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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein System
für die
prädiktive
Wartung einer Produktionsanlage für die Herstellung bzw. Bearbeitung
von Raucher- bzw. Rauchartikeln.
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Bei
Produktionsanlagen für
die Bearbeitung von Rauchartikeln wurde kürzlich die Einführung eines
Systems für
die prädiktive
Wartung vorgeschlagen, d.h. eines Systems, das in der Lage ist,
mit einem gewissen Vorlauf festzulegen, wann es notwendig ist, einen
Wartungseingriff (beispielsweise Einstellung, Reinigung oder Austausch
eines Bauteils) in einer automatischen Maschine der Produktionsanlage
vorzunehmen. Wenn mit einem gewissen Vorlauf vorhergesagt wird,
wann ein Wartungseingriff notwendig sein wird, ist es möglich, die
Wartungseingriffe koordiniert und rational zu programmieren bzw. planen;
auf diese Weise werden diese optimiert, d.h. Wartungseingriffe,
Maschinenausfallzeiten und die Anzahl der verworfenen Produkte auf
das notwendige Minimum reduziert.
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In
der Patentschrift
US 5852351 wird
eine lokale Einheit zur Erfassung von Daten von Sensoren einer Maschine
beschrieben, um eine prädiktive
Wartung an derselben Maschine vorzunehmen. Die lokale Erfassungseinheit
ist an Bord der Maschine installiert, um die von den Sensoren kommenden
Signale zu erfassen und den Wert dieser Signale in regelmäßigen Abständen bzw.
periodisch in einem Speicher zu speichern. In zuvor festgelegten
Zeiten geht ein Operator bzw. Bediener mit einer transportierbaren elektronischen
Vorrichtung (beispielsweise mit einem tragbaren Computer) in die
Nähe der
Maschine, um den Inhalt des Speichers der lokalen Datenerfassungseinheit
(vorzugsweise mittels einer Infrarotübertragung) in einen Speicher
der transportierbaren elektronischen Vorrichtung zu übertragen.
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Die
in der Patentschrift
US 5852351 beschriebene
Erfassungsmodalität
ist einfach und preiswert zu verwirklichen, aber mit hohen Betriebskosten
verbunden, da sie einen ständigen
Eingriff seitens eines Operators erfordert, der das Ablesen der
im Speicher der lokalen Erfassungseinheit gespeicherten Daten durchführt. Wenn
das Ablesen der im Speicher der lokalen Erfassungseinheit gespeicherten
Daten nicht sehr häufig
vorgenommen wird, ist das prädiktive
Wartungssystem nicht in der Lage, mit einem ausreichend langen Vorlauf
vorherzusagen, wann Wartungseingriffe vorgenommen werden müssen.
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Die
Patentanmeldung
US 2003046382 beschreibt
ein Verfahren für
die Ferndiagnose einer automatischen Maschine, bei der die automatische
Maschine mit einer lokalen Erfassungs- und Kontrolleinheit gekoppelt
ist, die an eine Reihe von Sensoren angeschlossen ist, die an Bord
derselben automatischen Maschine angebracht sind. Die lokale Erfassungs-
und Kontrolleinheit liest die von den Sensoren gelieferten Signale
periodisch und vergleicht diese Signale mit einem Modell der automatischen
Maschine, das in derselben lokalen Erfassungs- und Kontrolleinheit
gespeichert ist. Wenn die lokale Erfassungs- und Kontrolleinheit
eine bedeutende Anomalie zwischen den von den Sensoren gelieferten
Signalen und dem Modell der automatischen Maschine feststellt, überträgt dieselbe
lokale Erfassungs- und Kontrolleinheit die Informationen bezüglich der
Anomalie an ein Ferndiagnosesystem, das eine Diagnose der Anomalie
erstellt bzw. formuliert und die Anforderung eines technischen Eingriffs
an ein Wartungsdienst- bzw. Kundendienstzentrum sendet, das einen Wartungseingriff
an der automatischen Maschine vornehmen kann.
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Gemäß einer
bevorzugten, in der Patentanmeldung
US 2003046382 beschriebenen Ausführungsform
umfasst das Ferndiagnosesystem eine erste Ferndiagnosestation (Computer
oder Computernetz) zur Erstellung einer ersten Diagnose, eine zweite
Ferndiagnosestation (Computer oder Computernetz) zur Erstellung
einer zweiten Diagnose, wenn die erste Ferndiagnosestation nicht
in der Lage war, eine Diagnose zu erstellen sowie ein Team von Technikern
zur Erstellung bzw. Formulierung einer dritten Diagnose, wenn auch
die zweite Ferndiagnosestation nicht in der Lage war, eine Diagnose
zu erstellen.
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Die
Patentschrift
US 200320060 beschreibt ein
System für
die Ferndiagnose einer Maschine; die Maschine ist mit einer lokalen
Erfassungs- und Kontrolleinheit gekoppelt, die an eine Reihe von
Sensoren angeschlossen ist, die an Bord der automatischen Maschine
angebracht sind. Die lokale Erfassungs- und Kontrolleinheit liest
die von den Sensoren gelieferten Signale periodisch und prüft auf der Grundlage
der von den Sensoren gelieferten Signale, ob eine bedeutende Anomalie
vorliegt; wenn die lokale Erfassungs- und Kontrolleinheit eine bedeutende
Anomalie bei den von den Sensoren gelieferten Signalen feststellt
bzw. ermittelt, überträgt die lokale Erfassungs- und Kontrolleinheit
die Informationen bezüglich
der Anomalie an ein Ferndiagnosesystem, das eine Diagnose der Anomalie
erstellt und dann die Anforderung eines technischen Eingriffs an
ein Kundendienstzentrum sendet, das einen Wartungseingriff an der
automatischen Maschine vornehmen kann. Die operativen Modalitäten, die
in den Patentanmeldungen
US
2003046382 und
US
200320060 vorgeschlagen werden, erfordern keinen menschlichen
Eingriff für
das Ablesen der von den Sensoren gelieferten Daten, doch sind die
lokalen Erfassungs- und Kontrolleinheiten kostspielig, da sie in
der Lage sein müssen,
eine vertiefte Analyse der von den Sensoren gelieferten Signalen
vorzunehmen, um das Vorliegen von eventuellen Anomalien feststellen
zu können.
Darüber
hinaus muss die Analysesoftware der lokalen Erfassungs- und Kontrolleinheiten
häufig aktualisiert
werden (insbesondere unmittelbar nach der ersten Installation des
Systems), um die Felderfahrungen zu berücksichtigen, mit denen die
Kriterien zur Erfassung der Anomalien verfeinert werden können.
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Zweck
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System
für die
prädiktive
Wartung einer Produktionsanlage für die Herstellung bzw. Bearbeitung
von Raucher bzw. von Rauchartikeln vorzustellen, wobei dieses Verfahren
und diese Methode frei von den oben beschriebenen Mängeln und gleichzeitig
einfach und kostengünstig
zu realisieren sind.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und ein System für die prädiktive
Wartung einer Produktionsanlage für die Bearbeitung von Rauchartikeln
gemäß den beiliegenden Ansprüchen vorgestellt.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen ein Ausführungsbeispiel ohne
einschränkende
Wirkung dargestellt ist. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische und schematische Ansicht einer Produktionsanlage
zur Anfertigung und Verpackung von Zigaretten, die mit einem System
für die
prädiktive
Wartung versehen ist, das gemäß der vorliegenden
Erfindung realisiert ist;
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2 eine
schematische Darstellung des Systems für die prädiktive Wartung aus 1.
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In 1 ist
mit 1 eine Produktionsanlage für die Herstellung bzw. Bearbeitung
von Raucher bzw. Rauchartikeln und insbesondere eine Produktionsanlage
für die
Herstellung bzw. Anfertigung und Verpackung von Zigaretten bezeichnet.
Die Produktionsanlage umfasst mehrere automatische Maschinen 2, die
hintereinander bzw. in Serie aufgestellt sind, um eine Produktionsstraße für die Herstellung
bzw. Anfertigung und Verpackung von Zigaretten zu bilden; insbesondere
sind eine Zigarettenherstellungsmaschine bzw. eine Zigarettenverpackungsmaschine 2a,
eine Maschine 2b zum Einstecken der Filter, eine Maschine 2c zum
Abpacken der Zigaretten, eine Zellophaniermaschine 2d und
eine Maschine 2e zur Erzeugung von Stangen vorgesehen.
Zwischen der Maschine zum Einstecken des Filters 2b und
der Maschine zum Abpacken der Zigaretten 2c ist ein Magazin 3a zum
Anhäufen
bzw. Akkumulieren der Zigaretten eingebaut und zwischen der Maschine
zum Abpacken der Zigaretten 2c und der Zellophaniermaschine 2d ist
ein Magazin 3b zum Anhäufen
bzw. Akkumulieren der Zigarettenpakete eingebaut.
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Gemäß 2 ist
die Produktionsanlage 1 mit einem System 4 für die prädiktive
Wartung ausgestattet, das für
jede automatische Maschine 2 eine lokale Erfassungseinheit 5 umfasst,
die an Bord oder in der Nähe
derselben automatischen Maschine 2 installiert ist. Jede
lokale Erfassungseinheit 5 ist an eine Reihe von Sensoren 6 angeschlossen,
die an Bord der automatischen Maschine 2 angeordnet sind,
und dient bzw. ist dazu geeignet, die von den Sensoren 6 gelieferten
Signale regelmäßig zu lesen. Darüber hinaus
ist jede lokale Erfassungseinheit 5 mit einer eigenen Verarbeitungsvorrichtung 7 versehen,
die in der Lage ist, einfache mathematische Operationen auszuführen und
mit einem eigenen Speicher ausgestattet ist.
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Jede
lokale Erfassungseinheit 5 ist mittels eines lokalen LAN-Netzes
(Local Area Network, typischerweise Ethernet, das mit TCP/IP-Protokoll
funktioniert) an eine gemeinsame lokale Datensammlungs- und Übertragungsstation 8 angeschlossen, die
mit einer Massenspeichervorrichtung 9 (typischerweise eine
Festplatte) versehen und ihrerseits an eine Benutzerschnittstelle 10 angeschlossen. Darüber hinaus
ist die lokale Datensammlungs- und Übertragungsstation 8 mittels
einer Kommunikationsvorrichtung 12 an eine Fernwartungsstation 11 angeschlossen;
vorzugsweise ist die Kommunikationsvorrichtung 12 mittels
Internet an die Fernwartungsstation 11 angeschlossen, aber
in besonderen Situationen könnte
die Kommunikationsvorrichtung 12 mittels einer direkten
Telefonleitung bzw. -verbindung mit der Fernwartungsstation 11 verbunden
werden.
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Die
Fernwartungsstation 11 ist das Herzstück des Systems für die prädiktive
Wartung 4 und besteht aus einem Computer oder mehreren
unter ihnen vernetzten Computern und ist typischerweise in einem
Werk des Herstellers der automatischen Maschinen 2 angeordnet.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise des Systems für prädiktive Wartung 4 beschrieben.
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Im
Gebrauch liest jede lokale Erfassungseinheit 5 regelmäßig bzw.
periodisch die Signale, die von den an Bord der jeweiligen automatischen
Maschine 2 installierten Sensoren 6 geliefert
werden und nimmt eine Synthese dieser Signale durch Berechnung von
Basisindikatoren vor. Mit anderen Worten berechnet jede lokale Erfassungseinheit 5 unter Verwendung
der von den Sensoren 6 gelieferten Signale die Basisindikatoren,
die eine kurze bzw. synthetische Zusammenfassung der von denselben
Sensoren 6 gelieferten Signale darstellen. Zur Berechnung der
Basisindikatoren führt
die Verarbeitungsvorrichtung 7 einer jeden lokalen Erfassungseinheit 5 einfache
mathematische Berechnungen aus; so kann beispielsweise ein Basisindikator
aus dem Mittelwert einer Anzahl von Signalen berechnet werden, die
von einem gleichen Sensor 6 geliefert wurden oder aus dem
einfachen bzw. ponderierten bzw. gewichteten Mittelwert einer Anzahl
von Signalen berechnet werden, die von mehreren Sensoren 6 geliefert
werden. Die Berechnung eines Basisindikators kann auch die Durchführung eines
Kompensations-Ausgleichs- und/oder
-Filterungsoperation der von den Sensoren 6 gelieferten
Signale vorsehen.
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Es
muss angemerkt werden, dass jede lokale Erfassungseinheit 5 die
von den Sensoren 6 gelieferten Signale mit einer relativ
hohen Lesefrequenz (beispielsweise jede Sekunde) erfasst, während die Berechnungsfrequenz
der Basisindikatoren sehr viel geringer als die Lesefrequenz ist
(beispielsweise alle 30 Sekunden).
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Nach
Berechnung der Basisindikatoren sendet die lokale Erfassungseinheit 5 dieselben
Basisindikatoren an die lokale Datensammlungs- und -übertragungsstation 8,
die die Basisindikatoren in der Massenspeichervorrichtung 9 speichert.
Die lokale Datensammlungs- und -übertragungsstation 8 sendet
die Basisindikatoren an die Fernwartungsstation 11 mit
einer Übertragungsfrequenz,
die im Allgemeinen niedriger als die Berechnungsfrequenz ist (beispielsweise
alle 5 Minuten).
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Die
Fernwartungsstation 11 führt eine Verarbeitung und Analyse
der Basisindikatoren einer jeden automatischen Maschine 2 gemäß den bekannten Techniken
der prädiktiven
Wartung vor, um mit einem gewissen Vorlauf feststellen zu können, wann
ein Wartungseingriff (beispielsweise Einstellung, Reinigung oder
Austausch eines Bauteils) in derselben automatischen Maschine 2 notwendig
sein wird.
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Wenn
bekannt ist, wann ein Wartungseingriff an der automatischen Maschine 2 vorgenommen werden
muss, programmiert die Fernwartungsstation 11 in rationaler
und effizienter Weise die Wartungseingriffe und teilt die Planung
bzw. Programmierung der Wartungseingriffe einem Wartungs- bzw. Kundendienstzentrum 13 mit,
das die Wartungseingriffe an der automatischen Maschine 2 der
Produktionsanlage 1 ausführt. In einer bevorzugten Ausführungsform
teilt die Fernwartungsstation 11 der lokalen Datensammlungs-
und -übertragungsstation 8 sowohl die
Planung bzw. Programmierung der Wartungseingriffe als auch eine
Synthese ihrer Verarbeitungsergebnisse mit; auf diese Weise kann
ein Operator jederzeit die Bedienerschnittstelle 10 verwenden,
um detailliert und im Wesentlichen in Echtzeit aktuell die Situation
aller automatischen Maschinen 2 der Produktionsanlage 1 zu
erfahren.
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Jede
lokale Datenerfassungseinheit 5 liest regelmäßig die
von den Sensoren 6 gelieferten Signale und nimmt eine anfängliche
Bearbeitung dieser Signale ausschließlich zur Verminderung des
Umfangs bzw. Dimension dieser Signale und zur Vereinfachung der
nachfolgenden Übertragung
vor; insbesondere werden die von den Sensoren 6 gelieferten Signale
gemäß einfachen
mathematischen Formeln unter- bzw. miteinander kombiniert (beispielsweise mittels
einfacher bzw. ponderierter bzw. gewichteten Mittelwerte, Filtrierung,
Ausgleich), um Basisindikatoren zu erhalten, die nichts anderes
sind, als Zusammenfassungen der von den Sensoren 6 gelieferten Signale.
Die Berechnung der Basisindikatoren erfolgt in stets gleicher Weise
und die Werte der Basisindikatoren werden (über die lokale Datensammlungs- und
-übertragungsstation 8)
an die Fernwartungsstation 11 unabhängig davon übertragen, ob eine Anomalie
vorliegt oder nicht. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass jede
lokale Erfassungseinheit 5 keinerlei Analyse der von den
Sensoren 6 gelieferten Signale vornimmt, um festzustellen,
ob eine Anomalie vorliegt oder nicht, da alle Analysen einzig und
allein von der Fernwartungsstation vorgenommen werden.
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Die
lokale Datensammlungs- und -übertragungsstation 8 dient
dazu, die Informationen, die von den verschiedenen lokalen Erfassungseinheiten 5, die
mit den automatischen Maschinen 2 verbunden sind, zu sammeln
und auf koordinierte Weise an die Fernwartungsstation 11 zu übertragen.
Außerdem dient
die lokale Datensammlungs- und -übertragungsstation
dazu, die von den verschiedenen lokalen Erfassungseinheiten 5 kommenden
Informationen in ihrer eigenen Massenspeichervorrichtung 9 zu speichern,
um eine Sicherheitskopie dieser Informationen zur Verfügung zu
haben; die Massenspeichervorrichtung 9 dient auch als Pufferspeicher
bei einer eventuellen Unterbrechung der Verbindung zur Fernwartungsstation 11.
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Aus
der obigen Beschreibung geht hervor, dass die lokale Datensammlungs- und -übertragungsstation 8 ausschließlich dazu
dient, die Informationen auf koordinierte und zentralisierte Weise
zu übertragen,
wobei sie keinerlei Bearbeitung der durchlaufenden Informationen
vornimmt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sendet jede lokale Erfassungseinheit 5 außer den
Basisindikatoren auch Informationen über den Betriebszustand der
automatischen Maschine 2 (über die lokale Datensammlungs-
und -übertragungsstation 8) an
die Fernwartungsstation 11; d.h. Informationen, ob die
automatische Maschine 2 ausgeschaltet, eingeschaltet und
angehalten, im Leerlauf oder im Produktionslauf ist. Die Information über den
Betriebszustand der automatischen Maschine 2 ist von grundlegender
Bedeutung für
eine korrekte Analyse der zeitlichen Entwicklung der Basisindikatoren.
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In
einer unterschiedlichen, nicht dargestellten Ausführungsform
fehlt die lokale Datensammlungs- und -übertragungsstation, und die
lokalen Erfassungseinheiten 5 übertragen die Informationen
direkt an die Fernwartungseinheit 11.
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Das
oben beschriebene System 4 für die prädiktive Wartung besitzt zahlreiche
Vorteile, da es aufgrund der sehr geringen Berechnungskapazität der lokalen
Erfassungseinheiten 5 einfach und preisgünstig zu
realisieren ist. Die Software der lokalen Erfassungseinheiten 5 muss
sporadisch aktualisiert werden, da die Berechnungsmodalitäten der
Basisindikatoren zum Zeitpunkt der Projektierung des Systems 4 für die prädiktive
Wartung festgelegt und schwer verändert werden (im Gegensatz
zu den Analysekriterien, die häufig
verfeinert werden müssen). Die
Fernwartungsstation 11 erhält die Aktualisierungen über den
effektiven Zustand der automatischen Maschinen 2 in optimaler
Frequenz, aber die Menge der an die Fernwartungsstation 11 übertragenen
Informationen ist in jedem Fall begrenzt und erfordert keine besonders
hohe Bandbreite. Die Fernwartungsstation 11 wird ständig über den
effektiven Zustand der automatischen Maschinen 2 informiert, auch
wenn keine signifikanten Anomalien vorliegen. Auf diese Weise kann
die Fernwartungsstation 11 die Analyse- und Selbstlernoperationen
auf effizientere Weise durchführen.
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Schließlich ist
das System 4 für
die prädiktive Wartung
sehr robust, da es Unterbrechungen der Verbindung sowohl zwischen
den lokalen Erfassungseinheiten 5 und der lokalen Datensammlungs- und
-übertragungsstation 8 als
auch zwischen der lokalen Datensammlungs- und -übertragungsstation 8 und
der Fernwartungsstation 11 problemlos überstehen kann.