von den übermittelten Merkmalsdaten ausgibt,
– die veränderten Maschinensteuergrunddaten über die Datenverbindung an die elektronische Steuerung der Werkzeugmaschine übermittelt werden, und
– die Werkzeugmaschine durch die elektronische Steuerung unter Verwendung der veränderten Maschinensteuergrunddaten betrieben wird.

Bevorzugt sind die Sensoren Teil der Werkzeugmaschine, d.h. zumindest stehen sie in Datenverbindung mit der elektronischen Steuerung der Werkzeugmaschine, und die Merkmalsdaten werden dann von der elektronischen Steuerung weiter an die Serverplattform übermittelt.

Zur Erfassung der Temperatur kann zumindest ein Sensor ein Temperatursensor sein, zum Erfassen eines Temperaturgefälles an der Werkzeugmaschine können zumindest zwei Temperatursensoren, oder auch mehrere, vorgesehen sein.

Ein Temperaturgefälle erzeugt eine komplizierte Verzerrung der Werkzeugmaschine. Modellhaft ist eine solche Verzerrung beispielsweise mittels der Methode der finiten Elemente, insbesondere für Bauteile der Werkzeugmaschine, darstellbar.

Der Computermodellalgorithmus kann zuvor über die Datenverbindung, welche insbesondere das Internet sein kann, vom Hersteller der Werkzeugmaschine und/oder einem Softwaredienstleister auf die Serverplattform geladen werden. Mit anderen Worten kann bereits der Hersteller der Werkzeugmaschine selbst sehr gut modellhaft darstellen, wie eine Kompensation an der Werkzeugmaschine erfolgen kann, einzelne Softwaredienstleister können jedoch ebenfalls auf das Herstellen von Computermodellalgorithmen spezialisiert sein.

Der Computermodellalgorithmus muss lediglich die Merkmalsdaten zur Verfügung stehen haben, weil er die üblichen Maschi nensteuergrunddaten kennt. Es ist jedoch auch möglich, dass die Maschinensteuerung über die Datenverbindung aktuelle Maschinensteuergrunddaten und/oder einzelne Prozessdaten an die Serverplattform für den Computermodellalgorithmus übermittelt. Genauso kann der Computermodellalgorithmus der elektronischen Steuerung der Werkzeugmaschine auch die Aufgabe der Erzeugung von Prozessdaten abnehmen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Eingangs- und Ausgangsdaten des Computermodellalgorithmus gespeichert, d.h. die Merkmalsdaten und die veränderten Maschinensteuergrunddaten gespeichert. Aufgrund einer Analyse der gespeicherten Werte kann nach einer bestimmten Zeit erkannt werden, ob der Algorithmus korrekt oder gut genug arbeitet und gegebenenfalls eine Anpassung des Algorithmus vorgenommen werden muss.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der:
1 den schematischen Aufbau eines Systems zum automatischen Kompensieren langsam veränderlicher Merkmale einer Werkzeugmaschine von der Ferne her darstellt.
Die 1 zeigt schematisch eine Produktionsstätte 10, an der ein Fabrikprozess abläuft mit zumindest einer Werkzeugmaschine 12, die eine elektronische Steuerung 14 aufweist. Die elektronische Steuerung 14 ist über Datenleitungen 16 und eine Schnittstelle 18 an das Internet 20 angeschlossen. Ferner sind an der Produktionsstätte 10 auch Sensoren 22, 24 und 26 bereitgestellt. Die Sensoren können, wie der Sensor 22 über die Leitung 23 und der Sensor 24 über die Leitung 25, direkt mit dem Internet verbunden sein, sie können jedoch, wie der Sensor 26, auch mit der elektronischen Maschinensteuerung verbunden sein und erst über diese Maschinensteuerung über die Leitung 16 dann wieder mit dem Internet 20. Die Sensoren können Temperatursensoren sein. Beispielsweise sind die Sensoren 22 und 26 direkt an der Werkzeugmaschine 12 angebracht und können deren Temperatur erfassen, oder sie können z.B. die Luftfeuchtigkeit erfassen, wie ein gesonderter Sensor 24.
Ebenfalls mit dem Internet verbunden ist eine Serverplattform 28, welche lokal von der Produktionsstätte 10 getrennt und von dieser unabhängig ist. Die Serverplattform 28 kann für ein Vielzahl von Produktionsstätten 10 und insbesondere eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen 12 und von Sensoren zur Verfügung stehen. Sie ist über eine Schnittstelle 30 mit dem Internet 20 verbunden und weist eine Computereinheit 32 auf, in der Softwaremodellalgorithmen 34, 36 und 38 gespeichert sind. Die Softwaremodellalgorithmen 34 und 36 stellen das Verhalten der Werkzeugmaschine 12 in Abhängigkeit der von den Sensoren 22, 24 und 26 erfassten Merkmalsdaten modellhaft dar und können zum Zwecke einer Kompensation langsam veränderlicher Merkmale veränderte Maschinensteuergrunddaten bereitstellen. Der Softwarealgorithmus 34 kann vom Hersteller 40 der Werkzeugmaschine 12 hergestellt sein und über eine Schnittstelle 42 über Internet 20 zuvor an die Serverplattform 28 mit der Computereinheit 32 übertragen worden sein. Der Computermodellalgorithmus 36 kann von einem gesonderten Softwaredienstleister 44 bereitgestellt worden sein und über eine Schnittstelle 46 über Internet 20 an die Serverplattform 28 mit der Computereinheit 32 übermittelt worden sein. Der Computermodellalgorithmus 38 kann für eine andere Werkzeugmaschine, insbesondere auch für eine andere Produktionsstätte, geeignet sein.
Die zentrale Serverplattform 28 ist wie erwähnt von der Produktionsstätte 10 abhängig und kann für eine Vielzahl von Produktionsstätten zuständig sein. Hierfür werden auf der Computereinheit 32 Rechenzeiten zur Verfügung gestellt, wobei eine Parallelverarbeitung von Daten von verschiedenen Produktionsstätten möglich ist.
Die elektronische Steuerung 14 steuert die Werkzeugmaschine nun aufgrund von Maschinensteuergrunddaten, welche in der elektronischen Steuerung 14 gespeichert sind. Auf der Grund lage dieser Maschinensteuergrunddaten werden Prozessdaten erzeugt, die eigentlichen Steuerdaten für die Werkzeugmaschine. Es kann nun aufgrund von langsam veränderlichen Größen wie der Temperatur dazu kommen, dass die Prozessdaten nicht mehr völlig für die Werkzeugmaschine geeignet sind. Beispielsweise kann es aufgrund von Temperaturerhöhungen in der Produktionsstätte oder von Temperaturschwankungen oder Temperaturgradienten zu einer thermischen Drift und zu Verzerrungen an der Werkzeugmaschine kommen. Um dies zu kompensieren, werden die Merkmalsdaten, also die Temperatur- bzw. Luftfeuchtigkeitsdaten etc., von den Sensoren 22, 24 und 26, gegebenenfalls auf dem Umweg über die Steuerung 14, über Internet 20 an die zentrale Serverplattform 28 übermittelt. Auf der Serverplattform verwendet nun einer der Computeralgorithmen 34 oder 36, welcher hierfür ausgewählt wurde (z.B. dezentral über Internet von der Produktionsstätte 10 her) die von den Sensoren über die Datenverbindung Internet 20 übermittelten Merkmalsdaten. Der Computermodellalgorithmus gibt veränderte Maschinensteuergrunddaten aus, welche an die Maschinensteuerung 14 übermittelt werden. Diese Maschinensteuergrunddaten tragen den veränderlichen Merkmalen Rechnung, z.B. wird ein Bohrkopf einer Bohrmaschine, der thermisch in eine bestimmte Richtung gedriftet ist, in diese Richtung nicht mehr so weit vorgeschoben werden müssen wie sonst. Die elektronische Steuerung der Werkzeugmaschine erzeugt weiterhin Prozessdaten, d.h. konkrete Steuerdaten für die Werkzeugmaschine, nun aber unter Verwendung der veränderten Maschinensteuergrunddaten.
Bei einer Alternative ist es möglich, dass auch die Prozessdaten über die Datenleitung 16 und die Schnittstelle 18 von der Maschinensteuerung 14 über Internet 20 an die Softwareplattform 28 übermittelt werden. Die Maschinensteuerung kann dann aktuelle Maschinensteuergrunddaten ausgeben, welche an diese Prozessdaten sowie gleichzeitig an die Merkmalsdaten angepasst sind. Sie kann auch gleich neue Prozessdaten ausgeben, so dass die Maschinensteuerung 14 dann nur noch die Aufgabe der Weiterleitung der Prozessdaten, d.h. der Steuerdaten für die Maschine 12, hat. Auf der zentralen Serverplattform 28 steht ein Speicher 48 zur Verfügung, in dem die Eingangs- und Ausgangsdaten, welche über das Internet 20 übermittelt werden, erfasst werden. Es kann dann historisch festgestellt werden, bei welchen Merkmalsdaten der Computermodellalgorithmus welche veränderten Maschinensteuergrunddaten ausgegeben hat. Hierdurch wird es auch möglich, die Computermodellalgorithmen 34 bzw. 36 zu korrigieren, d.h. anzupassen. Beispielsweise kann eine Anpassung an eine individuelle Werkzeugmaschine 12 erfolgen, z.B. wenn es zu Schwankungen desselben Werkzeugmaschinentyps kommt.
Durch das zentrale Bereitstellen der Kapazität einer leistungsfähigen Computereinheit 32, auf der die Algorithmen 34, 36 und 38 laufen können, können für verschiedene Produktionsstätten zentral Kompensationen vorgenommen werden, ohne dass vor Ort an den Produktionsstätten 10 eine entsprechende Computerleistung möglich gemacht werden muss. Durch geeignete Bereitstellung von Rechenzeiten, Taktungen, etc. wirkt die Serverplattform 28 als sei sie eigens für die Werkzeugmaschine 12 zur Verfügung gestellt. Ökonomisch wird damit der Effekt eines Outsourcings erfolgreich erzielt. Die Computermodellalgorithmen können auch für eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen des gleichen Typs verwendet werden, wobei sie individuell an die einzelnen Maschinenindividuen angepasst sein können, so dass die Computeralgorithmen in ihrer Grundstruktur zumindest nur einmal zentral abgespeichert sein müssen.

Claims

Verfahren zum automatischen Kompensieren langsam veränderlicher Merkmale einer Werkzeugmaschine (12), bei dem – eine Werkzeugmaschine (12) mit einer elektronischen Steuerung (14), welche Maschinensteuergrunddaten verwendet und auf deren Grundlage Prozessdaten erzeugt, an einer Produktionsstätte (10) bereitgestellt ist, – ein oder mehrere Sensoren (22, 24, 26), die Merkmalsdaten erfassen, an der Produktionsstätte (10) bereitgestellt sind, – die Werkzeugmaschine (12) und die Sensoren (22, 24, 26) in Datenverbindung (20) mit einer von der Produktionsstätte (10) unabhängigen Serverplattform (28) stehen, – auf der Serverplattform (28) ein Computermodellalgorithmus (34, 36,)zum modellhaften Darstellen des Verhaltens der Werkzeugmaschine (12) in Abhängigkeit von den Merkmalsdaten und zum modellhaften Vornehmen einer Kompensation durch Bereitstellen von veränderten Maschinensteuergrunddaten bereitsteht, – die Sensoren (22, 24, 26) über die Datenverbindung (20) Merkmalsdaten an die Serverplattform (28) übermitteln, – auf der Serverplattform der Computermodellalgorithmus (34, 36) unter Verwendung der übermittelten Merkmalsdaten betrieben wird und veränderte Maschinensteuergrunddaten in Abhängigkeit von den übermittelten Merkmalsdaten ausgibt, – die veränderten Maschinensteuergrunddaten über die Datenverbindung an die elektronische Steuerung (14) der Werkzeugmaschine (12) übermittelt werden, und – die Werkzeugmaschine durch die elektronische Steuerung (14) mit den veränderlichen Maschinensteuergrunddaten betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (26) in Datenverbindung mit der elektronischen Steuerung (14) der Werkzeugmaschine stehen und die Merkmalsdaten an die elektronische Steuerung (14) übermittelt werden, welche die Merkmalsdaten weiter an die Serverplattform (28) übermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (22, 26) ein Temperatursensor für die Werkzeugmaschine (12) ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Temperatursensoren (22, 26) ein Temperaturgefälle an der Werkzeugmaschine (12) erfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Computermodellalgorithmus (34, 36) zuvor über die Datenverbindung (20) vom Hersteller (40) der Werkzeugmaschine und/oder einem Softwaredienstleister (44) auf die Serverplattform (28) geladen wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverbindung über Internet (20) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Computermodellalgorithmus (34, 36) die Methode der finiten Elemente, insbesondere für Bauteile der Werkzeugmaschine (12) verwendet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinensteuerung (14) auch aktuelle Maschinensteuergrunddaten und/oder Prozessdaten an die Serverplattform für den Computermodellalgorithmus übermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Computermodellalgorithmus (34, 36) auch Prozessdaten erzeugt, die an die Maschinensteuerung (14) übermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein gangs- und Ausgangsdaten an der Serverplattform (28), insbesondere die Merkmalsdaten und die veränderten Maschinensteuergrunddaten, gespeichert werden (48), um eine Anpassung des Algorithmus (34, 36) vornehmen zu können.