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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Programm zum Diagnostizieren eines Bearbeitungszustands.
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Stand der Technik
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Es sind verschiedene Versuche unternommen worden, um die Fehler bei der Bearbeitung zu verringern. Patentdokument 1 schlägt z. B. eine Technik zum Bestimmen einer Anomalie bei der Bearbeitung durch das Vergleichen eines Lastdrehmomentmusters während der normalen Bearbeitung und eines Lastdrehmomentmusters während der tatsächlichen Bearbeitung vor. Patentdokument 2 schlägt eine Technik zum Bestimmen einer Anomalie bei der Bearbeitung durch das Erzeugen von Master-Daten aus den Lastdrehmomentmustern und Bearbeitungsgrößendaten während der normalen Bearbeitung und das Vergleichen der Master-Daten und der tatsächlichen Maschinendaten vor.
- Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2000-84797
- Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2003-271212
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Beispiele eines Faktors für die fehlerhafte Bearbeitung enthalten z. B. einen menschlichen Faktor, wie z. B. den Beginn der Bearbeitung mit einer fehlerhaften Einstellung, einen Werkzeugfaktor aufgrund des Werkzeugverschleißes, einen Werkstückfaktor aufgrund eines Fehlers in einem Werkstückmaterial, einen Vorrichtungsfaktor aufgrund eines Fehlers der Vorrichtungsfixierung, einen Maschinenfaktor aufgrund des Verschleißes oder der Wärmedeformation einer Maschine.
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Die Bearbeitung wird z. B. beim Vorhandensein eines menschlichen Faktors, wie z. B. einer fehlerhaften Einstellung, nicht richtig ausgeführt, so dass die Bearbeitung sofort gestoppt werden sollte. Hinsichtlich eines Werkzeugfaktors kann ein Wechsel eines Werkzeugs in Reaktion auf einen Grad des Verschleißes bis zum Ende der gegenwärtig ausgeführten Bearbeitung verzögert werden. In einer tatsächlichen Werkhalle der Bearbeitung ist die Minimierung des Schadens wichtig, indem in Reaktion auf die Fehlerfaktoren wie in den vorhergehenden Fällen verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. Während die fehlerhafte Bearbeitung durch das Detektieren eines Motorlastdrehmoments usw. während der tatsächlichen Bearbeitung gemäß der herkömmlichen Technik festgestellt worden ist, ist es unmöglich gewesen, einen Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung zu identifizieren.
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Die vorliegende Erfindung ist vorgesehen, eine Diagnosevorrichtung, ein Diagnoseverfahren und ein Diagnoseprogramm zu schaffen, die einen Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung identifizieren können.
- (1) Eine Diagnosevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung (z. B. eine später beschriebene Diagnosevorrichtung 1) umfasst: eine Sammeleinheit (z. B. eine später beschriebene Sammeleinheit 101), die die während des Betriebs einer Werkzeugmaschine (z. B. einer später beschriebenen Werkzeugmaschine 2) ausgegebenen Maschinendaten sammelt; eine Merkmalsextraktionseinheit (z. B. eine später beschriebene Merkmalsextraktionseinheit 102), die die Maschinendaten gemäß einem eingegebenen Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung klassifiziert und eine Merkmalsgröße aus einem Aggregat der Maschinendaten gemäß dem eingegebenen Faktor extrahiert; und eine Bestimmungseinheit (z. B. eine später beschriebene Bestimmungseinheit 103), die eine Merkmalsgröße in den während der tatsächlichen Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine ausgegebenen Maschinendaten mit der Merkmalsgröße gemäß dem Faktor vergleicht und basierend auf einem Grad der Übereinstimmung einen Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung bestimmt.
- (2) In der in (1) beschriebenen Diagnosevorrichtung kann die Sammeleinheit ferner die gemessenen Daten, die sich aus der Messung eines durch die Werkzeugmaschine bearbeiteten Teils ergeben, sammeln, kann die Merkmalsextraktionseinheit die gemessenen Daten gemäß dem Faktor klassifizieren und eine Merkmalsgröße aus einem Aggregat der Maschinendaten und der gemessenen Daten gemäß dem Faktor extrahieren und kann die Bestimmungseinheit eine Merkmalsgröße in den während der tatsächlichen Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine ausgegebenen Maschinendaten und den gemessenen Daten nach der Bearbeitung mit der Merkmalsgröße gemäß dem Faktor vergleichen und einen Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung basierend auf einem Grad der Übereinstimmung bestimmen.
- (3) In der in (2) beschriebenen Diagnosevorrichtung können die Maschinendaten und die gemessenen Daten unter Verwendung eines Koordinatenwertes, der während der Bearbeitung bestimmt wird, einander zugeordnet werden.
- (4) Die in einem von (1) bis (3) beschriebene Diagnosevorrichtung kann einen Signalumsetzer (z. B. eine später beschriebene physikalische Schnittstelle E) umfassen, der ein elektrisches Signal zur Übertragung der durch die Sammeleinheit gesammelten Daten in ein vorgegebenes Standardsignal umsetzt.
- (5) Die in einem von (1) bis (4) beschriebene Diagnosevorrichtung kann einen Datenstrukturumsetzer (z. B. eine später beschriebene Software-Schnittstelle S) umfassen, der die Struktur der durch die Sammeleinheit gesammelten Daten in ein vorgegebenes Standardformat umsetzt.
- (6) Die in einem von (1) bis (5) beschriebene Diagnosevorrichtung kann eine Ausgabeeinheit (z. B. eine später beschriebene Ausgabeeinheit 104) umfassen, die ein Ergebnis der Bestimmung durch die Bestimmungseinheit gemäß dem Faktor zusammen mit dem Zustand des Fortschritts der Bearbeitung aktualisiert und ausgibt.
- (7) In der in einem von (1) bis (5) beschriebenen Diagnosevorrichtung kann die Werkzeugmaschine mehrere Werkzeugmaschinen enthalten und kann die Diagnosevorrichtung eine Ausgabeeinheit (z. B. eine später beschriebene Ausgabeeinheit 104) umfassen, die die Ergebnisse der Bestimmungen durch die Bestimmungseinheit über die Werkzeugmaschinen vollständig zusammen mit den Zuständen des Fortschritts der Bearbeitung aktualisiert und ausgibt.
- (8) Ein Diagnoseverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch einen Computer (z. B. eine später beschriebene Diagnosevorrichtung 1) ausgeführt. Das Verfahren umfasst: einen Datensammelschritt des Sammelns von Maschinendaten, die während des Betriebs einer Werkzeugmaschine (z. B. einer später beschriebenen Werkzeugmaschine 2) ausgegeben werden; einen Merkmalsextraktionsschritt des Klassifizierens der Maschinendaten gemäß einem eingegebenen Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung und des Extrahierens einer Merkmalsgröße aus einem Aggregat der Maschinendaten gemäß dem eingegebenen Faktor; und einen Bestimmungsschritt des Vergleichens einer Merkmalsgröße in den während der tatsächlichen Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine ausgegebenen Maschinendaten mit der Merkmalsgröße gemäß dem Faktor und des Bestimmens eines Faktors für die fehlerhafte Bearbeitung basierend auf einem Grad der Übereinstimmung.
- (9) Ein Diagnoseprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung dient dem Veranlassen eines Computers (z. B. einer später beschriebenen Diagnosevorrichtung 1), um auszuführen: einen Datensammelschritt des Sammelns von Maschinendaten, die während des Betriebs einer Werkzeugmaschine (z. B. einer später beschriebenen Werkzeugmaschine 2) ausgegeben werden; einen Merkmalsextraktionsschritt des Klassifizierens der Maschinendaten gemäß einem eingegebenen Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung und des Extrahierens einer Merkmalsgröße aus einem Aggregat der Maschinendaten gemäß dem eingegebenen Faktor; und einen Bestimmungsschritt des Vergleichens einer Merkmalsgröße in den während der tatsächlichen Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine ausgegebenen Maschinendaten mit der Merkmalsgröße gemäß dem Faktor und des Bestimmens eines Faktors für die fehlerhafte Bearbeitung basierend auf einem Grad der Übereinstimmung.
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Die vorliegende Erfindung erreicht die Identifikation eines Faktors für die fehlerhafte Bearbeitung.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockschaltplan, der die funktionale Konfiguration einer Diagnosevorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt;
- 2 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration der in einem Controller einer Werkzeugmaschine bereitgestellten Hauptfunktionen gemäß der Ausführungsform zeigt;
- 3 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration der in einem Controller eines Messinstruments bereitgestellten Hauptfunktionen gemäß der Ausführungsform zeigt;
- 4 zeigt ein Beispiel eines Eingabeschirms für ein Prüfungsergebnis, das die Faktoren für die fehlerhafte Bearbeitung enthält, gemäß der Ausführungsform;
- 5 zeigt eine beispielhafte Struktur einer in einer Speichereinheit gespeicherten Datenbank gemäß der Ausführungsform;
- 6 zeigt ein Beispiel der gemessenen Daten, die in einem Diagnoseverfahren gemäß der Ausführungsform verwendet werden;
- 7 zeigt ein Beispiel eines Anzeigeschirms für ein Diagnoseergebnis gemäß der Ausführungsform; und
- 8 zeigt ein Beispiel eines Überwachungsschirms, der ein Diagnoseergebnis gemäß der Ausführungsform enthält.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Als Nächstes wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist ein Blockschaltplan, der die funktionale Konfiguration einer Diagnosevorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform zeigt. Die Diagnosevorrichtung 1 ist mit wenigstens einer Werkzeugmaschine 2 und wenigstens einem Messinstrument 3 verbindbar.
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Die Diagnosevorrichtung 1 ist ein Informationsprozessor (Computer), wie z. B. ein Personal-Computer oder eine Server-Vorrichtung, und enthält eine CPU 10 als eine Steuereinheit, eine Speichereinheit 11 und verschiedene Typen von Eingabe-/Ausgabevorrichtungen und eine Kommunikationsschnittstelle.
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Für die Verbindung mit den mehreren Werkzeugmaschinen 2 oder den mehreren Messinstrumenten 3 enthält die Diagnosevorrichtung 1 eine physikalische Schnittstelle E als einen Signalumsetzer, der einem Verbinder und den elektrischen Spezifikationen, die in jeder dieser Maschinen verwendet werden, entspricht. Ein von jeder der Maschinen durch die physikalische Schnittstelle E gesendetes elektrisches Signal wird in ein vorgegebenes Standardsignal umgesetzt. Als ein normaler Kommunikationsstandard kann z. B. Ethernet verwendet werden. Die physikalische Schnittstelle E kann eine externe Schnittstelle sein.
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Die Diagnosevorrichtung 1 enthält eine Software-Schnittstelle S als einen Datenstrukturumsetzer, der die Struktur der von einem durch die physikalische Schnittstelle E eingegebenen elektrischen Signal erhaltenen Daten in ein vorgegebenes Standardformat umsetzt. Die CPU 10 kann an die Stelle der Software-Schnittstelle S für die Umsetzung des Datenformats treten. Der Datenstrukturumsetzer enthält einen Mechanismus zur Umsetzung der Unterschiede zwischen den Protokollen, wie z. B. Ethernet/IP, EtherCAT und OPC, und ein Software-Modul zum Einstellen der Einheitssysteme der Daten, die die gleiche Bedeutung aufweisen, oder zum Sammeln der Daten, die die gleiche Bedeutung aufweisen, unter den durch die Kommunikation erfassten Daten.
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Die physikalische Schnittstelle E und die Software-Schnittstelle S sind bidirektional konvertierbar. Die Diagnosevorrichtung 1 kann die Informationen und ein Diagnoseergebnis über die Bearbeitung zu der Werkzeugmaschine 2 rückkoppeln, wobei die Werkzeugmaschine 2 die Bearbeitung in Reaktion auf das Diagnoseergebnis kompensieren kann. Das Messinstrument 3 kann die Informationen über die Messung und die Informationen über ein Messergebnis von der Diagnosevorrichtung 1 erfassen und kann die erfassten Informationen in einem Messverfahren widerspiegeln.
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Die CPU 10 enthält eine Sammeleinheit 101, eine Merkmalsextraktionseinheit 102, eine Bestimmungseinheit 103 und eine Ausgabeeinheit 104. Diese Funktionseinheiten sind durch die Ausführung eines Diagnoseprogramms in der Speichereinheit 11 durch die CPU 10 verwirklicht.
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Die Sammeleinheit 101 sammelt die Maschinendaten von der Werkzeugmaschine 2 durch die physikalische Schnittstelle E und die Software-Schnittstelle S zusammen mit dem Abtastzeitraum. Die gesammelten Maschinendaten sind die während des Betriebs der Werkzeugmaschine 2 ausgegebenen Daten. Die Sammeleinheit 101 sammelt ferner die gemessenen Daten von dem Messinstrument 3 durch die physikalische Schnittstelle E und die Software-Schnittstelle S. Die gesammelten gemessenen Daten sind die sich aus der Messung eines durch die Werkzeugmaschine 2 bearbeiteten Teils ergebenden Daten. Zu diesem Zeitpunkt werden die Maschinendaten in jedem Abtastzeitraum und die gemessenen Daten unter Verwendung eines während der Bearbeitung bestimmten Koordinatenwerts einander zugeordnet und dann in der Speichereinheit 11 gespeichert.
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Die Merkmalsextraktionseinheit 102 klassifiziert die gesammelten Maschinendaten und die gemessenen Daten gemäß einem separat von einem Anwender eingegebenen Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung und extrahiert eine Merkmalsgröße aus einem Aggregat der Maschinendaten und der gemessenen Daten gemäß dem eingegebenen Faktor.
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Die Bestimmungseinheit 103 vergleicht eine Merkmalsgröße in den während der tatsächlichen Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine 2 ausgegebenen Maschinendaten und den gemessenen Daten nach der Bearbeitung mit der Merkmalsgröße gemäß dem Faktor und bestimmt einen Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung basierend auf einem Grad der Übereinstimmung.
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Die Ausgabeeinheit 104 aktualisiert ein Ergebnis der Bestimmung durch die Bestimmungseinheit 103 gemäß dem Faktor zusammen mit dem Zustand des Fortschritts der Bearbeitung durch die Werkzeugmaschine 2 und gibt dieses Ergebnis aus. Die Ausgabeeinheit 104 kann die Ergebnisse der Bestimmungen durch die Bestimmungseinheit 103 über die mehreren Werkzeugmaschinen 2 vollständig zusammen mit den Zuständen des Fortschritts der Bearbeitung aktualisieren und ausgeben. Die ausgegebenen Daten werden durch die Kommunikationsschnittstelle der Diagnosevorrichtung 1 an ein Client-Endgerät 4 gesendet.
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2 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration der in einem Controller der Werkzeugmaschine 2 bereitgestellten Hauptfunktionen gemäß der Ausführungsform zeigt. Die Werkzeugmaschine 2 enthält eine CPU 21 zur computerisierten numerischen Steuerung (CNC) zum Steuern eines Bearbeitungsweges und eine Servo-CPU 22. Die Servo-CPU 22 gibt einer Stromsteuereinheit 221 einen Befehl und steuert einen Servomotor 223 durch einen Verstärker 222.
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Die Werkzeugmaschine 2 enthält eine Mess-CPU 23, die in dem gleichen Zyklus wie die Servo-CPU 22 für die Datensammlung mit einem dazwischen angeordneten Hochgeschwindigkeitsbus 20 arbeitet. Da die Mess-CPU 23 in dem gleichen Zyklus wie die Servo-CPU 22 arbeitet, ist es der Mess-CPU 23 ermöglicht, die Positionsdaten, die Geschwindigkeitsbefehlsdaten, die Stromdaten, die durch einen Impulscodierer 224 gemessenen Positionsrückkopplungsdaten, die für den Motor 223 vorgesehen sind, die durch die Servo-CPU 22 berechneten Störungslastdrehmomentdaten usw. in Synchronisation mit dem Betriebszyklus der Servo-CPU 22 zu sammeln. Die gesammelten Daten werden zusammen mit dem Abtastzeitraum in einer Messwertspeichereinheit 231 akkumuliert.
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Die Mess-CPU 23 enthält einen Digital/Analog-Umsetzer 232 und eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 233. Die Mess-CPU 23 kann ein Signal von einem externen Sensor und die Informationen von einer externen Vorrichtung in Synchronisation mit dem Betriebszyklus der Servo-CPU 22 erfassen. Die Funktionseinheiten einschließlich der Mess-CPU 23 können in dem Controller der Werkzeugmaschine 2 vorgesehen sein oder können als modulare Funktionseinheiten extern mit der Werkzeugmaschine verbunden sein.
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Die Veranschaulichung in 2 entspricht einer Servomotorkonfiguration. Unterdessen kann der Controller in Reaktion auf den Zweck der Maschinenverwendung mehrere Servomotorkonfigurationen enthalten. Alternativ können die Daten über mehrere Servomotorkonfigurationen durch eine Mess-CPU 23 gemessen werden oder kann die Mess-CPU 23 an jeder Servomotorkonfiguration befestigt sein.
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3 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration der in einem Controller des Messinstruments 3 vorgesehenen Hauptfunktionen gemäß der Ausführungsform zeigt. Das Messinstrument 3, das ein dreidimensionales Messinstrument sein kann, enthält eine Haupt-CPU 31 für die Gesamtsteuerung. Wie die Werkzeugmaschine 2 enthält das Messinstrument 3 ferner eine Servo-CPU 32 zum Steuern eines Mechanismus, um im Raum zu arbeiten. Das Messinstrument 3 enthält eine Mess-CPU 33 zur Datensammlung. Das Messinstrument 3 kann z. B. ferner einen Digital/Analog-Umsetzer 331 zur Erfassung der Daten von einem kontaktlosen Sensor, eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 232 zur Eingabe in eine und Ausgabe aus einer externen Vorrichtung enthalten.
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Die Veranschaulichung in 3 entspricht einer Servomotorkonfiguration. Unterdessen kann der Controller in Reaktion auf den Zweck der Maschinenverwendung mehrere Servomotorkonfigurationen enthalten. Alternativ können die Daten über mehrere Servomotorkonfigurationen durch eine Mess-CPU 33 gemessen werden oder kann die Mess-CPU 33 an jeder Servomotorkonfiguration befestigt sein.
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4 zeigt ein Beispiel eines Eingabeschirms für ein Prüfungsergebnis, das die Faktoren für die fehlerhafte Bearbeitung enthält, gemäß der Ausführungsform. Dieser Eingabeschirm wird auf der Diagnosevorrichtung 1 oder dem Client-Endgerät 4 angezeigt. Dieser Eingabeschirm wird zum Eingeben eines Ergebnisses der Prüfung eines bearbeiteten Teils durch einen Prüfer unter Verwendung eines Messinstruments z. B. zum Zeitpunkt des Endes jeder Bearbeitung verwendet. Es werden z. B. das Datum und die Zeit der Prüfung, das Vorhandensein oder das Fehlen einer fehlerhaften Bearbeitung und ein Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung in Verbindung mit jeder durch eine Bearbeitungsnummer identifizierten Bearbeitungsausführung eingegeben. Die eingegebenen Daten werden mit den Maschinendaten und den gemessenen Daten unter Verwendung der Bearbeitungsnummer als ein Schlüssel verknüpft und dann in der Speichereinheit 11 gespeichert.
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In einigen Fällen werden die bearbeiteten Teile einer Stichprobenprüfung und keiner Gesamtprüfung unterworfen. In dem Fall der Stichprobenprüfung können nicht nur die Maschinendaten, die einer für die Prüfung als Ziel gesetzten Bearbeitungsausführung entsprechen, sondern außerdem die nicht für eine tatsächliche Prüfung als Ziel gesetzten Maschinendaten in Verbindung mit einem Prüfungsergebnis und den gemessenen Daten gespeichert werden.
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5 zeigt eine beispielhafte Struktur einer in der Speichereinheit 11 gespeicherten Datenbank gemäß der Ausführungsform. Auf dem Gebiet der Bearbeitung erfordert es im Allgemeinen Zeit für die Messung und die Prüfung nach der Bearbeitung, was es schwierig macht, die Verfolgbarkeit in einer Fabrik sicherzustellen. In der Ausführungsform wird eine Bearbeitungsnummer zum Identifizieren jeder Bearbeitungsausführung verwendet. Eine Bearbeitungsnummer wird zusätzlich dazu, dass sie zum Identifizieren einer Bearbeitungsausführung über ein Teil verwendet wird, in der Form eines elektronischen Etiketts z. B. zum Managen der Montage nach der Bearbeitung, zum Managen eines fertiggestellten Teils und zum Managen eines Produkts nach dem Versand verwendet.
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Die Datenbank enthält die folgenden Informationen, die in einer Verknüpfungsbeziehung mit einer Bearbeitungsnummer gespeichert sind: einen Namen und eine Teilenummer eines bearbeiteten Teils, ein Bearbeitungsprogramm, ein Messprogramm, ein Diagnoseverfahren, die Informationen über ein zu verwendendes Werkzeug und über ein Werkstück und eine Maschine und andere Typen von Informationen, wie z. B. ein Datum des Kaufs eines Materials, ein Bearbeitungsdatum, ein Prüfungsdatum, ein Montagedatum usw.
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Eine durch die Merkmalsextraktionseinheit 102 der Diagnosevorrichtung 1 ausgeführte Analysefunktion ist durch einen Eingabeschirm an dem Client-Endgerät 4 verfügbar. Falls auf dem Schirm z. B. „Analyse starten“ ausgewählt wird, extrahiert die Merkmalsextraktionseinheit 102 eine durch eine Bearbeitungsnummer festgelegte Merkmalsgröße aus den in einem Datenbereich jedes Faktors gemäß einem Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung akkumulierten Daten, wobei sie die extrahierte Merkmalsgröße als eine Merkmalsgröße über jeden Faktor in der Speichereinheit 11 speichert.
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Eine durch die Bestimmungseinheit 103 der Diagnosevorrichtung 1 ausgeführte Fehlerbestimmungsfunktion ist durch einen Eingabeschirm an dem Client-Endgerät 4 verfügbar. Falls z. B. „Fehler bestimmen“ auf dem Schirm ausgewählt wird, vergleicht die Bestimmungseinheit 103 eine gemäß einem Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung gespeicherte Merkmalsgröße mit den Maschinendaten und den gemessenen Daten, die während der Bearbeitung bzw. während der Messung gesendet werden, wobei sie einen Fehlerfaktor, der einen hohen Grad der Übereinstimmung aufweist, bestimmt. Ein Ergebnis dieser Bestimmung wird an das Client-Endgerät 4 gesendet und auf dem Schirm angezeigt.
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Die Faktoren für die fehlerhafte Bearbeitung sind z. B. in einen menschlichen Faktor, einen Werkzeugfaktor, einen Vorrichtungsfaktor, einen Werkstückfaktor und einen Maschinenfaktor klassifiziert. Der menschliche Faktor enthält z. B. eine fehlerhafte Einstellung der Versatzdaten. Die fehlerhafte Einstellung der Versatzdaten verursacht eine unbeabsichtigte Änderung einer bearbeiteten Menge. Hier wird es notwendig, die Bearbeitung an einigen Positionen sofort zu stoppen und die Bearbeitung nach der Korrektur der Einstellung abermals auszuführen.
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Der Werkzeugfaktor bezieht sich auf den Verschleiß eines Werkzeugs. Falls es einen Mangel an Schneidöl gibt oder falls eine Bearbeitungsgeschwindigkeit hoch ist, nimmt eine Last auf das Werkzeug zu, um den Verschleiß des Werkzeugs zu fördern. Falls sich der Verschleiß des Werkzeugs innerhalb eines Toleranzbereichs der Bearbeitungsgenauigkeit befindet, kann eine Maßnahme, wie z. B. ein Wechsel des Werkzeugs, vor der nächsten Bearbeitung ergriffen werden. Der Werkzeugfaktor kann z. B. basierend auf dem Auftreten eines anomalen Geräuschs oder einer anomalen Schwingung während der Bearbeitung oder einer schlechten Genauigkeit eines gesamten bearbeiteten Objekts bestimmt werden.
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Der Vorrichtungsfaktor bezieht sich auf eine fehlerhafte Fixierung eines Werkstücks oder auf eine Schwierigkeit an einem Mitnehmer einer Vorrichtung. Der Vorrichtungsfaktor kann z. B. basierend auf dem Auftreten eines anomalen Geräuschs während der Bearbeitung oder einer schlechten Genauigkeit eines bearbeiteten Objekts hinsichtlich einer Richtung, in der die Vorrichtung befestigt ist, bestimmt werden.
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Der Werkstückfaktor kann z. B. das Vorhandensein eines Gaseinschlusses in einem Gussstück sein und kann durch Sichtprüfung überprüft werden.
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Der Maschinenfaktor enthält z. B. den Verschleiß eines Kugelgewindetriebs oder eines Lagers einer Antriebsachse oder den einer linearen Führung. Der Maschinenfaktor kann basierend auf einer schlechten Bearbeitungsgenauigkeit an einem verschlissenen Teil in der Richtung der Antriebsachse bestimmt werden.
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Das Folgende beschreibt ein spezielles Beispiel eines Verfahrens zum Diagnostizieren einer Merkmalsgröße gemäß einem Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung in den Maschinendaten und den gemessenen Daten und zum Diagnostizieren eines Bearbeitungszustands.
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[Die gesammelten Maschinendaten]
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Die Sammeleinheit 101 erfasst die Maschinendaten über einen tatsächlichen Betriebszustand der Werkzeugmaschine 2 in einem vorgegebenen Abtastzyklus zusammen mit den Zeitinformationen. Die Maschinendaten sind z. B. die Motorsteuerdaten über eine Spindel und eine Vorschubachse. Die Maschinendaten enthalten einen Befehlswert und einen tatsächlich gemessenen Wert über einen Strom oder eine Spannung, einen Befehlswert und einen tatsächlich gemessenen Wert über eine Position (einen Koordinatenwert), die Positionsrückkopplungsdaten, einen Befehlswert und einen tatsächlich gemessenen Wert über eine Geschwindigkeit, einen Befehlswert und einen tatsächlich gemessenen Wert über ein Drehmoment usw.
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[Die aus den Maschinendaten extrahierte Merkmalsgröße]
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Die Zeitreihendaten in einem vorgegebenen Abtastzeitraum, die einen tatsächlich gemessenen Wert über ein Lastdrehmoment, einen effektiven Strom und einen tatsächlich gemessenen Wert über eine Position enthalten, hinsichtlich der Bearbeitungsausführung, die als eine fehlerhafte Bearbeitung bestimmt wird, werden z. B. mit den Zeitreihendaten, die den gleichen Typ der Daten enthalten, in einem normalen Zeitraum verglichen. Ein statistischer Wert, wie z. B. ein Maximum, ein Minimum, ein Durchschnitt oder die Summe der Quadrate, wird als eine Merkmalsgröße gemäß einem Faktor aus einem Aggregat der Abweichungen im Ergebnis des Vergleichs extrahiert.
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Es werden z. B. die folgenden Merkmalsgrößen gemäß den entsprechenden Faktoren geschätzt. In dem Fall eines menschlichen Faktors unterscheidet sich eine Abweichung bezüglich eines tatsächlich gemessenen Wertes über eine Position von jenen der anderen Faktoren. In dem Fall eines Werkzeugfaktors unterscheidet sich eine Abweichung bezüglich eines tatsächlich gemessenen Wertes über ein Lastdrehmoment von jenen der anderen Faktoren. In dem Fall eines Vorrichtungsfaktors unterscheidet sich eine Abweichung bezüglich eines tatsächlich gemessenen Wertes über eine Position in einer Richtung der Befestigung von jenen der anderen Faktoren. In dem Fall eines Werkstückfaktors ändert sich ein tatsächlich gemessener Wert über ein Lastdrehmoment während des Schneidens vorübergehend in Reaktion auf die Größe eines Gaseinschlusses in einem Gussstück. In dem Fall eines Maschinenfaktors unterscheidet sich eine Abweichung bezüglich eines tatsächlich gemessenen Wertes über eine Position in einer Richtung einer Antriebsachse von jenen der anderen Faktoren.
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[Die gesammelten gemessenen Daten]
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Die Sammeleinheit 101 sammelt die in den gemessenen Daten über eine Bearbeitungsgröße enthaltenen Positionsdaten in vorgegebenen Messintervallen. Zu diesem Zeitpunkt werden z. B. die Maschinendaten in jedem Abtastzeitraum während der Bearbeitung und die gemessenen Daten in den Messintervallen nach der Bearbeitung unter Verwendung der tatsächlich gemessenen Werte oder repräsentativer Werte (wie z. B. Befehlswerte oder theoretischer Werte) über die Positionen in den Maschinendaten und den gemessenen Daten einander zugeordnet. In dieser Weise werden die in einer vorgegebenen Messzone synchronisierten Teile der Positionsinformationen sowohl von den Maschinendaten als auch den gemessenen Daten erfasst.
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[Die aus den gemessenen Daten extrahierte Merkmalsgröße]
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Die Positionsdaten in den gemessenen Daten über eine Bearbeitungsgröße in jedem vorgegebenen Messintervall hinsichtlich einer Bearbeitungsausführung, die als eine fehlerhafte Bearbeitung bestimmt wird, werden z. B. mit einem repräsentativen Wert (z. B. einem theoretischen Wert, einem Durchschnitt oder einem Mittelwert der Toleranz) der Positionsdaten, die den gleichen Datentyp enthalten, in einem normalen Zeitraum verglichen. Es wird ein statistischer Wert, wie z. B. ein Maximum, ein Minimum, ein Durchschnitt oder die Summe der Quadrate, als eine Merkmalsgröße gemäß einem Faktor aus einem Aggregat der Abweichungen im Ergebnis des Vergleichs extrahiert.
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[Die kombinierte Merkmalsgröße]
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Wie oben beschrieben worden ist, werden die Maschinendaten und die gemessenen Daten einander zugeordnet. Eine Merkmalsgröße über eine Position wird aus den Maschinendaten extrahiert, während eine Merkmalsgröße über die gleiche Position aus den gemessenen Daten extrahiert wird. Diese extrahierten Merkmalsgrößen können kombiniert werden, um eine integrierte Merkmalsgröße zu berechnen. Die Maschinendaten und die gemessenen Daten können z. B. als kontinuierliche Daten über jeden Arbeitstakt im Raum verwendet werden und können einer Hauptkomponentenanalyse unterworfen werden. Ein Fehlerfaktor wird durch die Hauptkomponentenanalyse in dem durch die Bewegung der gemessenen Daten und die Bewegung der Maschinendaten definierten Faktorraum analysiert, um den Faktorraum, der die Merkmalsgröße angibt, gemäß dem Fehlerfaktor zu erfassen.
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[Das Verfahren zum Diagnostizieren des Bearbeitungszustands]
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Es wird ein Schwellenwert für eine extrahierte Merkmalsgröße gemäß einem Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung festgelegt. Falls ein statistischer Wert, der den festgelegten Schwellenwert übersteigt oder unter den festgelegten Schwellenwert fällt, von den während der Bearbeitung erfassten Maschinendaten oder von den nach der Bearbeitung erfassten Maschinendaten oder gemessenen Daten erhalten wird, bestimmt die Bestimmungseinheit 103, das ein Bearbeitungszustand anomal ist und dass eine fehlerhafte Bearbeitung stattgefunden hat, wobei sie einen Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung bestimmt.
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6 zeigt ein Beispiel der gemessenen Daten, die bei dem Diagnoseverfahren gemäß der Ausführungsform verwendet werden. Die Elemente der Prüfung durch das Messinstrument 3 werden im Allgemeinen in einer Entwurfsstufe bestimmt. Für die dreidimensionale Bearbeitung werden durch das Bestimmen eines Bearbeitungsanfangsnullpunkts und eines Prüfungsnullpunkts ein Koordinatensystem eines Werkstücks vor der Bearbeitung und ein Koordinatensystem des Werkstücks nach der Bearbeitung in Verbindung miteinander gemanagt.
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6 zeigt ein Beispiel einer Messung der Kreisförmigkeit eines Teils. Ein Fehler in der Kreisförmigkeit enthält einen Vorsprung, der auftritt, wenn die Drehrichtung eines Kugelgewindetriebs umgekehrt wird. Für eine derartige Bearbeitung ist eine Prüfung entlang einem vollständigen Umfang nicht erforderlich, wobei eine Prüfung nur in einer Zone in der Nähe einer Position des Auftretens des Vorsprungs (z. B. in vier Zonen in 6) ausgeführt wird. In dieser Weise wird die Prüfungszeit verkürzt.
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Eine Merkmalsgröße gemäß einem Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung kann aus den Maschinendaten oder den gemessenen Daten durch ein Verfahren unter Verwendung einer Hauptkomponentenanalyse extrahiert werden. Die gemessenen Daten sind z. B. als eine erste Hauptkomponente definiert. In diesem Fall können die Änderungen der Daten, die die zweite, die dritte, ..., die n-te Hauptkomponente werden, als die Merkmalsgrößen bestimmt werden. Alternativ kann eine Merkmalsgröße z. B. die Tendenz einer Änderung von einem Mittenwert (eine Tendenz nach oben oder eine Tendenz nach unten) oder eine von der schnellen Fourier-Transformation (FFT) erhaltene Eigenfrequenz sein. Ein Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung wird basierend auf einem Grad der Übereinstimmung zwischen einer derartigen Merkmalsgröße und den gesammelten Maschinendaten und gemessenen Daten bestimmt.
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7 zeigt ein Beispiel eines Anzeigeschirms für ein Diagnoseergebnis gemäß der Ausführungsform. In diesem Beispiel werden der Name eines bearbeiteten Teils, eine für die Bearbeitung erforderliche Dauer und die bis jetzt vergangene Bearbeitungszeit zusammen mit einer Bearbeitungsnummer angezeigt. Ferner werden ein Grad der Normalität und ein Bestimmungszustand gemäß einem Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung als ein aktuelles Ergebnis der Diagnose angezeigt.
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Ein Grad der Normalität zeigt ein Verhältnis der Teile, die normal bearbeitet worden sind, ohne dass bestimmt wird, dass sie sich aus einer fehlerhaften Bearbeitung ergeben, bezüglich der gesamten Bearbeitungsausführungen oder ein Verhältnis der Anzahl, wie oft die Bestimmungen als normal während eines Analysezeitraums ausgeführt worden sind. Für diesen Grad der Normalität ist ein Grenzwert festgelegt. Falls der Grad der Normalität unter den Grenzwert fällt, wird eine Warnung ausgegeben.
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Ein Bestimmungszustand gemäß einem Faktor zeigt ein Verhältnis der Teile, für die bestimmt wird, dass sie sich aus einer fehlerhaften Bearbeitung ergeben, oder ein Verhältnis der Anzahl, wie oft die Bestimmungen als fehlerhaft während eines Analysezeitraums ausgeführt worden sind. Für diesen Bestimmungszustand gemäß einem Faktor ist ein den Faktoren gemeinsamer Schwellenwert oder ein Schwellenwert für jeden Faktor festgelegt. Falls der Bestimmungszustand den Schwellenwert übersteigt, wird eine Warnung ausgegeben.
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Es kann eine Technik zum Analysieren der fehlerhaften Bearbeitung ausgewählt werden. Die Analysetechnik wird z. B. aus den Optionen „1. Hauptkomponentenanalyse, 2. FFT, 3. Tendenzanalyse und 4. Kombination“ ausgewählt. Falls die Kombination ausgewählt wird, akzeptiert die Diagnosevorrichtung 1 die Benennung von Zahlen, wie z. B. „1 + 2 + 3“, wobei sie ein durch jede Analysetechnik erhaltenes Ergebnis oder ein durch das Kombinieren mehrerer Analysetechniken erhaltenes Ergebnis anzeigt.
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8 zeigt ein Beispiel eines Überwachungsschirms, der ein Diagnoseergebnis gemäß der Ausführungsform enthält. In diesem Beispiel sind die folgenden Elemente in Bezug auf jede der Werkzeugmaschinen 2 in einer gesamten Fabrik angezeigt: die Nummer und der Name der Bearbeitung, ein Bearbeitungszustand, der angibt, ob die Bearbeitung normal vonstatten geht, eine Fortschrittsgeschwindigkeit der Bearbeitung und das Vorhandensein oder das Fehlen einer Anomaliedetektion. Die Anzeigeelemente sind nicht auf diese eingeschränkt. Es können zusätzlich zu dem in 7 veranschaulichten Diagnoseergebnis verschiedene Typen von Daten angezeigt werden.
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Gemäß der Ausführungsform extrahiert die Diagnosevorrichtung 1 eine Merkmalsgröße aus den gemäß einem Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung gesammelten Maschinendaten, wobei sie die extrahierte Merkmalsgröße mit einer Merkmalsgröße in den Maschinendaten während der Bearbeitung vergleicht und dadurch einen Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung basierend auf einem Grad der Übereinstimmung bestimmt. Dies ermöglicht es der Diagnosevorrichtung 1, durch den Vergleich mit einer Bearbeitungsausführung in der Vergangenheit den Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung leicht zu identifizieren. Im Ergebnis kann die fehlerhafte Bearbeitung in einer frühen Stufe gefunden werden und kann eine Maßnahme in Reaktion auf jeden Faktor effizient ergriffen werden, wobei dadurch der Bearbeitungswirkungsgrad vergrößert wird.
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Die Diagnosevorrichtung 1 sammelt zusätzlich zu den Maschinendaten die durch das Messinstrument 3 erhaltenen gemessenen Daten und extrahiert eine Merkmalsgröße gemäß einem Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung. In dieser Weise werden die gemessenen Daten für die Bestimmung eines Faktors verwendet. Dies ermöglicht es der Diagnosevorrichtung 1, eine Bestimmung mit einem höheren Grad der Genauigkeit basierend auf mehr Informationen auszuführen. Für diese Bestimmung ordnet die Diagnosevorrichtung 1 die Maschinendaten und die gemessenen Daten unter Verwendung eines während der Bearbeitung bestimmten Koordinatenwertes zu, was es möglich macht, die Bestimmungsgenauigkeit mit den Maschinendaten und den gemessenen Daten, die richtig einander zugeordnet sind, zu vergrößern.
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Die Diagnosevorrichtung 1 sammelt die Maschinendaten und die gemessenen Daten durch die Umsetzung eines elektrischen Signals in ein Standardsignal. Dies erreicht die Handhabung der Signale der jeweiligen Spezifikationen in der gleichen Weise, die von den mehreren Werkzeugmaschinen 2 und den mehreren Messinstrumenten 3 eingegeben werden, um die effiziente Sammlung der verschiedenen Typen der Daten zu ermöglichen. Ferner setzt die Diagnosevorrichtung 1 die Struktur der zu sammelnden Daten in ein Standardformat um. Dies erreicht die Handhabung der Daten der jeweiligen Formate in der gleichen Weise, um eine effiziente Sammlung der verschiedenen Typen der Daten zu ermöglichen.
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Die Diagnosevorrichtung 1 aktualisiert das Vorhandensein oder das Fehlen einer fehlerhaften Bearbeitung und ein Bestimmungsergebnis über einen Faktor gemäß einem Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung zusammen mit dem Zustand des Fortschritts der Bearbeitung und gibt dieses aus. Dies ermöglicht es einem Anwender, eine Anomalie in einer frühen Stufe, die während der Bearbeitung auftritt, zu finden und den Faktor für die fehlerhafte Bearbeitung leicht zu identifizieren.
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Die Diagnosevorrichtung 1 aktualisiert ein Bestimmungsergebnis über jede der mehreren Werkzeugmaschinen 2 zusammen mit dem Zustand des Fortschritts der Bearbeitung und gibt die Ergebnisse in einer Listenform aus. Dies ermöglicht es dem Anwender, einen Bearbeitungszustand in einem gesamten Faktor leicht zu überwachen, was es möglich macht, das Auftreten einer fehlerhaften Bearbeitung effizient zu finden.
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Während die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden ist, sollte die vorliegende Erfindung nicht auf die vorhergehende Ausführungsform eingeschränkt werden. Die in der Ausführungsform beschriebenen Wirkungen sind lediglich eine Liste der bevorzugtesten Wirkungen, die sich aus der vorliegenden Erfindung ergeben. Die durch die vorliegende Erfindung erreichten Wirkungen sollten nicht auf jene, die in der Ausführungsform beschrieben sind, eingeschränkt werden.
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Die Diagnosevorrichtung 1 kann durch ein Netz mit den mehreren Werkzeugmaschinen 2 und den mehreren Messinstrumenten 3 verbunden sein. Die Funktionseinheiten der Diagnosevorrichtung 1, wie z. B. die Merkmalsextraktionseinheit 102 oder die Bestimmungseinheit 103, können auf mehrere Vorrichtungen in dem Netz verteilt sein. Die in der Merkmalsextraktionseinheit 102 und der Bestimmungseinheit 103 ausgeführte Analysefunktion kann in Reaktion auf die Analysetechniken mehrere Analysefunktionen enthalten und kann auf mehrere Vorrichtungen verteilt sein. In diesem Fall werden die mehreren Analysefunktionen selektiv verwendet, wobei ein Analyseergebnis dem Client-Endgerät 4 bereitgestellt wird.
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Das durch die Diagnosevorrichtung 1 ausgeführte Diagnoseverfahren ist durch Software verwirklicht. Um das Diagnoseverfahren durch Software zu verwirklichen, werden Programme, die die Software bilden, in einem Computer (der Diagnosevorrichtung 1) installiert. Diese Programme können in einem abnehmbaren Medium gespeichert sein und zu einem Anwender verteilt werden. Alternativ können diese Programme verteilt werden, indem sie durch ein Netz zu einem Computer des Anwenders heruntergeladen werden.
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Bezugszeichenliste
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- E
- physikalische Schnittstelle (Signalumsetzer)
- S
- Software-Schnittstelle (Datenstrukturumsetzer)
- 1
- Diagnosevorrichtung
- 2
- Werkzeugmaschine
- 3
- Messinstrument
- 4
- Client-Endgerät
- 10
- CPU
- 11
- Speichereinheit
- 101
- Sammeleinheit
- 102
- Merkmalsextraktionseinheit
- 103
- Bestimmungseinheit
- 104
- Ausgabeeinheit
