DE102022102762A1 - Calculation of a service life characteristic of components operated in an automation system - Google Patents

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DE102022102762A1
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Thilo Streichert
Jochen Spohrer
Sebastian Ganter
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Abstract

In einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Berechnen einer Lebensdauerkenngröße (B10) für eine Komponente (K), die in einer Automatisierungsanlage (AA) betrieben wird, mit den folgenden Verfahrensschritten:- Erfassen (S1) von Daten und insbesondere eines Ausfallsignals (a) der Komponente (K) und Erfassen (S2) und Speichern (S3) eines Zykluszählerwertes zum Zeitpunkt des Erfassens des Ausfallsignals und Veranlassen eines Zurücksetzens (S4) des Zykluszählers auf den Wert „0“;- Aggregieren (S6) der erfassten Daten, insbesondere der Zykluszählerwerte von mehreren Komponenten (K) vom selben Typ und Anwenden (S7) einer statistischen Funktion (f) auf die aggregierten Daten zur Berechnung (S8) einer lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße (B10);- Übermitteln (S9) der berechneten lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße (B10) an die Komponente (K) zur Steuerung (S91) derselben und/oder der Automatisierungsanlage (AA).In one aspect, the invention relates to a method for calculating a service life parameter (B10) for a component (K) that is operated in an automation system (AA), with the following method steps: - Recording (S1) of data and in particular a failure signal (a ) the component (K) and detecting (S2) and storing (S3) a cycle counter value at the time the failure signal is detected and causing the cycle counter to be reset (S4) to the value "0";- Aggregating (S6) the detected data, in particular the cycle counter values of several components (K) of the same type and applying (S7) a statistical function (f) to the aggregated data to calculate (S8) a load situation-specific service life parameter (B10);- transmitting (S9) the calculated load situation-specific service life parameter (B10) to the component (K) for controlling (S91) the same and/or the automation system (AA).

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik und betrifft die Ausfallsicherheit von Komponenten, die in Automatisierungsanlagen verbaut sind.The present invention is in the field of automation technology and relates to the reliability of components installed in automation systems.

Bei heutigen Anlagen in der Automatisierungstechnik werden in der Regel eine Vielzahl von unterschiedlichen Komponenten zu komplexen Anlagen verbaut. Je nach Anwendung, ist der fehlerfreie Betrieb einer solchen Automatisierungsanlage von absolut höchster Priorität, wie z.B. in der Labortechnik oder der Pharmaindustrie.In today's systems in automation technology, a large number of different components are usually built into complex systems. Depending on the application, the error-free operation of such an automation system is of the highest priority, e.g. in laboratory technology or the pharmaceutical industry.

Um die Ausfallsicherheit bei bisherigen Anlagen sicherzustellen, ist es bekannt, während der Freigabe von Komponenten im Rahmen von Dauerläufen Lebensdauerkennwerte zu ermitteln und diese dem Kunden (zum Beispiel mit der freigegebenen Komponente) als Richtwert zur Verfügung zu stellen. Diese Lebensdauerkennwerte basieren somit auf Daten von fest definierten Prüfintervallen und einem Betrieb der Komponente unter Laborbedingungen.In order to ensure reliability in previous systems, it is known to determine service life characteristics during the release of components as part of endurance tests and to make these available to the customer (for example with the released component) as a guide value. These service life characteristics are therefore based on data from firmly defined test intervals and operation of the component under laboratory conditions.

Ein Nachteil der oben skizzierten Lösung ist darin zu sehen, dass die Lebensdauerkennwerte unter Laborbedingungen ermittelt werden und nicht der realen Anwendungssituation/Lastsituation in der Automatisierungsanlage entsprechen.A disadvantage of the solution outlined above is that the service life characteristics are determined under laboratory conditions and do not correspond to the real application situation/load situation in the automation system.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zuverlässigere Aussage über die voraussichtliche Lebensdauer einer Komponente in der realen Betriebssituation in der Automatisierungsanlage bereitzustellen. Zudem soll die Berechnung der Lebensdauerkennwerte auf Basis von real gemessenen Ausfallzeiten der jeweiligen Komponente erfolgen. Durch eine zuverlässigere Voraussage der Lebensdauerkennwerte soll die Sicherheit des Systems verbessert werden.It is therefore an object of the present invention to provide more reliable information about the probable service life of a component in the real operating situation in the automation system. In addition, the service life parameters should be calculated on the basis of downtimes actually measured for the respective components. The safety of the system should be improved by a more reliable prediction of the service life parameters.

Diese Aufgabe wird durch die beiliegenden Patentansprüche gelöst, insbesondere durch ein computer-implementiertes Verfahren zum Berechnen einer Lebensdauerkenngröße, eine Komponente, ein System und durch ein Computerprogramm. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung.This object is achieved by the appended patent claims, in particular by a computer-implemented method for calculating a service life parameter, a component, a system and by a computer program. Advantageous embodiments of the invention can be found in the dependent claims and in the following description.

Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Computer-implementiertes Verfahren zum Berechnen einer Lebensdauerkenngröße bzw. eines Lebensdauerkennwertes, insbesondere eines statischen Lebensdauerkennwertes, für eine Komponente, die in einer Automatisierungsanlage betrieben wird. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:

  • - Erfassen von Daten und insbesondere eines Ausfallsignals der Komponente (repräsentiert ein Ausfall- und/oder Austauschereignis der Komponente) und Erfassen und Speichern eines Zykluszählerwertes eines Zykluszählers zum Zeitpunkt des Erfassens des Ausfallsignals und Veranlassen eines Zurücksetzens des Zykluszählers auf den Wert „0“ und optional: Erfassen eines Typs der Komponente. Der Zykluszähler muss nicht zwangsläufig unmittelbar auf der Komponente K implementiert sein. Vorzugsweise wird der Zykluszähler für jede zu überwachende Komponente lokal auf der Steuerung oder auf einem Edge Device betrieben.
  • - Aggregieren der erfassten Daten, insbesondere des Zykluszählerwertes, von mehreren Komponenten vom selben Typ über eine Netzwerkverbindung bzw. ein Netzwerk (z.B. Feldbus) auf einer (lokalen oder zentralen) Recheneinheit; neben dem Zykluszählerwert können noch weitere Daten aggregiert werden, die auf der Komponente oder für die Komponente erfasst werden und die z.B. kennzeichnend oder indikativ für die Lastsituation und/oder für die Betriebsbedingungen der Komponente in der Automatisierungsanlage sind.
  • - Anwenden einer statistischen Funktion auf die aggregierten Daten zur Berechnung einer lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße;
  • - Übermitteln der berechneten lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße an eine Steuerung zur Steuerung derselben und/oder der Automatisierungsanlage.
According to a first aspect, the invention relates to a computer-implemented method for calculating a service life parameter or a service life parameter, in particular a static service life parameter, for a component that is operated in an automation system. The process includes the following process steps:
  • - Capturing data and in particular a failure signal of the component (representing a failure and/or replacement event of the component) and capturing and storing a cycle counter value of a cycle counter at the time the failure signal is detected and causing the cycle counter to be reset to the value "0" and optionally : detecting a type of the component. The cycle counter does not necessarily have to be implemented directly on the K component. The cycle counter for each component to be monitored is preferably operated locally on the controller or on an edge device.
  • - Aggregating the recorded data, in particular the cycle counter value, from a plurality of components of the same type via a network connection or a network (eg fieldbus) on a (local or central) computing unit; In addition to the cycle counter value, other data can also be aggregated, which is recorded on the component or for the component and which is, for example, characteristic or indicative of the load situation and/or of the operating conditions of the component in the automation system.
  • - Applying a statistical function to the aggregated data to calculate a load situation specific lifetime parameter;
  • - Transmission of the calculated load situation-specific service life parameter to a controller for controlling the same and / or the automation system.

Mit der steigenden Vernetzung von Komponenten und Maschinen bzw. Anlagen können erfindungsgemäß Daten über den Verschleiß von Komponenten aus dem realen Betrieb in die dynamisch und kontinuierlich aktualisierte Berechnung der Lebensdauerkenngröße einfließen und somit die Lebensdauerkenngröße sukzessive optimieren. Hieraus ergibt sich ein Kundennutzen, da die Ausfallsicherheit der betriebenen Komponenten verbessert werden kann. Zudem kann vor Ort Information bereitgestellt werden, wann bei den aktuellen Betriebsbedingungen welche Komponente auszutauschen ist. Zudem können auf Basis der berechneten Lebensdauerkenngröße weitere automatische Maßnahmen an der Komponente und/oder der Anlage eingeleitet werden. Wie die Werte aggregiert werden und dem Kunden wieder zur Verfügung gestellt werden, kann auf unterschiedliche Art und Weise geschehen.With the increasing networking of components and machines or systems, according to the invention, data on the wear of components from real operation can flow into the dynamically and continuously updated calculation of the service life parameter and thus successively optimize the service life parameter. This results in a customer benefit, since the reliability of the operated components can be improved. In addition, information can be provided on site as to when which component needs to be replaced under the current operating conditions. In addition, further automatic measures can be initiated on the component and/or the system on the basis of the calculated service life parameter. How the values are aggregated and made available to the customer can be done in different ways.

Das Verfahren umfasst Verfahrensschritte, die auf der Komponente und solche, die auf der Recheneinheit ausgeführt werden können. Die Recheneinheit kann in einer ersten Ausführungsform der Erfindung auf der Komponente implementiert sein. Dann wird das Verfahren lokal und vollständig auf der Komponente ausgeführt. In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Recheneinheit nicht auf der Komponente implementiert, sondern in einer übergeordneten Steuerung (z.B. als Embedded System auf einem Edge Device) oder einer SPS oder auf einem Server, z.B. einem Cloud-Server, der über eine Netzwerkverbindung u.a. mit der Komponente in Datenaustausch steht. In der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren verteilt ausgeführt: zum einen lokal auf der Komponente und zum anderen auf der entfernten Recheneinheit (die, wie vorstehend erwähnt, auf einer übergeordneten Steuerung implementiert sein kann).The method includes method steps that can be executed on the component and those that can be executed on the processing unit. In a first embodiment of the invention, the computing unit can be implemented on the component be. Then the procedure is performed locally and entirely on the component. In a second embodiment of the invention, the computing unit is not implemented on the component, but in a higher-level controller (e.g. as an embedded system on an edge device) or a PLC or on a server, e.g. a cloud server, which has a network connection, among other things the component is in data exchange. In the second embodiment of the invention, the method is executed in a distributed manner: on the one hand locally on the component and on the other hand on the remote computing unit (which, as mentioned above, can be implemented on a higher-level controller).

Dies ist grundsätzlich unabhängig davon, ob auf der Komponente eine digitale Verarbeitungseinheit implementiert ist, die dazu bestimmt ist, einen Belastungsalgorithmus zur Berechnung Belastungswertes auszuführen.In principle, this is independent of whether a digital processing unit is implemented on the component, which is designed to execute a load algorithm for calculating the load value.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die digital Verarbeitungseinheit nicht auf der Komponente, sondern auf einem entfernten Gerät (z.B.: Server) ausgebildet sein.In a further embodiment of the invention, the digital processing unit may be formed not on the component but on a remote device (e.g.: server).

Die Lebensdauerkenngröße ist ein Wert (Lebensdauerkennwert) über die restliche Lebenszeit der Komponente bzw. indiziert eine Restlebenszeit und/oder eine Austauschnotwendigkeit der Komponente in der Automatisierungsanlage. Die Lebensdauerkenngröße kann ein statistischer Wert (z.B. ein B-10 Wert) sein, der insbesondere ein statistischer Erwartungswert von der Anzahl von Zyklen ist, bei dem ein vorkonfigurierbarer Prozentsatz der Bauteile (z.B. 10 % der Bauteile), die für den Versuch definierten Grenzwerte (Schaltzeit, Leckage Schaltdruck ...) unter definierten Bedingungen überschritten haben. Im Umkehrschluss ist dies auch die Wahrscheinlichkeit, dass der zu 100% restliche Prozentsatz (also im Beispiel von vorhin: 90 %) der Prüflinge die angegebene Lebensdauer B10 erreichen. Der vorkonfigurierbare Prozentsatz kann in einem Bereich zwischen 5% und 20% liegen und insbesondere 10% betragen. Die Lebensdauerkenngröße kann in einem nachgeschalteten Verfahren für einen Predictive Maintenance Prozess zum automatischen Austausch von Komponenten und /oder dazu verwendet werden, automatisch Verbesserungsmaßnahmen vorzunehmen.The service life parameter is a value (service life parameter) over the remaining service life of the component or indicates a remaining service life and/or a need to replace the component in the automation system. The service life parameter can be a statistical value (e.g. a B-10 value), which is in particular a statistical expected value of the number of cycles at which a preconfigurable percentage of the components (e.g. 10% of the components) exceed the limit values defined for the test ( switching time, leakage switching pressure ...) have exceeded under defined conditions. Conversely, this is also the probability that the 100% remaining percentage (i.e. in the example above: 90%) of the test specimens will achieve the specified service life B10. The preconfigurable percentage can be in a range between 5% and 20% and in particular can be 10%. The service life parameter can be used in a downstream method for a predictive maintenance process for the automatic replacement of components and/or to automatically carry out improvement measures.

Eine Komponente ist ein Bauteil in einer Automatisierungsanlage oder in einer Maschine und kann z.B. ein Ventil oder ein Aktor, wie z.B. ein Zylinder, ein Spanner eine Antriebsachse, sein. Die Komponente kann eine elektrische und/oder eine pneumatische Komponente jeweils in linearer oder rotativer Ausführung sein.A component is a part in an automation system or in a machine and can be, for example, a valve or an actuator, such as a cylinder, a tensioner, or a drive axle. The component can be an electrical and/or a pneumatic component, each in a linear or rotary design.

Der Zykluszählerwert repräsentiert die während des störungsfreien Betriebs der Komponente ausgeführten Betriebszyklen. Der Zykluszählerwert wird mittels einem Zykluszähler erfasst, der als Sensor zur Erfassung der fehlerfrei ausgeführten Betriebszyklen fungiert. Der Zykluszähler wird üblicherweise für jede zu überwachende Komponente auf einer Steuerung oder auf einem Edge Device betrieben. Der detektierte Zykluszählwert wird dann vom Zykluszähler über das Netzwerk an die Recheneinheit übermittelt. Wenn die Recheneinheit auf der Komponente implementiert ist, wird der Zykluszählwert an die Komponente zu weiteren Prozessierung übermittelt. Alternativ kann der Zykluszähler auch direkt auf der Komponente implementiert sein.The cycle counter value represents the operational cycles performed during the healthy operation of the component. The cycle counter value is recorded by a cycle counter, which functions as a sensor for recording the number of operating cycles that have been carried out correctly. The cycle counter is usually operated on a controller or on an edge device for each component to be monitored. The detected cycle count is then transmitted from the cycle counter to the computing unit via the network. When the computing unit is implemented on the component, the cycle count is communicated to the component for further processing. Alternatively, the cycle counter can also be implemented directly on the component.

Die statistische Funktion kann eine Mittelwertbildungsfunktion sein. Die statistische Funktion kann den berechneten Mittelwert mit einem Erwartungswert vergleichen, um einen modifizierten Mittelwert als lastsituationsspezifische Lebensdauerkenngröße zu bestimmen.The statistical function can be an averaging function. The statistical function can compare the calculated mean value with an expected value in order to determine a modified mean value as a service life parameter specific to the load situation.

Die auf der Komponente erfassten Daten können die Dynamik (Beschleunigung, Geschwindigkeit, Ruck), den Versorgungsdruck, die Verbauposition oder Verbausituation (vertikal, horizontal) und/oder eine Umgebungskategorie betreffen (also eine abstrakte Kategorie, in der ein Zylinder betrieben wird; z.B. in Kuhställen ist die Luft sehr ammoniakhaltig, sodass Zylinder schneller korrodieren). Die erfassten Daten sind kennzeichnend für eine Lastsituation und/oder eine Betriebsbedingung der Komponente und sind in einem Lastsituationsdatensatz codiert und werden bei der Berechnung der Lebensdauerkenngröße berücksichtigt. Grundsätzlich können diese Parameter statisch konfiguriert sein und/oder zur Laufzeit dem System aus Messgrößen übergeben werden.The data recorded on the component can relate to the dynamics (acceleration, speed, jerk), the supply pressure, the installation position or installation situation (vertical, horizontal) and/or an environmental category (i.e. an abstract category in which a cylinder is operated; e.g. in Cowsheds have a high concentration of ammonia in the air, so cylinders corrode more quickly). The recorded data are characteristic of a load situation and/or an operating condition of the component and are encoded in a load situation data record and are taken into account when calculating the service life parameter. In principle, these parameters can be configured statically and/or transferred to the system from measured variables at runtime.

Da Beanspruchungen von Komponenten sehr unterschiedlich sein können und von der Orientierung eines Zylinders, dem Druck, der Umgebungsbeschaffenheit, etc. abhängen, sind die Parameter zur Erfassung der Messdaten, die eine Lastsituation und/oder eine Betriebsbedingung charakterisieren, in einer Konfigurationsphase konfigurierbar.Since stresses on components can be very different and depend on the orientation of a cylinder, the pressure, the environmental conditions, etc., the parameters for acquiring the measurement data that characterize a load situation and/or an operating condition can be configured in a configuration phase.

Zur Kennzeichnung der Lastsituation und/oder der aktuellen Betriebsbedingung der Komponente werden in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zumindest folgende Parameter erfasst:

  • - Dieser Verbau-Datensatz kann als Attribut in der Lebensdauerkenngröße annotiert sein. Der Verbau-Datensatz muss in einer Engineering-Phase des Systems in der jeweiligen Komponente oder entlang des Kommunikationswegs des Zykluszählers hinterlegt sein, sodass die Lebensdauerkenngröße mit diesen Meta-Informationen erweitert werden kann. Die Codierung kann in beliebigen Formaten möglich sein. Ein Beispiel hierfür ist JSON.
  • - Pneumatische Wirkkette: Ventil, Zylinder bzw. pneumatischer Antrieb, Vakuumsauger;
  • - Wie sind die Komponenten verbaut: Einbaulage: horizontal oder vertikal;
  • - Zykluszeit, mit der die Komponenten betrieben werden;
  • - Bewegte Masse;
  • - Ausgeübte Kraft der Komponente;
  • - Chemische Umgebungseinflüsse: Staub, Schmiermittel, Luftfeuchtigkeit, Temperatur → Klassifikation der Verbauposition der Komponente: Lebensmittelindustrie, Pharma, Schwerindustrie, Reinraum, Agriculture, Automobil-Rohbau, Automobil-Montage, etc.
In a preferred embodiment of the invention, at least the following parameters are recorded to characterize the load situation and/or the current operating condition of the component:
  • - This shoring data record can be annotated as an attribute in the service life parameter. The shoring data record must be stored in an engineering phase of the system in the respective component or along the communication path of the cycle counter so that the service life parameter can be expanded with this meta information. The coding can be in any format. An example of this is JSON.
  • - Pneumatic action chain: valve, cylinder or pneumatic drive, vacuum suction cup;
  • - How are the components installed: Installation position: horizontal or vertical;
  • - cycle time with which the components are operated;
  • - moving mass;
  • - Applied force of the component;
  • - Chemical environmental influences: dust, lubricants, humidity, temperature → classification of the installation position of the component: food industry, pharmaceuticals, heavy industry, clean room, agriculture, car body construction, car assembly, etc.

Diese Parameter können über geeignete Sensoren erfasst werden. Die Erfassung dieser Parameter muss allerdings nicht zwangsläufig mittels Sensoren erfolgen. Die können auch als Daten aus einem Speicher eingelesen werden. Die Sensoren können allerdings als Hilfsmittel dienen, um eine statische Konfiguration eines Drucks oder einer Luftfeuchtigkeit zu vermeiden. Die Speicherung kann auf der Ventilinsel im Feldbusknoten, auf der Steuerung, einem Edge-Device und/oder auch in der On-Premise/Cloud-Installation erfolgen. Egal wo die Speicherung erfolgt, es muss sichergestellt werden, dass die Lebensdauerkenngröße mit den richtigen Informationen zu Betriebsbedingungen verknüpft wird.These parameters can be recorded using suitable sensors. However, these parameters do not necessarily have to be recorded using sensors. They can also be read as data from a memory. However, the sensors can serve as an aid to avoid static configuration of pressure or humidity. The storage can take place on the valve terminal in the fieldbus node, on the controller, an edge device and/or in the on-premise/cloud installation. Regardless of where the storage takes place, it must be ensured that the life metric is linked to the correct information on operating conditions.

Die Lastsituation ist gekennzeichnet durch zumindest folgende Parameter; Arbeitsdruck, bewegte Masse, Verbausituation und/oder Verbauposition bzw. Verbaulage und/oder Luftfeuchtigkeit. Die Lastsituation kann aber auch als eine abstrakte Klassifikation, wie z.B. „Kuhstall“ codiert sein, die zur Klassifikation des Zykluswerts dient. Wichtig ist, dass diese Informationen zu einer klaren Zuordnung des Zykluswerts zu einer Lastsituation dient.The load situation is characterized by at least the following parameters; Working pressure, moving mass, shoring situation and/or shoring position or shoring location and/or humidity. However, the load situation can also be encoded as an abstract classification, such as "cowshed", which is used to classify the cycle value. It is important that this information is used to clearly assign the cycle value to a load situation.

Die auf der Komponente oder für die Komponente (also z.B. auf einer anderen Einheit) erfassten Daten werden an die Recheneinheit zur Berechnung der lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße übertragen. Die Datenübertragung an die Recheneinheit erfolgt über entsprechende Schnittstellen und das Netzwerk, insbesondere z.B. ein Bussystem. Typische Bussysteme sind: Profinet, EtherCAT, EthernetlP.The data recorded on the component or for the component (i.e. e.g. on another unit) is transmitted to the computing unit for calculating the load situation-specific service life parameter. Data is transmitted to the computing unit via appropriate interfaces and the network, in particular a bus system, for example. Typical bus systems are: Profinet, EtherCAT, EthernetlP.

Das Aggregieren der Daten, die für eine Menge von Komponenten erfasst wurden kann beispielsweise in abstrahierter Form noch folgendem Schema prozessiert werden:

  • - Komponente 1: erfasster Zykluszählerwert, also ausgeführte Betriebszyklen bis zum Ausfall: n1;
  • - Komponenten 2: erfasster Zykluszählerwert: n2;
  • - Komponenten i: erfasster Zykluszählerwert: ni;
wobei die Komponenten 1, 2 und i alle vom gleichen Typ sind (erste Bedingung) und dieselbe oder eine ähnliche Lastsituation haben (zweite Bedingung), um vergleichbar zu sein.The aggregation of the data that was recorded for a set of components can, for example, be processed in an abstract form using the following scheme:
  • - Component 1: recorded cycle counter value, i.e. operating cycles executed until failure: n1;
  • - Components 2: captured cycle counter value: n2;
  • - components i: cycle counter value captured: ni;
where components 1, 2 and i are all of the same type (first condition) and have the same or similar load situation (second condition) to be comparable.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Last bei der Berechnung berücksichtigt. In diesem Fall muss auf der Komponente auch die Lastsituation abgefragt und gespeichert werden. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung werden nur die Zykluszählerwerte von allen Komponenten desselben Typs gesammelt und die Last wird gemittelt:

  1. 1. Mittelwert bilden aus n1, n2, ni und dann folgende Berechnungsformel anwenden:
  2. 2. Lastsituationsspezifische Lebensdauerkenngröße := gebildeter Mittelwert.
In a preferred embodiment of the invention, the load is taken into account in the calculation. In this case, the load situation must also be queried and saved on the component. In an alternative embodiment of the invention only the cycle counter values are collected from all components of the same type and the load is averaged:
  1. 1. Calculate the mean value from n1, n2, ni and then apply the following calculation formula:
  2. 2. Service life parameter specific to the load situation := formed mean value.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Lebensdauerkenngröße in einer zentralen Infrastruktur (on-Premise beim Kunden oder zentral beim Hersteller (Festo)) aggregiert. In diesem Fall muss eine Plausibilitätsprüfung der gemeldeten Lastszenarien und zugehörigen Zykluswerte stattfinden. Dies hat den technischen Vorteil, dass eine unplausible und Folgefehler-induzierende Verschiebung der berechneten Lebensdauerkenngröße und/oder eine böswillige Manipulation vermieden werden kann, was beim Kunden überhöhte Wartungskosten und/oder Stillstandzeiten verursachen würdeIn a preferred embodiment of the invention, the service life parameter is aggregated in a central infrastructure (on-premise at the customer or centrally at the manufacturer (Festo)). In this case, a plausibility check of the reported load scenarios and associated cycle values must take place. This has the technical advantage that an implausible shift in the calculated service life parameter, which would induce consequential errors, and/or malicious manipulation can be avoided, which would cause excessive maintenance costs and/or downtimes for the customer

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Lebensdauerkenngröße dezentral und/oder lokal z.B. auf der Komponente oder auf einem der Komponente eindeutig zugeordneten (z.B. mobilen) Gerät aggregiert.In a further preferred embodiment of the invention, the service life parameter is aggregated decentrally and/or locally, e.g. on the component or on a (e.g. mobile) device uniquely assigned to the component.

Die Steuerung kann sich auf die Ausgabe einer Warnnachricht beziehen. Die Steuerung kann auch das Auslösen eines automatischen Austauschs der Komponente bei bevorstehendem Ablauf der Restbetriebslaufzeit gemäß der berechneten lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße umfassen. Die Ausgabe kann lokal an der Komponente oder auf einer übergeordneten Steuerung erfolgen. Die Ausgabe kann in unterschiedlichen Formaten bereitgestellt werden: optisch, akustisch und/oder als taktiles Signal (Vibrationssignal).The control may relate to issuing a warning message. The control can also include the triggering of an automatic replacement of the component when the remaining operating time is about to expire according to the calculated load situation-specific service life parameter. The output can take place locally on the component or on a higher-level controller. The output can be provided in different formats: optical, acoustic and/or as a tactile signal (vibration signal).

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren folgenden Verfahrensschritt:

  • - Bereitstellen einer vorläufigen Lebensdauerkenngröße, die unter Laborbedingungen und/oder mit fest vordefinierten Prüfintervallen ermittelt wurde; die vorläufige Lebensdauerkenngröße wird üblicherweise noch vor Inbetriebnahme bereitgestellt;
  • - Ersetzen der bereitgestellten vorläufigen Lebensdauerkenngröße durch die berechnete lastsituationsspezifische Lebensdauerkenngröße auf der Komponente, falls Abweichungen zwischen der bereitgestellten vorläufigen Lebensdauerkenngröße und der berechneten lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße erfasst werden.
In a further preferred embodiment of the invention, the method comprises the following method step:
  • - Provision of a provisional service life parameter, which was determined under laboratory conditions and/or with fixed, predefined test intervals; the provisional service life parameter is usually made available before commissioning;
  • - Replacing the provisional service life parameter provided by the calculated load situation-specific service life parameter on the component if discrepancies between the provided provisional service life parameter and the calculated load situation-specific service life parameter are detected.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die vorläufige Lebensdauerkenngröße jedoch nicht überschrieben, sondern es erfolgt ein separates Speichern der berechneten lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße. Dies hat den Vorteil, dass die Transparenz des Verfahrens erhöht werden kann und die unterschiedlichen Instanzen der Lebensdauerkenngröße stets nachvollziehbar bleiben. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, dass die jeweilige Lebensdauerkenngröße stets mit einem Zeitstempel gespeichert wird.In a preferred embodiment of the invention, however, the provisional service life parameter is not overwritten; instead, the calculated load situation-specific service life parameter is stored separately. This has the advantage that the transparency of the method can be increased and the different instances of the service life parameter always remain traceable. It has proven to be particularly advantageous that the respective service life parameter is always stored with a time stamp.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vor dem Ablauf der lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße eine Warnmeldung ausgegeben wird. Die Ausgabe der Warnmeldung kann wahlweise auf der Komponente selbst, einer übergeordneten Steuerung (z.B. SPS), auf einem Gerät der Automatisierungsanlage und/oder auf einem (z.B. auch nur vorrübergehend) an die Komponente angeschlossenen Rechner erfolgen (z.B. mobiles Endgerät, das durch datentechnische Kopplung eindeutig der Komponente zugeordnet ist oder auf dem die Komponente eindeutig identifizierbar ist).According to a further preferred embodiment of the invention, a warning message is issued before the load situation-specific service life parameter expires. The warning message can be output either on the component itself, on a higher-level controller (e.g. PLC), on a device in the automation system and/or on a computer (e.g. only temporarily) connected to the component (e.g. mobile end device that is connected via data technology coupling clearly assigned to the component or on which the component is clearly identifiable).

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren folgende auf der Komponente auszuführende Verfahrensschritte:

  • - Erfassen von Messdaten mittels Sensoren, die indikativ für eine Lastsituation der Komponente sind;
  • - Initiieren oder Auslösen eines Übermittelns der erfassten Messdaten an die Recheneinheit.
According to a further preferred embodiment of the invention, the method comprises the following method steps to be carried out on the component:
  • - Acquisition of measurement data by means of sensors that are indicative of a load situation of the component;
  • - Initiating or triggering a transmission of the recorded measurement data to the processing unit.

Die erfassten Messdaten kennzeichnen somit die jeweilige Anwendungssituation bzw. die jeweiligen Betriebsbedingungen, mit denen die Komponenten in der Anlage oder Maschine betrieben wird, also unter anderem auch mit welcher Last sie betrieben wird. Die Messdaten sind somit auch indikativ für einen Verschleißzustand der Komponente. Die Menge der Messdaten (insbesondere, welche Parameter hier erfasst werden) kann in einer Konfigurationsphase definiert werden.The recorded measurement data thus characterize the respective application situation or the respective operating conditions with which the components in the system or machine are operated, i.e. also with which load they are operated, among other things. The measurement data are therefore also indicative of a wear condition of the component. The amount of measurement data (in particular which parameters are recorded here) can be defined in a configuration phase.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vor dem Aggregieren eine Klassifikation der erfassten Daten ausgeführt, um auf Basis der erfassten Messdaten Klassen von Komponenten mit übereinstimmender Lastsituation und/oder Betriebsbedingung zu bilden und das Aggregieren in den gebildeten Klassen ausgeführt wird. Damit kann die Aussagekraft des Ergebnisses, insbesondere der berechneten lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße, verbessert werden.In a further preferred embodiment of the invention, a classification of the acquired data is carried out before the aggregation, in order to form classes of components with a matching load situation and/or operating condition on the basis of the acquired measurement data, and the aggregation is carried out in the classes formed. This can improve the informative value of the result, in particular of the calculated load situation-specific service life parameter.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die (insbesondere auf der oder für die Komponente) erfassten Daten und/oder die berechneten Daten, insbesondere die lastsituationsspezifische Lebensdauerkenngröße, und/oder erfasste Messdaten und/oder ggf. die Klassifikation der Komponenten in Klassen von Komponenten mit jeweils übereinstimmender Lastsituation gespeichert. Dies hat den Vorteil, dass diese Werte für weitere und auch spätere Analysen verwendbar sind. Die Speicherung erfolgt vorzugsweise auf der Recheneinheit, die auf einer der Komponente übergeordneten Steuerung der Automatisierungsanlage implementiert sein kann.According to a further preferred embodiment of the invention, the (in particular on or for the component) recorded data and/or the calculated data, in particular the load situation-specific service life parameter, and/or recorded measurement data and/or possibly the classification of the components into classes of components saved with the corresponding load situation. This has the advantage that these values can be used for further and later analyses. The storage preferably takes place on the computing unit, which can be implemented on a control of the automation system that is superordinate to the component.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird aus den erfassten Messdaten mittels eines Belastungsalgorithmus' automatisch ein Belastungswert berechnet.In a further preferred embodiment of the invention, a stress value is automatically calculated from the recorded measurement data using a stress algorithm.

Vorzugsweise berechnet der Belastungsalgorithmus aus einer Energiekennzahl, die die Energie repräsentiert, die die Komponente verbraucht, und aus der ausgeführten Bewegungsaufgabe der Komponente, die in einem Bewegungsparameter codiert ist, und aus dem dafür verbrauchten Zeitintervall, den Belastungswert.Preferably, the load algorithm calculates the load value from an energy index, which represents the energy consumed by the component, and from the executed movement task of the component, which is encoded in a movement parameter, and from the time interval used for this.

Der Belastungsalgorithmus kann vorzugsweise zweistufig sein:

  1. 1. Klassifikation der Beanspruchung: Hier können Verfahren wie k-Means verwendet werden, die Cluster-Zentren ausbilden. Die Achsen des Cluster-Raums werden durch die definierten Beanspruchungsparameter (Druck, Ort, Dynamik, etc.) aufgespannt.
  2. 2. Soll ein neuer Zykluszählerwert zu einem Beanspruchungsszenario bzw. einer im ersten Schritt gebildeten Klasse zugeordnet werden, wird der nächste Abstand zu einem Cluster-Zentrum gewählt und für dieses Cluster der Zykluszähler in den entsprechenden Lebensdauerkenngrößen-Wert aggregiert.
The loading algorithm can preferably be two-stage:
  1. 1. Classification of stress: Methods such as k-means that form cluster centers can be used here. The axes of the cluster space are spanned by the defined stress parameters (pressure, location, dynamics, etc.).
  2. 2. If a new cycle counter value is to be assigned to a stress scenario or to a class formed in the first step, the nearest distance to a cluster center is selected and the Cycle counter aggregated into the corresponding life metric value.

Vorzugsweise kann zur Klassifikation der Beanspruchung ein k-Means-Algorithmus verwendet werden. K-Means ist ein Verfahren zur Vektorquantisierung, das auch zur Clusteranalyse verwendet wird. K-Means gruppiert verschiedene Sensorwerte (z.B. Sensor1 = Druck; Sensor2 = Luftfeuchtigkeit) in Cluster. Der Raum, der durch die verschiedenen Sensoren aufgespannt wird ist hierbei n-dimensional, wobei n die Anzahl von unterschiedlichen Sensoren (im Sinne von Sensortypen; im Beispiel oben: Sensortyp1: Druckmesser; Sensortyp2=Luftfeuchtigkeitssensor) ist. Jedes Cluster in diesem n-dimensionalen Raum entspricht dann einem Beanspruchungsszenario oder Lastszenario, für das die lastsituationsspezifische Lebensdauerkenngröße ermittelt wird.Preferably, a k-means algorithm can be used to classify the stress. K-Means is a vector quantization technique that is also used for cluster analysis. K-Means groups different sensor values (e.g. sensor1 = pressure; sensor2 = humidity) into clusters. The space spanned by the various sensors is n-dimensional, where n is the number of different sensors (in terms of sensor types; in the example above: sensor type1: pressure gauge; sensor type2=humidity sensor). Each cluster in this n-dimensional space then corresponds to a stress scenario or load scenario for which the load situation-specific service life parameter is determined.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind für eine pneumatische Komponente die Sensoren zur Erfassung der Messdaten ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus:

  • - Versorgungsdruckmesser und/oder
  • - Durchflussmesser und
  • - Zeitgeber.
In a further preferred embodiment of the invention, the sensors for acquiring the measurement data for a pneumatic component are selected from the group consisting of:
  • - Supply pressure gauge and/or
  • - flow meter and
  • - Timer.

Für eine elektrische Komponente sind die Sensoren zur Erfassung der Messdaten ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus:

  • - Strommesser,
  • - Spannungsmesser und/oder
  • - Zeitgeber.
For an electrical component, the sensors for recording the measurement data are selected from the group consisting of:
  • - current meter,
  • - voltmeter and/or
  • - Timer.

Alternativ können noch weitere Sensoren ausgebildet sein zur Erfassung von:

  • - der bewegten Masse,
  • - Beschleunigung,
  • - Ruck,
  • - Temperatur,
  • - Einbaulage und/oder
  • - Schaltspiel pro Zeiteinheit.
Alternatively, further sensors can be designed to detect:
  • - the moving mass,
  • - acceleration,
  • - Shock,
  • - temperature,
  • - installation position and/or
  • - Switching cycle per time unit.

Alternativ oder kumulativ können die vorstehend genannten Parameter mittels Konfiguration in einer Engineering-Phase definiert werden.Alternatively or cumulatively, the parameters mentioned above can be defined by means of configuration in an engineering phase.

In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Komponente, die in einer Automatisierungsanlage betrieben wird und für die eine Lebensdauerkenngröße zu berechnen ist, mit:

  • - Einer Ausfalleinheit, die ausgebildet ist, ein Ausfallsignal zu erfassen, das ein Ausfallereignis der Komponente repräsentiert;
  • - Einer Schnittstelle zu einem Zykluszähler, der ausgebildet ist, die Betriebszyklen für die Komponente zu zählen; der Zykluszähler kann auf einer Steuerung oder einem Edge Device implementiert sein;
  • - Einem Speicher zur Speicherung der erfassten Daten; und
  • - Einem Netzwerk zum Datenaustausch (zwischen den Bauteilen der Komponente und ggf. auch zu externen Bauteilen), insbesondere mit einer Datenverbindung zu einer Recheneinheit.
In a further aspect, the invention relates to a component that is operated in an automation system and for which a service life parameter is to be calculated, with:
  • - A failure unit, which is designed to detect a failure signal that represents a failure event of the component;
  • - An interface to a cycle counter, which is designed to count the operating cycles for the component; the cycle counter can be implemented on a controller or an edge device;
  • - A memory for storing the collected data; and
  • - A network for data exchange (between the components of the component and possibly also to external components), in particular with a data connection to a computing unit.

Die Ausfalleinheit ist ein elektronisches Modul, das ausgebildet ist, das Ausfallsignal zu erfassen, das ein Ausfallereignis der Komponente repräsentiert. Dazu können zwei unterschiedliche Ausführungsformen für die automatische Detektion von defekten Ventilen (bei einem pneumatischen Komponententyp) vorgesehen sein:

  1. 1. Ventile haben einen internen Flash mit Zykluszeit und eine Ventil-ID. Wenn sich die Ventil-ID ändert, so kann das als Indiz genommen werden, dass das Ventil defekt war und getauscht wurde (Ausfallsignal).
  2. 2. Weiterhin kann eine Erkennung eines defekten Ventils durchgeführt werden, indem:
    • - Das Ventil angesteuert wird und
    • - keine Reaktion an Endlagenschaltern gesehen wird oder
    • - Die Spulenstrom-Auswertung eine Anomalie aufzeigt.
The failure unit is an electronic module that is designed to detect the failure signal that represents a failure event of the component. Two different embodiments can be provided for the automatic detection of defective valves (in the case of a pneumatic component type):
  1. 1. Valves have an internal flash with cycle time and valve ID. If the valve ID changes, this can be taken as an indication that the valve was defective and was replaced (failure signal).
  2. 2. Furthermore, a defective valve can be detected by:
    • - The valve is controlled and
    • - no reaction is seen at limit switches or
    • - The coil current evaluation shows an anomaly.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Komponente eine Menge von Sensoren, um Messdaten zu erfassen. Kumulativ können Messdaten oder Daten über entsprechenden Schnittstellen (Datenschnittstellen) auf der Komponente von anderen Modulen eingelesen werden, um die Messdaten zu ergänzen. Die erfassten Messdaten sind indikativ für eine Lastsituation der Komponente und/oder für eine aktuelle Betriebsbedingung, mit der die Komponente in der Anlage betrieben wird.According to a preferred embodiment of the invention, the component includes a set of sensors to acquire measurement data. Measurement data or data can be read in cumulatively from other modules via corresponding interfaces (data interfaces) on the component in order to supplement the measurement data. The measurement data recorded are indicative of a load situation of the component and/or of a current operating condition with which the component in the system is being operated.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Komponente eine digitale Verarbeitungseinheit, insbesondere um den Belastungsalgorithmus auszuführen.According to a further preferred embodiment of the invention, the component comprises a digital processing unit, in particular for executing the loading algorithm.

Vorstehend wurde die Lösung der Aufgabe anhand des Verfahrens beschrieben. Dabei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können auch die gegenständlichen Ansprüche (die beispielsweise auf eine Komponente, ein System oder auf ein Computerprogramm gerichtet sind) mit den Merkmalen weitergebildet sein, die in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module, insbesondere durch Hardware-Module oder Mikroprozessor-Module, des Systems bzw. des Produktes ausgebildet und umgekehrt.The solution to the problem was described above using the method. Features, advantages or alternative embodiments mentioned here are also to be transferred to the other claimed objects and the opposite. In other words, the subject claims (which are directed, for example, to a component, a system or a computer program) can also be developed with the features that are described or claimed in connection with the method. The corresponding functional features of the method are formed by corresponding physical modules, in particular by hardware modules or microprocessor modules, of the system or product and vice versa.

In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein System zum Berechnen einer Lebensdauerkenngröße für eine Komponente, die in einer Automatisierungsanlage betrieben wird. Das System umfasst:

  • - Eine Komponente, wie vorstehend beschrieben;
  • - Eine Recheneinheit, die dazu bestimmt ist, die erfassten Daten, insbesondere die Zykluszählerwerte, von mehreren Komponenten vom selben Typ zu aggregieren und die weiter dazu bestimmt ist, eine statistische Funktion auf die aggregierten Daten zur Berechnung einer lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße anzuwenden;
  • - Zumindest ein Netzwerk zum Datenaustausch und insbesondere zum Übermitteln der berechneten lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße an die Komponente zur Steuerung der Komponente und/oder der Automatisierungsanlage mit der Komponente.
In a further aspect, the invention relates to a system for calculating a service life parameter for a component that is operated in an automation system. The system includes:
  • - A component as described above;
  • - A computing unit which is intended to aggregate the acquired data, in particular the cycle counter values, from a plurality of components of the same type and which is further intended to apply a statistical function to the aggregated data in order to calculate a load situation-specific service life parameter;
  • - At least one network for data exchange and in particular for transmitting the calculated load situation-specific service life parameter to the component for controlling the component and/or the automation system with the component.

Die Recheneinheit kann lokal auf der Komponente, insbesondere auf einer als Master fungierenden Komponente ausgebildet sein, wobei die Masterkomponente Steueraufgaben für alle anderen Komponenten übernimmt, die im Slave Status betrieben werden. Die Recheneinheit kann alternativ oder kumulativ als separate Instanz auf einem anderen Gerät (z.B. Steuergerät) oder einer externen Einheit ausgebildet sein.The computing unit can be formed locally on the component, in particular on a component functioning as a master, with the master component taking over control tasks for all other components that are operated in slave status. The processing unit can alternatively or cumulatively be designed as a separate instance on another device (e.g. control unit) or an external unit.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das System eine digitale Verarbeitungseinheit zur Ausführung eines Belastungsalgorithmus, der zur dynamischen Berechnung eines Belastungswertes bestimmt ist. Der Belastungswert codiert die aktuelle Lastsituation der Komponente.In a preferred embodiment of the invention, the system comprises a digital processing unit for executing a loading algorithm intended for dynamic calculation of a loading value. The load value encodes the current load situation of the component.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das vorstehend beschriebene Verfahren auszuführen.In a further aspect, the invention relates to a computer program, comprising instructions which, when the computer program is executed by a computer, cause the latter to execute the method described above.

In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele mit deren Merkmalen und weiteren Vorteilen anhand der Zeichnung besprochen.In the following detailed description of the figures, exemplary embodiments, which are not to be understood as limiting, are discussed with their features and further advantages on the basis of the drawing.

Figurenlistecharacter list

  • 1 zeigt eine übersichtsartige Strukturdarstellung eines Systems zur Berechnung einer Lebensdauerkenngröße für eine Komponente, die in einer Automatisierungsanlage betrieben wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; 1 shows an overview of the structure of a system for calculating a service life parameter for a component that is operated in an automation system according to a preferred embodiment of the invention;
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Komponente gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; 2 shows a schematic representation of a component according to a preferred embodiment of the invention;
  • 3 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; 3 shows a further schematic representation of a system according to a preferred embodiment of the invention;
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm das mehrere optionale Schritte zeigt, die jeweils mit gestrichelten Linien dargestellt sind; 4 Fig. 12 is a flow chart showing several optional steps, each indicated with dashed lines;
  • 5a zeigt eine beispielhafte Ausführung einer pneumatischen Komponente mit einer Menge von Sensoren und 5a shows an exemplary embodiment of a pneumatic component with a set of sensors and
  • 5b eine beispielhafte Ausführung einer elektrischen Komponente mit einer Menge von Sensoren; 5b an exemplary embodiment of an electrical component with a set of sensors;
  • 6 ist eine schematische Übersichtsdarstellung von zwei Ausführungsformen zur Berechnung der Lebensdauerkenngröße, einmal mit und einmal ohne Berücksichtigung einer vorläufigen Lebensdauerkenngröße. 6 FIG. 12 is a schematic overview of two embodiments for calculating the service life parameter, one with and one without taking into account a provisional service life parameter.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

1 zeigt in einer schematischen Übersichtsdarstellung ein System zum Berechnen einer Lebensdauerkenngröße B10 für eine Komponente K, die in einer Automatisierungsanlage AA betrieben wird. Die Lebensdauerkenngröße B10 repräsentiert und codiert die restliche Lebenszeit der Komponente K und damit eine Austauschnotwendigkeit bzw. einen Zeitraum bis zum notwendigen Austausch. Wesentlich ist, dass die berechnete Lebensdauerkenngröße B10 nicht nur, wie bisher im Stand der Technik, auf Basis von standardisierten Laboruntersuchungen bereitgestellt wird, sondern adaptiv an die jeweilige Betriebs- und/oder Lastsituation der Komponente K in der Automatisierungsanlage AA angepasst ist und diese berücksichtigt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Lastsituation und/oder die Betriebssituation (z.B. verbaute Situation, vertikal/horizontal) der Komponente bei der Berechnung der Lebensdauerkenngröße B10 berücksichtigt. 1 shows a schematic overview of a system for calculating a service life parameter B10 for a component K that is operated in an automation system AA. The service life parameter B10 represents and encodes the remaining service life of the component K and thus a need for replacement or a period of time until replacement is necessary. It is essential that the calculated service life parameter B10 is not only provided on the basis of standardized laboratory tests, as was previously the case in the prior art, but is adaptively adapted to the respective operating and/or load situation of the component K in the automation system AA and takes this into account. In a particularly preferred embodiment of the invention, the load situation and/or the operating situation (eg installed situation, vertical/horizontal) of the component is taken into account when calculating the service life parameter B10.

Wie in 1 schematisch dargestellt, kann es sich bei der Komponente K um einen Aktor, wie einen pneumatischen Zylinder, um einen elektrischen Aktor, um einen Spanner und/oder um ein sonstiges Modul einer Automatisierungsanlage AA handeln. Die unterschiedlichen Typen von Komponenten K können in Klassen eingeteilt oder klassifiziert werden. Unterschiedliche Komponenten eines Typs (also zum Beispiel alle Zylinder derselben Bauart) sind dann in einer Klasse zusammengefasst, die jeweils einem Typ ein eindeutig zugeordnet ist. Grundsätzlich können mehrere Komponenten K zu einem übergeordneten Modul, wie zum Beispiel einer Ventilbaugruppe V oder einer Ventilinsel VI, kombiniert oder verschaltet werden. Die genannten Komponenten und/oder Module stehen über ein Netzwerk (z.B. Feldbussystem) NW mit übergeordneten Instanzen in Datenaustausch, wie zum Beispiel mit einem Edge Device, das als Recheneinheit RE fungieren kann und zur Steuerung von Teilen der Automatisierungsanlage AA bestimmt sein kann, mit einem Cloud-basierten Server, mit einem Engineering Tool und/oder mit einem On-Premise IT Data Tool, die ebenfalls als Recheneinheit RE fungieren kann.As in 1 shown schematically, the component K can be an actuator, such as a pneumatic cylinder, an electrical actuator, a tensioner and/or another module of an automation system AA. The different types of components K can be divided or classified into classes. Different components of a type (e.g. all cylinders of the same design) are then grouped together in a class that is clearly assigned to a type. In principle, several components K can be combined or interconnected to form a superordinate module, such as a valve assembly V or a valve terminal VI. The components and/or modules mentioned are in data exchange with higher-level entities via a network (e.g. fieldbus system) NW, for example with an edge device that can function as a computing unit RE and can be intended for controlling parts of the automation system AA, with a Cloud-based server, with an engineering tool and/or with an on-premise IT data tool, which can also act as a computing unit RE.

2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Komponente K, die mit anderen Komponenten (in 2 der Übersichtlichkeit halber nicht bzw. nur angedeutet dargestellt) in einer Automatisierungsanlage AA betrieben wird. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Komponente K eine Ausfalleinheit AE, die dazu bestimmt ist, ein Ausfallereignis der Komponente zu erfassen. Sobald also die Komponente K aufgrund eines Fehlers oder aus sonstigen Gründen ausfällt und/oder nicht mehr fehlerfrei betrieben werden kann, wird dies als Ausfallereignis erfasst und von der Ausfalleinheit AE als Ausfallsignal a gespeichert. Zusätzlich beinhaltet die Komponente K eine Schnittstelle zu einem Zykluszähler Z. Der Zykluszähler Z ist vorzugsweise als elektronisches Modul ausgebildet und kann als Software- und/oder Hardware-Modul bereitgestellt werden. Der Zykluszähler Z ist bestimmt, die Betriebszyklen der Komponente zu zählen. Der Zykluszähler Z zählt somit die Betriebszyklen der Komponente K während des fehlerfreien Betriebs und bis zum Ausfall. Die Komponente K umfasst des Weiteren einen Speicher K2 zur Speicherung der z.B. lokal oder auf einer entfernten Instanz erfassten Daten und insbesondere zur Speicherung des Ausfallsignals a der Ausfalleinheit AE und des Zykluszählerwertes des Zykluszählers Z zum Zeitpunkt, zu dem das Ausfallereignis erfasst worden ist. Das Ausfallsignal a und der entsprechende Zykluszählerwert werden auf zugeordnete Weise in dem Speicher K2 gespeichert. Dies hat den Vorteil, dass mit einem einfachen Look-Up Zugriff der Zykluszählerwert bis zum Ausfallereignis erfasst werden kann. In der Regel zieht ein Ausfallereignis einen Austausch der Komponente K nach sich, um die Sicherheit und die fehlerfreie Funktionalität der Automatisierungsanlage AA sicherstellen zu können. Damit kann der Zykluszählerwert bis zum Austausch der Komponente K erfasst werden. Die Komponente K weist darüber hinaus ein Netzwerk NW, wie zum Beispiel ein Feldbussystem oder dergleichen auf. Das Netzwerk NW ist insbesondere dazu bestimmt, eine Datenverbindung zu einer Recheneinheit RE bereitzustellen. 2 shows a preferred embodiment of a component K, which is mixed with other components (in 2 for the sake of clarity not shown or only indicated) is operated in an automation system AA. In this embodiment, the component K contains a failure unit AE which is intended to detect a failure event of the component. As soon as the component K fails due to an error or for other reasons and/or can no longer be operated correctly, this is recorded as a failure event and stored by the failure unit AE as a failure signal a. In addition, the component K includes an interface to a cycle counter Z. The cycle counter Z is preferably designed as an electronic module and can be provided as a software and/or hardware module. The cycle counter Z is intended to count the operating cycles of the component. The cycle counter Z thus counts the operating cycles of the component K during error-free operation and until failure. The component K also includes a memory K2 for storing the data recorded locally or on a remote entity, for example, and in particular for storing the failure signal a of the failure unit AE and the cycle counter value of the cycle counter Z at the point in time at which the failure event was recorded. The failure signal a and the corresponding cycle counter value are stored in the memory K2 in an associated manner. This has the advantage that the cycle counter value up to the failure event can be recorded with a simple look-up access. As a rule, a failure event entails replacing component K in order to be able to ensure the safety and error-free functionality of the automation installation AA. This allows the cycle counter value to be recorded until the component K is replaced. The component K also has a network NW, such as a field bus system or the like. The network NW is intended in particular to provide a data connection to a computing unit RE.

Die auf der Komponente K oder für die Komponenten K erfassten Daten und insbesondere der Zykluszählerwert, der zeitlich dem Ausfallsignal a zugeordnet ist werden über das Netzwerk NW an die Recheneinheit RE rückgeführt bzw. übermittelt.The data recorded on the component K or for the components K and in particular the cycle counter value, which is associated with the failure signal a in terms of time, is fed back or transmitted to the processing unit RE via the network NW.

Die Recheneinheit RE ist dazu bestimmt, unterschiedliche Datensätze von unterschiedlichen Komponenten K zu sammeln bzw. zu aggregieren, um auf Basis der aggregierten Daten eine statistische Funktion f anzuwenden zur Berechnung einer lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße B10. In einer vorteilhaften einfachen Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der statistischen Funktion f um eine Mittelwertbildung.The computing unit RE is designed to collect or aggregate different data sets from different components K in order to use a statistical function f based on the aggregated data to calculate a load situation-specific service life parameter B10. In an advantageous simple embodiment of the invention, the statistical function f is an averaging.

Die Recheneinheit RE ist vorzugsweise auf einer den jeweiligen Komponenten K übergeordneten elektronischen Instanz implementiert. Die Recheneinheit RE kann zum Beispiel auf einem Edge Device und/oder auf einer Steuerung (SPS) implementiert sein. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Recheneinheit RE nicht lokal auf der Komponente K implementiert, sondern separat auf einer externen Instanz, zum Beispiel auf einer Steuereinheit der Automatisierungsanlage AA. Entsprechend umfasst das Netzwerk NW auch eine Datenschnittstelle zu der jeweiligen externen elektronischen Instanz, auf der die Recheneinheit RE implementiert ist, insbesondere zum Austausch des Ausfallsignals a und des Zykluszählerwertes und optional von weiteren mittels der Sensoren erfassten Messdaten.The arithmetic unit RE is preferably implemented on an electronic entity that is superordinate to the respective components K. The computing unit RE can be implemented, for example, on an edge device and/or on a controller (PLC). In this embodiment of the invention, the processing unit RE is not implemented locally on the component K, but separately on an external entity, for example on a control unit of the automation system AA. Correspondingly, the network NW also includes a data interface to the respective external electronic entity on which the computing unit RE is implemented, in particular for exchanging the failure signal a and the cycle counter value and optionally other measurement data recorded by the sensors.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Recheneinheit RE lokal und direkt auf einer als Master fungierenden Komponente K implementiert. In dieser Ausführungsform können die Komponenten K als Master oder als Slave betrieben werden. Als Master fungieren sie zusätzlich zu ihrer herkömmlichen Komponenten-Funktionalität noch als Steuerung für alle Slavekomponenten. Die Slave Komponenten zeichnen sich dadurch aus, dass sie keine Steuerfunktionalität haben und nur dazu ausgebildet sind, die Funktionalität der jeweiligen Komponente bereitzustellen. Üblicherweise wird für eine Menge von Komponenten nur jeweils eine Komponente als Masterkomponente ausgewählt. Die Masterkomponente steht mit allen Slavekomponenten in Datenaustausch.In a further advantageous embodiment of the invention, the computing unit RE is implemented locally and directly on a component K functioning as a master. In this embodiment, the components K can be operated as a master or as a slave. In addition to their conventional component functionality, as masters they also act as controllers for all slave components. The slave components are distinguished by the fact that they have no control functionality and are only designed to provide the functionality of the respective component. Usually only one component is selected as the master component for a set of components. The master component is in data exchange with all slave components.

Optional und in alternativen Ausführungsformen kann die Komponente K noch weiteren Bauteile aufweisen. Dies ist in 2 durch die gepunktet dargestellten Bauteile repräsentiert. So kann die Komponente K eine Menge von Sensoren sens umfassen, die ausgebildet sind, jeweils unterschiedliche Messdaten der Komponente K zu erfassen. Die Art bzw. der Typ der Messdaten sind in einer Konfigurationsphase konfigurierbar. In der Konfigurationsphase ist insbesondere konfigurierbar, welche Sensortypen bzw. welche Messdatentypen erfasst werden sollen. Grundsätzlich sind die Sensoren sens bestimmt, diejenigen Messdaten auf der Komponente K zu erfassen, die eine Lastsituation der Komponenten K charakterisieren. Für eine pneumatische Komponente können hier beispielsweise ein Versorgungsdruckmesser, ein Durchflussmesser und/oder ein Zeitgeber vorgesehen sein. Für eine elektrische Komponente können beispielsweise ein Strommesser (oder ein Spannungsmesser) und ein Zeitgeber bereitgestellt werden. In vorteilhaften Weiterbildungen können noch zusätzliche Sensoren bereitgestellt werden, um beispielsweise die bewegte Masse, Beschleunigung, Ruck, Temperatur, Einbaulage und/oder weitere Parameter zu erfassen, die die jeweilige Lastsituation der Komponente K charakterisieren.Optionally and in alternative embodiments, component K can also have other components. this is in 2 represented by the dotted components. Thus, the component K can include a number of sensors sens, which are designed to acquire different measurement data of the component K in each case. The kind or type of measurement data can be configured in a configuration phase. In the configuration phase, it is possible in particular to configure which sensor types or which measurement data types are to be recorded. In principle, the sensors sens are intended to record those measurement data on the component K that characterize a load situation of the components K. For example, a supply pressure meter, a flow meter and/or a timer can be provided for a pneumatic component. For example, an ammeter (or a voltmeter) and a timer may be provided for an electrical component. In advantageous developments, additional sensors can also be provided in order to record, for example, the moving mass, acceleration, jerk, temperature, installation position and/or other parameters that characterize the respective load situation of component K.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann auf der Komponente optional (und deshalb in 2 gepunktet dargestellt) eine digitale Verarbeitungseinheit VE implementiert sein, die dazu bestimmt ist, einen Belastungsalgorithmus auszuführen. Der Belastungsalgorithmus ist in den Figuren üblicherweise mit dem Bezugszeichen S16 gekennzeichnet. Der Belastungsalgorithmus ist ausgebildet, um aus den erfassten Messdaten einen Belastungswert zu berechnen, der die jeweilige Lastsituation der Komponente K codiert. Die Lastsituation repräsentiert ein Beanspruchungsszenario der Komponente K. Für einen Zylinder (als ein elektrischer Komponententyp) sind zumindest folgende Parameter zur Berechnung der Lastsituation relevant: die Einbaulage, die bewegte Masse, die Dynamik des Systems mit Geschwindigkeit, Beschleunigung und/oder Ruck.In a further advantageous embodiment, the component can optionally (and therefore in 2 shown dotted) a digital processing unit VE can be implemented, which is intended to execute a loading algorithm. The loading algorithm is usually identified in the figures with the reference symbol S16. The load algorithm is designed to calculate a load value from the recorded measurement data, which encodes the respective load situation of component K. The load situation represents a stress scenario of component K. For a cylinder (as an electrical component type), at least the following parameters are relevant for calculating the load situation: the installation position, the mass being moved, the dynamics of the system with speed, acceleration and/or jerk.

Für ein Ventil (als ein weiterer, nämlich pneumatischer Komponententyp) sind zumindest folgende Parameter zur Berechnung der Lastsituation relevant: Temperatur, Schaltspiel pro Zeiteinheit, Druck aus Versorgungseinheiten. For a valve (as another, namely pneumatic component type), at least the following parameters are relevant for calculating the load situation: temperature, switching cycles per unit of time, pressure from supply units.

3 zeigt in einer schematischen Darstellung und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die unterschiedlichen Bauteile eines Systems zum Berechnen einer Lebensdauerkenngröße B10 für eine Komponente K, die zusammen mit anderen Komponenten in einer Automatisierungsanlage AA betrieben wird. Die Automatisierungsanlage AA umfasst eine Menge von Komponenten K, eine Recheneinheit RE und ein Netzwerk NW. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das System noch optional (und deshalb in 3 gepunktet dargestellt) eine digitale Verarbeitungseinheit VE, die zur Ausführung des Belastungsalgorithmus bestimmt ist, umfassen. 3 shows in a schematic representation and according to a preferred embodiment of the invention the different components of a system for calculating a service life parameter B10 for a component K, which is operated together with other components in an automation system AA. The automation system AA includes a number of components K, a computing unit RE and a network NW. In an advantageous development of the invention, the system can still optionally (and therefore in 3 shown dotted) include a digital processing unit VE, which is intended for executing the loading algorithm.

4 ist ein Interaktionsdiagramm zwischen den Bauteilen des vorstehend genannten Systems, insbesondere zwischen der Komponente K und der Recheneinheit RE und optional mit der digitalen Verarbeitungseinheit VE. In Schritt S1 werden auf der Komponente K oder für die Komponente Daten erfasst. Insbesondere wird ein Ausfallsignal a der Komponente K erfasst, das einen Ausfall, einen Fehler oder ein sonstiges Ausfallereignis repräsentiert. Das Ausfallsignal wird vorzugsweise auf der Komponente K erfasst. In Schritt S2 wird der Zykluszählerwert des Zykluszählers Z zum Zeitpunkt des Erfassens (deshalb in 4 parallel also zeitgleich dargestellt) des Auswahlsignals a erfasst und nachfolgend in Schritt S3 gespeichert. In Schritt S4 erfolgt ein Zurücksetzen des Zykluszählers auf den Wert „NULL‟ entweder direkt, wenn der Zykluszähler auf der Komponente K implementiert ist oder indirekt, indem das Zurücksetzen veranlasst oder initiiert wird, in dem ein Rücksetzsignal an den Zykluszähler gesendet wird, wenn diese nicht direkt auf der Komponente implementiert ist. 4 is an interaction diagram between the components of the above-mentioned system, in particular between the component K and the computing unit RE and optionally with the digital processing unit VE. In step S1, data is recorded on the component K or for the component. In particular, a failure signal a of component K is detected, which represents a failure, an error or some other failure event. The failure signal is preferably detected on the K component. In step S2, the cycle counter value of the cycle counter Z at the time of detection (therefore in 4 parallel ie shown at the same time) of the selection signal a detected and subsequently stored in step S3. In step S4, the cycle counter is reset to the value "ZERO" either directly if the cycle counter is implemented on the component K or indirectly by causing or initiating the reset by sending a reset signal to the cycle counter if it is not implemented directly on the component.

In Schritt S5 werden die auf der oder für die Komponente K erfassten Daten und insbesondere der erfasste Zykluszählwert an die Recheneinheit RE übertragen. Dies erfolgt über das Netzwerk NW.In step S5, the data recorded on or for the component K and in particular the recorded cycle counter value are transmitted to the arithmetic unit RE. This is done via the network NW.

In einem optionalen Schritt S51, dessen fakultativer Charakter in 4 gestrichelt dargestellt ist, kann eine Klassifikation der Komponenten K nach ihrer Lastsituation oder Betriebsbedingung erfolgen. Komponenten mit gleicher oder ähnlicher Lastsituation und/oder Betriebsbedingung werden in eine Klasse gruppiert bzw. klassifiziert. Dies hat den Vorteil, dass die erfassten Daten (Zykluszählerwerte) entsprechend der Lastsituation/Betriebsbedingung ihrer Komponenten auch klassifiziert werden können, sodass die Aggregation bzw. das Aggregieren in Schritt S6 in den gebildeten Klassen erfolgt. Damit kann eine zuverlässigere Aussage über die Lebensdauerkenngröße erreicht werden.In an optional step S51, whose optional character in 4 shown in dashed lines, the components K can be classified according to their load situation or operating condition. Components with the same or similar load situation and/or operating conditions are grouped or classified into a class. This has the advantage that the recorded data (cycle counter values) can also be classified according to the load situation/operating condition of its components, so that the aggregation or aggregation takes place in step S6 in the classes formed. In this way, a more reliable statement can be made about the service life parameter.

In Schritt S7 wird eine statistische Funktion f auf die aggregierten Daten angewendet, um in Schritt S8 die lastsituationsspezifische Lebensdauerkenngröße B10 zu berechnen.In step S7, a statistical function f is applied to the aggregated data in order to calculate the load situation-specific service life parameter B10 in step S8.

In Schritt S9 wird die berechnete lastsituationsspezifische Lebensdauerkenngröße B10 über das Netzwerk NW an die Komponente K zum Zwecke der Steuerung zurück übertragen. Auf Basis der übermittelten lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße B10 kann in Schritt S91 eine modifizierte Steuerung der Komponente K und/oder der Automatisierungsanlage AA initiiert werden.In step S9, the calculated service life parameter B10 specific to the load situation is transmitted back to the component K via the network NW for the purpose of control. Based on the transmitted load situation-specific service life parameter B10 can be initiated in step S91 a modified control of the component K and / or the automation system AA.

Wie in 4 durch die gestrichelt dargestellten Kästen gekennzeichnet, können darüber hinaus noch eine Reihe von weiteren Verfahrensschritten ausgeführt werden. In diesem Zusammenhang sei betont, dass die Abfolge der Verfahrensschritte variiert werden kann. So ist insbesondere die Bezugszeichen-Nummerierung der einzelnen Verfahrensschritte nicht kennzeichnend für eine zeitliche Abfolge derselben. Zum Beispiel kann der Verfahrensschritt S10 zum Bereitstellen einer vorläufigen Lebensdauerkenngröße LDK nicht nur im Anschluss an die vorstehend beschriebenen Schritte ausgeführt werden, sondern auch zu einem früheren Zeitpunkt, beispielsweise sogar vor dem Verfahrensschritt S1.As in 4 characterized by the boxes shown in dashed lines, a number of further method steps can also be carried out. In this context, it should be emphasized that the sequence of the method steps can be varied. In particular, the numbering of the reference symbols for the individual method steps is not indicative of a chronological sequence of the same. For example, method step S10 for providing a provisional service life parameter LDK can be carried out not only after the steps described above, but also at an earlier point in time, for example even before method step S1.

Der optionale Schritt S10 bezieht sich somit auf das Bereitstellen einer vorläufigen Lebensdauerkenngröße LDK. Die vorläufige Lebensdauerkenngröße LDK wurde unter Laborbedingungen oder mit fest vordefinierten Prüfintervallen ermittelt. Die vorläufige Lebensdauerkenngröße LDK ist somit nicht an die jeweilige Lastsituation oder nicht an die jeweilige Betriebsbedingung (z.B. Einbausituation) der Komponente K in der Automatisierungsanlage AA angepasst bzw. sie wird nicht auf Basis der aktuellen Lastsituation und den aktuellen Betriebsbedingungen berechnet. Die initial gespeicherte vorläufige Lebensdauerkenngröße LDK kommt aus Dauerläufen beim Hersteller der Komponenten und kann dem System als Startwert zur Verfügung gestellt werden. Ausgehend von diesem Wert führt die statistische Verarbeitungseinheit, die in der Recheneinheit RE implementiert ist, graduelle Veränderungen durch. Das heißt, dass die statistische Berechnung Tiefpass-gefiltert sein muss, um Sprünge im B10-Wert zu vermeiden und ein graduelles Verhalten zu verkörpern. Sprünge im B10-Wert könnten dazu führen, dass Kunden eine größere Anzahl von Komponenten schlagartig tauschen müssen oder Komponenten, die als verschlissen deklariert wurden, anschließend wieder als Gut-Teil deklariert sind. Dies wird durch die Tiefpassfilterung vorteilhafterweise vermieden.The optional step S10 thus relates to the provision of a provisional service life parameter LDK. The provisional service life parameter LDK was determined under laboratory conditions or with fixed, predefined test intervals. The provisional service life parameter LDK is therefore not adapted to the respective load situation or not to the respective operating conditions (e.g. installation situation) of component K in the automation system AA or it is not calculated on the basis of the current load situation and the current operating conditions. The initially saved provisional service life parameter LDK comes from endurance tests at the manufacturer of the components and can be made available to the system as a starting value. Starting from this value, the statistical processing unit implemented in the calculation unit RE makes gradual changes. This means that the statistical calculation must be low-pass filtered to avoid jumps in the B10 value and to embody a gradual behavior. Jumps in the B10 value could mean that customers suddenly have to replace a larger number of components or that components that were declared as worn are then declared as good parts again. This is advantageously avoided by the low-pass filtering.

Im Unterschied dazu wird aber die lastsituationsspezifische Lebensdauerkenngröße B10 unter Berücksichtigung der jeweiligen Lastsituation und/oder der aktuellen Betriebsbedingungen der jeweiligen Komponente K berechnet. Anstatt nun auf der jeweiligen Komponente K die unspezifische vorläufige Lebensdauerkenngröße LDK zur Prozessführung zu verwenden, kann vorteilhafterweise in Schritt S11 auf die dynamisch angepasste und spezifisch berechnete lastsituationsspezifische Lebensdauerkenngröße B10 zurückgegriffen werden. Die vorläufige Lebensdauerkenngröße LDK kann durch die lastsituationsspezifische Lebensdauerkenngröße B10 ersetzt werden.In contrast to this, however, the service life parameter B10 specific to the load situation is calculated taking into account the respective load situation and/or the current operating conditions of the respective component K. Instead of using the unspecific provisional service life parameter LDK for the process control on the respective component K, the dynamically adapted and specifically calculated load situation-specific service life parameter B10 can advantageously be used in step S11. The provisional service life parameter LDK can be replaced by the load situation-specific service life parameter B10.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden jedoch beide Lebensdauerkenngrößen B10, LDK gespeichert, um eine spätere Auswertung und insbesondere Kalibrierung der Berechnung der lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße B10 zu ermöglichen.In a preferred embodiment, however, both service life parameters B10, LDK are stored in order to enable later evaluation and, in particular, calibration of the calculation of the load situation-specific service life parameter B10.

Die lastsituationsspezifische Lebensdauerkenngröße B10 prognostiziert die Restlebensdauer der Komponente K bis zum Ausfall auf Basis von statistischen Daten. In einer Vorbereitungsphase kann ein Zeitraum konfiguriert werden vor Ablauf der Restlebenszeit (zum Beispiel ein Tag, 1 Stunde, 10 Minuten, 10 Sekunden vor Ablauf der Restlebenszeit der Komponente K), in dem in Schritt S12 eine Warnmeldung auf der Komponente K ausgegeben wird. Die Warnmeldung kann in unterschiedlichen Formaten ausgegeben werden und zum Beispiel akustisch, optisch und/oder haptisch erfolgen.The load situation-specific service life parameter B10 predicts the remaining service life of component K until failure based on statistical data. In a preparation phase, a period of time can be configured before the end of the remaining lifetime (e.g. one day, 1 hour, 10 minutes, 10 seconds before the end of the remaining lifetime of the component K), in which a warning message is output on the component K in step S12. The warning message can be issued in different formats and can be acoustic, visual and/or haptic, for example.

In einer bevorzugten Ausführungsform können in Schritt S14 Messdaten mittels der Sensoren sens erfasst werden, die indikativ für eine Lastsituation der Komponente K sind, wie beispielsweise der Versorgungsdruck und oder der Durchfluss bei einer pneumatischen Komponente oder wie beispielsweise Strom/Spannung, bewegte Masse, Beschleunigung, Ruck bei einer elektrischen Komponente.In a preferred embodiment, in step S14, measurement data can be recorded by means of the sensors sens, which are indicative of a load situation of component K, such as the supply pressure and/or the flow rate in the case of a pneumatic component or such as current/voltage, moving mass, acceleration, Jerk in an electrical component.

In Schritt S15 erfolgt ein Vorbereiten der erfassten Messdaten zur Übermittlung an die Recheneinheit RE. Damit kann die Datenübertragung initiiert werden.In step S15, the recorded measurement data are prepared for transmission to the processing unit RE. The data transfer can then be initiated.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden alle Eingangsdaten, Zwischenergebnisse und End-Ergebnisse in Schritt S13 in einem Speicher gespeichert. Bei den zu speichernden Daten kann es sich um die in Schritt S1 erfassten Daten, also insbesondere um das Ausfallsignal a und den Zykluszählerwert, um die in Schritt S 14 erfassten Messdaten, um die berechnete lastsituationsspezifische Lebensdauerkenngröße B10, um die in Schritt S51 ausgeführte Klassifikation und/oder um die vorläufige Lebensdauerkenngröße LDK handeln.In a preferred embodiment, all input data, intermediate results and final results are stored in a memory in step S13. The data to be stored can be the data recorded in step S1, i.e. in particular the failure signal a and the cycle counter value, the measurement data recorded in step S14, the calculated service life parameter B10 specific to the load situation, the classification carried out in step S51 and /or the provisional service life parameter LDK.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann in Schritt S16 ein Belastungsalgorithmus ausgeführt werden, um aus den in Schritt S 14 erfassten Messdaten einen Belastungswert zu berechnen, der die jeweilige aktuelle Lastsituation und/oder die aktuellen Betriebsbedingungen der Komponente K repräsentiert, wie sie in der Automatisierungsanlage AA betrieben wird.In a further advantageous embodiment, a load algorithm can be executed in step S16 in order to use the measurement data recorded in step S14 to calculate a load value which represents the respective current load situation and/or the current operating conditions of component K, as they are in the automation system AA is operated.

Der Belastungsalgorithmus kann als Eingangsgrößen eine Energiekennzahl aufweisen, die die Energie repräsentiert, die die Komponente verbraucht. Als weitere Eingangsgröße kann eine Bewegungskodierung dienen, die die von der Komponente K ausgeführte Bewegungsaufgabe codiert. Als weitere Eingangsgröße kann das für die Bewegungsaufgabe verbrauchte Zeitintervall dienen. Als Ergebnis bzw. Ausgangsgröße wird der Belastungswert ausgegeben.The loading algorithm can have an energy index as an input variable, which represents the energy consumed by the component. A motion coding that encodes the motion task performed by the component K can serve as a further input variable. The time interval used for the movement task can serve as a further input variable. The load value is output as the result or output variable.

Wie in 4 angedeutet, kann der Belastungsalgorithmus auf der digitalen Verarbeitungseinheit VE ausgeführt werden. Die digitale Verarbeitungseinheit VE kann entweder direkt und lokal auf der Komponente K implementiert sein und/oder die digitale Verarbeitungseinheit VE kann auf einer separaten Instanz implementiert sein und über das Netzwerk NW mit der Komponente K in Datenaustausch stehen.As in 4 indicated, the loading algorithm can be executed on the digital processing unit VE. The digital processing unit VE can either be implemented directly and locally on the component K and/or the digital processing unit VE can be implemented on a separate entity and be in data exchange with the component K via the network NW.

5a und 5b zeigen beispielhafte Ausbildungen einer Komponente mit den jeweiligen Sensoren sens. 5a zeigt eine pneumatische Komponente Kp mit einem Versorgungsdruckmesser, einem Durchflussmesser und einem Zeitgeber als Sensoren sens und 5b zeigt eine elektrische Komponente Ke mit einem Strommesser, einem Spannungsmesser und einem Zeitgeber als Sensoren sens. In komplexeren Weiterbildungen der Erfindung können noch weitere Sensoren implementiert sein, um die Lastsituation und/oder die Betriebsbedingungen der jeweiligen Komponente K zu erfassen und zu charakterisieren, um diese bei der Berechnung der lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße B10 zu berücksichtigen. 5a and 5b show exemplary designs of a component with the respective sensors sens. 5a shows a pneumatic component K p with a supply pressure gauge, a flow meter and a timer as sensors sens and 5b shows an electrical component K e with an ammeter, a voltmeter and a timer as sensors sens. In more complex developments of the invention, further sensors can be implemented in order to detect and characterize the load situation and/or the operating conditions of the respective component K in order to take them into account when calculating the load situation-specific service life parameter B10.

6 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zur Kalibrierung der Berechnung der lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße B10. Dazu wird der Zykluszählerwert des Zykluszähler Z jeweils einer Komponente und das zugeordnete Ausfallsignal a der Ausfalleinheit AE an die Recheneinheit RE übermittelt, um die lastsituationsspezifische Lebensdauerkenngröße B10 zu berechnen und auszugeben. Weiterhin wird die vorläufige Lebensdauerkenngröße LDK ebenfalls an die Recheneinheit RE übermittelt, um die beiden Lebensdauerkenngrößen B10, LDK auf Abweichungen zu vergleichen. Auf Basis der Abweichungen kann dann die Berechnung der lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße B10 kalibriert werden. Dieser Kalibrierungsvorgang ist in 6 mit dem Bezugszeichen KAL gekennzeichnet. Die beiden Lebensdauerkenngrößen B10, LDK können in einem Speicher MEM gespeichert werden. 6 shows an advantageous development of the invention for calibrating the calculation of the load situation-specific service life parameter B10. For this purpose, the cycle counter value of the cycle counter Z of a component and the assigned failure signal a of the failure unit AE are transmitted to the arithmetic unit RE in order to calculate and output the service life parameter B10 specific to the load situation. Furthermore, the provisional service life parameter LDK is also transmitted to the computing unit RE in order to compare the two service life parameters B10, LDK for deviations. The calculation of the lifespan parameter B10 specific to the load situation can then be calibrated on the basis of the deviations. This calibration process is in 6 denoted by the reference KAL. The two service life parameters B10, LDK can be stored in a memory MEM.

Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der Erfindung und die Ausführungsbeispiele grundsätzlich nicht einschränkend in Hinblick auf eine bestimmte physikalische Realisierung der Erfindung zu verstehen sind. Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren. Die Reihenfolge der Verfahrensschritte kann variiert werden.Finally, it should be pointed out that the description of the invention and the exemplary embodiments are not to be understood as restrictive with regard to a specific physical realization of the invention. All of the features explained and shown in connection with individual embodiments of the invention can be provided in different combinations in the object according to the invention in order to realize their advantageous effects at the same time. The order of the process steps can be varied.

Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die nachstehenden Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.The scope of protection of the present invention is given by the following claims and is not limited by the features explained in the description or shown in the figures.

Für einen Fachmann ist es insbesondere offensichtlich, dass die Erfindung nicht nur für pneumatische oder elektrische Komponenten angewendet werden kann, sondern auch für andere Komponenten oder Geräte, die in einer Automatisierungsanlage betrieben werden. Des Weiteren können die Bauteile der Komponente und/oder des Systems auf mehreren physikalischen Produkten verteilt realisiert sein.It is particularly obvious to a person skilled in the art that the invention can be applied not only to pneumatic or electrical components, but also to other components or devices that are operated in an automation system. Furthermore, the parts of the component and/or of the system can be distributed over a number of physical products.

Claims (15)

Computer-implementiertes Verfahren zum Berechnen einer Lebensdauerkenngröße (B10) für eine Komponente (K), die in einer Automatisierungsanlage (AA) betrieben wird, mit den folgenden Verfahrensschritten: - Erfassen (S1) von Daten und insbesondere eines Ausfallsignals (a) der Komponente (K) und Erfassen (S2) und Speichern (S3) eines Zykluszählerwertes zum Zeitpunkt des Erfassens des Ausfallsignals und Veranlassen eines Zurücksetzens (S4) des Zykluszählers auf den Wert „0“; - Aggregieren (S6) der erfassten Daten, insbesondere der Zykluszählerwerte von mehreren Komponenten (K) vom selben Typ und Anwenden (S7) einer statistischen Funktion (f) auf die aggregierten Daten zur Berechnung (S8) einer lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße (B10); - Übermitteln (S9) der berechneten lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße (B10) an die Komponente (K) zur Steuerung (S91) derselben und/oder der Automatisierungsanlage (AA).Computer-implemented method for calculating a service life parameter (B10) for a component (K) that is operated in an automation system (AA), with the following method steps: - Acquisition (S1) of data and in particular a failure signal (a) of the component (K) and acquisition (S2) and storage (S3) of a cycle counter value at the time of the acquisition of the failure signal and causing a reset (S4) of the cycle counter to the value " 0"; - Aggregating (S6) the recorded data, in particular the cycle counter values of several components (K) of the same type and applying (S7) a statistical function (f) to the aggregated data to calculate (S8) a load situation-specific service life parameter (B10); - Transmission (S9) of the calculated load situation-specific service life parameter (B10) to the component (K) for controlling (S91) the same and/or the automation system (AA). Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verfahren folgenden Verfahrensschritt umfasst: - Auf der Komponente (K): Bereitstellen (S10) einer vorläufigen Lebensdauerkenngröße (LDK), die unter Laborbedingungen und/oder mit fest vordefinierten Prüfintervallen ermittelt wurde; - Auf der Komponente (K): Ersetzen (S11) der bereitgestellten vorläufigen Lebensdauerkenngröße (LDK) durch die berechnete lastsituationsspezifische Lebensdauerkenngröße (B10), falls Abweichungen zwischen der bereitgestellten vorläufigen Lebensdauerkenngröße (LDK) und der berechneten lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße (B10) erfasst werden.procedure after claim 1 , in which the method comprises the following method step: - On the component (K): providing (S10) a provisional service life parameter (LDK), which was determined under laboratory conditions and/or with fixed, predefined test intervals; - On the component (K): Replacement (S11) of the provisional service life parameter (LDK) provided by the calculated load situation-specific service life parameter (B10), if deviation Deviations between the provided provisional service life parameter (LDK) and the calculated load situation-specific service life parameter (B10) are recorded. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem auf der Komponente (K) vor dem Ablauf der lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße (B10) eine Warnmeldung ausgegeben (S12) wird.Method according to one of the preceding claims, in which a warning message is output (S12) on the component (K) before the end of the load situation-specific service life parameter (B10). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst, die auf der Komponente ausgeführt werden: - Erfassen (S14) von Messdaten mittels Sensoren (sens), die indikativ für eine Lastsituation und/oder für eine Betriebsbedingung der Komponente (K) sind; - Initiieren eines Übermittelns (S15) der erfassten Messdaten an die Recheneinheit (RE).Method according to one of the preceding claims, in which the method comprises the following method steps, which are carried out on the component: - Acquisition (S14) of measurement data by means of sensors (sens), which are indicative of a load situation and/or an operating condition of the component (K); - Initiating a transmission (S15) of the recorded measurement data to the computing unit (RE). Verfahren nach dem unmittelbar vorangehenden Anspruch, bei dem auf der Recheneinheit (RE) vor dem Aggregieren (S6) eine Klassifikation (S51) der erfassten Daten erfolgt, um auf Basis der in Schritt (S14) erfassten Messdaten Klassen von Komponenten (K) mit übereinstimmender Lastsituation und/oder übereinstimmender Betriebsbedingung zu bilden und bei dem das Aggregieren (S6) in den gebildeten Klassen erfolgt.Method according to the immediately preceding claim, in which the data collected is classified (S51) on the computing unit (RE) before the aggregation (S6) in order to identify classes of components (K) with matching values based on the measurement data collected in step (S14). To form load situation and / or matching operating condition and in which the aggregation (S6) takes place in the classes formed. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erfassten Daten und/oder die berechneten Daten, insbesondere die lastsituationsspezifische Lebensdauerkenngröße (B10), die in Schritt (S14) erfassten Messdaten und/oder eine Klassifikation (S51) gespeichert (S13) wird, insbesondere auf der Recheneinheit (RE) gespeichert wird.Method according to one of the preceding claims, in which the recorded data and / or the calculated data, in particular the load situation-specific service life parameter (B10), the measurement data recorded in step (S14) and / or a classification (S51) is stored (S13), in particular is stored on the computing unit (RE). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 bis 6, bei dem auf der Recheneinheit (RE) und/oder einer digitalen Verarbeitungseinheit (VE) aus den erfassten (S14) Messdaten mittels eines Belastungsalgorithmus' (S16) automatisch ein aktueller Belastungswert berechnet wird.Method according to any of the foregoing Claims 4 until 6 , in which a current load value is automatically calculated on the computing unit (RE) and/or a digital processing unit (VE) from the recorded (S14) measurement data using a load algorithm (S16). Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Belastungsalgorithmus (S16) aus einer Energiekennzahl, die die Energie repräsentiert, die die Komponente (K) verbraucht, und einer Bewegungscodierung, die die von der Komponente (K) ausgeführte Bewegungsaufgabe codiert, und das dafür verbrauchte Zeitintervall, den Belastungswert berechnet.procedure after claim 7 , in which the load algorithm (S16) calculates the load value from an energy index that represents the energy consumed by the component (K) and a motion code that encodes the movement task performed by the component (K) and the time interval consumed for this purpose . Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem für eine pneumatische Komponente die Sensoren (sens) zum Erfassen (S14) der Messdaten ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus: Versorgungsdruckmesser und/oder Durchflussmesser und Zeitgeber und bei dem für eine elektrische Komponente die Sensoren zur Erfassung der Messdaten ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus: Strommesser, Spannungsmesser und/oder Zeitgeber.Procedure according to one of Claims 5 until 8th , in which for a pneumatic component the sensors (sens) for acquiring (S14) the measurement data are selected from the group consisting of: supply pressure meter and/or flow meter and timer and in which the sensors for acquiring the measurement data are selected for an electrical component from the group consisting of: ammeter, voltmeter and/or timer. Komponente (K), die in einer Automatisierungsanlage (AA) betrieben wird und für die eine Lebensdauerkenngröße (B10) zu berechnen ist, mit: - Einer Ausfalleinheit (AE), die ausgebildet ist, ein Ausfallsignal (a) zu erfassen; - Einer Schnittelle zu einem Zykluszähler (Z), der ausgebildet ist, die Betriebszyklen der Komponente (K) zu zählen; - Einem Speicher (K2) zur Speicherung der lokal erfassten Daten; und - Einem Netzwerk (NW) mit einer Datenverbindung zu einer Recheneinheit (RE).Component (K) that is operated in an automation system (AA) and for which a service life parameter (B10) is to be calculated, with: - A failure unit (AE), which is designed to detect a failure signal (a); - An interface to a cycle counter (Z), which is designed to count the operating cycles of the component (K); - A memory (K2) for storing the locally recorded data; and - A network (NW) with a data connection to a computing unit (RE). Komponente nach Anspruch 10, die eine Menge von Sensoren (sens) umfasst, um Messdaten zu erfassen.component after claim 10 , which includes a set of sensors (sens) to collect measurement data. Komponente nach Anspruch 10 oder 11, die eine digitale Verarbeitungseinheit (VE) umfasst, insbesondere, um einen Belastungsalgorithmus (S16) auszuführen.component after claim 10 or 11 , which comprises a digital processing unit (VE), in particular for executing a loading algorithm (S16). System zum Berechnen einer Lebensdauerkenngröße (B10) für eine Komponente (K), die in einer Automatisierungsanlage (AA) betrieben wird, mit: - Einer Komponente (K) nach einem der Ansprüche 10 bis 12; - Einer Recheneinheit (RE), die dazu bestimmt ist, die erfassten Daten, insbesondere die Zykluszählerwerte, von mehreren Komponenten vom selben Typ zu aggregieren und die weiter dazu bestimmt ist, eine statistische Funktion auf die aggregierten Daten zur Berechnung einer lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße (B10) anzuwenden; - Zumindest ein Netzwerk (NW) zum Datenaustausch und insbesondere zum Übermitteln der berechneten lastsituationsspezifischen Lebensdauerkenngröße (B10) an die Komponente (K) zur Steuerung der Komponente (K) und/oder der Automatisierungsanlage (AA).System for calculating a service life parameter (B10) for a component (K), which is operated in an automation system (AA), with: - A component (K) according to one of Claims 10 until 12 ; - A computing unit (RE), which is intended to aggregate the recorded data, in particular the cycle counter values, from several components of the same type and which is further intended to apply a statistical function to the aggregated data to calculate a load situation-specific service life parameter (B10) apply; - At least one network (NW) for data exchange and in particular for transmitting the calculated load situation-specific service life parameter (B10) to the component (K) for controlling the component (K) and/or the automation system (AA). System nach dem unmittelbar vorangehenden Anspruch, umfassend: - Eine digitale Verarbeitungseinheit (VE) zur Ausführung eines Belastungsalgorithmus' (S16).A system according to the immediately preceding claim, comprising: - A digital processing unit (VE) for executing a loading algorithm (S16). Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren gemäß einem der vorangehenden Verfahrensansprüche auszuführen.Computer program, comprising instructions which, when the computer program is executed by a computer, cause the latter to run Ver carry out driving according to one of the preceding method claims.
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