DE102016008752A1

DE102016008752A1 - System for optimizing cyclical work steps

Info

Publication number: DE102016008752A1
Application number: DE102016008752.8A
Authority: DE
Inventors: Patrick Jussel; Andreas Schwarzhans
Original assignee: Liebherr Werk Nenzing GmbH
Current assignee: Liebherr Werk Nenzing GmbH
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2018-01-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Optimieren zyklischer Arbeitsschritte einer Maschine, wobei das System umfasst: eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer Abfolge mehrerer zyklischer Arbeitsschritte der Maschine, um für jeden einzelnen Arbeitsschritt eine Vielzahl von den Arbeitsschritt charakterisierenden Prozessdaten zu ermitteln, eine Auswerteeinheit zum Durchführen einer Clustereinteilung, um die mehreren zyklischen Arbeitsschritte anhand ihrer jeweiligen Prozessdaten in unterschiedliche Arbeitsschrittgruppen einzuteilen, und zum Durchführen einer Clusteranalyse, um die Struktur der unterschiedlichen Arbeitsschrittgruppen zu analysieren und ein Abbild einer durch Rahmenparameter definierten Ist-Situation zu erhalten, eine Optimierungseinheit zum Ermitteln einer Optimierung der zyklischen Arbeitsschritte in Bezug auf einen Zielparameter oder einen Zielparametersatz auf Grundlage der Rahmenparameter, um eine optimierte Soll-Situation der durch die Maschine ausgeführten zyklischen Arbeitsschritte zu erhalten, und eine Rückmeldeeinheit zum Ausgeben einer Nachricht, um das Ergebnis eines Vergleichs von Ist-Situation und Soll-Situation auszugeben.The present invention relates to a system for optimizing cyclical working steps of a machine, the system comprising: a detection unit for detecting a sequence of a plurality of cyclical working steps of the machine in order to determine a plurality of process data characterizing the working step for each individual working step, an evaluation unit for performing a Clustering to divide the multiple cyclic operations into different work step groups based on their respective process data, and to perform a cluster analysis to analyze the structure of the different work step groups and obtain an image of an actual situation defined by the framework parameters, an optimization unit for determining an optimization of cyclic working steps with respect to a target parameter or a target parameter set on the basis of the frame parameters in order to achieve an optimized target situation of the machine executed by the engine hardships cyclical steps to obtain, and a feedback unit for outputting a message to output the result of a comparison of the actual situation and the desired situation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Optimierung zyklischer Arbeitsschritte einer Maschine. Bei Arbeitsmaschinen, insbesondere bei Baumaschinen oder Hafenkränen kommt es vor, dass eine Vielzahl von zueinander ähnlichen Arbeitsschritten ausgeführt werden muss. Für die Effektivität der durch die Arbeitsmaschine ausgeführten Arbeit ist es daher von großer Bedeutung, die zyklischen Arbeitsschritte möglichst in einer optimierten Art und Weise auszuführen. Dadurch ist es möglich, die Kapazitäten der Arbeitsmaschine effektiv auszunutzen und die insgesamte Arbeitszeit zu verringern.The present invention relates to a system for optimizing cyclical working steps of a machine. In working machines, in particular in construction machines or harbor cranes, it happens that a plurality of similar operations must be performed. For the effectiveness of the work performed by the work machine, it is therefore of great importance to carry out the cyclical work steps as possible in an optimized manner. This makes it possible to effectively utilize the capacities of the work machine and to reduce the overall working time.

Im Stand der Technik finden sich Ansätze, bei denen Arbeitsmaschinen bzw. die Ist-Situation der Arbeitsmaschine bei der Ausführung eines zyklischen Arbeitsschritts mit Hilfe von speziellen Trainingssequenzen aufgezeichnet wird, um nachfolgend einen effektiven Ablaufplan der durch die Maschine umzusetzenden Arbeit zu erstellen. Nachteilhaft hieran ist, dass während des Ausführens dieser Trainingssequenzen die Maschine nicht einsatzbereit ist, sodass die Gesamteffizienz der Arbeitsmaschine gering ist. Darüber hinaus ist es für den Bediener der Arbeitsmaschine erforderlich, während den Trainingssequenzen die Arbeitsmaschine gemäß ganz speziellen Vorgaben zu steuern.In the prior art approaches are found in which work machines or the actual situation of the work machine is recorded in the execution of a cyclic work step with the aid of special training sequences in order subsequently to create an effective flow chart of the work to be implemented by the machine. The disadvantage of this is that during the execution of these training sequences, the machine is not ready for use, so that the overall efficiency of the machine is low. In addition, it is necessary for the operator of the work machine to control the work machine according to very specific specifications during the training sequences.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung diese Nachteile zu überwinden und ein System zur Optimierung zyklischer Arbeitsschritte einer Maschine zu schaffen, das hinsichtlich seiner Effizienz herkömmlichen Systemen überlegen ist.It is an object of the present invention to overcome these disadvantages and to provide a system for optimizing cyclical operations of a machine which is superior in efficiency to conventional systems.

Dies gelingt mit einem System zum Optimieren zyklischer Arbeitsschritte einer Maschine, das sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 enthält. Demnach umfasst das System eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer Abfolge mehrerer zyklischer Arbeitsschritte der Maschine, um für jeden einzelnen Arbeitsschritt eine Vielzahl von den Arbeitsschritt charakterisierenden Prozessdaten zu ermitteln, eine Auswerteeinheit zum Durchführen einer Clustereinteilung, um die mehreren zyklischen Arbeitsschritte anhand ihrer jeweiligen Prozessdaten in unterschiedliche Arbeitsschrittgruppen einzuteilen, und zum Durchführen einer Clusteranalyse, um die Struktur der unterschiedlichen Arbeitsschrittgruppen zu analysieren und ein Abbild einer durch Rahmenparameter definierten Ist-Situation zu erhalten, eine Optimierungseinheit zum Ermitteln einer Optimierung der zyklischen Arbeitsschritte in Bezug auf einen Zielparameter oder einen Zielparametersatz auf Grundlage der Rahmenparameter, um eine optimierte Soll-Situation der durch die Maschine ausgeführten zyklischen Arbeitsschritte zu erhalten, und eine Rückmeldeeinheit zum Ausgeben einer Nachricht, um das Ergebnis eines Vergleichs von Ist-Situation und Soll-Situation auszugeben.This is achieved with a system for optimizing cyclical working steps of a machine which contains all the features of claim 1. Accordingly, the system comprises a detection unit for detecting a sequence of several cyclic working steps of the machine to determine a plurality of process data characterizing the working step for each individual working step, an evaluation unit for performing a cluster division to the several cyclic working steps based on their respective process data in different work step groups and to perform a cluster analysis to analyze the structure of the different step groups and obtain an image of an actual situation defined by frame parameters, an optimization unit for determining an optimization of the cyclic operations with respect to a target parameter or a target parameter set based on the frame parameters to obtain an optimized target situation of the cyclic operations performed by the machine, and a feedback unit for outputting a message, to output the result of a comparison of actual situation and target situation.

Durch dieses System ist es möglich, dass der Fahrer mit der Maschine von Beginn an effizient arbeitet, da im laufenden Betrieb die Ist-Situation erfasst wird und hierzu optimierte Szenarien in einer Soll-Situation erhalten werden. Es ist daher nicht mehr erforderlich spezielle Trainingssequenzen im Vorfeld einer durchzuführenden Arbeit auszuführen, wodurch die Gesamteffizienz verbessert wird.This system makes it possible for the driver to work efficiently with the machine right from the start, as the actual situation is recorded during ongoing operation and optimized scenarios are obtained in a desired situation for this purpose. It is therefore no longer necessary to perform special training sequences in advance of a work to be performed, thereby improving the overall efficiency.

Nach einer optionalen Modifikation der Erfindung ist die Erfassungseinheit ferner dazu ausgelegt, während der Abfolge mehrerer zyklischer Arbeitsschritte von der Maschine selbst generierte Meldungen zu erfassen und diese Informationen als Meta-Daten zu den Prozessdaten hinzuzufügen. Diese von der Maschine selbst generierten Meldungen können beispielsweise Überlastmeldungen eines Krans, eine Meldung über einen leeren Kraftstoff oder Energietank, Probleme mit den Sensoren, Defekte im System und/oder Statusmeldungen von Assistenzsystemen sein. Die Erfassungseinheit kann die von der Maschine generierten Meldungen aufzeichnen und mit den Prozessdaten synchronisieren.According to an optional modification of the invention, the detection unit is furthermore designed to record messages generated by the machine itself during the sequence of a number of cyclical working steps and to add this information as metadata to the process data. These messages generated by the machine itself may be, for example, overload messages from a crane, a message about an empty fuel or energy tank, problems with the sensors, defects in the system and / or status messages from assistance systems. The detection unit can record the messages generated by the machine and synchronize them with the process data.

Nach einer Fortbildung der Erfindung ist die Erfassungseinheit ferner dazu ausgelegt, für jeden einzelnen zyklischen Arbeitsschritt einen separaten Datensatz an Prozessdaten zu erfassen. Durch ein Auswerten der einem Arbeitsschritt zugehörigen Prozessdaten ist es der Auswerteeinheit möglich, die mehreren zyklischen Arbeitsschritte in unterschiedliche Arbeitsschrittgruppen einzuteilen.According to a further development of the invention, the detection unit is also designed to record a separate data record of process data for each individual cyclic operation. By evaluating the process data associated with a work step, it is possible for the evaluation unit to divide the several cyclic work steps into different work step groups.

Vorzugsweise sind die Prozessdaten relative oder absolute Startpositionen und Endpositionen eines Maschinenteils oder der Maschine, die in allen Raumdimensionen festgehalten werden, Geschwindigkeiten der verschiedenen Maschinenkomponenten, Lasten, maximale und minimale Leistung, Kraftstoff- oder Energieverbrauch, Temperaturen einzelner Maschinenkomponenten und/oder hydraulische Zustände in der Maschine.Preferably, the process data are relative or absolute starting positions and end positions of a machine part or machine, which are recorded in all room dimensions, speeds of the various machine components, loads, maximum and minimum power, fuel or energy consumption, temperatures of individual machine components, and / or hydraulic conditions in the machine Machine.

Nach einer weiteren Modifikation der Erfindung ist die Auswerteeinheit ferner dazu ausgelegt, bei der Clusteranalyse die Struktur der unterschiedlichen Arbeitsschrittgruppen mit möglichen Hypothesen von abgespeicherten Arbeitsschrittgruppen zu vergleichen und bei einem gewissen Übereinstimmungsgrad von hypothetischen Arbeitsschrittgruppen zu erfassten Arbeitsschrittgruppen die hypothetische Arbeitsschrittgruppe bei der Abbildung der Ist-Situation heranzuziehen.According to a further modification of the invention, the evaluation unit is further designed to compare the structure of the different work step groups with possible hypotheses of stored work step groups in cluster analysis and at a certain degree of agreement of hypothetical work step groups to work step groups the hypothetical step group in mapping the actual situation consulted.

Nachdem die Erfassungseinheit die mehreren zyklischen Arbeitsschritte der Maschine hinsichtlich der diese charakterisierenden Prozessdaten erfasst hat, erfolgt eine Auswertung der Prozessdaten sowie der optional verfügbaren Meta-Daten, um die Ist-Situation genau zu ermitteln. Dabei werden in einem ersten Schritt durch eine Clusteranalyse die einzelnen Zyklen in Gruppen eingeteilt und in einem zweiten Schritt die interne Struktur der einzelnen Cluster (Arbeitsschrittgruppen) analysiert und mit möglichen Hypothesen verglichen. Beispielsweise kann eine Arbeitsschrittgruppe charakteristische Parameter aufweisen, die mit ziemlich hoher Wahrscheinlichkeit dafür sprechen, dass es sich hierbei um einen Entladepunkt handelt. Die verschiedenen Arbeitsschrittgruppen werden dann mit entsprechenden Labeln versehen und bilden so ein Gesamtbild der Ist-Situation, die durch Rahmenparameter definiert ist.After the detection unit, the multiple cyclic operations of the machine with respect to this characterizing process data has been recorded, an evaluation of the process data and the optionally available meta-data is carried out in order to determine the actual situation exactly. In a first step, the individual cycles are divided into groups by a cluster analysis. In a second step, the internal structure of the individual clusters (work step groups) is analyzed and compared with possible hypotheses. For example, a work step group may have characteristic parameters that are reasonably likely to indicate that it is an unload point. The various work step groups are then provided with corresponding labels and thus form an overall picture of the actual situation, which is defined by frame parameters.

Ferner ist möglich, dass die Optimierungseinheit dazu ausgelegt ist, eine optimierte Soll-Situation bei Variation der für die Ist-Situation maßgeblichen Rahmenparameter zu simulieren und/oder nach einer abgespeicherten für die Ist-Situation bereits optimierten Soll-Situation in einer Datenbank zu suchen.Furthermore, it is possible that the optimization unit is designed to simulate an optimized target situation upon variation of the frame parameters relevant to the actual situation and / or to search for a stored target situation already optimized for the actual situation in a database.

Mit den bekannten Rahmenparametern, die durch die Clusteranlayse ermittelt wurden, können alternative Szenarien unter Zuhilfenahme weiterer Maschinendaten simuliert oder aus bekannten, vergleichbaren Prozessen (Benchmarks) ermittelt werden. So kann beispielsweise durch Variation von verschiedensten Parametern (andere Bedienung der Maschine, Position von Maschine oder andere Objekte, Energiemodus der Maschine, Schaufelgröße etc.) berechnet werden, wie sich die Prozessparameter verändern. Dabei können verschiedenste Optimierungsalgorithmen zum Einsatz kommen (beispielsweise Hillclimbing- oder Downhill-Suchverfahren, Newton-Methode, Gradienten-Methode, etc.). Durch die Minimierung bzw. Maximierung einer Zielgröße oder eines Zielgrößensatzes ergibt sich entsprechend der Fragestellung eine bevorzugte Soll-Situation.With the known frame parameters, which were determined by the cluster analysis, alternative scenarios can be simulated with the help of further machine data or determined from known, comparable processes (benchmarks). For example, by varying a variety of parameters (other machine operation, machine position or other object, machine energy mode, bucket size, etc.), how the process parameters change can be calculated. A variety of optimization algorithms can be used (for example, hillclimbing or downhill search methods, Newton method, gradient method, etc.). By minimizing or maximizing a target size or a target size set, a preferred target situation arises in accordance with the problem.

Vorzugsweise betreffen die Rahmenparameter eine andere Bedienung der Maschine, eine Position der Maschine, eine Position von mit der Maschine zusammenwirkenden Objekten, den Energiemodus der Maschine, eine Schaufelgröße und/oder den Typ der verwendeten Maschine.Preferably, the frame parameters relate to another operation of the machine, a position of the machine, a position of objects interacting with the machine, the power mode of the machine, a bucket size, and / or the type of machine used.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Systems sind die mit der Maschine zusammenwirkenden Objekte Be- und Entladeobjekte, insbesondere ein Schiff, ein Hatch, ein Hopper und/oder ein Haufen. Damit ist das erfindungsgemäße System beispielsweise für einen Hafenmobilkran geeignet, der ein Schüttgut von einem Schiff auf einen Hopper bzw. einen Haufen umschlagen muss. Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der Erfindung ist die Rückmeldeeinheit ferner dazu ausgelegt, Vorschläge für ein Umstellen von einem oder mehreren Rahmenparametern auszugeben und ein damit einhergehendes Potenzial zur Verbesserung von mindestens einem Zielparameter anzuzeigen. Indem einem Bediener der Maschine oder einer dem Bediener übergeordneten Person ein Vorschlag für ein Umstellen von mindestens einem Rahmenparameter zusammen mit der dadurch erreichbaren Verbesserung eines Zielparameters angezeigt wird, kann eine Entscheidung getroffen werden, ob das Verbesserungspotenzial bezüglich des mindestens einen Zielparameters von größerer Bedeutung ist, als die mit der Umstellung der Rahmenparameter verbundenen Aufwände.In a further preferred embodiment of the system, the objects interacting with the machine are loading and unloading objects, in particular a ship, a hatch, a hopper and / or a pile. Thus, the system according to the invention is suitable, for example, for a mobile harbor crane, which has to transfer a bulk material from a ship to a hopper or a pile. According to a further optional further development of the invention, the feedback unit is further designed to output proposals for a changeover of one or more frame parameters and to indicate an associated potential for the improvement of at least one target parameter. By displaying to a user of the machine or a person superior to the operator a suggestion for changing at least one frame parameter together with the improvement of a target parameter attainable thereby, a decision can be made as to whether the potential for improvement with respect to the at least one target parameter is of greater importance. as the expenses associated with the conversion of the frame parameters.

Dabei kann zudem vorgesehen sein, dass die Rückmeldeeinheit ferner dazu ausgelegt ist, eine Nachricht erst dann auszugeben, wenn ein bestimmter Grad an Effizienzsteigerung zwischen Ist-Situation und Soll-Situation überschreitbar ist. Dadurch wird verhindert, dass selbst minimale Effizienzsteigerungspotenziale in einer Meldung durch die Rückmeldeeinheit ausgegeben werden, bei denen die Nachteile der Umstellung der Rahmenparameter die zu erreichenden Effizienzsteigerungen jedoch nicht überwiegt.It can also be provided that the feedback unit is also designed to output a message only when a certain degree of efficiency increase between actual situation and target situation is exceeded. This prevents that even minimal efficiency enhancement potentials are output in a message by the feedback unit, in which the disadvantages of the conversion of the frame parameters, however, does not outweigh the efficiency increases to be achieved.

Vorzugsweise ist die Maschine des Systems ein Kran, beispielsweise ein Hafenmobilkran, eine Baumaschine, beispielsweise ein Bagger, ein Gerät für Bohr- und Gründungsarbeit, beispielsweise eine Ramme oder ein Fluorförderfahrzeug, beispielsweise ein Reachstacker. Bei diesen Maschinen ist das System zum Optimieren zyklischer Arbeitsschritte besonders vorteilhaft einsetzbar, da diese Maschinentypen üblicherweise eine Vielzahl von sich wiederholenden zyklischen Arbeitsschritten ausführen.The machine of the system is preferably a crane, for example a mobile harbor crane, a construction machine, for example an excavator, a device for drilling and foundation work, for example a ram or a fluorine transport vehicle, for example a reachstacker. In these machines, the system for optimizing cyclic operations is particularly advantageous because these types of machines usually perform a variety of repetitive cyclic operations.

Weitere Merkmale, Details und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich. Dabei zeigen:Other features, details and advantages of the present invention will become apparent from the following description. Showing:

1: ein Ablaufdiagramm, das durch die einzelnen Merkmale des erfindungsgemäßen Systems durchlaufen wird, 1 FIG. 3 is a flowchart which is run through the individual features of the system according to the invention, FIG.

2: eine Visualisierung der durch die Erfassungseinheit des erfindungsgemäßen Systems durchzuführenden Aufgaben, 2 a visualization of the tasks to be performed by the detection unit of the system according to the invention,

3: eine Visualisierung der Auswerteeinheit des erfindungsgemäßen Systems zur grafischen Darstellung ihrer Aufgaben und, 3 : a visualization of the evaluation unit of the system according to the invention for the graphic representation of its tasks and,

4: eine Visualisierung der Optimierungseinheit des erfindungsgemäßen Systems zur Gegenüberstellung einer Ist-Situation und einer dazu optimierten Soll-Situation. 4 : A visualization of the optimization unit of the system according to the invention for comparing an actual situation and a target situation optimized for this purpose.

1 zeigt ein Ablaufdiagramm, das durch die einzelnen Einheiten des erfindungsgemäßen Systems durchlaufen wird. Im Wesentlichen wird dabei zuerst die Ist-Situation ermittelt, anschließend eine Soll-Situation berechnet und danach eine Rückmeldung an den Fahrer oder den Maschinenbetreiber über mögliche alternative Szenarien übermittelt. 1 shows a flowchart which is traversed by the individual units of the system according to the invention. Essentially, the actual situation is first determined, then a target situation is calculated and then a feedback is sent to the driver or the machine operator via possible alternative scenarios.

Eine Arbeitsmaschine erledigt in wiederkehrenden Zyklen S1, S2, S3 die Abfolge von aufeinanderfolgenden Arbeitsschritten. Beispielsweise kann ein Hafenmobilkran ein Schiff mit Schüttgut entladen und dieses Material in einen Hopper schütten. Dabei ist auch möglich, dass währenddessen weitere Arbeitszyklen stattfinden, beispielsweise solche bei denen der Hafenmobilkran manchmal das Material nicht in den Hopper sondern auf einen daneben liegenden Haufen schüttet.A work machine completes the sequence of successive work steps in recurring cycles S1, S2, S3. For example, a mobile harbor crane can unload a ship with bulk cargo and dump this material into a hopper. It is also possible that other working cycles take place in the meantime, for example those in which the mobile harbor crane sometimes does not pour the material into the hopper but onto an adjacent pile.

Bei der Erfassung der Ist-Situation S1, S2, S3 werden im laufenden Betrieb die Arbeitszyklen ermittelt, wobei die Aufzeichnung S2 vorzugsweise durch einen Algorithmus erfolgt. Dabei wird für jeden einzelnen Zyklus eine Kollektion an relevanten Daten ermittelt, die als so genannte Prozessdaten S4 in eine Datenbank S5 abgelegt werden. Diese können beispielsweise relative oder absolute Start- und Endpositionen in allen Dimensionen, Geschwindigkeiten der verschiedenen Maschinenkomponenten, Lasten, maximale und minimale Leistung, Verbrauch, Temperaturen der einzelnen Maschinenkomponenten, hydraulische Zustände oder dergleichen sein.When the actual situation S1, S2, S3 is detected, the working cycles are determined during operation, the recording S2 preferably taking place by means of an algorithm. In this case, a collection of relevant data is determined for each individual cycle, which are stored as so-called process data S4 in a database S5. These may be, for example, relative or absolute starting and ending positions in all dimensions, speeds of the various machine components, loads, maximum and minimum power, consumption, temperatures of the individual machine components, hydraulic states or the like.

Am Beispiel eines Hafenmobilkrans sind Prozessdaten diejenigen Daten, die beim Entladen eines Schiffs mit einem Hafenmobilkran anfallen, also beispielsweise etwa die Be- und Entladeposition der Schaufel relativ zur Position des Kranes, die Last, die pro Zyklus verladen wird, die Tara der Schaufel, die Dauer des Verladeprozesses und/oder der Verbrauch während des Prozesses.Using the example of a mobile harbor crane, process data are those data that arise when unloading a ship with a mobile harbor crane, such as the loading and unloading position of the bucket relative to the position of the crane, the load loaded per cycle, the tare of the bucket, the Duration of the loading process and / or consumption during the process.

Ein weiteres Beispiel mit einem Reachstacker könnte als Prozessdaten die Be- und Entladepositionen im absoluten Koordinatensystem des Hafens (etwa durch GPS), die relative Position der Container zum Reachstacker (insbesondere die Container-Reihe und die Container-Höhe), die Fahrroute, die mittlere, minimale und maximale Geschwindigkeit und/oder den Verbrauch aufweisen.Another example with a reachstacker could be as process data the loading and unloading positions in the absolute coordinate system of the port (such as GPS), the relative position of the container to the reachstacker (especially the container row and the container height), the route, the middle , minimum and maximum speed and / or consumption.

Darüber hinaus werden von diesen Prozessdaten S4 unabhängige Meldungen S8 der Maschine aufgezeichnet, verarbeitet und mit den Prozessdaten synchronisiert S6 bis S5. Diese Daten können beispielsweise Überlastmeldungen eines Krans sein, eine Meldung über einen leeren Tank, Probleme mit Sensoren, Defekte im System oder Statusmeldungen von Assistenzsystemen. Hieraus gewonnene Informationen werden als Meta-Daten zu den Prozessdaten hinzugefügt.In addition, independent of these process data S4 messages S8 of the machine are recorded, processed and synchronized with the process data S6 to S5. This data can be, for example, overload messages from a crane, a message about an empty tank, problems with sensors, faults in the system or status messages from assistance systems. Information gained from this is added as metadata to the process data.

In der auf den Prozessdaten bzw. den Meldungen basierenden Clusteranalyse S9 werden die Prozessdaten und die diesen hinzugefügten Meta-Daten ausgewertet, um die Ist-Situation zu ermitteln. Dabei wird in einem ersten Schritt durch die Auswerteeinheit eine Clustereinteilung ausgeführt, die die mehreren zyklischen Arbeitsschritte anhand ihrer jeweiligen Prozessdaten in unterschiedliche Arbeitsschrittgruppen (Cluster) einteilt. Die den Prozessdaten hinzugefügten Meta-Daten ermöglichen dabei beispielsweise eine verbesserte Identifikation von aus der Reihe fallenden Arbeitsschritten oder insgesamt einfach eine verbesserte Einteilung der Arbeitsschrittgruppen. In der sich hieran anschließenden Clusteranalyse werden nun die einzelnen Arbeitsschrittgruppen (Cluster) auf deren interne Struktur analysiert und mit möglichen Hypothesen verglichen. Dabei werden die eingeteilten Arbeitsschrittgruppen mit entsprechenden Labeln versehen, sodass sich ein Gesamtbild der Ist-Situation ergibt. Die Ist-Situation lässt sich im Folgenden auch mit Hilfe von Rahmenparametern definieren.In the cluster analysis S9 based on the process data or the messages, the process data and the added meta-data are evaluated in order to determine the actual situation. In this case, in a first step, a cluster division is carried out by the evaluation unit, which divides the several cyclic working steps into different work step groups (clusters) on the basis of their respective process data. The metadata added to the process data makes it possible, for example, to better identify out-of-series work steps or, overall, simply to improve the classification of the work step groups. In the subsequent cluster analysis, the individual work step groups (clusters) are analyzed for their internal structure and compared with possible hypotheses. The assigned work step groups are provided with corresponding labels, so that an overall picture of the actual situation results. The actual situation can also be defined below with the help of frame parameters.

Zieht man erneut das Beispiel eines Hafenmobilkrans heran, umfassen die gesammelten Daten vom Entladen eines Schiffes beispielsweise die Be- und Entladeposition sowie die transportierte Last für jeden Zyklus. Eine Clusteranalyse ist hierbei so angelegt, dass sie durch die Positionsdaten, die Koordinaten und Dimensionen der verschiedenen Be- und Entladeobjekte ermittelt (etwa Hedge, Hopper oder Haufen). Die zu den Prozessdaten hinzugefügten Meldungen ermöglichen beispielsweise das Ausschließen von einzelnen Arbeitszyklen, die nicht direkt mit dem Entladen des Schiffes zusammenhängen, da beispielsweise bei einer gemeldeten Überlast einer Schaufel ein Entladevorgang auf dem Schiff erklärt werden kann. Die Ausdehnung und die Position der verschiedenen Be- und Entladepositionen werden mit den aufgestellten Hypothesen Hatch, Hopper oder Haufen verglichen und entsprechend deren charakteristischen Eingenschaften zugeordnet.Taking again the example of a mobile harbor crane, the data collected from unloading a ship includes, for example, the loading and unloading position and the transported load for each cycle. A cluster analysis is designed so that it determines the position data, the coordinates and dimensions of the various loading and unloading objects (such as hedge, hopper or heap). The messages added to the process data, for example, allow the exclusion of individual working cycles, which are not directly related to the unloading of the ship, since, for example, in a reported overload of a blade unloading can be explained on the ship. The extent and position of the various loading and unloading positions are compared with the established hypotheses Hatch, Hopper or heap and assigned according to their characteristic properties.

Durch die Auswerteeinheit lässt sich nun ein Profil der gesamten Arbeit ermitteln, sodass festgestellt werden kann, welcher Umschlag von einem Kran getätigt wurde. Für andere Einsatzgebiete lässt sich hier beispielsweise ermitteln, wie lange man für das korrekte Anordnen eines Rammguts im Spezialtiefbau benötigt hat, wieviel Leistung hierfür benötigt worden ist, oder wie gut ein Seilbagger im Schleppschaufeleinsatz ist.The evaluation unit can now determine a profile of the entire work, so that it can be determined which envelope was made by a crane. For other applications can be here, for example, determine how long it has required for the correct placement of a pile in special civil engineering, how much power has been required for this, or how good a crawler crane in the trailing shovel is.

Der in S10 vorgenommene Vergleich mit der Arbeitshypothese und der darauffolgenden Bestimmung des Arbeitsprofils S11 erfolgt typischerweise in der Auswerteeinheit.The comparison made in S10 with the working hypothesis and the subsequent determination of the working profile S11 is typically carried out in the evaluation unit.

Mit den bekannten Rahmenparametern, die die Ist-Situation abbilden, wird nachfolgend eine Soll-Situation ermittelt S12. Dabei können alternative Szenarien unter Zuhilfenahme weiterer Maschinendaten berechnet bzw. simuliert werden oder aus bekannten, vergleichbaren Prozessen mittels eines Benchmark-Vergleichs ermittelt werden. So kann beispielsweise durch Variation von verschiedensten Parametern (andere Bedienung der Maschine, Position von Maschine oder andere Objekte, Energiemodus der Maschine, Schaufelgröße, etc.) berechnet bzw. simuliert werden, wie sich die Prozessparameter verändern würden. Dabei können unterschiedliche Optimierungsalgorithmen zum Einsatz kommen. Durch die Minimierung bzw. Maximierung einer Zielgröße oder eines Zielgrößensatzes kann sich entsprechend dieser eine bevorzugte Soll-Situation ergeben. With the known frame parameters that map the actual situation, a desired situation is subsequently determined S12. In this case, alternative scenarios can be calculated or simulated with the aid of further machine data or can be determined from known, comparable processes by means of a benchmark comparison. For example, it is possible to calculate or simulate how the process parameters would change by varying various parameters (other machine operation, position of machine or other objects, machine energy mode, blade size, etc.). Different optimization algorithms can be used. By minimizing or maximizing a target size or a target size set, this may result in a preferred target situation.

Bei Fortführung des Hafenmobilkranbeispiels wird am Anfang der Optimierung durch die vorhandenen Rahmenparameter eine konkrete Annahme getroffen, wo sich welche Objekte (Hatch, Hopper, Haufen) relativ zum Hafenmobilkran befinden. Durch die bekannten limitierenden Maschinenparameter (etwa Länge des Auslegers) kann nun beispielsweise die Position des Mobilkrans variiert werden und in Bezug auf einen Umschlag pro Stunde optimiert werden. Die hierbei gefundene optimale Position des Hafenmobilkrans ergibt einen alternativen Soll-Umschlag für den Hafenmobilkran, der typischerweise gegenüber dem Ist-Umschlag des Hafenmobilkrans verbessert ist.Continuing the example of the mobile harbor crane, a concrete assumption is made at the beginning of the optimization by the existing framework parameters as to which objects (hatch, hopper, heap) are located relative to the mobile harbor crane. By the known limiting machine parameters (such as length of the boom), for example, the position of the mobile crane can now be varied and optimized in terms of an envelope per hour. The optimal position of the mobile harbor crane found in this case results in an alternative nominal handling for the mobile harbor crane, which is typically improved compared to the actual handling of the mobile harbor crane.

Anhand eines anderen Beispiels eines Seilbaggers im Schleppschaufeleinsatz könnte festgestellt werden, wo der Seilbagger steht, wo er gräbt und wo er das Material wieder entlädt. Eine Variation der Position der Maschine sowie eine Variation des Ausladepunktes ergeben einen alternativen Energieverbrauch und/oder einen alternativen Materialumschlag. Das Optimum bezüglich eines Zielparameters kann in weiterer Folge dann dem Fahrer oder einer den Maschineneinsatz planenden Person vorgeschlagen werden.Using another example of a dragline dredger, it would be possible to determine where the dredger stands, where to dig, and where to unload the material again. A variation of the position of the machine as well as a variation of the unloading point results in an alternative energy consumption and / or an alternative material change. The optimum with respect to a target parameter can subsequently be proposed to the driver or to a person planning the use of the machine.

In einem letzten Schritt wird nun die Ist-Situation mit der Soll-Situation verglichen und hieraus entsprechende Schlüsse an den Bediener der Maschine bzw. eine höhere Kontrollinstanz ausgegeben. Sollte sich eine signifikante Verbesserung des Prozesses durch eine Variation eines Arbeitsparamters ergeben, so wird in weiterer Folge dem Fahrer bzw. Betreiber der Maschine eine entsprechende Rückmeldung angezeigt. Aus dieser geht hervor, welcher Parameter wie verändert werden sollte und welche Variable sich um welches Maß verbessert.In a final step, the actual situation is compared with the target situation and corresponding conclusions are issued to the operator of the machine or a higher control instance. Should a significant improvement of the process result from a variation of a working parameter, the driver or operator of the machine will subsequently be informed accordingly. This shows which parameter should be modified and which variable improves by which measure.

Anhand des bereits vorhin engeführten Hafenkranbeispiels bekommt der Betreiber des Krans einen Vorschlag, wie er den Kran zu positionieren hat und welche Steigerung des Umschlags durch diese Veränderung zu erwarten ist. So könnte die Mitteilung etwa lauten: „Bewege den Kran fünf Meter vom Schiff weg, und der Umschlag steigt um 100 Tonnen pro Stunde”. Es liegt dann im Ermessen des Betreibers, ob der erwartete Effizienzgewinn die mit der Umstellung des Paramters in Verbindung stehende Mehrarbeit überwiegt.On the basis of the previously described port crane example, the operator of the crane receives a suggestion on how to position the crane and what increase in turnover is to be expected from this change. For example, the message might say, "Move the crane five meters from the ship and the load will increase by 100 tons per hour." It is then up to the operator to decide whether the expected efficiency gain outweighs the overtime associated with the changeover of the parameter.

Folgendes Beispiel beschreibt, wie ein Hafenmobilkran in einem Hafen ein Schiff in einen Hopper und auf einen danebenliegenden Haufen entlädt. Die Positionen der involvierten Objekte werden durch einen Algorithmus erkannt und in weiterer Folge wird eine verbesserte Umschlagsgeometrie errechnet. Eine veränderte Lage von Hafenmobilkran und Hopper kann beispielsweise zu einem erhöhten Umschlag pro Stunde führen.The following example describes how a mobile harbor crane in a port unloads a ship into a hopper and onto an adjacent pile. The positions of the involved objects are recognized by an algorithm and subsequently an improved turnover geometry is calculated. For example, a change in the location of the mobile harbor crane and hopper can lead to increased handling per hour.

Wie in 2 dargestellt, steht ein Hafenmobilkran (1) an einer bestimmten Stelle. Mit dem Ausleger (2) und einer angehängten Schaufel (3) entlädt der Kran ein Schiff. Mittels Zykluserkennung lassen sich je Zyklus gewisse Daten sammeln, beispielsweise die Koordinaten in 2 oder 3 Dimensionen, an der die Schaufel befüllt (Kreise 4) und entleert (Sterne 5) wird. In 2 erkennt man mit dem Auge bereits drei grobe Gebiete: Region D, in der hauptsächlich die Schaufel befüllt wird, Region E, in der stark lokalisiert die Schaufel immer entladen wird, und Region F, in der mit größerer Streuung die Schaufel immer entladen wird. Des Weiteren sind die zusätzlichen Maschinenmeldungen bekannt, die mit den Prozessdaten synchronisiert werden. So wird durch die Maschinenmeldungen festgestellt, dass beispielsweise in 5% der Zyklen die Schaufel zu voll geladen wird. Das führt dazu, dass die Schaufel im Schiff noch einmal entleert und anschließend erneut gefüllt werden muss. Für die in diesem Beispiel vorgeführte Optimierung müssen diese Prozessdaten als ungültige Zyklen erkannt werden uns aus der weiteren Berechnung ausgeschlossen werden. Durch die Prozessdaten ist beispielsweise bekannt, dass die Schaufel durch die Einschränkungen des Krans maximal 50 Tonnen pro Schaufel umschlagen kann und dass die durchschnittliche Dauer eines einzelnen Umschlags 170 Sekunden dauert. Damit ergibt sich ein Umschlag von etwa 1060 Tonnen pro Stunde.As in 2 portrayed is a mobile harbor crane ( 1 ) at a certain point. With the boom ( 2 ) and an attached blade ( 3 ) the crane unloads a ship. By means of cycle detection, certain data can be collected per cycle, for example the coordinates in 2 or 3 dimensions, at which the bucket is filled (circles 4 ) and emptied (stars 5 ) becomes. In 2 You can already see three rough areas with the eye: region D, where mainly the shovel is filled, region E, where the shovel is always unloaded, and region F, where the shovel is always unloaded with larger scatter. Furthermore, the additional machine messages are known, which are synchronized with the process data. For example, it is determined by the machine messages that, for example, in 5% of the cycles the bucket is loaded too full. As a result, the bucket in the ship must be emptied again and then filled again. For the optimization presented in this example, these process data must be recognized as invalid cycles and excluded from the further calculation. For example, it is known from the process data that, due to crane limitations, the bucket can handle a maximum of 50 tons per bucket and that the average duration of a single turn is 170 seconds. This results in an envelope of about 1060 tons per hour.

Durch die Analyse der vorhandenen Daten (z. B. durch eine Clusterung der bekannten Positionen mittels eines herkömmlichen Clusteralgorithmus) wird in weitere Folge ermittelt, welche Häufungen von Be- und Entladepunkten welchen realen Objekten zugewiesen werden können. So kann wie in 3 dargestellt durch die kleine Streuung der Entladepunkte in E festgestellt, dass es sich bei dem realen Objekt sehr wahrscheinlich um einen Hopper 6 handeln muss, während die große Streuung bei F eher auf einen Haufen 7 schließen lässt. Die vielen Beladepunkte in D lassen auf die Position des Schiffes 8 schließen.By analyzing the existing data (eg by clustering the known positions by means of a conventional cluster algorithm), it is ascertained in further sequence which accumulations of loading and unloading points can be assigned to which real objects. So how can in 3 represented by the small scattering of discharge points in E found that the real object is most likely a hopper 6 must act while the large dispersion at F rather on a pile 7 close. The many loading points in D leave on the position of the ship 8th shut down.

Nun ist die Ist-Situation ausreichend bestimmt: Es ist bekannt, wo sich die realen Objekte relativ zum Kran befinden, wie viel Tonnen pro Schaufel umgeschlagen werden, wie lange ein solcher Umschlag dauert, wo der Kran relativ zum Schiff bei vorgegebenem Schüttgut überhaupt stehen darf etc. Im letzten Schritt werden nun die Positionen von Kran und Hopper (die beide vorab als beweglich definiert wurden) variiert und dabei alternative Endladeszenarien berechnet. So wird beispielsweise wie in 4 dargestellt berechnet, dass durch ein Verfahren des Hafenmobilkrans von Position H nach Position I sowie ein Verfahren des Hoppers von Position E nach Position G der Umschlag von den bisherigen 1050 Tonnen pro Stunde auf bis zu 1200 Tonnen pro Stunde gesteigert werden kann. Diese Information kann nun an den Fahrer des Hafenmobilkrans, bzw. an den Hafenmanager weitergeleitet werden. Nun kann entschieden werden, ob der verbesserte Umschlag von 150 Tonnen pro Stunden ein Grund ist, Hafenmobilkran und Hopper entsprechend neu zu positionieren.Now the actual situation is sufficiently determined: It is known, where the real objects are relative to the crane, how many tons per bucket are handled, how long such an envelope takes, where the crane may stand at a given bulk material relative to the ship etc. In the final step, the positions of crane and hopper (both of which were defined as movable in advance) are varied and alternative end-loading scenarios are calculated. For example, as in 4 Calculated that a method of the mobile harbor crane from position H to position I and a method of Hoppers from position E to position G, the envelope can be increased from the previous 1050 tons per hour up to 1200 tons per hour. This information can now be forwarded to the driver of the mobile harbor crane or to the port manager. Now it can be decided whether the improved handling of 150 tons per hour is a reason to reposition the mobile harbor crane and hopper accordingly.

Claims

System for optimizing cyclical working steps of a machine, comprising: a detection unit for detecting a sequence of several cyclical working steps of the machine in order to determine a multiplicity of process data characterizing the working step for each individual working step, an evaluation unit for performing a cluster division in order to divide the plurality of cyclical work steps into different work step groups based on their respective process data, and for performing a cluster analysis in order to analyze the structure of the different work step groups and obtain an image of an actual situation defined by frame parameters, an optimization unit for determining an optimization of the cyclical operations with respect to a target parameter or a target parameter set on the basis of the frame parameters in order to obtain an optimized target situation of the cyclic working steps performed by the machine, and a feedback unit for outputting a message to output the result of a comparison of actual situation and target situation.

The system of claim 1, wherein the detection unit is further adapted to detect messages generated by the machine itself during the sequence of a plurality of cyclic operations and to add this information as metadata to the process data.

The system of claim 2, wherein the messages generated by the machine itself are overload messages from a crane, a message about an empty fuel or energy tank, problems with sensors, defects in the system, and / or status messages from assistance systems.

System according to one of the preceding claims, wherein the detection unit is further adapted to detect a separate record of process data for each individual cyclic operation.

System according to one of the preceding claims, wherein the process data relative or absolute start and end positions of a machine part or the machine in all room dimensions, speeds of the various machine components, loads, maximum and minimum power, fuel or energy consumption, temperatures of individual machine components and / or hydraulic Conditions in the machine are.

System according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit is further adapted to compare the structure of the different work step groups with possible hypotheses of stored work step groups in the cluster analysis and at a certain degree of agreement of hypothetical work step groups to work step groups the hypothetical step group in the mapping of the actual Situation.

System according to one of the preceding claims, wherein the optimization unit is further adapted to simulate an optimized target situation upon variation of the relevant for the actual situation frame parameters and / or after a stored for the actual situation already optimized target situation in a Database search.

A system according to any one of the preceding claims, wherein the frame parameters relate to a different operation of the machine, a position of the machine, a position of objects interacting with the machine, the power mode of the machine, a bucket size and / or the type of machine used.

The system of claim 8, wherein the objects cooperating with the machine are loading and unloading objects, in particular a ship, a hatch, a hopper and / or a pile.

A system according to any one of the preceding claims, wherein the feedback unit is further adapted to issue proposals for switching one or more frame parameters and an associated potential for Improvement of at least one target parameter.

System according to one of the preceding claims, wherein the feedback unit is further adapted to issue a message only when a certain degree of efficiency increase between actual situation and target situation can be exceeded.

System according to one of the preceding claims, wherein the machine is a crane, for example a mobile harbor crane, a construction machine, such as an excavator, a device for drilling and foundation work, for example a ram or a fluorine transport vehicle, for example a reachstacker.