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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Maschinensystem mit einem Steuersystem und einer Vielzahl von Lagern. Weiter betrifft die Erfindung ein computerimplementiertes Verfahren zur Konfiguration des Maschinensystems und ein Computerprogrammprodukt zur Ausführung des computerimplementierten Verfahrens.
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Hintergrund der Erfindung
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Werkzeugmaschinen oder andere industrielle Maschinen stellen hochkomplexe Maschinensysteme dar, bei welchen eine Vielzahl von Maschinenkomponenten aufeinander abgestimmt werden müssen. Besonders kritisch an solchen Maschinensystemen ist die Abstimmung der beweglichen Teile, die in der Regel mit verschiedenen Lagern gelagert sind.
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Eine Konfiguration eines Maschinensystems kann zu verschiedenen Zeitpunkten in dessen Lebenszyklus erforderlich sein. So müssen bei Inbetriebnahme beispielsweise Lagerdaten wie Geometrie, Belastbarkeit und Wartungsintervalle jedes einzelnen Lagers in einem Steuersystem des Maschinensystems gespeichert werden. Solche Konfigurationen sind häufig auch beim Austausch von Lagern oder der Re-Konfiguration des Gesamtsystems, wenn ein Maschinensystem beispielsweise für das Bearbeiten oder Herstellen von neuen Teilen gerüstet wird, erforderlich.
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Die Daten über die verwendeten Lager sind nicht nur für das Steuersystem jedes einzelnen Maschinensystems relevant, sondern beispielsweise auch für Unternehmensressourcenverwaltungssysteme, sogenannte ERP-Systeme (Enterprise Resource Planning). Auch kann ein Maschinensystem, wie eine Werkzeugmaschine, in einen übergeordneten Produktionsprozess eingebunden sein. Dann sind die jeweiligen Daten auch für ein Fertigungsmanagementsystem, das mehreren Maschinensystemen umfasst, relevant.
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Bei der Konfiguration von Maschinensystemen oder übergeordneten Systemen genannter Art, erfolgt die Eingabe der Basisdaten der eingesetzten Lager manuell. So werden Geometrie und Belastungsdaten zumeist händisch über eine Tastatur oder einen berührungsempfindlichen Bildschirm in das Steuersystem eingegeben. In manchen Fällen ist es auch möglich, Barcodes, welche auf den Verpackungen der Lager aufgedruckt sind, mittels eines Scanners zu erfassen.
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Diese Eingabe- beziehungsweise Erfassungsmethoden sind aufwendig und fehleranfällig. So müssen Daten über ein Lager in mehreren Systemen hinterlegt werden. Beispielsweise werden dieselben Daten in einem Maschinensystem, einem ERP-System und einem Fertigungsmanagementsystem jeweils getrennt eingegeben. Bei einer Eingabe können Fehler auftreten. Oder ein Lager ist versehentlich in einer Verpackung einer früheren Version des Lagers geliefert worden, wodurch die Zuordnung des Barcodes nicht korrekt ist. Solche Datenfehler können zu erheblichen Produktionsschäden oder dem Stillstand des Gesamtsystems führen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, Fehler bei der Konfiguration von Maschinensystemen zu unterbinden und eine konsistente Datenhaltung über verschiedene IT-Systeme hinweg zu gewährleisten. Maschinensysteme können Werkzeugmaschinen und Turbinen sein, sowie Anwendung in der Luft- und Raumfahrttechnik, Bahn, Landmaschinen sein. Die Liste ist nur beispielhaft und nicht abschließend.
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Diese Aufgabe wird durch ein computerimplementiertes Verfahren zur Konfiguration eines Maschinensystems gelöst, wobei das Maschinensystem mindestens ein Lager mit einem Datenspeicher, sowie ein Steuersystem mit einem Konfigurationsdatenspeicher zum Speichern von Konfigurationsdaten für den Betrieb des Maschinensystems umfasst. Das Verfahren umfasst die Schritte Auslesen von Daten aus dem Datenspeicher des mindestens einen Lagers, Übertragen der Daten an das Steuersystem und Analysieren der Art der Daten.
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Erfindungsgemäß erfolgt beim Analysieren eine Fallunterscheidung, nämlich falls die Daten Konfigurationsdaten über das mindestens eine Lager sind, umfasst das Verfahren das Speichern der Konfigurationsdaten in dem Konfigurationsdatenspeicher des Steuersystems. In diesem Fall sind die Konfigurationsdaten direkt auf dem Datenspeicher des Lagers gespeichert, die Daten müssen also nicht anderweitig abgerufen werden.
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Falls die Daten eine Kennung betreffend die Konfigurationsdaten über das mindestens eine Lager sind, umfasst das Verfahren weiter das Senden der Kennung an eine Lagerdatenbank, das Empfangen der Konfigurationsdaten über das mindestens eine Lager basierende auf der Kennung und das Speichern der Konfigurationsdaten in dem Konfigurationsdatenspeicher des Steuersystems. In diesem Fall umfassen die Daten auf dem Datenspeicher nur einen eindeutigen Pointer, mit welchem von einer zentralen Instanz, beispielsweise einem Unternehmensressourcenverwaltungssysteme (ERP-System) welches „on-premise“ oder „off-premise“ gehostet wird, die Konfigurationsdaten abgerufen werden können. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Konfigurationsdaten mittels der Kennung direkt von einer Lagerdatenbank beim Hersteller der Lager abgerufen werden. Somit können nämlich die aktuellsten Daten, wie Erkenntnisse über die Lebensdauer einzelner Lagertypen, direkt vom Hersteller abgerufen und im Konfigurationsdatenspeicher des Steuersystems gespeichert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit eine automatisierte Integration der Daten über eine Vielzahl von Lagern eines Maschinensystems in das Steuersystem des Maschinensystems. Insbesondere bei der Konfiguration von komplexen Maschinensystemen können daher Fehler bei der Eingabe unterbunden werden.
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In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiter Senden der Konfigurationsdaten und/oder der Kennung an ein System zur Verwaltung des Maschinensystems, wie einem Fertigungsmanagementsystem, ein übergeordnetes Steuersystem oder ein Unternehmensressourcenverwaltungssystem. Ein System zur Verwaltung des Maschinensystems ist beispielsweise ein SCADA-System (Supervisory Control and Data Acquisition), ein MES (Manufacturing Execution System), ein ERP-System (Enterprise Ressource Planning) oder auch weitere cloud-basierte Verwaltungssysteme. Es ist auch möglich, dass mehrere solche Verwaltungssysteme die Konfigurationsdaten und/oder die Kennung erhalten. Somit sind alle Systeme mit den aktuellen Daten über das mindestens eine Lager des Maschinensystems versorgt.
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In einer Ausführungsform des computerimplementiertes Verfahren ist der Datenspeicher des mindestens einen Lagers ein passiver Transponder, insbesondere ein RFID Chip.
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Passive Transponder beziehen die Energie zur Kommunikation und Abarbeitung von Prozessorinstruktionen aus einem elektromagnetischen Feld von entsprechenden Schreib- und Leseeinheiten, welche hierfür in kurze Distanz zum Transponder gebracht werden. Passive Transponder benötigen keine eigene Stromversorgung. Ein passiver Transpondertyp ist der RFID-Tag oder RIFD Chip (RFID steht für engl. „Radio Frequency Identification“ bzw. dt. Radiofrequenz-Identifikation). Er besteht aus einem Koppelelement, einer Antennenspule oder Dipolantenne, und einem Mikroprozessor. Der RFID-Tag gewinnt die Versorgungsspannung aus den elektromagnetischen Feldern, die von der RFID Schreib- und Leseeinheit ausgestrahlt werden.
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In einer Ausführungsform des computerimplementiertes Verfahren ist der passive Transponder in einem Innenring oder einem Außenring des mindestens einen Lagers angeordnet. Bevorzugt ist der passive Transponder in einem nicht rotierenden Ring des Lagers angeordnet, um ihn zuverlässig auslesen zu können.
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In einer Ausführungsform des computerimplementierten Verfahrens umfasst das Maschinensystem weiter eine Antenne, wobei das Übertragen der Daten an das Steuersystem drahtlos mittels der Antenne erfolgt. Die Antenne kann beispielsweise Teil der oben genannten RFID Schreib- und Leseeinheit sein, welches die Versorgungsspannung zum Auslesen des RFID Chips mittels elektromagnetischer Felder zur Verfügung stellt.
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In einer Ausführungsform des computerimplementierten Verfahrens umfassen die Konfigurationsdaten eine oder mehrere der folgenden Datenarten: Stammdaten, insbesondere Herstellungsdaten; Lagergeometriedaten; Toleranzdaten; Wartungsdaten.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt, welches, wenn es in einen Speicher einer Datenverarbeitungsanlage geladen wird und von mindestens einem Prozessor der Datenverarbeitungsanlage ausgeführt wird, die Schritte des computerimplementierten Verfahrens ausführt.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Maschinensystem mit einer Vielzahl von Lagern, wobei jedes Lager einen Datenspeicher aufweist. Auf jedem Datenspeicher sind Daten betreffend das jeweilige Lager speicherbar. Das Maschinensystem umfasst weiter eine Erfassungseinrichtung zum automatisierten Erfassen und Übertragen der Daten auf den Datenspeichern der Vielzahl der Lager an ein Steuersystem zur Steuerung des Maschinensystems. Das Steuersystem weist zur Steuerung einen Konfigurationsdatenspeicher auf, auf welchem Konfigurationsdaten über die Vielzahl der Lager speicherbar sind.
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In einer Ausführungsform des Maschinensystems umfasst das Maschinensystem eine weitere Kommunikationseinrichtung zur bidirektionalen Datenkommunikation mit einem System zur Verwaltung des Maschinensystems.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Figuren dargestellt. Es zeigen:
- 1 ein Maschinensystem mit Hervorhebung mehrerer Lager und der szenariotypischen Datenkommunikation,
- 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen computerimplementiertes Verfahrens zur Konfiguration des Maschinensystems,
- 3 ein Blockdiagramm mit einem Maschinensystem und der szenariotypischen Datenkommunikation, und
- 4 ein Wälzlager mit einem integrierten Datenspeicher.
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Die Figuren zeigen nicht-skalierte Zeichnungen. Die Größenverhältnisse der Piktogramme sind symbolisch zu verstehen und nicht aufeinander abgestimmt.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt das Maschinensystem 100 mit Hervorhebung mehrerer Lager und der szenariotypischen Datenkommunikation. Das Maschinensystem 100 ist eine Werkzeugmaschine, welche verschiedene Rotativlager 112, 113, 114, 116 und Linearlager 111, 115 umfasst. Jedes der Lager 111, 112, 113, 114, 115, 116 umfasst ein Datenspeicher (nicht gezeigt), in dem Konfigurationsdaten über das jeweiliger Lager 111, 112, 113, 114, 115, 116 gespeichert sind. Die Datenspeicher werden mittels einer Antenne 130 (nur illustrativ gezeigt) ausgelesen und an ein Steuersystem 140 der Werkzeugmaschine übertragen. Alternativ kann auch eine kabelgebundene Anbindung der Datenspeicher an das Steuersystem 140 erfolgen. Das Steuersystem 140 umfasst einen Konfigurationsdatenspeicher 144, in dem die übertragenen Konfigurationsdaten über die Lager 111, 112, 113, 114, 115, 116 gespeichert werden. Das Steuersystem 140 ist weiter an ein „Supervisory Control and Data Acquisition“ System (SCADA-System), ein „Manufacturing Execution System“ (MES) und ein „Enterprise Resource Planning“ System (ERP-System) angeschlossen (nur illustrativ gezeigt), um die Konfigurationsdaten diesen übergeordneten Systemen zur Prozess- und Betriebsplanung sowie der unternehmensweiten Ressourcenplanung zur Verfügung zu stellen. Weiter ist das Steuersystem direkt oder mittelbar über die anderen Systeme an ein cloudbasiertes System angeschlossen. Somit ist es möglich, dass standortübergreifend die Daten über Lager verwaltet werden können.
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2 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen computerimplementiertes Verfahrens 200 zur Konfiguration des Maschinensystems. Das Verfahren startet mit dem Auslesen 210 von Daten aus einem Datenspeicher eines Lagers. Die Daten können Konfigurationsdaten über das Lager oder eine eindeutige Kennung, zur weiteren Identifikation der Konfigurationsdaten auf einem anderen Datenspeicher, sein. Das Verfahren umfasst weiter das Übertragen 220 der Daten an ein Steuersystem des Maschinensystems und dem anschließenden Analysieren 230 der Art der Daten durch das Steuersystem. Falls 232 die Daten Konfigurationsdaten über das Lager sind, folgt der Verfahrensschritt Speichern 244 dieser Konfigurationsdaten in einem Konfigurationsdatenspeicher des Steuersystems. Das Steuersystem kann somit automatisiert konfiguriert werden, damit das Maschinensystem optimal eingestellt ist. Falls 234 die Daten nur oder auch eine eindeutige Kennung betreffend die Konfigurationsdaten über das Lager sind, so folgt ein Senden 250 der Kennung an eine Lagerdatenbank. Das Senden 250 kann an eine Datenbank des Lagerherstellers erfolgen. Die Abfrage der Konfigurationsdaten beim Lagerhersteller hat den Vorteil, dass stets die aktuellsten Konfigurationsdaten über das Lager verfügbar sind. So können neue Erfahrungswerte über die Lebensdauer der Lager oder die mögliche Drehzahl eines Rotativlagers abgerufen werden. Dem Senden 250 der Kennung folgt ein Empfangen 252 der Konfigurationsdaten über das mindestens eine Lager basierende auf der gesendeten Kennung und dem Speichern 254 der Konfigurationsdaten in dem Konfigurationsdatenspeicher des Steuersystems. Somit ist es nicht erforderlich, dass alle Konfigurationsdaten bereits auf dem Datenspeicher des Lagers bei Auslieferung oder Einbau eingespielt sind. Dies ermöglicht vorteilhafterweise Datenaktualität und kleine Datenspeicher für die Lager.
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Weiter kann das Verfahren 200 optional das Senden 270 der Konfigurationsdaten und/oder der Kennung betreffend die Konfigurationsdaten an ein übergeordnetes System zur Verwaltung des Maschinensystems umfassen. In 2 ist der optionale Verfahrensschritt Senden 270 gestrichelt dargestellt. Er kann zu beliebigen Zeitpunkten des computerimplementierten Verfahrens erfolgen, wenn die entsprechenden Daten vorliegen.
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3 zeigt ein Blockdiagramm mit dem Maschinensystem 300 und der szenariotypischen Datenkommunikation. Das Maschinensystem 300 umfasst mehrere Lager 312, 314, 316 mit jeweils einem Datenspeicher 322, 324, 326 mit Daten über das jeweiliger Lager. Die Daten in den Datenspeichern 322, 324, 326 werden mittels der Antenne 330 ausgelesen. Die Antenne 330 ist Teil der Erfassungseinrichtung 335 beziehungsweise ist mit der Erfassungseinrichtung 335 verbunden. Dies ist in 3 dargestellt, indem die Antenne 330 auf den Grenzen der Erfassungseinrichtung 335 liegt. Die Erfassungseinrichtung ist konfiguriert zum automatisierten Erfassen und Übertragen der Daten aus den Datenspeichern 322, 324, 326 an das Steuersystem 340. Die Antenne 330, die Erfassungseinrichtung 335 und das Steuersystem 340 können auch einen Einheit bilden. Dies ist in 3 dadurch dargestellt, dass sich die Blöcke der Antenne 330, der Erfassungseinrichtung 335 und des Steuersystem 340 überlappen. Das Steuersystem 340 umfasst zur Steuerung des Maschinensystems 300 den Konfigurationsdatenspeicher 344 auf welchem Konfigurationsdaten über die Lager 312, 314, 316 gespeichert werden können. Weiter umfasst das Maschinensystem 300 optional die Kommunikationsreinrichtung 345. Die Kommunikationseinrichtung 345 kann auch von dem Maschinensystem 300 separat ausgebildet sein. Dies ist in 3 dargestellt, indem die Kommunikationseinrichtung 345 auf den Systemgrenzen des Maschinensystems 300 abgebildet ist. Die Kommunikationseinrichtung 345 ist konfiguriert für eine Datenkommunikation mit einem der Systeme 370 und/oder der Datenbank 350. Die Datenkommunikation ist bevorzugt bidirektional ausgebildet.
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4 zeigt das Wälzlager 400 mit dem integrierten Datenspeicher 422. Das Wälzlager 400 umfasst den Außenring 401, den Innenring 402 und eine Vielzahl von Wälzkörpern. Bei dem Wälzlager 400 ist der Außenring 401 bevorzugt ein stehender Ring, beispielsweise für den Einsatz mit einem Lagergehäuse, wobei er fest in dem Lagergehäuse angeordnet ist. Dies erleichtert das Auslesen des Datenspeichers 422.
