-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Datenverarbeitungssystem mit wenigstens einer digital angesteuerten Bearbeitungsmaschine für die Bearbeitung oder/und Herstellung von einem Werkstück und mit wenigstens einer analoge Daten erfassenden Sensoreinrichtung, die dazu eingerichtet ist, Zustandsinformation der Bearbeitungsmaschine oder/und des zu bearbeitenden Werkstücks oder/und des räumlichen Umfelds der Bearbeitungsmaschine mit einer Analogdatenrate als Zustandsdatensatz zu erfassen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur zeitlichen Synchronisierung von analogen und digitalen Datensätzen in einem solchen Datenverarbeitungssystem.
-
Für die Analyse und Weiterentwicklung von Produktionsprozessen insbesondere im Maschinenbau werden vor allem valide Daten aus Produktionsmaschinen (Bearbeitungsmaschinen) und deren sensorischer Peripherie (Sensoreinrichtungen) benötigt. Üblicherweise stammen solche Daten aus verschiedenen analogen und digitalen Datenquellen. Beispielsweise sollen digitale Daten aus den Antrieben einer CNC gesteuerten Bearbeitungsmaschine, wie etwa einer Fräsmaschine, zusammen mit analogen Sensordaten, die beispielsweise von Temperatursensoren, Beschleunigungssensoren oder sonstigen Sensoren stammen, verarbeitet werden.
-
Aus dem Stand der Technik sind allgemein Systeme und Verfahren zur Überwachung von Produktionsprozessen oder zur Erfassung von Betriebs- bzw. Maschinendaten bekannt. Es wird hierzu beispielhaft auf die
AT 515 328 A2 oder die
US 2011/0125822 A1 hingewiesen.
-
Bei einer automatisierten Verarbeitung von analogen Daten müssen diese in der Regel digitalisiert und skaliert werden. Diese digitalisierten Daten könnten zwar direkt verarbeitet werden, müssen jedoch in der Praxis oft linearisiert, mir Kalibrierfaktoren verrechnet und mit einem äquidistanten Zeitstempel versehen werden, um Jitter zu vermeiden. Digitale Daten können beispielsweise aus einem Datenbus einer Bearbeitungsmaschine erfasst werden. Diese digitalen Zustands- bzw. Antriebsdaten können auf verschiedene Art und Weise ausgelesen werden. Bekannt ist beispielsweise die Verwendung eines sogenannten OPC-Servers (OPC = Open Platform Communications bzw. OLE for Process Control), der auf der Steuerung installiert wird. Nachteil einer solchen Lösung ist die begrenzte Datenrate (10-20 Samples/s). Darüber hinaus ist die Datenrate von der Auslastung der numerischen Steuereinheit (NCU) abhängig und führt in der Praxis oft zu Jitter und sogar zum Ausfall einzelner Datensätze. Verwendet man die bisher aus bekannten Systemen stammenden Daten, liefert die Analyse von analogen und digitalen Daten in Kombination stark fehlerbehaftete Ergebnisse. Insbesondere werden physikalische Phänomene im Zeit- und Frequenzbereich fehlerhaft dargestellt und bei einer automatisierten Verarbeitung solcher Daten fehlerhaft ausgewertet.
-
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen ein, im Zusammenhang mit Bearbeitungsmaschinen bzw. Werkzeugmaschinen, einsetzbares Datenverarbeitungssystem und Datenverarbeitungsverfahren anzugeben, mit dem die obigen Nachteile vermieden werden können und insbesondere eine verbesserte automatisierte Analyse von digitalen und analogen Datensätzen ermöglicht wird.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe werden ein Datenverarbeitungssystem und ein Verfahren zur zeitlichen Synchronisierung von analogen und digitalen Datensätzen in einem Datenverarbeitungssystem gemäß den jeweils unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
-
Vorgeschlagen wird also ein Datenverarbeitungssystem mit
wenigstens einer digital angesteuerten Bearbeitungsmaschine für die Bearbeitung oder/und Herstellung von einem Werkstück;
wenigstens einer analoge Daten erfassenden Sensoreinrichtung, die dazu eingerichtet ist, Zustandsinformation der Bearbeitungsmaschine oder/und des zu bearbeitenden Werkstücks oder/und des räumlichen Umfelds der Bearbeitungsmaschine mit einer Analogdatenrate als Zustandsdatensatz zu erfassen;
wenigstens einer Analogdatenerfassungseinrichtung, die mit der wenigstens einen Sensoreinrichtung verbunden ist und die dazu eingerichtet ist, empfangene analoge Zustandsdatensätze zu digitalisieren und den digitalisierten Zustandsdatensätzen einen jeweiligen Analogdatenzeitstempel zuzuordnen;
wenigstens einer Digitaldatenerfassungseinrichtung, die mit der wenigstens einen Bearbeitungsmaschine verbunden ist und die dazu eingerichtet ist, digitale Steuerdatensätze der Bearbeitungsmaschine zu verarbeiten, mit einer Digitaldatenrate Steuerdatenpakete mit jeweils mehreren Steuerdatensätzen zu erzeugen, und einem Steuerdatenpaket einen jeweiligen Digitaldatenzeitstempel zuzuordnen;
wenigstens einer Digitaldatenspeichereinrichtung, die mit der Analogdatenerfassungseinrichtung und der Digitaldatenerfassungseinrichtung verbunden ist und die dazu ein-gerichtet ist
die digitalisierten Zustandsdatensätze und die digitalen Steuerdatenpakete zumindest temporär zu speichern;
wobei die Analogdatenrate größer ist als die Digitaldatenrate, so dass pro Zeiteinheit mehr Analogdatensätze mit jeweiligem Analogdatenzeitstempel vorliegen als Steuerdatenpakete mit jeweiligem Digitaldatenzeitstempel; und mit
wenigstens einem Datenverarbeitungsmodul, das dazu eingerichtet ist, für die einzelnen Steuerdatensätze eines mit einem Digitaldatenzeitstempel versehenen Steuerdatenpakets die Anzahl und Abfolge von individuellen Datensatzzeitstempeln für die Steuerdatensätze zu ermitteln, so dass jedem Zustandsdatensatz ein Steuerdatensatz zuweisbar ist.
-
Hierdurch ist das Datenverarbeitungssystem in der Lage, einen synchronisierten Datenstrom von (ursprünglich) analogen Zustandsdatensätzen und von digitalen Steuerdatensätzen zu erzeugen. Dabei kann das Datenverarbeitungsmodul insbesondere mit einer Datenschnittstelle der Bearbeitungsmaschine verbunden sein, mittels der die Steuerdatensätze aus einem Datenbus der Bearbeitungsmaschine erfasst werden können. In Abkehr von den oben beschriebenen bisherigen Konzepten (OPC-Server auf der Maschinensteuerung) mit geringer bzw. begrenzter Datenrate, können die (maschineninternen) digitalen Steuerdatensätze über eine Netzwerkschnittstelle erfasst bzw. abgegriffen werden. Die Erfassung bzw. der Abgriff von digitalen Steuerdatensätzen bzw. von Steuerdatenpaketen mit jeweils mehreren Steuerdatensätzen kann dann im sogenannten Interpolator Takt (IPO Takt) mit Abtastraten von typischerweise 500 Sample/s und darüber hinaus ermöglicht werden. Als Datenverarbeitungsmodul kann beispielsweise ein sogenannter Industrie-PC (IPC) eingesetzt werden.
-
Das Datenverarbeitungssystem kann eine Normalzeitquelle aufweisen, die zumindest mit der Bearbeitungsmaschine, der Analogdatenerfassungseinrichtung und der Digitaldatenerfassungseinrichtung verbunden ist und auf deren Zeitvorgabe die betreffenden Zeitstempel erzeugt werden. Hierdurch basieren die zu den unterschiedlichen Datensätzen bzw. Datenpaketen erzeugten Zeitstempel auf der gleichen zeitlichen Basis, was eine spätere bzw. nachträgliche Verarbeitung und zeitliche Synchronisierung vereinfacht.
-
Bei dem Datenverarbeitungssystem kann das Datenverarbeitungsmodul dazu eingerichtet sein, die im Datenverarbeitungssystem höchste vorhandene analoge oder digitale Datenrate zu bestimmen und Zeitstempel entsprechend dieser höchsten Datenrate zu vergeben. Mit anderen Worten wird bei einer Datenrate von beispielsweise 10.000 Samples/s alle 0,0001 Sekunden ein Zeitstempel vergeben.
-
Bei dem Datenverarbeitungssystem kann die höchste Datenrate eine Analogdatenrate einer Sensoreinrichtung sein. Dies basiert auf der Tatsache, dass analoge Sensoren, wie beispielsweise Temperatur oder Kraftsensoren üblicherweise hohe Abtastraten bzw. Analogdatenraten zulassen von über 1000Samples/s (Analogdatenrate bzw. -frequenz von 1000 Hz).
-
Bei dem Datenverarbeitungssystem kann die Anzahl von individuellen Datensatzzeitstempeln der Steuerdatensätze der Anzahl von Analogdatenzeitstempeln der betreffenden Sensoreinrichtung entsprechen. Mit anderen Worten orientiert sich die Anzahl der Datensatzzeitstempel der Steuerdatensätze an der höchsten Anzahl von Analogdatenzeitstempel im Datenverarbeitungssystem, wodurch der zeitliche Abgleich von analogen und digitalen Daten vereinfacht und verbessert werden kann.
-
Bei dem Datenverarbeitungssystem kann das Datenverarbeitungsmodul dazu eingerichtet sein, jedem Zustandsdatensatz mit seinem Analogdatenzeitstempel wenigstens einen Steuerdatensatz aus demjenigen Steuerdatenpaket zuzuordnen, das bezogen auf den Analogdatenzeitstempel den nächst kleineren Digitaldatenzeitstempel aufweist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die oft in Steuerdatenpaketen zusammengefassten Steuerdatensätze in zeitlich korrekter Zuordnung zu den Zustandsdatensätzen stehen.
-
Bei dem Datenverarbeitungssystem kann das Datenverarbeitungsmodul dazu eingerichtet sein, in der zeitlichen Abfolge, insbesondere im Datenstrom, vorhandene Datenlücken, die aufgrund der unterschiedlichen Datenraten vorliegen, mit Fülldatenwerten aufzufüllen, wobei die Fülldatenwerte bezogen auf die von der Analogdatenerfassungseinrichtung oder der Digitaldatenerfassungseinrichtung tatsächlich erfassten Datensätze gleichbleibend oder interpoliert fortgeführt und aufgefüllt werden. Mit anderen Worten kann jedem Zeitstempel ein Analogdatensatz bzw. ein Steuerdatensatz zugeordnet werden, wobei, wenn zu einem (oder mehreren) Zeitstempeln kein Datensatz vorliegt, weil der Datensatz beispielsweise Teil eines Datenpakets mit übergeordneten Paketzeitstempel ist, dem Zeitstempel zuzuordnende Datensätze festgelegt bzw. ermittelt werden.
-
Hierzu ein nicht einschränkendes Beispiel zum besseren Verständnis: Liegen die Analogdatensätze beispielsweise mit einer Datenrate von 10.000 Sample/s vor und die Steuerdatenpakete fassen jeweils 10 Samples zusammen, werden aber nur mit einer Paketdatenrate von 500 Sample/s ausgegeben, liegen bis zum ersten Digitaldatenzeitstempel des Steuerdatenpakets nach einer 1/500s bereits 20 Analogdatensätze mit ihrem jeweiligen Analogdatenzeitstempel vor. Es sind in diesem beispielhaften Fall dann 10 Steuerdatensätze, die in dem betreffenden Steuerdatenpaket enthalten sind, den 20 Analogdatensätzen zuzuordnen. Oder anders ausgedrückt, wird zu jedem der häufigeren Analogdatenzeitstempel zusätzlich zum Analogdatensatz auch passender Steuerdatensatz zugeordnet. Beispielsweise könnte im beschriebenen Beispiel jedem zweiten Analogdatensatz ein Steuerdatensatz aus dem Steuerdatenpaket zugeordnet werden und jedem anderen Analogdatensatz wird ein Steuerdatensatz durch Weiterführung des vorherigen Steuerdatensatzes oder durch Einsetzen eines interpolierten Steuerdatensatzes zugeordnet.
-
Vorgeschlagen wird auch ein Verfahren zur zeitlichen Synchronisierung von analogen und digitalen Datensätzen in einem Datenverarbeitungssystem mit wenigstens einer digital angesteuerten Bearbeitungs-maschine und wenigstens einer Sensoreinrichtung, umfassend die Schritte:
- Digitalisieren von analogen Zustandsdatensätzen der wenigstens einen Sensoreinrichtung und Zuordnen von einem jeweiligen Analogdatenzeitstempel zu jedem Zustandsdatensatz;
- Verarbeiten von digitalen Steuerdatensätzen der Bearbeitungsmaschine;
- Erzeugen von Steuerdatenpaketen mit jeweils mehreren Steuerdatensätzen;
- Zuordnen von einem j eweiligen Digitaldatenzeitstempel zu einem Steuerdatenpaket;
- Zumindest temporäres Speichern der Zustandsdatensätze und der Steuerdatenpakete;
- für die einzelnen Steuerdatensätze eines mit einem Digitaldatenzeitstempel versehenen Steuerdatenpakets Ermitteln der Anzahl und Abfolge von individuellen Datensatzzeitstempeln für die Steuerdatensätze, so dass jedem Zustandsdatensatz ein Steuerdatensatz zugewiesen werden kann.
-
Bei dem Verfahren können die Analogdatenzeitstempel und die Digitaldatenzeitstempel basierend auf einer Zeitvorgabe einer Normalzeitquelle erzeugt werden.
-
Bei dem Verfahren kann die im Datenverarbeitungssystem höchste vorhandene analoge oder digitale Datenrate bestimmt werden und Zeitstempel entsprechend dieser höchsten Datenrate vergeben werden.
-
Bei dem Verfahren kann als höchste Datenrate eine Analogdatenrate einer Sensoreinrichtung verwendet werden.
-
Bei dem Verfahren kann die Anzahl von individuellen Datensatzzeitstempeln der Steuerdatensätze der Anzahl von Analogdatenzeitstempeln der betreffenden Sensoreinrichtung entsprechen.
-
Bei dem Verfahren kann dem Zustandsdatensatz mit seinem Analogdatenzeitstempel wenigstens ein Steuerdatensatz aus demjenigen Steuerdatenpaket zugeordnet werden, das bezogen auf den Analogdatenzeitstempel den nächst kleineren Digitaldatenzeitstempel aufweist.
-
Bei dem Verfahren können in der zeitlichen Abfolge vorhandene Datenlücken, die aufgrund der unterschiedlichen Datenraten vorliegen, mit Fülldatenwerten aufgefüllt werden, wobei die Fülldatenwerte bezogen auf die tatsächlich erfassten Datensätze gleichbleibend oder interpoliert fortgeführt und aufgefüllt werden.
-
Mittels des oben beschriebenen Datenverarbeitungssystems und des beschriebenen Verfahrens kann eine nachträgliche Korrektur bzw. Zuordnung von Zeitstempeln erreicht werden, so dass ein betrachteter (Fertigungs-)Prozess in seinen einzelnen Aspekten, insbesondere repräsentiert durch die Analogdatensätze und die Steuerdatensätze, korrekt wiedergegeben werden. Hierdurch ist es möglich, basierend auf den synchronisierten Datensätzen eine automatisierte Auswertung bzw. Bewertung der Produktion und Prozessabläufe vorzunehmen, insbesondere unter Einsatz von KI-Technologien, neuronaler Netze. Ferner können diese synchronisierten Datensätze auch als Eingangsgrößen für sogenanntes Machine Learning verwendet werden.
-
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beispielhaft und nicht einschränkend beschrieben.
- 1 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Darstellung eine Ausführungsform eines Datenverarbeitungssystems.
- 2 zeigt in einer vereinfachten und schematischen Darstellung einen Verfahrensablauf.
- 3 zeigt in den Teilfiguren A) und B) schematisch und vereinfacht die Erfassung/Verarbeitung von analogen Zustandsdaten und digitalen Steuerdaten.
- 4 zeigt in den Teilfiguren A) bis C) Datenbeispiele von erfassten analogen Zustandsdaten bzw. digitalen Steuerdaten.
- 5 zeigt in den Teilfiguren A) und B) Datenbeispiele von synchronisierten und ergänzten bzw. interpolierten Datensätzen basierend auf den erfassten Daten der 4.
-
1 zeigt in einer schematischen und vereinfachten Darstellung ein Datenverarbeitungssystem 10. Die innerhalb des schematischen Rechtecks des Datenverarbeitungssystems 10 enthaltenen Komponenten, auf die nachfolgend genauer eingegangen wird, sind hier nur beispielhaft dargestellt. Insbesondere könnte das Datenverarbeitungssystem 10 auch mehr bzw. andere als die hier dargestellten und nachfolgend beschriebenen Komponenten enthalten.
-
Das Datenverarbeitungssystem 10 umfasst wenigstens eine Bearbeitungsmaschine 12 für die Bearbeitung bzw. Herstellung eines Werkstücks 14. Die Bearbeitungsmaschine 12 kann beispielsweise eine Fräsmaschine, eine Bohrmaschine, eine Presse zur Bearbeitung von unterschiedlichen Werkstoffen, wie beispielsweise Metallen, Kunststoffen, Holz oder dergleichen sein.
-
Rein beispielhaft ist das zu bearbeitende Werkstück 14 auf einer Prozessunterlage 16 angeordnet. Oberhalb des Werkstücks 14 ist vereinfacht ein Werkzeug 18 der Bearbeitungsmaschine 12 dargestellt. Das Werkzeug 18 und das Werkstück 14 sind innerhalb der Bearbeitungsmaschine 12 bzw. eines Prozessraums relativ zueinander beweglich, was durch die Doppelpfeile illustriert ist. Das Werkzeug 18, insbesondere dessen Antriebe zum Bewegen des Werkzeugs 18 oder/und zum Antreiben des Werkzeugs 18 als solches, wird von einer der Bearbeitungsmaschine 10 zugeordnete Steuereinheit 20 ermöglicht, die üblicherweise auch als NCU bezeichnet werden kann.
-
Das Datenverarbeitungssystem 10 umfasst wenigstens eine Sensoreinrichtung 22a, 22b. Der Sensor 22a kann beispielsweise ein Kraftsensor sein, der die auf das Werkzeug 18 wirkenden Kräfte bei der Bearbeitung des Werkstücks 14 erfassen kann, beispielsweise Druck- oder Zugkräfte, Drehmoment oder dergleichen. Der Sensor 22b kann beispielsweise ein Temperatursensor sein, der die Temperatur im Bereich der Bearbeitungsmaschine 10, insbesondere innerhalb eines Prozessraums erfassen kann. Es wird darauf hingewiesen, dass die hier gezeigten Sensoreinrichtungen 22a, 22b rein beispielhaft sind. Es ist beispielsweise auch denkbar, dass im Bereich des Werkzeugs 18 oder/und im Bereich des Werkstücks 14 ein Temperatursensor angeordnet ist, um eine aktuelle Temperatur während des Bearbeitens des Werkstücks 14 zu erfassen.
-
Die Sensoreinrichtungen 22a, 22b erfassen also Zustandsinformationen in analoger Form der Bearbeitungsmaschine 12 oder/und des zu bearbeitenden Werkstücks 14 oder/und des räumlichen Umfelds der Bearbeitungsmaschine 10 mit einer Analogdatenrate als Zustandsdatensatz.
-
Die Sensoreinrichtungen 22a, 22b sind mit einer Analogdatenerfassungseinrichtung 24 verbunden, was in der 1 vereinfacht durch die Linie zwischen der Bearbeitungsmaschine 12 und der Analogdatenerfassungseinrichtung 24 illustriert ist. Die Analogdatenerfassungseinrichtung 24 ist ebenfalls eine Komponente des Datenerfassungssystems 10. Die Analogdatenerfassungseinrichtung 24 ist insbesondere dazu eingerichtet, empfangene analoge Zustandsdatensätze von den Sensoreinrichtungen 22a, 22b zu digitalisieren und den digitalisierten Zustandsdatensätzen einen j eweiligen Analogdatenzeitstempel zuzuordnen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Analogdatenerfassungseinrichtung 24 in einem Gerät integriert sein kann oder aber auch durch strukturell voneinander getrennten Komponenten gebildet werden kann, beispielsweise einem A/D-Wandler und einem damit datentechnisch verbundenen Rechner, insbesondere IPC.
-
Das Datenverarbeitungssystem 10 umfasst ferner eine Digitaldatenerfassungseinrichtung 26, die mit der Bearbeitungsmaschine 12 verbunden. Insbesondere ist die Digitaldatenerfassungseinrichtung 26 mit der NCU 20 verbunden. Die Digitaldatenerfassungseinrichtung 26 ist dazu eingerichtet, digitale Steuerdatensätze der Bearbeitungsmaschine 10 zu verarbeiten. Dabei kann die Digitaldatenerfassungseinrichtung 26 mit einer Digitaldatenrate Steuerdatenpakete mit jeweils mehreren Steuerdatensätzen erzeugen. Einem Steuerdatenpaket kann von der Digitaldatenerfassungseinrichtung 26 ein Zeitstempel zugeordnet werden.
-
Das Datenverarbeitungssystem 10 umfasst weiter eine Digitaldatenspeichereinrichtung 28, die mit der Analogdatenerfassungseinrichtung 24 und der Digitaldatenerfassungseinrichtung 26 verbunden ist. Die Digitaldatenspeichereinrichtung 28 ist insbesondere dazu eingerichtet, die digitalisierten Zustandsdatensätze (von der Analogdatenerfassungseinrichtung 24) und die digitalen Steuerdatensätze (von der Digitaldatenerfassungseinrichtung 26) zumindest temporär zu speichern.
-
Das Datenverarbeitungssystem 10 umfasst ferner ein Datenverarbeitungsmodul 30. Das dazu eingerichtet ist, für die einzelnen Steuerdatensätze eines Steuerdatenpakets (von der Digitaldatenerfassungseinrichtung 26) die Anzahl und Abfolge von individuellen Datensatzzeitstempeln für die Steuerdatensätze zu ermitteln, so dass jedem Zustandsdatensatz (von der Analogdatenerfassungseinrichtung 24) ein Steuerdatensatz zugewiesen werden kann.
-
Das Datenverarbeitungssystem 10 umfasst ferner eine Normalzeitquelle 32. Die Normalzeitquelle 32 ist mit der Bearbeitungsmaschine 10, insbesondere der NCU 20, der Analogdatenerfassungseinrichtung 24 und der Digitaldatenerfassungseinrichtung 26 verbunden ist. Die Normalzeitquelle 32 dient insbesondere dazu, dass im Datenverarbeitungssystem 10 vergebene Zeitstempel auf der Zeitvorgabe bzw. Zeitmessung der Normalzeitquelle 32 basieren.
-
Bezugnehmend auf die 2 wird ein Verfahren 500 zur zeitlichen Synchronisierung von analogen und digitalen Datensätzen in einem oben beispielhaft Datenverarbeitungssystem 10 anhand eines schematischen und vereinfachten Schemas erläutert.
-
Das Verfahren 500 ist insbesondere für ein Datenverarbeitungssystem 10 mit wenigstens einer digital angesteuerten Bearbeitungsmaschine 12 und wenigstens einer Sensoreinrichtung 22a, 22b (1) vorgesehen.
-
Gemäß einem Schritt S501 erfolgt ein Digitalisieren von analogen Zustandsdatensätzen der wenigstens einen Sensoreinrichtung 22a, 22b und ein Zuordnen von einem jeweiligen Analogdatenzeitstempel zu jedem Zustandsdatensatz.
-
Schritt S502 illustriert ein Verarbeiten von digitalen Steuerdatensätzen der Bearbeitungsmaschine 10, wobei gemäß Schritt S503 Steuerdatenpakete mit jeweils mehreren Steuerdatensätzen erzeugt werden. Gemäß Schritt S504 erfolgt ein Zuordnen von einem jeweiligen Digitaldatenzeitstempel zu einem in S503 erzeugten Steuerdatenpaket.
-
In einem Schritt S505 erfolgt ein zumindest temporäres Speichern der in S501 erfassten Zustandsdatensätze und der in S502, S503, S504 verarbeiteten Steuerdatenpakete.
-
Gemäß Schritt S506 erfolgt für die einzelnen Steuerdatensätze eines mit einem Digitaldatenzeitstempel versehenen Steuerdatenpakets ein Ermitteln der Anzahl und Abfolge von individuellen Datensatzzeitstempeln für die Steuerdatensätze, so dass jedem Zustandsdatensatz ein Steuerdatensatz zugewiesen werden kann.
-
Gemäß einem Schritt S507 können die Analogdatenzeitstempel und die Digitaldatenzeitstempel basierend auf einer Zeitvorgabe einer Normalzeitquelle 32 erzeugt werden.
-
Gemäß einem Schritt S508, der optional als einer der ersten Schritte des Verfahrens 500 durchgeführt werden kann, wird die im Datenverarbeitungssystem 10 höchste vorhandene analoge oder digitale Datenrate bestimmt wird und es werden in den Schritten S501 und S503 Zeitstempel entsprechend dieser höchsten Datenrate vergeben. Die höchste Datenrate kann dabei eine Analogdatenrate einer Sensoreinrichtung 22a, 22b sein. Ferner kann die Anzahl von individuellen Datensatzzeitstempeln der Steuerdatensätze der Anzahl von Analogdatenzeitstempeln der betreffenden Sensoreinrichtung entsprechen.
-
Gemäß einem Schritt S509 wird einem Zustandsdatensatz mit seinem Analogdatenzeitstempel wenigstens ein Steuerdatensatz aus demjenigen Steuerdatenpaket zugeordnet wird, das bezogen auf den Analogdatenzeitstempel den nächst kleineren Digitaldatenzeitstempel aufweist.
-
Gemäß einem Schritt S510 können in der zeitlichen Abfolge vorhandene Datenlücken, die aufgrund der unterschiedlichen Datenraten vorliegen, mit Fülldatenwerten aufgefüllt werden, wobei die Fülldatenwerte bezogen auf die tatsächlich erfassten Datensätze gleichbleibend oder interpoliert fortgeführt und aufgefüllt werden.
-
Das oben allgemein beschriebene Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 anhand eines konkreteren Beispiels genauer beschrieben, ohne dass die im Beispiel aufgezeigten Informationen zwingend als Einschränkungen für das Verfahren zu verstehen sind, sondern vor allem dazu dienen, das allgemein beschriebene Verfahren besser zu verstehen.
-
In 3A sind beispielhaft vier analoge Sensoreinrichtungen 22a bis 22d dargestellt. Die Sensoreinrichtungen können beispielsweise Beschleunigungssensoren, Temperatursensoren, Kraftsensoren und dergleichen sein. Jede Sensoreinrichtung 22a-d gibt auf einem entsprechenden Kanal ihre Messwerte an einen A/D-Wandler. Die digitalisierten Zustandsdatensätze ZS1-ZSX von jeder Sensoreinrichtung 22a-22d werden in (kleinen) Zustandsdatenpaketen ZSP1-ZSPX zusammengefasst und mit einem jeweiligen Zeitstempel versehen. Der Zeitstempel basiert dabei auf Informationen von der Normzeitquelle 32. Die Zuordnung der Zeitstempel zu den Zustandsdatensätzen ZS1-X bzw. den Zustandsdatenpaketen ZSP1-X erfolgt in der Analogdatenerfassungseinheit 24, die beispielsweise als IPC ausgeführt sein kann.
-
Wie bereits oben zum allgemeinen Verfahren erwähnt, erfassen die analogen Sensoreinrichtungen 22a-d ihre Messwerte mit hoher Häufigkeit bzw. Datenrate bzw. Datenfrequenz. Dies ist in 3 beispielhaft durch den Zeitbalken mit der Bezeichnung Mikrosekunden (µs) illustriert. Mit anderen Worten werden Zustandsdatenpakete ZSP1-X mit einer Datenrate von beispielsweise bis zu 10000 Samples/s bzw. einer Datenfrequenz von bis zu 10000Hz bereitgestellt.
-
Die Zustandsdatenpakte mit ihren jeweiligen Zeitstempeln werden dann von der Analogdatenerfassungseinrichtung 24 an die Digitaldatenspeichereinrichtung 28 übergeben und dort in einem passenden Format gespeichert. Beispiele für solche Formate sind etwa .csv oder .json.
-
In 3B ist beispielhaft illustriert, dass einzelne digitale Steuerdatensätze SDS, die von der der Bearbeitungsmaschine 10 zugeordneten Steuereinheit 20 (NCU) stammen an die Digitaldatenerfassungseinrichtung 26 übermittelt werden. Die einzelnen Steuerdatensätze SDS werden zu (größeren) Steuerdatenpaketen SDP1, SDP2, SDPX zusammengefasst und jedes Steuerdatenpaket wird mit einem Zeitstempel versehen. Auch hier basieren vergebene Zeitstempel auf Zeitvorgaben der im Datenverarbeitungssystem 10 vorgesehenen Normalzeitquelle 32.
-
Die einzelnen Steuerdatensätze SDS werden von der Steuereinheit 20 (NCU) mit einer zu den analogen Sensoreinrichtungen 22a-d geringeren Häufigkeit bzw. Datenrate zu Steuerdatenpaketen SDP1, SDP2, SDPX zusammengefasst und an die Digitaldatenerfassungseinrichtung 26 übertragen. Dies ist in 3B durch den ersten Zeitbalken, der mit „Millisekunden“ ((ms) gekennzeichnet ist, illustriert, im Gegensatz zum Zeitbalken mit „Mikrosekunden“ in 3A. Entsprechend bekommen Steuerdatensätze SDS, die zeitlich eigentlich mit den Zustandsdatensätzen ZS1-ZS4 zusammenfallen bzw. korrelieren, einen späteren und lediglich paketbezogenen Zeitstempel für das Steuerdatenpaket SDP1-X, in dem die die Steuerdatensätze zusammengefasst sind. Die Steuerdatenpakete SDP1-X mit jeweils zugehörigem Zeitstempel werden in der Digitalspeichereinrichtung 28 zumindest temporär gespeichert. Üblicherweise erfolgt die Speicherung in einem Format wie beispielsweise .json.
-
Wie bereits oben unter Bezugnahme auf die 1 erläutert, werden die in der Digitalspeichereinrichtung 28 vorhandenen Daten mittels des Datenverarbeitungsmoduls 30 weiter verarbeitet unter Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens 500 (2).
-
4 und 5 zeigen rein exemplarisch ein theoretisches Zahlenbeispiel, um sich besser vorstellen zu können, wie das Datenverarbeitungssystem 10 bzw. das Verfahren 500 funktioniert.
-
4A zeigt eine Tabelle mit Zustandsdatenpaketen ZS1 und ZS2, die jeweils zeilenweise zu einem Zustandsdatenpaket ZSP1 bis ZSP101 zusammengefasst sind. In der ersten Spalte ist beispielhaft ein Zeitstempel ts dargestellt, der zu den Zustandsdatensätzen ZS1, ZS2 bzw. dem entsprechenden Zustandsdatenpaket ZSP1 bis ZSP101 zugeordnet ist. In der zweiten Spalte ist die Zeit ti inkrementell angegeben. Wie aus der 4A ersichtlich werden die Zustandsdatensätze ZS1, ZS2 mit einer Datenrate von 10.000 samples/s erfasst und mit einer entsprechenden Anzahl Zeitstempeln ts versehen.
-
4B zeigt eine Tabelle mit Steuerdatenpakten SDP1-5 und ihren zugehörigen Zeitstempeln ts. Es ist ersichtlich, dass die Steuerdatenpakete mit einer Häufigkeit von 100 sample/s erfasst werden. Die Abkürzung N100 soll anzeigen, dass in dem jeweiligen Steuerdatenpaket eine Vielzahl von Steuerdatensätzen zusammengefasst sind.
-
4C zeigt eine Tabelle mit Steuerpaketen SD1-5 und ihren zugehörigen Zeitstempeln ts. Ferner sind hier beispielshaft Steuerdatensätze SDS1 und SDS2 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Steuerdatenpakete mit einer Häufigkeit von 1000 sample/s erfasst werden.
-
5A illustriert das Zusammenführen bzw. Synchronisieren der unterschiedlichen Datensätze bzw. Datenpakete. Wie bereits oben erwähnt, werden die mit der größten Häufigkeit bzw. Rate auftretenden Zeitstempel verwendet, und es wird jedem Zeitstempel ts ein Zustandsdatensatz ZS1, ZS2 und ein Steuerdatensatz SDS1, SDS2 zugeordnet. Dies wird in 5 beispielhaft anhand der Datenbeispiele der 4A und 4C erläutert. Die Daten der 4B sind der Vollständigkeit halber ebenfalls aufgenommen, werden aber nicht weiter erläutert.
-
Dem ersten Zeitstempel 0001 sind die analogen und digitalisierten Zustandsdatensätze 0,951 (ZS1) und 0,996 (ZS2) zugeordnet. Das Steuerdatenpaket SDP1 mit den Steuerdatensätzen 0,974 (SDS1) und 1,043 (SDS2) hat einen Zeitstempel 0001. Somit werden die Steuerdatensätze 0,974 (SDS1) und 1,043 (SDS2) dem Zeitstempel 0001 zugeordnet. Diese Werte von SDS1 und SDS2 werden auch den Zeitstempeln 0002 bis 0009 zugeordnet. Wird der Zeitstempel 0010 erreicht, wird das Steuerdatenpaket SDP2 mit den Steuerdatensätzen 1,020 (SDS1) und 0,981 (SDS2) zugeordnet. Auch diese Steuerdatensätze 1,020 (SDS1) und 0,981 (SDS2) werden wieder aufgefüllt und den Zeitstempeln 0011 bis 0019 zugeordnet.
-
Mit anderen Worten wird also jedem Zustandsdatensatz ZS1, ZS2 mit seinem Analogdatenzeitstempel (ab 0001) wenigstens ein Steuerdatensatz SDS1, SDS2 aus demjenigen Steuerdatenpaket SDP1 zugeordnet, das bezogen auf den Analogdatenzeitstempel (0001) den nächst kleineren Digitaldatenzeitstempel (0001) aufweist. Dabei ist in 5A illustriert, dass das Datenverarbeitungsmodul 30 dazu eingerichtet ist, in der zeitlichen Abfolge (0001 bis 0009) vorhandene Datenlücken, die aufgrund der unterschiedlichen Datenraten vorliegen, mit Fülldatenwerten aufzufüllen, wobei die Fülldatenwerte bezogen auf die von der Digitaldatenerfassungseinrichtung tatsächlich erfassten Steuerdatensätze SDS1, SDS2 gleichbleibend fortgeführt und aufgefüllt werden.
-
5B zeigt im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die 5A. Es wird allerdings darauf hingewiesen, dass die Steuerdatensätze SDS1, SDS2, die den Zeitstempeln 0002 bis 0009 zugeordnet sind, interpoliert aufgefüllt bzw. fortgeführt werden.
-
Im Ergebnis zeigen die Tabellen der 5A und 5B synchronisierte Datensätze für jeden Zeitstempel, so dass zu den häufig erfassten (analogen) Zustandsdatensätzen ZS1, ZS2 jeweilige Steuerdatensätze SDS1, SDS2 vorhanden sind. Somit liegt über einen gesamten Prozess ein synchronisiertes und zeitlich vereinheitlichtes Abbild der gesammelten Datenwerte vor, was eine weitergehende Auswertung mittels KI, Machine Learning und dergleichen ermöglicht, ohne dass Datenlücken vorhanden sind.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Datenverarbeitungssystem
- 12
- Bearbeitungsmaschine
- 14
- Werkstück
- 16
- Unterlage
- 18
- Werkzeug
- 20
- Steuereinheit (NCU)
- 22
- Sensoreinrichtung
- 24
- Analogdatenerfassungseinrichtung
- 26
- Digitaldatenerfassungseinrichtung
- 28
- Digitaldatenspeichereinrichtung
- 30
- Datenverarbeitungsmodul
- 32
- Normalzeitquelle
- 500
- Verfahren
- S501-S50X
- Verfahrensschritte
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- AT 515328 A2 [0003]
- US 2011/0125822 A1 [0003]
