DE102005013290B4

DE102005013290B4 - Verfahren zum elektronischen Betreiben einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102005013290B4
Application number: DE200510013290
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: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2025-03-23
Also published as: DE102005013290A1

Abstract

Verfahren zum elektronischen Betreiben einer Werkzeugmaschine, wobei:
– eine eine elektronische Maschinensteuerung (14) aufweisende Werkzeugmaschine (12) an einer Produktionsstätte (10) aufgestellt ist, und
– in Datenverbindung (20) mit einer von der Produktionsstätte (10) unabhängigen Serverplattform (22) steht,
– auf der Serverplattform (22) eine Vielzahl von Softwaremodellalgorithmen (36, 38) zum Simulieren des Maschinenverhaltens beim Betrieb zur Verfügung steht,
– die Vielzahl von Softwaremodellalgorithmen (36, 38) zuvor über die Datenverbindung (20) von dem Hersteller der Maschine (26) und/oder einem Softwaredienstleister (30) auf die Serverplattform (22) geladen wird,
– aus der Vielzahl von Softwaremodellalgorithmen (36, 38) eine Auswahl eines Softwaremodellalgorithmuses (36, 38) in der Produktionsstätte (10) über die Datenverbindung (20) erfolgt,
– Prozessdaten ständig oder wiederholt von der Maschinensteuerung (14) über die Datenverbindung (20) an die Serverplattform (22) übermittelt werden,
– die Prozessdaten vom ausgewählten Softwaremodellalgorithmus (36, 38) bearbeitet werden und von diesem Soll-Prozessdaten für einen...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektronischen Betreiben, d.h. zum elektronischen Steuern, einer Werkzeugmaschine über eine räumliche Distanz, d. h. zentral von einer Serverplattform zu einer an einer Produktionsstätte aufgestellten Werkzeugmaschine.
Bei Fertigungsprozessen ist zur Erzielung einer optimalen Produktqualität die kontinuierliche Überwachung, Verbesserung und Anpassung des Prozesses wichtig. Auch wenn heutzutage Werkzeugmaschinen elektronisch gesteuert sind, werden die dort auflaufenden Prozessdaten bisher nur kurzzeitig zwischengespeichert, soweit es eine begrenzte Speicherkapazität und Rechenleistung von Speichern und Maschinensteuerung ermöglicht, und für Kurzzeitanalysen vor Ort durch Fachpersonal des Betreibers zur Optimierung des Prozesses genutzt. Im Stand der Technik erfolgt eine kontinuierliche Prozessoptimierung und Anpassung der Prozessparameter, auch bei komplexen Fertigungsprozessen. Es können heute bereits solche komplizierten Prozesse in Algorithmen modelliert werden, hierfür muss jedoch eine beträchtliche Rechenkapazität zur Verfügung gestellt sein.

Aus der EP 1 411 403 A1 (welche den nächstliegenden Stand der Technik darstellt) ist es bekannt, eine eine elektronische Maschinensteuerung aufweisende Produktionsmaschine mithilfe einer Serverplattform, mit der sie in Datenverbindung steht, zu betreiben. Es werden Prozessdaten von der Maschinensteuerung an die Serverplattform übermittelt, sie werden mithilfe eines Softwaremodellalgorithmus bearbeitet, und es werden Soll-Prozessdaten für einen späteren Zeitpunkt ermittelt. Die Soll-Prozessdaten werden mit zu dem späteren Zeitpunkt übermittelten Prozessdaten verglichen. Als Ergebnis des Vergleichs erzeugt der Algorithmus geänderte Werte, übermittelt diese an die Maschinensteuerung, die sie verwendet.

Aus der DE 101 52 765 A1 ist es bekannt, Expertenwissen von Maschinenherstellern via Internet an eine Maschine zu bringen. Maschinenseitig ist ein Arbeitsrechner vorgesehen. Über eine Datenkommunikationsverbindung ist dieser mit einem Hauptrechner verbunden, der zur Erzeugung und Bereitstellung von maschinenbezogenen Daten und Diensten vorgesehen ist. Mithilfe des Arbeitsrechners sind in Echtzeit Maschinenzustandsdaten erfassbar, an den Hauptrechner übertragbar, der in Abhängigkeit von solchen Maschinenzustandsdaten Daten und Dienste erzeugt, die wiederum an den Arbeitsrechner gesandt werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der oben genannten Art bereitzustellen, mit dem eine kontinuierliche Prozessüberwachung und -optimierung für Komplexfertigungsprozesse durch flexiblere Simulationen der Maschinensteuerung verbessert wird.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst.

Demgemäß steht eine eine elektronische Maschinensteuerung aufweisende Werkzeugmaschine an einer Produktionsstelle in Datenverbindung mit einer von der Produktionsstelle unabhängigen Serverplattform. Auf der Serverplattform steht eine Vielzahl von Softwaremodellalgorithmen zum Simulieren des Maschinenverhaltens beim Betrieb zur Verfügung. Prozessdaten werden ständig oder wiederholt, z.B. gepulst, von der Maschine über die Datenverbindung an die Serverplattform übermittelt, und diese Prozessdaten werden von einem ausgewählten Simulationsalgorithmus be- bzw. verarbeitet. In dem Rahmen des Algorithmus werden Soll-Prozessdaten für einen späteren Zeitpunkt ermittelt. Mit anderen Worten wird ermittelt, wie die Prozessdaten ausgehend von einem bestimmten Zeitpunkt bei normallaufendem Prozess zu einem späteren Zeitpunkt aussehen. Die Soll-Prozessdaten werden nachfolgend mit Prozessdaten für den späteren Zeitpunkt verglichen, und es erfolgt eine Korrektur in der Maschinensteuerung, indem der Algorithmus geän derte Werte für zumindest einen Teil der Prozessdaten (also z.B. nur einen Teil der Parameter) erzeugt, und diese geänderten Prozessdaten über die Datenverbindung an die Maschinensteuerung gesandt werden. Die Maschinensteuerung setzt dann die geänderten Prozessdaten zur Steuerung der Maschine ein. Die Vielzahl von Softwaremodellalgorithmen wird zuvor über die Datenverbindung von dem Hersteller der Maschinen und/oder einem Softwaredienstleister auf die Serverplattform geladen. Es wird so eine Vielzahl von Softwaremodellalgorithmen zur Verfügung gestellt, aus denen dann seitens der Produktionsstätte über die Datenverbindung eine Auswahl eines Softwaremodellalgorithmus erfolgt, so dass produktionsseitig festgelegt wird, wie die Werkzeugmaschine modellhaft dargestellt wird. Sämtliche Prozessdaten können insbesondere gespeichert werden, um den Softwaremodellalgorithmus dauerhaft zu optimieren, auch in Bezug nicht nur auf Werkzeugmaschinentypen, sondern auch auf individuelle Ausführungsformen von Werkzeugmaschinen. Es werden zwei Werkzeugmaschinen betrieben, wobei der Softwaremodellalgorithmus das Zusammenwirken der beiden Werkzeugmaschinen modellhaft erfasst und aufgrund von Prozessdaten der einen Werkzeugmaschine Soll-Prozessdaten für die andere Maschine erzeugt.

Die Erfindung stellt somit eine gesonderte Serverplattform bereit, auf der die hochkomplizierten Algorithmen laufen können, wobei die teure und aufwändige Serverplattform eine zentrale Serverplattform ist, die für eine Vielzahl von Produktionsstätten und Werkzeugmaschinen zur Verfügung stehen kann, so dass nicht zu jeder Werkzeugmaschine zugehörig eine solche Serverplattform gekauft werden muss, was den Rahmen üblicher Investitionen sprengen würde. Die Erfindung überwindet somit den Stand der Technik, in dem die Prozessdaten von einzelnen Maschinen nur auf Kleinrechnern gespeichert wurden und ermöglicht eine umfangreiche Sammlung von Prozessdaten, beispielsweise auch zur Optimierung der Softwarealgorithmen. Von der ökonomischen Seite her kann eine Rechnungsstellung an den Besitzer der Werkzeugmaschinen bzw. an die einzelnen Produktionsstellen erfolgen, dass die Rechendauer des zugehöri gen Softwaremodellalgorithmus ermittelt wird bzw. ermittelt wird, wieviel Arbeitsspeicher für wieviel Zeit auf der Serverplattform in Anspruch genommen wurde.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wurden die Softwaremodellalgorithmen zuvor über dieselbe Datenverbindung, beispielsweise das Internet, von dem Hersteller der Maschine und/oder einem Softwaredienstleister auf die Serverplattform geladen. Zum Transport der Prozessdaten und der Softwaremodellalgorithmen kann die Datenverbindung mit Zugriffssperren versehen sein oder codiert erfolgen.

Eine typische Werkzeugmaschine ist eine Bohrmaschine, bei der als Prozessdaten das Spindeldrehmoment oder der Spindelstrom erfasst werden.

Nicht gemeint sind mit Prozessdaten langfristige Betriebsdaten, wie etwa die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur in der Fabrikhalle. Hierfür müssten gesonderte Verfahren zur Verfügung gestellt werden.

Prozessdaten sind also Maschinenbetriebsdaten, die bei der Maschine beim laufenden Betrieb, insbesondere kurzfristig veränderlich, vorliegen.

Es wird auch das Zusammenwirken von zwei Werkzeugmaschinen des Produktionsprozesses modellhaft dargestellt. Der softwaremodellalgorithmus kann dann das Zusammenwirken der beiden Maschinen so beeinflussen, dass er auf Grund von Prozessdaten von der einen Werkzeugmaschine Soll-Prozessdaten für die andere Werkzeugmaschine erzeugt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der:
1 den schematischen Aufbau eines Systems zum elektronischen Betreiben einer Werkzeugmaschine von der Ferne her darstellt.
Die 1 zeigt schematisch eine Produktionsstätte 10, an der ein Fabrikprozess abläuft mit einer Vielzahl von Werkzeugmaschinen 12, die elektronische Steuerungen 14 aufweisen. Die elektronischen Steuerungen 14 sind über Datenleitungen 16 und eine Schnittstelle 18 an das Internet 20 angeschlossen. Ferner ist an das Internet 20 ein zentraler Server 22 über eine Schnittstelle 24 angeschlossen. Auch an das Internet angeschlossen ist ein Hersteller 26 über eine Schnittstelle 28 sowie ein Softwaredienstleister 30 über eine Schnittstelle 32.
In der zentralen Serverplattform 22 befindet sich nun eine Vielzahl von Computereinheiten 34, welche zusammen einen Server bilden. In den Computereinheiten 34 befindet sich ein Speicher zum Speichern von Softwaremodellalgorithmen 36, 38 und 40. Die Softwaremodellalgorithmen 36 und 38 dienen hier zur modellhaften Darstellung der Werkzeugmaschinen 12, der Softwaremodellalgorithmus 40 dient zum Steuern einer hier nicht gezeigten Werkzeugmaschine, welche an einer anderen Produktionsstätte aufgestellt sein könnte. Die Softwaremodellalgorithmen können wie der Softwaremodellalgorithmus 36 von dem Hersteller der Werkzeugmaschinen 12 stammen und von diesem über das Internet heruntergeladen worden sein, sie können aber auch von einem Softwaredienstleister eigens erstellt sein, wie der Softwarealgorithmus 38, und ebenfalls über das Internet auf die Serverplattform 22 heruntergeladen worden sein. Es stehen also verschiedene Softwarealgorithmen, welche verschiedene Softwaremodelle des Produktionsprozesses an der Produktionsstätte 10 im Computerprogramm darstellen, zur Verfügung. Anhand der Maschinensteuerung 14 erfolgt eine Auswahl eines der Softwarealgorithmen 36 und 38 für die zugehörige Maschine 12. Während des Betriebs der Maschine wie beispielsweise eines Bohrers stehen in der Maschinensteuerung mehrere Prozessdaten wie etwa das Spindeldrehmoment oder der Spindelstrom zur Verfügung. Diese Prozessdaten werden möglichst vollständig und möglichst zeitnah, d.h. simultan, über das Internet 20 an die Serverplattform 22 geleitet. Dort laufen die Softwaremodellalgorithmen ab, wobei als Startdaten beispielsweise tabellierte Startdaten zur Verfügung stehen oder zuvor übermittelte Daten verwendet werden. Die Softwaremodellalgorithmen können so gestaltet sein, dass sie mitten im laufenden Prozess beginnen. Die Softwaremodellalgorithmen sagen nun vorher, wie sich die Startdaten und gegenwärtig erfasste Ist-Daten in Zukunft entwickeln sollen, d.h. die Softwaremodellalgorithmen generieren Soll-Prozessdaten für spätere Zeitpunkte. Zu diesen späteren Zeitpunkten werden dann die tatsächlichen Prozessdaten erfasst und mit den Soll-Prozessdaten verglichen. Sollten diese nicht miteinander übereinstimmen (innerhalb bestimmter, von dem Softwaremodellalgorithmus vorgegebener Schranken) generiert der Softwaremodellalgorithmus geänderte Werte für zumindest einen Teil der Prozessdaten und übermittelt diese über das Internet 20 an die Steuerung 40 der Werkzeugmaschinen 12. Hier kommt es zum Eingriff in die Betriebsabläufe der Werkzeugmaschinen: Die Werkzeugmaschine 12 wird nicht mehr nur an der Produktionsstätte 10 durch die Steuerung 14 alleine gesteuert auf Grund von Daten oder Datentabellen, welche dort zur Verfügung stehen, sondern es werden von der Serverplattform 22 erzeugte geänderte Prozessdaten verarbeitet. Beispielsweise kann die Serverplattform auf Grund einer Bohrtiefe eines von einer Bohrmaschine 12 zu bohrenden Lochs feststellen, dass das Spindeldrehmoment der Bohrmaschine erhöht oder erniedrigt werden muss und gibt entsprechende Daten an die Maschinensteuerung 14 aus.
Wie bereits erwähnt stehen für eine einzige Werkzeugmaschine 12 zwei verschiedene Modellalgorithmen 36 und 38 zur Verfügung. Diese Algorithmen können weiter optimiert werden, indem die Prozessdaten in einem Speicher 42 gespeichert werden, wobei dort insbesondere die von der Softwareplattform 22 generierten veränderten Prozessdaten mitgespeichert werden. Auf Grund des Ansammelns von Daten in dem Speicher 42 wird es möglich, die Softwaremodellalgorithmen zu optimieren, d.h. die Modelle an die realen Werkzeugmaschinen 12 anzupassen oder auch eine Anpassung an individuelle Maschinen vorzunehmen.
Im Produktionsprozess wirken mehrere Maschinen oft hintereinander zusammen, z.B. wird beim Bohren eines Bohrlochs von einer zweiten Maschine nachgebohrt. Die Serverplattform 22 dient auch zur Überwachung und Steuerung des Gesamtprozesses, d.h. dass sie Ist-Prozessdaten von der einen Werkzeugmaschine erhält und verarbeitet, um neue Parameter, neue Prozessdaten für die zweite Werkzeugmaschine zur Verfügung zu stellen.
Mit der Erfindung ist es möglich, durch zentral zur Verfügung stehende leistungsfähige Computereinheiten 34 hochkomplexe Algorithmen 36 und 38 ablaufen zu lassen, welche die Maschinensteuerung 14 überfordern würden. Der gesamte Aufwand mit dem Rechner 34 wäre auch für die Produktionsstätte 10 zu hoch. Die Erfindung verknüpft daher einen geschickten Datenaustausch mit der geschickten Nutzung von Ressourcen. Die einzelnen Rechenzeiten für einzelne Produktionsstätten 10 oder einzelne Werkzeugmaschinen 12 können in einem Speicher 44 tabellarisch zur Rechnungsstellung erfasst werden. Dadurch muss die Serverplattform nicht zum selben Besitzer gehören wie die Produktionsstätte. Organisationstheoretisch gesehen handelt es sich dann um ein Outsourcing der Automatisierungsüberwachung an der Produktionsstätte von Seiten des Betreibers der Produktionsstätte 10.

Claims

Verfahren zum elektronischen Betreiben einer Werkzeugmaschine, wobei: – eine eine elektronische Maschinensteuerung (14) aufweisende Werkzeugmaschine (12) an einer Produktionsstätte (10) aufgestellt ist, und – in Datenverbindung (20) mit einer von der Produktionsstätte (10) unabhängigen Serverplattform (22) steht, – auf der Serverplattform (22) eine Vielzahl von Softwaremodellalgorithmen (36, 38) zum Simulieren des Maschinenverhaltens beim Betrieb zur Verfügung steht, – die Vielzahl von Softwaremodellalgorithmen (36, 38) zuvor über die Datenverbindung (20) von dem Hersteller der Maschine (26) und/oder einem Softwaredienstleister (30) auf die Serverplattform (22) geladen wird, – aus der Vielzahl von Softwaremodellalgorithmen (36, 38) eine Auswahl eines Softwaremodellalgorithmuses (36, 38) in der Produktionsstätte (10) über die Datenverbindung (20) erfolgt, – Prozessdaten ständig oder wiederholt von der Maschinensteuerung (14) über die Datenverbindung (20) an die Serverplattform (22) übermittelt werden, – die Prozessdaten vom ausgewählten Softwaremodellalgorithmus (36, 38) bearbeitet werden und von diesem Soll-Prozessdaten für einen späteren Zeitpunkt ermittelt werden, – die Soll-Prozessdaten mit zu dem späteren Zeitpunkt übermittelten Prozessdaten verglichen werden, – der ausgewählte Softwaremodellalgorithmus (36, 38) geänderte Werte für zumindest einen Teil der Prozessdaten erzeugt, – diese geänderten Prozessdaten über die Datenverbindung (20) an die Maschinensteuerung (14) gesandt werden, und – die Maschinensteuerung (14) die geänderten Prozessdaten zur Steuerung der Werkzeugmaschine (12) an der Produktionsstätte (10) einsetzt, wobei – eine zweite Werkzeugmaschine (12) betrieben wird, wobei der Softwaremodellalgorithmus (36, 38) das Zusammenwirken der beiden Werkzeugmaschinen (12) modellhaft erfasst und auf Grund von Prozessdaten der einen Werkzeugmaschine (12) Soll-Prozessdaten für die andere Werkzeugmaschine (12) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverbindung über Internet, insbesondere mit Zugriffssperren oder codiert, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessdaten ein Spindeldrehmoment oder einen Spindelstrom für eine Bohrmaschine (12) umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessdaten, insbesondere sämtliche Prozessdaten, gespeichert werden (42), um einen Softwaremodellalgorithmus (36, 38) zu optimieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechendauer des Softwaremodellalgorithmus (36, 38) für verschiedene Werkzeugmaschinen (12) tabellarisch (44) ermittelt wird.