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Die
Erfindung betrifft ein System zur Fernabfrage von Parametern technischer
Objekte, wobei Parameter erfasst und ausgewertet werden, die für den Zustand
des jeweiligen Objektes bezüglich
der Inspektion, Wartung, Instandsetzung und Sicherheit relevant
sind.
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Für zahlreiche
Anwendungen muss eine Instandhaltung verschiedenartiger technischer
Objekte (Geräte,
Anlagen, Systeme usw.) realisiert werden, wobei im Rahmen der vorliegenden
Erfindungsbeschreibung mit dem Begriff „Instandhaltung” insbesondere
Aspekte hinsichtlich der Inspektion, Wartung und Instandsetzung
beschrieben werden.
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Diesbezügliche Arbeiten
können
grundsätzlich
direkt am jeweiligen Objekt durchgeführt werden. Aus Kosten- und
Sicherheitsgründen
wird jedoch zunehmend eine „Fernabfrage” typischer
Objektparameter angestrebt, mit denen eine instandhaltungsrelevante
Aussage möglich
ist.
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Hierbei
ist es Aufgabe der Erfindung, eine technische Lösung zur Fernabfrage von Instandhaltungs-
und sicherheitsrelevanten Objektparametern zu schaffen, die einen
geringen Kosten-, Geräte-
und Bauraumaufwand erfordert und gleichzeitig eine hohe Funktionssicherheit
gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird mit einem System gelöst, das dezentral für autonomen
Einsatz und nicht normierbare Anforderungen ausgestaltet ist und
das auf drahtlosen fernabfragbaren Markierungen basiert. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen, deren
Merkmale im Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden.
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Somit
wird eine Lösung
zur Fernabfrage von Instandhaltungs- und sicherheitsrelevanten Objektparametern
verfügbar,
die einen geringen Kosten-, Geräte-
und Bauraumaufwand erfordert und gleichzeitig eine hohe Funktionssicherheit
gewährleistet. Dieses
dezentrale System umfasst verfahrens- und gerätetechnische Komponenten. Die
technologische Basis sind drahtlose und fernabfragbare Markierungen
(RFID), die in folgenden Modifizierungen sowohl separat als auch
miteinander kombiniert eingesetzt werden können:
- – Markierung
mit integrierten Komponenten zum Schutz vor Manipulation
- – Markierung
mit integrierten Komponenten zur Sicherung einer eindeutigen Identifizierung
- – Markierung
mit Möglichkeit
zur Aktualisierung ihrer informellen Bedeutung, wobei alternativ
eine direkte oder indirekte Aktualisierung realisierbar ist
- – Einsatz
von mindestens einem (funk) oder mehreren (funkt/optisch oder funk/chemisch)
Verfahren, um aus den Markierungen deren Informationsgehalt zu ermitteln
und zu bewerten
- – Einsatz
der Markierungen innerhalb von Geräten und Strukturen mit funktionsoptimal
zentralisierten Abfragesystemen, die permanent oder zyklisch in
Funktion sind
- – Einsatz
von Vorrichtungen zur Bestimmung der Position von Markierungen in
komplexen Strukturen
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Auf
Grundlage dieser technischen Merkmale ergeben sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten
für die dezentrale
Instandhaltungssteuerung und die Betriebslogistik durch den interaktiven
Einsatz der fernabfragbaren Markierungen an Außenkonturen und/oder inneren
Bereichen von komplexen Produkten und Strukturen. Nachfolgend werden
lediglich einige bevorzugte Anwendungen stichwortartig benannt:
- – Fernüberwachung
unter Einsatz von für Überlast
sensitiven reversiblen Markierungen
- – Fernüberwachung
unter Einsatz von Markierungen, die empfindlich gegen spezifische
chemische Belastungen sind
- – Fernüberwachung
unter Einsatz von Markierungen, die empfindlich gegen spezifische
elektromagnetische/radioaktive Belastungen sind
- – autonome
Führung
und Steuerung von externen Wartungs- und Inspektionssystemen an
Anlagen und Strukturen mit nicht normierbaren Varianten
- – Vorort-
und Wartungsdokumentation
- – Fernupdate
von Wartungs- und Inspektionsanweisungen
- – Fernabfrage
der Anwesenheit von eindeutig zu identifizierenden Teilkomponenten
- – Kontrolle
des Zertifizierungsstatus' von
Verschleiß-
und Wechselkomponenten
- – fernabfragbare
Sicherung von Produktkomponenten gegen Diebstahl und Manipulation
- – Bestimmung
der realen und aktuellen internen Konfiguration von komplexen Objekten
und Strukturen am Einsatzort unter Funktionsbedingungen
- – sektorielle
Bestimmung von Anwesenheit sowie funktionsrelevanter Ausrichtung
von verbauten Teilen, die nicht oder nur teilweise von außen zugänglich oder
nur zeitweise integriert sind
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Insbesondere
für die
Instandhaltungssteuerung wird somit ein Einsatz von fernabfragbaren
Markierungen zur Steuerung von Maschinen und Anlagen für die Handhabung,
Prüfung
und Bearbeitung von nicht normierten Objekten mit einem nicht vollständig vorherbestimmten
konstruktiven Aufbau möglich.
Ebenso kann nunmehr ein Einsatz von Systemen zur hinreichend genauen
und selektiven Positionsbestimmung von fernabfragbaren Markierungen in
und an nicht normierten Objekten mit nicht vollständig vorherbestimmtem
konstruktivem Aufbau realisiert werden. Das System ist in der Lage,
eine interaktive Positionsbestimmung von einem oder mehreren EM-Feldquellen
durchzuführen.
Durch den redundanten Einsatz weiterer Verfahren (z. B. optische Verfahren)
kann die jeweilige Ortungsgenauigkeit zusätzlich erhöht werden. Die ermittelten
Positions- und Ausrichtungsdaten werden zur autonomen und auf die
Situation bezogenen automatisierten Interaktion von Vorrichtungen
mit Prüf-
und Wirkmitteln an nicht normierten Objekten mit nicht vollständig vorherbestimmtem
konstruktivem Aufbau genutzt. Weiterhin ist eine funktions- und
ereignisbezogene Kennzeichnung und/oder Aktivierung von Markierungen
von Interaktionszonen an den Strukturen und Vorrichtungen möglich.
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Zusammenfassend
beinhaltet die Funktionalität
die Ortung fernabfragbarer Markierungen, die eindeutige Bestimmung
von Lage und räumlicher Orientierung
dieser Markierungen durch eine Verifikation der optischen Informationsinhalte,
die Generierung von Interaktionsabläufen und Bewegungsbahnen auf
der Grundlage von situationsbezogenen und situationsaktuellen Raum-
und Bewegungsdatenmodellen, die Durchführung von Interaktionen in Bezug
auf die markierten Bereiche bzw. Module, den Einsatz von RFID-Transpondern (passiv
oder aktiv) als fernabfragbare Markierung zur Identifikation und zur
geräteinternen
Bestimmung des Ortes der Lage und des Belastungsstatus sowie die
Abfrage der Informationsinhalte der RFID-Transponder mit einem (oder
auch mehreren) physikalischen Verfahren zur eindeutigen und individuellen
Identifikation der markierten Teilkomponenten an nicht normierten
Objekten mit nicht vollständig
vorherbestimmtem konstruktivem Aufbau.
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In
der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 ein
komplexes Beispielobjekt in nicht normierter Ausführung
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2 funkabfragbare
Markierungen mit teleoptischen Informationsbestandteilen
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3 ein
System zur geräteinternen
Abfrage von fernabfragbaren Markierungen zur Bestimmung der allgemeine
Anwesenheit von Komponenten
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4 ein
System zur geräteinternen
Abfrage von fernabfragbaren Markierungen mit Funktionalität zur Bestimmung
von Anwesenheit und Orientierung sekundärer Komponenten
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5 eine Vorrichtung zum Auffinden von dezentralen
fernabfragbaren Markierungen für
die autonome Interaktion an komplexen Strukturen mit teleoptischer
Unterstützung,
hier in zwei Modifizierungen gemäß 5a und 5b
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In 1 ist
ein komplexes Beispielobjekt in einer nicht normierten Ausführung dargestellt,
dessen Endzustand mit dem Bezugszeichen 1.1 bezeichnet
ist. Dieses Beispielobjekt 1.1. ist aus mehreren Teilkomponenten 1.2 und 1.3.
zusammengesetzt. Die Teilkomponenten 1.2 gehören zur
primären Funktionsausrüstung und
weisen jeweils fernabfragbare Markierungen auf. Die Anzahl und die
Anordnung dieser Teilkomponenten 1.2 kann in Abhängigkeit
der jeweils konkreten Objektkonfiguration variieren. Die Teilkomponenten 1.3.
gehören
zur sekundären
Funktionsausrüstung
und weisen hier keine fernabfragbaren Markierungen auf.
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In 2 sind
funkabfragbare Markierungen mit teleoptischen Informationsbestandteilen
dargestellt. Hierbei ist den fernabfragbaren Markierungen eine Antennenstruktur 2.1 mit
Funktion zum Funkfernauslesen der RFID-Schaltungstechnik 2.2 zugeordnet.
Teilkomponenten eines komplexen Objektes mit fernabfragbaren Markierungen
sind in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 2.3 bezeichnet.
Alternativ oder in Kombination wird ein Funk-Abfragesystem 2.4 bzw.
ein optisches Abfragesystem 2.5 genutzt. Teilsysteme 2.6 werden
zur nachgeordneten Datenverarbeitung eingesetzt. Weiterhin ist den
fernabfragbaren Markierungen eine Basishausung 2.7 und/oder
eine Deckhausung 2.8 zugeordnet, wobei hier auch eine optische
Codierung zur Erweiterung des Dateninhaltes der Markierung vorgesehen
werden kann.
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In 3 ist
ein System zur geräteinternen Abfrage
von fernabfragbaren Markierungen zur Bestimmung der allgemeinen
Anwesenheit von Komponenten dargestellt. Ein komplexes Objekt 3.1 besteht hier
aus einer Vielzahl von Komponenten, denen jeweils funkaktive fernabfragbare
Markierungen 3.2 zugeordnet sind. Weiterhin ist ein Antennensystem 3.3. zur
Bestimmung der Antwortsignale der fernabfragbaren Markierungen vorgesehen.
Das Antwortsignal wird mit einer Vorrichtung 3.4 hinsichtlich
des informellen Inhalts und der physikalischen Abweichungen ausgewertet.
Diese Vorrichtung 3.4 steht mit einem Fernkommunikationsnetzwerk 3.5 in
Wirkverbindung, das weitere Verbindungen 3.6 aufweist. Schließlich sind
noch mehrere externe Zubehörkomponenten 3.7 vorhanden.
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In 4 ist
ein System zur geräteinternen Abfrage
von fernabfragbaren Markierungen mit Funktionalität zur Bestimmung
der Anwesenheit und der Orientierung von sekundären Komponenten dargestellt.
Der Teilbereich 4.1 ist der Bereich des komplexen Objektes,
in dem fernabfragbare Markierungen 4.2 mit eindeutiger
Kennung für
Komponenten mit primärer
Funktionalität
abgefragt werden können. Weitere
fernabfragbare Markierungen 4.3a und 4.3b weisen
eine eindeutige Kennung für
sekundäre
Komponenten mit ausrichtungsabhängiger
Funktionalität auf.
Mit dem Antennensystem 4.4 erfolgt eine Bestimmung der
Antwortsignale, die mit einer Vorrichtung 4.5 nach informellem
Inhalt und physikalischen Abweichungen ausgewertet werden. Diese
Vorrichtung 4.5 steht mit einem Fernkommunikationsnetzwerk 4.6 in
Wirkverbindung, das weitere Verbindungen 4.7 aufweist.
Schließlich
sind auch hier weitere externe Zubehörkomponenten 4.8.
vorhanden. In Funktion erkennt die Abfrageeinheit die Kennungen der
Markierungen 4.2 und 4.3b. Die Kennungen von 4.2 müssen je
nach Aufgabenstellen alle erkannt werden. Die Feststellung der Kennung 4.3a oder 4.3b kennzeichnet
die Anwesenheit der Komponente 4.8 und ihre funktionsgerechtre
Montage.
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In 5 ist in zwei Varianten 5a und 5b eine Vorrichtung
zum Auffinden von dezentralen fernabfragbaren Markierungen für eine autonome
Interaktion an komplexen Strukturen mit teleoptischer Unterstützung dargestellt.
Mit dem Bezugszeichen 5.1. sind Steuersysteme der autonomen
Vorrichtung bezeichnet, die u. a. mit einem Fernabfragesystem 5.2 für die Markierungen
in Wirkverbindung stehen, wobei dem Fernabfragesystem 5.2 außerdem ein
Antennensystem 5.3 zugeordnet ist. Die Steuersysteme 5.1 stehen
ferner mit einer Prüf- und Wirkeinrichtung 5.4 der
autonomen Vorrichtung in Wirkverbindung. Die zu prüfenden Anlagenstrukturen 5.5 sind
mit fernabfragbaren Markierungen 5.6 zur Kennzeichnung eines
zu prüfende
Anlagenbereiches 5.7 ausgestattet. Weiterhin sind aus der
Zeichnung ein teleoptisches System 5.8 zur Erfassung der
optischen Dateninhalte an funkaktiven Markierungen und eine autonome
Vorrichtung 5.9 mit Prüf-
und Wirkmitteln ohne einen permanenten Kontakt zu übergeordneten Steuersystemen
ersichtlich.
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Mit
den lediglich beispielhaft dargestellten Ausführungsformen können autonome
und objektindividuelle dezentrale Steuerungen für Inspektion, Wartung und Instandsetzung
auf Grundlage fernabfragbarer Markierungen mit eindeutiger Erkennung dieser
Markierungen und mit direkt oder indirekt zugeordneten Handlungsanweisungen
realisiert werden. Dabei können
diese Handlungsanweisungen entweder direkter Bestandteil des Dateninhaltes
der Markierung sein oder in der Steuerung der jeweils zugeordneten
Vorrichtung enthalten sein, wo sie über die individuelle Codierung
der Markierungen abgerufen werden können. Die Dokumentation über real durchgeführte Inspektions-
und Wartungsvorgänge kann
vor Ort an bzw. in der Markierung oder in einer zentralen Wartungsdokumentation
erfolgen. Diesbezügliche
Wartungs- und Inspektionsmarkierungen können als autonom agierende
Elemente für
Anlagen, Komponenten und Strukturen in automatisierungstechnischen
Vorrichtungen oder auch für
Anlagen und Komponenten von hoher Individualität bzw. mit variierender Konfiguration
(temporär
bzw. permanent) ausgestaltet werden. Ebenso können Wartungs- und Inspektionsmarkierungen
eingesetzt werden, die in der Lage sind, Schadenszustände an Strukturen
anzuzeigen. Weiterhin ist es auch möglich, Wartungs- und Inspektionsmarkierungen
bedarfsbezogen nachträglich
in Strukturen und Objekte zu integrieren.
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Der
Einsatz in der Instandhaltung (Inspektion, Wartung und Instandsetzung)
umfasst insbesondere eine autonome interaktive Steuerung von Handhabungseinrichtungen
für Wartungs-
und Inspektionsanlagen mit und ohne teleoptische Unterstützung sowie
eine nachträgliche
Markierung von zusätzlichen
anlassbezogenen individuellen Prüfzonen,
wobei bei Bedarf sich selbständig
aktivierende fernabfragbare Markierungen nutzbar sind, die einen
Wartungs- und Inspektionsbedarf und deren Bereich anzeigen.
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Der
Einsatz in der objektindividuellen Betriebslogistik durch dezentrale
Fernüberwachung umfasst
insbesondere die Kontrolle und Überwachung
von Teilkomponenten und Zubehör,
welche temporär
oder redundant in Nutzung und in seiner Kombination und Abfolge
nicht vollständig
vorherbestimmt sind. Hierbei ist ein Einsatz von Systemen zur temporären bedarfsgesteuerten
drahtlosen gerate- und anlageninternen Kommunikation, die nicht
zur primären
Funktionalität
der Geräte
und Anlagen gehören,
möglich.
Ebenso ist ein Einsatz zur dezentralen und bedarfsgesteuerten Anwesenheits-,
Ort- und Lage-Überprüfung von
sekundären
Funktions- und Sicherheitskomponenten, die nicht in die primären Funktionen
der Anlagen eingebunden sind, jedoch für die Absicherung der spezifizierten
Gesamtfunktion notwendig sind (Lüftungskanäle, Staubschutz, Dichtungen,
Leckage-Vorrichtungen,
passiver Brandschutz, Abdeckungen usw.) möglich. Weiterhin ist ein Einsatz
zur Gewährleistung
einer zertifizierten Funktionssicherheit durch Erkennung und eindeutige Identifikation
von Zubehör
und Verbrauchskomponenten möglich,
um den Einsatz von unzulässigen Produkten
(z. B. von Fremdherstellern) zu unterbinden. Somit werden Möglichkeiten
geschaffen, mit denen eine Verweigerung der Funktion beim Einsatz von
unzulässigen
Austauschkomponenten erreicht werden kann. Dies kann z. B. durch
Kontrolle und Dokumentation der Konfiguration der „Vorort”-Inbetriebnahme
und dem späteren
Vergleich mit dem aktuellen Zustand bei Wartung und Inspektionen
erfolgen. Diesbezügliche
Kontrollen sind als zyklische Fernkontrollen der Konfiguration von
Anlagen bzw. Strukturen oder als Kontrollen von Montage- und Garantiesiegeln
möglich.
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Der
Einsatz in der autonomen und objektindividuellen dezentralen Fernüberwachung
auf Diebstahl, Manipulation und zur Fernzertifizierung umfasst insbesondere
die Realisierung einer dezentralen drahtlosen geräteinternen
Kommunikation als Grundlage einer auch transkontinentalen Fernabfrage
von Anwesenheit, Belastung und Funktionszustand von eindeutig zu
identifizierenden Teilkomponenten und Anlagenbereichen. Als Grundlage
einer erweiterten Fernüberwachung
der Einhaltung von Gewährleistungsverpflichtungen
und Berechtigungen sind vorzugsweise Kontrollen geeignet, mit denen
der Zertifizierungsstatus von Verschleiß- und Wechselkomponenten,
die Aktivierungs- und Deaktivierungszeiten von Teilkomponenten,
eventuelle Überbelastungen
von Teilkomponenten, der Status von Teilkomponenten hinsichtlich
Diebstahl und Manipulation sowie eine unberechtigte Außerfunktionssetzung
von Komponenten, die für
die langfristige Sicherheit der Anlage zuständig sind, aber keine Primärfunktion
darstellen, erfasst wird.
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- 1.1
- komplexes
Beispielobjekt im Endzustand
- 1.2
- Teilkomponente
der primären
Funktionsausrüstung
- 1.3.
- Teilkomponente
der sekundären
Funktionsausrüstung
- 2.1
- Antennenstruktur
- 2.2
- RFID-Schaltungstechnik
- 2.3
- Teilkomponente
eines komplexen Objektes
- 2.4
- Funk-Abfragesystem
- 2.5
- optisches
Abfragesystem
- 2.6
- Teilsystem
für nachgeordnete
Datenverarbeitung
- 2.7
- Basishausung
- 2.8
- Deckhausung
- 3.1
- komplexes
Objekt, bestehend aus einer Vielzahl von Komponenten
- 3.2
- funkaktive
fernabfragbare Markierung
- 3.3
- Antennensystem
- 3.4
- Vorrichtung
zur Auswertung Antwortsignal
- 3.5
- Fernkommunikationsnetzwerk
- 3.6
- Verbindung
zum Fernkommunikationsnetzwerk
- 3.7
- externe
Zubehörkomponenten
- 4.1
- Teilbereich
eines komplexes Objektes
- 4.2
- fernabfragbare
Markierung mit Kennung primäre
Funktionalität
- 4.3
- fernabfragbare
Markierung mit Kennung sekundäre
Funktionalität
- 4.4
- Antennensystem
- 4.5
- Vorrichtung
zur Auswertung Antwortsignal
- 4.6
- Fernkommunikationsnetzwerk
- 4.7
- Verbindung
zum Fernkommunikationsnetzwerk
- 4.8
- externe
Zubehörkomponenten
- 5.1
- Steuersysteme
der autonomen Vorrichtung
- 5.2
- Fernabfragesystem
für fernabfragbare
Markierungen
- 5.3
- Antennensystem
- 5.4
- Prüf und Wirkeinrichtung
der autonomen Vorrichtung
- 5.5
- zu
prüfende
Anlagenstrukturen
- 5.6
- fernabfragbare
Markierungen für
Kennzeichnung Anlagebereich
- 5.7
- zu
prüfender
Anlagebereich
- 5.8
- teleoptisches
System
- 5.9
- autonome
Vorrichtung